《化工仪表及自动化》第3章2.ppt

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1、第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表l一、概论一、概论液位液位 料位料位 界面界面液位计液位计 料位计料位计 界面计界面计直读式物位仪表直读式物位仪表 差压式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表表表3-5 各种物位测量仪表的特性（各种物位测量仪表的特性（P66）l二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器图图3-37 3-37 差压液位变送器原理图差压液位变送器原理图图图3-38 3-38 压力表式液位计压力表式液位计ppgHpp21将差压变送器的一端接液相

2、，另一端接气相将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此因此gHppp21敞口容器敞口容器gHp01211pgHghp0222pghpghghgHpp2221121ghhgHp2121图图3-39 3-39 负迁移示意图负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，一般来说在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力实际应用中，正、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为则则 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点都是使变送器输出的起始值与被测量起始点( (可能为零，也可可能为零，也可能不为零能不为零) )相对应。相对应。 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它

3、不改同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。变量程的大小。图图3-40 3-40 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-41 3-41 正迁移示意图正迁移示意图 某差压变送器的测量范围为某差压变送器的测量范围为0 05000Pa5000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到5000Pa5000Pa时，时，变送器的输出将由变送器的输出将由4mA4mA变化到变化到20mA20mA，这是无迁移的情况，如图，这是无迁移的情况，如图3-403-40中曲线中曲线a a所示。负迁移如曲线所示。负迁移如曲线b b所示，正迁移如曲线所示，正迁移如曲线c c所示。所示。 图图3-

4、42 3-42 法兰式差压变送器测量液位示意图法兰式差压变送器测量液位示意图11法兰式测量头；法兰式测量头；22毛细管；毛细管；33变送器变送器 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。法兰式差压变送器，如下图所示。 l三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器dDLCln2图图3-43 3-43 电容器的组成电容器的

5、组成11内电极；内电极；22外电极外电极 通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。不同液体的分界面。 dDLCln200dDHLdDHCln2ln2011内电极；内电极；22外外电极；电极；33绝缘套；绝缘套；44流通小孔流通小孔 当液位为零时，仪表调整零点，其当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为零点的电容为 HKdDHCCCiXln200非导电介质液位测量非导电介质液位测量当液位上升为当液位上升为H时，电容量变为时，电容量变为电容量的变化为电容量的变化为导电液体液位测量导电液体液位测量1-内电极；内电极；2-绝缘

6、套管；绝缘套管；3-容器容器 内电极为直径内电极为直径为为d的不锈钢或紫铜的不锈钢或紫铜棒。棒。 外套聚四氟乙外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘层。以搪瓷绝缘层。 当被测液体的当被测液体的液面上升时，引起液面上升时，引起棒状电极与导电液棒状电极与导电液体之间的电容变大。体之间的电容变大。 导电介质液位测量导电介质液位测量当液位高当液位高H=0时，传感时，传感器的起始电容为器的起始电容为C0：)d/Dln(L2C0000等效介电系数。等效介电系数。 0绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数当液位高为当液位高为H 时，电容传感时，电容传感器的电容量器的电容量C

7、为：为：)/ln()(2)/ln(200dDHLdDHC 上两式相减，便得液位高为上两式相减，便得液位高为H 的的电容变化量电容变化量Cx：)/ln(2)/ln(2000dDHdDHCCCx 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易间磨损较大，容易“滞留滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。两极来测量非导电固体料位。dDHCXln2011金属电极棒；金属电极棒；22容器壁容器壁 左图所示为用金属电极棒插入容器左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。

8、来测量料位的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为图图3-47 3-47 料位检测料位检测 电容物位计的传电容物位计的传感部分结构简单、感部分结构简单、使用方便。使用方便。 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。应注意介质浓度、温度变化时，其应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。介电系数也要发生变化这种情况。l四、核辐射物位计四、核辐射物位计HeII0 射线的透射强度随着射线的透射强度随着，具体关系式如下：具体关系式如下：图图3-48 3-48 核辐射物位计示意图核辐射物位计示意图11辐射源；辐射源；22接受器接受器 适用于高温、高压

9、容器、强腐蚀、适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可以测量高温融熔金属的液位。 可在高温、烟雾等环境下工作。可在高温、烟雾等环境下工作。 但由于放射线对人体有害，使用但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。范围受到一些限制。l五、磁致伸缩式液位计五、磁致伸缩式液位计l六、光线液位计六、光线液位计l七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪 八、投入式液位计八、投入式液位计 投入式液位计的突出优点是安装投入式液位计的突出优点是安装使用方便，只需将量程合

