化工仪表及自动化第3章1和课件.ppt
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1、化工仪表及自动化,第三章 检测仪表与传感器,概述压力检测及仪表流量检测及仪表物位检测及仪表温度检测及仪表现代检测技术与传感器的发展显示仪表,3.检测仪表与传感器,主要内容,基本要求,1.掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。2.了解仪表的性能指标。3.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。4.了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。5.了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中得到冷端温度补偿的作用及方法。7.了解电动温度变送器的作用及原理。了解智能变送器的基本原理与主要
2、构成。,检测技术在工业生产领域的应用,在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位.,3.1 概述,3.1 概述,用来检测流量、压力、温度等参数的技术工具称为检测仪表。它是控制信息的源头,是信号变换、加工、处理、存储的基础,在控制系统中处于十分重要的地位。有时将检测元件、变送器和显示仪表统称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时,通常称为变送器。,一、测量过程与测量误差,测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程,而测量仪表就是实现这种比较的工具。,测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距
3、。通常有两种表示方法,即绝对误差和相对误差。,3.1 概述,产生的原因:所使用的测量工具本身不够准确,观测者的主观性和周围环境的影响等,绝对误差,xi:仪表指示值,xt:被测量的真值,由于真值无法得到,x:被校表的读数值,x0:标准表的读数值,相对误差,3.1 概述,二、仪表的性能指标,1.精确度(简称精度),说明:仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是,仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此,常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。,相对百分误差,允许误差,3.1 概述,仪表的允越大,表示它的精确度越低;反之,仪表的允越小,表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉
4、“”号及“”号,便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。,小结,3.1 概述,举例,例1某台测温仪表的测温范围为200700,校验该表时得到的最大绝对误差为4,试确定该仪表的精度等级。,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号,其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表,同时,该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差,所以,这台测温仪表的精度等级为1.0级。,3.1 概述,例2某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求,温度指示值的误差不允
5、许超过,试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?,解 根据工艺上的要求,仪表的允许误差为,如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号,其数值介于0.51.0之间,如果选择精度等级为1.0级的仪表,其允许的误差为1.0,超过了工艺上允许的数值,故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。,3.1 概述,3.1 概述,总结,根据仪表校验数据确定仪表精度等级时,仪表允许误差 仪表校验所得的相对百分误差 根据工艺要求选择仪表精度等级时,仪表允许误差 工艺上允许的最大相对百分误差,仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,精度等级数值越小,就表征该仪表的精确度等级越高,也说明该仪表的精确度越高。0.
6、05级以上的仪表,常用来作为标准表;工业现场用的测量仪表,其精度大多在0.5以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,举例,1.5,1.0,如:,3.1 概述,2.变差,变差是指在外界条件不变的情况下,用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程(即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小)测量时,被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。,图3-1 测量仪表的变差,3.1 概述,注意,仪表变差不能超出仪表的允许误差,3.灵敏度与灵敏限,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移,与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中,S为仪表的灵敏度;为指针的线位移或
7、角位移;x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,注意:上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中,往往用分辨力表示。,3.1 概述,4.分辨力,对于数字式仪表,分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。,不同量程的分辨力是不同的,相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力,也叫灵敏度。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。,3.1 概述,5.线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是
8、希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,图3-2 线性度示意图,式中,f为线性度(又称非线性误差);fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差(以仪表示值的单位计算)。,3.1 概述,6.反应时间,反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长,说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值,那就不宜用来测量变化频繁的参数。,仪表反应时间的长短,实际上反映了仪表动态特性的好坏。,仪表的反应时间有不同的表示方法,当输入信号突然变化一个数值后,输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。,仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2(95)所用的时间,可用来表示反应时间。,3.1 概
9、述,三、工业仪表的分类,1.按仪表使用的能源分类,气动仪表、电动仪表、液动仪表,以电为能源,信号之间联系比较方便,适宜于远距离传送和集中控制;便于与计算机联用;现在电动仪表可以做到防火、防爆,更有利于电动仪表的安全使用。,一般结构较复杂;易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。,优点,缺点,常用,3.1 概述,2.按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类,检测仪表,作用是获取信息,并进行适当的转换。,显示仪表,作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。,集中控制装置,包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。,控制仪表,可以根据需要对输入信号进行各种运算。,执行器,可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操
10、作员的指令,对生产过程进行操作或控制。,3.1 概述,图3-3 各类仪表的作用,3.1 概述,3.按仪表的组成形式分类,基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里,形成一个整体。优点:比较适于在现场做就地检测和控制缺点:不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。,分为基地式仪表和单元组合仪表,3.1 概述,化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称DDZ仪表;气动单元组合仪表简称QDZ仪表。,注意,单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分,分别制成能独立工作的单元仪表(简称单
11、元,例如变送单元、显示单元、控制单元等)。这些单元之间以统一的标准信号互相联系,可以根据不同要求,方便地将各单元任意组合成各种控制系统,适用性和灵活性都很好。,3.1 概述,一、压力单位及测压仪表二、弹性式压力计三、电气式压力计四、智能型压力变送器五、压力计的选用及安装,3.2 压力检测及仪表,主要内容,一、压力单位及测量仪表,压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力的单位为帕斯卡,简称帕(Pa),3.2 压力检测及仪表,重要的操作参数之一,在压力测量中,常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。,图3-4绝对压力、表压、负压(真空度)的关系,3.2 压力检测及仪表,工程上所用的压力指示值,
12、大多为表压,大气压力:大气自重产生的压力表压:以大气压作为基准绝压:以绝对真空为基准真空度:低于大气压的压力,3.2 压力检测及仪表,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同,分为四类。,液柱式压力计是将被测压力转化为液柱的高度来进行测量的一种仪表;弹性式压力计是利用测量弹性敏感元件在压力作用下产生的弹性变形的大小来测量压力的一种仪表;电气式压力计是将被测压力转化为电量(电压、电流、电阻等)进行测量的仪器;活塞式压力计是将被测压力转化为活塞上所加平衡砝码的质量进行测量的仪器,一般用作校验仪器。,1.液柱式压力计,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。,按其结构形式的不同,有
13、U形管压力计、单管压力计等,优点,这类压力计结构简单、使用方便,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响,测量范围较窄,一般用来测量较低压力、真空度或压力差。,3.2 压力检测及仪表,3.2 压力检测及仪表,U形管压力计,单管压力计,微压计,2.弹性式压力计,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.电气式压力计,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。,3.2 压力检测及仪表,4.活塞式压力计,它是根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。,优点,缺点,测量精度很高,允许误差可
14、小到0.05%0.02%。,结构较复杂,价格较贵。,3.2 压力检测及仪表,一般用于校验。,二、弹性式压力计,原理,以弹性元件受压后产生的反作用力与被测压力平衡。弹性元件的变形为被测压力的函数,通过测量变形就可以间接测得压力的大小。,优点,具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。,可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。,3.2 压力检测及仪表,应用最广泛的测压仪表,1.弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时,所用的弹性元件也不一样。,图3-5 弹性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示,薄膜式弹性元件如图(
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