第三章检测仪表与传感器-副本(2)

1、3.4 物位检测及仪表物位检测及仪表 ppgHpp21将差压变送器的一端接液相，另一端接气相将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此gHppp21差压液位变送器原理图 差压与液位高度成正比，通过测差差压与液位高度成正比，通过测差压来测液位高度压来测液位高度gHp01211pgHghp0222pghpghghgHpp2221121ghhgHp2121图 负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则这种情况称之为负迁移这种情况称之为负迁移 为了使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对应，为了使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对

2、应，可采用可采用零点迁移零点迁移的办法，即调节仪表上的迁移弹簧。的办法，即调节仪表上的迁移弹簧。 假定采用假定采用DDZ- DDZ- 型差压变送器，其输出范围是型差压变送器，其输出范围是4-20mA4-20mA。的电流信号。的电流信号无迁移无迁移时，时，H=0H=0，P=0P=0，变送器的输出，变送器的输出I I0 0=4mA=4mA H=Hmax H=Hmax，P=P=PmaxPmax，变送器的输出，变送器的输出I I0 0=20mA=20mA负迁移负迁移时，时，H=0H=0，P P0 0，变送器的输出，变送器的输出I I0 04mA4mA H=Hmax H=Hmax，P PPmaxPmax

3、，变送器的输出，变送器的输出I I0 020mA20mA 迁移和迁移和调零调零都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，零都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，零点调整量通常较小，零点迁移量比较大。点调整量通常较小，零点迁移量比较大。 迁移同时时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，迁移同时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。它不改变量程的大小。 某差压变送器的某差压变送器的测量范围为测量范围为05000Pa，当压差由，当压差由0变化到变化到5000Pa时，时，变送器的输出将由变送器的输出将由4mA变化到变化到20mA，这是无迁移的情况，

4、如左图中曲线这是无迁移的情况，如左图中曲线a所所示。负迁移如曲线示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲所示，正迁移如曲线线c所示。所示。 举例举例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 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、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。下图所示。 dDL1DdL2H212ln()LCD

5、 d212()ln()HCKHD d 辐射源接收器0HII en五、称重式液罐计量仪五、称重式液罐计量仪该计量仪既能将该计量仪既能将，又能反映出罐中，又能反映出罐中。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21121MgLLAppgHpp12HKHMLAL112HAM0AMH0杠杆平衡时由于（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）将式（3-67）代入式（3-65），得02MAKL （3-68）如果液罐的横截面积A为常数，得02MKLi式中AMLAAKKi11称重式液罐计量仪1下波

6、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A A1 1是两波纹管的有效面积；是两波纹管的有效面积；L L1 1、L L2 2为杠杆臂为杠杆臂长；长；M M为砝码质量；为砝码质量；可见，可见，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成比例，而与介质密度无关。成比例，而与介质密度无关。3.5 温度检测及仪表温度检测及仪表 温度是化工过程中最普遍而重要的操作温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。参数。所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；温度决定一些反应能否进行和反应方向；温

7、度决定一些反应能否进行和反应方向；温度决定一些反应的进程程度；温度决定一些反应的进程程度；温度显示反应的能量变化。温度显示反应的能量变化。 温度不能直接测量温度不能直接测量。温度的测量都是通。温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其过温度传递到敏感元件后，其物理性质随温物理性质随温度变化而进行度变化而进行的。的。一、温度检测方法和分类一、温度检测方法和分类 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，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。接测量。

8、高温计高温计( (600 以上以上) )、温度计、温度计( (600 以下以下) )标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式接触式与非接触式 接触式：选择某一物体同被测物体相选择，进行热交换，当两者达到热平接触式：选择某一物体同被测物体相选择，进行热交换，当两者达到热平衡时，选择物体与被测物体温度相等，通过测量选择物体的某一物理量，衡时，选择物体与被测物体温度相等，通过测量选择物体的某一物理量，定量给出温度。定量给出温度。非接触式：通过辐射或对流实

9、现热交换进行测温。非接触式：通过辐射或对流实现热交换进行测温。 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80 -80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30 -30 600600-20 -20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、

10、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电偶偶铂铑铂铑- -铂铂镍铬镍铬- -镍镍硅硅镍铬镍铬- -考考铜铜0 0 16001600-50 -50 10001000-50 -50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200 -200 600600 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、

