化工仪表及自动化优秀课件.ppt

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1、化工仪表及自动化课件第1页，本讲稿共24页热热端端温温度度为为t t，冷冷端端温温度度为为t tc c，显显然然冷冷端端温温度度难难以以实实现现恒恒定，定，怎么办怎么办？冷端的延伸ttcAB生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB可以把热电偶做得很长，一直可以把热电偶做得很长，一直到控制室到控制室把冷端温度延伸到控制室，变为把冷端温度延伸到控制室，变为t t0 0，恒定，恒定t t0 0比较容易比较容易此时，测得的热电势为此时，测得的热电势为但热电偶一般为但热电偶一般为贵重的金属贵重的金属，不妥，不妥第2页，本讲稿共24页DC补偿导线冷端的延伸ttcA B生产现场生产现场t0毫伏计恒温环

2、境恒温环境AB如如果果选选用用一一组组较较廉廉价价的的材材料料（C C、D D），且且CDCD在在一一定定温温度度范范围围内内所所产产生生的的热热电电势势与与热热电电偶偶ABAB在在同同一一温温度度范范围围内内所所产产生生的的热热电电势势相等相等，就可以，就可以用用CDCD来替代来替代ABAB的延伸段的延伸段CDCD即为热电偶即为热电偶ABAB的的补偿导线补偿导线第3页，本讲稿共24页通常通常CD采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成一一般般在在0100范范围围内内要要求求补补偿偿导导线线要要与与被被补补偿偿的的热热电电偶偶具具有有几乎完全相同

3、的热电性质几乎完全相同的热电性质特点特点：不同热电偶补偿导线不同不同热电偶补偿导线不同型号型号 同一热电偶两根补偿导线不同同一热电偶两根补偿导线不同极性极性补偿导线选择和使用补偿导线选择和使用：要和热电偶的要和热电偶的型号型号相匹配相匹配 注意注意极性极性不能接错不能接错 热电偶与补偿导线连接处的温度一般热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于不能高于100100 第4页，本讲稿共24页5 5 5 5、热电偶冷端温度的处理、热电偶冷端温度的处理、热电偶冷端温度的处理、热电偶冷端温度的处理中中间间导导体定律体定律拆拆开开冷冷端端，串串入入“毫毫伏伏计计”，可可以以测测量量热电势，而不影响总的热电

4、势热电势，而不影响总的热电势等等值值替替代定律代定律利利用用补补偿偿导导线线来来延延伸伸冷冷端端，是是把把热热电电偶偶的的冷冷端端从从温温度度较较高高和和不不稳稳定定的的现现场场延延伸伸到到温温度度较较低低和和比比较较稳稳定定的的操操作作室室内内第5页，本讲稿共24页、校正仪表零点法校正仪表零点法仪表显示仪表显示E(t,0)E(t,0)测量值测量值仪表输入仪表输入E(t,tE(t,t1 1)命令命令仪表显示仪表显示E(t,tE(t,t1 1)调整仪表零点（机械零点）调整仪表零点（机械零点）预先将指针预先将指针调整到室温的数值（冷端温度）调整到室温的数值（冷端温度）t t1 1方法简单，常用方法

5、简单，常用但室温但室温（冷端温度）（冷端温度）变化变化误差误差用于要求不太高的场合用于要求不太高的场合第6页，本讲稿共24页、电桥补偿法、电桥补偿法、电桥补偿法、电桥补偿法仪仪仪仪表表表表中中中中最最最最常常常常用用用用的的的的一一一一种种种种处处处处理理理理方方方方法法法法，它它它它利利利利用用用用不不不不平平平平衡衡衡衡电电电电桥桥桥桥产产产产生生生生的的的的电压来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化电压来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化电压来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化电压来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化t+RcuER1R2R3+ab+第

6、7页，本讲稿共24页t+RcuER1R2R3+ab+电电电电桥桥桥桥由由由由R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3（均均均均为为为为锰锰锰锰铜铜铜铜电电电电阻阻阻阻）和和和和R R R RCuCuCuCu（热热热热敏铜电阻）组成敏铜电阻）组成敏铜电阻）组成敏铜电阻）组成在在在在设设设设计计计计的的的的冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度（例例例例如如如如t t t t0 0 0 00000）时时时时，满满满满足足足足R R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2，R R R R3 3 3 3R R R RCuCuCuCu，这这这这时时时时

