过程自动检测与控制技术-CHAPT2-自动检测技术.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《过程自动检测与控制技术-CHAPT2-自动检测技术.ppt》由用户(罗嗣辉)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 过程 自动检测 控制 技术 _CHAPT2_
- 资源描述:
-
1、外部干预信息系统内作用信息系统提供信息生产过程生产过程获得系统信息 (检测)第二章 自动检测技术 所谓检测,就是通过技术手段将某参数的变化转换为另一种物理量的变化,该物理量的变化能够方便进行处理、进行观察。对被测变量实行实时、在线测量,即不需要人为干预,自动地进行连绵不断的测量叫做自动检测。测量通常是将参数的变化转换为电能量的变化,例如转换为电流、电压、电阻、电容、电感、频率等。由于这些电能量的表现形式不一样,有些不便于进行直接处理或直接观察。为此,自动化领域中规定了一些标准的统一信号形式,例如420mADC、010mADC、15VDC。如果测量装置能将被测参数转换为标准信号则称该装置为变送器
2、,如果仅仅是将被测变量转换成一种非标准信号,则称该装置为传感器。 第一节、温度检测与仪表 第一节、温度检测与仪表工业常用测温传感器类型测温方式测温方式传感器类型传感器类型测温范围(测温范围()精度(精度(%)特点特点接触式接触式热膨胀式水银-1006000.11结构简单、耐用,但感温体较大双金属-5050013压力液-1006001气-2006001热电偶钨铼100028000.30.5种类多、适应性强,结构简单,应用广泛。须注意冷端温度补偿。铂铑铂016000.20.5其他-20012000.41.0热电阻铂-2006000.10.3标准化程度高,精度及灵敏度均较好,感温体较大,须注意环境温
3、度的影响。镍-1503000.20.5铜-501500.10.3热敏电阻-503000.31.5体积小,响应快,灵敏度高,线性差,环境温度影响明显。非接触式非接触式辐射温度计10035001非接触测温,不干扰被测温度场,辐射率影响小,应用简单,不能用于低温测量光高温计20032001热电探测器20020001非接触测温,不干扰被测温度场,响应快,测量范围大,适于测量温度分布,易手外界干扰,定标困难。热敏电阻探测器-5032001光子探测器035001第一节、温度检测与仪表一、热电偶测温原理引线支架热电偶丝图21-1 工业热电偶结构图感温点图21-3 接触电势形成原理图BA+-一、热电偶测温原理
4、1、接触电势 金属A电子密度比金属B电子密度高,由于存在密度差,电子就从金属A向金属B扩散。由于金属A失去了电子,在连接面上金属A一侧就会呈现正电势;金属B获得了一些电子,在连接面金属B一侧就会呈现负电势。这个电位差与两种金属材料有关系,还和连接面处的温度有关系,其关系为:公式中:EAB: 金属A、B接触面处的热电势;T: 接触面处的绝对温度;K: 波尔兹曼常数(k=1.3810-23J/K);e: 电子电荷量(e=1.610-19C);nA、nA:金属A、B的自由电子密度。 ( )lnAABBnKTETen一、热电偶测温原理2、温差电势 温度的不同金属中电子能量也不同。如果一个金属导体两端温
5、度不同,温度高一端电子能量高,温度低一端电子能量低。高温端的电子就会向低温端扩散,高温端失去电子之后就会带正电,低温端获得电子则带负电。当电子扩散平衡之后,所形成的电位差叫做温差电势,温差电势与温度的关系为:公式中:T: 高温点绝对温度;T0 :低温点绝对温度;: 温差系数,与材料形式和温度有关。 00( ,)TTE T TdT一、热电偶测温原理3、总热电势 两种不同金属回路热电势回路总热电势EAB(T,T0)等于:由公式可知,相同金属处在不同温度下,既A=B,其总回路总热电势EAB(T,T0)为零;不同金属处在相同温度下,既T=T0,其总回路总热电势EAB(T,T0)也为零。 图21-5 不
