自动化仪表精选PPT.ppt
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1、关于自动化仪表关于自动化仪表第1页,讲稿共170张,创作于星期三简单控制系统构成回顾:简单控制系统构成回顾:简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图第2页,讲稿共170张,创作于星期三本章主要内容:本章主要内容:3.1概述概述3.2温度检测温度检测3.3流量检测流量检测3.4压力检测压力检测3.5物位检测物位检测3.8变送器变送器3.9现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展第3页,讲稿共170张,创作于星期三3.1 3.1 概概 述述3.1.0检测变送的重要性检测变送的重要性3.1.1测量误差测量误差3.1.2仪表性能指标仪表性能指标第4页,讲稿共170张,创作于星期三 在过程自动化中要通过
2、检测元件获取生产在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量,最常见变量是工艺变量,最常见变量是温度、压力、流量、温度、压力、流量、物位(四大参数)物位(四大参数)。检测元件又称为敏感元件、传感器,它检测元件又称为敏感元件、传感器,它直接响应工艺变量,并转化成一个与之成对直接响应工艺变量,并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括应关系的输出信号。这些输出信号包括位移、位移、电压、电流、电阻、频率、气压电压、电流、电阻、频率、气压等。等。3.1.0 3.1.0 检测变送的重要性检测变送的重要性第5页,讲稿共170张,创作于星期三 由于检测元件的输出信号种类繁多,且由于检测元件的输出
3、信号种类繁多,且信号较弱不易察觉,一般都需要将其经过变信号较弱不易察觉,一般都需要将其经过变送器处理,送器处理,转换成标准统一的电气信号(如转换成标准统一的电气信号(如4 42020mA mA 或或 0 01010mAmA直流电流信号直流电流信号,20,20100100KPaKPa气压信号)送往显示仪表,指示或记录工气压信号)送往显示仪表,指示或记录工艺变量,或同时送往控制器对被控变量进行控制。艺变量,或同时送往控制器对被控变量进行控制。有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表测仪表,或者将检测元件称为一次仪表,将变或者将检测元件称为一次仪表,将变
4、送器和显示装置称为二次仪表。送器和显示装置称为二次仪表。第6页,讲稿共170张,创作于星期三检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成统统一一(标准标准)的电气信号的电气信号。静态:静态:正确正确y(t)正确反映正确反映c(t)的值的值可靠可靠长期工作长期工作动态:动态:迅速迅速y(t)迅速反映迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求过程控制对检测仪表要求:第7页,讲稿共170张,创作于星期三3.1.1 测量误差测量误差(1)绝对误差:仪表的绝对误差:仪表的指示值指示值与与被测量的真值被测量
5、的真值之间的差值。之间的差值。(2)相对误差相对误差(仪表(仪表引用误差引用误差)测量误差测量误差:检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值:检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之间的差距。之间的差距。理论上:理论上:实际上:实际上:绝对误差与仪表的量程之比。绝对误差与仪表的量程之比。第8页,讲稿共170张,创作于星期三(3)允许误差允许误差(4)附加误差附加误差由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素引起的误差。引起的误差。第9页,讲稿共170张,创作于星期三3.1.2 仪表性能指标仪表性能指标(1)精确度(精度)精确度(精度)(2)表示仪表测
6、量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。(3)(4)仪表的仪表的精度等级精度等级是按国家统一规定的允许误差大小是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。来划分成若干等级的。仪表精度等级数值越小,说明仪表精度等级数值越小,说明仪表测量准确度越高。仪表测量准确度越高。精度等级:精度等级:允许误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后,后,系列化系列化圆整后圆整后的数值。的数值。第10页,讲稿共170张,创作于星期三 仪仪表表的的精精度度等等级级以以一一定定的的符符号号形形式式表表示示在在仪仪表表标标尺尺板板上上,如如1.01.0外外加加一一个个圆圆圈圈或或三三角角形形。精精度度等等级级
