第2章-參數(shù)檢測(cè)

第2章過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與變送本章要點(diǎn)1）了解參數(shù)檢測(cè)的意義、檢測(cè)儀表的基本構(gòu)成及儀表的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；2）了解檢測(cè)誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整的確定與計(jì)算；3）熟悉變送器的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸與接線(xiàn)方式；4）了解溫度檢測(cè)方法、熟悉溫度變速器的工作原理、掌握其使用方法；5）掌握壓力、流量、物位等檢測(cè)儀表的工作原理與使用方法，熟悉壓力變送器的工作原理及使用特點(diǎn)；6）熟悉智能式變送器的特點(diǎn)及硬件構(gòu)成；7）熟悉成分檢測(cè)儀表的工作原理及適用范圍。2.1參數(shù)檢測(cè)與變送概述檢測(cè)的重要意義2.1.1檢測(cè)儀表1.傳感器國(guó)標(biāo)《GB7665-87》規(guī)定：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。2.變送器將輸出信號(hào)變成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)即各儀表之間的通信協(xié)議：0～10mA、0～2V、20～100kPa;4~20mA、1～5V→數(shù)字信號(hào)。組成框圖（圖2－1）

2.1.2檢測(cè)誤差

（3）相對(duì)誤差（或標(biāo)稱(chēng)相對(duì)誤差）1.檢測(cè)誤差的描述檢測(cè)誤差是指檢測(cè)儀表的測(cè)量值與被測(cè)物理量的真值之間的差值，它反映了儀表的檢測(cè)精度

（1）真值即被測(cè)物理量的真實(shí)（或客觀(guān)）取值。在當(dāng)前現(xiàn)行的檢測(cè)體系中，是將“認(rèn)定設(shè)備”的檢測(cè)結(jié)果作為真值。（2）絕對(duì)誤差儀表的實(shí)測(cè)值與“真值”之差記為△＝

絕對(duì)誤差不能說(shuō)明檢測(cè)精度，如。。。（4）引用誤差記為

（5）基本誤差

使用標(biāo)準(zhǔn):220V±5％、（50±2）Hz、（20±5）℃、65％±5％

也稱(chēng)為“約定真值”。

（6）附加誤差（溫度附加、頻率附加、電源電壓附加）

2.檢測(cè)誤差的規(guī)律性（1）系統(tǒng)誤差對(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，按一定規(guī)律出現(xiàn)的誤差。克服系統(tǒng)誤差的辦法：負(fù)反饋結(jié)構(gòu)

（2）隨機(jī)誤差或統(tǒng)計(jì)誤差：統(tǒng)計(jì)計(jì)算、濾波消除

（3）粗大誤差（疏忽誤差）：剔除2.1.3檢測(cè)儀表的基本特性1.儀表的固有特性及性能指標(biāo)（1）精確度及其等級(jí)1）不能用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示?如:A測(cè)量范圍0~1000℃，最大絕對(duì)誤差為10℃B測(cè)量范圍0~400℃，最大絕對(duì)誤差為5℃再如：絕對(duì)誤差一定時(shí)，相對(duì)誤差隨測(cè)量值減小而增大。2）用最大引用誤差度量（量程、最大絕對(duì)誤差）度量辦法：去掉最大引用誤差中的“±”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。最大引用誤差與精度：DDZ-III型校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)檢測(cè)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)用（2）非線(xiàn)性誤差圖示（2－2）計(jì)算：（3）變差：正、反行程測(cè)量時(shí)的最大差值與量程之比的百分?jǐn)?shù)計(jì)算：（4）靈敏度與分辨力計(jì)算

