第1章检测仪表PPT讲稿.ppt

第1章检测仪表第1页，共89页，编辑于2022年，星期一一、接触式测温仪表有：一、接触式测温仪表有：1、膨胀式温度计、膨胀式温度计膨膨胀胀式式温温度度计计是是基基于于物物体体受受热热时时体体积积膨膨胀胀的的性性质而制成的。有质而制成的。有液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计：利利用用液液体体（水水银银、酒酒精精）受受热热时时体积膨胀的特性体积膨胀的特性测温测温。玻璃管温度计玻璃管温度计电接点式电接点式玻璃管温度计玻璃管温度计第2页，共89页，编辑于2022年，星期一 固体固体膨胀膨胀式温度计式温度计：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。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。片。受热后，由于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。相应温度值。第3页，共89页，编辑于2022年，星期一双金属片常用来做温度报警或控制双金属片常用来做温度报警或控制 随着温度上升，双金属片随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点接触到固逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警灯和继电器回定触点时，报警灯和继电器回路被接通。路被接通。调节螺钉用来调整固定调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报警温度。触点的位置，以调整报警温度。双金属片双金属片调节螺钉调节螺钉绝缘柱绝缘柱 如图是一双金属温控器。如图是一双金属温控器。继电器继电器第4页，共89页，编辑于2022年，星期一原原理理:封封闭闭容容器器中中的的液液体体、气气体体或或低低沸沸点点液液体体的的饱饱和和蒸蒸汽汽，受受热热后后体体积积膨胀，压力增大。膨胀，压力增大。2、压力式温度计压力式温度计利利用用封封闭闭容容器器中中的的介介质质压压力力随随温温度变化的现象来测温。度变化的现象来测温。用压力表指用压力表指示温度。示温度。第5页，共89页，编辑于2022年，星期一3、热电偶温度计、热电偶温度计 根据热电效应，将两种不同的导体接触并构成回路时，若两个接点温根据热电效应，将两种不同的导体接触并构成回路时，若两个接点温度不同，回路中便出现毫伏级的热电势，这电势可准确反映温度。度不同，回路中便出现毫伏级的热电势，这电势可准确反映温度。4、热电阻温度计、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。5、半导体温度计、半导体温度计 利用半导体利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度。件（结）电压变化来测量温度。第6页，共89页，编辑于2022年，星期一红外线测温计红外线测温计光学高温计光学高温计1、辐射式温度计辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度。通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、红外式温度计红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。二、非接触式测温的具体方法有：二、非接触式测温的具体方法有：第7页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.2 热电偶热电偶热热电电偶偶是是以以热热电电效效应应为为原原理理的的测测温温元元件件，能能将将温度信号转换成电势信号（温度信号转换成电势信号（mV）。特特点点：结结构构简简单单、测测温温准准确确可可靠靠、信信号号便便于于远远传传。一般用于测量一般用于测量5001600之间的温度。之间的温度。1.1.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理将将两两种种不不同同的的导导体体或或半半导导体体连连接接成成闭闭合合回回路路，若若两两个个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。第8页，共89页，编辑于2022年，星期一1、接触电势接触电势 当不同导体当不同导体A、B接触时，两边的接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上产自由电子密度不同，在交界面上产生电子的相互扩散，致使在接触处生电子的相互扩散，致使在接触处产生产生接触电势接触电势。其大小取决于两种材料的种类和接触其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。点的温度。