1、測試儀表講座第1頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四章節內容儀表控制系統的組成及基本概念工業儀表的種類及工作原理 檢測儀表 變送器與調節器 執行器3 數字儀表及計算機控制第2頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四1 儀表控制系統的組成及基本概念檢測、測量、計量 Measurement, Measure, Meter，Scale儀器、儀表 Instrument, Instrumentation傳感器 Sensor, Transducer變送器、調節器、執行器 Transmitter, Regulator, Actuator,測試、測控 Instrumen

2、t and Control感知、遙感 Detection，Remote Sensing名詞術語第3頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四檢測與控制系統的組成 儀表與控制 裝置系統界面傳感器人機界面檢測控制對象操作人員其他系統的儀器裝置執行器第4頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四例：加熱爐溫度控制系統第5頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四對檢測系統基本要求準確性和精密性穩定性高靈敏度高分辨率第6頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四基本概念儀表的輸入輸出特性測量范圍、上下限、量程零點遷移、量程遷移滯環、死去和

3、回差測量精度等級重復性和再現性第7頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四零點遷移和量程遷移輸入(被測量)輸出0100%100%零點遷移量程遷移第8頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四如何利用零點遷移和量程遷移時間 t0輸出 (V)51015第9頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四滯環、死區和回差輸入輸出0下降曲線上升曲線重復性和再現性（隨機性）（穩定性）第10頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四測量精度等級輸入(被測量)輸出0標準輸入輸出特性曲線實際上升校驗曲線實際下降校驗曲線誤差上限誤差下限精度等級0.5級

4、：基本誤差不超過量程的0.5%基本誤差限第11頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四重復性和再現性（隨機性）（穩定性）輸入輸出0重復性再現性第12頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四常用儀表的分類及特點可分為電動，氣動，液動和機械式等。工業上普遍使用電動和氣動控制儀表。電動控制儀表 氣動控制儀表 能源 電源（220VAC） （24V DC） 氣源（140 kPa） 傳輸信號電信號（電流、電壓或脈沖）氣壓信號 構成 電子元器件（電阻、電容、電子放大器、集成電路等）氣動元件（氣阻、氣容、氣動放大器等） 接線 導線，印刷電路板 導管，管路板 第13頁，共57

5、頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四單元組合式控制儀表 它們都經歷了型，型和型的三個階段。（信號制不同）電動單元組合儀表中還有模擬和數字技術相結合的DDZ-S型系列儀表。單元組合儀表可分為變送單元，執行單元，調節單元，轉換單元，運算單元，顯示單元，給定單元和輔助單元等八類。 各個儀表之間用統一的標準信號進行聯系，將各種獨立儀表進行不同的組合，可以構成適用于各種不同場合的自動檢測或控制系統。這類儀表有電動單元組合儀表（DDZ）和氣動單元組合儀表（QDZ）兩大類。第14頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四集散型控制系統(DCS系統) DCS系統是一種以微型計算機為

6、核心的計算機控制裝置。其基本特點是分散控制、集中管理。 DCS系統通常由控制站（下位機）、操作站（上位機）和過程通訊網絡三部分組成：控制站完成數據采集、處理及控制的作用；操作站完成生產過程信息的集中顯示、操作和管理等作用；過程通訊網絡用于實現操作站與控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸。DCS系統可以實現單元組合儀表中變送和執行單元之外所有的功能，但DCS的功能是單元組合儀表無法比擬。 第15頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四現場總線控制系統(FCS系統)FCS系統是基于現場總線技術的一種新型計算機控制裝置。其特點是現場控制和雙向數字通訊，即將傳統上集中于控制室的控制

7、功能分散到現場設備中，實現現場控制，而現場設備與控制室內的儀表或裝置之間為雙向數字通訊。現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。其中現場設備是指系統最底層的監測、執行和計算設備，如智能化的變送器、執行器或控制器等。FCS系統具有全數字化、全分散式、可互操作、開放式以及現場設備狀態可控等優點。FCS系統中還可能出現以以太網技術和以無線通信技術為基礎的計算機控制系統。第16頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四2 傳感器及檢測的種類分類按檢測參量:如溫度、壓力、流量、位移等 （電工量、熱工量、機械量、物性和成分量、光學量、狀態量）按傳感原

8、理或反應效應:光電，壓電，熱阻等按傳感器材料:導電體、半導體、有機、無機材料、生物材料等按應用領域:化工、電力、建筑、交通、科學計量等按輸出信號形式:如模擬量和數字量等。按能量供給方式:能量變換型、能量控制型等第17頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四指紋輸入的傳感原理-1/電容量圖像傳感器CCD/CMOS指甲手指透鏡棱鏡光源LED多電極板（1）棱鏡光學法經過空氣層反射和在隆線與鏡面交界處的直接反射不同（2） 電容法到達電極板的距離不同靜電容量不同第18頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四指紋輸入的傳感原理-2圖像傳感器CCD/CMOS指甲手指光源L

