化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課件第四章2

1第四章檢測(cè)儀表與傳感器2§3.4物位檢測(cè)變送儀表§3.4.1概述物位分類：液位：在容器中液體介質(zhì)的高度液位計(jì)料位：容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度料位計(jì)界面：兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面界面計(jì)3§3.4.2物位儀表分類按照工作原理可以分為以下幾種類型:1.直讀式物位儀表2.浮力式物位儀表3.差壓式物位儀表4.電磁式物位儀表5.核輻射物位儀表6.聲波式物位儀表7.光學(xué)式物位儀表45磁浮子翻板液位計(jì)6利用浮子內(nèi)磁鋼驅(qū)動(dòng)雙色薄片的翻轉(zhuǎn)來(lái)指示液位主體內(nèi)磁浮子隨液位的升降而上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)主體外指示器內(nèi)的雙色薄片翻轉(zhuǎn)；有液位時(shí)轉(zhuǎn)示紅色、無(wú)液位時(shí)轉(zhuǎn)示黑色，黑色和紅色色帶間的界線即為液位高度。7§3.4.3差壓式液位變送器1、工作原理差壓式液位變送器，是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作。8P1=P0+HρgP2=P0ΔP=P1-P2=Hρg

壓差變送器測(cè)得的壓差與液位高度成正比，這樣把測(cè)量液位高度轉(zhuǎn)化為測(cè)量壓差。9經(jīng)濟(jì)液晶顯示(選件)結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固可靠可用于0～lm…0～100m的液位測(cè)量精度為0.1％、O.25％、0.5％兩線制4～20mA輸出或低功率，三線制1～5V輸出10三、電容式物位傳感器1.測(cè)量原理在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也不同。11當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長(zhǎng)度L和介電常數(shù)ε的乘積成比例。將電容傳感器（探頭）插入被測(cè)物料中，電極浸入物料中的深度隨物位高度變化，必然引起電容量的變化，從而可檢測(cè)出物位。122.液位的檢測(cè)非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)量13是利用被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)ε與空氣的介電常數(shù)ε0不等的原理工作的；（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏；D與d越相接近，儀表靈敏度越高；結(jié)構(gòu)改變后，可測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的液位。143.料位的檢測(cè)可測(cè)量固體塊狀、顆粒體及粉料的料位固體間磨損較大，容易“滯留”采用電極棒及容器壁組成電容器的兩極，測(cè)量非導(dǎo)電固體15電容物位計(jì)的特點(diǎn)：傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便電容變化量不大，要精確測(cè)量，電子線路復(fù)雜介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，影響介電常數(shù)16注意事項(xiàng)被測(cè)介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)是否穩(wěn)定是準(zhǔn)確測(cè)量的前提；確定介質(zhì)的導(dǎo)電性是否屬于：非導(dǎo)電介質(zhì)還是導(dǎo)電介質(zhì)；介質(zhì)是否有腐蝕性、粘性物或沉淀物；引起測(cè)量誤差的常見(jiàn)情況：劇烈的波動(dòng)、拱起的泡沫、吸濕或粘性的介質(zhì)。17第五節(jié)溫度檢測(cè)變送儀表溫度不能直接測(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。溫度計(jì)與高溫計(jì)18

1接觸式：膨脹式測(cè)溫儀表壓力式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)

2非接觸式：輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)一、溫度測(cè)量?jī)x表分類（按測(cè)量方式分為）19常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)20（a）膨脹式溫度計(jì)1.金屬片；2.調(diào)節(jié)螺釘；3.絕緣子；4.信號(hào)燈21（b）壓力式溫度計(jì)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原理而工作，并用壓力表測(cè)量這種變化，從而得到溫度由溫包、毛細(xì)管和彈簧管組成22二、熱電偶溫度計(jì)基于熱電效應(yīng)（賽貝克效應(yīng)）原理測(cè)量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確可靠、應(yīng)用極為普遍組成熱電偶——感溫元件測(cè)量?jī)x表——?jiǎng)尤x表、電位差計(jì)或數(shù)顯表連接導(dǎo)線——銅導(dǎo)線及補(bǔ)償導(dǎo)線

231.熱電偶及測(cè)溫原理兩種導(dǎo)體連接成一個(gè)閉合回路，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)。工作端測(cè)溫端tt0參照端冷端熱電極24熱電勢(shì)的產(chǎn)生接觸電勢(shì)：接觸電勢(shì)僅和兩金屬的材料及接觸點(diǎn)溫度有關(guān)，溫度越高，接觸電勢(shì)越大，用eAB(t)表示。AB+++－－－eAB

溫差電勢(shì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)整個(gè)熱電偶回路的熱電勢(shì):252.熱電偶基本定律(1)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(wú)關(guān)——中間溫度定律；(2)在熱電偶回路中，接入第三種材料的導(dǎo)線，只要第三導(dǎo)線的兩端的溫度相同，第三導(dǎo)線的引入不會(huì)影響熱電偶的電勢(shì)——中間導(dǎo)體定律；(3)如兩種金屬A和B分別與金屬C配偶的熱電勢(shì)EAC和ECB，則A和B配偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB為EAC和ECB之差——標(biāo)準(zhǔn)電極定律；（4）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)。26tAB在冷端處接入導(dǎo)線和儀表AB把A,B電極直接插入被測(cè)液態(tài)金屬中或焊在固體金屬表面273.熱電勢(shì)與溫度關(guān)系特性（1）列表法將溫度與熱電偶的熱電勢(shì)寫成相應(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)一個(gè)分度號(hào)---分度表。（2）數(shù)字表示法熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系用一個(gè)公式表示：