分辨力又稱(chēng)靈敏限：儀表輸出能響應(yīng)和分辨輸入的最小變化量，數(shù)字顯示儀表變化一個(gè)二進(jìn)制最低有效位時(shí)輸入的最小變化量（5）漂移時(shí)漂與溫漂↓（6）動(dòng)態(tài)誤差：干擾變動(dòng)時(shí)，儀表輸出與參數(shù)實(shí)際值之間的差異。原因：儀表內(nèi)部慣性、能量形式轉(zhuǎn)換或物質(zhì)傳遞用時(shí)參數(shù)：時(shí)間常數(shù)T，純滯后時(shí)間2.檢測(cè)儀表的工作特性適應(yīng)參數(shù)測(cè)量和系統(tǒng)運(yùn)行的需要具有的輸入/輸出特性（1）理想工作特性：（2）零點(diǎn)調(diào)整與遷移被測(cè)參數(shù)的下限值或?qū)?yīng)儀表輸出下限值的被測(cè)參數(shù)最大值；使輸入下限值為零的過(guò)程稱(chēng)為零點(diǎn)調(diào)整，否則為零點(diǎn)遷移。被測(cè)參數(shù)上下限儀表輸出上下限零點(diǎn)遷移前后的輸入/輸出特性(3)

量程調(diào)整量程是指與檢測(cè)儀表規(guī)定的輸出范圍相對(duì)應(yīng)的輸入范圍量程調(diào)整是指在零點(diǎn)不變時(shí)將輸出上限值與輸入上限值相對(duì)應(yīng)量程調(diào)整前后的輸入/輸出特性圖零點(diǎn)調(diào)整正遷移負(fù)遷移相當(dāng)于調(diào)整斜率實(shí)例某測(cè)溫儀表的量程為0～500℃，輸出信號(hào)為4～20mA

，現(xiàn)欲測(cè)量200～1000℃應(yīng)如何調(diào)整？2.1.4變送器的構(gòu)成原理1.模擬式變送器的構(gòu)成（圖2－9）1）原理說(shuō)明2)

輸入/輸出關(guān)系理想線(xiàn)性特性系統(tǒng)程序、儀表輸入/輸出特性、變送器的識(shí)別

2.數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理（基于CPU的硬件電路、系統(tǒng)程序和功能模塊的軟件）（1）數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成（圖2－10）工作過(guò)程。。。（2）軟件構(gòu)成系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、自檢；功能模塊：組態(tài)功能。模擬式變送器：輸出信號(hào)一般為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)一條電纜只能傳輸一個(gè)模擬信號(hào)數(shù)字式/智能式變送器：允許多個(gè)信號(hào)在同一條通信電纜上傳輸。以便：補(bǔ)償、零點(diǎn)調(diào)整/遷移、量程調(diào)整連接電纜、通信、傳輸結(jié)果或參數(shù)2.1.5變送器的信號(hào)傳輸方式1.四線(xiàn)制和二線(xiàn)制方式（圖2－11）二線(xiàn)制必須滿(mǎn)足的條件：模擬式變送器：四線(xiàn)、二線(xiàn)數(shù)字式變送器：二線(xiàn)（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)）目前，廣泛采用過(guò)渡方式：HART協(xié)議通信方式變送器工作電流變送器輸出電流最小值，4mA電源電壓最小值20mA2.HART（HighwayAddressableTransduce)協(xié)議傳輸方式圖2－12模擬信號(hào)和基于頻移鍵控（FSK)的疊加傳輸速率為1200bit/s混合：同時(shí)傳輸4~20mADC的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)幅值：±0.5mA頻率：1200/2200Hz正弦波2.2溫度的檢測(cè)與變送2.2.1溫度檢測(cè)方法接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫是否接觸？熱電阻測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫高溫輻射溫度計(jì)低溫輻射溫度計(jì)光電溫度計(jì)一、接觸式測(cè)溫1、熱電阻及其測(cè)溫原理基于熱－阻效應(yīng)，測(cè)溫元件測(cè)溫原理測(cè)溫范圍/℃主要特點(diǎn)熱電偶熱電效應(yīng)0～1600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，低溫測(cè)量精度低。鉑電阻熱阻效應(yīng)－200～600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；不能測(cè)高溫。銅電阻－50～150半導(dǎo)體熱敏電阻－50～150靈敏度高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；互換性較差，測(cè)量范圍有一定限制。常用測(cè)溫元件1)

