1、化工儀表及自動(dòng)化,第三章 檢測(cè)儀表與傳感器,第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,二、差壓式液位變送器,4,1.工作原理,圖3-39 差壓液位變送器原理圖,圖3-40 壓力表式液位計(jì),第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相,因此,當(dāng)被測(cè)容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時(shí)，只需將差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可。若不需要遠(yuǎn)傳信號(hào)，也可以在容器底部安裝壓力表，如圖3-40所示。,5,第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,6,2.零點(diǎn)遷移問(wèn)題,圖3-41 負(fù)遷移示意圖,在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來(lái)說(shuō),實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為,則,第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,遷移彈簧的作用 改變變送器的零點(diǎn)。

2、,遷移和調(diào)零 都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。,遷移 同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。,7,第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,圖3-42 正負(fù)遷移示意圖,圖3-43 正遷移示意圖,舉例,某差壓變送器的測(cè)量范圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無(wú)遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。,8,第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表,3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位,圖3-44 法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖,1法蘭式測(cè)量頭；2毛細(xì)管；3

3、變送器,9,為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問(wèn)題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如下圖所示。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,一、溫度檢測(cè)方法,溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來(lái)加以間接測(cè)量。,分 類,按測(cè)量范圍,按用途,高溫計(jì)、溫度計(jì),標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表,按工作原理,膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì),按測(cè)量方式,接觸式與非接觸式,18,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,表3-3 常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn),19,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀

4、表,1.膨脹式溫度計(jì),圖3-50 雙金屬片,圖3-51 雙金屬溫度信號(hào)器,20,1雙金屬片；2調(diào)節(jié)螺釘；3絕緣子；4信號(hào)燈,膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,21,2.壓力式溫度計(jì),它是根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來(lái)測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。,圖3-52 壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖,1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2刻度盤； 3指針；4彈簧管；5連桿；6接頭；7毛細(xì)管；8溫包；9工作物質(zhì),應(yīng)用壓力隨溫度的變化來(lái)測(cè)溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,3.輻射式溫度計(jì),輻射式高溫計(jì)是基于物

5、體熱輻射作用來(lái)測(cè)量溫度的儀表。,壓力式溫度計(jì)的構(gòu)造由以下三部分組成,溫包 毛細(xì)管 彈簧管（或盤簧管）,22,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,二、熱電偶溫度計(jì),23,熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。,圖3-53 熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖,1熱電偶；2導(dǎo)線；3測(cè)量?jī)x表,熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。,1.熱電偶,圖3-54 熱電偶示意圖,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,24,（1）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理,圖3-55 熱電現(xiàn)象,圖3-56 接觸電勢(shì)形成的過(guò)程,圖3-57 熱電偶原理及電路圖,左圖閉合回路中總的熱電勢(shì),或,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,注意,如果組成熱電偶回

6、路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，閉合回路的總熱電勢(shì)為零；如果熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，閉合回路的總熱電勢(shì)也為零；熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了與兩接點(diǎn)處的溫度有關(guān)外，還與熱電極的材料有關(guān)。也就是說(shuō)不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。,25,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,26,（2）插入第三種導(dǎo)線的問(wèn)題,利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來(lái)測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見(jiàn)下圖。,圖3-58 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖,圖（a）總的熱電勢(shì),（3-72）,由于,（3-75）,（3-74）,將式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72）,（3-73）,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表

7、,說(shuō)明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響。不過(guò)必須保證引入線兩端的溫度相同。,故,得,（3-76）,圖（b）總的熱電勢(shì),27,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,28,（3）常用熱電偶的種類,工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求,溫度每增加時(shí)所能產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大，而且熱電勢(shì)與溫度應(yīng)盡可能成線性關(guān)系； 物理穩(wěn)定性要高； 化學(xué)穩(wěn)定性要高； 材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,29,表3-4 工業(yè)用熱電偶,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,30,（4）熱電偶的結(jié)構(gòu),普通型熱電偶,圖3-59 熱電偶的結(jié)構(gòu),熱電極