（3）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(lái)。28表1鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表

分度表Kμv℃0123456789003979119158198238277317357103974374775175575976376777187582079883887991996010001041108111221162301203124412851325136614071448148915291570401611165216931734177618171858189919401981。。。。。。5402234622388224312247322516225592260122644226872272955022772228152285722900229422298523028230702311323156560231982324123284233262336923411234542349723539235825702362423667237102357223795238372388023923239652400858024050240932413624178242212426324306243482439124434590244762451924561246042464624689247312477424817248596002490224944249872502925072251142515725199252422528429E=-0.0014194137+0.039924664*T+0.000011141194*T^2K型熱電偶30（1）對(duì)熱電偶材料的要求：①熱電性能好②物理、化學(xué)性能穩(wěn)定③有良好的機(jī)械加工性能④復(fù)現(xiàn)性好（2）工業(yè)上常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：

鉑銠30－鉑銠6(B),鉑銠10－鉑(S),鎳鉻－鎳硅(K)，鎳鉻－銅鎳(E)等某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）

4.常用熱電偶材料31工業(yè)用熱電偶熱電偶名稱分度號(hào)測(cè)溫范圍/℃特點(diǎn)長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6B300～16001800熱電勢(shì)小，測(cè)量溫度高，精度高適用于中性和氧化性介質(zhì)價(jià)格高鉑銠10-鉑S0～13001600熱電勢(shì)小，精度高，線性差適用于中性和氧化性介質(zhì)價(jià)格高鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）K0～10001200熱電勢(shì)大，線性好適用于中性和氧化性介質(zhì)價(jià)格便宜鎳鉻-康銅E0～550750熱電勢(shì)大，線性差適用于氧化及弱還原性介質(zhì)價(jià)格低32鎳鉻-鎳鋁型熱電偶的性能1906年開(kāi)始使用1938年已標(biāo)準(zhǔn)化,長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用在空氣中可使用到1200℃兩個(gè)主要缺點(diǎn)鎳鋁電極的硫蝕鎳鉻電極的擇優(yōu)氧化和“K”狀態(tài)33

5.熱電偶的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電偶：有熱電極、絕緣管、保護(hù)套和接線盒組成（2）鎧裝熱電偶：將熱電偶絲與絕緣材料及金屬套管經(jīng)過(guò)整體拉伸工藝加工而成的堅(jiān)實(shí)的組合體。工作端有露頭型、接殼型和絕緣型三種。34外徑為1-8mm，還可小到0.2mm，長(zhǎng)度可為50m。反應(yīng)速度快，可彎曲、不怕震、耐高壓的優(yōu)點(diǎn)。③表面型熱電偶利用真空鍍膜法將兩種電極材料蒸鍍?cè)诮^緣基底上的薄膜熱電偶，專門測(cè)量物體表面溫度。④快速熱電偶測(cè)量高溫熔融物體的一種專用熱電偶，尺寸?。犭姌O直徑約0.1mm），響應(yīng)快（4－6秒）稱為消耗式熱電偶，只能間歇測(cè)量。35366.熱電偶冷端溫度的處理方法（1）補(bǔ)償導(dǎo)線只有熱電偶的冷端溫度保持不變，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可將冷端延伸至溫度恒定處。補(bǔ)償導(dǎo)線有以下特點(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)接頭上溫度相同（不應(yīng)超過(guò)100℃）；⑤使用時(shí)型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)。37（2）冷端溫度的補(bǔ)償方法

采用補(bǔ)償導(dǎo)線后，冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是0℃。①冰點(diǎn)法②計(jì)算修正法③儀表零點(diǎn)校正法④補(bǔ)償電橋法⑤補(bǔ)償熱電偶法38具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路返回39補(bǔ)償熱電偶連接線路40三、熱電阻溫度計(jì)1.熱電偶與熱電阻對(duì)比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。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。41熱電阻的組成及連接方式熱電阻溫度計(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42采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。測(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋，熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。

431.熱電阻測(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來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻與熱電偶的測(cè)溫原理不同熱電阻：溫度變化電阻值變化熱電偶：溫度變化熱電勢(shì)變化442.工業(yè)常用熱電阻熱電阻的材料一般要求：電阻溫度系數(shù)、電阻率大熱容量小在整個(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。目前應(yīng)用最為廣泛的電阻材料是鉑和銅45（1）鉑電阻型號(hào)為WZP，鉑易提純，在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫下其物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不適合還原性介質(zhì)。在0～650℃的溫度范圍內(nèi)：

A、B、C是常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)可得。R0=10,對(duì)應(yīng)分度號(hào)Pt10R0=100,對(duì)應(yīng)分度號(hào)Pt100，作為基準(zhǔn)儀器的鉑電阻，R100/R0≥1.3925;一般工業(yè)用鉑電阻，R100/R0≥1.385。46（2）銅電阻型號(hào)為WZC,銅易加工提純，價(jià)格便宜，電阻溫度系數(shù)較鉑大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系。在-50℃～150℃范圍內(nèi)：溫度超過(guò)150℃后，易被氧化，而失去良好的線性特性。R0=50,對(duì)應(yīng)分度號(hào)Cu50;

R0=100,對(duì)應(yīng)分度號(hào)Cu100。工業(yè)用銅電阻的R100/R0=1.42847工業(yè)常用熱電阻熱電阻名稱分度號(hào)0℃時(shí)阻值測(cè)溫范圍特點(diǎn)鉑電阻Pt1010Ω－200～500℃·精度高，價(jià)格貴·適用于中性和氧化性介質(zhì)Pt100100Ω