化工儀表及自動(dòng)化第3章2

化工(huàgōng)儀表及自動(dòng)化第三章檢測(cè)儀表與傳感器

1精品資料內(nèi)容提要(nèirónɡtíyào)物位檢測(cè)及儀表概述差壓式液位變速器電容式物位傳感器核輻射物位計(jì)稱重式液罐計(jì)量?jī)x溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表溫度(wēndù)檢測(cè)方法熱電偶溫度(wēndù)計(jì)熱電阻溫度(wēndù)計(jì)電動(dòng)溫度(wēndù)變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器測(cè)溫元件的安裝2精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表一、概論(gàilùn)幾個(gè)概念液位 料位液位計(jì) 料位計(jì) 界面計(jì)測(cè)量物位的兩個(gè)目的按其工作原理分為直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表●

確定容器或貯存庫(kù)中的原料、輔料、半成品或成品的數(shù)量;●進(jìn)行監(jiān)視和控制生產(chǎn)工藝過程。3精品資料二、差壓式液位變送器1.工作(gōngzuò)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)(jiǎncè)及儀表4精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表將差壓變送器的一端(yīduān)接液相，另一端(yīduān)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精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表2.零點(diǎn)(línɡdiǎn)遷移問題圖3-41負(fù)遷移示意圖在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來說實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為則6精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表遷移彈簧(tánhuáng)的作用改變變送器的零點(diǎn)。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精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表圖3-42正負(fù)(zhènɡfù)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0～5000Pa，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精品資料第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量(cèliáng)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—變送器

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式

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。9精品資料三、電容式物位傳感器1.測(cè)量(cèliáng)原理圖3-45電容器的組成(zǔchénɡ)1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長(zhǎng)度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。通過測(cè)量電容量的變化可以用來檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表10精品資料四、核輻射物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度(qiángdù)隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式（3-63）。（3-63）圖3-48核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表五、磁致伸縮式液位計(jì)六、光纖式液位計(jì)七、稱重式液罐計(jì)量?jī)x11精品資料1.液面和界面測(cè)量應(yīng)選用差壓式儀表、浮筒式儀表和浮子式儀表。不滿足要求時(shí)，可選用電容式、電阻式、聲波式、磁致伸縮式等儀表。2.儀表的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特性來選擇。3.儀表的顯示方式和功能，應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特性來選擇。4.儀表量程應(yīng)根據(jù)工藝對(duì)象實(shí)際需要現(xiàn)實(shí)的范圍或?qū)嶋H變化(biànhuà)范圍確定。5.儀表精確度應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇。6.用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電子式物位儀表，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)場(chǎng)所類別及被測(cè)介質(zhì)的危險(xiǎn)程度，選擇合適的防爆結(jié)構(gòu)形式或采取其他的防爆措施。第四節(jié)物位檢測(cè)(jiǎncè)及儀表八、物位測(cè)量?jī)x表的選型（P75表3-6）12精品資料一、溫度(wēndù)檢測(cè)方法溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同(bùtónɡ)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(bùtónɡ)而變化的特性來加以間接測(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

第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表13精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表易受外界干擾(gānrǎo)，標(biāo)定困難測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快0～3500200～2000光電探測(cè)熱電探測(cè)紅外線低溫段測(cè)量不準(zhǔn)，環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)溫準(zhǔn)確度測(cè)溫時(shí)，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)400～2000700～3200900～1700輻射式光學(xué)式比色式輻射式非接觸式測(cè)溫儀表不能測(cè)高溫，需注意環(huán)境溫度的影響測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制-200～600-50～150鉑銅熱電阻需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測(cè)量精度較低測(cè)溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制0～1600-50～1000-50～600鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅熱電偶精度低，測(cè)溫距離短，滯后大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐震，防爆能記錄、報(bào)警，價(jià)格低廉-30～600-20～3500～250液體氣體蒸汽壓力式精度低，量程和使用范圍有限結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠-80～600雙金屬測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn)傳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉-50～600玻璃液體膨脹式接觸式測(cè)溫儀表缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)測(cè)溫范圍／℃溫度計(jì)種類測(cè)溫方式常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)14精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表1.膨脹(péngzhàng)式溫度計(jì)圖3-50雙金屬片

圖3-51

雙金屬溫度信號(hào)器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。15精品資料2.壓力(yālì)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，并用壓力表來測(cè)量這種變化，從而(cóngér)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16精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表3.輻射式溫度計(jì)輻射式高溫計(jì)是基于物體熱輻射作用來測(cè)量溫度(wēndù)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）