8、 絕緣管 保護(hù)套管 接線盒,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,表3-5 常用絕緣子材料,表3-6 常用保護(hù)套管,31,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,32, 鎧裝熱電偶,由金屬套管、絕緣材料（氧化鎂粉）、熱電偶絲一起經(jīng)過(guò)復(fù)合拉伸成型，然后將端部偶絲焊接成光滑球狀結(jié)構(gòu)。,優(yōu)點(diǎn),反應(yīng)速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕振、耐高壓等。, 表面型熱電偶,專門用來(lái)測(cè)量物體表面溫度的一種特殊熱電偶。,優(yōu)點(diǎn),反應(yīng)速度極快、熱慣性極小。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表, 快速熱電偶,測(cè)量高溫熔融物體一種專用熱電偶。,熱電偶的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)它的用途和安裝位置來(lái)確定。在熱電偶選型時(shí)，要注意三個(gè)方面：熱電極的材料；保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)，材料及

9、耐壓強(qiáng)度；保護(hù)套管的插入深度。,33,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,34,補(bǔ)償導(dǎo)線的選用,圖3-61 補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖,采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。,它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0100）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價(jià)金屬。見(jiàn)左圖。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。,表3-7 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線,35,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,.冷端溫度的補(bǔ)償,在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般

10、采用下述幾種方法。,（1）冷端溫度保持為的方法,圖3-61 熱電偶冷端溫度保持的方法,（2）冷端溫度修正方法,在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0，而是某一溫度t1，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。,36,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,舉例,某一設(shè)備的實(shí)際溫度為t，其冷端溫度為t1，這時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)為E（t，t1）。為求得實(shí)際t 的溫度，可利用下式進(jìn)行修正，即,因?yàn)?由此可知，冷端溫度的修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì) E（t，t1），加上熱端為室溫t，冷端為0時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)E（t1，0），才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)E（t，0）。,37,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,用計(jì)算的方法來(lái)修正冷端溫度，是

11、指冷端溫度內(nèi)恒定值時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。該方法只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)測(cè)溫，在連續(xù)測(cè)量中顯然是不實(shí)用的。,注意,38,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,舉例,例6 用鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)量某加熱爐的溫度。測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，t1）66982V，而自由端的溫度t130，求被測(cè)的實(shí)際溫度。,解由附錄三可以查得,則,再查附錄三可以查得68783V對(duì)應(yīng)的溫度為900。,39,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系都是非線性的（當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度不同），因此在自由端的溫度不為零時(shí)，將所測(cè)得熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端的溫度，并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。 譬如在上例中，測(cè)得的熱電勢(shì)為66982V，

12、由附錄三可查得對(duì)應(yīng)溫度為876.6，如果再加上自由端溫度30，則為906.6，這與實(shí)際被測(cè)溫度有一定誤差。其實(shí)際熱電勢(shì)與溫度之間的非線性程度越嚴(yán)重，則誤差就越大。,40,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,（3）校正儀表零點(diǎn)法,若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。,注意：,只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。,（4）補(bǔ)償電橋法,利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。,41,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,由于電橋是在20時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20處。如果補(bǔ)償電橋是在0時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-

13、型溫度變送器中的補(bǔ)償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0處。,注意！,圖3-62 具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路,42,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,43,（5）補(bǔ)償熱電偶法,圖3-63 補(bǔ)償熱電偶連接線路,在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,三、熱電阻溫度計(jì),44,在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。,熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導(dǎo)線所組成。,圖3-64 熱電阻溫度計(jì),第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,對(duì)于呈線性特性的電阻來(lái)說(shuō)，其電阻值與溫度關(guān)系如下式,熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-20

14、0+500范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。,1.測(cè)溫原理,利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應(yīng)）來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。,45,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,2.工業(yè)常用熱電阻,作為熱電阻的材料一般要求是： 電阻溫度系數(shù)、電阻率要大； 熱容量要??； 在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性； 電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性。,46,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,47,（1）鉑電阻,在0650的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為,由實(shí)驗(yàn)求得,工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R010，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt10。另一種是R0100，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)

15、及儀表,48,（2）銅電阻,金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍為-50+150內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。,在-50+150的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即,工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R050，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu10。另一種是R0100，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,49,.熱電阻的結(jié)構(gòu),（1）普通型熱電阻,主要由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等主要部件所組成。,圖3-65 熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲),（2）鎧裝熱電阻,將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。,（3）薄膜熱電阻,將熱電阻材料通過(guò)真空鍍膜法