11、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被

12、测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 膨胀式温度计膨胀式温度计n膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。性质而制成的。n双金属温度计的感温元件由两片线膨胀系数双金属温度计的感温元件由两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成。温度变化不同的金属片叠焊在一起而制成。温度变化时，不同金属受热膨胀长度不同而发生弯曲，时，不同金属受热膨胀长度不同而发生弯曲，元件的自由端带动指针显示温度。元件的自由端带动指针显示温度。 它是根据在封闭系统中的液体、它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热气体或低沸点液体的饱和蒸

13、汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。化，从而测得温度。 压力式温度计结构原理图 1传动机构；2刻度盘； 3指针；4弹簧管；5连杆；6接头；7毛细管；8温包；9工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度的变化来测温的仪表叫。 压力式温度计压力式温度计 当温包感受到温度变化时，密当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构由端产生位移，再由齿

14、轮放大机构把位移变为指示值。把位移变为指示值。n基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。n广泛用于测量高于广泛用于测量高于800的温度。的温度。辐射式温度计辐射式温度计ABt1t0接触电势形成过程接触电势形成过程不同金属具有不同的电子密度；电子从自由电子密度大的不同金属具有不同的电子密度；电子从自由电子密度大的一方扩散到另一方。一方扩散到另一方。两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场热电现热电现象；象；电场会阻碍电子的扩散，电子在扩散作用和电场力作用下电场会阻碍电子的扩散，电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；最

15、终达到平衡；电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。+-扩散作用电场作用金属A金属BAeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生的时所产生的温差电动势，例如在温差电动势，例如在0时，铜的时，铜的 =2V/。温差电势温差电势dTTTeTTAA0),(0温差电势原理图温差电势原理图 热电效应热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体（热电

16、偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为度各为 t 及及 t0 的热源中，则在该回路内就会产生热电势。的热源中，则在该回路内就会产生热电势。A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet 热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小

17、不仅与冷、热两端的温度有关，号的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。会产生热电势。但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表，路中串接毫伏信号的检测仪表，那串接那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？对热电偶回路产生影响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。tt0A

18、BCC毫伏计如果断开冷端，接入第三种导体如果断开冷端，接入第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温度均为接触处的温度均为t t0 0，则回路中的总，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和热电势等于各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( ,)( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有0 0000( , )( )( )( ) 0ABCABBCCAEt te te te t于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理还可以证明，

19、在热电偶中接入第四种、第五同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种种导体以后，只要接入导体的两端温度相同，导体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。响。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。 tt0ABCC毫伏计例：求热电偶回路的电势。已知：例：求热电偶回路的电势。已知：e eABAB(240)=

20、9.747mV(240)=9.747mV，e eABAB(50)=2.023mV(50)=2.023mV，e eACAC(50)=3.048mV(50)=3.048mV，e eACAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。 解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)， 而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E= e E= eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(5

21、0)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：解二： E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBABA(50)+e(50)+eACAC(50)+e(50)+eCACA(10)(10) = e = eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV (50)=10.181 mV 。 如果热电偶如果热电偶ABAB在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶CDCD在同一温度范围内所在同一温度范围内所产生的热电势相等，即产生的热电势相等，即 ，则这两支热

22、电偶在该温度范，则这两支热电偶在该温度范围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。 00( , )( , )ABCDEt tEt tt0tAAABBBDCtt0tctc例例 如左图，设如左图，设 ，证明该回路的总热电势为证明该回路的总热电势为 00( , )( , )ABcCDcEt tEt t0( , )ABEt t某热电偶，热端温度为某热电偶，热端温度为t t，冷端温度为，冷端温度为t tc c，在实际应用时，热电偶的热端与冷，在实际应用时，热电偶的热端与冷段离得很近，且冷端暴露在空气中，易受环境温度影响，因此冷端温度难以段

23、离得很近，且冷端暴露在空气中，易受环境温度影响，因此冷端温度难以实现恒定，怎么办？实现恒定，怎么办？DC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB可以把热电偶做得很长，一直到控制室。可以把热电偶做得很长，一直到控制室。把冷端温度延伸到控制室，变为把冷端温度延伸到控制室，变为t t0 0，恒定，恒定t t0 0比较容易比较容易此时，测得的热电势为此时，测得的热电势为00( , )( , )( , )ABcABcABEt tEt tEt t但热电偶一般为（较）贵重的金属，采用如图所示的延伸方式将需要大量的但热电偶一般为（较）贵重的金属，采用如图

