第3章 检测变送仪表(化工仪表及自动化 林德杰)

压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
1.弹性式压力表
(1)弹性元件
(2)弹簧管压力表
(1)弹性元件
图3-8
常用弹性元件的结构
图3-9 弹簧管压力表结构 1—弹簧管 2—拉杆 3—扇形齿轮 4—中 心齿轮 5—指针 6—面板 7—游丝 8—调整螺钉 9—接头
(2)弹簧管压力表
图3-10 电接点信号压力表结构 1、4—静触点 2—动触点 3、5—信号灯
图3-2
仪表的灵敏度
图3-3
仪表的回差
图3-4
仪表的线性度
5.误差
(1) 绝对误差 绝对误差在理论上是指由测量所得之被测量的值x与被测量的真 值A之差，记为Δx，即 Δx=x-A 式(3-2) (2) 相对误差 仪表的实际绝对误差与被测量实际值之比的百分数称为实际值相 对误差，即 γA=ΔxA×100% 式(3-3)
表3-1 DDZ—Ⅱ型与DDZ—Ⅲ型仪表的性能比较
3.1.4 变送器的使用
图3-5 变送器的量程调整
图3-6 变送器的零点调整与零点迁移 a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移
3.2 压力检测仪表
3.2.1 压力的基本概念
3.2.2 压力检测仪表的分类 3.2.3 差压(压力)变送器 3.2.4 差动电容差压(压力)变送器 3.2.5 微型化压力变送器 3.2.6 压力检测仪表的选用和安装
图3-21 MPX7000系列压力(差压)变送器原理图 a)检测元件结构及接线 b) 测量电路
3.数字式变送器
(1)数字式变送器的一般结构
(2)电容式数字输出压力变送器
(1)数字式变送器的一般结构
图3-22
数字式变送器结构框图
(2)电容式数字输出压力变送器
图3-23 电容式数字输出压力变送器的结构及组成原理框图 a)传感器芯片横截面结构 b)变送器内部组成原理框图
2.输入—输出特性
1) 灵敏度S：是检测仪表对被测量变化的灵敏程度，常以在被测
量改变时，经过足够时间检测仪表输出值达到稳定状态后，仪表 输出变化量Δy与引起此变化的输入变化量Δx之比表示，即 S=ΔyΔx 式(3-1) 2) 死区：检测仪表的输入量的变化不致引起输出量可察觉的变化 的有限区间，在这个区间内，仪表灵敏度为零。 3) 回差(也称变差)：检测仪表对于同一被测量在其上升和下降时 对应输出值间的最大误差，如图3-3所示。 4) 线性度：各种检测仪表的输入—输出特性曲线应该具有线性特 性，以便于信号间的转换和显示，利于提高仪表的整体准确度。
示值相对误差，即 γx=Δxx×100% 式(3-4) (3) 引用误差 最大引用误差是最大绝对误差与检测仪表满度值xFS之比的百分 数，即 γom=ΔxmxFS×100% 式(3-5)
3.1.3 检测仪表的分类
1)按被测参数分类，每个检测仪表一般被用来测量某个特定的
参数，根据这些被测参数的不同，检测仪表可分为温度检测仪 表(简称温度仪表)、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测 仪表等。 2)按对被测参数的响应形式分类，检测仪表可分为连续式检测 仪表和开关式检测仪表。 3)按仪表中使用的能源和主要信息的类型分类，检测仪表可分
2.电气式压力表
(1)电阻应变式压力传感器
பைடு நூலகம்(2)压阻应变式压力传感器
图3-11 电气式压力表的组成框图
(1)电阻应变式压力传感器
图3-12
应变片压力传感器工作原理 a)传感筒 b)测量桥路 1—应变筒 2—外壳 3—密封膜片
(2)压阻应变式压力传感器
图3-13 压阻应变式压力传感器 a)单晶硅片 b)结构 1—基座 2—单晶硅片 3—导环 4—螺母 5—密封垫圈 6—等效电阻
3.3 温度检测仪表
3.3.1 温度测量的方法
3.3.2 热电偶温度检测仪表 3.3.3 热电阻温度检测仪表 3.3.4 DDZ—Ⅲ型温度变送器
3.3.1 温度测量的方法
表3-3 主要测温检测方法及特点
3.3.2 热电偶温度检测仪表
1. 热电偶的测温原理
2.有关热电偶回路的几点结论 3.热电偶冷端温度补偿 4.常用热电偶及其特性 5.热电偶的结构形式
3.2.6 压力检测仪表的选用和安装
1.压力表的选用
2.压力表的安装
1.压力表的选用
(1)仪表类型的确定
(2)仪表量程的确定 (3)仪表准确度等级的确定
2.压力表的安装
(1) 取压位置的选择
(2) 导压管的安装 (3) 压力表的安装
表3-2 被测流体在不同导压管长度下的导压直径
图3-24 压力计安装示意图 a)测量蒸汽时 b)测量有腐蚀性介质时 1—压力计 2—切断阀门 3—凝液管 4—取压容器
3.4 流量检测仪表
3.4.1 流量的基本概念
3.4.2 差压式流量计 3.4.3 靶式流量计 3.4.4 转子流量计 3.4.5 容积式流量计 3.4.6 涡轮流量计 3.4.7 涡街流量计
3.4.8 电磁流量计
