油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器設(shè)計熱電偶溫度傳感器設(shè)計分析.doc

1、安全檢測技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書題 目油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器設(shè)計二（熱電偶溫度傳感器設(shè)計）學(xué)生學(xué)專業(yè)姓名號班級課程設(shè)計主要完成某油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計中熱電偶溫度傳感器的選型、應(yīng)用及接線等。要求運用已學(xué)過各類傳感器的知識，完成安全監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器的原理、選型、廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線等內(nèi)容，將書本傳感器的理論知識與廠家具體產(chǎn)品對應(yīng)起來，使得可以真正理論聯(lián)系實際。要求熟悉相關(guān)傳感器的原理與硬件結(jié)構(gòu)，學(xué)會計算機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)硬件設(shè)計的步驟和方法，具有初步設(shè)計小型計算機安全監(jiān)測系統(tǒng)硬計件方案中傳感器部分的能力。內(nèi)課程設(shè)計內(nèi)容及基本要求如下：容1.熟悉油庫工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及監(jiān)控要求。與2.學(xué)會常用的各種傳感器（溫

2、度、流量、壓力、液位等）參數(shù)及使用，了解其工作原理。要3.課程設(shè)計中以熱電偶溫度傳感器為主，詳細介紹所選溫度傳求感器的工作原理、硬件組成、測量電路、使用時的注意事項。詳細介紹所選溫度傳感器的廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線、特點等參數(shù)。4.完成監(jiān)測系統(tǒng)硬件方案設(shè)計，畫出原理圖。5.課程設(shè)計時間一周，完成課程設(shè)計報告。起止時間2013年 6 月 17 日至2013年 6 月 23日指導(dǎo)教師簽名年月日系（教研室）年月日主任簽名學(xué)生簽名年月日目錄1緒論.11.1油庫 .11.1.1油庫的分類 .11.1.2國內(nèi)外油庫的現(xiàn)狀 .11.2油庫的總體布局 .21.3油庫的工藝流程 .31.4計算機監(jiān)控及要求 .41.5

3、系統(tǒng) I/O 點數(shù)統(tǒng)計 .52溫度傳感器的選型 .62.1熱電偶溫度傳感器 .62.1.1熱電偶的工作原理 .62.1.2溫度傳感器的分類 .82.1.3熱電偶的技術(shù)特點 .92.1.4熱電偶的結(jié)構(gòu)形成 .92.2溫度傳感器的選型 .102.2.1技術(shù)指標(biāo) .102.2.2儀表主要特點 .112.2.3測溫范圍 .112.2.4結(jié)構(gòu)形式 .112.2.5接線盒形式 .123其他傳感器選型 .143.1壓力變送器 .143.2物位計.153.3流量計.163.4加速度傳感器 .184結(jié)論.19參考文獻 .20I1 緒論1.1 油庫油庫指用以貯存油料的專用設(shè)備， 因油料具有的特異性用以相對應(yīng)的油庫

4、進行貯藏。油庫是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地，它對于保障國防和促進國民經(jīng)濟高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。油庫是油氣運輸過程中的一個重要環(huán)節(jié)， 它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量， 其工藝特點是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴格、系統(tǒng)運行狀況復(fù)雜多變且系統(tǒng)過程中流程多變。所以采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)對其工藝過程進行實時監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、 減少事故發(fā)生率、降低工人的勞動強度。隨著石油工業(yè)的進步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高， 油庫的安全也越來越重要。 本課程設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書以及相關(guān)資料， 運用溫度傳感器設(shè)計油庫的日常生產(chǎn)和運行的檢測系統(tǒng)。1.1.1 油庫的分類1)按油