17精品資料二、熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)(jīchǔ)的測(cè)溫儀表。圖3-53熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)(xìtǒng)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18精品資料熱電偶溫度計(jì)是由三部分組成：熱電偶——是由不同材料的導(dǎo)體焊接而成，作為感溫元件測(cè)量?jī)x表(yíbiǎo)——?jiǎng)尤x表(yíbiǎo)或電位差計(jì)連接導(dǎo)線——銅導(dǎo)線及補(bǔ)償導(dǎo)線

工作(gōngzuò)端熱端測(cè)量端tt0自由端冷端熱電極1.熱電偶及測(cè)溫原理熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。

熱電效應(yīng)：把兩種導(dǎo)體或者半導(dǎo)體連接成一個(gè)閉合回路，把這兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度t的熱源和溫度t0中，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，這種效應(yīng)叫作熱電效應(yīng)。19精品資料（1）熱電現(xiàn)象(xiànxiàng)及測(cè)溫原理圖3-55熱電現(xiàn)象(xiànxiàng)圖3-56接觸電勢(shì)形成的過程圖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20精品資料整個(gè)回路的熱電勢(shì)(diànshì)由接觸電勢(shì)(diànshì)組成 溫差電勢(shì)(diànshì)接觸電勢(shì)(diànshì)：兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，由于兩者電子密度不同，則電子在兩個(gè) 方向擴(kuò)散速率不同，從而在A、B間形成一個(gè)電位差，這就是接觸電勢(shì)(diànshì)。溫差電勢(shì)(diànshì)：在同一種導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)(diànshì)。溫差電勢(shì)(diànshì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)(diànshì)，整個(gè)熱電偶回路的熱電勢(shì)(diànshì):

當(dāng)A、B和t0一定時(shí)，EAB（t,t0）是溫度t的單值函數(shù)，這就是熱電偶測(cè)溫的基本依據(jù)。AB+++－－－eAB21精品資料2.熱電偶基本定律★熱電回路的熱電勢(shì)僅取決于熱電極的材料和兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度，與溫度沿?zé)犭姌O的分布及電極尺寸和形狀無關(guān)；★在熱電偶回路中，接入第三(dìsān)種材料的導(dǎo)線，只要第三(dìsān)導(dǎo)線的兩端的溫度相同，第三(dìsān)導(dǎo)線的引入不會(huì)影響熱電偶的電勢(shì)；★兩種金屬A和B分別與金屬C配偶的熱電勢(shì)為EAC和ECB，則A和B配偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB為EAC和ECB之差，即★若結(jié)點(diǎn)溫度為t1和t2時(shí)回路的熱電勢(shì)為E1；結(jié)點(diǎn)溫度為t2和t3時(shí)的熱電勢(shì)為E2，則結(jié)點(diǎn)溫度為t1和t3時(shí)的回路熱電勢(shì)為E=E1+E2——冷端修正理論依據(jù)。22精品資料3.熱電勢(shì)(diànshì)與溫度關(guān)系特性可用 列表法 表示（冷端溫度均為0℃） 數(shù)學(xué)表示法 圖示法★列表法將溫度與熱電偶的熱電勢(shì)列成相應(yīng)的表格，不同的熱電偶其數(shù)值是不同的，每種熱電偶都對(duì)應(yīng)(duìyìng)一個(gè)分度號(hào)?！飻?shù)學(xué)表示法熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系用一個(gè)公式表示：

★圖示法把熱電勢(shì)與溫度關(guān)系用曲線在坐標(biāo)紙上表示出來。23精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表注意(zhùyì)

如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無論兩接點(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。24精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（3）常用(chánɡyònɡ)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１℃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。25精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表180016001200900750350300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-40～300鉑銠6合金(héjīn)純鉑鎳硅合金(héjīn)銅鎳合金(héjīn)銅鎳合金(héjīn)銅鎳合金(héjīn)鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅LL-2LB-3EU-2--CKBSKEJTWRRWRPWRNWREWRFWRC鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳短期使用長(zhǎng)期使用負(fù)熱電極正熱電極舊新測(cè)溫范圍/℃熱電極材料分度號(hào)代號(hào)熱電偶名稱表3-4工業(yè)用熱電偶26精品資料（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)(jiégòu)①普通型熱電偶圖3-59熱電偶的結(jié)構(gòu)(jiégòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表27精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表80150500120014001700橡皮(xiàngpí)、絕緣漆琺瑯玻璃管石英管瓷管純氧化鋁管工作溫度/℃材料表3-5常用絕緣子材料表3-6常用保護(hù)套管6001000120014001900以上無縫鋼管不銹鋼管石英管瓷管Al2O3陶瓷管工作溫度/℃材料28精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表②鎧裝(kǎizhuānɡ)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。③表面型熱電偶