24、所示的延伸方式将需要大量的贵金属材料，不妥。贵金属材料，不妥。DC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB如果选用一组较廉价的材料（如果选用一组较廉价的材料（C C、D D），且），且CDCD在一定温度范围内所产生的热电在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶势与热电偶ABAB在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用CDCD来替代来替代ABAB的延伸段。的延伸段。00( , )( , )( , )ABcCDcABEt tEt tEt tCDCD即为热电偶即为热电偶ABAB的补偿导线，通常的补偿

25、导线，通常CDCD采用比热电偶电极材料更廉价的两种金采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在属材料做成，一般在0 0100100范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有几乎完全相同的热电性质。几乎完全相同的热电性质。在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，热电偶的正、负极分别与补偿导线的正、负极相接；热电偶与补偿导线连接热电偶的正、负极分别与补偿导线的正、负极相接；热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于处的温度一般不能高于100100。 从理论上分析

26、，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性

27、好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。 附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是以以t t0 000为基准进行分度的。为基准进行分度的。当当t t00时，所有型号热电偶产生的热电势为时，所有型号热电偶产生的热电势为0mV0mV；当当t0t0时，热电势为负值。时，热电势为负值。在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶中，相同温度条件下B B型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。型最大。如果把各型号热电偶的

28、热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的。即：。即：00( , )()ABEt tK tt例例 用用K K型热电偶来测量温度，在冷端温度为型热电偶来测量温度，在冷端温度为t t0 02525时，测时，测得热电势为得热电势为22.9mV22.9mV，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。 解：解： 根据题意有根据题意有 ( ,25)22.9KEtmV由由K K型热电偶的分度表查出型热电偶的分度表查出 (25,0)1.000KEmV因此有因此有( ,0)( ,25)(25,0)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmV

29、mV反查分度表有反查分度表有23.923.624570*10576.524.05023.624tC中间导体定律中间导体定律拆开冷端，串入拆开冷端，串入“毫伏计毫伏计”，可以测量，可以测量热电势，而不影响总的热电势热电势，而不影响总的热电势等值替代定律等值替代定律利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的现场延伸的冷端从温度较高和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内到温度较低和比较稳定的操作室内由于操作室内的温度往往高于由于操作室内的温度往往高于00，而且也是不恒定的（即，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的

30、热电势必然使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。会随冷端温度的变化而变。因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为00，或者，或者进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，对热电偶进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。冷端温度的处理称为冷端温度补偿。目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法：目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法： 冰浴法冰浴法计算修正法计算修正法ttc热电偶补偿导线毫伏计0恒温装置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

31、时指示值不偏低，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。这时因为将可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。这时因为将补偿导线一直引入到显示仪表的输入端，这时仪表的输入接补偿导线一直引入到显示仪表的输入端，这时仪表的输入接线端子所处的室温就是该热电偶的冷端温度。线端子所处的室温就是该热电偶的冷端温度。 注意：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。只能在测温要求不太高的场合下应用。0 ,0 ,11tEttEtE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）。

32、为求得实际。为求得实际t 的温度，可利用下的温度，可利用下式进行修正，即式进行修正，即 0 ,0 ,11tEtEttE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（t，0）。 t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+00( , )(

33、)abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t补偿热电偶法补偿热电偶法图3-65 补偿热电偶连接线路 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 0( ,)E t t热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500500以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。是实际应用最广泛的两种结构。 n热电极工作部分n绝缘子防止电极

34、与电极、套管短路n保护套管保护n接线盒 普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。盒等主要部分组成。 贵重金属热电极的直径一般为贵重金属热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属，普通金属热电极的直径一般为热电极的直径一般为0.50.53.2mm3.2mm；热电极的长度由安装条件；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为和插入深入而定，一般为3503502000mm2000mm。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不

35、受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式。普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式。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铠装型热电偶是由热电极、铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的过拉伸加工成型的金属套管一般为铜、不锈钢、金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等镍基高温合金等保护套管和热电极之间填充绝保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm

36、8mm，在使用中可以，在使用中可以随测量需要任意弯曲。随测量需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。 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；保护套管材料；保

37、护套管的结构，材料及耐压强度；保护套管的插入深度。的插入深度。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。反应速度极快、热惯性极小。 n热电偶的材质要求：热电偶的材质要求：单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；热电性质稳定；热电性质稳定；化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀；化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀；具有较好的延展性，易于加工；具有较好的延展性，易于加工；复现性好，便于批量生产和互换。复现性好，便于批量生产和互换。n不同材质的热电偶有不