5、庫的管理體制和經(jīng)營性質(zhì)可分為獨立油庫和企業(yè)附屬油庫兩大類。 獨立油庫是指專門從事接收、 儲存和發(fā)放油料的獨立經(jīng)營的企業(yè)和單位。 企業(yè)附屬油庫是工業(yè)、交通或其它企業(yè)為滿足本部門的需要而設(shè)置的油庫。2)按主要儲油方式可分為地面（或稱地上）油庫、隱蔽油庫、山洞油庫、水封石洞庫和海上油庫等。地面油庫與其他類型油庫相比，建設(shè)投資省、周期短，是中轉(zhuǎn)、分配、企業(yè)附屬油庫的主要建庫形式，也是目前數(shù)量最多的油庫。3)油庫還可按照其運輸方式分為水運油庫、陸運油庫和水陸聯(lián)運油庫；按照經(jīng)營油品分為原油庫、潤滑油庫、成品油庫等。4)油庫按照油罐的總?cè)莘e劃分為小型油庫，其容積為一萬立方米以下，中型油庫其容積為一萬至五萬立

6、方米，大型油庫其容積為五萬立方米以上。1.1.2 國內(nèi)外油庫的現(xiàn)狀我國非常豐富的石油資源， 是今后一個時期內(nèi)國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一， 無論是開發(fā)利用國內(nèi)石油資源， 還是利用國外石油資源， 它們都離不開儲備油庫。 在石油價格飆升的帶動下， 目前全國范圍內(nèi)壓縮石油的需求也在急劇上升。 石油在城市中的應(yīng)用越來越廣泛， 使得許多城市的油庫建設(shè)成為重點。 由于技術(shù)的原因， 目前我國城市用油以城市加油站為主。 在現(xiàn)在加油站不斷增多的情況下， 要求有更多的油庫盡1西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計快建成。全國各省市地方也在積極地興建新的油庫，改進油庫建設(shè)技術(shù)，發(fā)展油庫，保證油庫安全， 這些都顯的極為重要。 國內(nèi)外

7、油庫建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者就油庫設(shè)計開發(fā)應(yīng)用前景及合作已進行了很長時間的研究。 有關(guān)專家認為， 管道局與國內(nèi)外壓縮機生產(chǎn)、科研及技術(shù)服務(wù)等單位的合作，必將推動油庫建設(shè)效率、高穩(wěn)定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向發(fā)展。在國外，對大型石油石化公司的“低成本戰(zhàn)略”進行了全方位、多角度的綜合分析，并提出了適合我國石油石化工業(yè)國情的“低成本戰(zhàn)略” 。 美國政府早在二戰(zhàn)時期就有國家戰(zhàn)略石油儲備的構(gòu)想，但直到 20 世紀(jì) 70 年代“石油危機”發(fā)生后，美國的戰(zhàn)略石油儲備才開始正式建立。 70 年代前期，阿拉伯國家以石油為武器對西方國家實施禁運，導(dǎo)致美國國內(nèi)石油產(chǎn)品供應(yīng)緊缺， 價格飛漲，最終使美國經(jīng)濟

8、陷入長時期的嚴重衰退。 美國前總統(tǒng)福特于 1975 年 12 月 22 日簽署了能源政策和儲備法，其中最重要的內(nèi)容之一就是決定建立戰(zhàn)略石油儲備，目的是為了在此后發(fā)生類似事件時，可以對美國能源市場起到保護和緩沖作用。 美國政府從 1977 年 7 月 21 日正式開始儲備石油，當(dāng)時決定的儲備目標(biāo)是 10 億桶，后來最終形成的儲備能力為 7 億桶。1.2 油庫的總體布局油庫區(qū)域內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物、裝置、設(shè)備及所有設(shè)施的布置。合理確定油庫內(nèi)建筑設(shè)施的位置， 以保證油庫有一個固有的安全條件和環(huán)境， 使得油品的貯存運轉(zhuǎn)以及收發(fā)作業(yè)能夠順利地進行。 鐵路裝卸區(qū)鐵路收發(fā)棧橋應(yīng)為非燃燒體結(jié)構(gòu)， 盡可能地設(shè)在油庫