金屬熱電阻的測(cè)溫,計(jì)算：工業(yè)常用熱電阻：見(jiàn)表2-2，P27T℃時(shí)阻值0℃時(shí)阻值正溫度系數(shù)工業(yè)常用熱電阻的分度表附表A附表A-1鉑熱電阻（分度號(hào)Pt100）分度表（，）溫度/℃00102030405060708090

電阻值Ω－200－100－018．4960．25100．0－56．1996．06－52．1192．16－48．0088．22－43．3784．27－39．7180．31－35．5376．32－31．3272．33－27．0268．33－22．8064．300100200300400500600700800100．00138．50175．84212．02247．04280．90313．59345．13375．51103．90142．29179．51215．57250．48284．22316．80348．22378．48107．79146．06183．17219．12253．90287．53319．99351．30381．45111．67149．82186．32222．65257．32290．83323．18354．37384．40115．54153．58190．45226．17260．72294．11326．35357．42387．34119．40157．31194．07229．67264．11297．39329．51360．47390．26123．24161．04197．69233．17267．49300．65332．66363．50－127．07164．76201．29236．65270．86303．91335．79366．52－130．89168．46204．88240．13274．22307．15338．92369．53－134．70172．16208．45243．59277．56310．38342．03372．52－附表A-2銅熱電阻（分度號(hào)Cu50)分度表（R0=50.00Ωα＝0.004280）溫度/℃00102030405060708090

電阻值

Ω－0

＋050.0050.0047.8552.1445.7054.2843.5556.4241.4058.5639.2460.70-62.84-64.98-67.12-69.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13----2)

半導(dǎo)體熱敏電阻的測(cè)溫阻值和溫度的函數(shù)關(guān)系：溫度系數(shù)：溫度變化1℃時(shí)電阻值的相對(duì)變化量。計(jì)算：負(fù)溫度系數(shù)：NTC型；正溫度系數(shù)：PTC型；臨界：CRT型實(shí)驗(yàn)可測(cè)！熱敏電阻的溫度特性（圖2－13）三種特性的用途P28優(yōu)點(diǎn)：溫度系數(shù)大；缺點(diǎn)：互換性差，非線(xiàn)性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍低：－50～300℃。適用于家電和汽車(chē)的測(cè)溫。（2）熱電阻的接線(xiàn)方式（圖2－14）a)

用于測(cè)量精度不高的場(chǎng)合b)電橋平衡，與導(dǎo)線(xiàn)電阻無(wú)關(guān)C）用于高精度的溫度測(cè)量，如用內(nèi)阻很高的電子電位差計(jì)測(cè)量2.熱電偶及其測(cè)溫原理（＞500℃）（1）熱電偶的測(cè)溫原理：熱電效應(yīng)（圖2－15）熱電動(dòng)勢(shì)=接觸電勢(shì)+溫差電勢(shì)。三點(diǎn)結(jié)論：1）電極材料相同，總電勢(shì)為零；2）冷、熱端溫度相同，總電勢(shì)為零；3）電極材料不同，溫度相同，熱電勢(shì)不同。1.兩種材質(zhì)的導(dǎo)體/半導(dǎo)體2.兩端溫度不同3.閉合回路（2）熱電勢(shì)的檢測(cè)與第三導(dǎo)體定律(圖2－16）當(dāng)有第三導(dǎo)體定律：只要第三導(dǎo)體兩接點(diǎn)溫度相同，回路中熱電勢(shì)值不變（3）冷端延伸與等值替換原理為什么要延伸？補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用？熱電材料價(jià)格昂貴，冷端溫度受被測(cè)溫度影響較大，不斷變化冷熱端遠(yuǎn)離，冷端延伸等值替換原理（圖2－17）等值替換的條件：熱電回路的總熱電勢(shì)：→因而有依據(jù)則有結(jié)論：將滿(mǎn)足的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)代替熱電偶使冷端延伸，不會(huì)改變熱電偶的熱電勢(shì)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的連接示意圖（4）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、型號(hào)（分度號(hào)）按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC)統(tǒng)一規(guī)定。表2－3我國(guó)部分標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)熱電偶配套的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)（絕緣層著色）分度號(hào)熱電偶材料①測(cè)溫范圍/℃型號(hào)②正極材料負(fù)極材料長(zhǎng)期短期S鉑銠10

