测量仪表的工作原理维护

数显仪表用数码管显示测量值或偏差值，清晰直观，读数 方便，不会产生视差。数显仪表普遍采用中、大规模集成电路， 线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表采用模块化设计方 法，即不同品种的数显仪表都是由为数不多的、功能分离的模 块化电路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，降低生产 成本。数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信 号，输出统一标准的电流信号（0~10mA直流电流或4~20mA直流 电流）和报警信号。仪表具有非线性校正及开方运算电路，配 接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了 外线电阻的补偿，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。
例：配热电偶的数字式测温仪表原 理框图
标准热电势
滤波 放大 线性化 标度变换
数字显示报警仪
数字光柱显示报警仪
双光柱显示仪表
压力检测仪表
一、变送器 在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺
参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转
换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用
电容式差压变送器
非接触式测温仪表
1、 辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度。 2、 红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。
红外线测温计 光学高温计
热电偶
测温原理 • 热电势：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两 个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。 可用于点温度的测量 只与材料和温度 有关，与热电偶的长度、直径无关 接触电势和温差电势组成
电容式差压变送器采用差动电容作 为检测元件 一、结构组成： 由测量部件、转换电路、放大电 路三部分组成 二、工作原理： 当Δ pi↑→感压膜片 Δ S↑→Δ Ci↑→Ii↑→与Iz、If综合比 较→Δ I↑→I0↑
三、差压变送器选 用、安装和维护
敞口容器
P气
4~20 mA ρ
H
PB
I0 + -
P1
测量仪表的工作原理维护
• 主讲：
测量仪表的工作原理维护
• • • • 主要内容： 一、温度检测仪表 二、数字式温度显示仪表 三、压力检测仪表
温度检测仪表
1、温度检测仪表概述
• 一般利用物体的某些物理性质随温度变化的特性来感知、 测量温度。有： • 接触式测温——通过测温元件与被测物体的接触而感知物 体的温度。 • 非接触式测温——通过接受被测物体发出的热辐射热来感 知温度。
热电阻结构
• 与热电偶一样，工业热电阻有普通基型结构和铠装结构 两种。它们都由感温元件，引出线，保护套管，接线盒 ，绝缘材料等组成。
热电阻的结构
1.热电阻结构
ห้องสมุดไป่ตู้
外形与热电偶相似，但 测温范围和原理均不同
铜导线
银导线 保护管
补偿导线
扎线
铜丝
铂丝
石英玻璃或 云母骨架
塑料骨架
夹持件
铜电阻体
铂电阻体
测温原理
主要技术指标
(1)显示方式： 3位半或4位半数码管显示 (2)分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值， 表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。 (3)精度等级： 0.2级或0.5级
(4)输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的 等效阻抗，一般在10MΩ以上。
另外，还有采样速率、干扰拟制系数等
优点：
（1）电阻-温度变化具有良好的线性关系； （2）电阻温度系数大，故测量精度高； （3）热容量小，反应速度快； （4）有较大的测量范围；－200～500℃； （5）在测量范围内具有高的物理和化学性 质，价格较低。 （6）易于使用在自动测量和远距离测量中。
工业常用热电阻
• 在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种： • 1.分度号： • 根据IEC规定,铂电阻有Pt10和Pt100两种分度号 铜热电阻按WZC标准,代号有Cu50和Cu100两种。
•
•
接触式测温仪表有：
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。有 • (1) 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。
(2)固体膨胀式温度计（双金属温度计）
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 。
分类
(1)按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型 (2)按输入信号形式：电压型、频率型
(3)按输入信号的点数：单点和多点
(4)按显示位数：3位半、4位半等多种。半位显示是指最高位 是0或1。 (5)按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速 型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千 次以上）。
R3
测量仪表
r Rt
r
r
R1
R2
Rt
热电阻使用中的故障处理
（1）显示仪表指示值比实际值低或示值不稳定 保护管内有水或接线盒上有金属屑，灰尘或热电阻短路 （2）显示仪表指示值无限大 热电阻短路 （3）显示仪表针反向标尺下限
热电阻短路 显示仪表接线错误
（4）阻值与温度关系有变化 热电阻材料受蚀
数字式温度显示仪表
为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电 特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延长 热电偶，称为补偿导线。
热偶
补偿导线
根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，其总 的热电势等于两支热电偶产生的热电势的代数和。 E (t,t0) = E偶 (t , t n) ＋ E补(t n ,t0)
P2=P气
密闭带压容器
