第三章 检测仪表与传感器(压力测量)1

第三章检测仪表与传感器压力检测Instrumentationandsensor教学要求•掌握误差及精度的计算；仪表性能指标。•了解压力、流量、物位、温度测量仪表的种类及结构。•重点掌握压力、流量、物位、温度测量仪表的工作原理及使用特点。传感器：将工艺参数检测出并转换为一定的便于传送的信号的仪表。变送器：将所测得的工艺参数转换为统一的标准信号，送往控制器或显示仪表，则传感器就为变送器。QDZ中，转换为0.02~0.1Mpa.DDZ中，DDZ-Ⅱ,转换为0~10mADCDDZ-Ⅲ,转换为4~20mADC单元组合仪表单元仪表之间以统一的标准信号相互联系。§3.1概述教学内容：误差及精度的计算；仪表性能指标。一．测量过程与测量误差1．测量过程：测量仪表：将被测参数经过一次或多次能量的转换，转换成便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。2．测量误差measuringerror测量值与真实值的差异。按产生的原因不同，分三类：系统误差偶然误差疏忽误差表示方法（常有两种）：绝对误差相对误差（1）绝对误差（△）✦理论上：△=xi-xt✦工程上，△=x-x0绝对误差常指：△max有单位、正负号。误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因.（2）相对误差（y）：某一点的绝对误差△与它的真实值xt（或x0）之比。y——仪表在x0处的相对误差。有正或负号，无量纲，用%表示。ttxxxxxxxy000)(二.测量仪表的品质指标performancespecification衡量仪表性能优劣的指标，常用的指标：精度等级指示变差（恒定度）灵敏度和灵敏限反应时间线性度重复性1．精确度（精度）ABx0-100℃0-1000℃1℃思考（1）相对百分误差工程上将绝对误差折合成仪表标尺范围的百分数表示，称为相对百分误差。%100max量程范围%1000标尺下限值标尺上限值xxδ越小，表越精确，实际上使用不方便。（2）允许误差δ允允许误差：出厂的仪表保证基本误差不超过某一规定值。表示方法：%100仪表量程差值仪表允许的最大绝对误允δ允越大，表明仪表的准确度越低。在测量范围内，任一点的测量误差不应超过δ允。（3）精度等级根据仪表的允许误差，可确定其精度等级我国仪表常用的精度等级：越小，精度越高。0.0050.020.05作标准表校验用0.10.20.40.5实验室用1.01.52.54.0工业现场用一般生产中在误差允许范围，选用精度比较低的仪表经济实惠。1.51.51.5一般表示符号例1.某台测温仪的测温范围为200-700℃校验时得到的最大误差为4℃，确定该仪表的精度等级。%8.0%1002007004%100max量程范围因为0.5%＜0.8%＜1.0%，所以该仪表的精度等级为1.0级。解：该仪表的最大相对百分误差例2.某台测温仪的测温范围为0-1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±7℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺要求，仪表的允许误差为%7.0%100010007允此数介于0.5-1.0之间，如选精度等级为1.0的仪表，其允许误差为±1.0%，超过了工艺上允许的数值，故应选的0.5级仪表。小结：确定仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大相对百分误差。例3有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0~100℃和100~300℃，校验表时得到它们的最大绝对误差均为2℃，试确定这两台仪表的精度等级。%1%1001003002%2%1000100221解这两台仪表的最大引用误差分别为一台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。例4某台测温仪表的工作范围为0~500℃，工艺要求测温时测量误差不超过±4℃，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？解根据工艺要求，仪表的最大引用误差为%8.0%10005004max应选择0.5级的仪表才能满足要求2.指示变差（恒定度）正行程测量反行程测量指示变差：指在相同的外界条件下，使用同一仪表对相同的被测参数值进行正、反行程测量时，得到的正反行程指示值之差称为该仪表在该读数点的指示变差。变差是衡量仪表重复性（复现性）、稳定性的品质指标。%100量程范围最大绝对差值变差%100maxNxx反正表示方法：仪表示值被测参数正行程反行程Δmax✦变差越小越好，恒定度越大。✦原因：齿轮之间的间隙、传动部件之间的磨擦、弹性件的滞后等。✦注意：变差不能超过仪表的允许误差。3．灵敏度（S）与灵敏限（灵敏域）灵敏度（S）:是反映仪表对被测参数变化的灵敏程度。xS△a表示方法：S越高，越灵敏。灵敏限:能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。允21S注意：仪表的分辨率（数字仪表）在仪表的最低量程上最末一位改变一个数所表示的被测参数变化量。例：1.七位数值电压表，在最低量程满度值为1V时。2.某仪表为：□□□.□℃量程0--999℃4.反应时间反映仪表动态特性的好坏，用来衡量仪表能否尽快反映出参数变化的品质指标。输入信号突然变化一个数值后，反应时间的表示方法：输出信号（即指示值）由①开始→新稳定值的63.2%②开始→新稳定值的95%所用的时间越短越好t0x0x63.2%t5.线性度用来说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。仪表示值被测参数Δfmax%100max仪表量程ffδf越大，线性度越不好表示方法：6.重复性同一方向多次重复测量被测参数，所得标定特性曲线不一致的程度。被控变量仪表示值△Zmax1△Zmax2%100max仪表量程ZZ重复性误差：•重复误差越小，重复性越好三.检测系统中的常见信号类型包括直线位移和角位移。