7、电电电电桥桥桥桥平平平平衡衡衡衡，无无无无电电电电压压压压输输输输出出出出，即即即即U U U Uabababab=0=0=0=0，回回回回路路路路中中中中的的的的输输输输出出出出电电电电势就是热电偶产生的热电势势就是热电偶产生的热电势势就是热电偶产生的热电势势就是热电偶产生的热电势当当当当冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度由由由由t t t t0 0 0 0变变变变化化化化到到到到t t t t 0 0 0 0时时时时，不不不不妨妨妨妨设设设设t t t t 0 0 0 0 tttt0 0 0 0，热热热热电电电电偶偶偶偶输输输输出出出出的的的的热热热热电电电电势势势势减减减减小小小小，但但但

8、但电电电电桥桥桥桥中中中中R R R RCuCuCuCu随随随随温温温温度度度度的的的的上上上上升升升升而而而而增增增增大大大大，于于于于是是是是电桥两端会产生一个不平衡电压电桥两端会产生一个不平衡电压电桥两端会产生一个不平衡电压电桥两端会产生一个不平衡电压U U U Uabababab(t(t(t(t 0 0 0 0)第8页，本讲稿共24页t+RcuER1R2R3+ab+此此此此时时时时回回回回路路路路中中中中输输输输出出出出的的的的热热热热电势为电势为电势为电势为:经经经经过过过过设设设设计计计计，可可可可使使使使电电电电桥桥桥桥的的的的不不不不平平平平衡衡衡衡电电电电压压压压等等等等于于

9、于于因因因因冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度变变变变化化化化引引引引起起起起的的的的热热热热电电电电势势势势变化，即变化，即变化，即变化，即于是实现了冷端温度的自动补偿。于是实现了冷端温度的自动补偿。于是实现了冷端温度的自动补偿。于是实现了冷端温度的自动补偿。实际的补偿电桥一般是按实际的补偿电桥一般是按实际的补偿电桥一般是按实际的补偿电桥一般是按t t t t0 0 0 020202020设计的设计的设计的设计的即即即即t t t t0 0 0 020202020时，补偿电桥平衡无电压输出时，补偿电桥平衡无电压输出时，补偿电桥平衡无电压输出时，补偿电桥平衡无电压输出 第9页，本讲稿共24页1

10、1 1 1、热电阻的测温原理、热电阻的测温原理、热电阻的测温原理、热电阻的测温原理热热热热电电电电阻阻阻阻是是是是基基基基于于于于电电电电阻阻阻阻的的的的热热热热效效效效应应应应进进进进行行行行温温温温度度度度测测测测量量量量的的的的，即即即即电电电电阻阻阻阻体体体体的阻值随温度的变化而变化的特性的阻值随温度的变化而变化的特性的阻值随温度的变化而变化的特性的阻值随温度的变化而变化的特性只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度目前，主要有

11、目前，主要有目前，主要有目前，主要有金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻和和和和半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻两类两类两类两类 金金金金属属属属热热热热电电电电阻阻阻阻：金金属属热热电电阻阻的的电电阻阻值值和和温温度度一一般般可可以以用用以以下下的的近似关系式表示：近似关系式表示：第10页，本讲稿共24页金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻和和和和半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻的比较的比较的比较的比较：热热敏敏电电阻阻的的温温度度系系数数更更大大，常常温温下下的的电电阻阻值值更更高高（通通常常在在数数千千欧欧以以上上），但但互互换换性

12、性较较差差，非非线线性性严严重重，测测温温范范围围只只有有5050300300左左右右，大大量量用用于于家家电电和和汽汽车车用用温度检测和控制。温度检测和控制。金金属属热热电电阻阻一一般般适适用用于于测测量量200200500500范范围围内内的的温温度度测测量量，其其特特点点测测量量准准确确、稳稳定定性性好好、性性能能可可靠靠，在过程控制领域中的应用极其广泛。在过程控制领域中的应用极其广泛。第11页，本讲稿共24页2 2 2 2、工业上常用的金属热电阻工业上常用的金属热电阻工业上常用的金属热电阻工业上常用的金属热电阻 从从从从电电电电阻阻阻阻随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化来

13、来来来看看看看，大大大大部部部部分分分分金金金金属属属属导导导导体体体体都都都都有有有有这这这这种种种种性性性性质质质质，但但但但并并并并不不不不是是是是都都都都能能能能用用用用作作作作测测测测温温温温热热热热电电电电阻阻阻阻，作作作作为为为为热热热热电电电电阻阻阻阻的的的的金金金金属属属属材材材材料料料料一一一一般要求：般要求：般要求：般要求：尽可能大而且尽可能大而且尽可能大而且尽可能大而且稳定的温度系数稳定的温度系数稳定的温度系数稳定的温度系数电阻率要大电阻率要大电阻率要大电阻率要大热容量小热容量小热容量小热容量小在使用的温度范围内具有在使用的温度范围内具有在使用的温度范围内具有在使用的温