－鉑③0～13001600SC銅（紅）銅鎳（綠）B鉑銠30－鉑銠6

0～16001800BC銅（紅）銅（灰）K鎳鉻－鎳硅－50～10001300KX鎳鉻（紅）鎳硅（黑）T銅－康銅－200～300350TX銅（紅）康銅（白）（5）熱電偶的冷端溫度校正為什么要校正？1）查表法：示例：K型熱電偶，測(cè)t,冷端溫度測(cè)得E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,經(jīng)計(jì)算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=560℃冷端溫度不為0且經(jīng)常變化2)電橋補(bǔ)償法：利用電橋某橋臂電阻因環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的附加電壓補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)的變化

(圖2－19及說(shuō)明）工作原理。。。示例：鉑銠－鉑銠熱偶，0～100℃：6μv/℃，橋臂電流為0.5mA,α＝0.004/℃。全補(bǔ)償?shù)臈l件為：經(jīng)計(jì)算：加保護(hù)套管：可延長(zhǎng)使用壽命；但使慣性滯后↑（1.5～4min).不加為毫秒級(jí)接觸式測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：精度高、小范圍線(xiàn)性度與穩(wěn)定性好測(cè)溫范圍寬（500～2000℃；缺點(diǎn)：高于2000℃時(shí)，不能長(zhǎng)期使用，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)溫，不能使用二非接觸式測(cè)溫（輻射式測(cè)溫）

1.非接觸式測(cè)溫及其特點(diǎn)

原理：載熱體→熱能→輻射能→受體溫度↑。特點(diǎn)：無(wú)媒介，無(wú)上限，測(cè)速快，對(duì)熱場(chǎng)無(wú)干擾，用于運(yùn)動(dòng)物體、腐蝕性介質(zhì)的測(cè)溫；缺點(diǎn)：測(cè)量誤差大、標(biāo)定難結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴2.常用元件及共性高溫輻射計(jì)、低溫輻射計(jì)、光電溫度計(jì)；熱輻射→透鏡（反射鏡）→熱電堆（熱敏電阻、硅光電池）→電信號(hào)。（1）高溫輻射計(jì)：光學(xué)玻璃透鏡（光波長(zhǎng)0.7～1.1μm）與硅光電池(700～2000℃→20mV)組成；誤差：＜1500℃，±0.7%;＞1500℃，

±1%；響應(yīng)時(shí)間＜1毫秒

（2）

低溫輻射計(jì)：鍺透鏡與半導(dǎo)體熱敏電阻組成；接收2～15μm紅外波；范圍：0～200℃；誤差：±1%；響應(yīng)時(shí)間＜2毫秒，信號(hào)需放大。（3）光電溫度計(jì)：光透鏡（光波長(zhǎng)0.6～2.7μm

