热工仪表工作原理

1、温守东温守东目的和意义目的和意义v在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为同程度上自动地进行，称为化工自动化。化工自动化。v实现化工自动化的目的是：实现化工自动化的目的是： 1. 加快生产速度，降低生产成本，加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和提高产品数量和质量。质量。 2. 降低劳动强度，改善劳动成本。降低劳动强度，改善劳动成本。 3. 确保生产安全。确保生产安全。化工自动化的发展历程化工自动化的发展历程1950 s1960 s 基地式

2、气动单元仪表，基地式电动单元仪表，膜片基地式气动单元仪表，基地式电动单元仪表，膜片式仪表。式仪表。为化工单元操作的发展提供了技术支撑。为化工单元操作的发展提供了技术支撑。 1970 s1980 s 单元组合单元组合型仪表：型仪表：QDZ，DDZ 1990 s 单元组合单元组合型仪表：型仪表：QDZ ，DDZ 主要内容主要内容v基本概念基本概念控制系统控制系统控制对象控制对象v仪器仪表仪器仪表测量测量显示显示控制控制执行执行v控制系统控制系统（简单控制系统、复杂控制系统）（简单控制系统、复杂控制系统）v计算机控制系统计算机控制系统（系统构成、接口与转换）（系统构成、接口与转换）主要参考书目主要参

3、考书目1. 化工仪表及自动化化工仪表及自动化（第三版）（第三版）厉玉鸣厉玉鸣 主编，化学工业出版社主编，化学工业出版社2. 化工仪表及自动化习题集化工仪表及自动化习题集厉玉鸣厉玉鸣 主编，化学工业出版社主编，化学工业出版社3. 化工过程控制工程（第二版）化工过程控制工程（第二版）王骥程王骥程 祝和云祝和云 主编，化学工业出版社主编，化学工业出版社4. 化工过程控制基础化工过程控制基础化学工业出版社化学工业出版社第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容第二节第二节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成第三节第三节 自动控制系统的

4、表示方法自动控制系统的表示方法第四节第四节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类第五节第五节 自动控制的过渡过程和系统品质指标自动控制的过渡过程和系统品质指标第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容v自动检测系统自动检测系统v自动保护与自动报警系统自动保护与自动报警系统v自动操纵与自动开停车系统自动操纵与自动开停车系统v自动控制系统自动控制系统第二节第二节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成要求观察思考调节变换显示记录调节给定值执行机构检测仪表记录仪显示器调节器 四部分：测量元件及变送器、控制器、执行机四部分：测量元件及变送器、控制器、执行机构、控制对象构、控制对象+给定值x测

5、量值-z变送器ep调节作用调节器q被调参数y干扰作用f调节对象控制器控制器输出第三节第三节 自动控制系统的表示方法自动控制系统的表示方法v方块图表示方式方块图表示方式v自动控制系统是具自动控制系统是具有被控变量负反馈的有被控变量负反馈的闭环系统。闭环系统。v流程图表示方式流程图表示方式进料出料TCTT凝液蒸汽控制流程图符号意义控制流程图符号意义序号序号安装位置安装位置图形符号图形符号备注备注序号序号安装位置安装位置图形符号图形符号备注备注1就地安装仪就地安装仪表表4集中仪表盘集中仪表盘后安装仪表后安装仪表嵌在管道嵌在管道中中2集中仪表盘集中仪表盘面安装仪表面安装仪表5就地仪表盘就地仪表盘后安装

6、仪表后安装仪表3就地仪表盘就地仪表盘面安装仪表面安装仪表控制流程图字母意义控制流程图字母意义字字母母第一位字母第一位字母后继字母后继字母字字母母第一位字母第一位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词功能功能被测变量被测变量修饰词修饰词功能功能A分析分析报警报警P压力压力C电导率电导率控制控制Q数量数量积分积分累积累积D密度密度差差R放射性放射性记录记录E电压电压S速度速度安全安全开关开关F流量流量比比T温度温度传送传送I电流电流指示指示V粘度粘度阀阀K时间时间W力力L物位物位YM水分水分Z位置位置执行机构执行机构第四节第四节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类v按被控变量分类：按被

7、控变量分类：流量控制、温度控制、压力控制、物位控制等；流量控制、温度控制、压力控制、物位控制等；v按控制规律分类：按控制规律分类：比例控制、比例微分控制、比例积分控制、比例微分积分调节比例控制、比例微分控制、比例积分控制、比例微分积分调节v按被控变量的变化规律分类：按被控变量的变化规律分类：定值控制系统：给定值为常数；定值控制系统：给定值为常数；随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化；随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化；程序控制系统：按预定时间顺序控制参数。程序控制系统：按预定时间顺序控制参数。v按信号种类分类：按信号种类分类：气动控制系统，电动控制系统气动控制系统，电动控制系统第五节

