化工仪表自动化-第3章1节-(指标+压力)!.ppt

1,1,2,,第 2 篇 过程自动化装置,第3章 过程测量仪表 第4章 过程控制仪表 第5章 过程执行仪表,,3,第 2 篇 概述,过程自动化装置： 是用于对生产过程中的温度、压力、流量、液位及成份等工艺参数进行自动测量、控制和执行的装置，也是企业实现生产过程自动化必不可少的技术工具过程自动化装置分类： 按功能分类：测量仪表、控制仪表、执行仪表 按信号类型分：模拟仪表、数字仪表 按使用能源分类：有气动仪表和电动仪表,4,气动单元组合仪表：简称 QDZ 仪表 能源：0.14MPa 压缩空气 信号：各单元之间以统一的 0.02MPa – 0.1MPa 气压标准信号联系 特点：优点：QDZ仪表具有结构简单、价格便宜、性能稳定和本质安全等优点缺点：由于该类仪表体积庞大，信号传输慢，不利于远传按使用能源分类：有气动仪表和电动仪表第 2 篇 概述,5,电动单元组合仪表：简称 DDZ 仪表 能源：Ⅱ 型表采用 220V AC 交流电源；Ⅲ型表以 24V DC 直流电源信号：Ⅱ 型各单元间以0-10mA DC 为统一联络信号，采用电流传输、电流接收，四线制接法，现场仪表具有隔爆性能Ⅲ型表以 4-20mA DC 为现场传输信号，以 1-5V DC 为控制室联络信号，采用电流传输、电压接收，两线制接法。

特点：DDZ Ⅲ型仪表具有传输距离长，速度快的特点，集成化程度高、易于断电识别、与计算机的互联性好、无扰切换方便和现场仪表具有防爆性能可以构成本质安全系统等优点，在生产过程中大量采用第 2 篇 概述,6,§3-1 测量仪表中的基本概念 一、测量过程及测量仪表测量就是人们借助于专门工具，通过试验和对试 验数据的分析、计算求得被测量的值的过程或者说：测量就是为了取得任一未知参数值而进 行的全部工作测量过程中常用的测量设备有: 检测元件、传感器 和变送器第3章 过程测量仪表,7,检测元件：能够灵敏地感受被测变量并作出响应 的元件 传感器：不但对被测变量敏感，而且具有把对被测变量的响应传送出去的能力传感器不只是一般的敏感元件，它的输出响应还必须是易于传送的物理量，如电压、电流等 变送器：凡是能输出标准信号的传感器就称为变送器 标准信号是指在物理量的形式和数值范围等方面都符合国际标准的信号例如：4mA-20mA ，1-5 V的直流电； 20kPa - 100kPa 的空气压力§3-1 测量仪表中的基本概念,8,检测系统构成,,,,,（信号检出部分）,（信号变换部分）,（信号分析处理部分）,9,智能电子警察监测系统,检测系统举例,10,号,检测系统举例,11,（1）测量范围(量程) 仪表的量程:指检测装置能正常工作的被测量范围。

此范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限例如，某温度计刻度表显示其测量下限和测量上限分别为-15℃和80 ℃，则量程为-15℃~80 ℃§3-1 测量仪表中的基本概念,二、 检测系统的性能指标,12,（2）灵敏度S 灵敏度S表征了检测仪表对被测量变化的灵敏程度常用仪表的输出变化量与输入变化量之比来表示灵敏度高的仪表在相同输入信号时会产生较大的输出 灵敏度实质上是一个放大倍数，它具有可传递性；对于多个仪表串联构成的检测系统，其总的灵敏度是各个仪表灵敏度之积§3-1 测量仪表中的基本概念,13,灵敏限（分辨率） 指引起仪表输出发生可见变化的最小输入量，相当于一个分度值 例如：A质量仪表最低能显示1克，B质量仪表最低能显示0.1克，B仪表的分辨率高是反映检测仪表灵敏程度的另一指标 说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力§3-1 测量仪表中的基本概念,14,（3）变差（回差）在外界条件不变的情况下，检测仪表在全量程范围内，对应同一被测量的正行程和反行程输出值间的最大差值称为变差数值可用同一被测量对应的输出值间的最大差值与检测仪表的满度值之比的百分数表示变差的产生原因主要是由于运动部件的摩擦、弹性元件的弹性滞后、制造工艺上的缺陷所带来的间隙、元件松动等。