9、的邊緣地區(qū)， 避免與庫內(nèi)道路交叉； 應(yīng)布置在輔助作業(yè)區(qū)的上風(fēng)， 并與其他建( 構(gòu) ) 筑物保持一定的距離。鐵路作業(yè)線的中心線至圍墻的距離一般采用 10m，以便布置消防通道。輕油作業(yè)線應(yīng)與潤滑油作業(yè)線保持大于 10m的距離，輕油裝卸線與桶裝油共用的作業(yè)線保持 5665m距離，裝卸臺的邊緣與相鄰鐵路中心線應(yīng)距離 175m，站臺地坪標(biāo)高比軌跡高出 11m。對于設(shè)置兩股或單股作業(yè)線的中小型油庫，可將輕油作業(yè)線放在鐵路岔道的始端， 將粘油作業(yè)線放在岔道的終端。 作業(yè)線路與外部鐵路應(yīng)絕緣，可在鐵軌連結(jié)處的魚尾板中夾一層石棉墊等絕緣材料，采取路軌接地措施，每 100m一個接地。汽車收發(fā)作業(yè)區(qū)應(yīng)布置在油庫出入

10、口附近，接近公路干線。 應(yīng)筑有實體圍墻與油庫其他區(qū)域分開，以免提油車輛、人員深入庫區(qū)。裝卸油品的碼頭與其他客、化運的碼頭及橋梁等建筑應(yīng)離開一定的距離，盡可能設(shè)置在下游地帶。 船位間保持一定的安全距離。油庫罐區(qū)在布局時必須考慮油罐的呼吸閥和測量孔、在檢修和灌裝轉(zhuǎn)運時的油蒸氣擴散撲油罐發(fā)生著火石油品燃燒產(chǎn)生的熱輻射撲油品的突沸特性撲油罐類型撲救條件等因素。防火堤應(yīng)采用不燃材料建造。堤高宜為1 1 16m。用土質(zhì)建造的防火堤頂寬不小于05m。防火堤應(yīng)能承受油罐破裂后相當(dāng)于流出油品的靜壓力。2西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計地上油罐或半地下油罐的外擘到防火堤的內(nèi)側(cè)基腳線的距離應(yīng)有利于滅火。 防火堤內(nèi)的平地，從

11、油罐基礎(chǔ)向堤內(nèi)側(cè)基腳線應(yīng)有一定的排水坡度。 堤內(nèi)構(gòu)成的空間容積， 應(yīng)不小于堤內(nèi)地上油罐總貯量的 12，且不小于最大罐的地上部分貯量。灌油間灌油柱的相互距離為 2m左右，灌油柱上閥門裝在高 15m左右。灌裝輕質(zhì)油的灌油間，其建筑耐火等級不應(yīng)低于二級， 其余油品的灌油間建筑耐火等級不低于三級。 灌油間內(nèi)應(yīng)用不發(fā)火地坪， 地面應(yīng)坡向集油溝及集油井。 灌裝輕質(zhì)油品和重質(zhì)油品， 應(yīng)分別設(shè)置在單獨的灌油間內(nèi)或設(shè)置防火墻隔開。 灌區(qū)內(nèi)防火間距和消防設(shè)施及通道均應(yīng)符合規(guī)范要求。1.3 油庫的工藝流程圖 1-1 油庫工藝流程1）分離器流程。從各個采油隊輸送過來的原油首先通過計量器計量后又進入聯(lián)合站的油氣水三相分

12、離器，在這里實現(xiàn)氣體和液體的分離。原油從分離器一端進入，然后天然氣從另一端上部流出進行天然氣外輸， 而油水混合的液體從下部流出進入一次沉降罐。2）油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲罐主要的任務(wù)是進行油水分離，分離器將油水混合液體輸入沉降罐， 沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集， 而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)，進行污水處理， 然后原油進入加熱爐加熱和脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水3西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計后的原油進入凈化油罐，等待外輸。3）加熱爐流程。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。4）原油外輸流程。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原

13、油輸送出聯(lián)合站。 污水處理工藝流程。 在這一流程里， 從一次沉降罐過來的污水首先進入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進行收集。1.4 計算機監(jiān)控及要求計算機監(jiān)控技術(shù)時一門綜合性的技術(shù)。他是計算機及技術(shù) （包括軟件技術(shù)， 接口技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)）、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。 任何一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)基本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計、詳細設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運行。當(dāng)然，這六個階段并不是完全按照直線順序進行的。 在任何一個階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進行修改。所謂計算機監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓

14、力、流量、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來， 從而時操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對象的變化過程。 通過應(yīng)用計算機監(jiān)控技術(shù)， 可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝， 提高產(chǎn)品質(zhì)量， 降低能源和原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動這的強度，并且提高管理水平，從而帶來極大的社會效益。正因為如此計算機監(jiān)控技術(shù)以在各個領(lǐng)域都有所發(fā)展。圖 1-2計算機監(jiān)控系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以由一下幾個部分組成：計算機（含可視話的人機界面）、輸入輸出裝置（板卡），監(jiān)測、變松機構(gòu)。設(shè)計原則有可靠性原則、使用方便原則、開放性原則、經(jīng)濟性原則、開發(fā)周期短原則。圖 1-2 就是一個典

15、型的計算機測控系統(tǒng)組4西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計成原理圖。1.5 系統(tǒng) I/O 點數(shù)統(tǒng)計根據(jù)油庫的流程圖，先要列出統(tǒng)計出系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)如表 1-3 所示 . 系統(tǒng) I/O 點數(shù)通過列表的形式列舉如下表。序號設(shè)備名稱總點數(shù)控制量AI AODIDO1 個水室的液位、壓力、溫度31三相分離器8油室的液位、壓力、溫度3油室、水室液位恒定控制221 個4罐的液位、壓力、溫度3緩沖罐罐的壓力恒定控制141個分餾塔3塔的液位、壓力、溫度351個沉降罐3罐的液位、壓力、溫度371個柴油罐3罐的液位、壓力、溫度381個天然氣罐2罐的壓力、溫度291個汽油罐3罐的液位、壓力、溫度3107

16、個電磁閥7閥的開、關(guān)控制72 個泵的前后壓力411外輸泵8泵的起、停2泵運行狀況顯示24 個泵的前后壓力812中輸泵16泵的起、停4泵運行狀況顯示4136個流量計3監(jiān)控個反應(yīng)器前的流量6合計60383 613表 1-3油庫系統(tǒng) I/O 點數(shù)統(tǒng)計表5西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計2 溫度傳感器的選型2.1 熱電偶溫度傳感器熱電偶是一種熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢 (mV) 信號，配以測量信號的儀表或變換器， 便可以實現(xiàn)溫度的測量和溫度信號的轉(zhuǎn)換熱。 電偶是接觸法測溫常用的傳感器之一。自 1821 年塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)起，熱電偶的發(fā)展已經(jīng)歷了一個多世紀(jì)， 據(jù)統(tǒng)計，在此期間曾有 300 余種

17、熱電偶問世， 但應(yīng)用較廣的熱電偶僅有四、五十種，國際電工委員會 (IEC) 對其中被國際公認、性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的七種 制定標(biāo)準(zhǔn)，即 IEC584-1 和 684 2 中所規(guī)定的。 S 分度號 (鉑銠 10 一鉑 )；B 分度號（鉑銠 30 一鉑銠 6 )； K 分度號 ( 鎳鉻一鎳硅 )；T 分度號（銅一康銅 )； E 分度號 (鎳鉻一康銅 );J 分度號 (鐵一康銅 );R 分度號 (鉑銠 13 一鉑 ) 等熱電偶。2.1.1 熱電偶的工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體 （稱為熱電偶絲材或熱電極） 兩端接合成回路，當(dāng)接合點的溫度不同時， 在回路中就會產(chǎn)生電動勢， 這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)， 而這種電動

18、勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的， 其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端） ，另一端叫做冷端（也稱為補償端） ；冷端與顯示儀表或配套儀表連接， 顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時， 熱電勢隨之發(fā)生變化， 將熱電勢送入計算機進行處理， 即可得到溫度值。圖 2-1 兩種道題構(gòu)成的熱電偶由理論分析知道， 熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢 E AB（ T,T 0 ）是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。（ 1）接觸電勢產(chǎn)生的原因：我們知道，所有金屬導(dǎo)體都具有自由電子， 而不同的金屬材料中自由電子的濃度不同。當(dāng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體接觸時， 在接觸

