热工仪表基础知识2

常用仪表

一、 分类

1. 根据检测类别分类

a. 温度 b. 压力 c. 液位 d. 流量

2. 根据工作性质分类

a. 变送器 b. 传感器 c. 调节器 d. 执行器 e. 显示器

二、 常用仪表工作原理

1. 温度检测仪表

a) 热电偶

1．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在 回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工 作的。

2．热电偶的种类及结构形成

我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

b）热电阻

⑴ 热电阻的测温原理

与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。

⑵热电阻的信号连接方式 目前热电阻的引线主要有三种方式

①二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合 ②三线制：在热电阻（热电阻相关的信息）的根部的一端连接一根引线，另

一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。

③四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

c.红外线测温仪工作原理

红外线测温仪由光学系统，光电探测器，信号放大器及信号处理.显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。 3.压力

a.扩散硅压力变送器

采用扩散或离子注入等工艺形成电阻并连接成惠斯通电桥，用微机械加工技术在电桥下形成压力敏感膜片。当压力作用在膜片上时，电阻值发生变化并且产生一个与作用压力成正比的线性化输出信号。我们在惠斯通电桥上加上直流电源，就会产生一个直流电压信号的输出。经过二次转换线路，实现两线制4～20mA输出。

b.电容式压力变送器

被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。 4. 液位

a. 玻璃管 b. 浮筒式 c. 超声波 d. 雷达 e. 单晶体 f. 电导式 5.流量

a.电磁流量计

电流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。其电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈由双方波脉冲励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管。将切割磁力线感应出电动势E。电动势E 正比于磁通量密

度B，测量管内径d与平均流速v的乘积。电动势E（流量信号）由电极检出并通过电缆送至转换器。转化器将流量信号放大处理后，可显示流体流量，并能输出脉冲，模拟电流等信号，用于流量的控制和调节。 E=KBdv

式中：E---------------为电极间的信号电压（v） B-----------------磁通密度（T） d------------------测量管内径（m） v------------------平均流速（m/s）

式中k, d为常数，由于励磁电流是恒流的，故B 也是常数，则由E= KBdv可知，体积流量Q 与信号电压E-成正比，即流速感应的信号电压E 与体积Q 成线性关系。因此，只要测量出E就可确定流量Q，这是电磁流量计的基本工作原理。

b. 涡街流量计

不同检测方法涡街流量计比较

注∶√-较好、△-一般、×-差。

c.涡轮流量计

涡轮流量计的工作原理

涡轮流量计的原理示意图如图3—1所示．在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑．当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转．在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比．由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量． d. 质量流量计

质量流量测量原理

一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma） e. 转子流量计 f. 孔板

三、 常规控制回路

1. 单回路控制

单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。

单回路反馈控制系统组成方框图：

简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或