化工仪表第3章2.ppt

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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化内容提要内容提要n物位检测及仪表物位检测及仪表n概述概述n差压式液位变速器差压式液位变速器n电容式物位传感器电容式物位传感器n核辐射物位计核辐射物位计n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪n温度检测及仪表温度检测及仪表n温度检测方法温度检测方法n热电偶温度计热电偶温度计n热电阻温度计热电阻温度计n电动温度变送器电动温度变送器2化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化内容

2、提要内容提要n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器n测温元件的安装测温元件的安装n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n软测量技术的发展软测量技术的发展n现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展3化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化几个概念几个概念在容器中液体介质的高低叫在容器中液体介质的高低叫液位液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位料位测量液位的仪表叫测量液位的仪表叫液位计液位计测量料位的仪表叫测量料位的仪表叫料位计料位计测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫测量两种密度不同

3、液体介质的分界面的仪表叫界面计界面计在在物物位位检检测测中中，有有时时需需要要对对物物位位进进行行连连续续检检测测，有有时时只只需需要要测测量量物物位位是是否否达达到到某某一一特特定定位位置置，用用于于定定点点物物位测量的仪表称为位测量的仪表称为物位开关物位开关 物位检测的作用物位检测的作用控制、计量、报警等。控制、计量、报警等。第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n一、概论一、概论测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量绝对物料量测量绝对物料量测量相对物料量测量相对物料量4化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化直读式物位仪表：直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃

4、板液位计等。玻璃管液位计、玻璃板液位计等。差压式物位仪表：差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。浮力式物位仪表：浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。电磁式物位仪表：电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容核辐射物位仪表：核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理声声波波式式物物位位仪仪表表：由由于于物物位位的的变变化化引引

5、起起声声阻阻抗抗的的变变化化、声声波波的的遮遮断断和和声声波波反反射射距距离离的的不不同同，测测出出这这些些变变化化就就可可测测知知物物位位。根根据据工工作作原原理理分分为为声波遮断式、反射式和阻尼式。声波遮断式、反射式和阻尼式。光学式物位仪表：光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作利用物位对光波的遮断和反射原理工作按其工作原理分为按其工作原理分为5化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器1.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理图3-39 差压液位变送器原理图图3-4

6、0 压力表式液位计 当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图也可以在容器底部安装压力表，如图3-403-40所示。所示。6化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表7化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表2.2.2.2.零点迁移问题零点迁

7、移问题零点迁移问题零点迁移问题在使用差压变送器测量液位时，一般来说无迁移无迁移无迁移无迁移 8化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表2.2.2.2.零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题图3-41 负迁移示意图实际应用中，正、负室压力分别为负迁移负迁移负迁移负迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量：9化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化正迁移正迁移正迁移正迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量：第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表2.2.2.2.零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题零点迁

8、移问题10化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表迁移和调零迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。零点调整使变送器的测量起始点为零；零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。迁移迁移 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。2.2.2.2.零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题11化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一正值，

9、称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移 xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使H0时，变送器输出为时，变送器输出为Iomin（如如4mA）使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值yminymin与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmixmin n相对应，相对应，在在xmixmin n=0=0时，称为零点调整，在时，称为零点调整，在xmin0 xmin0时，称为零点迁移。时，称为零点迁移。12化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化零点迁移的实

10、现：零点迁移的实现：迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。13化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化例例 已已已已 知知知知：1 1 1 1=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m3 3 3 3，2 2 2 2=950kg/m=950kg/m=950kg/m=950kg/m3 3 3 3，h h h h1 1 1 1=1m=1m=1m=1m，h h h h2 2 2 2=5m=5m=5m=5m，液液液液位位位位变变变变化化化化范范范范围围围围0 0 0 02.52.52.52.5米米米米，求求求求：变变变变送送送送器器器器的的

11、的的量量量量程程程程和和和和迁移量迁移量迁移量迁移量。解解解解 H H H Hmaxmaxmaxmax1 1 1 1g=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pa变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：40kPa40kPa40kPa40kPa当当当当H=0H=0H=0H=0时，时，时，时，-2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）=-4*950*9.8=-37.24=-4*950*9.

