5测量变送环节课案.ppt

测量变送环节 传感与检测 检测技术、计算机技术、通信技术被称为现代信息技术的三大支柱。 过程控制的实践证明，控制效果主要由检测技术决定，因此检测是现代信息技术最关键的技术。 保证产品的质量是生产过程的目标，产品的质量指标往往是“成分”。如有效成分的含量、纯净度等等。光谱、质谱分析。 由于成分分析技术不成熟。过程工业生产中常用其它与成分有联系的参数测量与控制来间接达到保证产品的质量的目的。 非电量的转换 过程工业中最常遇到的检测和控制参数为温度、压力、流量、液位（界面）。俗称四大参数。这四种物理量都不是电信号。 控制系统都是电动系统，现在所有的控制系统都建立在电子数字计算机基础之上。 过程控制中检测问题为： 对上述四类过程变量的检测； 将检测到的信号转换为电量信号； 将电量信号转换为标准仪表信号； 将标准仪表信号转换为数字信号。 作为控制信号还要将数字信号重新转换为模拟（电或气）信号。 传感器与变送器 将过程参量变换为电量信号和数字信号的过程由传感变送器完成。标准仪表信号有两类，气动信号和电量信号。标准气动信号定义为0.02~0.1MPa，标准电量信号定义为4~20mA（或1~5V）。 习惯上将非标准信号的仪表称为传感器，输出标准信号的仪表称为变送器，有时也统称为传感变送器。 传感变送器框图 敏感元件 敏感元件感知过程参量的值及变化，并转换成相应的输出x1。这个过程称为一次信号变换 。 由于敏感元件检测原理不同，特性不同，输出信号也不同。敏感元件输出x1既可能是电量信号，也可能还是非电量信号。 敏感元件输出信号特点 带噪声的混合信号。 非线性，有时可能还存在非单值函数关系。 选用敏感元件时，要挑选一致性好、能长期稳定工作和一次信号变换为单值函数的敏感元件。 信号的二次变换 敏感元件的输出信号，一般不能直接用于电类仪器、仪表显示或作为控制系统信号，而需要对传感器的输出信号进行“加工处理”，如非电量转换成电量、微弱信号的放大、噪声的滤除，以及线性化等等。这个过程称为二次变换。现在都采用电子电路实现（模拟电路）。 传感器的电子电路包括各种信号放大、滤波及调制解调等部分，它的输入与敏感元件的输出连接，并变换成标准电信号（通常为4~20mA或0~10mA电流）输出，作为显示、控制仪表，或控制系统的输入信号。 变送器要求 传感器电子电路设计上，应满足下列要求： 1）输入端主要考虑与传感器的阻抗匹配问题，及信号传输过程中的电阻、电容（电感）及噪声影响等。 2）输出端主要考虑满足显示和控制系统对信号的要求，即统一的标准仪表信号。 3）电子电路的设计要满足显示和控制系统的精度指标、动态性能指标及可靠性要求。 4）集成电路和其它元器件选择，以及仪表的结构要满足使用环境要求（如湿度、温度、电磁环境等）、安装要求，和某些特殊要求，如防爆等。 测量变送器 完成从对过程变量到标准信号转化的仪表称测量变送器(0.02~0.1MPa的气压信号或4~20mA电流信号)。 在控制系统框图中也常用变送环节来表示。 在控制系统中，测量变送环节一般可表示为带纯滞后的一阶惯性特性 测量变送器 从控制系统的角度对测量变送器的要求与人们对测量仪表的要求是基本一致的，即要求正确和及时反映被测量值。 测量误差大致分三个来源： 仪表本身误差， 安装不正确的引入误差， 测量的动态误差。 仪表本身误差 仪表的精度等级为在稳态时，仪表的最大百分误差。0.5级的仪表误差为0.5%。 它是按全量程的最大百分误差来定义的。量程越宽，绝对误差越大。在选择仪表时应尽量选量程窄一些的。 为了提高测量分辨率，可以采用缩小测量变送器的量程，亦即提高该环节的静态增益Km。 调整测量范围，零点迁移。 安装不正确引入误差 测量变送器的一次元件安装在工艺设备上。安装必须符合规范，否则会引入很大误差。如流量测量中的孔板，是否装反，安装处的直管段是否足够；差压液位计的引压管线是否存在气泡；热电偶、热电阻插入深度是否恰当等等。 测量的动态误差 测量变送环节的滞后，包括Tm和τ都会引起测量动态误差。 各种检测元件中，测温元件的测量滞后往往比较显著，不论是温度计、热电阻或热电偶。元件本身的容量和时间常数（如热阻和热容）是滞后的一个因素。此外由于测量环境，测量元件（如热电阻或热电偶）还往往要加上保护层，也增加了测量的滞后。根据不同的封装形式，热电偶的时间常数约在1.5~0.5~0.1min。 此外测量元件周围介质的流态、性质及停滞层厚度等都会影响测量。 流量和界面等工艺波动也是引起的误差的重要原因。 真值与约定真值 真值是与给定的特定量定义一致的值。真值是客观存在的量值，我们可以认为物理常数是真值。真值可能永远不知。 约定真值是对于给定目的某特