19、面上因自由電子的濃度不同而發(fā)生電子擴散。如果導(dǎo)體 A 的自由電子的濃度大于導(dǎo)體 B 的自由電子濃度，那么在單位時間內(nèi)，由導(dǎo)體 A 擴散到導(dǎo)體 B 中去的電子數(shù)要比導(dǎo)體 B 擴散到導(dǎo)體 A 去的電子數(shù)多，因而導(dǎo)體 A 失去電子而帶正電，導(dǎo)體 B 因獲得電子而帶負電。于是，在接觸表面上便形成了電場，如圖 2-2 所示。6西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計圖 2-2該電場將阻礙擴散作用的進一步進行，當(dāng)擴散作用和阻礙作用相等時，接觸面上的自由電子的擴散便達到動態(tài)平衡。在這種平衡狀態(tài)下，A 和 B 兩導(dǎo)體之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢。它的數(shù)值取決于兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸處的溫度而與導(dǎo)體的形狀及尺寸無關(guān)。根據(jù)物理學(xué)可知，

20、兩個接點的接觸電勢分別為e AB (T)=U AT -U BT = kTlnN AT(1)ekT0N BTe AB (T 0 )=U AT0 -U BT0 =NAT0(2)elnNBT0為接觸處的絕對溫度（ K ）;N A 、N B 為導(dǎo)體 A 、式中： k 為波爾茲曼常數(shù)； T、T 0B 的自由電子濃度； e 為電子的電荷量。（ 2）溫差電勢產(chǎn)生的原因：對于任何金屬導(dǎo)體， 當(dāng)其兩端溫度不同時， 兩端的自由電子濃度不同， 溫度高的一端的自由電子濃度大，具有的動能較大；溫度低的一端的自由電子濃度小，圖 2-3動能也小。因此，高溫端的自由電子要向低溫端擴散，最后達到動態(tài)平衡時，高溫端失去電子而帶正

21、電，低溫端獲得電子而帶負電，從而在兩端形成溫差電勢。如圖2-3所示。溫差電勢的大小可表示為7西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計Te A (T,T 0 )=AdT（ 3）T0Te B (T,T 0 )=BdT（4）T0式中： e A (T,T 0 )、e B (T,T 0 )分別為導(dǎo)體 A 、B 兩端溫度為 T、 T 0 時形成的溫差電勢；A、 B 為湯姆遜系數(shù)。對于由導(dǎo)體 A 與 B 組成的熱電偶，如圖3 所示。當(dāng)溫度 T T 0 時，回路總的熱電勢為E AB (T ,T0 ) eAB (T )eAB (T0 )eA (T ,T0 )eB (T ,T0 )= k (T T0 ) ln N ATA ) d

22、T(5)( BeN BT0綜上所述，可得出有關(guān)熱電偶的幾點結(jié)論：1）如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，即則無論兩結(jié)點的溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零。AB,NANB,2）如果熱電偶兩結(jié)點溫度相同，即 T T0 ,則盡管導(dǎo)體 A 、B 的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢也為零。因此，熱電偶兩結(jié)點必須存在溫差。3）熱電偶 A 、B 的熱電勢的大小與導(dǎo)體 A 、B 材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點溫度有關(guān)。在金屬導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度，所以在同一種導(dǎo)體內(nèi)的溫差電勢極小，可以忽略。因此，在一個熱電偶回路中起決定作用的是兩個結(jié)點處產(chǎn)生的與材料性質(zhì)