10、适的投入式液使用方便，只需将量程合适的投入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，并位计从敞口容器顶部投入到液体中，并经零点调整、量程调整和电缆固定即可，经零点调整、量程调整和电缆固定即可，一般不存在零点迁移问题。一般不存在零点迁移问题。 不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量。不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量。 九、磁翻转式液位计九、磁翻转式液位计 磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭容器内的液位。容器内的液位。UNS(UGS)UNS(UGS)系列彩色石英管液位计：系列彩色石英管液位计：十、浮球式液位开关十、浮球式液位

11、开关 超声波物位计是采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波物位计是采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度成比例的关系来求得物位高度。成比例的关系来求得物位高度。气介式超声波物位计气介式超声波物位计 单探头气介式单探头气介式超声波物位计如右超声波物位计如右图。用计时器测出图。用计时器测出超声波来回所经历超声波来回所经历的时间的时间t t，即可求得，即可求得物位高度为：物位高度为：20vtHH液介式超声波液位计液介式超声波液位计第五节

12、第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表l一、温度检测方法一、温度检测方法 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。同而变化的特性来加以间接测量。 高温计、温度计高温计、温度计标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式接触式与非接触式 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体

13、 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80 -80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30 -30 600600-20 -20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电

14、偶偶铂铑铂铑- -铂铂镍铬镍铬- -镍镍硅硅镍铬镍铬- -考考铜铜0 0 16001600-50 -50 10001000-50 -50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200 -200 600600 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式

15、测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 图图3-52 3-52 双金属片双金属片图图3-53 3

16、-53 双金属温度信号器双金属温度信号器11双金属片；双金属片；22调节螺钉；调节螺钉；33绝缘子；绝缘子；44信号灯信号灯 膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受基于物体受热时体积膨胀热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。11传动机构；传动机构；22刻度盘；刻度盘； 33指针；指针；44弹簧管；弹簧管；55连连杆；杆；66接头；接头；77毛细管；毛细管；88温包；温包；99工作物质工作物质 应用压力随应用压力随温度的变化来测温度的变化来测温的仪表叫温的仪表叫。 是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。 红外线辐射温度计红外线辐射温度计用于食品温度测量

17、用于食品温度测量红外线辐射温度计在非接触测温中的应用红外线辐射温度计在非接触测温中的应用耳温仪耳温仪红外线辐射温度计用于人体额温测量 红外线辐射温度计在非接触温红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用度测量中的应用集成集成IC 温度测量温度测量 利用红色激光瞄准被利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）测物（冷藏牛奶和面食） 利用红利用红色激光瞄准色激光瞄准被测物（电被测物（电控柜、天花控柜、天花板内的布线板内的布线层）层）温度温度 采集系统采集系统钢铁工业解决方案钢铁工业解决方案汽车检测与维护汽车检测与维护 供热、通风及制冷行业应用供热、通风及制冷行业应用 水泥回转窑筒体扫描温度测量系统水泥

18、回转窑筒体扫描温度测量系统 玻璃加工制造玻璃加工制造 电气系统故障诊断电气系统故障诊断 便携式产品便携式产品 在线式产品在线式产品 空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具l二、热电偶温度计二、热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。图图3-55 3-55 热电偶温度计测温系统示意图热电偶温度计测温系统示意图11热电偶；热电偶；22导线；导线；33测量仪表测量仪表图图3-56 3-56 热电偶示意图热电偶示意图先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原

19、理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端） 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端） 热电极热电极B B热电势热电势AB图图3-57 3-57 热电现象热电现象图图3-58 3-58 接触电势形成的过程接触电势形成的过程图图3-59 3-59 热电偶原理及电路图热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或 如果组成热电偶回路的两种导体材料相同

20、，则无如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。生的热电势是不同的。 011teteteteEBACBBCABt 001

21、1teteteteABBACBBC 利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。测量热电势的数值，见下图。 0teteEABABt图（图（a a）总的热电势）总的热电势由于由于将上式合并可得将上式合并可得 0teteEABABt 0000000teteteteteteCABCABCABCAB说明：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。保证引入线两端的温度相同。 故故得得 00tetet

22、eECABCABt图（图（b b）总的热电势）总的热电势（3 3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类 温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而 且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系； 物理稳定性要高；物理稳定性要高； 化学稳定性要高；化学稳定性要高； 材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。保证良好的互换性。 热电偶名称热电偶名称代代号号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新旧旧正