放大、传输、转换较容易。1.位移信号2.压力信号传送速度慢，距离短，不宜实现大范围集中控制，与计算机连用困难。包括气压信号、液压信号。3.电信号电压、电流、阻抗和频率信号等。传送快，滞后小，可远距离传送，便于和计算机连用。4.光信号包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。适于高精度、非接触测量方面。四.检测系统中信号的传递形式1.模拟信号在时间上是连续变化的，即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。2.数字信号以离散形式出现的不连续信号，数字量的增减只能一个一个单位的增大或减小。用模—数转换器（A/D）可进行模、数转换3.开关信号用两种状态或两个数值范围表示的不连续信号。用电触点式继电器可将模拟信号→开关信号五.工业仪表的分类•按仪表使用的能源分•按信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类•按仪表的组成形式来分类1.按仪表使用的能源分类（1）气动仪表:简单、直观、可靠；抗干扰能力强；价格低廉、防火防爆；但信号传递慢，距离短，不适于集中显示与控制，与计算机联用困难。（2）电动仪表:信号联系方便；适于远距离传送和集中控制、便于与计算机联用，可防火防爆；但结构复杂，易受环境影响。（3）液动仪表:(略)2.信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类:（1）检测仪表：（2）显示仪表：各种模拟量、数字量的指示仪、记录仪、积算器、工业电视、图像显示器等。（3）集中控制装置：各种巡回检测仪、巡回控制仪、程序控制仪、数据处理机、电子计算机、仪表控制盘和操作台等。（4）控制仪表：电动、气动控制器、微处理机（代替模拟控制仪表）等。（5）执行器：各种气动、电动、液动执行机构和控制阀。集中控制装置显示仪表生产过程检测仪表执行器控制仪表各类仪表的作用3.按仪表的组成形式来分类:（1）基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个壳体内，形成一个整体。适于现场就地检测和控制（单参数）（2）单元组合式仪表:定义（略）单元间可任意组合，实用性和灵活性好。QDZ仪表；DDZ仪表。六．测量仪表的分类1.测量仪表的分类（2）按测量参数不同分（1）按使用能源分温度、压力、流量、物位、物质成分分析仪表。（3）按显示形式分调节型：信号型：累积型：记录型：数字显示型：指示型：实际仪表有时是几种形式的组合。（4）按仪表实际用途分•实用仪表：工业用（简单、可靠、准确度要求不太高）•标准仪表：作标准表定刻度用。•范型仪表：实验室用（要求准确度高，但结构复杂）（5）按安装地点分就地仪表：直接安装在工艺对象上或设备附近，只能就地读数。盘用仪表：不直接安装在工艺对象上，在远方仪表盘上读数，分两部分一次仪表：（变送器）二次仪表：（毫伏计）2.测量方法的分类（1）直接测量：直接确定未知量的过程。a)偏差法测量：指针仪表优点：结构较简单、读数简便、直观。缺点：精度较低。b)平衡法：将被测量与标准量比较优点：测量精度高。缺点：响应较慢，测量时间较长。微差法——结合平衡法和偏差法（2）间接测量：由若干个直接测量的数据，通过计算，确定未知量的结果。检测系统的构成被测参数敏感元件信号变换信号传输信号测量显示记录控制§3.2压力检测及仪表pressuredetectionandinstrument教学内容：1．压力单位及测压仪表分类2．各种压力计的特点、结构及工作原理弹性式压力计霍尔片式压力传感器应变片式压力传感器压阻式压力传感器力矩平衡式压力变送器电容式压力变送器3．压力计的选用及安装一.压力单位及测压仪表1．压力：指均匀垂直的作用于单位面积上的力。SFp公式：p—压力F—垂直作用力S—受力面积帕PaN/m2毫米汞柱mm兆帕MPa106N/m2水柱m工程大气压10mH2O巴dyn/cm2物理大气压20ºC海平面psilb/in2国际制单位：帕斯卡（帕）Pa1Pa=1N/m2压力的表示绝对压力：以绝对零压力为基准表压（相对压力）：p表压=p绝-p大气压真空度：p真空度=p大气压-p绝绝对压力绝对压力真空度表压标准大气压绝对压力、表压、真空度的关系绝对零压力2．压力表的分类按转换原理不同，分四大类：液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计（1）液柱式压力计根据流体静力学原理，将被测压力→液柱高度单管压力计U型管压力计斜管压力计ghp优点：结构简单，便宜，精度较高，现场和实验室中使用。缺点：体积较大，读数不方便，测量范围窄，测低压、负压。企业常用可变倾斜管微压计。（2）弹性式压力计被测压力→弹性元件变形的位移。有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜片式压力计。结构简单，便宜，测量范围广，维修方便，应用广泛。（3）电气式压力计通过机械和电气元件，将被测压力→电量（如电压、电流、频率等）。有电容式、电阻式、电感式、应变片式、霍尔片式。多用于远传和集中控制，适用范围广。（4）活塞式压力计pistongauge根据液体传送压力的原理，将被测压力→平衡砝码的重量测量范围大，精度高，δ允可小到0.05%~0.02%；但结构复杂，价格较贵，常用作标准仪表。二.弹性式压力计elastic-typemanometer原理：被测压力→弹性元件的弹性形变。特点:简单、可靠、低廉、足够的精度，测量范围广（几百Pa~几千MPa），维修方便，若附加其它装置，可实现压力的记录、远传、报警、控制等。1.弹性元件：（1）弹簧管式弹性元件（根据测量范围和介质不同）单圈：位移较小，能测较高的压力，测量范围较宽，可测高达1000MPa多圈——增加自由端位移。（2）薄膜式弹性元件金属或非金属做成提高测压范围膜片式膜盒式（3）波纹管式弹性元件弹性好，位移大，测微压与低压，一般不超过1MPa弹性元件结构和特点弹簧管压力表氧气压力表用于测量氧气的压力，严禁接触油脂类物质。在表盘上有红色的禁油标志，防止错误使用。防腐耐高温压力表广泛应用于石油、