12、8=-37.24=-4*950*9.8=-37.24=-4*950*9.8=-37.24 kPakPakPakPa变变变变送器需要送器需要送器需要送器需要进进进进行行行行负负负负迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量为为为为37.24 37.24 37.24 37.24 kPakPakPakPa 结论：结论：结论：结论：差差差差压压压压式式式式液液液液位位位位变变变变送送送送器器器器，事事事事实实实实上上上上就就就就是是是是一一一一个个个个差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器，无无无无非非非非液液液液位位位位变变变变送送送送器器器器的的的的输输输输出出出出与与与与液液液液位位位位

13、高高高高度度度度H H H H成成成成线线线线性性性性关系关系关系关系因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。为为为为了了了了解解解解决决决决测测测测量量量量具具具具有有有有腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性或或或或含含含含有有有有结结结结晶晶晶晶颗颗颗颗粒粒粒粒以以以以及及及及粘粘粘粘度度度度大大大大、易易易易凝凝凝凝固固固固等等等等液液液液体体体体液液液液位位位位

14、时时时时，引引引引压压压压管管管管线线线线容容容容易易易易出出出出现现现现被被被被腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、被被被被堵堵堵堵塞塞塞塞的的的的问问问问题题题题，应应应应使使使使用用用用在在在在导导导导压压压压管管管管人人人人口口口口处处处处加加加加隔隔隔隔离离离离膜膜膜膜盒盒盒盒的的的的法法法法兰兰兰兰式式式式差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器（压压压压力力力力信号的信号的信号的信号的远传远传远传远传装置），分装置），分装置），分装置），分单单单单法法法法兰兰兰兰式及双法式及双法式及双法式及双法兰兰兰兰式两种。式两种。式两种。式两种。14化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自

15、动化3.3.3.3.用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器按其结构形式按其结构形式按其结构形式按其结构形式 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。15化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化n三、电容式物位传感器

16、三、电容式物位传感器1.1.1.1.测量原理测量原理测量原理测量原理图3-45 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C当当 D D 和和 d d 一定时，电容量一定时，电容量 C C 的大小与的大小与极板的长度极板的长度 L L 和介质的介电常数和介质的介电常数 的乘积的乘积成比例。成比例。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。将电容传感器（探头）插入被测物料中，将电容传感器（探头）插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随物位高低变电极浸入物料中的深度随物位高低变化，必然引起电容量的变化，从而可化，必然引起

17、电容量的变化，从而可以检测出物位。以检测出物位。16化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位的检测液位的检测3-46 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为17化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化 电容量的变化与液位高度电容量的变化与液位高度H H成正比。该法是利用被测成正比。该法是利用被测介质的介电系数介质的介

18、电系数与空气介电系数与空气介电系数0 0不等的原理进行工不等的原理进行工作，（作，（-0 0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。离越小，仪表越灵敏。结论结论结论结论2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位的检测液位的检测18化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表3.3.3.3.料位的检测料位的检测料位的检测料位的检测 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“滞留”，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。1金属电极棒；2容

19、器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测量左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。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3-47 料位检测19化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表优点优点优点优点 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。缺点缺点缺点缺点 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，其介电系数也要应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。发生变化这种情况。20化工仪表及自动化化工仪

20、表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化n四、核辐射物位计四、核辐射物位计放射性同位素的辐射射入一定厚度的介质时，部分粒子因克服阻力与碰撞动能消耗被吸收，另一部分粒子则透过介质。射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱通过介质层厚度的增加而减弱，其关系为图3-48 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器I I I I0 0 0 0表示进入物料之间的射线强度；表示进入物料之间的射线强度；表示进入物料之间的射线强度；表示进入物料之间的射线强度；表示物料的吸收系表示物料的吸收系表示物料的吸收系表示物料的吸收系数；数；数；数；H H H H为物料的厚度；为物料的厚度；为物料的厚度；为物料的厚度；I

21、 I I I为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。为穿过介质后的射线强度。不同介质吸收射线的能力不一样。固体吸不同介质吸收射线的能力不一样。固体吸收能力最强，液体次之，气体最弱。当收能力最强，液体次之，气体最弱。当放射源与被测介质固定后，介质的厚度放射源与被测介质固定后，介质的厚度与通过介质的射线强度就成一一对应关与通过介质的射线强度就成一一对应关系。系。21化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化n四、核辐射物位计四、核辐射物位计图3-48 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器特点特点特点特点核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表核辐