23、热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铁铁- -铜镍铜镍铜铜- -铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2- - -CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-20

24、13001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？热电偶的分度表热电偶的分度表（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒材材 料料工作温度工作温度/橡皮、绝缘漆橡皮、绝缘漆珐琅珐琅 玻璃管玻璃管石英管石英管瓷管瓷管纯氧

25、化铝管纯氧化铝管 80 150 500120014001700表表3-8 3-8 常用绝缘材料常用绝缘材料表表3-9 3-9 常用保护套管常用保护套管材材 料料工作温度工作温度/无缝钢管无缝钢管不锈钢管不锈钢管石英管石英管瓷管瓷管Al2O3陶瓷管陶瓷管 600100012001400 1900以上以上 铠装热电偶铠装热电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。 优点：反应速度快、使用方便、可弯优点：反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好

26、、不怕振、耐高压等。曲、气密性好、不怕振、耐高压等。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。 优点：反应速度极快、热惯性极小。优点：反应速度极快、热惯性极小。 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。测量高温熔融物体一种专用热电偶。图图3-62 3-62 补偿导线接线图补偿导线接线图 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种它也是由两种不同性质的金属材不同性质的金属材料制

27、成，在一定温料制成，在一定温度范围内（度范围内（0 0100100）与所连接）与所连接的热电偶具有相同的热电偶具有相同的热电特性，其材的热电特性，其材料又是廉价金属。料又是廉价金属。见左图。见左图。 热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100，冷端，冷端为为00时的标准热电势时的标准热电势/mV/mV正极正极负极负极材料材料颜颜色色材料材料颜色颜色铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜铜红红红红红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍绿绿蓝蓝棕棕白白0.6450.0370.0374.0954.0950.1050.1

28、056.3176.3170.1700.1704.2774.2770.0470.047表表3-10 3-10 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为称为。一般采用下述几种方法。一般采用下述几种方法。（1 1）冷端温度保持为）冷端温度保持为的方法的方法0 ,0 ,11tEttEtE 某一设备的实际温度为某一设备的实际温度为t，其冷端温度为，其冷端温

29、度为t1 1，这时测得的热，这时测得的热电势为电势为E（t，t1）。为求得实际。为求得实际t 的温度，可利用下式进行修的温度，可利用下式进行修正，即正，即 由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势E（t，t1）加上热端为室温加上热端为室温t冷端为冷端为00时的热电偶的热电势时的热电偶的热电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热电势，才能得到实际温度下的热电势E（t，0）。 （2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法VE18010 ,30例例6 6 用镍铬用镍铬- -铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的

30、热电势E（t，t1）66982V，而自由端的温度，而自由端的温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。 解解: :由附录三可以查得由附录三可以查得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则则再查附录三可以查得再查附录三可以查得68783V68783V对应的温度为对应的温度为900900。 由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电势对应的温度值加上自由

31、端的温度，并不等于实际的被测温度。势对应的温度值加上自由端的温度，并不等于实际的被测温度。 譬如在上例中，测得的热电势为譬如在上例中，测得的热电势为66982V66982V，由附录三可查得对应温度为，由附录三可查得对应温度为876.6876.6，如果再加上自由端温度，如果再加上自由端温度3030，则为，则为906.6906.6，这与实际被测温度有，这与实际被测温度有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。 （3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不若采用测温元

32、件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。只能在测温要求不太高的场合下应用。（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。变化而引起的热电势变化值。 （5 5）补偿热电偶法）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。用多支热电偶而配用一台测温仪表。 l三、热电阻温

33、度计三、热电阻温度计 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。温度的测量较为适宜。 图图3-66 3-66 热电阻温度计热电阻温度计010ttRRtt 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式系如下式 tRRRRtttt00 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）

34、来进行温度测量的。（电阻温度效应）来进行温度测量的。 电阻温度系数、电阻率要大；电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小；热容量要小； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。 3201CtBtAtRRt（1 1）铂电阻）铂电阻在在0 0650650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为的温度范围内，铂电阻与温度的关系为 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R010，对应分，对应分度号为度号为Pt10。另一种是。另一种是R

35、0100，对应分度号为，对应分度号为Pt100。 在在200 0范围内，铂的电阻温度关系为范围内，铂的电阻温度关系为Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 附表附表 Pt100热电阻分度表热电阻分度表（2 2）铜电阻）铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50-50+150+150内，具有很好的稳定性。内，具有很好的稳定性。 CttRRt/1025.41300 在在-50-50+150+150的范围内，铜电阻与温度的关系是