9、ED（4）電場方法到達真皮距離不同造成電場強度分布不同（5） 感熱方法隆線皮膚體溫與谷部空氣溫度的差（6）感壓方法凹凸壓力分布（3）擴散光光學法觀測通過手指內的光線，谷線處由于光擴散而變暗第19頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四溫度測量(1)、接觸式測溫：測溫元件直接與被測介質接觸，使被測介質與溫度敏感元件進行充分熱交換，達到熱平衡，而完成的溫度測量。膨脹式溫度計：利用物體受熱后體積膨脹的原理。固體膨脹式：桿式溫度計、雙金屬溫度計液體膨脹式：玻璃管水銀溫度計（常用）100600氣體膨脹式：壓力式溫度計壓力式溫度計：利用氣體在固定容積中隨溫度升高，其壓力增大的原理。有：氣

10、體壓力溫度計、飽和蒸汽壓力溫度計熱電偶：利用熱電效應，電偶二端的熱電動勢與溫度有關的原理。常用有：鉑銠10鉑、鎳鉻鎳硅、銅康銅等。熱電阻：利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的原理。常用的有：Cu50、Cu100、Pt10、Pt100、熱敏電阻第20頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四(2)、非接觸式測溫：測溫儀表的敏感元件不直接與被測對象接觸，而是通過輻射和對流來實現熱交換，以達到測溫的目的。輻射式溫度計：根據全光譜輻射能量（或部分光譜能量）大小來測溫，能量的大小與溫度有關。有：全輻射溫度計、部分光譜輻射溫度計亮度溫度計：根據物體輻射的單色亮度與溫度的關系來測溫。有：光學

11、高溫計、光電亮度高溫計比色溫度計：根據兩個波長的亮度比值隨溫度變化的原理測溫。第21頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四插入式熱電偶 ，熱電阻 第22頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四毛細管溫度計 手持式紅外溫度計 第23頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四壓力檢測1、液體壓力平衡法： 液柱壓力計 活塞式壓力計2、彈性力平衡法：常用的彈性元件：膜片、波紋管、彈簧管3、電測法：電阻、電容、電感式壓力計，霍爾式壓力計，應變式壓力計，壓電式壓力計第24頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四普通壓力表適用于測量無爆

12、炸危險、不結晶、不凝固及對鋼、銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質的壓力。 第25頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四精密壓力表主要用來校驗工業用普通壓力表也可用于精密測量對銅合金和合金結構鋼等無腐蝕性、非結晶、非凝固的各種介質的壓力。 精密壓力表 第26頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四量程： 0 - 40 mbar 至 0 - 40 bar連接： G1/2 外螺紋, 鋼, 不銹鋼外殼材質： 不銹鋼表盤直徑： 100, 160 mm 精度等級： 1.6; 2.5可選功能： 開關, 充硅油 膜片式壓力表 數字壓力表 第27頁，共57頁，202

13、2年，5月20日，11點58分，星期四量程： 0 - 0.6 bar 至 0 - 25 bar連接： G1/2 AG, 黃銅, 不銹鋼外殼材質： 鋼, 不銹鋼表盤直徑： 100, 160 mm 精度等級： 1.6可選功能： 充硅油 差壓表 第28頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四彎管過程連接件單向或雙向截止閥壓力緩沖器適配件 壓力表用附件第29頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四流量檢測計量表（測流量總量）：容積式計量表： 橢園齒輪流量計腰輪流量計，活塞式流量計速度式計量表： 垂直葉輪式水表渦輪式流量表流量表（測瞬時流量）：差壓式流量計，靶式流量計

14、，轉子流量計，渦輪式流量表，電磁流量計，超聲波流量計，皮托管式流量計，卡門漩渦式流量計第30頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四量程： 0.1-2 l/min .1.6-40 l/min. 液體連接： G 1/4.G 3/4 內螺紋材質： POM, 鋁最大壓力： 10 (40) bar最大溫度： 80 C精度： 2.5% 測量值粘度范圍： 10-800 mm/s脈沖輸出 橢圓齒輪式流量計 第31頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四小流量轉子流量計 金屬轉子流量計 量程： 0.25 - 1.5 . 10 - 80 l/h 水 20 - 80 Nl/h

15、. 0.5 - 2.5 Nm/h 空氣連接： 1/8 NPT 內螺紋材質： 聚砜/黃銅, 聚砜/不銹鋼最大壓力： 6 bar 最大溫度： 60 C (聚碳酸脂); 120 C (聚砜)精度： 6 % FS可選功能： 調節閥 第32頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四差壓流量計 測量/開關范圍：3-27.300-2300 l/min. 水6-42.500-2800 Nm/h 空氣連接： G 1/2. G3, 1/2 NPT.3 NPT材質： 鋁-青銅, 不銹鋼最大壓力： PN 40最大溫度： 100 C精度： 3 % FS機械式指針, 模擬輸出, 數字顯示, 開關 第33頁

