第2章检测仪表要实现生产过程的自动控制，首先必须实时检测生产过程的有关参数，如温度、压力、流量、物位、成分、密度、黏度、酸碱度等。
对生产过程参数进行实时、准确检测是保障生产过程安全、产品质量、节能减排与经济运行的必要条件。完成各种参数检测的工具称为检测仪表，
包括测量指示仪表和将被测参数转换成标信号输出的测量变送器。2.1检测仪表的性能指标参数检测（测量）的本质是将被测参数直接、或经
过转换后与其度量单位进行比较，获得量化表示的数据。检测仪表就是获得参数量化数据并进行显示、标准化转换和远距离传输的工具。检测仪表
种类繁多，目的都是快速、准确地检测/测量各种物理量，因此，对检测仪表的性能评价必须有一套通用的技术指标。下面简单讨论这些评价指标的
含义及其使用方法。1.绝对误差检测仪表的指示值X与被测量真值Xz之间的差值称为绝对误差Δ：Δ=X－Xz由于真值是无
法得到的理论值。在实际计算时，用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值Xz，则绝对误差Δ可表示为：Δ=X－X0仪表在
其标尺范围内各点读数的绝对误差中绝对值最大的绝对误差称为最大绝对误差Δmax。2.基本误差基本误差又称引用误差或相对百分误差，是
一种简化的相对误差，定义为：?仪表的基本误差给出了仪表在规定工作条件下测量时允许出现的最大误差限。若仪表使用条件超出规定范围，
如周围温、湿度超限或电源质量不满足要求等引起的额外误差，称为附加误差。3.精度模拟仪表的精确度用基本误差来表示。仪表工业规定仪表
的基本误差去掉“±”号及“％”号，称为仪表精度，它表示在规定工作条件下进行测量时，测量结果与实际值接近的程度。国家规定了仪表的精
确度(精度)级系列：…，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，…等。精度等级数值越小，仪表的精确度等
级越高。模拟仪表的精度等级一般用符号标注在仪表面板上，如右图所示。例1某台测温仪表的测温范围为－100～500℃，校验该表时测
得全量程内最大绝对误差为+7.8℃，试确定该仪表的精度等级。解该仪表的基本误差为：将该仪表的基本误差β去掉“+”号与“％”号
，其数值为1.3。仪表精度等级中没有1.3级，而该仪表的误差超过了1.0级仪表所允许的最大绝对误差，所以这台测温仪表精度等级为1.
5级。例2某台测压仪表测压范围为0～12MPa。工艺要求测压示值误差不允许超过±0.055MPa，问应如何选择仪表精度等级才能
满足以上要求？解根据工艺要求，仪表的允许基本误差为：将仪表的允许基本误差去掉“±”号与“％”号，其数值0.458介于0.4
～0.5之间。如果选择精度等级为0.5级的仪表，其允许的最大绝对误差为±0.06MPa，超过了工艺允许的数值，故应选择精度等级为0
.4级的仪表。4.灵敏度与灵敏限灵敏度S表示检测仪表对被测参数变化的敏感程度。用仪表在x处输出（仪表指示装置的线位移或角位移
）变化Δy与输入激励的变化量Δx的比值表示：灵敏度是仪表输入/输出特性曲线在该检测点的斜率，当特性曲线为线性时，灵敏度为常数，即
当仪表不完全线性时，k表示平均灵敏度。灵敏限表示指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数值。如果被测参数小于此
值，则仪表指针不动作，也称为仪表死区。5.分辨率与分辨力对于数字显示仪表，用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。分辨率表示数字仪
表显示值的精细程度。如一台仪表显示位数为四位，其分辨率便为千分之一。数字仪表显示位数越多，分辨率越高。0100×10℃分辨力是指
数显仪表能够显示的最小被测值。如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为0.1℃，即该表的分辨力为0.1℃。例如，某数字电
压表的量程是0～1.99999V，五位半显示，最末一位数字表示的电压值为10μV，便可称该仪表的分辨力为10μV。y?ymaxOx
xminxmax6.变差在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之
比（用百分比表示）为该仪表的变差：造成变差的原因有传动机构的间隙、运动部件的摩擦和弹性元件的弹性滞后影响等。仪表机械传动部件越少
，变差越小。7.响应时间用仪表检测被测量时，被测量突然变化以后，仪表值总是要经过一段时间后，才能准确地显示出被测量（如下图所示），
这段时间称为响应时间。00从被测量阶跃变化，到检测仪表指示值稳定在新稳态值95％范围内所用的时间。若参数变化频繁而仪表响应时间较
长的话，测量结果就会失真。2.2温度检测及仪表温度是表征物体冷热程度的物理量，是生产和日常生活中最普遍的物理参数，是保证生产过