專門用來測(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。

29精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表④快速(kuàisù)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)，材料及耐壓強(qiáng)度；保護(hù)套管的插入深度。30精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表２補(bǔ)償(bǔcháng)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，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)（0～100℃）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。見左圖。31精品資料補(bǔ)償導(dǎo)線的特點(diǎn)：①在一定溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與所要連接的熱電極具有相同的熱電性能；②價(jià)格比較低廉；③不同熱電偶所用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同；④熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)(liǎnɡɡè)接點(diǎn)處溫度相同；⑤使用時(shí)型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)。第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表32精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)(xínghào)相配。0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047綠藍(lán)棕白銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳紅紅紅紅銅銅鎳鉻銅鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅-銅鎳顏色材料顏色材料負(fù)極正極工作端為100℃，冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)/mV補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶名稱表3-7常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線33精品資料３.冷端溫度(wēndù)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0℃，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。一般采用(cǎiyòng)下述幾種方法。（1）冷端溫度保持為0℃的方法圖3-61熱電偶冷端溫度保持0℃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。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表34精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表舉例(jǔlì)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)橛纱丝芍?，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t１，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）。35精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表用計(jì)算的方法來修正冷端溫度，是指冷端溫度內(nèi)恒定值時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。該方法只適用(shìyòng)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36精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表舉例(jǔlì)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）＝66982μV，而自由端的溫度t1＝30℃，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68783μV對(duì)應(yīng)的溫度為900℃。37精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)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(shíjì)的被測(cè)溫度。譬如在上例中，測(cè)得的熱電勢(shì)為66982μV，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(shíjì)被測(cè)溫度有一定誤差。其實(shí)際(shíjì)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。38精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（3）校正儀表(yíbiǎo)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)，來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

39精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)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(rúguǒ)補(bǔ)償電橋是在0℃時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-Ⅱ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40精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（5）補(bǔ)償(bǔcháng)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。41精品資料三、熱電阻溫度計(jì)在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度(wēndù)計(jì)來進(jìn)行溫度(wēndù)的測(cè)量較為適宜。第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表

熱電偶一般適用于測(cè)量500℃以上的較高溫度，對(duì)于在500℃以下的中、低溫輸出電勢(shì)很小，對(duì)測(cè)量電路的放大器和抗干擾能力要求很高，否則不準(zhǔn)；另外，由于冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對(duì)誤差顯得突出，不易得到完全的補(bǔ)償。所以，在中、低溫區(qū)，一般使用熱電阻溫度計(jì)測(cè)量，適用于-200～+500℃，輸出值大，測(cè)量準(zhǔn)確。42精品資料熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表(yíbiǎo)（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)(jiǎncè)及儀表熱電阻溫度計(jì)熱電阻（感溫元件）

不平衡電橋顯示儀表平衡電橋連接導(dǎo)線43精品資料對(duì)于呈線性特性的電阻(diànzǔ)來說，其電阻(diànzǔ)值與溫度關(guān)系如下式熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體(yètǐ)、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)）來進(jìn)行溫度測(cè)量的。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表44精品資料2.工業(yè)(gōngyè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般(yībān)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。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表45精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（1）鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍(fànwéi)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R0＝10Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。

46精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（2）銅電阻(diànzǔ)

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)上常用的銅電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。47精品資料３.熱電阻的結(jié)構(gòu)(jiégòu)（1）普通型熱電阻主要由電阻體、保護(hù)(bǎohù)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

