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2 儀器結(jié)構(gòu)與測溫原理
2·1 測量原理
如圖1所示,反射鏡與探測器對稱地置于待測表面法線的兩側(cè)。當(dāng)反射鏡不起作用時,探測器接收到的輻射能P1為
式中:D為光瞳口徑,f′為光學(xué)接收系統(tǒng)的焦距,τ0為大氣的傳播系數(shù),A為探測器的靈敏元面積,η為調(diào)制盤的調(diào)制系數(shù),ελ為溫度為T的待測目標(biāo)在波長λ處的發(fā)射率,Lλ為溫度為T的黑體在波長λ處的輻射出射度,τλ為光學(xué)系統(tǒng)對波長為λ的光的總透過率。
當(dāng)反射鏡起作用時,反射鏡將紅外輻射反射回待測區(qū)域的單色輻射能為
并結(jié)合式(1)或式(2),即可求出待測表面的溫度。式(6)中,h為Planck常數(shù),k為Boltzmann常數(shù),c為光速。
2·2 儀器結(jié)構(gòu)
該儀器主要由光學(xué)接收系統(tǒng)、號放大與處理系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)三部分組成。工作時,接收鏡頭接收到的光號(P1、P2),經(jīng)窄帶干涉濾光片濾光后,再經(jīng)由PIN硅光電二極管構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電號。該號經(jīng)前置放大、選頻放大、脈寬壓縮、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后送入8031單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,計算出待測表面的發(fā)射率及溫度。
電路中所需的各種觸發(fā)與同步號,均由同步光電系統(tǒng)產(chǎn)生:透過調(diào)制盤上鑲嵌的同步濾光片的光號,先經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電號,再經(jīng)整形放大后送入8031單片機,適當(dāng)延時后分別去觸發(fā)、同步各個需要觸發(fā)和同步的號。
調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。其中1、2、4號窗口貼的是波長為0·80μm的窄帶干涉濾光片(帶寬20nm)。3號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片,帶寬約0·1μm(無嚴(yán)格要求)。5、6號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片(帶寬也無嚴(yán)格要求)。調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速為1 200 r/min。
調(diào)制盤的具體調(diào)制情況如下:(1)當(dāng)待測表面的光輻射透過3號窗口到達(dá)反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過3號濾光片回到待測區(qū)域時,1號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡不起作用。這是因為透過3號濾光片后又回到待測區(qū)域的光的中心波長為1·00μm,帶寬約0·1μm。而1號窗口只能通過中心波長為0·80μm、帶寬僅20 nm的光,因此探測器接收到的僅是“直射”能(P1);此時,由5號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(2)當(dāng)待測表面的光輻射透過4號窗口到達(dá)反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過4號窗口回到待測區(qū)域時,2號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡起作用。探測器接收到的是“直射”能與“反射”能之和(P2);此時,由6號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(3)當(dāng)待測表面的光輻射透過1號窗口到達(dá)反射鏡時,3號窗口正對探測器。情況與(1)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為1·00μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進行放大處理,但因模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路沒有觸發(fā)號和同步號,因此不對其進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換;(4)當(dāng)待測表面的光輻射透過2號窗口到達(dá)反射鏡時,4號窗口正對探測器。情況與(3)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為0·80μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進行放大處理,但同樣因模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路沒有觸發(fā)號和同步號,故不對其進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。
我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質(zhì),一般的壓力變送器的接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)采用的是316不銹鋼,如果你的介質(zhì)對316不銹鋼沒有腐蝕性,那么基本上所有的壓力變送器都適合你對介質(zhì)壓力的測量.
如果你的介質(zhì)對316不銹鋼有腐蝕性,那么我們就要采用化學(xué)密封,這樣不但起到可以測量介質(zhì)的壓力,也可以有效的阻止介質(zhì)與壓力變送器的接液部分的接觸,從而起到保護壓力變送器,延長了壓力變送器的壽面.
第二,精度等級
每一種電子式的測量計都會有精度誤差的,但是由于各個所標(biāo)的精度等級是不一樣的,比如,中國和美國等標(biāo)的精度是傳感器在線性度好的部分,也就是我們通常所說的測量范圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標(biāo)的精度則是線性度不好的部分,也就是我們通常所說的測量反的0到10%以及90%到之間的精度.如歐洲標(biāo)的精度為1%,則在中國標(biāo)的精度就為0.5%.
第三,量程范圍
一般傳感器測量的大范圍為傳感器的滿量程70%是好的,也就是現(xiàn)在要測量70bar的壓力,我們選壓力變送器的量程應(yīng)該選100bar.
第四,輸出號
目前由于各種采集的需要,現(xiàn)在市場上壓力變送器的輸出號有很多種,主要4...20mA,0...20mA,0...10V,0...5V等等,但是比較常用的是4...20mA和0...10V兩種,在我上面舉的這些輸出號中,只有4...20mA為兩線制(我們所說的輸出為幾線制不包含接地或屏蔽線),其他的均為三線制.
第五,介質(zhì)溫度
由于壓力變送器的號是通過電子線路部分轉(zhuǎn)換的,所以一般情況下,壓力變送器的測量介質(zhì)溫度為-30到+100度,如果溫度過高,我們一般采用的是冷凝彎來冷卻介質(zhì),這樣相對讓廠家特地為你生產(chǎn)一個耐高溫的壓力變送器的成本會降低很多.
第六,測量介質(zhì)
一般我們測量的是相對比較清潔的流體,我們就直接采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力變送器就可以了,如果你所測量的介質(zhì)是易結(jié)晶的或粘稠的,我們一般采用的是外置膜片的或和化學(xué)密封共同使用,這樣會有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測量孔.