16、，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四電磁流量計 流量積算儀 量程：0.06-1.8l/min.80-2400 m/h 液體連接：G 3/8.G 1/2, 法蘭 DN 10.DN300管道材料： PTFE, PFA, Polyurethan最大壓力： PN 40 bar最大溫度：180C精度：0.5 % 測量值輸出: 脈沖/模擬輸出, 狀態顯示, 累積 第34頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四旋葉式流量計 量程： 0.5-12 l/min .10-140 l/min. 水連接： G 1/8. G 1, 1/8 NPT. 1 NPT 材質： 鋁/青銅,

17、不銹鋼, 聚丙烯最大壓力： 40 bar最大溫度： 80 C精度： 3 % FS脈沖輸出, 模擬輸出, 開關, 數字/指針顯示 第35頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四變送器（Transmitter） 變送器在自動檢測和控制系統中的作用，是將各種工藝參數，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量轉換成統一的標準信號，以供顯示、記錄或控制之用 分類： 差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、液位變送器和流量變送器等。理想傳輸特性：第36頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四SBW系列 溫度變送器 輸入：熱電偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型熱電阻 P

18、t100 Cu100 Cu50 (三線制或四線制)輸出：在量程范圍內輸出4-20mA直流信號，與熱電偶輸入的毫伏信號成線性；與熱電阻的輸入電阻信號成線性。或與溫度信號成線性。第37頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四3151壓力變送器3151壓力變送器用于測量液體、氣體和蒸汽的壓力，然后將其轉換成然后將其轉換成420 mADC的電流信號輸出。HART275手操器相互通訊，通過它進行設定、監控等。主要技術參數1)工作電壓：24V DC；2)精度登記：0.0750.2%FS；3)輸出阻抗：100M；4)使用對象：液體、氣體和蒸汽；5)精度等級：0.5級6)測量范圍：見表1；7

19、)供電電壓：24V DC；8)輸出信號：420mA DC 第38頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四控制器的功能(1)偏差顯示(2)輸出顯示(3)提供內給定信號及內、外給定的選擇(4)正、反作用的選擇 (5)手動操作與手動/自動雙向切換 (6)附加功能：抗積分飽和、輸出限幅、輸入報警、 偏差報警、軟手動抗漂移、停電對策和零啟動等.控制器的作用是對測量信號與給定值相比較所產生的偏差進行PID運算，并輸出控制信號至執行器 模擬控制器( Analog Controllers ) DDZ型調節器：全刻度指示調節器和偏差指示調節器第39頁，共57頁，2022年，5月20日，11點5

20、8分，星期四執行器由執行機構和調節機構兩個部分構成 輔助裝置：閥門定位器利用負反饋原理改 善執行器的性能手操機構用于人工直接操作執行器 執行器的構成第40頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四氣動調節閥采用氣動執行機構：輸出直線位移l 直行程式調節機構 長行程式輸出角位移 角行程式調節機構 薄膜式活塞式(Pneumatic Actuator)第41頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四電動調節閥采用電動執行機構：輸出直線位移l 直行程式調節機構 輸出角位移 角行程式調節機構 直行程式角行程式(Electrical Actuator)第42頁，共57頁，2

21、022年，5月20日，11點58分，星期四ZKZ 直行程電動執行機構 ZKZ型電動執行機構可與型儀表配套使用，也可與組裝儀表，TA儀表配用，它以電源為動力，接受統一的標準信號20mA，將此轉變成與輸入信號相對應的出軸直線位移， 第43頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四ZKJ 角行程電動執行機構 第44頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四氣動薄膜單座調節閥第45頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四進料口出料口H玻璃管液位計人工控制進料口執行器變送器調節器常規儀表控制人工控制與常規儀表控制第46頁，共57頁，2022年，5月20日

22、，11點58分，星期四單回路控制系統方塊圖四個基本環節：被控對象、檢測儀表、控制器、執行器（顯示儀表根據需要可選）通常安裝于控制室通常安裝于 現場控制器(調節器)被控對象測量變送裝置（檢測儀表）+SP執行器顯示儀表閥門：調節閥、電磁閥、氣動蝶閥泵：開關泵、變頻泵溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀 (通常輸出：420mA、15V等標準信號）液位開關、料位開關、接近開關 (通常輸出on/off信號)傳感器（Pt100、熱電偶）第47頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四現場儀表：主要指安裝在工業現場的各種變送器、 執行器及其他測量儀表。變送器選型：量程、安裝方式、材

23、質（耐壓、防腐）、防爆執行器選型：口徑、流量特性、安裝方式、材質（耐壓）使用：零點調整、量程調整、零點遷移以及其它日常維護和維修等控制室儀表：主要指安裝在控制室內的各種控制器（調節器）、顯示儀表等。第48頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四進料口執行器變送器調節器進料口執行器變送器控制站控制站：數字調節器、IPC、PLC（可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設備）3 數字儀表及計算機控制第49頁，共57頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四進料口執行器變送器控制站AI、DIAO、DO控制站A/D（AI）：模/數轉換（模擬量輸入）DI ：開關量輸入（數字量輸入）D/A（AO）：數/模轉換（模擬量輸出）DO