22、射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物炸性、黏滞性、易结晶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。位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。可在高温、烟雾等环境下工作。可在高温、烟雾等环境下工作。但但由由于于射射线线对对人人体体有有害害，因因此此射射线线的的剂剂量量应应严严加控制，且须切实加强安全防护措施加控制，且须切实加强安全防护措施(工工业业现现场场一一般般不不优优先先考考虑虑使使用

23、用核核辐辐射射式式物物位位计计)22化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化n五、称重式液罐计量仪五、称重式液罐计量仪石油、化工部门有许多大型储罐，由于高度与直径都石油、化工部门有许多大型储罐，由于高度与直径都很大，如果液位变化很大，如果液位变化1 12mm2mm，就会有几百公斤到几，就会有几百公斤到几吨的差别，所以液位的测量要求很精确。吨的差别，所以液位的测量要求很精确。同时，液体的密度会随温度发生较大的变化，而大型同时，液体的密度会随温度发生较大的变化，而大型容器由于体积较大，各处温度很不均匀，因此即使容器由于体积较大，各处温度很不均匀，因此即使液位（体积）测得很准

24、，也反映不了罐中正式的储液位（体积）测得很准，也反映不了罐中正式的储量是多少。量是多少。利用称重式液罐计量仪，就能解决上述问题。利用称重式液罐计量仪，就能解决上述问题。23化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化图3-49 称重式液罐计量仪1下波纹管；2上波纹管；3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器称重仪根据称重仪根据称重仪根据称重仪根据天平原理天平原理天平原理天平原理设计。设计。设计。设计。罐顶压力罐顶压力p1p1与罐底压力与罐底压力p2p2分别引分别引入下波纹管入下波纹管1 1和上波纹管和上波纹管2.2.两两波纹管的有效面积相等

25、，差波纹管的有效面积相等，差压产生的总作用力作用与杠压产生的总作用力作用与杠杆系统，使其失去平衡，于杆系统，使其失去平衡，于是通过发讯器、控制器、接是通过发讯器、控制器、接通电机线路，使可逆电机旋通电机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠转，并通过丝杠6 6带动砝码带动砝码5 5移动，直至由砝码作用于杠移动，直至由砝码作用于杠杆的力矩与差压引起的测量杆的力矩与差压引起的测量力作用于杠杆的力矩平衡时，力作用于杠杆的力矩平衡时，电机才停止转动。电机才停止转动。24化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化n五、称重式液罐计量仪五、称重式液罐计量仪杠杆平衡时杠杆平衡时由于由于代入上

26、式得代入上式得如果液罐是均匀截面如果液罐是均匀截面总储量总储量得得 K K为仪表常数为仪表常数L L2 2与液罐内介质的总质量储量与液罐内介质的总质量储量M M0 0成正比，而与介质密度无关。成正比，而与介质密度无关。25化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化说明：说明：1.1.如果储罐横截面积随高度而变化，一般是预先制定好表格，如果储罐横截面积随高度而变化，一般是预先制定好表格，根据砝码位移量就可以查得储存液体的质量。根据砝码位移量就可以查得储存液体的质量。2.2.由于砝码移动距离与丝杠转动圈数成比例，丝杠转动时，经由于砝码移动距离与丝杠转动圈数成比例，丝杠转动时，

27、经减速带动编码盘减速带动编码盘8 8转动，因此编码盘的位置与砝码位置是对应转动，因此编码盘的位置与砝码位置是对应的，编码盘发出的编码信号到显示器，经译码和逻辑运算后的，编码盘发出的编码信号到显示器，经译码和逻辑运算后就可以用数字显示出来了。就可以用数字显示出来了。3.3.称重仪具有很高的精度和灵敏度。称重仪具有很高的精度和灵敏度。26化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n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。分分

28、类类按测量范围按测量范围按测量范围按测量范围 按用途按用途按用途按用途 高温计(600)、温度计(t0为导体的汤姆逊系数，表示温差为为导体的汤姆逊系数，表示温差为11时所产生的时所产生的电动势数值。电动势数值。45化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化在一个密闭的空间里，在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运气体分子在高温时的运动速度比低温时快！动速度比低温时快！温度的影响温度的影响（2 2）温差电势）温差电势定义：温差电势是同一导体的两端因其温度不同而定义：温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势产生的一种热电势tt0AeA(t,t0)tt0由上式可

