第2章_参数检测过程-过程控制与自动化仪表_第二版-潘永湘

115．54 153．58 190．45 226．17 260．72 294．11 326．35 357．42 387．34
119．40 157．31 194．07 229．67 264．11 297．39 329．51 360．47 390．26
123．24 161．04 197．69 233．17 267．49 300．65 332．66 363．50 －
10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 0
NTC
40
80
t/ C

120
160
200
三种特性的用。。。 优点：温度系数大； 缺点：互换性差，非线性严重， 测温范围低：－50～300℃。 适用于家电和汽车的测温。
a)
Ri Rt 2r,
用于测量精度不高的场合
b)电桥平衡，与导线电阻无关
R1 R2 , R1 R3 R2 Rt
零点迁移前后的输入/输出特性
(3)
量程调整
量程是指与检测仪表规定 的输出范围相对应的输入 范围 量程调整是指在零点不 变时将输出上限值与输 入上限值相对应 量程调整前后的输入/输出特性
实例 某测温仪表的量程为0～500℃， 输出信号为4～20mA ， 现欲测量200～1000℃应如何调整？
2.1.4
EABCD (t,t0 ) EAB(t) EAB(tC ) EDC(t0 ) EDC(tC ) EAB(t,tC ) ECD(tC ,t0 )
依据
EAB(tC,t0) E (tC,t0) CD
则有
EABCD (t,t0) EAB(t,tC) ECD(tC,t0) EAB(t) EAB(tC) EAB(tC) EAB(t0) EAB(t,t0)
x xa

x max 100 %( ' 100 %) xa x
100 % x min
2.检测误差的规律性 （1）系统误差 对同一被测参数进行多次重复测量时， 按一定规律出现的误差。如。。。 克服系统误差的办法：负反馈结构 （2）随机误差或统计误差：统计计算、滤波消除 （3）粗大误差（疏忽误差）：剔除
附表A-2 温度 /℃
－0 ＋0 100
铜热电阻（分度号Cu50)
00 10 20 30
分度表（R0=50.00Ω α＝0。004280）
40 50 60 70 8ຫໍສະໝຸດ Baidu 90
电阻值
50.00 50.00 71.40 47.85 52.14 73.54 45.70 54.28 75.68 43.55 56.42 77.83 41.40 58.56 79.98
103．90 142．29 179．51 215．57 250．48 284．22 316．80 348．22 378．48
107．79 146．06 183．17 219．12 253．90 287．53 319．99 351．30 381．45
111．67 149．82 186．32 222．65 257．32 290．83 323．18 354．37 384．40
2.HART（Highway Addressable Transduce)协议传输方式 图2－12 模拟信号和基于频移键控（FSK)的叠加
传输速率为1200bit/s
2.2 温度的检测与变送
2.2.1 温度检测方法 一、接触式测温 1、热电阻及其测温原理 常用测温元件
测温元件 热电偶 铂电阻 铜电阻 半导体热敏电阻 热阻效应 测温原理 热电效应
当
t t0 ，
E ABC (t0 , t0 ) E AB (t0 ) EBC (t0 ) ECA (t0 ) 0 有 E ABC (t , t 0 ) E AB (t ) E AB (t 0 ) E AB (t , t 0 )
第三导体定律：只要第三导体两接点温度相同， 回路中热电势不变
127．07 164．76 201．29 236．65 270．86 303．91 335．79 366．52 －
130．89 168．46 204．88 240．13 274．22 307．15 338．92 369．53 －
134．70 172．16 208．45 243．59 277．56 310．38 342．03 372．52 －
t t0 tC
（3）冷端延伸与等值替换原理 为什么要延伸？补偿导线的作用？ 等值替换原理（图2－17） 等值替换的条件： EAB(tC , t0 ) ECD(tC , t0 ) tC 100 ℃ 热电回路的总热电势： EABCD(t, t0 ) EAB(t) EBD(tC ) EDC (t0 ) ECA(tC ) 因而有 t t0 tC → E (t ) E (t ) E (t ) E (t ) 0 AB C BD C DC C CA C
1
t E AB (t , t 0 )
三点结论：1）电极材料相同，总电势为零；
t 0 cons tan t
2）冷、热端温度相同，总电势为零；3）电 极材料不同，温度相同，热电势不同。
（2）热电势的检测与第三导体定律(图2－16）
E ABC (t , t 0 ) E AB (t ) E BC (t 0 ) ECA (t 0 )
第2章 过程参数检测与变送
1）了解参数检测的意义、检测仪表的基本构成及仪表的统一 信号标准； 2）了解检测误差的概念、熟悉仪表的性能以及零点迁移与量 程调整的确定与计算； 3）熟悉变送器的构成原理、信号传输与接线方式； 4）了解温度检测方法、熟悉温度变速器的工资原理、掌握其 使用方法； 5）掌握压力、流量、物位等检测仪表的工作原理与使用方法， 熟悉压力变送器的工作原理及使用特点； 6）熟悉智能式变送器的特点及硬件构成； 7）熟悉成分检测仪表的工作原理及适用范围。
2.1.3
检测仪表的基本特性
1.仪表的固有特性及性能指标 （1）精确度及其等级 1）不能用绝对误差或相对误差表示?如。。 2）用最大引用误差度量？（量程、最大绝对误差） 度量办法：去掉最大引用误差中的“±”和“％”表示：0.001、 0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。
1) 金属热电阻的测温,计算： R(t ) R0 1 (t t0 )
热电阻名称 铜电阻 分度号 Cu50 Cu100 Pt50 铂电阻 Pt100 100±0.006 0℃时阻值(Ω) 50±0.05 100±0.1 50±0.003 测温范围（℃） －50～150


