【正文】 當儀表的“輸出 — 輸入”關系為線性時，其靈敏度為一常數；反之，當儀表具有非線性特性時，其靈敏度將隨著輸入變量的變化而攻變。 ?溫漂：由于溫度變化而產生的漂移稱溫漂。 儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的 ％ （ 95％ ） 所用的時間 ， 可用來表示反應時間 。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器的基本概念及組成 ? 敏感元件：能直接感受、獲取被測量并能輸出與被測量有確定函數關系的其他物理量的元件。 當轉換元件輸出的電信號較強時，可以不用測量電路。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器分類 (3)按能量的關系分類 兩大類 可分為有源傳感器和無源傳感器。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器特性及標定 (1)傳感器特性 被測量的兩種形式：靜態(tài)信號、動態(tài)信號 ①靜態(tài)特性 傳感器在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出、輸入關系，一般用表格或曲線表示。希望其輸出量盡可能快速準確地跟隨被測量的變化。標定就是利用某種規(guī)定的標準或標準器具對傳感器進行刻度。 物性型（固態(tài)）傳感器 包括半導體、電介質和強滋體三類。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器的發(fā)展方向 (4)傳感器的智能化 智能傳感器：集成有微型計算機的傳感器。 它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。 用一定高度的液柱去平衡被測壓力，用液柱的高度表示被測壓力的大小。 圖 35 彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件 如圖 (a)和 (b)所示， 波紋管式彈性元件 如圖 (e)所示， 薄膜式彈性元件 如圖 (c)和 (d)所示。 其特點是靈敏高 （ 特別是在低壓區(qū) ） ， 常用于檢測較低的壓力（ ～ 106Pa） ， 但波紋管遲滯誤差較大 ， 精度一般只能達到 ； 彈簧管 結構簡單 、 使用方便 、 價格低廉 ， 使用范圍廣 ， 測量范圍寬 ，可以測量負壓 、 微壓 、 低壓 、 中壓和高壓 ， 應用十分廣泛 。 中心角改變量和所加壓力有如下關系： 222220)1(1 ?? ??? ? ??????? abbhREP式中 ,θ 0:中心角的初始角； Δθ :中心角的改變量； R:圓弧的外半徑； h:管壁厚度； a、 b:橢圓形截面的長 、 短半軸 。 優(yōu)點 1. 測量范圍較廣 ，分別可測 7 105Pa至 5 102MPa的壓力，允許誤差可至 ％； ， 可以實現壓力自動控制和報警 ， 并可與工業(yè)控制機聯用 。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 將霍爾元件與彈簧管配合 ， 就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器 ， 如圖 310所示 。 當壓力發(fā)生變化時 ， 單晶硅產生應變 ， 使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化 ， 再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號 。 ? 壓電式壓力計特點： ?優(yōu)點：尺寸小、重量輕、工作可靠、測量頻率范圍寬。 工作原理 電容式差壓變送器原理圖 1— 隔離膜片； 2， 7— 固定電極； 3— 硅油； 4— 測量膜片； 5— 玻璃層； 6—底座； 8— 引線 先將壓力的變化轉換為電容量的變化 ， 然后進行測量 。 被測參數的正常值一般要求工作在儀表量程 1/3~2/3為宜。 MPa 這就要求所選儀表的相對百分誤差為： （ 10） *100%=% 按照儀表的精度等級 ， 可選擇 。 如圖 (a)、 (b) (a) (b) ? 測量高壓流體介質的壓力時 ， 安裝時壓力儀表表殼應朝向墻壁或者無人通過之處 ， 以防發(fā)生以外 。 (b)氣體 被測介質為 蒸汽 時 ， 取壓口應位于管道上半部與管道水平線成 0～ 45176。 在測量氣體介質時 ， 如果差壓變送器只能安裝在取樣口之下時 ， 必須加裝如圖 (b)所致的貯液罐和排放閥 ， 克服因滯留液對測量精度產生影響 。 壓力計的選用及安裝 M P app 562282m a x1 ?????舉例 例 3 某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25～ 28MPa， 測量誤差不得大于 1MPa。 18 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 概述 ? 表 33列出了按測溫方法分類的一些常用的測溫儀表 測溫儀表分類 按測量范圍 按用途 高溫計、溫度計 標準儀表、實用儀表 按工作原理 膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計 按測量方式 接觸式與非接觸式 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 概述 測溫方式 溫度計種類 測溫范圍 ℃ 優(yōu)點 缺點 接 觸 式 測 溫 儀 表 膨脹式 玻璃液體 50～ 600 結構簡單，使用方便，測量準確，價格低廉 測量上限和精度受玻璃質量的限制 ,易碎，不能記錄遠傳 雙金屬 80 ～ 600 結構緊湊，牢固可靠 精度低 ,量程和使用范圍有限 壓力式 液體 氣體 蒸汽 30 ～ 600 20 ～ 350 0 ～ 250 結構簡單，耐震，防爆能記錄、報警，價格低廉 精度低，測溫距離短 ,滯后大 熱電偶 鉑銠 鉑 鎳鉻 鎳硅 鎳鉻 考銅 0 ～ 1600 50 ～ 1000 50 ～ 600 測溫范圍廣，精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制 需冷端溫度補償，在低溫段測量精度較低 熱電阻 鉑 銅 200 ～ 600 50 ～ 150 測量精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制 不能測高溫，需注意環(huán)境溫度的影響 非接 觸式 測溫 儀表 輻射式 輻射式 光學式 比色式 400 ～ 2022 700 ～ 3200 900 ～ 1700 測溫時，不破壞被測溫度場 低溫段測量不準，環(huán)境條件會影響測溫準確度 紅外線 光電探測 熱電探測 0 ～ 3500 200 ～ 2022 測溫范圍大，適于測溫度分布 ,不破壞被測溫度場，響應快 易受外界干擾，標定困難 表 33 常用溫度計的種類及優(yōu)缺點 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 熱膨脹式溫度計 利用物體熱脹冷縮的性質制成，是最簡單的測溫儀器。如圖所示 雙金屬溫度計測量范圍一般在 80600℃ 之間，精度最高可達 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 熱膨脹式溫度計 壓力式溫度計 它是根據在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度。 ?優(yōu)點：結構簡單、直觀、使用方便、靈敏度與精度較高、價格便宜，測量范圍較廣，應用廣泛。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 壓力計的選用及安裝 316025? 由于 ，故被測壓力的最小值不低于滿量程的 1/3，這是允許的。 － + － + － + 1 1 2 2 3 3 1 1 4 4 5 5 1 6 6 5 5 7 7 7 (a) (b) (c) 1－取壓口 2－放空閥 3－貯氣罐 4－貯液罐 5－排放閥 6－凝液罐 7－差壓變送器 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? ③ 差壓變送器本身的安裝 差壓變送器通常必須安裝切斷閥 2和平衡閥 3， 構成三閥組 － + 2 1 3 2－切斷閥 3－平衡閥 差壓變送器是用來測量差壓的 ， 但如果正 、 負引壓管上的兩個切斷閥不能同時打開或者關閉時 ， 就會造成差壓變送器單向受很大的靜壓力 ， 有時會使儀表產生附加誤差 ， 嚴重時會使儀表損壞 。 