t热端热端 A Bt0冷端冷端eAB(t)=Ktel nNA(t)NB(t)NA(t)、NB(t)自由电子密度；自由电子密度；e 单位电荷单位电荷第9页，共89页，编辑于2022年，星期一2、温差电势、温差电势 对于同一金属对于同一金属A（或（或B），其），其两端温度不同，自由电子所具有的动两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为能不同，也会产生相应的电势，称为温差电势温差电势。热电势由两部分组成：热电势由两部分组成：接触电势接触电势和和温差电势温差电势。但温差电势值远小于。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。接触电势，常忽略不计。t A Bt0第10页，共89页，编辑于2022年，星期一 3、回路总电势回路总电势 热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称成，称热电势热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：触电势构成：EAB（t，t0）=e AB（t）-e AB（t0）此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。关。当冷端温度固定时，当冷端温度固定时，E（t，t0）是热端温度是热端温度 t 的单值的单值函数。函数。eAB(t)=Ktel nNA(t)NB(t)第11页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律1、均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。都不能产生热电势。因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成。其截面和长度不限。半导体组成。其截面和长度不限。第12页，共89页，编辑于2022年，星期一2、中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势没有影响。没有影响。因因为为热热电电偶偶在在使使用用时时，总总要要将将热热电电偶偶回回路路打打开开，接接入入测测量量仪仪表表，即即插插入入第第三种导体。三种导体。测量仪表测量仪表第13页，共89页，编辑于2022年，星期一有有 EABC(t，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)当当 t=t0 时时 有有 eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0 即即 eBC(t0)+e CA(t0)=e AB(t0)则则 EABC(t，t0)=e AB(t)e AB(t0)设将热电偶设将热电偶ABAB一端打开，接入第三种导体一端打开，接入第三种导体C 由由此此可可知知，只只要要接接入入第第三三种种导导体体的的两两个个连连接接点点温温度度相相等等，它它的的接接入入对对回回路路电电势势毫毫无无影影响响。这这一一结结论论可可以以推推广广至至接接入入多种导体。多种导体。ABCt 0t 0t 第14页，共89页，编辑于2022年，星期一3、中间温度定律中间温度定律 一一支支热热电电偶偶在在两两接接点点温温度度为为t、t0 时时的的热热电电势势，等等于于两两支支同同温温度度特特性性热热电电偶偶在在接接点点温温度度为为t、ta和和ta、t0时时的热电势之代数和。即的热电势之代数和。即 E AB(t，to)=E AB(t,0)E AB(to,0)据据此此，只只要要给给出出冷冷端端为为0时时的的热热电电势势关关系系EAB(t,0)，便可求出冷端任意温度时的热电势。，便可求出冷端任意温度时的热电势。=符合分度符合分度表要求表要求ABt0t AB0t AB0t0 第15页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.2.3热电偶的构造热电偶的构造 热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。普通型普通型铠装型铠装型普通热电偶普通热电偶第16页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.2.4 热电偶类型热电偶类型 理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。选取原则：选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。国际电工委员会（简称国际电工委员会（简称IEC）规定了热电偶材料的）规定了热电偶材料的取材标准。取材标准。用分度号命名不同用分度号命名不同取材取材的热电偶，并给出了的热电偶，并给出了标准的热电势分度表。标准的热电势分度表。