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1、3.1 概述3.2 差压变送器3.3 温度变送器3.4 流量变送器3.5 液位变送器3.6 成分分析仪3.7 智能变送器,第3章 检测变送仪表,“1”,“1”,3.1 概述,过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的调整控制作用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行准确的数据处理，进而才能获得高质量的控制效果。,3.1 概述,检测变送单元实际上包括两部分内容，首先是将被控参数检测出来，
2、然后变送器将其变换成统一标准信号。由于利用单元组合仪表能方便灵活地组成各种难易程度的过程控制系统，因此，它在过程控制系统中应用极为广泛。单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。表3-1是DDZ-型和DDZ-型仪表的性能比较。,表3-1 DDZ-型与DDZ-型仪表的性能比较,3.1 概述,本章主要介绍DDZ-型变送器及各种微型化、智能化变送器的原理及主要工作特性。从使用的角度来说，变送器量程调整、零点调整和零点迁移的概念是很重要的。,图3-1 变送器的量程调整,量程调整或称满度调整，其目的是使变送器输出信号的上限值（或满度值）与输入测量信号上限值 相对应。量程调整相当于改变变送
3、器的灵敏度，即输入输出特性的斜率，见图3-1。,3.1 概述,变送器零点调整的目的是使其输出信号的下限值与输入信号的下限值相对应，见图3-2a。将变送器的测量起始点由零点迁移到某一正值或负值，称为零点迁移。,图3-2 变送器的零点调整与零点迁移a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移,零点迁移有正迁移和负迁移，见图3-2 b和图3-2 c。,3.2 差压（压力）变送器,差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参数，转换成统一标准信号，作为显示记录仪、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和自动控制。,3.2.1 DD
4、Z-差压变送器,图3-3 DDZ-型差压（压力）变送器工作原理示意图1-高压室 2-低压室 3-膜片或膜盒 4-密封膜片 5-主杠杆 6-过载保护簧片 7-静压调整螺钉 8-矢量机构 9-零点迁移弹簧 10-平衡锤 11-量程调整螺钉12-检测片 13-差动变压器 14-副杠杆 15-放大器 16-反馈线圈 17-永久磁钢 18-调零弹簧,3.2.1 DDZ-差压变送器,图3-4 杠杆、矢量机构受力图,差动变压器副杠杆的位移检测片的微小位移，利用低频位移检测放大器检测，并转换成DC 420mA输出。低频位移检测放大器的组成框图见图3-5。,图3-5 位移检测放大器组成框图,3.2.1 DDZ-
5、差压变送器,图3-6 型变送器二线制示意图,其次是尽可能少用L、C储能元件，如确实需要采用储能元件，断电时给储能元件一个放电的通路，并限制储能元件两端的电压；第三，采取限压限流措施，以限制打火能量，以免超过安全火花的能量。因此，DDZ-变送器与安全栅配合，可用于任何易燃易爆场所，扩大了变送器的适用范围。,二线制系统见图3-6。安全火花防爆也是DDZ-变送器的主要特点之一。实现安全火花性能主要是采取了如下措施，首先是采用低压24V直流集中供电，限制了打火能量；,3.2.2 差动电容差压变送器,图3-7 差动电容结构示意图,图3-7示出了差动电容差压变送器差动电容结构示意图。,基于力矩平衡原理的差
6、压（压力）变送器，由于有力矩传动机构，其体积和重量均较大，且零点和量程调整相互干扰。而基于差动电容式差压（压力）变送器，由于没有机械传动机构，仅由差动电容和电子放大电路两部分组成，因此其体积小，重量轻，零点和量程调整互不干扰，其性能较为优越，应用广泛。,3.2.2 差动电容差压变送器,图3-8 转换电路原理框图,差动电容差压变送器的转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成DC 420mA输出。1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品，转换电路的方框图见图3-8。,3.2.3 微型化压力变送器,图3-9 扩散硅压力变送器结构图,1扩散硅差压变送器,图3-10 扩散硅压力变送器电原
7、理图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-11 X型检测元件结构及接线,2MPX7000系列压力变送器,图3-12 MPX7000系列压力变送器原理图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-13 数字式变送器结构框图,3数字式变送器,图3-14 变送器内部组成原理框图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-15 传感器芯片横截面结构图,3数字式变送器,图3-16 C/f转换电路的原理,3.2 温度变送器,温度变送器将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成DC 420mA 或DC 15V的统一标准信号。,3.2.1 DDZ-温度变送器,图3-17 型温度变送器原理框图,3.3 温度变
8、送器,DDZ-变送器有三种品种：1）直流毫伏变送器 其输入信号是直流毫伏信号。2）热电偶温度变送器。3）热电阻温度变送器。,3.3.1 DDZ-温度变送器,三种变送器在线路结构上都由量程单元和放大单元两部分组成。其中放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。,3.3 温度变送器,3.3.1.1 直流毫伏变送器的量程单元 直流毫伏变送器的量程单元由信号输入电路，零点调整桥路和反馈电路等部分组成。,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-18 直流毫伏变送器量程单元,3.3 温度变送器,热电偶温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-19 热电偶温度变送器量程单元原