最常見的接法是從管道水平位置接出 ， 并分別安裝凝液罐 ， 這樣兩根引壓管內部都充滿冷凝液 ， 而且液位高度相同 。 角內 ， 目的是保證引壓管內沒有氣泡 ， 兩根引壓管內液柱產生的附加壓力可以相互抵消； 思考：能否從底部引出 ？ 為什么 ？ 45176。 主要應考慮以下幾個方面 : ?儀表的材料 壓力檢測 (檢測儀表 )的特點是壓力敏感元件往往要與被測介質直接接觸 ， 因此在選擇儀表材料的時候要綜合考慮儀表的工作條件 。 在選擇時應堅持節(jié)約的原則 ， 只要測量精度能滿足生產的要求 ， 就不必追求用過高精度的儀表 。與力矩平衡式相比，電容式沒有杠桿傳動機構，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應提高，可達 。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? (1)石英的壓電效應 ? 對于如圖 319所示的石英晶體，沿 x軸方向切片，然后將兩塊電極板放在垂直于 x軸的兩個面上，施以壓力 p，電極板表面就會產生大小相等、方向相反的電荷 q。 ? 一般說來半導體應變片的靈敏度與半導體材料、摻雜深度、應力相對于晶軸的取向等因素有關 壓阻式壓力傳感器 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 壓阻式壓力傳感器 1— 基座； 2— 單晶硅片；3— 導環(huán)； 4— 螺母； 5— 密封墊圈； 6— 等效電阻 2） 壓阻式壓力計 特點 精度高 、 工作可靠 、 頻率響應高 、 遲滯小 、 尺寸小 、重量輕 、 結構簡單； 便于實現顯示數字化； 可以測量壓力 ， 稍加改變 ， 還可以測量差壓 、 高度 、速度 、 加速度等參數 。 利用這一電勢即可實現遠距離顯示和自動控制 。 常用的信號處理裝置有指示儀 、 記錄儀以及控制器 、 微處理機等 。 單圈彈簧管壓力表是工業(yè)現場使用最普遍的就地指示式壓力檢測儀表 （ 也有電接點輸出的彈簧管壓力表 ） 彈簧管壓力表結構簡單 、 使用方便 、價格低廉 、 測量范圍寬 ， 可以測量負壓 、微壓 、 低壓 、 中壓和高壓 一般的工業(yè)用彈簧管壓力表的精度等級為 ， 但根據制造的要求 ， 其精度等級最高可達 。 是：變形的大小與所受壓力成比例 。 ①彈性滯后 指由于彈性元件工作時分子間存在摩擦而導致的加載曲線與卸載曲線不重合的現象，如圖 313 ② 彈性后效 指彈性元件所受載荷改變后，在一定時間間隔內逐漸完成變形的現象，如圖 314。 ?分類：種類很多，常用的有 u形管壓力計，單管壓力計和微壓計等。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 壓力單位及測量儀表 它是將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量的。 (5)仿生傳感器的研制 仿制生物體感覺器官的機理，制成相應的傳感器。電路可以做在半導體傳感器的硅片上，并實現溫度、非線性補償。如： 接觸與非接觸測量； 破壞與非破壞性測量； 在線與離線測量等。 ?動態(tài)特性表示方法： ?傳遞函數、頻率特性（幅頻特性、相頻特性）。 靜態(tài)特性是在靜態(tài)標準條件下進行標定的。通常配有電壓測量電路和放大器。 ? 輔助電路通常包括電源電路等。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器的基本概念及組成 ? 轉換元件：將敏感元件感受到的非電量直接轉換成電量。 ? 本節(jié)介紹： ?傳感器的基本概念及組成 ?傳感器分類 ?傳感器特性及標定 ?新型傳感器介紹 ?傳感器的選用 ?傳感器的發(fā)展方向 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 傳感器的基本概念及組成 1)傳惑器基本概念 ①定義：傳感器是將被測物理量轉換為與之有確定對應關系的輸出量的器件或裝置。它們是衡量儀表穩(wěn)定值的重要指標。 ? 分辨力： 是指數字顯示器的最末位數字間隔所代表的被測參數變化量。 小結 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學化學化工學院 ?? 靜態(tài)性能指標 儀表的特性：儀表的輸出與輸入之間的對應關系。 ７ ℃ ， 試問應如何選擇儀表