第17页，共89页，编辑于2022年，星期一 几种常用的标准型热电偶简介几种常用的标准型热电偶简介热电热电偶名称偶名称分度号分度号测测温范温范围围（）平均灵敏度平均灵敏度特特 点点铂铑铂铑30铂铑铂铑6B0+180010V/稳稳定性好定性好,精度高精度高,可在可在氧化气氛使用氧化气氛使用铂铑铂铑l0铂铂S0+160010V/同上，同上，线线性度性度优优于于B镍铬镍铬镍镍硅硅K0+100040V/价廉价廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性气氛中使用性气氛中使用镍铬镍铬康康铜铜E-200+90080V/灵敏灵敏,价廉价廉,可在氧化及可在氧化及弱弱还还原气氛中使用原气氛中使用铜铜康康铜铜T-200+40050V/价廉价廉,但但铜铜易氧化易氧化,常用常用于于150以下温度以下温度测测量量第18页，共89页，编辑于2022年，星期一铂铂及及其其合合金金（B、S）属属于于贵贵重重金金属属，价价格格很很贵贵，但但其其热热电电势势非非常常稳稳定定，主主要要用用做做标标准准热热电电偶偶及及测测量量1100以上的高温。以上的高温。镍铬镍铬镍硅（镍硅（K）线性度最好线性度最好 镍铬镍铬康铜（康铜（E）灵敏度最高灵敏度最高 铜铜康铜（康铜（T）价格最便宜价格最便宜 不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关系不同。系不同。第19页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.2.5 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时，需保持端温度有关。所以使用时，需保持热电偶热电偶冷端温度恒定。冷端温度恒定。但热电偶但热电偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将高且变化较大。为此应将热电偶热电偶冷端延至温度稳定处。冷端延至温度稳定处。为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延长长热电偶热电偶，称为补偿导线。，称为补偿导线。补偿导线补偿导线热偶热偶第20页，共89页，编辑于2022年，星期一 根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，其总的热电势等于两支热电偶产生的热电势的代数其总的热电势等于两支热电偶产生的热电势的代数和。和。E(t,t0)=E偶偶(t,t n)E补补(t n,t0)用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电偶配不同的补偿导线。的热电偶配不同的补偿导线。补偿导线补偿导线热偶热偶tt nt 0E(t,t0)第21页，共89页，编辑于2022年，星期一 *使用补偿导线只是将热电偶的冷端延长到温度比较使用补偿导线只是将热电偶的冷端延长到温度比较稳定的地方，而标准热电势要求冷端温度为零度，为此稳定的地方，而标准热电势要求冷端温度为零度，为此还要采取进一步的补偿措施。还要采取进一步的补偿措施。1查表法（计算法）查表法（计算法）如果某介质的温度为如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端，用热电偶进行测量，其冷端温度为温度为t0，测得的热电势为，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据中间温度）。根据中间温度定律，有定律，有 EAB（t,0）EAB（t,t0）EAB（t0,0）得出标准热电势得出标准热电势EAB（t,0），再查分度表就可得），再查分度表就可得出被测温度。出被测温度。第22页，共89页，编辑于2022年，星期一例例 用用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势势E（t，t0）36.122mV，而自由端的温度，而自由端的温度t030，求被测的实际温度。，求被测的实际温度。解解 由由分度表可以查得分度表可以查得 E（30，0）1.203mV则则 E（t，0）E（t，30）+E（30，0）36.122+1.20337.325mV 再查分度表可以查得再查分度表可以查得37.325mV 对应的温度对应的温度为为900 。计算法适用于实验或临时测温。计算法适用于实验或临时测温。第23页，共89页，编辑于2022年，星期一 镍铬镍铬镍硅热电偶分度表（简表）镍硅热电偶分度表（简表）分度号分度号 K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398幻灯片 24返回第24页，共89页，编辑于2022年，星期一2、仪表零点调整法、仪表零点调整法 如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示仪如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就调整表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就调整到冷端温度处，再开始测量。到冷端温度处，再开始测量。此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波动，此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。