第三章 检测变送

不适于直接对腐蚀性介质测量。
1.接触式测温仪表：
（1）膨胀式温度计 膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的 性质而制成的。 液体膨胀式温度计：利用液体（水银、酒精） 受热时体积膨胀的特性测温。
电接点式 玻璃管温度计
玻璃管温度计
固体膨胀式温度计：用两片线膨胀系数不同的金 属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金 属片的膨胀长度不同而产生弯曲。 若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋 的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上 指示出相应温度值。
分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。
常用工业热电偶比较
热电偶名称 铂铑 铂铑
30-铂铑 6
分度号 B S K E
特 点 热电势小，精度高，价格高 热电势小，精度高，线性差，价格高 热电势大，线性好，价格低 热电势大，线性差，价格低
性能
10-铂
镍铬-镍硅 镍铬-康铜
下 降
常用热电偶类型：普通型热电偶、铠装热电偶、表面型热点偶、 多点式热点偶、防爆型热点偶
使用补偿导线只是将热电偶的冷 端延长到温度比较稳定的地方。
冰浴法 查表法（计算法）
EAB（t ,0）＝EAB（t ,t0）＋ EAB（t0 ,0）
补偿电桥法 校正仪表零点法（机械调零法）
t 热偶 tn 补偿导线 t0
×100℃
冷端温度校正：查表法（计算法）
补偿原理：工作端温度θ，参比端θ0，热电势为
测量仪表 （显示仪表）
（4）补偿导线及其作用：
补偿导线的作用：将热电偶的冷端延伸出来。 补偿导线：是由两种不同性质的金属材料制成，在
一定温度范围内（0~100°C）与所连接的热电偶 具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。 不同热电偶所用的补偿导线也不同。
（5）冷端温度的补偿：
补偿导线法
（2）压力式温度计
利用封闭容器中的介质压力随温度 变化的现象来测温。 原理: 封闭容器中的液体、气体或 低沸点液体的饱和蒸汽，受热后体积膨 胀，压力增大。
用压力表指 示温度。
（3）热电偶温度计
利用物体的热电性质测温。
（4）热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的 性质测温。 （5）半导体温度计
例2：选表（P24）
某台测温仪表的量程是600--1100℃，工艺要求该仪表 指示值的误差不得超过±4 ℃，应选精度等级为多少的仪 表才能满足工艺要求？ 解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为
4 100% 0.8% 1100 600
max
±0.8%介于允许误差±0.5%与±1.0%之间，如果选择允许 误 差 为 ±1.0%, 则 其 精 度 等 级 应 为 1.0 级 。 量 程 为 600 ～ 1100℃，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差 为±5℃，超过了工艺的要求。所以只能选择一台允许误 差为±0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺 要求。
下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。
(2) 变差 ——在外界条件不变的情况下，使用同一台仪 表对某一变量进行正反行程测量时对应于同一测量 值所得的仪表读数之间的差异。 注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。 (3) 线性度 ——衡量仪表实际 特性偏离线性程度 的指标。 线性度差就要降低 仪表精度。
精度等级：允许误差去掉“±”号及“%”后，系列化 圆整后的数值。
仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小来划分 成若干等级的。仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准 确度越高。 仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表标尺板 上，如1.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，说明该 仪表允许误差为1.0%。 目前我国生产的仪表的精度等级有： 0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等
（2）构造：
热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。 其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。
铠装型
普通型
普通热电偶
（3）特点及组成：
测量范围广，结构简单，使用方便，测温准确可靠，
便于信号的远传、自动记录和集中控制，应用较普遍。 热电偶，测量仪表（显示仪表），连接两者的导线。
热点偶
导线
要求 EAB ( ,0 )与θ呈单值关系，即希望 E AB ( 0 ) ＝常数，或 EAB (0 )＝0
EAB(θ)（工作端、热端、自由端）
有关热电偶回路的几个结论：

0 ) 当A=B时，无论θ、θo如何， EAB ( ,＝0； EAB ( ,＝0； 0 ) 当θ＝θo时，A≠B， EAB ( ,0 )与θ、θ 有关，与θ （中间温度）无关； o m 热电偶的“中间导体定律”:在热电偶回路中接入第三种 材料C，只要C两端温度相同，其引入不会影响回路中热 电 势的大小。同理，如果回 θo 路中接入更多种导体时， 只要同一导体两端温度相 θo 同，也不影响热电偶所产 θm 生的热电势值。因此热电 偶回路可以接入各种显示 θ θ 仪表、变送器、连接导线 图3.4 热电偶测温系统 等。