9、理图,3.3 温度变送器,热电偶温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-20 折线逼近法线性化原理a)折线逼近原理 b)电路原理图,3.3 温度变送器,3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-21 热电阻温度变送器量程单元原理图,3.3 温度变送器,3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-22 热电阻的特性及其线性化曲线a)热电阻的特性 b)线性化曲线,3.3 温度变送器,3.3.1.4 温度变送器的放大单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-23 电压放大器,图3-24 功率放大器,3
10、.3 温度变送器,3.3.1.4 温度变送器的放大单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-25 隔离输出与隔离反馈电路,3.3 温度变送器,1.AD590构成的温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-26 微型温度变送器原理图a)温度检测元件 b)变送器原理电路,3.3 温度变送器,2.TMP17构成温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-27 TMP17构成微型温度变送器a)TMP17引脚功能 b)原理电路,3.3 温度变送器,3.TMP35系列构成微型温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-28 TMP35构成微型温度变送器a)TO-92封装 b)原理电路,3.
11、3 温度变送器,3.TMP35系列构成微型温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-29 频率输出型微型温度变送器,3.3 温度变送器,4TMP01系列构成温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-30 TMP01构成温度变送器a)引脚功能 b)原理电路,3.4 流量检测与变送,3.4.1 概述,流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，称为总量或累积流量。,体积流量,以体积表示的瞬时流量用 qv 表示，单位为 m3/s 以体积表示的累积流量用 Qv 表示，单位为 m3,质量流量,以质量表示的瞬时流量用 qm 表示，单位为
12、 kg/s以质量表示的累积流量用 Qm 表示，单位为 kg,标态下的体积流量,由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了便于比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状态（温度为20，压力为一个标准大气压）下的体积流量。标准状态下的体积流量用qvn表示，单位为Nm3/s。,3.4 流量检测与变送,3.4.1 概述,表3-2 流量仪表的分类,流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表3-2。,3.4 流量检测与变送,3.4.2 差压式流量计,图3-31 节流式
13、流量计的组成,差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输出，因此，差压式流量计由产生差压的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。见图3-31。,3.4.2 节流式流量计,节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈
14、大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。,(a)标准孔板,(b)喷嘴,(c)文丘里管,把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验方法单独标定。,相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最广泛，以下只介绍标准孔板，,节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能
15、和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。,流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,为流量系数 为可膨胀性系数A0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度P节流装置前后实际测得的压差,主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，
16、其值要由实验方法确定。,可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围小于等于1。对于不可压缩性流体，1；对于可压缩性流体，则1。应用时可以查阅有关手册而得,标准节流件(孔板),节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段符合规定要求，可以直接投入使用,标准孔板，要求：d/D 应在0.20.75之间 d不小于12.5mm 直孔厚度h应在0.005D到0.02D之间 孔板的总厚度H应在h和0.05D之间 圆锥面的斜角应在3045之间 标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅
17、相关的设计手册。,有手册可查，不要求记,标准取压方式,国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和DD/2取压。,角接取压,角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口,环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通，每个开孔的中心线彼此互成等角度，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出,当采用单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以90与管道轴线相交,环隙宽度和单独钻孔取压口的直径 a 通常在410mm之间 显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端的平稳差压，