§3-1 测量仪表中的基本概念,15,（4）线性度(非线性误差) 线性度就是衡量检测仪表输出与输入之间偏离线性程度的一种指标 实际值与理论值之间的绝对误差的最大值与系统满度值之比为了便于信号间的转换与现实，有利于提高系统准确度，希望系统具有良好的线性特性§3-1 测量仪表中的基本概念,16,（5）准确度 准确度也称为精度，仪表的准确度通常用误差的大小来表示① 绝对误差：为检测仪表的输出值x与被测参数的真值x0之间的代数差值，即,,由于真值不能得到，实际上是用约定真值来代替，通常为标准仪表(准确度等级更高的仪表)的测量结果作为约定真值§3-1 测量仪表中的基本概念,17,② 示值相对误差 (相对误差) 仪表的绝对误差与约定真值比的百分数，即,,相对误差只能说明不同测量结果的准确程度，不能用来衡量检测仪表本身的质量当测量误差很小时，示值相对误差近似 ：,§3-1 测量仪表中的基本概念,18,③ 引用误差 仪表的绝对误差与仪表的量程L比的百分数即：,④ 最大引用误差（满量程相对误差） 仪表的绝对误差的最大值与仪表的量程L比的百分数即：,§3-1 测量仪表中的基本概念,19,⑤ 仪表基本误差 标准条件下，仪表在全量程范围内输出值误差中绝对值最大者，称为仪表的基本误差。

§3-1 测量仪表中的基本概念,仪表基本误差是表征仪表准确度的一个重要指标，并且仪表的其他误差定义也以此为基础 最大引用误差是仪表基本误差的主要形式20,⑥允许误差：仪表制造厂为保证仪表不超过基本误差而设的限值把这个限值与仪表的量程L比的百分数称为仪表的允许误差根据仪表的允许误差，去掉“± ”号及“%”后的数值就是仪表的准确度等级按照国家标准规定，仪表的准确度可划分为若干等级，称准确度等级G 国家统一规定所划分的等级有…0.05，0.1，0.25，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0…等显然，准确度等级的数字越小仪表的准确度就越高，或者说仪表的测量误差越小§3-1 测量仪表中的基本概念,21,例 某台测温仪表，其测量范围为100℃~600℃，经检验发现仪表的基本误差为±6℃，试确定该仪表的精度等级？,,如果将该仪表的最大引用误差去掉“±”和“%”号后，其数值为1.2，由于国家规定的精度等级中没有1.2级的仪表，该仪表的最大引用误差大于1.0级仪表的允许误差，所以该仪表的精确度等级为1.5级解：该仪表的最大引用误差为:,§3-1 测量仪表中的基本概念,22,练习题,一台精度等级为0.5级，量程范围为500℃~1200 ℃的电位差计，它的基本误差是多少？,解：,它的基本误差是： 3.5 ℃,§3-1 测量仪表中的基本概念,23,§ 3-3 压力测量仪表,,压力检测方法,2,,压力仪表的选用,3,,概述,1,24,3.3.1 概述,工程技术中所称的“压力”，实质上就是物理学中的“压强”，是指介质垂直均匀作用于单位面积上的力。