16、，直接蒸鍍到絕緣基底上。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,四、電動(dòng)溫度變送器,DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-系列電動(dòng)單元組合式檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表中的一個(gè)主要單元。它既可與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，然后，它和顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或溫差及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制。,50,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,DDZ-型的溫度變送器與DDZ-型的溫度變送器進(jìn)行比較，它有以下主要特點(diǎn)。,線路上采用了安全火花型防爆措施。 在熱電偶和熱電阻的溫度變送器中采用了線性化機(jī)構(gòu)。 在線路中，由于使用了集成電路，這樣使該變送器具有良好的可靠性、穩(wěn)定性等各種技術(shù)性能。,51,第五

17、節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,52,溫度變送器有三種類型：,熱電偶溫度變送器； 熱電阻溫度變送器； 直流毫伏變送器。,1.熱電偶溫度變送器,結(jié)構(gòu)分為輸入橋路、放大電路及反饋電路。,圖3-66 熱電偶溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,53,（1）輸入電橋,作用：冷端溫度補(bǔ)償、調(diào)整零點(diǎn)。,圖3-67 輸入電橋,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,（2）反饋電路,在DDZ-型的溫度變送器中，在溫度變送器中的反饋回路加入線性化電路。,圖3-68 熱電偶溫度變送器的線性化方法方框圖,（3）放大電路,54,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,55,2.熱電阻溫度變送器,結(jié)構(gòu)分為輸入電橋、放大電路及反饋電路。,圖3-69 熱電

18、阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,五、一體化溫度變送器,56,它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。,圖3-70 一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖,結(jié)構(gòu),測(cè)溫元件和變送器模塊,常用的變送器芯片：,AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等,變送器模塊的正常工作溫度,-20+80,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,圖3-71 一體化熱電偶溫度變送器電路原理,AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變送器的電路原理圖,可得變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為,57,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表, 變送器的輸出電流I0與熱電偶的熱電勢(shì)Et成正比關(guān)系； RCu阻值隨溫度而變，合理選擇R

19、Cu的數(shù)值可使RCu隨溫度變化而引起的I1RCu變化量近似等于熱電偶因冷端溫度變化所引起的熱電勢(shì)Et的變化值，兩者互相抵消。,結(jié)論,58,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,六、智能式溫度變送器,59,以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。,優(yōu)點(diǎn),可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測(cè)量溫度； 具有量程范圍寬、精度高； 環(huán)境溫度和振動(dòng)影響小、抗干擾能力強(qiáng)； 質(zhì)量輕； 安裝維護(hù)方便。,結(jié)構(gòu),由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,60,1.TT302溫度變送器的硬件構(gòu)成,輸入板 主電路板 液晶顯示器,圖3-72 TT302溫度變送器硬件構(gòu)成原理框圖,2.TT302溫度變送器的軟件

20、構(gòu)成,系統(tǒng)程序 功能模塊,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,七、測(cè)溫元件的安裝,61,1.測(cè)溫元件的安裝要求,（1）在測(cè)量管道溫度時(shí)，應(yīng)保證測(cè)溫元件與流體充分接觸，以減少測(cè)量誤差。見(jiàn)圖3-73。,（2）測(cè)溫元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大處。,（3）測(cè)溫元件應(yīng)有足夠的插入深度，以減小測(cè)量誤差。見(jiàn)圖3-74。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,圖3-73 測(cè)溫元件安裝示意圖之一,圖3-74 測(cè)溫元件安裝示意圖之二,62,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,63,（4）若工藝管道過(guò)?。ㄖ睆叫∮?0mm），安裝測(cè)溫元件處應(yīng)接裝擴(kuò)大管，如圖3-75所示。,（5）熱電偶、熱電阻的接線盒面蓋應(yīng)向上，以避免雨水或其他液體、臟物進(jìn)入接線盒中影響測(cè)量，如圖3-76所示。,（6）為了防止熱量散失，測(cè)溫元件應(yīng)插在有保溫層的管道或設(shè)備處。,（7）測(cè)溫元件安裝在負(fù)壓管道中時(shí)，必須保證其密封性，以防外界冷空氣進(jìn)入，使讀數(shù)降低。,第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表,圖3-75 小工藝管道上測(cè)溫元件 安裝示意圖,圖3-76 熱電偶或熱電阻 安裝示意圖,