38、同的特性，应根据实际不同材质的热电偶有不同的特性，应根据实际需要选择需要选择测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精度、抗腐蚀能力、价格等。度、抗腐蚀能力、价格等。热电偶的材质与常用热电偶热电偶的材质与常用热电偶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WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREW

39、RFWRFWRCWRCB 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30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350 在工业应用中，热电偶一般适用于测量在工业应用中，

40、热电偶一般适用于测量500500以上的较高温度。对以上的较高温度。对于于500500以下的中、低温度，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的以下的中、低温度，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所在较低的温度区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度，一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。以测量中、低温度，一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或

41、是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。平衡电桥）以及连接导线所组成。 图3-66 热电阻温度计：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：近似关系式表示： 001()ttRRtt式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度为温度t t0 0( (通常通常t t0 00 0) )时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度系数。为温度系数。 tR0tR：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为： 式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 A

42、 A、B B是取决于半导体材料和结构的常数是取决于半导体材料和结构的常数 tRB ttRAe：热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有有5050300300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。控制。金属热电阻一般适用于测量金属热电阻一般适用于测量200200500500范围内的温度测范围内的温度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控

43、制领域中的应用极其广泛。领域中的应用极其广泛。 3201CtBtAtRRt（1 1）铂电阻）铂电阻CCCBCA/1022. 4,/10850. 5,/10950. 32273在在0 0650650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为的温度范围内，铂电阻与温度的关系为由实验求得由实验求得 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R010，对应分度，对应分度号为号为Pt10。另一种是。另一种是R0100，对应分度号为，对应分度号为Pt100。 在氧化介质中，甚至在高温下其物理、化学性质都在氧化介质中，甚至在高温下其物理、化学性质都非常稳定；但在还原介质中，特别是在高温下容易被

44、沾非常稳定；但在还原介质中，特别是在高温下容易被沾污，改变其电阻与温度间的关系。污，改变其电阻与温度间的关系。（2 2）铜电阻）铜电阻 金属铜价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻金属铜价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为与温度呈线性关系；在测温范围为-50-50+150+150内，具有内，具有很好的稳定性。缺点是温度超过很好的稳定性。缺点是温度超过150150后易被氧化，氧化后易被氧化，氧化后失去良好的线性特性。后失去良好的线性特性。 CttRRt/1025. 41300 在在-50-50+150+150的范围内，铜电阻与温度的关系是的范围内，铜电阻与温度的关

45、系是线性的。即线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应，对应的分度号为的分度号为Cu10。另一种是。另一种是R0100，对应的分度号，对应的分度号为为Cu100。 主要由电阻体、保护套管和接主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。线盒等主要部件所组成。图3-65 热电阻的支架形状(已绕电阻丝) 将电阻体预先拉制成型并与绝将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。缘材料和保护套管连成一体。 将热电阻材料通过真空镀膜法，将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。直接蒸镀到绝缘基底上。 热电偶温度变送器；热电偶温度变送器；

46、热电阻温度变送器；热电阻温度变送器； 直流毫伏变送器。直流毫伏变送器。结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。 热电偶温度变送器的结构方框图 冷端温度补偿冷端温度补偿：当冷端温度变化时，Cu电阻阻值随温度变化也变化，使电桥两端产生一附加电压，以补偿冷端温度变化引起热电势Et的减少。调整零点调整零点：在热电势为0时，应由输入桥路提供满幅输入电压的20%，建立输出的起点。 输入电桥 在在DDZ-型的温度变送器中，型的温度变送器中，EtEt与被测温度与被测温度t t非线性关系，在温度变送非线性关系，在温度变送器中的反馈回路加入线性化电路，以反馈线路的非线性补偿热电

47、偶的非线性，器中的反馈回路加入线性化电路，以反馈线路的非线性补偿热电偶的非线性，从而使输出电流从而使输出电流I I0 0与温度与温度t t成线性关系。成线性关系。 热电偶温度变送器的线性化方法方框图 由于热电偶产生的热电势数值很小，一般只有几十或十几毫伏，由于热电偶产生的热电势数值很小，一般只有几十或十几毫伏，因此它需要经过多级放大后才能变换为高电平输出。因此它需要经过多级放大后才能变换为高电平输出。 结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。放大电路通结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。放大电路通用。当受温度变化引起热电阻阻值发生改变后，电桥就输出用。当受温度变化引起热电阻阻值发生改变后，电桥

