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第3章工艺参数的检测和调节仪表3.1自动化仪表的基本知识3.2温度的检测与调节仪表3.3压力的检测与调节仪表3.4湿度的检测与调节仪表3.5液位的检测与调节仪表3.6流量的检测与调节仪表3.7风速检测仪表3.8其他的调节器和控制器3.1自动化仪表的基本知识3.1.1自动化仪表的分类1.按其功能不同分类：检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器四类。2.按其结构不同分类：基地式仪表和单元组合式仪表两大类。3.按生产过程中各种参数分类：温度指示调节仪表、压力指示调节仪表、液位指示调节仪表、湿度等指示调节仪表和自动调节执行机构。3.1.2自动化仪表的品质指标1.仪表的精确度（也称精度）精确度是反映仪表指示值接近被测实际值程度的品质指标。（1）绝对误差仪表指示值与被测参数实际值的差值称为仪表的绝对误差。绝对误差=仪表指示值-被测实际值（2）相对误差：绝对误差与被测量指示值的百分比称为相对误差。%100被测量指示值绝对误差相对误差（3）仪表基本误差：例如，有两只测温范围不同的仪表，设最大绝对误差都是1℃，则测温范围为0～100℃的仪表：%100标尺下限标尺上限绝对误差仪表量程范围内的最大仪表基本误差%0.1%10001001仪表基本误差测温范围为0～40℃的仪表：量程为0～100℃的仪表，误差仅占测温范围的1.0%，仪表的基本误差小，精确度较高。可见，仪表基本误差不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的量程有关。%5.2%1000401仪表基本误差（4）仪表的精确度：某一类仪表的允许误差是指在规定的工作条件下，这类仪表所允许具有的最大仪表基本误差。允许误差去掉百分号的数值就是精确度等级。如精度等级为1.5级的仪表，其允许误差不超过1.5%。常用仪表的精确度等级有0.35级、1.0级、1.5级、2.5级等。0.35级以下的仪表可以当作标准仪表。某测量点最大可能出现的误差为：仪表指示值标尺下限标尺上限基本误差最大可能误差例如，当温度的读数为100℃时，0.5级量程为0～300℃的温度计，其%5.11000300%5.0最大可能误差而1.0级量程为0～100℃的温度计，其只有仪表运用在满刻度时，测量结果的精确度才等于仪表的精确度。因此，在选用仪表时，应尽量使被测参数值在仪表量程的上限部分。但同时也要考虑到被测参数可能出现的最大值不要超过仪表的量程，以免损坏仪表。%0.11000100%0.1最大可能误差2.变差正反行程间仪表指示值的最大差值与仪表量程范围之比的百分数表示仪表的变差。仪表的变差不能超过其精度。变差越小，仪表的再现性越好，工作越可靠。3.灵敏度和灵敏限（1）灵敏度。灵敏度表示测量仪表对被测参数变化的敏感程度。化值引起位移的被测参数变仪表指针的位移灵敏度仪表灵敏度越高，越能感觉被测参数的微小变化。（2）灵敏限。仪表的灵敏限是指当仪表的输入量相当缓慢地从零开始逐渐增加到仪表的指示值发生可察觉的极微小的变化时，所需输入量的最小变化值。仪表的灵敏限是衡量测量仪表在量程的零点不灵敏程度的指标，亦称为死区。当输入量比它更小时，就观察不到示值的变化。3.1.3自动化仪表的初选知识一般说来，应首先确选定仪表的种类，然后考虑仪表的调节规律，再根据是否要求自动记录与指示等功能来确定仪表的类型。另外，还应考虑仪表的量程、精度等级、分度号及其他方面的具体要求。最后确定所需仪表的具体方案。3.2温度的检测与调节仪表3.2.1膨胀式温度检测调节仪表1.电接点水银温度计这种温度计与普通的水银温度计相比，增加了调节机构，从而可以发出温度双位调节信号。电接点水银温度计有固定接点式和可调接点式两种。电接点水银温度计有两条铂金属丝，一条铂丝的一端焊在玻璃温包内，使铂丝浸于温包的水银中，另一端烧结在玻璃外壳上作引出线。