程安全、经济效益最重要的检测与操作参数。2.2.1温度检测方法温度检测就是利用物体或物理现象的某些物理性质随温度变化的特性来感知
、测量温度。测量温度的方法多种多样，从感受温度的途径可以划分为接触式测温和非接触式测温两类。接触式测温——测温元件与被测物体接触，
通过热交换感知被测温度。非接触式测温——通过接受被测物体发出的热辐射热来感知其温度接触式测温1.膨胀式温度计利用物体(固体、液体
)热胀冷缩的特性测温。液体膨胀式温度计利用液体（水银、酒精）受热时体积膨胀的特性测温，如玻璃液体温度计。结构简单、价格低廉，测
量精度较低。固体膨胀式温度计用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。由于受热后两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。
若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上指示出相应温度值。双金属片测温原理绝缘柱
双金属片调节螺钉双金属片可用作温度报警或控制器温度上升变化时，双金属片逐渐弯曲，当动触点接触到固定触点（调节螺钉）时，报警灯和继
电器回路被接通，进行报警与控制。调节螺钉用来调整固定触点的位置，调整报警温度。2.压力式温度计利用密封在容器内的气体或液体热
胀冷缩时压力变化的特性测温，如弹簧管式温度计。压力式温度计抗振、防爆，结构简单、价格低廉，但精度低，远距离测量时滞后性较大。3.
热电偶温度计基于热电效应，将两种不同导体接触并构成回路，若两个接点温度不同，回路中产生热电势，通过测量热电偶电势测温。4.
热电阻温度计利用金属导体或半导体的阻值随温度变化的特性，通过测量感温电阻阻值测量温度。5.其他电学类温度检测方法利用半导体
器件温度效应测温；利用晶体固有频率随温度变化原理测温等。非接触式测温1.辐射式温度计通过测量物体的热辐射功率来测量温度。有全辐
射温度计、光学高温计、比色温度计等。非接触测温不破坏被测点的温度场，测温上限高，可以测量运动物体的温度，一般用于极高温度测量或便
携式的机动测温。2.红外式温度计通过测量物体的红外波段热辐射功率测量温度。有光电高温计、红外辐射温度计等；现在常见的红外体温计
就是这种原理。光学高温计红外线测温仪辐射高温计光电高温计2.2.2热电偶热电偶是基于热电效应的测温元件，能将温度信号转换成
毫伏（mV）级电势信号。热电偶结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量500～1600℃之间的温度。热电偶常用于测量5
00℃以上的高温，可以在1300℃高温下长期使用，短期可在1600℃、1800℃（不同材料热电偶）下使用。2.2.2.1热电偶
测温原理两种不同材料的导体或半导体材料A和B连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中会产生热电势，热电势由接触电势和温差电势两
部分组成。冷端t0BA热端t接触电势接触电势两种不同导体相互接触时产生的热电势。当导体A、B接触时，由于两者的自
由电子密度不同，在交界面处产生自由电子扩散现象，扩散程度不仅与自由电子密度差有关还与温度有关。接触电势大小取决于两种材料的种
类和接触点的温度。温差电势冷端t0温差电势是指同种导体材料由于两端温度不同（冷端t0、热端t）而产生的电势。温差电势只
与材料的性质和两端点的温度有关，与材料的长度、截面等无关。BA热端t热电偶回路总电势是接触电势与温差电势的叠加，称
热电势。由于温差电势比接触电势小得多，可以忽略，因此热电势由接触电势决定。温差电势回路总电势在A、B材质确定的情况下，热电偶回路
的热电势近似为热电偶的接触电势，是两触点温度的函数，用公式可表示为EAB(t,t0)=eAB(t)?eAB(t0)N
A(t)、NB(t)—A、B材料在绝对温度t时的电子密度数K—玻耳兹曼常数t—材料绝对温度e—电荷单位上述理论表达式较
复杂，实际参数难以确定，工程使用困难。在实际应用中，可通过实测确定触点温度与热电势的关系。从上述公式可以得出重要结论：对于材
质确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。当冷端温度固定时，E(t，t0)是热端温度t的单值函数。基于上述结论，可在
冷端温度t0=0℃的条件下，通过实测得到热端在不同温度t时的热电偶电势，作成标准表格——热电偶分度表，方便查用。镍铬—镍硅热
电偶分度表（简表）分度号Kt0=0℃，E/mVt/℃0010203040506070809000.0000.3970.798
1.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.