14、度范围内具有稳定的化学和物理性能稳定的化学和物理性能稳定的化学和物理性能稳定的化学和物理性能材料的材料的材料的材料的复制性好复制性好复制性好复制性好电阻值随温度变化要有电阻值随温度变化要有电阻值随温度变化要有电阻值随温度变化要有单值函数关系单值函数关系单值函数关系单值函数关系（最好呈线性关系）（最好呈线性关系）（最好呈线性关系）（最好呈线性关系）热电阻材料热电阻材料热电阻材料热电阻材料铂、铜铂、铜铂、铜铂、铜第12页，本讲稿共24页3、热电阻的结构热电阻的结构普通型、铠装型、薄膜型普通型、铠装型、薄膜型、普通型热电阻普通型热电阻电阻体、保护套管、接线盒电阻体、保护套管、接线盒保护套管、接线盒与

15、热电偶基本相同保护套管、接线盒与热电偶基本相同电阻体电阻体：将电阻丝绕在具有一定形状的支架：将电阻丝绕在具有一定形状的支架上上采用双线无感绕制法采用双线无感绕制法体积小，受热膨胀时电阻丝不应产生附加应体积小，受热膨胀时电阻丝不应产生附加应力力第13页，本讲稿共24页、铠装热电阻铠装热电阻 将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料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和保护套管连成一体 体积小、抗震性好、可弯曲、热惯性体积小、抗震性好、可弯曲、热惯性小、使用寿命长小、使用寿命长、薄膜热电阻薄膜热电阻 将热电阻材料通过真空镀膜法直接蒸将热电阻材料通过真空镀膜法直接蒸镀到绝缘基底上镀到绝缘基底上

16、 体积小、热惯性小、灵敏度高体积小、热惯性小、灵敏度高第14页，本讲稿共24页4 4 4 4、热电阻的信号连接方式热电阻的信号连接方式热电阻的信号连接方式热电阻的信号连接方式 热热热热电电电电阻阻阻阻是是是是把把把把温温温温度度度度变变变变化化化化转转转转换换换换为为为为电电电电阻阻阻阻值值值值变变变变化化化化的的的的一一一一次次次次元元元元件件件件，通通通通常常常常需需需需要要要要把把把把电电电电阻阻阻阻信信信信号号号号通通通通过过过过引引引引线线线线传传传传递递递递到到到到计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制装装装装置置置置或或或或者者者者其它二次仪表上其它二次仪表上其它二次仪表上其它

17、二次仪表上常用的引线方式有三种：常用的引线方式有三种：常用的引线方式有三种：常用的引线方式有三种：ER1R2R3第15页，本讲稿共24页ER1R2R3三三三三线线线线制制制制：在在在在热热热热电电电电阻阻阻阻根根根根部部部部的的的的一一一一端端端端连连连连接接接接一一一一根根根根引引引引线线线线，另另另另一一一一端端端端连连连连接接接接两两两两根根根根引线的方式称为三线制引线的方式称为三线制引线的方式称为三线制引线的方式称为三线制 这这这这种种种种方方方方式式式式通通通通常常常常与与与与电电电电桥桥桥桥配配配配套套套套使使使使用用用用，可可可可以以以以较较较较好好好好地地地地消消消消除除除除引

18、引引引线电阻的影响，是工业过程中最常用的引线方式线电阻的影响，是工业过程中最常用的引线方式线电阻的影响，是工业过程中最常用的引线方式线电阻的影响，是工业过程中最常用的引线方式 IIA AB BC C电电电电桥桥桥桥上上上上R R1 1R R2 2RRt t、R R3 3，经经经经过过过过设设设设计计计计可可可可以以以以使使使使两两两两个个个个桥桥桥桥臂臂臂臂上上上上的的的的电电电电流流流流相相相相等等等等，均均均均为为为为I I，且且且且I I几几几几乎不受乎不受乎不受乎不受R Rt t的影响的影响的影响的影响第16页，本讲稿共24页四四四四线线线线制制制制：在在在在热热热热电电电电阻阻阻阻根

19、根根根部部部部两两两两端端端端各各各各连连连连接接接接两两两两根根根根导导导导线线线线的的的的方方方方式式式式称称称称为为为为四四四四线线线线制制制制，其其其其中中中中两两两两根根根根引引引引线线线线为为为为热热热热电电电电阻阻阻阻提提提提供供供供恒恒恒恒定定定定电电电电流流流流I I I Is s s s，把把把把R R R Rt t t t转转转转换换换换为为为为电电电电压压压压信信信信号号号号U U U Ui i i i，再再再再通通通通过过过过另另另另两两两两根根根根引引引引线线线线把把把把U U U Ui i i i引引引引至至至至二二二二次次次次仪仪仪仪表表表表。可可可可见见见见这