48、就输出一个不平衡电压信号，此电压信号通过放大电路和反馈电路，一个不平衡电压信号，此电压信号通过放大电路和反馈电路，得到与得到与t t成线性关系的输出电流成线性关系的输出电流I I0 0。 热电阻温度变送器的结构方框图一体化温度变送器结构框图I1I2VT111()itCuwUE I RRoiIKU11()tCuwK EI RR输入板包括多路转换器、信号调理电路、AD转换器和隔离部分，其作用是将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给CPU，并实现输入板与主电路板的隔离。 用于热电偶的冷端温度补偿 核心核心采样、计算(控制)、输出 产生并输出满足FF标准的数字信号 显示 n五、测温仪表的选用与安装五

49、、测温仪表的选用与安装（1 1）就地温度仪表的选择）就地温度仪表的选择精确度等级精确度等级一般工业用温度计：选用一般工业用温度计：选用1.51.5级或级或1 1级。级。精密测量用温度计：选用精密测量用温度计：选用0.50.5级或级或0.250.25级。级。测量范围测量范围 最高测量值不大于仪表测量范围上限值最高测量值不大于仪表测量范围上限值90%90%，正常测量值在仪表测量范围，正常测量值在仪表测量范围上限值的上限值的1/21/2左右。左右。 压力式温度计测量值应在仪表测量范围上限值的压力式温度计测量值应在仪表测量范围上限值的1/21/23/43/4之间。之间。 双金属温度计双金属温度计 在满

50、足测量范围、工作压力和精确度的要求时，应被优先选用于就地显在满足测量范围、工作压力和精确度的要求时，应被优先选用于就地显示。示。压力式温度计压力式温度计 适用于适用于-80-80以下低温、无法近距离观察、有振动及精确度要求不高的就以下低温、无法近距离观察、有振动及精确度要求不高的就地或就地盘显示。地或就地盘显示。玻璃温度计玻璃温度计 仅用于测量精确度较高、振动较小、无机械损伤、观察方便的特殊场合仅用于测量精确度较高、振动较小、无机械损伤、观察方便的特殊场合。不得使用玻璃水银温度计。不得使用玻璃水银温度计。（2 2）温度检测元件的选用）温度检测元件的选用 根据温度测量范围，选用相应分度号的热电偶

51、、热电阻或热敏热电阻根据温度测量范围，选用相应分度号的热电偶、热电阻或热敏热电阻。 铠装式热电偶适用于一般场合；铠装式热电阻适用于无振动场合；热铠装式热电偶适用于一般场合；铠装式热电阻适用于无振动场合；热敏热电阻适用于测量反应速度快的场合。敏热电阻适用于测量反应速度快的场合。 （3 3）在特殊场合适用的热电偶、热电阻：）在特殊场合适用的热电偶、热电阻： 温度高于温度高于870870、氢含量大于、氢含量大于5%5%的还原性气体、惰性气体及真空场合，的还原性气体、惰性气体及真空场合，选用钨铼热电偶或吹气热电偶；选用钨铼热电偶或吹气热电偶； 设备、管道外壁和转体表面温度，选用端（表面）式、压簧固定式

52、或铠设备、管道外壁和转体表面温度，选用端（表面）式、压簧固定式或铠装热电偶、热电阻；装热电偶、热电阻； 含坚硬固体颗粒介质，选用耐磨热电偶；含坚硬固体颗粒介质，选用耐磨热电偶； 在同一检出（测）元件保护管中，要求多点测量时，选用多点（支）热在同一检出（测）元件保护管中，要求多点测量时，选用多点（支）热电偶；电偶； 为了节省特殊保护管材料（如钽），提高响应速度或要求检出（测）元为了节省特殊保护管材料（如钽），提高响应速度或要求检出（测）元件弯曲安装应选用或铠装热电偶、热电阻；件弯曲安装应选用或铠装热电偶、热电阻； 高炉、热风炉温度测量，可选用高炉、热风炉专用热电偶。高炉、热风炉温度测量，可选用高

53、炉、热风炉专用热电偶。 在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差。在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差。测量元件应迎着被测介质流向插入，至少须与被测介质正交，切勿与被测介测量元件应迎着被测介质流向插入，至少须与被测介质正交，切勿与被测介质形成顺流。质形成顺流。 测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。 测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。为此，测量元件应斜插测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。为此，测量元件应斜插安装或在弯头处安装。安装或在弯头处安装。 （1 1）测温元件的安装要求）测温元件