另一条铂丝做成螺旋状，一端同钨丝一起固定在指示铁下端，另一端烧结在玻璃外壳上，作钨丝的引出线。当旋转电接点水银温度计上部的磁钢套时，指示铁能随着在上标尺刻度范围内做上下移动，它的下沿在标尺上所指出的即为给定值。当被测温度上升到给定值时，水银柱面和钨丝相碰，浸于水银中的铂丝通过水银与钨丝接通。对于外电路来说，相当于通过水银触点发出一个温度上限讯号。电接点水银温度计有上、下两个标尺，上标尺用于指示温度的给定值，通过下标尺可以直接读出被测介质的温度。电接点水银温度计的接点额定电流很小，不大于50mA（一般为20mA以下），因此，在与继电器、电磁阀等配合使用时，不能直接进行连接，中间需经电子放大。电接点水银温度计由于精度较高，多用于冷却物冷藏间的温度控制和空调系统室温或露点温度控制。2.双金属温度计双金属温度计的测温元件是用线膨胀系数相差较大的两种不同金属材料叠焊在一起制成的。由于两个金属片的线膨胀系数不一样，当温度升高时，双金属片将向膨胀系数小的一侧弯曲，温升越高，弯曲就越大。它是利用双金属片形变位移的大小与温度变化成正比的关系，通过杠杆放大机构带动指针，指示出温度值。同时通过杠杆带动记录指针（笔），在匀速前进的记录纸上自动记录出所测温度。双金属温度计也可以用作极值温度信号器。当温度升高，双金属片弯曲变形到一定限值时，双金属片与调节螺钉接触使电路接通，信号灯亮。如果用继电器代替信号灯，就可以实现对温度的极值保护。双金属温度计结构简单，机械强度大，价格低廉。但其精度低，量程和使用范围有限。双金属温度计常用结构有两种：一种是轴向结构，一种是径向结构，可根据生产操作中的安装方便及便于观察来选择轴向或径向结构。3.2.2压力式温度检测调节仪表1.压力式温度计由温包、毛细管和弹簧管组成的封闭空间内充满液体（或气体）。当被测温度发生变化时，温包内的液体体积由于热胀冷缩而发生变化，对弹簧管的压力也发生变化，迫使弹簧管变形而使其自由端发生偏转，带动指针指出被测的温度值。电接点压力式指示温度计的三个指针相互绝缘，引出三根导线。当温度升高到所调上限值时，指针与上限值定位指针接触，发出温度上限信号；当温度降到下限值时，指针与下限值定位指针接触，发出温度下限信号。电接点压力式指示温度计，适用于20m之内的工业设备上的气体、液体和蒸气的温度测量，也可作为温度调节系统的电路开关。2.压力式温度控制器各种压力式温度控制器，虽然在结构上各有特点，但他们的工作原理是相同的。WTZK-50型温度控制器的结构主要由感温系统和调节机构两部分组成。由温包、毛细管和波纹管所组成的密封感温系统内，充注工质（如R12、R22或其他对温度敏感的物质）。当温包感受到被测温度变化时，温包内工质的压力也随着变化，这个压力作用在波纹管上，使波纹管伸长或缩短，输出一个位移信号，对杠杆4产生一个顶力，该顶力矩与和主调弹簧8所产生的力矩，对着刀口支点14形成力矩平衡。当被测温度升高时，温包18和波纹管19内压力增大，传动杆向上的顶力矩增大当传动杆力矩大于主调弹簧的力矩时，杠杆逆时针转动，压住幅差弹簧20。若被测温度继续升高到调定值的上限，传动杆的顶力矩大于主弹簧的拉力矩与幅差弹簧的顶力矩之和，杠杆继续转动，带动跳簧片左移，动触点与静触点11断开，与静触点9闭合，发温度上限信号；若被测温度下降，传动杆的顶力矩也下降，杆杠绕支点顺时针方向转动，刚转动一点，不足以使跳簧片动作，只有被测温度降到控制器调定值的下限时，跳簧片动作，带动动触点右移，使之与静触点9断开与静触点11闭合，发温度下限信号。主调节弹簧力的大小，决定了温度控制器的下限动作值，转动主调螺杆8就可以改变主调弹簧的预紧力，也就是改变了控制器下限温度值。调节时指针随主调节弹簧上下移动，在标尺上可以直接指示出下限温度值。n当被测温度升高，传动杆顶动杠杆逆时针转动一段距离后，便顶住了幅差弹簧，这时触点还没有变位，而杠杆要继续转动，在继续克服主调弹簧拉力矩的同时，还必须克服幅差弹簧的顶力矩，才能使触点变位。可见，转动幅差旋钮3，调节幅差弹簧20的弹力，可改变上限动作温度值（即改变幅差）。