6、同金属回路热电势形成原理图EA(T,T0)BATT0EB(T,T0)EAB(T)EAB(T0)0000( ,)( )( ,)()( ,)ABABAABBET TETE T TETE T T 000( )()( ,)( ,)ABABABETETE T TE T T 00lnTAABBTnKTTdTen一、热电偶测温原理热电偶名称及分度号正极材料负极材料测温范围 特点铂铑10-铂(S) 铂铑10铂01300(1600)准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点 镍铬镍硅(镍铝)(K)镍铬镍硅(镍铝)-2001300 线性度好,热电势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强 镍铬铜
7、镍(E)镍铬铜镍-200900 热电动势大,灵敏度高,宜制成热电堆,可测量微小的温度变化。 不能直接在高温下用于硫、还原性气氛中,热电势均匀性较差。铜铜镍(T)铜铜镍-200350 线性度好,热电势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好。铜在高温下抗氧化能力差常用热电偶特点常用热电偶特点一、热电偶测温原理4、热电偶接线与冷端温度补偿 1)热电偶接线 构成热电偶的材料常常是一些贵重金属。实际测量中检测点与仪表之间可能有很长的距离,不可能都使用贵重金属将热电偶连接到远距离处的仪表上,不可避免的在热电偶回路中出现第三种贱金属,此时回路总热电势与温度的关系将如何变化。 一、热电偶测温原理其回路总热电势为
8、:如果该回路在同一温度下,根据能量守恒可知其回路总电势为零,既: 代如上式则有: 三种金属构成的热电偶回路图BATT0CT0000( ,)( )()()ABABBCCAET TETETET00000(,)()()()0ABABBCCAET TETETET000()()()ABBCCAETETET00( ,)( )()ABABABET TETET一、热电偶测温原理2)冷端补偿TT0T0R1R2R3Rt图21-7 桥路冷端温度补偿的原理图E(T,T0)UT0+一、热电偶测温原理3)补偿导线 工业上常常用相对便宜的两种金属来替代热电偶金属A和B,用这些金属做导线,将热电偶连接到远处的仪表上。这样的金
9、属导线叫做补偿导线。不同的热电偶要配接不同的补偿导线 常见热电偶补偿导线热电偶名称补偿导线工作端为100,冷端为0时的标准热电势mV正极负极材料颜色材料颜色铂铑10铂(S)铜红铜镍绿0.6450.037镍铬镍硅(镍铝)(K)铜红铜镍蓝4.0950.105镍铬铜镍(E)镍铬红铜镍棕6.3170.170铜铜镍(T)铜红铜镍白4.2770.047一、热电偶测温原理二、热电阻测温原理一、热电阻测温原理 导体都有电阻存在,一般来说其电阻都会随温度变化而变化。利用导体的这个特性,就可进行温度测量。 引线支架电阻丝图21-8 工业热电阻结构图二、热电阻测温原理1、铂热电阻温度特性铂热电阻与温度的关系可用公式
10、(211)和(212)表示。温度在-200t0时:(211)温度在0t850时:(212)公式(211)和(212)中:Rt温度为t时的电阻值;R0温度为0时的电阻值;A、B、C铂电阻分度系数,可由分度表查得。 2301100tRRAtBtC tt201tRRAtBt二、热电阻测温原理2、铜电阻温度特性温度在-50t150时铜电阻温度特性:(213)公式(213)中:Rt温度为t时的电阻值;R0温度为0时的电阻值;铜电阻温度系数,(4.254.28)10-3/。01tRRt热电阻名称分度号材料测温范围 特点铂电阻Pt100铂-200800 热电阻是低温测量元件。铂热电阻测温相对较高。线性度较好