1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010
.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.1
3215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.363
19.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424
.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.2
8828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.455
32.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436
.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.8
97100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.72
9110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462
120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.0491
30052.3982.2.2.2热电偶的基本定律1.均质导体定律由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论导体的截面积和长
度如何，以及导体各处温度分布如何，都不能产生热电势。因此，热电偶必须由两种不同材质的导体或半导体组成，其截面和长度大小，不影响热电
势大小。tt02.中间导体定律在热电偶回路中接入另一种中间导体，只要中间导体两接入点温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电
势没有影响。热电偶在使用时，总要将热电偶回路打开接入测量仪表，即插入第三种导体。中间导体定律表明，只要仪表接入热电偶接线的两个接
点温度相同，则仪表的接入不会影响回路总电势。t0tCt0t0ABt如果将热电偶AB一端打开，接入第三种导体C有EABC(t
，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)当t=t0时有eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=
0即eBC(t0)+eCA(t0)=－eAB(t0)则EABC(t，t0)=eAB(t)－eAB(t0)由此可知，只
要接入第三种导体的两个连接点温度相等，它的接入对回路热电势无影响。这一结论可以推广至接入多种导体。t000-=AAABBB符合分度
表要求tt0t3.中间温度定律热电偶的两个接点温度为t,t0，此时回路产生的热电势等于接点温度为t、t1和t1、t0时
，两支同性质热电偶产生的热电势代数和，即EAB(t,t0)=EAB(t,t1)+EAB(t1,t0)根据这一定律，
可根据冷端为0℃时热电势关系(查分度表)，求出冷端为任意温度时的热电势。EAB(t,t0)＝EAB(t,0)-EAB(
t0,0)2.2.2.3热电偶的结构由于用途和安装环境不同，热电偶有多种外形结构，有普通型、铠装型、多点型、隔爆型、表面型
和快速型等，用常用热电偶类型与外形如下图所示。铠装型导体A、B为热电偶热电极，两个热电极焊接点称为热电偶工作(热)端，置于温度检
测点，温度为t；打开的一端称为参考端或冷端，与接线端子相连，温度为t0。t0t接线盒供热电偶冷端和补偿导线连接用。保护套管焊点
接线盒保护套管保护热电极，防止受到机械损坏或化学腐蚀。BA普通型热电偶结构绝缘套管防止二根热电极短路。绝缘套管接线口安装固定件热