7、1.01.0,说说明明该该仪仪表表允允许许误误差差为为1.0%1.0%。目前我国生产的仪表的精度等级有:目前我国生产的仪表的精度等级有:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.05,2.5,4.0等等1.01.0第11页,讲稿共170张,创作于星期三 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100,其最大绝,其最大绝对误差为对误差为4,试确定该仪表的精度等级。,试确定该仪表的精度等级。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等
8、级中没有0.80.8级仪表,而该级仪表,而该仪表的最大引用误差超过了仪表的最大引用误差超过了0.50.5级仪表的允许误差,所级仪表的允许误差,所以这台仪表的精度等级应定为以这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。解解 仪表的最大允许误差为仪表的最大允许误差为第12页,讲稿共170张,创作于星期三 例例2 2 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100,工艺要求工艺要求该仪表指示值的误差不得超过该仪表指示值的误差不得超过4,应选,应选精度等级为多少精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。的仪表才能满足工艺要求。0.8%介介于于允允许许误误差差0.5%与与1.0%之之
9、间间,如如果果选选择择允允许许误误差差为为1.0%,则则其其精精度度等等级级应应为为1.0级级。量量程程为为6001100,精精确确度度为为1.0级级的的仪仪表表,可可能能产产生生的的最最大大绝绝对对误误差差为为5,超超过过了了工工艺艺的的要要求求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%,即即精精确确度度等等级级为为0.5级级的的仪仪表表,才才能能满满足足工艺要求。工艺要求。解解 根据工艺要求,仪表的最大允许误差为根据工艺要求,仪表的最大允许误差为第13页,讲稿共170张,创作于星期三结论:结论:校表:校表:选表:选表:仪表量程的上限:仪表量程的上限:Ymax:4/33/
10、2倍(被测变量)倍(被测变量)波动较大时:波动较大时:3/22倍(被测变量)倍(被测变量)下限:一般地,被测变量的值不低于全量程的下限:一般地,被测变量的值不低于全量程的1/3。仪表精度与量程有关,量程是根据所要测量的工艺变仪表精度与量程有关,量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程,量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程,可以减小测量误差,提高测量准确性。可以减小测量误差,提高测量准确性。第14页,讲稿共170张,创作于星期三(2)(2)变差变差 在外界条件不变的情况下,使用同一台仪表对某一在外界条件不变的情况下,使用同一台仪表对某一变量进行变
11、量进行正反行程测量正反行程测量时对应于同一测量值所得的仪表读数时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。之间的差异。注意:仪表的变差不能超出仪表的允许误差。注意:仪表的变差不能超出仪表的允许误差。(3)(3)线性度线性度衡量仪表实际特性衡量仪表实际特性偏离线性程度的指标。偏离线性程度的指标。线性度差就要降低仪线性度差就要降低仪表精度。表精度。图图3.1线性度线性度第15页,讲稿共170张,创作于星期三(4)(4)灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率灵敏度:灵敏度:仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值,即的比值,即 灵敏度灵敏度=Y/X对于模拟式仪表而
12、言,对于模拟式仪表而言,Y是仪表指针的角位移或线位是仪表指针的角位移或线位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。第16页,讲稿共170张,创作于星期三分辨率分辨率(仪表灵敏限):仪表输出能分辨和(仪表灵敏限):仪表输出能分辨和响应的最小输入变化量。响应的最小输入变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言,分辨率就是数字显示器最末位数字间隔而言,分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与量程的比值。代表被测量的变化与量程的比值。第17页,讲稿共170张,创作于星期三(5)(5)动态误差动