常用热电阻
特点 线性好，价格低，适 用于无腐蚀性介质 精度高，价格贵，适 用于中性和氧化性介 质，但线性度差
C）用于高精度的温度测量，如用 内阻很高的电子电位差计测量
2.热电偶及其测温原理（＞500℃） （1）热电偶的测温原理：热电效应（图2－15） 接触电势的形成。。。，温差电势。
EAB(t, t0 ) EAB(t) EAB(t0 ) EB (t, t0 ) EA (t, t0 ) EAB(t, t0 ) EAB(t) EAB(t0 )
Ω
39.24 60.70 82.13 62.84 64.98 67.12 69.26 -
2)
半导体热敏电阻的测温
1 1
0
计算： R(T ) R(T0 ) exp B( ), T0 0℃＝273.15K T T

B ln R ( T ) ln R ( T 0 ) , B 1500 1 1 T T0 ~ 6000 K
变送器的构成原理
零 点 迁 移
1.模拟式变送器的构成（图2－9） 1）原理说明 2) 输入/输出关系
K iK y 1 KK K x 1 KK z0
f
x
测 量 部 分 Ki
z0
－
zi
f
zf
放 大 器 K 反 馈 回 路 Kf
y
＋
＋
Ki 1 KK i＞＞1, y x z0 Kf Kf
基于热－阻效应，
测温范围/℃ 0～1600 －200～600 －50～150 －50～150 主要特点 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，应用广泛；需进行冷端温度补偿， 低温测量精度低。 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，应用广泛；不能测高温。 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。
结论：将满足 EAB(tC , t0 ) ECD(tC , t0 ) 的补偿导线代替热电偶使冷端延 伸，不会改变热电偶的热电势 补偿导线的连接示意图
-200～500
工业常用热电阻的分度表 附表A 附表A-1 铂热电阻（分度号Pt100）分度表 （ R 0 100 . 00 ， 0 . 003850 ） 温度 /℃
－200 －100 －0 00 10 20 30 40 50 60 70 80 9 0
电阻值
18．49 60．25 100．0 － 56．19 96．06 － 52．11 92．16 － 48．00 88．22
理想线性特性
2.数字式变送器的构成原理（基于CPU的硬件电路、 系统程序和功能模块的软件） （1）数字式变送器的 硬件构成（图2－10） 工作过程。。。 （2）软件构成
x
传 感 器 组 件 A/D 转 换 器 存 储 器
CPU
号 D/A FSK信 转 换 器
通 信 电 路
系统程序：硬件管理，其基本功能为模/数转换、数据通讯、 自检；功能模块：组态功能。
（6）动态误差，原因。。。参数。。。
2.检测仪表的工作特性 适应参数测量和系统运行的需要具有的输入/输出特性 （1）理想工作特性： y y y max min ( x xmin ) ymin xmax xmin （2）零点调整与迁移 被测参数的下限值或对应仪表输出 下限值的被测参数最大值； 使输入下限值为零的过程称为零 点调整，否则为零点迁移。
检测的重要意义
2.1.1
检测仪表
1.传感器 国标《GB7665-87》规定：“能感受规定的被测量 并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换元件组成”。 组成框图（图2－1）
测量电路 被测量 输入量 敏感元件 转换元件 信号调理与转换电路 电量 输出量
电源
2.变送器 将输出信号变成统一标准信号的传感器。 统一标准信号即各仪表之间的通信协议：0～10mA、0～2V、 20～100kPa; 4~20mA、1～5V→数字信号。
2.1.5
变送器的信号传输方式
1.四线制和二线制方式（图2－11） 二线制满足的条件：
0＜I I 0 min
四 线 制 变 送 器
I0
RL
电源
二 线 制 变 送 器
电源
UT
I0
RL
U0 Emin I0max(RLmax r)
Pmin＜I 0 min (Emin I 0 min RL max )
温度系数：温度变化1℃时电阻值的相对变化量。 计算：

1 dR (T ) B 2 R (T ) dT T
负温度系数：NTC型；正温度系数：PTC型；临界：CRT型
热敏电阻的温度特性（图2－13） （2） 热电阻的接线方式（图2－14）
10 8
10 7 10 6
CTR
PTC
/ cm
（2）非线性误差 图示（2－2） 计算： f
f max xmax xmin 100 %
（3）变差：正、反行程测量时的 最大差值与量程之比的百分数 计算：
b
b max 100 % x max x min
（4）灵敏度与分辨力
计算
分辨力又称灵敏限：仪表输出能响应和分辨 输入的最小变化量，数字显示仪表变化一个 二进制最低有效位时输入的最小变化量 （5）漂移 时漂与温漂
Ω
－ 43．37 84．27 － 39．71 80．31 － 35．53 76．32 － 31．32 72．33 － 27．02 68．33 － 22．80 64．30
0 100 200 300 400 500 600 700 800
100．00 138．50 175．84 212．02 247．04 280．90 313．59 345．13 375．51