20、这这这种种种种引引引引线线线线方方方方式式式式可可可可以以以以完完完完全全全全消消消消除除除除引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测 第17页，本讲稿共24页1 1 1 1、DDZDDZIIIIII型温度变送器型温度变送器型温度变送器型温度变送器 分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热

21、电偶温度变送器：把mVmVmVmV信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出最最最最终终终终要要要要求求求求：变变变变送送送送器器器器输输输输出出出出电电电电流流流流I I I Io o o o应应应应与与与与被被被被测测测测温温温温度度度度t t t t成成成成线线线线性性性性对对对对应应应应关关关关系系系系第18页，本讲稿共24页 按按按按照照照照规规规规定定定定的的的的型型型型

22、号号号号配配配配用用用用热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的补补补补偿偿偿偿导导导导线线线线，注注注注意意意意热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的正正正正、负极与补偿导线的正、负极相连接。负极与补偿导线的正、负极相连接。负极与补偿导线的正、负极相连接。负极与补偿导线的正、负极相连接。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。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。为为为为了了了了保保保保护护护护连连连连接接接接导导导导线线线线与与与与补补补补偿偿偿偿导导导导线线线线不不不不受受受受外外外外来来来来机机

23、机机械械械械损损损损伤伤伤伤，连连连连接导线或补偿导线应穿入钢管内或走汇线槽。接导线或补偿导线应穿入钢管内或走汇线槽。接导线或补偿导线应穿入钢管内或走汇线槽。接导线或补偿导线应穿入钢管内或走汇线槽。导导导导线线线线应应应应尽尽尽尽量量量量避避避避免免免免有有有有接接接接头头头头。应应应应有有有有良良良良好好好好的的的的绝绝绝绝缘缘缘缘。禁禁禁禁止止止止与与与与交交交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。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。补补补补偿偿偿偿导导导导线线线线不不不不应应应应有有有有中中中中间间间间接接接

24、接头头头头，否否否否则则则则应应应应加加加加装装装装接接接接线线线线盒盒盒盒。另另另另外外外外，最好与其他导线分开敷设。最好与其他导线分开敷设。最好与其他导线分开敷设。最好与其他导线分开敷设。布线要求布线要求布线要求布线要求 第19页，本讲稿共24页3动圈的温度补偿动圈的温度补偿 动圈是用动圈是用铜导线铜导线绕制而绕制而成的，当成的，当环境温度升环境温度升高时，电阻就增大高时，电阻就增大在相同的毫伏信号输入在相同的毫伏信号输入的情况下，回路内电的情况下，回路内电流将会减少，流将会减少，仪表的仪表的指示值就偏低指示值就偏低怎么处理怎么处理？进行进行温度补偿温度补偿 第20页，本讲稿共24页在线路

25、中串接在线路中串接热敏电阻热敏电阻RT，电阻值随温度的升电阻值随温度的升高而呈指数规律下降高而呈指数规律下降只用热敏电阻补偿就过只用热敏电阻补偿就过头了，再用一个锰铜丝头了，再用一个锰铜丝绕制的电阻绕制的电阻R外外(50)和和热敏电阻热敏电阻RT(20C时为时为68)并联，以削弱并联，以削弱RT的的影响，影响，并联后的特性接并联后的特性接近于线性变化近于线性变化串串联联一一只只较较大大的的电电阻阻R串串，锰锰铜铜丝丝绕绕制制，数数值值按按量量程程大大小小来来选选择择。使使动动圈圈电电阻阻随随温温度度变变化化而而引引起起测测量量的的相相对对误误差差减减少少了了很多很多第21页，本讲稿共24页串串

26、联联一一只只较较大大的的电电阻阻R串串，锰锰铜铜丝丝绕绕制制，数数值值按按量量程程大大小小来来选选择择。使使动动圈圈电电阻阻随随温温度度变变化化而而引引起起测测量量的的相相对对误误差差减减少了很多少了很多第22页，本讲稿共24页1不平衡电桥设计时设计时：R3=R4 R2=Rt0+R0t=t0：R2R4=R3（Rt0+R0）电桥平衡电桥平衡U=0U=0tt0：R2R4 0 0第23页，本讲稿共24页三、三、自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较 电子电位差计和电子自动平衡电桥有很多相电子电位差计和电子自动平衡电桥有很多相似之处似之处与这两种仪表配套的测温元件与这两种仪表配套的测温元件(热电偶、热热电偶、热电阻电阻)在外形结构上十分相似在外形结构上十分相似仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分都是完全相机、同步电机及指示记录部分都是完全相同的同的但是，这两种仪表在本质上却各有其特点但是，这两种仪表在本质上却各有其特点 第24页，本讲稿共24页