电偶热电极几种特殊结构热电偶铠装型热电偶将热电极装在保护套管内填充绝缘材料后，组合拉伸加工而成坚实的整体，有保护措施，抗震、不易
坏；多点型热电偶多支不同长度的热电偶感温元件，用多孔的绝缘管改装而成，应用于化工生产中反应器不同位置的多点温度测量；快速型热电
偶测量高温熔融物体的一次性专用热电偶，又称为消耗式热电偶。2.2.2.4热电偶种类理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电
偶，实际上构成热电偶的材料必须满足以下几点。在测温范围内有稳定的化学与物理性质；热电势要大；热电势与测点温度接近线性关系。国际电
工委员会（IEC）制定了热电偶材料的统一标准。常用标准型电偶热电偶名称分度号热电丝材料测温范围（℃）平均灵敏度（μV/℃）特点铂
铑30—铂铑6B正极Pt70%,Rh30%负极Pt94%,Rh6%0～+180010价贵,好稳定性好,精度高,可在氧化
气氛使用铂铑l0—铂S正极Pt90%,Rh10%负极Pt100%0～+160010同上，线性度优于B镍铬—镍硅K正极Ni9
0%,Cr10%负极Ni97%,Si2.5%,Mn0.5%0～+130040线性好,价廉,稳定,可在氧化及中性气氛中使用
镍铬—康铜E正极Ni90%,Cr10%负极Ni40%,Cu60%-200～+90080灵敏度高,价廉,可在氧化及弱还原
气氛中使用铜—康铜T正极Cu100%负极Ni40%,Cu60%-200～+40050价廉,但铜易氧化,常用于150℃以下
温度测量不同材质热电偶的热电势与热端温度关系不同，如图所示，分度号代表热电偶种类。常用热电偶的温度特性（冷端温度t0=0℃） 铂
及其合金组成的热电偶(B、S)热电势非常稳定、精度很高，铂属贵金属，价格昂贵，主要用做标准热电偶、测量1100℃以上高温；
镍铬—镍硅（K）热电动势线性度最好； 镍铬—康铜（E）灵敏度最高；铜—康铜（T）价格低廉。由于热电偶的热电势大小不仅与被测点温
度有关，还与自由端（冷端）温度有关，而热电势的理论计算又非常困难，工程实际中通过实验获得热电势参数。补偿导线热偶2.2.2.5热
电偶冷端温度补偿只有冷端温度保持不变，热电偶热电动势与被测点温度才是单值关系。而实际工程中热电极长度有限，冷端和热端离得很近，冷
端温度受环境影响很难保持恒定。因此，工程上常采用低温环境中热电特性与热电偶接近的廉价补偿导线替代热电偶，将冷端延伸到温度比较稳定的
位置。根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，总热电势等于补偿导线和热电偶热电势的代数和。E(t,t0)=E偶(t
,t1)＋E补(t1,t0)如下图所示，当热电偶冷端被补偿导线从温度t1延伸至温度t0后，回路总电势仍只与热端温度t和补
偿导线冷端温度t0t0t0有关。在测温过程中只需要补偿导线保持恒定，不需要考虑t1变化。补偿导线t1t1热电偶电极t用补偿导
线延长热电偶的必须条件：补偿导线的热电特性在低温段与所配热电偶相同，即E偶(t1,t0)=E补(t1,t0)因而补偿
导线热电特性必须与热电偶配，常用热电偶补偿导线规格见表2.2。t表2-2补偿导线材质和热电特性表补偿导线型号配用热电偶名称正极负极
E（100℃，0℃）（mV）材料绝缘层颜色材料绝缘层颜色SCKCEXTXJXS（铂铑10—铂）K（镍铬—镍硅）E（镍铬—康铜）T（
铜—康铜）J（铁—康铜）铜铜镍铬铜铁红红红红红铜镍康铜康铜铜镍康铜绿蓝棕白紫0.645±0.0374.095±0.1056.317
±0.1704.277±0.0475.268±0.135从表中可看到，补偿导线型号的第一字母与配用热电偶的名称相对应，第二个字母
将补偿导线分为补偿型（C型）和延长型（X型）两种。采用补偿导线只是将热电偶冷端延长到温度比较稳定的位置，而标准热电势要求冷端温度
t0=0℃，因此还需要采取冷端温度补偿措施。1.查表修正法如果测点温度为t，用热电偶进行测量时其冷端温度为t0，测得的热电势
为EAB(t,t0)。根据中间温度定律知温度t值。EAB(t,0)＝EAB(t,t0)＋EAB(t0,0)通过查表、