）＋流化鉛光敏電阻；范圍：400

～800℃；誤差：±1%；響應(yīng)時(shí)間＜1.5毫秒,信號(hào)需放大。三.測(cè)溫儀表的選用1.選用原則1）精度符合誤差要求；2）操作方便、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理，統(tǒng)一品種與規(guī)格3）量程略大于實(shí)測(cè)范圍（90％）；4）高溫：熱電偶；低溫：熱電阻5）保護(hù)套管的耐壓等級(jí)＞管線(xiàn)或設(shè)備的耐壓等級(jí)選用原則示意圖2.2.2.2典型模擬式溫度變送器一.DDZ-Ⅲ型溫度變送器1.DDZ-Ⅲ型溫度變送器的構(gòu)成及特點(diǎn)(圖2－21）說(shuō)明:1)輸入回路可實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端補(bǔ)償、熱電阻三線(xiàn)制引入、零點(diǎn)調(diào)整與遷移、量程調(diào)整；2）反饋回路可實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性校正；特點(diǎn)：1）集成運(yùn)放：可使儀表的精確性、可靠性、穩(wěn)定性及技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)；2）通用模塊與專(zhuān)用模塊相結(jié)合，使用靈活。方便；3）反饋線(xiàn)性化保證輸入/輸出關(guān)系的線(xiàn)性化；4）統(tǒng)一集中供電，二線(xiàn)制接線(xiàn)方式；5）采用安全火花防爆措施2.量程單元的構(gòu)成及工作原理（1）直流毫伏量程單元（圖2－22）功能說(shuō)明：限流、濾波、零遷、反饋、量程調(diào)整輸入/輸出關(guān)系(推導(dǎo)過(guò)程略）：其中參見(jiàn)式（2－28）（2）熱電偶量程單元（圖2－23，見(jiàn)下頁(yè)）與直流毫伏量程單元的區(qū)別：1)需進(jìn)行冷端溫度校正：2)反饋線(xiàn)性化（圖2－24）分段線(xiàn)性化的工作原理：當(dāng)有當(dāng)有當(dāng)有；；；當(dāng)。說(shuō)明：1）第四段的斜率是在保持第三段反饋強(qiáng)度不變時(shí)改變輸出電壓的降壓系數(shù)實(shí)現(xiàn)的；2）調(diào)節(jié)分壓電阻的電阻值即可獲得需要的擊穿電壓，即獲得折線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；3）折線(xiàn)的斜率可通過(guò)改變各反饋電阻的阻值實(shí)現(xiàn)；4）改變轉(zhuǎn)折點(diǎn)和斜率可改變整個(gè)折線(xiàn)的形狀。(3)熱電阻量程單元（圖2－26）與熱電偶量程單元的區(qū)別：1）用三線(xiàn)制代替了冷端溫度補(bǔ)償；2）對(duì)鉑電阻需進(jìn)行非線(xiàn)性校正，而銅電阻則無(wú)需校正？3）采用正反饋方法進(jìn)行非線(xiàn)性校正。3.放大單元的構(gòu)成及工作原理（圖2－27）構(gòu)成：直－交－直變換電路；集成運(yùn)放；功放電路；輸出電路；反饋電路。2.2.3智能式變送器一.特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)（1）通用性強(qiáng)。。。（2）使用靈活。。。（3）多種補(bǔ)償校正功能。。。（4）具有控制功能。。。（5）具有通信功能。。。（6）具有自診斷功能1.特點(diǎn)2.結(jié)構(gòu)（1）硬件：微處理器、輸入/輸出電路、人/機(jī)界面（2）軟件：系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序二.實(shí)例（TT302)TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖3.軟件構(gòu)成：系統(tǒng)程序、功能模塊硬件構(gòu)成圖2.3壓力的檢測(cè)與變送（意義）2.3.1壓力的概念及其檢測(cè)一.壓力的概念：垂直作用于單位面積上的力1.差壓(△P)兩個(gè)壓力之間的相對(duì)差值2.絕對(duì)壓力/大氣壓Pabs

相對(duì)于絕對(duì)真空所測(cè)得的壓力，如Patm3.表壓Pg

絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)貕毫χ?.負(fù)壓（真空度）Pv

當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，二者之差壓力關(guān)系（圖2－29）壓力儀表的指示壓力：表壓、真空度二.彈性式測(cè)壓元件及原理1.彈簧管（波登管）、多圈彈管，角位移→電信號(hào)；2.波紋管、波/簧組合→提高線(xiàn)性度；3.膜片與膜盒(說(shuō)明)2.3.2DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差壓變送器一.原理圖（2－33）1.測(cè)量部分：2.杠桿系統(tǒng)的受力分析（圖2－35）：、結(jié)構(gòu)圖（2－34）3.位移檢測(cè)放大器（位移/電流轉(zhuǎn)換器）（1）檢測(cè)變壓器、振蕩電路（圖2－36）振蕩器工作過(guò)程（圖2－37）（2）放大器：整流濾波與功率放大（圖2－38）4.電磁力反饋。。。圖3－28其他元件作用。。。5.整機(jī)特性（圖2－39）2.3.3電容式差壓變送器（特點(diǎn)、構(gòu)成）無(wú)機(jī)械傳動(dòng)無(wú)調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度高（0.2級(jí)）穩(wěn)定性好可靠性高抗震性強(qiáng)1.檢測(cè)部件（圖2－41）算法：檢測(cè)部件作用：將輸入差壓線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成兩電容之差與兩電容之和的比值2.轉(zhuǎn)換放大電路（圖2－42）(1)電容/電流轉(zhuǎn)換與差壓/電流轉(zhuǎn)換