29、知：温差电势只与导体的材料性质和两端的温由上式可知：温差电势只与导体的材料性质和两端的温度有关，与导体的长度、截面大小及温度分布无关。度有关，与导体的长度、截面大小及温度分布无关。46化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化（3 3）热电偶回路的热电势）热电偶回路的热电势定义：热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和。定义：热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和。下下标标A表表示示正正电电极极，B表表示示负负电电极极，由由于于温温差差电电势势比比接接触触电电势势小小很很多多，常常常常把把它它忽忽略略不不计计，这这样样热热电电偶偶的的热热电电势势可表示为

30、：可表示为：A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)+_+_此此即即热热电电偶偶测测温温的的基基本本公公式式。当当冷冷端端温温度度t t0 0一一定定时时，对对于于确确定定的的热热电电偶偶来来说说，e eABAB(t(t0 0)为为常常数数，因因此此，其其总总热热电电势势E EABAB(t,t(t,t0 0)就就与与温温度度t t 成成单单值值函函数数对对应应关关系系，和和热热电电偶偶的的长长短短、直直径径无无关关。只只要要测测量量出出热热电电势势大大小小，就就能能判判断断被被测测温温度度的的高高低低，这这就就是是热热电偶的温度测量原理。电偶的温度测量原理。47化工仪表

31、及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化重要结论：重要结论：1.1.如如果果组组成成热热电电偶偶的的两两种种电电极极材材料料相相同同，则则无无论论热热电电偶偶冷冷、热热两两端端的的温温度度如如何何，闭闭合合回回路路中中的的总总热热电电势为零；势为零；2.2.如如果果热热电电偶偶冷冷、热热两两端端的的温温度度相相同同，则则无无论论两两电电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零；极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零；3.3.热热电电偶偶产产生生的的热热电电势势除除了了冷冷、热热两两端端的的温温度度有有关关之之外外，还还与与电电极极材材料料有有关关，也也就就是是说说由由不不同同电电

32、极极材材料料制制成成的的热热电电偶偶在在相相同同的的温温度度下下产产生生的的热热电电势势是是不不同的。同的。48化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化利用热电偶作为传感器来检测温利用热电偶作为传感器来检测温度时，必须在热电偶回路中引入度时，必须在热电偶回路中引入连接导线和显示仪表连接导线和显示仪表,接入导线接入导线和仪表后会不会影响回路中的热和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？电势呢？小结小结:1.1.热电效应热电效应 (SeebeckSeebeck effect effect)2.2.热电偶的测温原理热电偶的测温原理 中间导体定律中间导体定律49化工仪表及自动化化工

33、仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化（2 2 2 2）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题图3-58 热电偶测温系统连接图因因为为要要测测量量毫毫伏伏信信号号，必必须须在在热热电电偶偶回回路路中中串串接接毫毫伏伏信信号号的的检检测测仪仪表表，那那串串接接的的检检测测仪仪表表是是否否会会产产生生额额外外的的热热电电势势，是是否否会会对对热热电电偶偶回回路路产产生生影响呢？影响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。52化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化如如果果断断开开冷冷端端，接接入入第第三三种种导导体体

34、C C，并并保保持持A A和和C C、B B和和C C接接触触处处的的温温度度均均为为t t0 0，则则回回路路中中的的总总热热电电势势等等于于各各接接点处的接触电势之和点处的接触电势之和:中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律tABCt0t0ABtt0当当t tt t0 0时，有时，有于是可得于是可得 同同理理还还可可以以证证明明，在在热热电电偶偶中中接接入入第第四四种种、第第五五种种导导体体以以后后，只只要要接接入入导导体体的的两两端端温温度度相相同同，接接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。根根据据这这一一性性质质，可可以以在

35、在热热电电偶偶回回路路中中接接入入各各种种仪仪表表和和连连接接导导线线，只只要要保保证证两两个个接接点点的的温温度度相相同同就就可可以以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。tt0ABCC毫伏计（2 2 2 2）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题53化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化（3 3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求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

36、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，而且在应用上也可保复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。证良好的互换性。54化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表热电偶名称热电偶名称代号代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

37、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30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-407007