所以只能在测温要求不太高的场合下应用。100第25页，共89页，编辑于2022年，星期一3、冰浴法、冰浴法 把把热热电电偶偶的的冷冷端端插插入入盛盛有有绝绝缘缘油油的的试试管管中中，然然后后将将试试管管放放入入装装有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，保保持持冷冷端端为为0。这这种种方法多数用于热电偶的检定。方法多数用于热电偶的检定。第26页，共89页，编辑于2022年，星期一 补补偿偿电电桥桥法法是是利利用用不不平平衡衡电电桥桥产产生生的的电电势势，来来补补偿偿热热电电偶偶因因冷冷端端温温度度变变化化而而引引起起的的热电势变化值。热电势变化值。E(t,0)E(t,t0)E(t0,0)E(t,t0)E(t0,0)E(t,0)电桥电桥补偿导线补偿导线*4、补偿电桥法补偿电桥法第27页，共89页，编辑于2022年，星期一*5半导体半导体PN結补偿法結补偿法 利用半导体利用半导体PN結电压随温度升高而降低的特性自动結电压随温度升高而降低的特性自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。补偿热电偶的冷端温度引起的误差。图中半导体三极管基极结电压图中半导体三极管基极结电压V be随温度升高而降随温度升高而降低。将低。将V be放大后即可输出。放大后即可输出。只要保持三极只要保持三极管集电极电流管集电极电流 Ic 恒恒定，冷端补偿电压定，冷端补偿电压e0 即与冷端温度成即与冷端温度成正比。正比。Vbe第28页，共89页，编辑于2022年，星期一 由于热电偶安装位置的温度通常较高，过高的环境温度对检测电路的工作不利。有时需要用导线将热电偶的冷端延长！第29页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.3热电阻热电阻 对对于于500以以下下的的中中、低低温温，热热电电偶偶输输出出的的热热电电势势很很小小，容容易易受受到到干干扰扰而而测测不不准准。一一般般使使用用热热电电阻阻温度计来进行中低温度的测量。温度计来进行中低温度的测量。1.1.3.1金属热电阻金属热电阻 金金属属热热电电阻阻测测温温精精度度高高。大大多多数数金金属属电电阻阻阻阻值值随随温温度度升高而增大。具有正温度系数。升高而增大。具有正温度系数。=1 dRR dT温度系数温度系数第30页，共89页，编辑于2022年，星期一 工业中用得最多工业中用得最多的是铂电阻和铜电阻，的是铂电阻和铜电阻，也有镍电阻、铟电阻、也有镍电阻、铟电阻、锰电阻及碳电阻等用于锰电阻及碳电阻等用于低温及超低温测量。低温及超低温测量。电阻温度系数大，电阻率大；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；在测温范围内物理化学性能稳定；温度特性的线性度好。温度特性的线性度好。作为工业用热电阻的材料要求：作为工业用热电阻的材料要求：第31页，共89页，编辑于2022年，星期一 电阻温度关系：电阻温度关系：R t=R0(1+At+Bt2)铂电阻有两种分度号：铂电阻有两种分度号：Pt10,Pt1001.铂电阻铂电阻 铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际现性好、精度高。被国际电工委员会电工委员会规定为规定为-259+630 间的基准器，但线性度稍差，常用于间的基准器，但线性度稍差，常用于-200+500 温度测量。温度测量。第32页，共89页，编辑于2022年，星期一2.铜电阻铜电阻 铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，常用于常用于-50+100 温度测量。铜电阻有两种分度号：温度测量。铜电阻有两种分度号：Cu50，Cu100。电阻温度关系：。电阻温度关系：R t=R0(1+t)(-50150)第33页，共89页，编辑于2022年，星期一普通热电阻结构普通热电阻结构热热电电阻阻的的结结构构型型式式常常见见有有普普通通型型热热电电阻阻、铠铠装装热热电电阻阻。其其结结构构是是，以以云云母母片片或或石石英英玻玻璃璃柱柱作作骨骨架架，将将金金属属丝丝用用双双线线法法绕绕在在骨骨架架上上，以以消消除除电电感感。此此外外，还还有薄膜型热电阻。有薄膜型热电阻。第34页，共89页，编辑于2022年，星期一3.热电阻的三线制接法热电阻的三线制接法 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法。来较大误差，必须用三线接法。题目：热电阻的两线制接法、三线制接法、四线题目：热电阻的两线制接法、三线制接法、四线制接法？它们各自的优缺点。制接法？它们各自的优缺点。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2第35页，共89页，编辑于2022年，星期一电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻必须电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻必须用三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影用三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。