第二單元

基礎控制

-量測元件及傳送器-

MeasureElement&Transmitter壓力測量溫度測量流量測量液位測量線上分析儀..對量測元件要求為求精度之程序控制效果，對量測元件要求：精確度(precision)：指儀器可測得的最少量測單位，隨著控制要求，精確度亦須相對提升。準確度(accuracy)：儀器本身之系統性誤差(systematicerror)所造成與實際值之差異。再現性度(repeatability)]：儀器量測時之隨機誤差(randomerror)所造成與實際值之差異。隨機誤差有正有負，故以±多少來表示。工作環境：工作環境對某些線上分析儀之準度及壽命均有深遠的影響，必須仔細評估，保護設備(如一空調小屋)加上，以維護儀器線性化(linearity)：大部分的儀錶間傳送均為線性的，因此將量測元件的量測特性給予線性化是必要的。壓力測量

基本元件彈性變形元件(Pressurespring)為壓力測量基本元件↑P2

↓↑P1P2巴登管─靜壓元件薄膜─靜壓元件、差壓元件蝸形管─靜壓元件扁囊─差壓元件螺漩管─靜壓元件伸縮囊─差壓元件↑壓力壓力

→壓力

→密封油P1P1→

←P2壓力測量

壓力錶保護壓力錶直接由彈性變形元件感測壓力以連桿或力矩帶動指針。易因彈性疲乏、氧化、或超限而變形，容易產生誤差，壓力錶的保護及校正很重要保護方式：緩衝器(抗劇烈變化)、化學隔離(抗腐蝕)、豬尾巴虹吸管(抗濕熱)。校正：採用精密壓力校正器或重量砝碼為標準，利用氣壓源、油壓源或手動壓力唧筒為壓力源。壓力標準

待校正壓力錶壓力源化學隔離蒸汽虹吸管壓力錶保護壓力錶校正密封油

壓力測量

壓力傳送器靜壓或差壓信號經壓力元件產生位移最常利用下列裝元件轉換為電流或電壓：線性變差電轉換器(LVDT)利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。

應變計(StrainGauge)利用電阻絲嵌在彈性膜上，當彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細，改變電阻

信號，經電橋電路轉換將信號傳出。GR1R2R3信號轉換輸出壓力元件位移LVDT轉換器

～信號輸出StrainGauge轉換器壓力傳送器（StrainGauge)RL/A

A小L長R大壓力傳送器（StrainGauge)利用電阻絲嵌在彈性膜上，當彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細，改變電阻

信號經偏轉式惠斯登電橋(WestonBridge)電路轉換將信號傳出。平衡型惠斯登電橋

R1R2R3信號轉換輸出StrainGauge轉換器R4IGI=0壓力傳送器（LVDT)線性變差電轉換器(LVDT)(LinearVariableDifferentialTransformer)

利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。壓力元件位移LVDT轉換器信號輸出

～流量測量

測量元件差壓式流量元件流體流過定面積阻流器，阻流器兩端差壓隨流量而改變：初級元件（即量測元件）包括：流孔板、文式管、流嘴次級元件（即差壓元件）流量傳送器（即差壓傳送器）P1

高壓側P2

低壓側P1高壓側P2

低壓側流孔板文式管P1高壓側P2

低壓側流嘴同心圓偏心圓d管徑D流孔板費用低、簡單、可靠度高、適用範圍廣泛等優點，但因流量與壓降的關係非線性，傳送器需加開根號器。流孔板的係數CD由下列因數決定流孔板形狀、壓力接頭、(=d/D）及雷諾數（NRE)因此標準流孔板都有其規範邊緣接頭標準流孔板角分接頭流量測量

流孔板文式管摩擦損失小，適合髒的或黏性液體及一些slurries，但價格高、安裝使用較複雜流嘴居流孔板與文式管間，較常被採用流量測量

文式管與流嘴板

流速測量

艾紐巴管(AnnubarTube)皮托管(PitotTube)測點速度艾紐巴管(AnnubarTube)測平均速度艾紐巴管(AnnubarTube)衝壓靜壓流量測量

變面積測量元件變面積元件阻流器兩端差壓固定，阻流器隨流量而移動以改變面積浮子流量計(Rotameter)

通常指示用浮子流量計流體方向流量測量

變面積測量元件常用流量計選用之參考

液位測量

靜壓傳送器液位傳送器則多採靜壓法，利用隨液位上昇產生線性變化之壓力信號，以壓力元件測量液位信號，再由LVDT或應變計轉換為電子信號

～液位傳送器～ｈ

液位測量

玻璃液位計圓管式（便宜、通用、不耐高壓）平板式—反射型平板式—穿透型（耐高壓、堅固）液位測量最直接的方式是玻璃液位計，玻璃管低壓系採圓管，高壓系採平板式。溫度儀器種類膨脹式溫度儀器?水銀溫度計：水銀之膨脹隨溫度而變，指示範圍約在0℃～300℃左右?雙金屬溫度計：利用不同金屬之熱膨脹係數差異，其使用範圍約在-184℃～427℃左右，通常裝於管線中作指示用電阻式溫度儀器(resistancetemperaturedetector,RTD)

熱電偶式溫度儀器(thermocouple)

雙金屬溫度計A熱膨脹係數大B熱膨脹係數小加熱溫度測量

熱電偶（ＴＣ）原理熱電偶(TC)

利用兩金屬接點溫差產生電動勢，熱電原理如下席貝克效應（SeebackEffect）：不同金屬兩接點溫度不同時，則有電流。潘第效應（PeltierEffect）：電流通過兩金屬接點，若電流由正元件流向負元件，則放熱溫度升高。湯姆遜效應（ThomsonEffect）：均勻之金屬線兩端溫度不同便會產生電動勢T－△TT┼△T電流電流A金屬（＋）A金屬（＋）B金屬（－）B金屬（－）T1T1T2T2電動勢

EA=CA

×(T1－T2)電動勢

EB=CB×(T1－T2)電流A金屬（＋）B金屬（－）（T1>T2）T1T2常用熱電偶溫度測量

電阻溫度計溫度計（RTD）原理電阻溫度計(RTD)

以電阻絲，在雲母片絕緣繞成，再以彈性鋼保護即成。在特定範圍內，隨溫度改變電阻。電導體的電阻性隨溫度變化R=Ro(1+(T?-To))

金屬線材之種類有鉑線、鎳線與銅線之分，以鉑線之線材最佳

為了消除導線因焦耳效應或室溫變化產生誤差，通常以

Pt100

三線式感測球泡RTD作為溫度測量。適用溫度範圍常為250。C以下。雲母片電阻球泡（RTD)ABB保護彈性鋼三線式(RTD)接2U電橋GR1R2R3RTD信號轉換輸出以偏轉型惠司登電橋傳送RTD二線式與三線式

二線式R1R2R3R4GR4GR1R2R3三線式以平衡型惠司登電橋測量中I=0以偏轉型惠司登電橋傳送讀數讀數GABBRcRcRcRcRc線上分析儀為了得知重要的程序特性，經常必須加裝線上分析儀(on—lineanalyzer)來測量，甚至為了品質控制，必要時必須輔以線上控制。大部分的分析儀，都有取樣系統來抓取適當的樣品供儀器分析。然而這個取樣系統對控制而言，卻是個討厭的東西，因為它必須花上一段取樣時間，再加上分析所需的時間〔長者，可能長達數十分鐘，此即靜時(deadtime)，造成延遲(delay)增加了控制的困難度有分析儀的控制系統絕大多數為高階控制系統物性測量，如：

?沸點(boilin