18、能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径D500mm时，一般采用单独钻孔取压。,法兰取压和DD/2取压,法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上、下端面均为25.4mm（1英寸）,DD/2取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为D和D/2（D为管道的直径）,节流式流量计的安装,原理总结：,节流装置,引压管,差压变送器,显示仪表/控制器,在各种标准的节流装置中以标准孔板的应用最为广泛，它具有结构简单、安装使用方便的特点，适用于大流量的测量。孔板的最大缺点是流体流经节流件后压力损失较大，当工艺管路不允许有较大的压力损失时，一
19、般不宜选用孔板流量计。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小，但结构比较复杂，不易加工。虽然节流式流量计的应用非常广泛，但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差，有时甚至高达1020。下面列举一些造成测量误差的原因，以便在安装使用过程中得到充分的注意，并予以适当的解决。差压变送器的安装如前所述,流体在管道中正常流动（v、p）,节流件使流体收束，流速增大，压力降低,节流件前后出现“压差”,“压差”与流量有关,再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制,节流式流量计的使用特点和要求,标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。孔板测量的压损大，当不允许
20、有较大的管道压损时，便不宜采用。在一般场合下，仍采用孔板为多。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变；为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置,节流式流量计误差产生的原因,实际工况与设计要求不符，如：温度、压力
21、、湿度以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差。为了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止有沉淀、结焦、堵塞等现象。节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板。导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象，,节流式流量计误差产生的原因,孔板本身原因：,直角边缘不锐利,测量值偏小,d太大,测量值偏小,h太大,测量值偏大,安装不好，孔板弯曲,可大可小,3.4 流量检测与变送,3.4.3 靶式流量计,图3-35 靶式
22、流量计结构原理,在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为“靶”。流体流经靶时，由于受阻将对靶产生作用力F，F与流体流动速度的关系为式中，K为阻力系数；为垂直于流速的靶面积；r为流体重度；v为通过环形面积的流速；g为重力加速度。,3.4.4 转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,孔板流量计：,节流面积不变,流量变化,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化,节流面积发生变化,转子流量计主要由两个部分组成：一是由下往上逐渐扩大
23、的锥形管（通常用透明玻璃制成）二是放在锥形管内可自由运动的转子。被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出。当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上。若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形管中平衡位置的高低h与被测介质的流量大小相对应。,流量方程,转子的平衡关系：,V为转子的体积；t和f分别为转子和流体的
24、密度；g为重力加速度；P为转子前后的压差；A为转子的最大截面积,转子和锥形管间的环隙面积相当于节流式流量计的节流孔面积，但它是变化的，并与转子高度h成近似的线性关系，因此，转子流量计的流量公式可以表示为：,式中：为仪表常数；h为转子浮起的高度。,流量与转子高度h成线性关系式中的其它参数为常数,转子流量计的锥形管一般采用透明材料制成，在锥形管上刻有流量读数，用户只要根据转子高度来读取读数。转子流量计一般只适用于就地指示。对配有电远传装置的转子流量计，也可以把反应流量大小的转子高度h转换为电信号，传送到其它仪表进行显示、记录或控制。,流量修正,由于转子流量计在生产的时候，是在工业基准状态（20，0
25、.10133Mpa）下用水或空气进行刻度的。如果工作状态不同，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行修正。,液体流量测量时的修正,如果某转子流量计的转子高度为h，如果介质为20的水，则流量qv0与h的关系满足：,式中：qv0为用水标定时的流量刻度 w为水的密度,如果介质不是20的水，则流量qvf与h的关系满足：,qvf和f分别为被测介质的实际流量和密度,如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有,刻度流量,实际流量,修正系数,例,现有一只以水标定的转子流量计用来测量苯的流量，已知转子的材料为不锈钢（密度7.9g/cm3），苯的密度为0.83g
26、/cm3，请问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？,解：,修正公式,因此,质量流量的修正公式,气体流量测量时的修正,假设实际被测气体的密度为f，因此被测流体流量Qf与指示值Q0的关系是：,通常，气体流量需要把它转化成工业基准状态（T020293K，P01.0133105Pa）,记被测时的压力和温度分别为：Pf、Tf，所以被测流体对应标准状态的体积流量为：,此时的密度f还是实际密度，由于测量的困难，也需要把它转化成标态下的密度更为方便：,于是有修正公式,温度单位是绝对温标，压力为绝对压力。（P0=1.0133*105Pa，T0=273K）0 空气标准状态密度（1.293kg/m3）f