一次仪表
图3.1 检测系统
二次仪表
过程控制对检测变送仪表要求：
高准确性：y(t)与c(t) 严格地呈现单值关系，y(t) 能正确反映c(t)的值。（静态） 高稳定性： y(t)与c(t) 的关系不随时间、环境温 度的变化 而变化。（静态） 高灵敏度： c(t)有微小的变化能使y(t)有较明显变 化，并且y(t)能迅速反映c(t)的变化。 （动态）
（1）膨胀式温度计 （3）热电偶温度计 （5）半导体温度计 （7）红外式温度计
（2）压力式温度计 （4）热电阻温度计 （6）辐射式温度计
主要温度检测方法及特点 主要温度检测方法及特点
测温方式 接触式 测温种类及仪表 膨胀式 玻璃液体 双金属 压力式 热电阻式 液体 气体 铂电阻 铜电阻 半导体热敏电阻 热电偶 测温范围／ ℃ －100～600 －80～600 －40～200 －100～500 －260～850 －50～150 －50～300 －200～1800 主要特点 结构简单、使用方便、测量精度较高、价格低廉；测 量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传 结构紧凑、牢固、可靠；测量精度较低、量程和使用 范围有限 耐震、坚固、房爆、价格低廉；工业用压力式温度计 精度较低、测温距离短、滞后大 测温精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控 制；不能测高温，须注意环境温度的影响 灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性较 差，测量范围有一定限制 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中 检测和自动控制；需冷端温度补偿，在低温段测量精 度较低 不破坏温度场，测温范围大，可测运动物体的温度； 易受外界环境温度的影响，标定较困难
结论：校表：
系列化 max计算
选表： 系列化 max计算 仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工 艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下 适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准 确性。 仪表量程的上限：Ymax: 4/3~3/2倍（被测变量）
波动较大时：3/2~2倍（被测变量）
金属电阻具有正温度系数。
R t R t 01 t t 0 R t R t 0 t
X 100%, Y
Y Ymax Ymin
max
X max 100%, Y Ymax Ymin Y
(4) 附加误差: ——由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素引 起的误差。
3.1.3 仪表性能指标
(1) 精确度（精度） ——表示仪表测量结果的可靠程度。
E( ,0 ) E( ) E(0 ) E( ,0) E(0 ,0) E( ,0) E( ,0 ) E(0 ,0)
因此
EAB ( ,0 ) ---可测信号； EAB (0 ,0) ---需校正的信号
举例：用镍铬-镍硅（K）热电偶测温，热电偶参比端温度
θo =20℃，测得的热电势E(θ,θo)=32.479mV。由K分度表中 查得E(20,0)=0.798mV, 则
例1: 校表（P23）
某台测温仪表的量程是600--1100℃，其最大绝 对误差为±4 ℃，试确定该仪表的精度等级。 解 仪表的最大允许误差为
max
4 100% 0.8% 1100 600
由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表， 而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允 许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。
第三章
3.1 概述 3.2 温度检测 3.3 流量检测 3.4 压力检测 3.5 物位检测
检测变送
3.6 成分和物性参数检测 3.7 变送器
3.1 概 述
3.1.1 检测变送的重要性
被测变量：温度、压力、流量、物位、成份（五大参数）。 检测元件（敏感元件、传感器）：它直接响应工艺变量， 并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信号 包括位移、电压、电流、电阻、频率、气压等。 变送器：将非标准的信号（位移、电压、电流、电阻、 频率、气压等）转换成标准统一的电气信号（如4～20mA 或 0～10mA直流电流信号 ,20～100KPa气压信号,1～5v电 压等）
t 仪表示值
理论直线 实际曲线 被测变量
图3.2 y(t) ~ c(t)的关系
(4) 灵敏度和分辨率
灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比 值，即 灵敏度=△Y/△X 对于模拟式仪表而言，ΔY是仪表指针的角位移或线位移。灵 敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。 分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的最小输入 变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言， 分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与 量程的比值。
(5) 动态误差
由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变 化后必须经过一段时间才能准确显示出来，这样造成的误差。