响。测量仪表测量仪表R tRtR3rrrR1R2第36页，共89页，编辑于2022年，星期一 1.1.4 热敏电阻热敏电阻 半导体材料的电阻值具有半导体材料的电阻值具有负温度负温度系数，可以作温度传感系数，可以作温度传感元件，特点是：元件，特点是：温度()1081061041021001601208040电阻()负温度系数热敏电阻特性负温度系数热敏电阻特性 电阻率大电阻率大电阻体积小，响应快；电阻体积小，响应快；温度系数大温度系数大灵敏度灵敏度高；高；非线性严重非线性严重影响精度。影响精度。温度特性分散温度特性分散互换性差互换性差 第37页，共89页，编辑于2022年，星期一1.1.5 温度变送器温度变送器 检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号，如热电偶、标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成标准信号输出。热电阻的输出信号转换成标准信号输出。数字控制系统的信号标准有：数字控制系统的信号标准有：FF协议、协议、HART协议等协议等 模拟控制系统的信号标准是：模拟控制系统的信号标准是：型：型：010mA、010V III型：型：420mA、15V第38页，共89页，编辑于2022年，星期一2.2.6.1模拟式温度变送器模拟式温度变送器 模拟式温度变送器有多个模拟式温度变送器有多个品种、规格，以配合不同的传品种、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需要，但感元件和不同的量程需要，但结构基本相同。结构基本相同。-+电量电量传感元件传感元件被测温度被测温度输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路输出电流输出电流图图2.24 温度变送器原理框图温度变送器原理框图E1第39页，共89页，编辑于2022年，星期一 下面具体分析各环节的工作原理。下面具体分析各环节的工作原理。1输入电路输入电路 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。和测量零点的调整。Ei=Et+VRcu VR4冷端补偿设计：冷端补偿设计：VRcut0=E(t0,0)Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿第40页，共89页，编辑于2022年，星期一Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿Ei=Et+VRcuVR4 =Et+VRcut0+VRcu0 VR4 调调R4实现实现量程调整。量程调整。冷端补偿：冷端补偿：VRcut0=E(t0,0)VRcut0t 0度时度时Rcu上压降增量上压降增量VRcu0 0度时度时Rcu上压降，上压降，标准标准热电势热电势零点零点调整调整第41页，共89页，编辑于2022年，星期一 大幅度的零点调整叫大幅度的零点调整叫零点迁移零点迁移。实用价值是：。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在总在5001000之间变化。如果仪表测量范围在之间变化。如果仪表测量范围在0 1800之间，则之间，则500以下、以下、1000以上的测量区域属于以上的测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在配合量程调整，使仪表的测量范围在5001000之间，之间，可提高测量精度。可提高测量精度。Ei=Et+VRcut0+VRcu0 VR4零点调整零点调整第42页，共89页，编辑于2022年，星期一180050018000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/204442020 a.未迁移未迁移 b.零点正向迁移零点正向迁移 c.零点正向迁移零点正向迁移 且缩小量程且缩小量程图图2.26 温度变送器的零点迁移和量程调整温度变送器的零点迁移和量程调整第43页，共89页，编辑于2022年，星期一 RP1为为零零点点迁迁移移电电位位器器，RP2为为量量程程迁迁移移电电位位器器，改改变变RP2，可可改改变变反反馈馈电电压压Vf的的分分压压比比，即即改改变变反反馈馈强强度，因而改变整个变送器的量程。度，因而改变整个变送器的量程。差动输入：差动输入：实际输入电路实际输入电路 Et+VRCU IC2+VRP1+VRP2 IC2-Et调调RP1、RP2互相互相影响。影响。第44页，共89页，编辑于2022年，星期一2、放大电路放大电路 由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，放大电路必放大电路必须是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗干扰措施。