(3)放大電路與量程調(diào)整

(2)振蕩器電流穩(wěn)定電路,將差動(dòng)電容（壓差）轉(zhuǎn)換成了差動(dòng)電流2.3.4智能式差壓變送器（1151）1151的特點(diǎn)1）精度高（±5％）、穩(wěn)定、可靠；2）具有溫度、靜壓補(bǔ)償功能3）具有數(shù)字、模擬輸出方式；雙向數(shù)據(jù)通信4）具有多種其他功能。。。數(shù)字微調(diào)、數(shù)字阻尼、通信報(bào)警、工程單位換算、信息存儲(chǔ)等2.硬件構(gòu)成及其功能1)

傳感器部分：將差壓→0～2.5V;供電電壓：5V,工作電流：0.8mA.

2)A/D轉(zhuǎn)換：帶有前置放大，16位，具有自校準(zhǔn)功能；消除零點(diǎn)誤差、滿(mǎn)量程誤差、溫漂等。

3）CPU:AT89S8252與MCS51兼容;8KBFROM、2KBEPROM、256BRAM、32I/O口線(xiàn)、2個(gè)DPTR、三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工串行口及可編程看門(mén)狗、振蕩器與時(shí)鐘電路等4）HART通信部分：二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與FSK信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換5)AD421:數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片；電壓調(diào)整：將24V→5V.6)監(jiān)控電路：保護(hù)CPU狀態(tài)，即工作不正常時(shí)：中斷→數(shù)據(jù)保護(hù)→恢復(fù)。3.軟件構(gòu)成：測(cè)控程序和通信程序A/D采樣、非線(xiàn)性補(bǔ)償、量程轉(zhuǎn)換、線(xiàn)性或開(kāi)方輸出、阻尼及D/A輸出2.4流量的檢測(cè)與變送2.4.1流量的概念與檢測(cè)方法流量的基本概念：瞬時(shí)流量（單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體數(shù)量）累積流量（某段時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體總量）；用體積、重量與質(zhì)量流量來(lái)表示瞬時(shí)流量和累積流量。（1）體積流量：(2)

重量流量：(N/h)(N)(3)

質(zhì)量流量：三種流量之關(guān)系：(4)

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的體積流量：（瞬時(shí)）（累積）（瞬時(shí)）（累積）（瞬時(shí)）（累積）2.4流量的檢測(cè)與變送2.流量的檢測(cè)方法（1）體積流量檢測(cè)方法：容積法（單位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)）-------直接法速度法（管道內(nèi)的平均流速乘以管道面積）-------間接法（2）質(zhì)量流量檢測(cè)法：間接法（用測(cè)得的體積流量乘以密度）直接法（儀表直接測(cè)得）。容積法的流量檢測(cè)儀

------適用于高粘度流體橢圓齒輪式流量計(jì)腰輪流量計(jì)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)刮板式流量計(jì)速度法的流量檢測(cè)儀超聲式流量計(jì)漩渦式流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)靶式流量計(jì)差壓式流量計(jì)間接的質(zhì)量流量檢測(cè)

------誤差大，精度低原理：在管道上串聯(lián)多個(gè)檢測(cè)元件，建立各自的輸出信號(hào)與流體的體積流量和密度等之間的關(guān)系，通過(guò)聯(lián)立求解方程間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。間接式質(zhì)量流量常用檢測(cè)方法：差壓式流量計(jì)與密度計(jì)的組合；體積流量計(jì)和密度計(jì)的組合；差壓流量計(jì)或靶式流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合差壓式流量計(jì)與體積流量計(jì)組合的質(zhì)量流量計(jì)框圖直接的質(zhì)量流量檢測(cè)