36、线性的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的，对应的分度号为分度号为Cu10。另一种是。另一种是R0100，对应的分度号为，对应的分度号为Cu100。附表附表 CuCu5050和和CuCu100100分度表分度表 主要由电阻体、保护套管和主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。接线盒等主要部件所组成。图图3-65 3-65 热电阻的支架形状热电阻的支架形状( (已绕电阻丝已绕电阻丝) ) 将电阻体预先拉制成型并与将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。绝缘材料和保护套管连成一体。 将热电

37、阻材料通过真空镀膜将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。法，直接蒸镀到绝缘基底上。4 4 热电阻的应用热电阻的应用 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 热电阻与测量电桥连接有二线制、三线制和四线制三种。热电阻与测量电桥连接有二线制、三线制和四线制三种。热电阻测温电桥的二线制接法热电阻测温电桥的二线制接法 在使用热电阻测温时，应注意如下问题：在使用热电阻测温时，应注意如下问题： 应根据测温范围及被测温度场气氛等因素选择热电阻的类型和规格应根据测温范围及被测温度场气氛等因素选择热电阻的类型和规格参数；参数； 安装地点应避开加热源和炉门；安装地点应避开加热源和炉门； 热

38、电阻最好垂直安装；热电阻最好垂直安装； 热电阻的插入深度应大于其保护套管外径的热电阻的插入深度应大于其保护套管外径的8 81010倍；倍； 使用中应保持电阻丝与保护套管之间具有良好的绝缘。使用中应保持电阻丝与保护套管之间具有良好的绝缘。热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 四、温度变送器四、温度变送器作用作用: :将来自热电将来自热电偶偶或热电阻的温度信号转换为统或热电阻的温度信号转换为统 一标准的信号一标准的信号(4(4 20mADC20mADC或或1 1 5VDC5VDC) )，以实，以实 现对温度的显示、记录或自动控制。现对温度的显示、记录或自动控制。分类：分类：变送器变

39、送器有有两线制两线制和和四线制四线制之分之分，主要讨论主要讨论四线制四线制 变送器变送器。有两有两个品种：个品种：直流毫伏变送器、热电偶直流毫伏变送器、热电偶 温度变送器、热电阻温度变送器温度变送器、热电阻温度变送器。温度变送器温度变送器显示、记录或控制显示、记录或控制电源电源热电阻热电阻热电偶热电偶毫伏信号毫伏信号420mADC或15VDC电阻或mV24VDC结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。 图图3-69 3-69 热电偶温度变送器的结构方框图热电偶温度变送器的结构方框图电动温度变送器电动温度变送器 冷端温度补偿、调整零点。冷端温度补偿、调整零点。

40、 在在DDZ-型的温度变送器中，在温度变送器中的反馈回路加入线型的温度变送器中，在温度变送器中的反馈回路加入线性化电路。性化电路。 结构分为输入电桥、结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。放大电路及反馈电路。 Irl五、一体化温度变送器五、一体化温度变送器 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。用接线盒内的一种温度变送器。 测温元件和变送器模块测温元件和变送器模块AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等-20-20+80+80 输出输出/ /输入关系输入关系110WCutiRRKIKEKUIl六、智能式温

41、度变送器六、智能式温度变送器 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻；质量轻； 安装维护方便。安装维护方便。 由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。l七、测温元件的安装七、测温元件的安装（1 1）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量 误差。见图误差。见图3-763-76。 （2 2）测温元件的感温点应处于管道中流

42、速最大处。）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。 （3 3）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。见图）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。见图3-773-77。 图图3-76 3-76 测温元件安装示意图之一测温元件安装示意图之一图图3-77 3-77 测温元件安装示意图之二测温元件安装示意图之二（4 4）若工艺管道过小（直径小于）若工艺管道过小（直径小于8080mm），安装测温元件处应接），安装测温元件处应接 装扩大管，如图装扩大管，如图3-783-78所示。所示。 （5 5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以

43、避免雨水或其他液体、脏 物进入接线盒中影响测量，如图物进入接线盒中影响测量，如图3-793-79所示。所示。 （6 6）为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。）为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。 （7 7）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空 气进入，使读数降低。气进入，使读数降低。 图图3-78 3-78 小工艺管道上测温元件安装示意图小工艺管道上测温元件安装示意图图图3-79 3-79 热电偶或热电阻安装示意图热电偶或热电阻安装示意图铠装式热电偶铠装式热电偶法兰式法兰式