须是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗干扰措施。因为测量元件和连接导线在现场很容易引入干扰。例如用因为测量元件和连接导线在现场很容易引入干扰。例如用热电偶测量电炉温度时：热电偶测量电炉温度时：eAB耐火砖的漏电耐火砖的漏电阻、漏电容阻、漏电容如果不接地，如果不接地，则则e AB=0第45页，共89页，编辑于2022年，星期一3、反馈电路反馈电路 在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能。在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。络来实现。IoEt-+Et热电偶热电偶被测温度被测温度T输入电路输入电路放大电路放大电路非线性反馈非线性反馈输出电流输出电流IoTIoVfT第46页，共89页，编辑于2022年，星期一实际反馈电路实际反馈电路IC1及及非非线线性性反反馈馈构构成成的的线线性性化化修修正正电电路路，将将Vf转转换换为为电电压压Vf后后，反反馈馈到到IC2的反相输入端。的反相输入端。经经Tf隔隔离离，经经整整流流、滤滤波波，在在Rf、Cf 上上得得到到与与IO成成正正比的直流反馈电压比的直流反馈电压Vf第47页，共89页，编辑于2022年，星期一电源电源变变送送器器的的供供电电电电源源是是+24V。为为了了提提高高变变送送器器的的抗抗共共模模干干扰扰能能力力和和有有利利于于安安全全防防爆爆，放放大大器器需需要要在在电电路路上与电源隔离。上与电源隔离。为为此此，24V直直流流电电源源经经调调制制解解调调后后，获获得得9V的的直直流流电电压压供供给给运运算算放放大大器。器。第48页，共89页，编辑于2022年，星期一4、DDZ-III型热电偶温度变送器的实际线路（简图）型热电偶温度变送器的实际线路（简图）Et反馈反馈反馈反馈放大电路放大电路 电源电源输入电路输入电路输出电路输出电路第49页，共89页，编辑于2022年，星期一 近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体化温度近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体化温度变送器，它将传感元件与测量电路一体化，电路高度集成，变送器，它将传感元件与测量电路一体化，电路高度集成，自带冷端补偿功能，自带冷端补偿功能，24VDC供电。供电。第50页，共89页，编辑于2022年，星期一2.2.6.2智能温度变送器智能温度变送器 智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪表。智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而且可以通可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而且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。系统和现场总线控制系统。第51页，共89页，编辑于2022年，星期一总结 温度检测与变送-分类类型型式原理测温范围()准确度()特点常用种类接触式膨胀式膨胀-2006500.15结构简单，响应速度慢，适于就地测量汞温度计双金属式温度计压力表式压力-206000.55具有防爆能力，响应速度慢，测量精度低，适于远距离传送液体压力温度计蒸汽压力温度计热电阻热阻效应-2008500.015响应速度较快，测量精度高，适于低、中温度测量，输出信号能远距离传送铂电阻温度计铜电阻温度计热敏电阻温度计热电偶热电效应-2001800210响应速度快，测量精度高，线性度差，适于中、高温度测量，输出信号能远距离传送N型、K型、E型、J型、T型、B型等非接触式辐射式热辐射1003000120响应速度快，线性度差，适于中、高温度测量，测量精度易受环境影响辐射温度计光电高温计红外测温计第52页，共89页，编辑于2022年，星期一压力：均匀垂直作用在单位面积上的力。绝对压力绝对压力P P:物体所承受的实际压力物体所承受的实际压力绝对真空绝对真空 Po=0Po=0环境大气压力环境大气压力PatmPatm真空度：大气压力与低于大气压时的绝对压力之差。Pv-Patm0高压侧-“正压”侧低压侧-“负压”侧1.2 压力检测与变送-概念第53页，共89页，编辑于2022年，星期一帕斯卡：-1N力垂直作用在力垂直作用在1m2面积上所形成的压力。面积上所形成的压力。工程大气压：1.2 压力检测与变送-概念第54页，共89页，编辑于2022年，星期一(1)弹性式压力检测原理原理：根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测压力：根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量。转换成位移来实现测量。