【正文】 化工儀表及自動(dòng)化 第三章 檢測儀表與傳感器 2 內(nèi)容提要 ?概述 ? 測量過程與測量誤差 ? 儀表的性能指標(biāo) ? 工業(yè)儀表的分類 ?壓力檢測及儀表 ? 壓力單位及測壓儀表 ? 彈性式壓力計(jì) ? 電氣式壓力計(jì) ? 智能型壓力變送器 ? 壓力計(jì)的選用及安裝 3 內(nèi)容提要 ?流量檢測及儀表 ? 概述 ? 差壓式流量計(jì) ? 轉(zhuǎn)子流量計(jì) ? 橢圓齒輪流量計(jì) ? 渦輪流量計(jì) ? 電磁流量計(jì) ? 漩渦流量計(jì) ? 質(zhì)量流量計(jì) ? 流量測量儀表的選型 4 內(nèi)容提要 ?物位檢測及儀表 ? 概述 ? 差壓式液位變速器 ? 電容式物位傳感器 ? 核輻射物位計(jì) ? 磁致伸縮式液位儀 ? 光纖式液位儀 ? 稱重式液罐計(jì)量儀 ? 物位流量測量儀表的選型 5 內(nèi)容提要 ?溫度檢測及儀表 ? 溫度檢測方法 ? 熱電偶溫度計(jì) ? 熱電阻溫度計(jì) ? 光纖溫度傳感器 ? 電動(dòng)溫度變送器 ? 一體化溫度變送器 ? 智能式溫度變送器 ? 測溫元件的選用及安裝 6 ?模擬式顯示儀表 ? 自動(dòng)電子電位差計(jì) ? 自動(dòng)電子平衡電橋 ?數(shù)字式顯示儀表 ? 數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類 ? 數(shù)字式顯示儀表的基本組成 ?新型顯示儀表 ? 無筆、無紙記錄儀 ? 虛擬顯示儀表 內(nèi)容提要 7 第一節(jié) 概述 用來檢測這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為 檢測儀表 。 用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)的儀表通常稱為 傳感器 。 當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí) ，通常稱為 變送器 。 8 ?一、測量過程與測量誤差 測量過程 在實(shí)質(zhì)上都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程 ， 而測量儀表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具 。 測量誤差 指由儀表讀得的被測值與被測量真值之間的差距 。 通常有兩種表示方法 ， 即絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 。 第一節(jié) 概述 9 ti xx ???絕對(duì)誤差 0xx ???000 xxxxy????xi：儀表指示值 , xt：被測量的真值 由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值 ， x0 ：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 相對(duì)誤差 第一節(jié) 概述 10 ?二、儀表的性能指標(biāo) %1 0 0m a x ???? 測量范圍下限值測量范圍上限值?1. 精確度 （ 簡稱精度 ） 說明： 儀表的測量誤差可以用絕對(duì)誤差 Δ來表示 。 但是 ， 儀表的絕對(duì)誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同 。 因此 ， 常說的 “ 絕對(duì)誤差 ” 指的是絕對(duì)誤差中的最大值 Δmax。 兩大影響因素 絕對(duì)誤差和儀表的測量范圍 相對(duì)百分誤差 δ 允許誤差 %1 0 0???? 測量范圍下限值測量范圍上限值 差值儀表允許的最大絕對(duì)誤允?第一節(jié) 概述 11 儀表的 δ允 越大 ， 表示它的精確度越低；反之 ， 儀表的δ允 越小 ， 表示儀表的精確度越高 。 將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉 “ 177。 ”號(hào)及 “ ％ ” 號(hào) ， 便可以用來確定儀表的精確度等級(jí) 。 目前常用的精確度等級(jí)有 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 。 小結(jié) 第一節(jié) 概述 , , , 高 低 Ⅰ 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 Ⅱ 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 工業(yè)用表 , , , 0. 2, , 12 %%1 0 02 0 07 0 0 4 ???????舉例 例 1 某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為 200~700℃ ， 校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為＋ 4℃ ， 試確定該儀表的精度等級(jí) 。 解 該儀表的相對(duì)百分誤差為 如果將該儀表的 δ去掉 “ ＋ ” 號(hào)與 “ ％ ” 號(hào) ， 其數(shù)值為 。 由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有 ， 同時(shí) ， 該儀表的誤差超過了 ， 所以 ， 這臺(tái)測溫儀表的精度等級(jí)為 。 第一節(jié) 概述 13 %%1 0 001 0 0 0 7 ??????允?例 2 某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為 0～ 1000℃ 。 根據(jù)工藝要求 ，溫度指示值的誤差不允許超過 177。 7℃ ， 試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求 ？ 解 根據(jù)工藝上的要求 ， 儀表的允許誤差為 如果將儀表的允許誤差去掉 “ 177。 ”號(hào)與 “ ％ ” 號(hào) ， 其數(shù)值介于 ～ ， 如果選擇精度等級(jí)為 ，其允許的誤差為 177。 ％ ， 超過了工藝上允許的數(shù)值 ， 故應(yīng)選擇 。 第一節(jié) 概述 14 儀表的精度等級(jí) 是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一 。 精度等級(jí)數(shù)值越小 ， 就表征該儀表的精確度等級(jí)越高 ， 也說明該儀表的精確度越高 。 ， 常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表 ， 其精度大多在 。 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上 。 舉例 如： 第一節(jié) 概述 15 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級(jí) ， 情況是不一樣的 。 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)時(shí) ， 儀表的允許誤差應(yīng)該大于 （ 至少等于 ）儀表校驗(yàn)所得的相對(duì)百分誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級(jí)時(shí) ， 儀表的允許誤差應(yīng)該小于 （ 至多等于 ） 工藝上所允許的最大相對(duì)百分誤差 。 小結(jié) 第一節(jié) 概述 16 %100??? 測量范圍下限值測量范圍上限值 最大絕對(duì)差值變差 變差 是指在外界條件不變的情況下 ， 用同一儀表對(duì)被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程 （ 即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小 ） 測量時(shí) ， 被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差 。 圖 31 測量儀表的變差 第一節(jié) 概述 m a x 100%X???變 差量 程17 儀表的靈敏度 是指儀表指針的線位移或角位移 ， 與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量的比值 。 即 第一節(jié) 概述 xS ??? ? 式中 ， S為儀表的靈敏度； Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起 Δα所需的被測參數(shù)變化量 。 儀表的靈敏限 是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測參數(shù)的最小變化量 。 通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半 。 注意： 上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表 。 在數(shù)字式儀表中 ，往往用分辨力表示 。 ? ? 量程精度等級(jí)靈敏限 ???? %21m a x2118 對(duì)于數(shù)字式儀表 ， 分辨力 是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測參數(shù)變化量 。 不同量程的分辨力是不同的 ， 相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的 最高分辨力 ， 也叫 靈敏度 。 通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo) 。 分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān) 。 第一節(jié) 概述 五位半表頭 19 %100m a x ??? 儀表量程 fi? 線性度 是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度 。 通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系 。 圖 32 線性度示意圖 式中 ， δf為線性度 （ 又稱非線性誤差 ） ； Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差 （ 以儀表示值的單位計(jì)算 ） 。 第一節(jié) 概述 20 反應(yīng)時(shí)間 就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo) 。 反應(yīng)時(shí)間長 ， 說明儀表需要較長時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值 ， 那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù) 。 儀表反應(yīng)時(shí)間的長短 ， 實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞 。 儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后 ， 輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值 。 儀表的輸出信號(hào)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的 ％ （ 95％ ） 所用的時(shí)間 ， 可用來表示反應(yīng)時(shí)間 。 第一節(jié) 概述 21 ?三、工業(yè)儀表的分類 1. 按儀表使用的能源分類 氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、液動(dòng)儀表 以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便