將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表48精品資料采用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質(zhì)構(gòu)成。特點(diǎn)：靈敏度高、電絕緣性好、可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重量輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭(tàntóu)等。分類第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表四、光纖溫度變送器功能型非功能型液晶光纖溫度傳感器熒光光纖溫度傳感器半導(dǎo)體光纖溫度傳感器光纖輻射溫度計(jì)49精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表五、電動(dòng)(diàndònɡ)溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ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精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表DDZ-Ⅲ型的溫度變送器與DDZ-Ⅱ型的溫度變送器進(jìn)行比較(bǐjiào)，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精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表溫度變送器有三種(sānzhǒnɡ)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52精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表（1）輸入(shūrù)電橋作用：冷端溫度補(bǔ)償、調(diào)整零點(diǎn)。圖3-67輸入電橋53精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（2）反饋(fǎnkuì)電路在DDZ-Ⅲ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精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表2.熱電阻溫度(wēndù)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熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖55精品資料輸入橋路利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì),來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化,起到冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)調(diào)整作用。以三線制的連接方式接入電橋，將電阻轉(zhuǎn)化為電壓。反饋電路對(duì)熱電偶的非線性進(jìn)行修正，使變送器輸出信號(hào)直接與被測(cè)溫度成線性關(guān)系，以便顯示與控制。放大電路將毫伏信號(hào)變換為高電平輸出，現(xiàn)在一般采用(cǎiyòng)特殊的低漂移、高增益集成運(yùn)算放大器。第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表56精品資料六、一體化溫度(wēndù)變送器它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ?zhuānyòng)接線盒內(nèi)的一種溫度變送器。圖3-73一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表七、智能式溫度變送器57精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表八、測(cè)溫儀表的選用(xuǎnyòng)及安裝1.溫度測(cè)量?jī)x表的選用（1）就地溫度儀表的選用（2）溫度檢測(cè)元件的選用（3）特殊場(chǎng)合適用的熱電偶、熱電阻58精品資料2.測(cè)溫元件(yuánjiàn)的安裝要求（1）在測(cè)量管道溫度(wēndù)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。見圖3-76。（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。見圖3-77。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表59精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表圖3-76測(cè)溫元件(yuánjiàn)安裝示意圖之一圖3-77測(cè)溫元件安裝示意圖之二60精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表（4）若工藝管道過?。ㄖ睆叫∮?0mm），安裝(ānzhuāng)測(cè)溫元件處應(yīng)接裝擴(kuò)大管，如圖3-78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3-79所示。圖3-78小工藝管道上測(cè)溫元件安裝示意圖圖3-79熱電偶或熱電阻安裝示意圖61精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（6）為了防止熱量(rèliàng)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。62精品資料第五節(jié)溫度(wēndù)檢測(cè)及儀表2.布線(bù xiàn)要求（1）按照規(guī)定的型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，注意熱電偶的正、負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極相連接，不要接錯(cuò)。（2）熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求。（3）為了保護(hù)連接導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線不受外來的機(jī)械損傷，應(yīng)把連接導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線穿入鋼管內(nèi)或走槽板。63精品資料第五節(jié)溫度檢測(cè)(jiǎncè)及儀表（6）補(bǔ)償導(dǎo)線(dǎoxiàn)不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒。另外，最好與其他導(dǎo)線(dǎoxiàn)分開敷設(shè)。（5）導(dǎo)線應(yīng)盡量避開交流動(dòng)力電線。（4）導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭。應(yīng)有良好的絕緣。禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應(yīng)。64精品資料顯示儀表：凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄(jìlù)或累積的儀表。顯示儀表一般都裝在控制室的儀表盤上。它和各種測(cè)量元件或變送單元(dānyuán)配套使用；又能與控制單元(dānyuán)配套使用，分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表第七節(jié)顯示儀表65精品資料★模擬式顯示儀表：以指針或記錄筆的角位移或線位移來模擬顯示被測(cè)參數(shù)連續(xù)變化的情況的儀表。特點(diǎn)：測(cè)量速度較慢，精度低，難以準(zhǔn)確讀數(shù)，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)廉，能直觀反映被測(cè)量變量的變化趨勢(shì)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中仍然在大量使用?！飻?shù)字式儀表：直接以數(shù)字形式顯示被測(cè)變量，其測(cè)量速度快，精度高，讀數(shù)直觀準(zhǔn)確，可以配以自動(dòng)打印，便于和計(jì)算機(jī)等數(shù)字化裝置直接配套使用?！锲聊伙@示儀表與計(jì)算機(jī)聯(lián)用的顯示裝置，可把生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)以文字、符號(hào)和圖形等形式在屏幕上顯示出來，具有(jùyǒu)模擬和數(shù)字顯示儀表兩者的功能，具有(jùyǒu)計(jì)算機(jī)大存儲(chǔ)量的記錄能力和快速處理能力，是計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中必不可少的裝置，其應(yīng)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大，是未來控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。概述(ɡàishù)66精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表一、自動(dòng)(zìdòng)電子電位差計(jì)電子電位差計(jì)

是用來測(cè)量直流電壓信號(hào)的，凡是能轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)直流電壓信號(hào)的工藝變量都能用它來測(cè)量。1.手動(dòng)電位差計(jì)工作原理