要求要求：结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广（：结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广（0.98Pa-0.98Pa-100MPa100MPa）、能远距离传送信号。能远距离传送信号。薄膜式薄膜式弹簧管式弹簧管式波纹管式波纹管式微压和低压的微压和低压的测量。测量。高压、中压或真空高压、中压或真空度测量。度测量。1.2 压力检测与变送-分类第55页，共89页，编辑于2022年，星期一弹簧管式弹簧管式 薄膜式薄膜式 波纹管式波纹管式 1.2 压力检测与变送-分类(1)弹性式压力检测第56页，共89页，编辑于2022年，星期一 被测压力为负压时，截面变扁，a变大，b变小；不锈钢、磷青铜的弹簧管刚性大，用来测高温；黄铜的弹簧管刚性小，可用以测低压；测量范围：0-0.006Mpa，0-1000MpaA A端与被测压力介质导通，端与被测压力介质导通，B B封闭为自由封闭为自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。端。弹簧管内空，呈椭圆形。被测压力为正压时，弹簧管截面椭圆变为圆形，a减小，b增大，自由端产生位移，位移与压力呈正比。原始 越大，b越短，同样压力下的角位移 越大，仪表灵敏度越高。1.2 压力检测与变送-分类(1)弹性式压力检测-单弹簧管 第57页，共89页，编辑于2022年，星期一(2)(2)电气式压力检测电气式压力检测原理：将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量变化，将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量变化，实现压力间接测量。实现压力间接测量。特点：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲击。适用：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。于快速变化，脉动电压及超高压场合。1.2 压力检测与变送-分类压电式压电式:利用晶体的压电效应。利用晶体的压电效应。电阻式电阻式:将被测压力转换为电阻的变化量将被测压力转换为电阻的变化量.第58页，共89页，编辑于2022年，星期一1.2 压力检测与变送-压力变送器第59页，共89页，编辑于2022年，星期一1.2 压力检测与变送-压力变送器第60页，共89页，编辑于2022年，星期一压力、负压、绝对压力、差压1.被测压力种类：温度、粘度、腐蚀性、易燃、易爆2.被测介质物理、化学性质：被测介质状态：气体、液体、固体、气固、气液、固液就地记录、指示；远传；校验标准3.测压目的：1.2 压力检测与变送-压力表选型4.测压变化范围，确定量程：为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；稳定时，最大压力值不超过满量程的稳定时，最大压力值不超过满量程的2/32/3；波动较大时，最大压力值不超过满量程的波动较大时，最大压力值不超过满量程的1/21/2；最小压力值不低于满量程的最小压力值不低于满量程的1/31/3；第61页，共89页，编辑于2022年，星期一瞬时流量瞬时流量：单位时间内流过管道横截面的流体数量。：单位时间内流过管道横截面的流体数量。体积流量体积流量：流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qv=vA（l/h）质量流量质量流量:流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qm=vA(kg/h)管道中某一截面的流速截面积流体密度积累流量积累流量:某一时间段某一时间段内流过管道横截面的流内流过管道横截面的流体总和。体总和。流量计计量表1.3 流量检测与变送-概念第62页，共89页，编辑于2022年，星期一1.3 流量检测与变送-分类体积流量检测法 质量流量检测法 容积法:单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地测量，以排出流体固定容积数来计算流量。速度法:流体平均流速乘以管道截面积 直接法 间接法:体积流量乘以流体的密度自动计算得到 第63页，共89页，编辑于2022年，星期一原理：通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。1.3 流量检测与变送-容积式流量计第64页，共89页，编辑于2022年，星期一原理：利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。(1)(1)叶轮式叶轮式(2)(2)涡轮式涡轮式涡轮涡轮叶片叶片永磁永磁铁铁脉冲脉冲流量。流量。水轮发电机组水轮发电机组叶轮叶轮齿轮齿轮减速器减速器指针；指针；水表；精度在水表；精度在2级左右。级左右。1.3 流量检测与变送-速度式流量计第65页，共89页，编辑于2022年，星期一流体以流体以v1流动，流动，静压力为静压力为p1流经孔