13、态误差 由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后,当被测量由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后,当被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来,这样造突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来,这样造成的误差。成的误差。注:注:在工业生产中被测量变化较快是不能忽略动态误差。在工业生产中被测量变化较快是不能忽略动态误差。第18页,讲稿共170张,创作于星期三3.2 3.2 温度检测温度检测3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻3.2.4 3.2.4 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用第19页,讲稿共170张,
14、创作于星期三3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为:按测温元件是否与被测对象接触分为:接触式:接触式:非接触式:非接触式:第20页,讲稿共170张,创作于星期三接触式:接触式:测温元件与被测对象接触,依靠传热和对流进测温元件与被测对象接触,依靠传热和对流进行热交换。行热交换。优点:优点:结构简单、可靠,测温精度较高。结构简单、可靠,测温精度较高。缺点:缺点:由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量,这样且达到平衡后才能测量,这样容易破坏被测对象的温度容易破坏被测对象的温度场,场,同时带来测
15、温过程的延迟现象,不适于测量热同时带来测温过程的延迟现象,不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对不适于直接对腐蚀性腐蚀性介质测量。介质测量。第21页,讲稿共170张,创作于星期三非接触式:非接触式:测温元件不与被测对象接触,而是通过热辐射测温元件不与被测对象接触,而是通过热辐射进行热交换,或测温元件接收被测对象的部分热辐射能,进行热交换,或测温元件接收被测对象的部分热辐射能,由热辐射能大小推出被测对象的温度。由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点:优点:从原理上讲测量范围从超低温到极高温,不破坏被从原理上讲测量范围从
16、超低温到极高温,不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快,对被测对象干扰小,测对象温度场。非接触式测温响应快,对被测对象干扰小,可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。合。缺点:缺点:容易受到外界因素的干扰,测量误差较大,且结容易受到外界因素的干扰,测量误差较大,且结构复杂,价格比较昂贵。构复杂,价格比较昂贵。第22页,讲稿共170张,创作于星期三3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶(1)(1)测温原理测温原理热电效应热电效应图图3.2热电偶的热电效应热电偶的热电效应(参比端、冷端、固定端)(参比端、冷端、固定端)(工作端、热端、
17、自由端)(工作端、热端、自由端)将两种不同材料的导体或半导体将两种不同材料的导体或半导体A和和B连在一起组成一个连在一起组成一个闭合回路,而且两个接点的温度闭合回路,而且两个接点的温度o,则回路内将有电流则回路内将有电流产生,电流大小正比于接点温度产生,电流大小正比于接点温度和和o的函数之差,而其的函数之差,而其极性则取决于极性则取决于A和和B的材料。的材料。第23页,讲稿共170张,创作于星期三根据根据热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”可知:热电偶回路中接入第三种可知:热电偶回路中接入第三种导体后,只要该导体两端温度相导体后,只要该导体两端温度相同,热电偶回路中所产生的总热同,热电
18、偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三种导体时热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热电势相同;同电偶所产生的总热电势相同;同理,如果回路中接入更多种导体理,如果回路中接入更多种导体时,只要同一导体两端温度相同时,只要同一导体两端温度相同,也不影响热电偶所产生的热电,也不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回路可以接入势值。因此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导各种显示仪表、变送器、连接导线等。线等。热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”第24页,讲稿共170张,创作于星期三分度表:分度表:当当0 0=00时,时,与温度与温度对应的对应的数值表。(数值表。(非线性非线