38、00-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350表表表表3-4 3-4 3-4 3-4 工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶55化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化（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图3-59 热电偶的结构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56化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化材 料工作温度/橡皮、绝缘漆珐琅 玻璃管石英管瓷管纯氧化铝管 80 150 500120014001700表表3-5 3-5

39、 常用绝缘子材料常用绝缘子材料表表3-6 3-6 常用保护套管常用保护套管材 料工作温度/无缝钢管不锈钢管石英管瓷管Al2O3陶瓷管 600100012001400 1900以上（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构57化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化 铠装热电偶铠装热电偶铠装型热电偶是由金属套管、绝缘铠装型热电偶是由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。丝焊接成光滑球状结构。优点优点 铠铠装装热热电电偶偶具具有有动动态态响响应应快快、机机械械强强

40、度度高高、抗抗震震性性好好、可可弯弯曲曲等等优优点点，可可安安装装在在结结构构较较复复杂杂的的装装置置上上，应应用用十分广泛。十分广泛。（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等。保护套管和热金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等。保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。在使用中可以随测量需要任

41、意弯曲。58化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化 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。热电偶的结构形式可根据它的用途和安装位置来确定。在热电偶选型时，要注意三个方面：热电极的材料；保护套管的结构，材料及耐压强度；保护套管的插入深度。（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构 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。优点优点反应速度极快、热惯性极小。59化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表

42、补偿导线的选用补偿导线的选用补偿导线的选用补偿导线的选用图3-61 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，这既采用一种专用导线，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。能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。它也是由两种不同性质它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温的金属材料制成，在一定温度范围内（度范围内（0 0100100）与所）与所连接的热电偶具有相同的热连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金电特性，其材料又是廉价金属。见左图。属。见左图。60化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化在使用热电偶补偿导线时

43、，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。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，冷端为，冷端为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色颜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0.6450.6450.0370.0374.0954.0950.1050.1056.3176.3170.1700.1704.27

44、74.2770.0470.047表表3-7 3-7 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线61化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化.冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿。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图3-61 热电偶冷端温度保持的方法（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法 在实际生产中，冷端温度往往不是0，而是某一温度t1，这就引起测量误差。因此，必须对

45、冷端温度进行修正。62化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化举例举例举例举例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，其冷端温度为t1 1，这时测得的，这时测得的热电势为热电势为E（t，t1）。为求得实际。为求得实际t 的温度，可利用下式的温度，可利用下式进行修正，即进行修正，即 因为因为由此可知，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时的热电时的热电偶的热电势偶的热电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热电，才能得到实际温度下的热电势势E（

46、t，0）。（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法63化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化 用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，在连续测量中显然是不实用的。时测温，在连续测量中显然是不实用的。注意注意注意注意（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法.冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿64化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化举例举例举例举例例例6 6 用镍铬用镍铬-

47、铜镍热电偶测量某加热炉的温度。铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势测得的热电势E（t，t1）66982V，而自由端的，而自由端的温度温度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 则再查附录三可以查得再查附录三可以查得6878368783VV对应的温度为对应的温度为900900。（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法.冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿65化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化 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

48、的非线性程度不同），因此在自由端的温的（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，将所测得热电势对应的温度值加上自由端的温度，度不为零时，将所测得热电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。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6698266982V，由，由附录三可查附录三可查得对应温度为得对应温度为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一定误差。其实际热电势与温，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

49、，则误差就越大。度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法.冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿冷端温度的补偿（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：室温也变化，只能在测温要求不太高的场合下应用。室温也变化，只能在测温要求不太高的场合下应用。66化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化t+RcuER1R2R3+ab+是是仪仪表表

50、中中最最常常用用的的一一种种处处理理方方法法，它它利利用用不不平平衡衡电电桥桥产产生生的的电电压压来来补补偿偿热热电电偶偶因因冷冷端端温温度度的的变变化化而而引起热电势的变化引起热电势的变化如如图图，电电桥桥由由R R1 1、R R2 2、R R3 3（均均为为锰锰铜铜电电阻阻）和和R RCuCu（热热敏敏铜铜电电阻）组成。阻）组成。在在设设计计的的冷冷端端温温度度（例例如如t t0 000）下下，满满足足R R1 1R R2 2，R R3 3R RCuCu，这这时时电电桥桥平平衡衡，无无电电压压输输出出，即即U Uabab=0=0，回回路路中中的的输输出出电电势势就是热电偶产生的热电势就是热