23、和該點溫度有關(guān)的接觸電勢。所以（5）式可以改寫成EAB (T ,T0)k (TT0 ) ln N AEAB (T ) EAB(T0)(6)eN B由（ 6）式可以看出，回路的總熱電勢是隨溫度 T 和 T0 變化的。在實際使用中很不方便，為此，在標(biāo)定熱電偶時，使 T0 為常數(shù)（通常是 T0 =0 0C ），即E （T） 常數(shù)AB0則（ 6）式可以改寫為EAB (T,T0 )EAB (T)C(T)（7）式（ 7）表明，當(dāng)熱電偶回路的自由端保持溫度不變時，熱電偶回路的總熱電勢只隨工作端的溫度變化而變化。兩個端點的溫差越大，回路中的總熱電勢也就越大。2.1.2 溫度傳感器的分類常用溫度傳感器熱電偶可分

24、為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶， 一般也沒有統(tǒng)一的分度表， 主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度8西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計傳感器熱電偶我國從 1988 年 1 月 1 日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型溫度傳感器熱電偶。2.1.3 熱電偶的

25、技術(shù)特點 測量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響； 測量范圍廣。 常用的溫度傳感器熱電偶從 -50+1600均可邊續(xù)測量， 某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到 -269（如金鐵鎳鉻） ，最高可達 +2800（如鎢 -錸）； 構(gòu)造簡單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。2.1.4 熱電偶的結(jié)構(gòu)形成各種熱電偶盡管外形各有不同，但其基本結(jié)構(gòu)式一樣的。普通熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護管、接線盒等四部分組成。如CAD 圖所示。（ 1）熱電極組成熱電偶的兩根細絲成為熱電極。熱電偶通常以熱電極材料種

26、類來命名。從理論上講，凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以組成熱電偶， 用來測量溫度。但實際上并不是所有的材料都可以組成熱電偶。 一般來說，熱電極材料應(yīng)滿足一下要求：a) 在測量范圍內(nèi)，熱電性能穩(wěn)定，不隨時間變化而變化；b) 在測量范圍內(nèi)，有足夠的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；c) 電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高；d) 組成熱電偶測溫時，產(chǎn)生熱電勢大，且希望熱電勢與被測溫度變化成單值線性或接近線性關(guān)系；e) 由足夠的機械強度及較好的耐振動、耐、沖擊性；f) 材料復(fù)制性好、工藝性好，可制成標(biāo)準(zhǔn)分度，制作工藝簡單，價格便宜。但是，實際上沒有一種材料能滿足上述全部要求。 因此，在設(shè)計選用熱電偶

27、的電極材料時，要根據(jù)測溫的具體條件來加以選擇。（ 2）絕緣材料套管絕緣材料套管又稱為絕緣子，用來防止兩根熱電極短路。絕緣子一般呈橢圓形或圓形，中間有一個、兩個或四個小孔，孔德大小由熱電極的直徑?jīng)Q定。（ 3）保護管保護管的作用是使電極和待測溫度介質(zhì)隔離，使之免受化學(xué)的侵蝕和機械損傷。9西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計對保護管的要求是必須具有優(yōu)良的傳熱性能，能經(jīng)久耐用。前者指的是具有良好的導(dǎo)熱性，以改善熱電極對被測溫度變化的響應(yīng)速度，減少滯后；后者指的是耐高溫、耐急冷急熱、耐腐蝕，不分解出對電極有害的氣體，有足夠的機械強度。具體使用時應(yīng)根據(jù)熱電偶的類型、測溫范圍和使用條件來選擇保護管材料。（ 4）接線盒接

28、線盒供熱電偶和補償導(dǎo)線連接之用。接線盒固定在熱電偶保護管上，一般用鋁合金制成，分為普通式和密封式兩種。2.2 溫度傳感器的選型本次設(shè)計溫度變送器采用的是江蘇恒大儀表 WRZ 系列一體化溫度變送器。江蘇恒大儀表的 WRZ 系列一體化溫度變送器熱電阻、熱電偶與變送器的完美結(jié)合，以十分簡捷的方式把 -200 1300的溫度信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)420mA電流信號實現(xiàn)對溫度精確測量與控制。WZR溫度變送器可與顯示儀、控制系統(tǒng)、記錄儀等調(diào)節(jié)器配套使用，并被廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電、醫(yī)藥、紡織、鍋爐等工業(yè)領(lǐng)域。圖 2-3 一體化溫度變送器2.2.1 技術(shù)指標(biāo)1) 基本誤差： 1.0%、 0.5%、 0.25%；