计算出标准热电势EAB(t,0)，再查分度表可得被测点温度t，适用于实验或临时测温。例用K型热电偶测量某加热炉温度。测得热电
势E(t,t0)=36.122mV，而冷端温度t0=30℃，求被测点的实际温度。解由分度表可以查得K型热电偶E(30,0
)=1.203mV则E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=36.122+1.203=37.325mV再查
分度表可知被测点温度为900℃。2.机械调零法若热电偶冷端温度比较恒定，可先测量出冷端温度t0，将显示仪表的机械零点调至t
0处，再进行测量。此法不适宜冷端(室温)温度频繁变化的场合。3.冰浴法在实验室条件下，可将热电偶冷端置于盛有绝缘油的试管中，
再放入有冰水混合物的容器中，使冷端温度恒定在0℃时进行测量。这种方法多用于实验室或热电偶的检（标）定。电桥补偿导线4.补偿电桥法
补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势，补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。EAB(t,0)EAB(t0,0)Rc
uR3EAB(t,0)t0EAB(t,t0)a补偿导线bEAB(t0,0)EAB(t,t0)_+R1R2Rd补偿电桥
热电偶_+t5.软件补偿法除了通过硬件方法进行冷端温度补偿外，还可用软件方法实现冷端温度补偿。当冷端温度变化时，控制系统的
计算机可根据冷端温度变化，按照计算公式对所测热电势（或被测温度）自动进行修正。若要对多个热电偶的冷端温度进行补偿，可将所有热电偶冷
端用补偿导线接到同一温度环境，用一个温度传感器检测冷端环境温度值并输入计算机即可。2.2.3热电阻热电偶测500℃以下的中、低
温时，输出热电势较小，容易受到干扰而测不准。一般采用热电阻进行中、低温度测量。热电阻是基于导体或半导体电阻值随温度变化的特性测温
。测温热电阻同时还应满足电阻温度系数大，电阻与温度关系接近线性，物理化学性质稳定和良好复现性等条件。常用的测温电阻主要有金属热电阻
和半导体热敏电阻。2.2.3.1金属热电阻大多数金属电阻阻值随温度升高而增大，具有正温度系数（PTC），金属热电阻测温精度高。
应用最多金属测温热电阻是铂（Pt）电阻、铜（Cu）电阻，还有镍（Ni）电阻、铟（In）电阻、锰（Mn）电阻及碳（C）电阻等用于
低温及超低温测量。测温用热电阻对材料的基本要求电阻温度系数大，电阻率大；在测温范围内物理、化学性能稳定；温度特性的线性度好
。1.铂电阻铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；铂电阻测温复现性好、精度高，被国际电工委员会规定为-259~+630℃
间的基准器，但线性度稍差，价格较贵。常用于-200~+600℃温度测量。电阻与温度关系为Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-
100)t3](-200~0℃)Rt=R0(1+At+Bt2)(0~850℃)式中，A、B、C—为常数：A=3.908
3×10-3∕℃；B=－5.775×10-7℃-2；C=－4.183×10-12℃-4。铂电阻主要分度号为Pt10(R
0=10Ω，0℃),Pt100(R0=100Ω，0℃)。铂电阻与温度之间存在一定程度非线性，在检测电路或后续变送器中需要
进行线性化处理。2.铜电阻铜电阻线性好、电阻温度系数大、价格低，测温范围小、容易氧化、稳定性和复现性不如铂电阻。电阻与温度
关系为Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3](-50~150℃)A、B、C——为常数：A=4.28899×10-3∕℃；
B=－2.133×10-7℃-2；C=1.233×10-9℃-3。铜电阻主要分度号为Cu50(R0=50Ω，0℃