压力常用字母 p 表示，其表达式为： p = F / S 式中 F , S ― 分别为作用力(N)和作用面积(m2) 单位： 压力的国际单位为“帕斯卡”，简称“帕”（Pa） 工程界长期使用许多不同的压力计量单位如“工程大气压”、“标准大气压”、“毫米汞柱”等25,压力单位转换对照表,26,工业生产过程中压力测量的三种情况：1.绝对压力pab 是指物体实际所承受的全部压力2.表压力pe 表压力是一个相对压力，它以环境大气压力为参照点实质上是绝对压力与环境大气压力的差压p表压 = p绝对- p大气 在工程实际中，所说的压力通常是指表压，即压力表上的读数.3.负压（或真空度） pv 在工程中，我们习惯于把绝对压力低于环境大气压力的差压称为负压力是指真空表上的读数p真空 = p大气 - p绝对,3.3.1 概述,27,,,,,表压,负压,Patm,28,测量压力的仪表种类很多，按转换原理可大致分为以下四种：1．液柱式压力表 原理：液柱式压力表是根据静力学原理，将被测压力转换成液柱高度来测量压力的这类仪表包括 U 型管压力计、单管压力计、斜管压力计等3.3.1 概述,29,2．弹性式压力表 原理：弹性式压力表是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成元件的位移来测量压力的。

常见的有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜片（或膜盒）式压力表3.3.1 概述,30,3.活塞式压力计 原理：活塞式压力计是利用流体静力学中的液压传递原理，将被测压力转换成活塞上所加砝码的重量进行压力测量的这类测压仪表的测量精度很高，允许误差可小到 0.05 ％- 0.02% ，所以普遍用作标准压力仪器对其他压力表或压力传感器进行校验和标定3.3.1 概述,31,4 ．压力传感器和压力变送器 原理：压力传感器和压力变送器是利用物体某些物理特性，通过不同的转换元件将被测压力转换成各种电量信号，并根据这些信号的变化来间接测量压力根据转换元件的不同，压力传感器和压力变送器可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、压电式、霍尔片式等多种形式3.3.1 概述,32,一、弹性式压力表 测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位3.3.2 压力检测方法,33,一、弹性式压力表,3.3.2 压力检测方法,34,单圈弹簧管,原理：其截面一般为扁圆形或椭圆形，管子自由端封闭，作为位移输出端，弹簧管的另一端固定，作为被测压力的输入端，当被测压力从输入端通入后，由于椭圆形截面在压力 p 的作用下将趋于圆形，因而弯成弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形。

其自由端就从 B 移到 B’从而将压力变化转换成位移量，压力越大，位移量越大35,,36,波纹管 原理：在波纹管中引入压力时，其自由端产生伸缩变形，可以得到较大的线位移，但压力—位移特性的线性不如弹簧管3.3.2 压力检测方法,37,膜片：单膜片测压元件主要用于低压的测量，一般使用金属膜片，也有橡胶膜片 膜片式压力计的优点是：可测微压和粘滞性介质压力膜片,3.3.2 压力检测方法,38,二、电容式压力变送器 1、差动平板电容器的工作原理,差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板电容器在初始状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间3.3.2 压力检测方法,每个电容的容量为:,39,当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后：,3.3.2 压力检测方法,40,2、电容式差压变送器：由电容差压传感器和转换单元两大部分组成,2、3- 不锈钢基座 1、4- 纹波隔离膜片 5、 - 玻璃层 6、 - 金属薄膜（固定 ） 7、 - 测量膜片（活动）,3.3.2 压力检测方法,41,三、扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器属应变式压力变送器。

电阻应变原理：当电阻体在外力作用下，产生机械变形时，其电阻值也将随之发生变化这种现象称之为电阻应变效应 通过对电阻变化量的检测，即可得知其受力情况扩散硅压力变送器检测部件的原理结构如图所示3.3.2 压力检测方法,42,硅杯膜片上按特定方向排列4个等值电阻电阻布置如图（b）所示硅杯内腔承受被测压力 p ，硅杯的外侧为大气压力3.3.2 压力检测方法,43,硅杯设计时，取R1=R2=R3=R4=R ，当压力为零时，桥路输出为：,当外界有压力时，由于四个电阻的位置经过精确选择，使得电阻变化量相等，即 △R1=△R2= △R3= △R4=△R，这时桥路失去平衡输出电压信号为：,,所以此时桥路平衡，U=0。