3.4.1 流量的基本概念
1)体积流量Q：在单位时间内流过管道某一截面的流体的体积，
为机械式仪表、电式仪表、气式仪表和光式仪表。
4)按是否具有远传功能分类，检测仪表可分为就地显示仪表和 远传式仪表。
5)按信号的输出(显示)形式分类，检测仪表可分为模拟式仪表
和数字式仪表。 6)按应用的场所分类，检测仪表也有各种分类。 7)按仪表的结构方式分类，检测仪表可分为开环结构仪表和闭 环结构仪表。 8)按仪表的组成形式分类，检测仪表可分为基地式仪表和单元 组合式仪表。
用来测量微小面积上的瞬时温度。
4) 快速热电偶，快速热电偶用于测量钢水及高温熔融金属的温 度，是一次性消耗式热电偶。
图3-31 热电偶的结构形式 a)普通热电偶 b)铠装热电偶 c)表面型热电偶 d)快速热电偶
3.3.3 热电阻温度检测仪表
1. 铂热电阻
2. 铜热电阻 3. 测量电路
1. 铂热电阻
3.2.3 差压(压力)变送器
图3-14 DDZ—Ⅲ型差压(压力) 变送器的结构原理 1—高压室 2—低压室 3-膜片或膜盒 4—密封膜片 5—主杠杆 6—过载保护 簧片 7—静压调整螺钉 8—矢量机构 9—零点迁移弹簧 10—平衡锤 11—量程调整螺钉 12—检测片 13—差动变压器 14—副杠杆 15—放大器 16—反馈线圈 17—永久磁钢 18—调零弹簧
(1) 铂铑10-铂热电偶(S型) (2) 镍铬-镍硅热电偶(K型) (3) 镍铬-锰白铜热电偶(E型) (4) 铂铑-铂铑热电偶(B型)
表3-5 标准化热电偶的技术数据
表3-5 标准化热电偶的技术数据
5.热电偶的结构形式
1) 普通型热电偶，主要由热电极、绝缘管、保护套管、接线盒、
接线端子组成，其结构形式如图3-31a所示。 2) 铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属 保护套管三者加工在一起的坚实缆状组合体，其结构形式如图 3-31b所示。 3) 表面型热电偶，表面型热电偶利用真空镀膜工艺将电极材料 蒸镀在绝缘基板上，其尺寸小、热容量小、响应速度快，主要
3.2.1 压力的基本概念
图3-7 几种压力表示方法之间的关系
3.2.2 压力检测仪表的分类
1)液柱式压力表：它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液
柱高度进行测量。 2)弹性式压力表：它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进 行测量的。 3)电气式压力表：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电 量(如电压、电流、频率等)来进行测量的仪表。 4)活塞式压力表：它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测
图3-19 转换电路原理框图
3.2.5 微型化压力变送器
1.扩散硅差压变送器
2. MPX7000系列压力变送器 3.数字式变送器
1.扩散硅差压变送器
图3-20 扩散硅压力变送器 a)差压检测元件的结构 b)测量电路 1—过载保护装置 2—金属隔离膜 3—硅油 4—硅杯 5—金属丝 6—引出线
2. MPX7000系列压力变送器
用m3/h或L/h等单位表示。 2)质量流量M：在单位时间内流过管道某一截面的流体的质量， 用kg/h表示。 上述两种流量的关系为 M=ρQ (3-14) Qt=∫t0Qdt=Qt (3-15) Mt=∫t0Mdt=Mt (3-16) 式中，Qt和Mt分别为体积总量和质量总量；t为累加时间。
式(3-9)
•式中，EAB(t,0)为修正值，它是冷端t0≠0℃时 对0℃的热电动势。
(2) 补偿导线法(延伸导线法)
图3-27
补偿导线接线
表3-4 常用热电偶补偿导线的特性
(3)冷端恒温法
图3-28
K热电偶测温简图
图3-29
冷端恒温法
(4) 补偿电桥法
图3-30
补偿电桥法原理电路
4.常用热电偶及其特性
表3-6 热电阻的技术特性
3. 测量电路
图3-32 热电阻测量电路 a)三线制接入桥路 b)四线制测量电路
3.3.4 DDZ—Ⅲ型温度变送器
检测变送仪表DDZ—Ⅲ型温度变送器具有如下的主要特点：
1)采用低漂移、高增益的运算放大器作为主要放大器，具有 电路简单和良好的可靠性、稳定性及各项技术性能。 2)在配热电偶和热电阻的变送器中采用线性比电路，使其输 出电流I0与被测温度呈线性关系，测量精度高。 3)电路中采用了安全火花防爆技术措施，可用于易燃易爆场 合。 4)采用DC 24V集中供电，实现了二线制接线方式。
第3章 检测变送仪表
3.1 检测变送仪表的基本性能与分类
3.2 压力检测仪表 3.3 温度检测仪表
3.4 3.5 3.6
流量检测仪表 物位检测仪表 成分分析仪表
3.1 检测变送仪表的基本性能与分类
3.1.1 检测的基本概念
3.1.2 检测仪表的基本性能 3.1.3 检测仪表的分类 3.1.4 变送器的使用