------精度高，不普及科里奧力式流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)角動(dòng)量式流量計(jì)2.4.2典型流量檢測(cè)儀表1.容積式流量計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)“計(jì)量空間”、進(jìn)出口壓差1、優(yōu)點(diǎn)準(zhǔn)確度最高；0.1%-0.5%安裝條件對(duì)精度沒(méi)有影響；測(cè)量范圍寬；流量量程比5:1-30:1使用方便。2、缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，適用于小口徑儀表慣性較大，動(dòng)態(tài)特性不好（儀表有可動(dòng)部分）存在漏油量，有測(cè)量誤差，小流量不精確。適合測(cè)量高粘性液體流量容積式流量計(jì)的測(cè)量特點(diǎn)2.4.2典型流量檢測(cè)儀表橢圓齒輪流量計(jì)----工業(yè)應(yīng)用最廣泛的容積式流量計(jì)之一2.4.2典型流量檢測(cè)儀表2.速度式流量計(jì)（1）節(jié)流式（差壓式）流量計(jì)：孔板、擋板、文丘里管→孔板(a)標(biāo)準(zhǔn)孔板(b)噴嘴(c)文丘里管相比而言，標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡(jiǎn)單使用也最廣泛，以下只介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)而推得:分別為流量系數(shù)和膨脹系數(shù)。簡(jiǎn)化后得：伯努利方程：流體連續(xù)性方程：推得式中μ為收縮系數(shù)（2）渦街流量計(jì)（圖2－48）周期穩(wěn)定，有當(dāng)進(jìn)而有對(duì)圓柱、三角柱、方柱：靈巧型渦街流量變送器（圖2－49）

旋渦式流量計(jì)解：由流量基本方程式可知

流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)測(cè)量的所有條件都不變時(shí),可以認(rèn)為式中的α、ε、F0、ρ1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的Q1=320m3/h;Δp1=2500Pa;

Q2=160m3/h;所求的差壓為Δp2

,則存在下述關(guān)系例題分析舉例

1.某差壓式流量計(jì)的流量刻度上限為320m3/h,差壓上限2500Pa。當(dāng)儀表指針指在160m3/h時(shí),求相應(yīng)的差壓是多少(流量計(jì)不帶開(kāi)方器)?

例題分析由此得代入上述數(shù)據(jù),得

該例說(shuō)明了差壓式流量計(jì)的標(biāo)尺如以差壓刻度,則是均勻的,但以流量刻度時(shí),如果不加開(kāi)方器,則流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。當(dāng)流量值是滿(mǎn)刻度的1/2時(shí),指針卻指在標(biāo)尺滿(mǎn)刻度的1/4處。

質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)通?？煞譃閮纱箢?lèi)：直接式質(zhì)量流量計(jì)和間接式〔推導(dǎo)式〕質(zhì)量流量計(jì)。直接式質(zhì)量流量計(jì)直接輸出與質(zhì)量流量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，反映質(zhì)量流量的大小。間接式質(zhì)量流量計(jì)采用密度或溫度、壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ丛跍y(cè)量體積流量的同時(shí)，測(cè)量流體的密度，或者測(cè)量流體的溫度、壓力值，按一定的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)換算出相應(yīng)的密度值，再將密度值與體積流量值相乘可求得質(zhì)量流量。

3.直接式質(zhì)量流量計(jì)（科氏流量計(jì)）（圖2－50）實(shí)驗(yàn)圖示說(shuō)明：a)

水靜止、管擺動(dòng)；b)

、c)