温度调节器上限＝下限值+幅差。值得注意的是幅差调节旋钮上分0～10格的刻度，每格并不代表一度，而是幅差分档的相对数，以0为最小幅差，10为最大幅差。一般幅差可调范围为3～5℃。WTZK-50型温度控制器广泛用于各种冷藏库和空气调节系统的温度控制。3.2.3电阻式温度检测调节仪表1.XCZ-102型动圈式温度指示仪XCZ-102型动圈式温度指示仪采用铂热电阻或铜热电阻做测温元件。可对各种工业对象中的气体、液体、蒸气和烟雾的温度进行远距离指示。XCZ-102型动圈式温度指示仪由不平衡电桥和动圈测量机构两部分组成。动圈仪表测量机构的核心是一个磁电式毫伏表。由表面绝缘的细铜丝绕成矩形线圈2，用张丝（弹性金属丝）1支承于永久磁铁3的磁场中。当测量的直流毫伏信号加在此线圈上时，线圈中则有电流流过，产生了电磁力，在线圈的有效边上产生大小相等、方向相反的力偶，在力偶的作用下，形成力矩，推动线圈转动。力矩推动线圈转动的同时，张丝被扭转变形，产生与力矩相反的阻力矩，当两力矩平衡时，线圈便停止转动。该线圈的转角与所测毫伏电势有关。当面板直接刻划成温度刻度时，装在动圈上的指针就指示出相应的温度值。不平衡电桥采用了两级稳压管稳压电源供电。由图中四个桥臂中的相关电阻构成电桥。为了减小连接导线的温度变化而引起的附加温度误差，热电阻采用三线制接法接入桥路。为外接导线电阻，、是调节仪表指针起点的电阻。由于环境温度的变化对动圈的阻值也会有影响，温度升高动圈阻值增大。为此，在动圈支路接入一只热敏电阻，利用热敏电阻的阻值随温度升高而变小的特性进行补偿。电阻可以补偿热敏电阻温度特性的非线性，提高热敏电阻的互换性和仪表刻度的线性化程度。电阻是满刻度调整电阻，用于改变仪表量程和调整满刻度。1TRLR01R02R2TR9R8R电路工作原理：当热电阻的阻值为仪表刻度起点所对应的阻值时，电桥平衡，电桥输出电压为零，没有电流流过动圈，指针不发生偏转；当被测温度升高时，增大，电桥的平衡被破坏，就有一个毫伏级的电压输出，有电流流过动圈，在磁场的作用下，使指针发生偏转。而且被测温度偏离平衡温度越高时，阻值变化越大，输出电压就越高，不平衡电流就越大，指针偏转就越大，因此根据指针偏转大小就可以确定被测温度的数值。1TR1TR1TRABU2.TDW-12型温度控制器TDW-12型温度控制器是无指示的温度控制仪表，能对被控制对象实现二位或三位控制。仪表采用集成电路运算放大器，因而线路简单，工作可靠，体积小，精度高。适用于冷藏库、空调系统作温度控制。TDW-12型温度控制器由测温数字电桥、线性放大器、双稳开关电路和输出继电器等组成。YeiyYeiyYeiy3.XDD系列小型自动平衡电桥记录调节仪XDD系列小型自动平衡电桥记录调节仪与热电阻或其他能产生电阻值变化的变送器配套使用，对温度或其他参数进行显示、记录、调节。该仪表采用平衡电桥测温。当热电阻的阻值随温度变化后，电桥输出不平衡信号，经放大器放大后操纵可逆电动机。一方面带动滑动可变电阻移动，使电桥重新平衡，同时显示出温度数值。另一方面带动记录笔或调节机构。与此同时同步电动机带动记录纸匀速卷动，记录笔便在记录纸上用曲线记下被测参数的大小。仪表有单笔、双笔、多点及带PID电动调节器等几种。单笔仪可连续测量、记录一个参数；双笔仪可同时连续测量、记录二个参数；多点仪有3点和6点两种，周期地循环打点记录各点参数；带PID电动调节器的仪表，除可测量和记录一个参数外，还能对该参数进行比例积分微分调节。电子平衡式显示调节仪表的测量精度高，而且能自动显示记录。常用的这类仪表还有XB系列电动式温度指示调节仪、XBW系列自动平衡式显示记录仪等。3.3压力的检测与调节仪表3.3.1压力检测仪表1.弹簧管压力表弹簧管压力表的测量范围极广，品种规格很多。按精度等级来分，有精密压力表、标准压力表、普通压力表；按信号显示来分，有双面压力表、电接点压力表、远传压力表、数字式压力表等；按现场条件分，有防爆压力表、耐震压力表、耐酸压力表等等。上述压力表都是以普通弹簧