27、0 被测介质标准状态密度 Q0 显示流量 Qf0 实际流量（标准状态）,转子流量计的特点,转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；流量计的基本误差约为仪表量程的土2，量程比可达10：1 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。,3.4.5 容积式流量计直接测量,基本工作原理,“一碗一碗”计量,转子每旋转一周，就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔的流体体积(4V)。在V一定的情况下，只要测出流量计的转速n就可以计算出被测流体的流量,流量方程,特点和要求,计量精度高，一般可达0
28、.20.5级，有的甚至能达到0.1级安装直管段对计量精度影响不大，量程比一般为10:1一般只适用于10150mm的中小口径。容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感，特别适合于测量高粘度的流体（例如重油、树脂等）甚至糊状物的流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，所以一般情况下，流量计前要装过滤器。由于受零件变形的影响，容积式流量计一般不宜在高温或低温下使用。,3.4.6 涡轮流量计,基本工作原理,流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲,流量方程,特点和要求,流量与涡轮转速之间成线性关系，量程比一般为1O：1；涡轮流量计
29、的测量精度较高，可达到0.5级以上；反应迅速，可测脉动流量；主要用于中小口径的流量检测；仅适用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置；流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上；常温下用水标定，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿,3.4.7 涡街流量计,基本工作原理,把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为卡门涡街只有当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距l满足为hl0.281条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频
30、率f与流体流速v成正比，与柱体的特征尺寸d（漩涡发生体的迎面最大宽度）成反比，即：,流量方程,St称为斯特劳哈尔数（无因次数），St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为5000150000的范围内，St基本上为一常数。,特点和要求,涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；管道内无可动部件，使用寿命长，压力损失小；测量精度高（约为士0.51），量程比20:1；尤其适用于大口径管道的流量测量。但是流量计安装时要求有足够的直管段长度，
31、上游和下游的直管段分别要求不少于2OD和5D，漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直。,3.4.8 电磁流量计,基本工作原理,导体切割磁力线，会产生电动势,适用场合,可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。,流量公式,当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：,式中：Ex为感应电势；K为比例系数；B为磁场强度；D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度。,在管道直径D已经确定，磁场强度B维持不变时，流
32、体的体积流量与磁感应电势成线性关系。利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计。,电磁流量计的特点,测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小；只要是导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；电磁流量计的量程比一般为10:1，精度较高的量程比可达100:1；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；主要缺点：被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率 不能测量气体、
33、蒸汽和石油制品等的流量 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0200；因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制(一般0.25MPa）,电磁流量计的安装,可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；直管段要求：前10D，后5D以上；远离磁场；变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后11.5m出和变送器外壳连接在一起，共同接地。,3.5 液位变送器,液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进行。此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统计和经济核算。液
34、位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是一个比较薄弱的环节。,3.5 液位变送器,浮力式液位变送器是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于该物体所排出的液体的重量。浮力式液位变送器可分为恒浮力式和变浮力式两种。,3.5.1 浮力式液位变送器,1恒浮力式液位变送器,图3-42 恒浮力式液位计原理,3.5 液位变送器,3.5.1 浮力式液位变送器,2变浮力式液位变送器,图3-43 浮筒式液位计原理,图3-43为浮筒式变浮力液位计原理图。圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被液体浸没的高度变化时，其所受浮力F也变化，F的