),Cu100(R0=100Ω，0℃)。铂电阻、铜电阻阻值与温度的关系特性如下图所示，电阻阻值与温度关系也用分度表给出（见
教材附录C和附录D）。3.热电阻结构普通型热电阻由感温电阻、内引线、绝缘套管、保护套管和接线盒等组成。感温电阻由细铂丝或铜丝
采用无感双线绕法绕在圆柱形骨架上。铠装型热电阻将感温电阻、引线、绝缘粉组装在不锈钢套内，再经过模具拉伸形成坚实的整体，防护措施
、抗震性好等特点。热电阻结构R3R3R2R2R1R1rrrrrRtRt4.热电阻连接方式在使用热电阻测温时，连接导线应符合规
定。另外，导线所处环境温度变化仍会引起连接导线电阻变化，会影响测温准确性。在连接导线长、或测量精度要求高场合，应采用三线制接法。测
温电阻变化通过电桥转换成电压时，三线制接法可以抵消接线电阻温度变化对测量结果的影响。EE对于要完全消除导线电阻影响的高精度温度
检测，可采用四线制连接，即在热电阻两端各连两根导线，其中两根导线为热电阻提供恒值电流，另两根导线将热电阻上的压降接入电压测量仪表进
行检测。采用高输入阻抗电路进行检测时，由于检测电路电流很小，连接导线电阻造成的影响非常小。2.2.3.2热敏电阻热敏电阻通常
用半导体材料制成。热敏电阻阻值大，灵敏度高。热敏电阻有正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC)和临界温度系数(CTR)等几
种情况。NTC热敏电阻可以作温度传感元件；热敏用作温度开关控制器件时，可选用在特定温度电阻值急剧变化的热敏电阻。负温度系数热敏电
阻阻值与温度的关系为：?B—常数，由材料成分及制造方法决定；Rt、Rto—热敏电阻在t℃和t0℃时的阻值。Rt(?)非线性严
重,可用测温区间大约在-50~300℃之间。阻值Rt(?)108106104102t1004012020016080温度t(℃)N
TC热敏电阻阻值与温度关系热敏电阻特点热敏电阻阻值高，可直接做成不同结构形式，有片状、珠状、杆状、薄膜状等；热敏电阻互换性差，非线
性严重；结构简单，体积小，热响应快，价格低廉，使用寿命长，在汽车家电等领域有广泛应用。NTC热敏电阻实物2.2.4温度显示与
记录在工业生产中，不仅需要将温度信号测量出来，有时还要求将测量值用字符、数字、图像等形式显示出来并记录保存。2.2.4.1动圈
式指示仪表动圈显示仪表是工业上广泛使用的模拟式指示仪表，它与热电偶、热电阻等配合使用，可用来指示温度参数。动圈式仪表实质上是测量
电流的仪表，通过指示核心部件——动圈偏转角度指示。R调补偿导线R补R热敏R铜热电偶R内t当热电偶输出为毫伏级热电势时，动圈上有电
流流过并在电磁力矩作用下产生偏转。面板刻度为温度标尺时，动圈上的指针指示热电偶测量的温度值。由于热敏电阻温度系数太大，可并联一个锰
铜丝电阻，再串接一个合适的调整电阻，使动圈电流符合设计要求。为了使流过动圈的电流只与热电势(温度t)成正比，可规定外线路电阻
数值为定值的办法保证测量精度即：R外=15Ω采用类似方法，可实现热电阻测量的温度显示。2.2.4.2数字式温度指示仪表数
字式指示仪表具有读数直观、精度高、重现性好并便于计算机等数字装置连接等优点。数字式显示仪表是以数字电压表为主体而构成的测量显示仪
表，数字显示仪表组成原理如上图所示。它与传感器（或变送器）配合，将与被测参数成函数关系的电模拟量，经变换和处理后直接以数字形式显示
出来。数字显示检测预处理前置放大器模/数转换非线性补偿标度变换记录打印被测参数报警系统数码/模拟输出数显仪表采用不同的设计组成原
理，模/数转换、非线性补偿和标度变换排列次序可根据需要灵活调整；当传感器输出为频率时，则不需要模/数转换。2.2.4.3自动记录
仪表自动记录仪能实时记录被测参数，以备以后分析评价、评价生产状况；进行生产事故、设备故障原因分析、查找等。传统记录仪以纸作为
记录载体，运行费用高；仪表机械结构比较复杂、传动部件较多，故障率高、可靠性低，应用不够灵活。随着显示、存储技术发展，无纸笔记录仪应
运而生。无纸笔记录仪以CPU为核心，内置大容量存储器（RAM），可存储多个过程变量的大量历史数据；采用标准仪表尺寸，可兼做图像显