44、 （1 1）按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注）按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意热电偶的正、负极与补偿导线的正、负极相连接，意热电偶的正、负极与补偿导线的正、负极相连接，不要接错。不要接错。 （2 2）热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的要求。）热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的要求。 （3 3）为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤，）为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤，应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板。应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板。 （6 6）补偿导线不应有中间接头，否则应加装接线盒。另外，）补偿导线不应有中间接头，否则应加装接线盒

45、。另外，最好与其他导线分开敷设。最好与其他导线分开敷设。 （5 5）导线应尽量避开交流动力电线。）导线应尽量避开交流动力电线。 （4 4）导线应尽量避免有接头。应有良好的绝缘。禁止与交）导线应尽量避免有接头。应有良好的绝缘。禁止与交流输电线合用一根穿线管，以免引起感应。流输电线合用一根穿线管，以免引起感应。 第六节第六节 现代检测技术与传感器的发展现代检测技术与传感器的发展l一、软测量技术的发展一、软测量技术的发展 沿袭传统的检测技术发展思路，通过研制新型的过程测量仪表，以沿袭传统的检测技术发展思路，通过研制新型的过程测量仪表，以硬件形式实现过程参数的直接在线测量；硬件形式实现过程参数的直接在

46、线测量； 采用间接测量的思路，利用易于获取的其他测量信息，通过计算来采用间接测量的思路，利用易于获取的其他测量信息，通过计算来实现被检测量的估计。（实现被检测量的估计。（* *） 依据易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量之间的数学关系，依据易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量之间的数学关系，通过各种数学计算和估计方法，实现对待测过程变量的测量。通过各种数学计算和估计方法，实现对待测过程变量的测量。 l二、现代传感器技术的发展二、现代传感器技术的发展1.1.新材料、新功能新材料、新功能的开发，新加工技的开发，新加工技术的使用；术的使用；2.2.多维、多功能化多维、多功能化的传感器的传感器

47、; ;3.3.微型化、集成化、微型化、集成化、数值化和智能化数值化和智能化; ;4.4.新型网络传感器新型网络传感器的发展。的发展。图图3-80 3-80 网络传感器连接图网络传感器连接图能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累 积的仪表。积的仪表。 显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和各种测各种测量元件或变送单元量元件或变送单元配套使用；又能与配套使用；又能与控制单元控制单元配套使用，配套使用， 模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表第七节第七节 显示仪表显示仪表 模拟显

48、示的模拟显示的特点特点：直观直观光柱也属于模拟显示光柱也属于模拟显示光柱显示的特点：光柱显示的特点： 一目了然一目了然数字式仪表数字式仪表数字式仪表的特点：的特点：准准确，但最后确，但最后一位经常跳一位经常跳动不止。动不止。热敏电阻热敏电阻 LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。 LED、LCD的特点： 图像显示 特点特点:能显能显示复杂的图示复杂的图形和曲线，形和曲线，但价格昂贵。但价格昂贵。带带RS-232接口的万用表及图像显示接口的万用表及图像显示特点特点:能在能在计算机中计算机中存储测量存储测量到的波形到的波形及数据，及数据，可随时重可随时重放，价格放，价格适

49、中。适中。有纸记录仪有纸记录仪 主要用主要用来记录被检来记录被检测对象的动测对象的动态变化过程。态变化过程。无纸记录仪无纸记录仪 主要用来主要用来记录和存储被记录和存储被检测对象的动检测对象的动态变化过程。态变化过程。数据处理装置数据处理装置 数据处数据处理装置理装置主要主要是指计算机，是指计算机，将复杂的系将复杂的系统用到频谱统用到频谱分析仪。分析仪。数字式显示仪表分类图数字式显示仪表分类图一、数字式显示仪表一、数字式显示仪表数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成l二、无笔、无纸记录仪二、无笔、无纸记录仪 以以CPUCPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。 图图3-86 3-86 无笔、无纸记录仪的原理方框图无笔、无纸记录仪的原理方框图l二、虚拟显示仪表二、虚拟显示仪表 比较简单，仅由原有意义上的采样、模数转换电路比较简单，仅由原有意义上的采样、模数转换电路通过输入通道插卡插入计算机即可。通过输入通道插卡插入计算机即可。 在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表。在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表。