54、的安装要求若工艺管道过小（直径小于若工艺管道过小（直径小于8080mm），安装测温元件处应接装扩大管。），安装测温元件处应接装扩大管。 热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏物进热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量。入接线盒中影响测量。 为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。 测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气进入，使读数降低。进入，使读数降低。 小工艺管道上测温元件安装示

55、意图热电偶或热电阻安装示意图3.6 现代测试技术与传感器的发展现代测试技术与传感器的发展n一、软测量技术的发展一、软测量技术的发展 沿袭传统的检测技术发展思路，通过研制新型的过程测量仪表，以硬沿袭传统的检测技术发展思路，通过研制新型的过程测量仪表，以硬件形式实现过程参数的直接在线测量；件形式实现过程参数的直接在线测量； 采用间接测量的思路，利用易于获取的其他测量信息，通过计算来实现采用间接测量的思路，利用易于获取的其他测量信息，通过计算来实现被检测量的估计。被检测量的估计。 依据易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量之间的数学关系，依据易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量之间的数学关系，

56、通过各种数学计算和估计方法，实现对待测过程变量的测量。通过各种数学计算和估计方法，实现对待测过程变量的测量。 n二、现代传感器技术的发展二、现代传感器技术的发展1.1.新材料、新功能的开发，新材料、新功能的开发，新加工技术的使用；新加工技术的使用；2.2.多维、多功能化的传感多维、多功能化的传感器器; ;3.3.微型化、集成化、数值微型化、集成化、数值化和智能化化和智能化; ;4.4.新型网络传感器的发展新型网络传感器的发展。 网络传感器连接图3.7 显示仪表显示仪表一、数字式显示仪表一、数字式显示仪表模拟量信号模拟量信号：以连续变化的物理量的大小模拟实际参数的大小。：以连续变化的物理量的大小

57、模拟实际参数的大小。数字量信号数字量信号：以脉冲数表达的实际参数的大小。：以脉冲数表达的实际参数的大小。n数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流值。成相应的电压或电流值。将小输入信号放大至伏级电压幅度。将小输入信号放大至伏级电压幅度。n二、无笔、无纸记录仪n三、虚拟显示仪表本章习题(2)nP101-10362，64。为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为 t0=0）突然将燃）突然将燃料气量从料气量从 2.5t/h 增加到增加到

58、 3. 0t/h.重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如图如图 2-25 所示。假定该对象为一阶所示。假定该对象为一阶 对象，试写出描述该重油预热炉特性对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输 人量与输出量人量与输出量)，并写出燃料量变化量为并写出燃料量变化量为 0.5t/h 时温度变化时温度变化量的函数表达式。量的函数表达式。解：该对象为具有纯滞后的一阶对象，解：该对象为具有纯滞后的一阶对象，由图由图2-25 可得出可得出放大系数放大系数150 1206032.5K(h

59、m3)由一阶对象的输出响应由一阶对象的输出响应(1)tTKAe 其中其中 为温度的增量，为温度的增量，A 为输入幅值，为输入幅值，T 为时间常数，为时间常数， t 为与为与 相对应的时相对应的时间增量。间增量。 = 145 120 = 25 （），），A = 3.0 2.5 = 0.5 （t/h），），t = 8 2 = 6 （min）将以上数据代入式（将以上数据代入式（14-1），可得），可得（14-1）T 3.35 （min）由于有纯滞后时间由于有纯滞后时间 = 2 （min）故描述该重油预热炉特性的微分方程式故描述该重油预热炉特性的微分方程式为为(2)3.35(2)60 ( )dy ty

60、 tx tdt式中，式中， y 为输出量（温度变化值），为输出量（温度变化值）， x 为输入量（燃料量变化值）。为输入量（燃料量变化值）。当燃料量变化量为当燃料量变化量为 0.5t/h，由，由 式式(14-1），得），得输出温度变化量的函数表达式输出温度变化量的函数表达式223.353.35(1)60*0.5*(1)30(1)tttTKAeee （ t 2 ）（）（14-3）被校表读数被校表读数/MPa0246810标准表正行程读数标准表正行程读数/MPa01.983.965.947.979.99标准表反行程读数标准表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01如果有一台压力