根據(jù)平衡法將被測(cè)電勢(shì)與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。

圖4-1電壓平衡原理圖測(cè)量時(shí)，可調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位置，使同時(shí)有67精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表2.自動(dòng)電子(diànzǐ)電位差計(jì)的工作原理根據(jù)這種電壓平衡原理來進(jìn)行工作。特點(diǎn)

用可逆電動(dòng)機(jī)及一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替了人手進(jìn)行電壓平衡操作；用放大器代替了檢流計(jì)來檢測(cè)不平衡電壓并控制可逆電機(jī)的工作。圖4-2電子電位差計(jì)原理圖

電子電位差計(jì)既保持了手動(dòng)電位差計(jì)測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動(dòng)指示和記錄被測(cè)溫度值。結(jié)論68精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表3.自動(dòng)電子(diànzǐ)電位差計(jì)的測(cè)量橋路圖4-3電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖圖4-2電子電位差計(jì)原理圖（1）冷端溫度補(bǔ)償問題

舉例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從0℃升高到25℃，這時(shí)熱電勢(shì)將降低１mV，儀表指針會(huì)指示偏低。69精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表如果把R２做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0℃升高到25℃時(shí)，其阻值變化量ΔR2＝0.5Ω，這時(shí)，電阻R2上的電壓降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·I2＝1mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因?yàn)闇y(cè)量橋路的補(bǔ)償電壓UCD＝UCB－UDB，現(xiàn)在(xiànzài)UDB增加了1mV，那么UCD就會(huì)減少1mV，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢(shì)的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。70精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表（2）量程匹配(pǐpèi)問題圖4-4XW系列電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖R2—冷端補(bǔ)償銅電阻；RM—量程電阻；RB—工藝電阻；RP—滑線電阻；R4—終端電阻（限流電阻）；R3—限流電阻；RG—始端電阻；E—穩(wěn)壓電源1V；I1—上支路電流4mA；I2—下支路電流2mA①R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。②下支路限流電阻R3它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。

③上支路限流電阻R4把上支路的工作電流限定在4mA。④滑線電阻RP儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運(yùn)行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。

⑤量程電阻RM決定儀表量程大小的電阻。⑥始端（下限）電阻RG大小取決于測(cè)量下限的高低。71精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表4.自動(dòng)(zìdòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)測(cè)量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)

圖4-5

電子電位差計(jì)方框原理圖72精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表二、自動(dòng)(zìdòng)電子平衡電橋1.平衡電橋測(cè)溫原理利用平衡電橋來測(cè)量熱電阻變化。圖4-6平衡電橋

當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（4-3）73精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表滑動(dòng)(huádòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是（4-4）用式（4-4）減式（4-3），則得（4-5）74精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表2.自動(dòng)電子(diànzǐ)平衡電橋圖4-7

自動(dòng)平衡電橋結(jié)構(gòu)原理圖圖4-8自動(dòng)電子平衡電橋方框圖

為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。75精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表3.自動(dòng)電子平衡(pínghéng)電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較相同處與這兩種儀表配套的測(cè)溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部分都是完全相同的。76精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表不同(bùtónɡ)處它們的輸入信號(hào)不同。兩者的作用原理不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)溫時(shí)，其測(cè)量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測(cè)溫時(shí)，則不存在這個(gè)問題。測(cè)溫元件與測(cè)量橋路的連接方式不同。

77精品資料模擬式顯示(xiǎnshì)儀表其他模擬式顯示(xiǎnshì)儀表：動(dòng)圈式顯示儀表

采用靈敏度較高的磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為指針的角位移，實(shí)質(zhì)上是一種利用偏差法測(cè)量電流的儀表。光柱式顯示儀表

將輸入信號(hào)通過由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來，具有顯示醒目、形象直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。78精品資料張絲1.動(dòng)圈式儀表的作用(zuòyòng)原理當(dāng)測(cè)量信號(hào)通過張絲加在動(dòng)圈上時(shí)，便有電流流過動(dòng)圈。此時(shí)載流線圈將受磁場(chǎng)力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)使張絲扭轉(zhuǎn)，此時(shí)張絲就產(chǎn)生反抗動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，當(dāng)兩力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在某一位置上。由于動(dòng)圈的位置與輸入毫伏信號(hào)相對(duì)(xiāngduì)應(yīng)，當(dāng)面板直接刻成溫度標(biāo)尺時(shí)，裝在動(dòng)圈上的指針就指示出被測(cè)對(duì)象的溫度數(shù)值。79精品資料數(shù)字式顯示(xiǎnshì)儀表一、數(shù)字式顯示(xiǎnshì)儀表的特點(diǎn)及分類特點(diǎn)

清晰