11、,稳定性比较好。Pt10铜电阻Cu100铜-40140 热电阻是低温测量元件。铜热电阻测温相对较低。线性度较好,灵敏度高,高温下稳定性较差。Cu50常用热电阻特点二、热电阻测温原理3测量电路 温度变化所引起的电阻变化,在信号处理时不太方便,因此需要将电阻变化转换为电压的变化,进而转变为标准信号。工业测量中常采用桥路将电阻变化转换为电压,图21-9是热电阻的测量桥路原理图。R1R2R3RtE图21-9 热电阻测量桥路原理图Urrr二、热电阻测温原理三、温度变送器 热电偶和热电阻将温度转换为热电势(mV)和阻值(Rt)的变化,如果需要将温度的变化转换为标准信号(mA),则需要选用温度变送器。温度变
12、送器是配接上热电偶或热电阻,加上信号转换部件,最后变换为电流。下面图21-10是温度变送器的原理图。 冷 端温 度补偿输 入电路量 程调整放 大转换输 出电路图21-10 温度变送器的结构原理图输 入桥路量 程调整放 大转换输 出电路Rt热电偶ab二、热电阻测温原理四、测温仪表的选择温度测量仪表的选择主要考虑以下一个方面:1测量要求。主要考虑是否需要提供测量信号,如果只需要提供温度指示,可选择温包、双金属等膨胀式温度计。如果需要提供测量信号则需要考虑是否提供标准信号,例如420mA信号、mV信号、电阻信号等。要求标准信号可选择温度变送器(一体化变送器或外接传感器变送器),如果提供非标准信号则可
13、选择热电偶或热电阻。2测温范围。测温范围决定选择什么样的温度传感器。一般来说-50+150可选择铜热电阻;-200+500可选择铂热电阻;01500可选择热电偶;1500以上可选择高温热电偶或辐射高温计等。一般来说最高温度在量程的3/4,最低温度在量程的1/3。二、热电阻测温原理3安装要求。主要考虑插入长度、安装方式、接线盒形式等。一般来说,温度传感器的测量敏感点一定处在设备温度变化灵敏点上,所以需要选择适当的插入长度。安装方式要求主要是指温度传感器是安装在什么设备上,例如管道、反应器、锅炉炉堂,此外,有些生产设备的材质也比较特殊,例如搪瓷、铅、耐火材料等,这也需要考虑温度传感器安装方式。4被
14、测介质特性。被测介质特性决定了温度传感器与介质接触部分材料的选择。例如被测介质的pH值、介质内是否有悬浮颗粒、是否具有强氧化或还原特性等。 第二节 压力检测与仪表 一、应变式压力传感器 应变式压力传感器是利用导体或半导体在压力作用下,产生变形后所发生电阻的变化原理来测量压力的。假定电阻的初始电阻为:公式中:R电阻;L电阻丝长度;A电阻丝截面积;电阻率。 两端取对数,然后微分,可得变形后电阻的相对变化: LRA一、应变式压力传感器公式中: 电阻丝长度相对变化,即电阻的纵向相对变化; 电阻丝截面积相对变化,根据截面形状不同而不同,一定条件 下可看作是横向相对变化; 变形后电阻率的相对变化。 变形引
15、起的电阻相对变化。金属材料变化主项 电阻率变化引起的电阻相对变化。半导体材料变化主项dRdLdAdRLAdLLdAAddRdLdARLAdRdR一、应变式压力传感器 变形引起的电阻相对变化为主要变化项的金属材料所做的传感器,叫做应变压力传感器;电阻率变化引起的电阻相对变化为主要变化项的半导体材料所做的传感器,叫做压敏传感器。一、应变式压力传感器1、应变式压力传感器应变桶纵向片r1密封膜片横向片r2外壳图22-1 应变压力传感器结构原理图Fr1r2R3R4U图22-2 应变片测量桥路一、应变式压力传感器2、压敏式压力传感器R1R4R2R3图22-4 测量片压敏电阻排列图二、霍尔压力传感器 霍尔原
16、理 公式(223)中: U霍尔电压; RH霍尔系数; I激励电流; B磁感应强度 d霍尔厚度。 +EBXY-+U图22-5 霍尔元件原理图dIBRUH二、霍尔压力传感器 如果设计磁铁的形状,使得将磁场的磁感应强度与X方向呈线性关系,则霍尔电压就与处在磁场位置有关。 pkxxxkBBpkkdIRxkdIRBdIRUxBHBHH三、电容式压力传感器测量原理公式中:C电容量;极板间介质的介电系数;A极板面积;d极板之间距离。 ACd 四、差压变送器 F2F1F3F1F2F3四、差压变送器假定主杠杆下端受力点距离旋转点O1的长度为为L1,主杠杆上端受力点距离旋转点O1的长度为为L2,则有: 假定副杠杆
展开阅读全文