19、性)分度号:分度号:与分度表所对应的热电偶的代号。与分度表所对应的热电偶的代号。第25页,讲稿共170张,创作于星期三常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较第26页,讲稿共170张,创作于星期三常用热电偶类型:常用热电偶类型:普通型热电偶:普通型热电偶:(热电偶结构类型见热电偶结构类型见P27)P27)热电极、绝缘管、接线盒等热电极、绝缘管、接线盒等铠装热电偶铠装热电偶多点式热点偶多点式热点偶防爆型热点偶防爆型热点偶表面型热点偶表面型热点偶第27页,讲稿共170张,创作于星期三铠装热电偶铠装热电偶的特点的特点 热响应时间少,减小动态误差;热响应时间少,减小动态误差;可弯曲安装使用;可弯曲安装使用
20、;测量范围大;测量范围大;机械强度高,耐压性能好;机械强度高,耐压性能好;第28页,讲稿共170张,创作于星期三扁接插式铠装热电偶扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶图3.3第29页,讲稿共170张,创作于星期三多点热电偶多点热电偶 适用于生产现场存在温度梯度不显著,须同时测量多个适用于生产现场存在温度梯度不显著,须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。等
21、装置中。图图3.4多点热电偶多点热电偶第30页,讲稿共170张,创作于星期三防爆型热电偶的原理防爆型热电偶的原理 防爆热电偶是利用防爆热电偶是利用间隙隔爆间隙隔爆原理,设计具有足原理,设计具有足够强度的接线盒等部件,将所有会产生火花,电弧和够强度的接线盒等部件,将所有会产生火花,电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内,当腔内发生危险温度的零部件都密封在接线盒腔内,当腔内发生爆炸时,能通过接合面间隙熄火和冷却,使爆炸后的爆炸时,能通过接合面间隙熄火和冷却,使爆炸后的火焰和温度传不到腔外,从而进行隔爆。火焰和温度传不到腔外,从而进行隔爆。特点特点多种防爆形式,防爆性能好;多种防爆形式,防爆性能好
22、;压簧式感温元件,抗振性能好;压簧式感温元件,抗振性能好;测温范围大;测温范围大;机械强度高,耐压性能好;机械强度高,耐压性能好;第31页,讲稿共170张,创作于星期三无固定装置无固定装置固定法兰式固定法兰式固定螺纹式固定螺纹式活络管接头式活络管接头式直型管接头式直型管接头式图图3.5防爆型热电防爆型热电偶偶一览图一览图第32页,讲稿共170张,创作于星期三吹气型热电偶吹气型热电偶 通过吹进氮气或其它气体,将有害气体送出保护管通过吹进氮气或其它气体,将有害气体送出保护管外,从而提高热电偶寿命。是外,从而提高热电偶寿命。是3030万吨合成氨装置中不可万吨合成氨装置中不可缺少的测温装置。缺少的测温
23、装置。另外,压簧固定热电偶、直角弯另外,压簧固定热电偶、直角弯头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等图图3.6吹气型热电偶吹气型热电偶第33页,讲稿共170张,创作于星期三(2)补偿导线补偿导线解决参比端温度的恒定问题。解决参比端温度的恒定问题。补偿导线要求:价格便宜,补偿导线要求:价格便宜,0100范围内的热电性质与要补范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样偿的热电偶的热电性质几乎完全一样图图3.7补偿导线连接图补偿导线连接图第34页,讲稿共170张,创作于星期三(3)热电偶参比端温度补偿(测量的准确性)热电偶参比端温度补偿(测量的准确性)补偿原理补偿原理:
24、工作端温度:工作端温度,参比端参比端0,热电势为热电势为因此因此参比端温度补偿方法:参比端温度补偿方法:计算法计算法冰浴法冰浴法机械调零法机械调零法(动圈表调零法),等级(动圈表调零法),等级1.0以上以上补偿电桥法:补偿电桥法:利用参比端温度补偿器利用参比端温度补偿器第35页,讲稿共170张,创作于星期三例如:用镍铬例如:用镍铬-镍硅(镍硅(K)热电偶测温,热电偶参比端热电偶测温,热电偶参比端温度温度o=20,测得的热电势测得的热电势E(,o)=32.479mV。由由K分度表中查得分度表中查得E(20,0)=0.798mV,则则E(,0)=E(,20)+E(20,0)=32.479+0.79
25、8=33.277mV再反查再反查K分度表,得实际温度是分度表,得实际温度是800。计算法举例:计算法举例:第36页,讲稿共170张,创作于星期三3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻金属热电阻金属热电阻测温原理是基于导体的电阻会随温度测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。的变化而变化的特性。热电阻是利用物质在温度变化时,其电阻也随着发生热电阻是利用物质在温度变化时,其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时,工作仪表便显示变化的特征来测量温度的。当阻值变化时,工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。出阻值所对应的温度值。常用热电阻:常用热电阻:铜电阻和铂电阻铜电阻和铂电阻热电
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