示仪表，能在屏幕上显示过程变量当前值、历史趋势曲线、报警状态等。无纸笔记录仪特点可靠性高低维护费功能多样存储单元显示单元按键
/键盘1．无纸笔记录仪的结构原理报警单元输入信号输入处理单元主CPU单元供电单元记录数据存储显示记录信息（数据、曲线）组态与操作指
令输入控制与指挥中心输入信号处理（放大、滤波、变换、线性化等）输出报警信息2.无纸笔记录仪的功能与使用一般无纸笔记录仪具有多个记
录、显示界面，用户可以选择所需要的显示内容与操作界面。下图就是其中的一个组态操作界面。无纸笔记录仪组态功能提供组态界面，可进行组
态/显示的切换，基本组态功能包括：时间和通道组态组态日期、时钟、记录点数及采样周期等。页面和记录间隔组态页面、记录间隔和背光
的打开或关闭设置。通道信息组态各个通道量程上下限、报警上限、滤波时间常数及是否开方设置。界面选择组态通过组态，根据实际需要
选择界面。报警组态不同通道报警上下限设置。通信组态本机通信地址和通信方式组态。2.2.5温度变送器来自各种传感器检测信号类
型、规格很多，要进入控制系统必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将非标准的传感器检测信号输出。如热电偶、热电阻（温度传感器
）检测输出信号，必须通过温度变送器转换成标准信号，才能进入控制系统。模拟控制系统的信号标准Ⅱ型：DC0～10mA、0～10
VⅢ型：DC4～20mA、1～5V数字控制系统的信号标准FF协议、HART协议等2.2.5.1模拟式温度变送器模拟
式温度变送器有多个品种、规格，以配合不同类型传感器和量程规格，工作原理与结构基本相同。DDZ-III型温度变送器可与热电偶、热
电阻配套使用，将传感器信号转换成标准4~20mA直流信号输出，原理框图如下图所示。+输出电流4~20mA被测温度电信号t传感元件输
入电路放大电路-反馈电路DDZ-Ⅲ型温度变送器组成原理框图输出电路放大电路输入电路Et反馈电路电源电路下面以DDZ-I
II型热电偶温度变送器为例，分析变送器设计思想和工作原理。补偿电桥R1R2I2I11.输入电路_RP1RCuEt_热电偶温度
变送器输入电路如下图所示。在热电偶回路中串接一个电桥电路，实现热电偶的冷端补偿和零点迁移。+U0+热电偶温度变送器输入电路RCu
用铜丝绕制，与热电偶冷端处同一温度环境，起冷端温度补偿作用。通过调整RP1动触点实现变送器零点迁移。t0输入电路的输出电压Uo为
补偿电桥R1R2I2I1_U0=Et+URCu?URP1=Et+I1RCu?URP1上式中RCu上的压降
RCuRP1t0Et_+U0+热电偶温度变送器输入电路URCu即为I1RCu，当冷端温度为t0、热端温度为t时，由于热电偶输出
热电势Et将比标准热电势少E(t0,0)，应通过?U?RCu=E(t0,0)进行补偿，据此可计算出补偿电阻RCu的大小。Uo=E
t+URCu?URP1=Et+I1RCu?URP1URP1为电位器RP1上的压降，如果仪表测量起点定为0℃，
当热电偶冷端温度为0℃,热端温度也为0℃时，Et=0，可调整电位器RP1，使0℃时输入电路输出电压U0放大后变送器输出电流为起点4
mA。如果测量起点不为0℃，假定为500℃，同样调整调整电位器RP1，代入上式计算后的U0值经放大后，使500℃时变送器输出电流
为起点4mA。这种大幅度的零点调整称为零点迁移。一热电偶温度变送器输出标准信号为DC4~20mA，标准设定测量温度范围为0～
1500℃。某生产过程工作温度在500～1000℃间变化，若直接选用该温度变送器，则500℃以下、1000℃以上测量区间没有用！
针对这一实际情况，下图以DC4～20mA电流为标准信号的变送器为例，采用零点迁移和改变放大系数的方法，压缩仪表量程，将仪表工作区间
和量程调整到与实际生产过程工作温度区间一致，以提高变送器测量精度。变送器输出Io/mA变送器输出Io/mA变送器输出Io/mA20
20204440t00tt100015005001500100018005005001000温度/℃温度/℃温度/℃a.