35、变化压缩弹簧，弹簧的弹性力与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换成统一标准信号，便可得知液位高度。,3.5.1 浮力式液位计,基本工作原理,主要由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示器当浮筒沉浸在液体中时，浮筒将受到向下的重力G、向上的浮力F浮和弹簧弹力F弹的复合作用弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移，再通过输出指示器内磁感应元件和传动装置或变换输出装置，使其指示出液位或输出与液位对应的电信号。,特点和要求,浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式，测量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。,3.5.2 静压力式液位变送器-差
36、压（压力）液位变送器,基本工作原理,P=gH,零点迁移,P=1gH,P=1gH-2g（h2-h1）,P=1gH+1gh1,零点迁移的目的：使H0时，变送器输出为Iomin（如4mA）,无迁移,负迁移,迁移量：,-2g（h2-h1）,正迁移,迁移量：,1gh1,例,已知1=1200kg/m3，2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位变化范围02.5米，求：变送器的量程和迁移量。,解,Hmax1g=2.5*1200*9.8=29400Pa变送器量程可选为：40kPa当H=0时，-2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa变送器需要进行负迁移，迁移量为37.24 kPa
37、,结论：差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度H成线性关系因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线容易出现被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器（压力信号的远传装置），分单法兰式及双法兰式两种。,3.5.2 静压力式液位变送器吹气式液位变送器,图3-48为吹气式液位变送的原理。将一根吹气管插入至被测液体的最低液位（零液位）处。压缩空气或惰性气体经恒压阀和流量计吹入贮液罐内，当吹气管的下端有微量气泡溢出时，导管内的压力几乎与
38、液封压力相等。,图3-48 吹气式液位测量原理,3.6 成分分析仪表,成分分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。在现代工业生产过程中，必须对生产过程中的原料、成品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密度、重度、以及PH值等进行自动测量和自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和防止环境污染的目的。按使用场合来分，成分分析仪表又分为实验室分析仪表和过程分析仪表，自动分析仪表或在线分析仪表。,3.6 成分分析仪表,表3-3 分析仪表的分类,3.6 成分分析仪表,红外气体分析仪,红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性来进行气
39、体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、反应迅速、选择性强的特点。红外线的波长范围为0.751000，红外气体分析仪中利用的波长范围为225，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波长范围的红外线。,表3-4 部分气体特征吸收峰波长,3.6 成分分析仪表,红外气体分析仪,图3-49 I与c的关系曲线,图3-50 红外气体分析仪原理框图,3.6 成分分析仪表,3.6.2 气相色谱分析仪,气相色谱分析仪的测量原理是基于不同物质在固定相和流动相所构成的体系，即色谱柱中具有不同的分配系数而将被测样气各组成分离开来，然后用检测器将各组成气体的色谱峰转变成电信号，经电子放大器转换成电压或
40、电流输出。色谱柱有两大类：一是填充色谱柱，其内填充一定的固体吸附剂颗粒（如氧化铝、硅胶、活性炭等）或液体（固定液）而构成；另一种是空心色谱柱或空心毛细管，将固定液附着在毛细管内管壁上而构成。,图3-51 样气在色谱柱中的分离过程,3.6 成分分析仪表,3.6.3 热磁式氧分析仪,在生产过程中，尤其是燃烧和氧化过程中，以及安全保护和粮食果品储存等方面，准确测量和严格控制混合气体中的氧含量，对节约能源和安全生产等具有十分重要的作用。在氧分析仪表中，应用最广泛的是热磁式氧分析仪，它具有量程宽，稳定性好，不消耗被分析气体和使用简便等优点。传感器是一个具有中间水平通道的测量环室。热磁式氧分析仪的传感器结
41、构见图3-52。,3.6 成分分析仪表,氧化锆氧量分析仪,氧化锆氧分析器是近年来发展起来的一种新型分析仪表，它由氧化锆探头和变送器两部分组成。氧化锆探头可直接插入管道内进行检测。它将被测气体中的氧含量（浓度）转换成氧浓差电势，经变送器将氧浓差电势转换成DC 15V.或DC 420mA.统一标准信号输出或远传。因此，在冶金、炼油、化工等工业部门被广泛用于测量各种锅炉、轧钢加热炉等烟道气的氧含量；它亦可方便地与调节器配合组成氧含量自动控制系统，实现最佳燃烧控制。氧化锆探头是基于氧浓差电池原理工作的，见图3-53。,3.7 智能变送器,微计算机在变送器中的应用，是变送器数字化和整个控制系统数字化的基
42、础。在传统的控制系统中，大多采用标准制式的电流（例如420mA.DC）进行信号远传，以构成各种控制系统。变送器还具有数字通信和数字显示等多种信号联系方式；此外，使变送器的功能更加强大，例如，自动零点和增益校正、非线性校正，温度自动补偿、自动消除交差灵敏度的影响，量程自动切换、自检、自诊断以及图像处理功能等，使变送器具有强大的智能化功能。,3.7 智能变送器,3.7.1 单总线智能温度变送器3.7.2 基于I2C总线的智能温度变送器3.7.3 多通道智能温度变送器3.7.4 ST-3000系列智能变送器3.7.5 3051型智能压力变送器3.7.6 EJA型差压（压力）智能变送器3.7.7 虚拟变送器,