I0 PA H ρ PB
4~20 mA
P1
△P
P2
变送器信号传输方式
变送器安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而 输出信号传送到控制室。 气动变送器用两根气动管线分别传送气源和输出信号。 电动模拟式变送器采用二线制或四线制传输电源和输出 信号。 智能式变送器采用双向全数字量传输信号，即现场总线 通信方式；目前采用一种过渡方式，即在一条通信电缆中同 时传输4～20mADC电流信号和数字信号，称为HART协议通信方 式。智能式变送器的电源也由通信电缆传输。
二线制和四线制传输
电源、负载电阻RL，和变送器是串联的，即二根导线同 时传送变送器所需的电源和输出电流信号，这类变送器称为二 线制变送器。
四线制传输方式，电源和负载电阻 RL 分别与变送器相连 的，即供电电源和输出信号分别用二根导线传输，这类变送器 称为四线制变送器。
变送器接线图
差压变送器使用时应注意问题：
热偶 t tn
补偿导线 t0
E (t,t0)
用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线的热电 特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电偶配不 同的补偿导线。
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，而标准热电势要求冷端温度为零度，为此还要采取进 一步的补偿措施。
常用补偿导线
数字式温度显示仪表
• 数字式显示仪表主要由模－数转换器、电子计数器和数字 显示器所组成。 • 模－数转换器是数字式显示仪表能够实现数字化测量的关 键部件，它将连续变化的模拟量电压信号转换成脉冲信号 ，送往电子计数器进行电子计数器进行电子计数 ,如果转 换成二进制代码信息，则可直接送往数显示；如果输入为 脉冲（频率）信号，则可直接送往电子计数器。电子计数 器对其输入脉冲按照一定的时间间隔进行脉冲计数，即得 反应模拟量输入电压大小的脉冲个数的数字量信息。然后 ，对缩短到的数字量信息进行寄存、译码和显示。测量结 果在数字显示器以十进制数字形式示出。
铠装型
普通型
普通热电偶
常用热电偶
接线盒
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
热电偶温度计
热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温 度有关。所以使用时，需保持热电偶冷端温度恒定。但热电 偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。 为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。
•
Q
P2
•
开启表时： P1 应打开平衡阀2,再开高低截止阀1、 3， 截止阀 当阀1、3全开后，再关阀2。 1 停表时： 应先打开平衡阀2，再关闭阀1、3。 P1
截止阀 平衡阀
3
2
ΔI0 P2 ΔPi
401A型压力变送器
401B型压力变送器
WP311型液位变送器
• 谢谢大家
二、热电偶结构
1.普通工业热电偶的结构 （1）热电极 （2）绝缘管 （3）保护套管 (4) 接线盒 2.铠装热电偶的结构 （1）露端型 （2）接壳型 （3）绝缘型 (4) 圆变截面型 (5) 扁变截面型
接线盒
保护套管 绝缘管
热电极
3.热电偶的构造 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。
mV
常用热电偶
一、热电偶材料 对制成热电偶的材料的要求： （1）温度测量范围广，温度线性度好，测量精确度高 ，输出热电动势大。 （2）热电性能稳定。 （3）物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。 我国标准热电偶有六种： 铜-康铜 镍铬-考铜 镍铬-镍硅 镍铬-镍铝 铂铑10-铂 铂铑30-铂铑6 非标准热电偶： 铂铑13-铂 铂铑-铱 等 发展中产品： 镍铬-康铜 铁-康铜
紫
白
常见故障处理
（1）热电势比实际值小（显示仪表指示值偏低） 热电极短路； 补偿导线与热电偶极性接反或不配套； 热电偶安装位置不当或插入深度不符合要求； 热电偶冷端温补不符合要求； 热电偶与显示仪表不配套 （2）热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）
热电偶与显示仪表不配套； 补偿导线与热电偶不配套； （3）热电势输出不稳定 热电偶接线柱与热电极接触不良、安装不牢固或外部震动； 热电偶测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地、热电极 将断未断； （4）热电偶热电势误差大 热电极变质； 热电偶安装位置不当； 保护管表面积灰
补偿导线 型号
配用热电偶 分度号 S（铂铑10铂） K（镍铬-镍 硅） K（镍铬-镍 硅） E（镍铬-康 铜） J（铁-康铜 ） T（铜-康铜 ）
补偿导线材料 正极 负极
绝缘层颜色 正极 负极
SC
KC KX EX
铜
铜 镍铬 镍铬
镍铜
康铜 镍硅 康铜
红
红 红 红
绿
（黄） 黑 蓝
JX
TX
铁
铜
康铜
康铜
红
红
热电阻
对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容 易受到干扰而测不准。一般使用热电阻温度计来进行中低 温度的测量。 热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。
本书只介绍金属热电阻 金属热电阻测温精度高。大多数金属电阻阻值随温度 升高而增大。具有正温度系数。
1 dR 温度系数 α= R dT
双金属温度计工作原理
双金属温度计是利用两种不同膨 胀系数的金属片 A 和 B 将其焊接在 一起并将一端固定。当温度发生 变化时 , 膨胀悉数较大的金属片 B 伸长较多 , 故其未固定端 ( 自由端 ) 必然向膨胀系数较小的金属 A一方 弯曲变形。利用弯曲变形的大小 不同 , 从而可表示出温度的高低不 同。
热电阻传感器—利用导体或半导体的电阻值随温度变 化而变的物理现象进行温度检测。
热电阻的三线制接法
电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如 用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大 误差，必须用三线接法。
R3
R3
r
r
R1
R2
r
r
r
R1
R2
Rt
Rt
电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻必须用 三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。