29、2) 輸出信號： 420mA；3) 負載電阻： 250 允許范圍為 0500 ；4) 供電電源： 24V DC 允許范圍為 18 30VDC ；5) 溫度漂移： 0.015%/；6) 環(huán)境溫度： -2560、相對濕度： 95%；7) 防爆等級： dIIBT4 。10西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計2.2.2 儀表主要特點二線制輸出、無需補償導(dǎo)線；抗干擾能力強、遠傳性能好；結(jié)構(gòu)簡單、合理安裝方便；小型化、安全可靠、使用壽命長；三線制、二線制輸入方法通用；液晶顯示現(xiàn)場溫度，清晰度高，無視覺誤差。2.2.3 測溫范圍品測溫材料分度號測溫范圍名熱鎳鉻-康銅E01000范圍內(nèi)任選電鎳鉻-鎳硅K01300范圍內(nèi)任

30、選偶鉑銠 10- 鉑S01600范圍內(nèi)任選鉑銠 30- 鉑銠 6B01800范圍內(nèi)任選熱鉑熱電阻Pt100-200 600范圍內(nèi)任選電銅熱電阻Cu50-50 150范圍內(nèi)任選阻銅熱電阻Cu100-50 150范圍內(nèi)任選表 2-4注： 1、在測溫范圍 800以下、隔爆型機電一體化溫度變送器的防爆性能有效；2、可按用戶要求特殊設(shè)計、生產(chǎn)其它型號的變送器。2.2.4 結(jié)構(gòu)形式11西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計圖 2-52.2.5 接線盒形式12西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計圖 2-613西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計3 其他傳感器選型3.1 壓力變送器本次設(shè)計壓力變送器采用的是上海自動化儀表四廠YSG-2/3/4 系

31、列電感壓力變送器。YSG 系列壓力變送器為電感壓力（微壓）變送器，主要適用于工業(yè)生產(chǎn)過程和測量系統(tǒng)中用以測量各種非結(jié)晶和非凝固的對鋼或鐵及其合金不起腐蝕作用的流體介質(zhì)的壓力或負壓。本儀表既能將被測介質(zhì)的壓力值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流的電流信號，以便于較長距離傳送測量值，而最終能在中央控制室中與二次儀表進行配套，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動檢測與控制，又具有機械式指針直接指示壓力值的特點，以便于現(xiàn)場工藝檢查和調(diào)校。圖 3-1 YSG 電感壓力變送器測量范圍：表 3-214西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計使用條件：1)使用環(huán)境條件： -1055相對濕度不大于85；2)溫度影響：使用溫度偏離205，其溫度附加誤差不大于0.7

32、5%/10。3.2 物位計本次設(shè)計物位計采用上海質(zhì)諾電子有限公司的 VEGACAP系列物位測量儀表。這種電容式物位測量儀表幾乎可以廣泛的用于各個工業(yè)領(lǐng)域。 傳感器和容器組成一個電容器。物位的變化會造成電容的變化， 電容的變化可以通過電子部分進行分析處理， 并轉(zhuǎn)換成一個開關(guān)命令。電容物位儀表非常堅固耐用， 且免維護，可以用于各個工業(yè)領(lǐng)域。 全絕緣型的傳感器特別適用于測量液體， 半絕緣的傳感器適用于測量固體介質(zhì)。 而且測量粘附性或腐蝕性的介質(zhì)絕對沒有問題。 由于電容式儀表對于安裝沒有特殊的要求， 所以很多應(yīng)用上可以改用 VEGACAP60系列。圖 3-3電容式物位計產(chǎn)品選型：VEGACAP62典型