水流動(dòng)、管擺動(dòng)，出水側(cè)的擺動(dòng)先于入水側(cè)；出水側(cè)擺動(dòng)的相位超前入水側(cè)；相位差→質(zhì)量流量雙彎管型（圖2－51）：水按箭頭流入、流出；A、B、C三處各按一組壓電換能器：A處加交變電壓，B、C檢測(cè)振動(dòng)幅度→相位差→4～20mA→質(zhì)量流量科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生與流體質(zhì)量流量成正比的科里奧利力這個(gè)原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。科氏流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：科氏質(zhì)量流量計(jì)適用于密度較大或粘度較高的各種流體，含有固體物的漿液和含有微量氣體的液體，以及有足夠密度的高壓氣體（否則不夠靈敏）；前后不必設(shè)置長(zhǎng)的直管段；量程比高100:1；測(cè)量精度高。缺點(diǎn)：對(duì)震動(dòng)敏感，對(duì)抗震防震要求高；不適合低密度介質(zhì)和低壓氣體；不適用于大管道150mm以下；2.5物位的檢測(cè)與變送（液位、料位、界位）2.5.1物位檢測(cè)的主要方法靜壓式測(cè)量法壓力式：敞口容器；差壓式：閉口容器電氣式測(cè)量法物位變化→電氣參數(shù)：電阻、電容、磁場(chǎng)等變化→與電容式差壓變送器配合→標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。聲學(xué)式測(cè)量法超聲波（非接觸）；4.射線(xiàn)式測(cè)量法射線(xiàn)（非接觸）；幾個(gè)概念液位(分界面）料位液位計(jì)界位計(jì)料位計(jì)測(cè)量物位的兩個(gè)目的1.定量2.監(jiān)視和控制液位液位，料位粘稠，有毒高溫，高壓，強(qiáng)腐蝕，易結(jié)晶2.5.2典型物位檢測(cè)儀表1.差壓式液位計(jì)：取壓口與底部同一水平線(xiàn)（圖2－52）；取壓口低于容器底部（圖2－53）正遷移取壓口裝有隔離罐（圖2－54）（負(fù)遷移）遷移彈簧的作用

改變變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零

都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。遷移

同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。2.零點(diǎn)遷移問(wèn)題正負(fù)遷移示意圖

某差壓變送器的測(cè)量范圍為0～5000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無(wú)遷移的情況，如左圖中曲線(xiàn)a所示。負(fù)遷移如曲線(xiàn)b所示，正遷移如曲線(xiàn)c所示。

2.零點(diǎn)遷移問(wèn)題2.電容式液位計(jì)原理：介電常數(shù)不同→電容變化→物位電容法

電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。

結(jié)論3.超聲波液位計(jì)換能器原理（壓電效應(yīng)）：交變電場(chǎng)作用下，壓電晶體將電能轉(zhuǎn)換成振動(dòng)稱(chēng)逆壓電效應(yīng)；將振動(dòng)聲波轉(zhuǎn)換成交變電場(chǎng)稱(chēng)正壓電效應(yīng)；→發(fā)射器和接收器電子裝置：產(chǎn)生交變電信號(hào)、處理電信號(hào)缺點(diǎn)：傳播速度受影響補(bǔ)償：安裝溫度傳感器圖5－56的說(shuō)明：AB為可調(diào)橋臂，DA為測(cè)量橋臂；開(kāi)關(guān)S檢查工作狀況；交流電橋法原理：射線(xiàn)的透射強(qiáng)度隨著通過(guò)介質(zhì)層厚度的增加而減弱核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器特點(diǎn)

適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線(xiàn)對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。4.輻射式物位計(jì)2.6成分的檢測(cè)與變送2.6.1概述意義：了解原料、產(chǎn)品成分及性質(zhì)；直接質(zhì)量控制對(duì)提高質(zhì)量、降低能耗、防止污染的需要；對(duì)易燃、易爆、有毒、腐蝕性氣體的檢測(cè)以確保安全尤為重要。檢測(cè)方法儀表名稱(chēng)熱學(xué)方法熱導(dǎo)式分析儀，熱化學(xué)式分析儀，差熱式分析儀等磁力方法熱磁式分析儀，熱力機(jī)械式分析儀等光學(xué)方法光電比色分析儀，紅外吸收分析儀，紫外吸收分析儀，光干涉分析儀，光散射式分析儀，分光光度分析儀，激光分析儀等射線(xiàn)方法X射線(xiàn)分析儀，電子光學(xué)式分析儀，核輻射式分析儀，微波式分析儀等電化學(xué)方法電導(dǎo)式分析儀，電量式分析儀，電位式分析儀，電解式分析儀，氧化鋯氧