第七,其他
我們確定上面的五個參數(shù)之后還要確認(rèn)你的壓力變送器的過程連接接口以及壓力變送器的供電電壓;如果在特殊的場合下使用還要考慮防爆以及防護等級
對于不同的測量系統(tǒng)或不同的工藝要求，我們可以根據(jù)其系統(tǒng)或工藝的測量范圍、測量狀態(tài)和介質(zhì)情況選用不同類型的熱電偶
1. 水泥企業(yè)常用熱電偶的選擇
對于不同的測量系統(tǒng)或不同的工藝要求，我們可以根據(jù)其系統(tǒng)或工藝的測量范圍、測量狀態(tài)和介質(zhì)情況選用不同類型的熱電偶，工業(yè)熱工(如新型干法生產(chǎn)線的窯)常用的熱電偶見表1。
(1)WRR熱電偶
其熱電特性在高溫下為穩(wěn)定，適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用，但其產(chǎn)生的熱電勢小，因而靈敏度低，響應(yīng)速度慢，而且價格昂貴。由于WRR在低溫時熱電勢極小，因此當(dāng)熱電偶冷端溫度在40℃以下時，一般不需要進行冷端溫度補償。
(2)WRP熱電偶
適宜于在氧化性或中性介質(zhì)中使用，耐高溫，不易氧化和腐蝕，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的測量精度，可用于精密溫度測量和作基準(zhǔn)熱電偶(校準(zhǔn)用熱電偶)。
(3)WRN熱電偶
適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用。500℃以下低溫范圍內(nèi)，也可在還原性介質(zhì)中進行測量。其突出優(yōu)點是熱電勢大，靈敏度高，響應(yīng)速度快，線性度好，測溫范圍較寬，造價低，因而在工礦企業(yè)應(yīng)用廣泛。
(4)WRE熱電偶
說明：
智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓號，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。
供電方式
隔離器常見的供電方式有獨立供電、回路供電和輸出回路供電。
獨立供電的隔離器：
需要配備獨立20~35VDC的直流電源。這種方式的優(yōu)點是隔離傳輸精度高；電源、輸入、輸出之間完全隔離，多路系統(tǒng)供電電源不需隔離，可保證高抗干擾性能，輸入號可以變換為其它類型的型號。
回路供電的隔離器：
在實際工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，DCS、PLC或其他顯示儀表具有卡件內(nèi)部供電的使用越來越廣泛。回路供電型隔離器又往往不能滿足這些卡件對號隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因此，輸出回路供電型的隔離器既保留了獨立供電型隔離器的優(yōu)越性能，又滿足輸出回路供電接口的要求。
技術(shù)參數(shù)
系統(tǒng)傳輸準(zhǔn)確度：±0.2%×F·S
溫度漂移：≤0.005%F·S/℃
工作溫度：工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn) -10～+55℃
輸入阻抗：電流：100Ω；電壓：500KV
電流輸出允許外接的負(fù)載阻抗：4-20mA輸出時0～500Ω；0-10mA輸出時0～1KΩ
電磁兼容：符合IEC61000-4-4：1995中所規(guī)定的第四類（惡劣工業(yè)現(xiàn)場）環(huán)境對產(chǎn)品的抗電磁干擾要求
輸入/輸出/電源/通訊/雙路間絕緣強度：≥1500AAC
儲運環(huán)境溫度：-40～+80℃
相對濕度：10-90%RH（40℃時）
供電電源：交流： AC 95～265V
直流：DC12V～32V（反接保護）
輸入功率：0.9～1.8W（與型號有關(guān)，詳見本手冊附錄中關(guān)于輸入功率的計算方法）
通訊接口：RS232 或 RS485，MODBUS軟件協(xié)議（選配）。
外形尺寸：寬×高×深：22.5×100×115mm
產(chǎn)品選購
隔離器
在隔離器選型時除了要確定隔離器的功能、適應(yīng)前后端接口外，還有精度、輸出紋波、溫度漂移、功耗、響應(yīng)時間等許多參數(shù)需要用戶謹(jǐn)慎選擇。
精度
隔離器的精度是非常重要的參數(shù)，精度的高低直接關(guān)系到隔離器能否正常使用。隔離器的精度體現(xiàn)了隔離器的設(shè)計、制造水平。用戶在選用時應(yīng)該選用精度高的產(chǎn)品。
輸出紋波
對隔離器精度產(chǎn)生影響的參數(shù)還有輸出紋波。輸出紋波的產(chǎn)生是由于隔離器使用DC/DC電路對隔離器的工作電源進行隔離給隔離器內(nèi)部電路供電，輸入號也要先使用DC/DC電路調(diào)制成交流號然后經(jīng)過隔離部分電路進行號隔離，隔離后的號經(jīng)解調(diào)后再轉(zhuǎn)換成直流號輸出。以CPU為核心的隔離器也存在脈沖號。隔離器內(nèi)部存在的這種高頻的交流分量，就是產(chǎn)生輸出紋波的原因。這些高頻的交流分量它們的頻率一般都有幾百KHZ、諧波較多，對號的污染很難完全。如果輸出紋波較高，控制系統(tǒng)模擬量輸入模板采集到號的誤差就大，對于高速輸入的模擬量輸入模板更是如此。所以選擇隔離器時應(yīng)要求輸出紋波的峰-峰值越小越好。順連電子的各種系列隔離器均采用的濾波電路，較好的抑制了輸出紋波。用戶在選用時應(yīng)該選用紋波小的產(chǎn)品。
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