未迁移b.零点正向迁移（调整RP1）c.零点正向迁移(调整RP1)缩小量程(调整RP2)温度变送器的零点迁移和量程调整2
.放大电路ucm热电偶输出热电势为十几毫伏或几十毫伏的微小电压信号，放大电路必须采用高增益低漂移运算放大器，同时采取抗干扰措
施。例如用热电偶测量电炉温度时，会有很高的共模（干扰）电压进入变送器。只要将变送器悬空（不接地），就可消除ucm的影响。耐火材料的
漏电阻与漏电容uAB变送器电路(悬空)不接地，uAB=0,消除差模干扰，变送器受到共模干扰ucm的影响3.反馈电路反馈电路
要完成量程调整和非线性校正两个功能。通过非线性反馈校正网络，实现线性化。通过调整反馈电位器RP2改变放大系数，实现量程调整。输出
电路放大电路输入电路Et反馈电路电源电路4.DDZ-III型热电偶温度变送器的实际电路下图是DDZ-III型热电偶温度
变送器的简化电路图，由输入电路、放大电路、反馈电路、输出电路及电源电路几部分构成。实际输入电路稳压管VDi1、VDi2、限压保
护；Ri1、Ri2限流保护输入电路由VDi1、VDi2、Ri1、Ri2及RCu所在的桥路构成Et热电势Et与铜电阻R
Cu冷端温度补偿电势相加后，送至运算放大器IC2的同相输人端。零点迁移、量程调整、隔离输入IC2的反相输入端接收电位器RP1上
的零点迁移电压及反馈电压Vf在量程电位器RP2上的分压,改变RP2触点位置可改变放大倍数,从而改变变送器量程。放大电路与输出电路隔
离。Et放大、调制隔离、输出电路高增益、低漂移的IC2,构成差动放大器;复合管VTa1、VTa2构成射极输出器,实现V-I转
换.通过整流,将交流电流信号转换为直流4~20mA输出;稳压管VD0的作用是在电流输出回路断线时，电压输出信号不受影响.调制隔离非
线性反馈与隔离Vf’经IC1和非线性反馈电路转换为电压Vf后，反馈到运算放大器IC2的反相输人端，实现反馈放大与对热电偶特性的线性
化校正。反馈回路是由隔离变压器Tf、整流滤波电路以及由运算放大器IC1构成的非线性电路组成。Tf的副边电流经检波滤波，在Rf、
Cf上可得到与输出电流Io成正比的反馈电压Vf’。Et为了实现变送器的抗共模干扰，变送器电源电路必须要隔离。为此，＋24V直流
电源需经直流—交流—直流变换，实现电路隔离。直流变送器放大电路、输入电路、输出电路与电源电路隔离。交流直流安全隔离与防爆变压器隔离限压限流VDi1、VDi2限压、Ri1、Ri2限流。输出电路放大电路输入电路Et反馈电路电源电路DDZ-III型热电偶温度变送器实际电路(原理简图)2.2.5.2一体化温度变送器将传感器和变送器融为一体的温度变送器称为一体化温度变送器。测温元件和变送器是一个整体并直接安装在被测位置，输出为统一的标准信号。其特点如下：电路高度集成化并自带冷端补偿功能；用24V直流供电，体积小、质量轻、现场安装方便；一般情况下变送器模块内集成电路的正常工作温度为-20℃～+80℃，不能超出该范围。一体化温度变送器由测温元件和变送器模块两部分组成。分为热电偶和热电阻两种类型。一体化温度变送器由温度传感器和变送器模块二部分组成。有普通型和防爆型两种基本类型。可对固体、液体、气体温度进行检测，应用于各种温度检测和自动控制的场合，可与各种仪器和计算机系统配套使用。2.2.5.3智能温度变送器智能温度变送器是采用微处理器技术的现场仪表，具有信号转换、补偿、计算等多种功能。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，能自动诊断故障；可以通过现场总线通信网络与上位计算机连接，构成集散控制系统和现场总线控制系统。可通过手操器对智能变送器参数进行在线组态，便于用户调校和修改参数。1.TMT182温度变送器德国E+H公司的TMT182温度变送器是一种符合FF通信协议的现场总线智能仪表。该变送器可配接多种热电偶（B、K、E、J、T、S型）、热电阻（Pt100、Cu100）测量温度，也可输入其它具有电阻或毫伏输出的传感器信号。仪表量程范围宽、精度高，抗干扰能力强、安装维护方便。TMT182实物图2.STT250温度变送器霍尼韦尔公司STT250温度变送器外形小巧，可在HART通讯协议下工作，可分为STT25H、STT25S、STT25M、STT25D和STT25T不同型号，均为二线制，可将输入温度信号线性地转换成4～20mA的直流电流输出，其中STT25H带有HART通讯功能，适用于HART通讯协议，可用HART通讯工具对其进行组态。霍尼韦尔STT250变送器检测仪表性能指标与温度检测小结检测仪表的性能指标温度检测方法热电偶温度检测及仪表热电阻温度显示与记录温度变送器 |
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