33、應(yīng)用：固體，不導(dǎo)電液體類型：棒式，半絕緣，同軸套管絕緣： PTFE長度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）VEGACAP6315西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計典型應(yīng)用：導(dǎo)電液體類型：棒式，全絕緣，同軸套管絕緣： PE,PTFE長度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）VEGACAP64典型應(yīng)用：粘附性導(dǎo)電液體類型：棒式，半絕緣絕緣： PTFE長度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50130過程壓力： -164bar（ -

34、1006400kPa）BEGACAP65典型應(yīng)用：不導(dǎo)電液體類型：纜式，半絕緣絕緣： PTFE長度： 0.432M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）3.3 流量計本次設(shè)計采用江蘇華清儀表有限公司的HQ-HLUG系列流量計。 HQ-HLUG 系列帶溫壓補償一體式渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。 一體式渦街流量計的特點是壓力損失小,量程范圍大 ,精度高 ,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件，因此可靠性高 ,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。一

35、體式渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器 ,可靠性高 ,可在 -20 +250的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進、理想的16西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計流量。一體式渦街流量計 VSF 輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。 但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量， 這時流量計的輸出信號應(yīng)同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。渦街流量計便是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能

36、力， 無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、 空氣、氣體、水、液體的工況體積流量， 配備溫度、壓力傳感器可測量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量， 是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。圖 3-4 一體式渦街流量計測量介質(zhì)：氣體、液體、蒸氣；口徑規(guī)格：法蘭卡裝式口徑選擇25,32,50,80,100；法蘭連接式口徑選擇： 100,150,200；流量測量范圍：正常測量流速范圍雷諾數(shù) 1.5 104 4106；氣體 550m/s; 液體 0.57m/s；測量精度： 1.0 級 1.5 級；高溫： 25 150 -25 250；輸出信號：脈沖電壓輸出信號高電平 810V 低電平 0.71.3V ；脈沖占空比：約50%,傳

37、輸距離為 100m；脈沖電流遠傳信號： 420 mA,傳輸距離為 1000m；儀表使用環(huán)境：溫度 :-25 +55 濕度 :590% RH50；材質(zhì)：不銹鋼 , 鋁合金；17西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計電源： DC24V 或鋰電池 3.6V；防爆等級：本安型EX iaIIbT3-T6 ；防護等級： IP65。3.4 加速度傳感器本次設(shè)計采用康泰電子 ULT 系列加速度傳感器。 IEPE 加速度傳感器 , 是在傳感器內(nèi)部集成了微型集成電路放大器 (mini IC) 的壓電加速度傳感器 ,將傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體 , 能直接與采集或記錄儀器連接 , 簡化了測試系統(tǒng) , 提高了測試精

38、度和可靠性 , 同時具有低阻抗輸出、抗干擾、噪聲小、性價比高、安裝方便等顯著優(yōu)點。圖 3-5 IEPE壓電加速度傳感器IEPE 壓電加速度傳感器指標(biāo)：? 恒流源供電： 220mA, 典型值： 4mA( 信號調(diào)理器供電電壓范圍 :1830VDC,典型值： 24VDC) ；? 線性 1%；? 橫向靈敏度 5%，典型值 3%；? 輸出偏壓： 8-12Vdc；? 輸出阻抗： 150；? 放電時間常數(shù)： 0.2秒；? 溫度范圍： -40+120；? 安裝力矩：約 2030Kgf.cm(M5 螺紋 ) 。18西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計4 結(jié)論為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了。 在這次的課程設(shè)計中， 不僅檢驗了我們所

39、學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我們?nèi)绾稳グ盐找患虑?，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。使我們深深懂得了許多測試理論和方法只有通過實際驗證才能加深理解并真正掌握。實驗就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識， 掌握各類典型傳感器、 記錄儀器的基本原理和適用范圍；課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。 在設(shè)計過程中我們自學(xué)了很多知識， 同時也著重復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識， 了解了如何確定方案， 加強了我們動手、 思索和解決問題的能力。在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題， 但經(jīng)過一次有一次的思考， 一遍又一遍的檢查，終于找出了原因所在， 也暴露除了前期我在這方面的知識的欠缺和經(jīng)驗不足。 實踐出真知，通過親自動手設(shè)計， 使我