温度压力变送器流量计等仪表知识和选型

1. 基本知识

1. 1 变送器和传感器

传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

传感器（sensor ）: 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的输出，满足信息的传输、存储、显示、记录和控制要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

变送器（transmitter ）: 变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器，传感器则是将物理信号转换为电信号的器件。根据《中国大百科全书》的定义：“变送器，输出为标准信号的传感器。”国家标准的定义：“使输出为规定标准信号的装置称为变送器。”

1.2 传感器和变送器的输出信号

（1）电流信号：4～20mA 、0～20mA ；

（2）电压信号：0～5V 、1～5V 等还有mv 信号；

（3）电阻信号。

（4）脉冲信号：0～1000MHz

以上信号都可以通过变送模块或电路板改成标准的4～20mA 信号。同时名字也不叫传感器了叫变送器了。

采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA 是因为防爆的要求：20mA 的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA 的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA ，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA 作为断线报警值。

2. 常用变送器

2.1 一体式温度变送器

一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器根据所用传感器的不同分为热电阻和热电偶型两种类型。

2.1.1 热电阻和热电偶

电阻值随温度变化的温度检测元件。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，

它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。

热电偶直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势。

2.1.2 温度变送器选型 （1）被测温度范围；

（2）所需响应时间；

（3）连接点类型；

（4）热电偶或护套材料的抗化学腐蚀能力；

（5）抗磨损或抗振动能力；

（6）安装及限制要求等。

2.1.3 热电阻接线制：

（1）二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r ，r 大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

（2）三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。

（3）四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I ，把R 转换成电压信号U ，再通过另两根引线把U 引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

2.2 压力变送器

2.2.1 概念

压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如DC 4～20mA 、0～5V ）， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa ～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa ）两种。

2.2.2 压力变送器选型依据

（1）什么样的压力介质

黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。以上这些因素将决定是否选择直接的隔离膜及直接与介质接触的材料。

（2）变送器需要多大的精度

决定精度的有，非线性，迟滞性，非重复性，温度、零点偏置刻度，温度的影响。但主要由非线性，迟滞性，非重复性，精度越高，价格也就越高。

（3）变送器要测量什么样的压力

先确定系统中测量压力的最大值，一般而言需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中，尤其是水压测量和加工处理中，有峰值和持续不规则的上下波动，这种瞬间的峰值能破坏压力传感器。持续的高压力值或稍微超出变送器的标定最大值会缩短传感器的寿命，这样做还会使精度下降。于是可以用一个缓冲器来降低压力毛刺，但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时要充分考虑压力范围、精度与其稳定性。

（4）需要得到怎样的输出信号

mV 、V 、mA 及频率输出数字输出，选择怎样的输出取决于多种因素，包括变送器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“噪声”或其他电子干扰信号，是否需要放大器，放大器的位置等。对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM 设备采用mA 输出的变送器最为经济而有效的解决方法。

（5）变送器的温度范围

通常一个变送器会标定两个温确段，其中一个温度段是正常工作温度，另外一个是温度补偿范围，正常工作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，在超出温度补偿范围时可能会达不到其应用的性能指标。

（6）选择怎样的励磁电压

输出信号的类型决定选择怎么样的励磁电压。许多变送器有内置的电压调节装置，因此其电源电压范围较大。有些变送器是定量配置，需要一个稳定的工作电压，因此，工作电压决定是否采用带有调节器的传感器，选择传送器时要综合考虑工作电压与系统造价。

（7）是否需要具备互换性的变送器

确定所需的变送器是否能够适应多个使用系统。一般来讲这一点很重要，尤其是对于OEM 产品。一旦将产品送到客户手中那么客户用来校准的花销是相当大的。如果产品具有良好的互换性，那么即使改变所用的变送器也不会影响整个系统的效果。

（8）变送器的封装

变送器的封装，往往容易忽略是它的机架，然而这一点在以后使用中会逐渐暴露出其缺点。在选购变送器时一定要考虑到将来变送器的工作环境，湿度如何，怎样安装变送器，会不会有强烈的撞击或振动等。

（9）变送器超时工作后需要保持稳定度

大部分变送器在经过超额工作后会产生“漂移”，因此很有必要在购买前了解变送器的稳定性，这种预先的工作能减少将来使用中会出现的种种麻烦。

（10）在变送器与其它电子设备间采用怎样的连接

是否需要采用短距离连接？若是采用长距离连接，是否需要采用一个连接器？

（11）其他：我们确定上面的一些参数之后还要确认你的压力变送器的过程连接接口以及压力变送器的供电电压；如果在特殊的场合下使用还要考虑防爆以及防护等级.

2.3 液位变送器

（1）浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA 或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA ，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。

（2）浮简式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。 浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

（3）静压或液位变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA 或0～10mA 电流方式输出。

3 流量计

3.1 沼气适用流量计

（1）V 型锥流量计。V 型锥流量计属高精度、高稳定性的新型差压式流量仪表。和其他差压式仪表一样，也是基于流动连续性原理和伯努利方程来计算流体工况流量的。我们知道在同一密闭管道内，当压力降低时，速度会增加，当介质接近锥体时，其压力为P+，在介质通过锥体的节流区时，速度会增加，压力会降低为P-，P+和P-都通过V 型锥形流量计的取压口引到差压变送器上，流速发生变化时，差压值会随之增大或减小。也就是说对于稳定流体，流量的大小与差压平方根成正比。当流速相同时，锥体节流面积越大，则产生的差压值也越大。

（2）涡街流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器, 可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号, 也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

3.2流量计选购方法

3.2.1选型依据

可以从五个方面进行考虑，这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下：

（1）仪表性能方面： 准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；

（2）流体特性方面： 温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；

（3）安装条件方面： 管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径，维修空间、电源、接地、辅助设备(过滤器、消气器) 、安装、等；

（4）环境条件方面： 环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；

（5）经济因素方面： 仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。

3.2.2 选型步骤

（1）依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几种类型以便进行选择) ；

（2）对初选类型进行资料及价格信息的收集，为深入的分析比较准备条件；

（3）采用淘汰法逐步集中到1～2种类型，对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。