8、第五节 自动控制系统的过渡过程和自动控制系统的过渡过程和系统品质指标系统品质指标1. 控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程v控制系统的过渡过程：控制系统的过渡过程：在扰动或给定值变化的情况下，被控量偏离给定在扰动或给定值变化的情况下，被控量偏离给定值和在控制调节作用下，接近给定值或跟随给定值和在控制调节作用下，接近给定值或跟随给定值变化的过程。值变化的过程。v控制系统的动态特性控制系统的动态特性被控变量向给定值变化过程的特性。被控变量向给定值变化过程的特性。v控制系统的静态特性控制系统的静态特性经过调节作用后经过调节作用后,被控参数处于稳定范围时的特被控参数处于稳定范围时的特性。性。第五节第五

9、节 自动控制系统的过渡过程和自动控制系统的过渡过程和系统品质指标系统品质指标v飞升曲线：飞升曲线：在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使被控在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使被控变量在设定值之间出现阶跃性变化）下，过渡参变量在设定值之间出现阶跃性变化）下，过渡参数的变化曲线。数的变化曲线。输输入入量量时间时间t0t0飞升曲线的四种形式飞升曲线的四种形式 3. 等幅振荡过程1. 非周期衰减过程0t0yy0t004. 发散振荡过程tt0t2. 衰减振荡过程yty0t0t控制系统的品质指标控制系统的品质指标1. 最大偏差最大偏差A；2. 衰减比衰减比(A-C)/(B-C)；4:110:13. 余

10、差余差C；4. 过渡时间过渡时间t；5. 振荡周期振荡周期T。ytABCT误差范围第二章第二章 测量元件与变换器测量元件与变换器3.1 概述概述一、参数的测量一、参数的测量v参数检测参数检测：将被测参数经过一次或多次能量的交换，将被测参数经过一次或多次能量的交换，获得一种获得一种便于显示和传递便于显示和传递的的信号信号的过程。的过程。v根据信号的不同，参数检测仪表可以分为根据信号的不同，参数检测仪表可以分为气动检测气动检测仪表仪表和和电动检测仪表电动检测仪表两类两类。v非电量的电测法非电量的电测法：将非电量工艺参数，如压力、温度、流量、物位等，转将非电量工艺参数，如压力、温度、流量、物位等，转

11、换为电流、电压等电路参数（信号）的检测方法。换为电流、电压等电路参数（信号）的检测方法。二、检测仪表的性能二、检测仪表的性能1. 准确度与误差准确度与误差v准确度准确度：测量值与被测量真值的接近程度；测量值与被测量真值的接近程度；v绝对误差绝对误差：测量值与被测量真值之差；测量值与被测量真值之差；v相对误差相对误差：绝对误差与被测量真值之比；绝对误差与被测量真值之比；实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比；示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比；允许相对误差：绝对误差与仪表满刻度值之允许相对误差：绝对误差与仪表满刻

12、度值之比。比。v允许误差：允许误差：最大允许相对误差。最大允许相对误差。二、检测仪表的性能二、检测仪表的性能2.指示变差与精密度指示变差与精密度v指示变差指示变差：同一仪表对相同的被测参数进行正、同一仪表对相同的被测参数进行正、 反行程测量时，其显示值的差异。反行程测量时，其显示值的差异。v精密度精密度（简称简称精度精度）：仪表检测微小参数变化仪表检测微小参数变化的能力。的能力。v仪表精度等级：仪表精度等级：用允许误差的绝对值表示：用允许误差的绝对值表示： 常用仪表等级有：常用仪表等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等等

13、 精确度：精确度：仪表精密而准确的程度。仪表精密而准确的程度。二、检测仪表的性能二、检测仪表的性能3. 灵敏度、灵敏限与分辨率灵敏度、灵敏限与分辨率v灵敏度灵敏度：仪表的指示位移变化量与被测参数仪表的指示位移变化量与被测参数变化量之比。变化量之比。v灵敏限灵敏限：能引起仪表指针发生位移变化的被能引起仪表指针发生位移变化的被测参数测参数的最小变化量。的最小变化量。v分辨率分辨率：测试仪表数字显示器的最末位数字测试仪表数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。间隔所代表的被测参数变化量。二、检测仪表的性能二、检测仪表的性能4. 线性度与反应时间线性度与反应时间v线性度线性度：测量仪表在全测

14、量仪表在全量程范围内实际校准值与量程范围内实际校准值与理论对应值的吻合程度。理论对应值的吻合程度。v反应时间反应时间：显示值变化相显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。对于实际值变化的滞后时间。被测变量被测变量仪仪表表显显示示值值三、检测系统的构成三、检测系统的构成被被测测参参数数敏敏感感元元件件信信号号变变换换信信号号传传输输信信号号测测量量显示显示记录记录控制控制+-A/DPLC3.2 压力的测量与变送压力的测量与变送一、压力的表示与单位一、压力的表示与单位压力的表示：压力的表示：v绝对压力绝对压力单位面积所受到的力单位面积所受到的力v相对压力（表压）相对压力（表压）绝对压力与大气压之差绝

15、对压力与大气压之差v真空度真空度大气压与绝对压力之差大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力绝对绝对压力压力真空度真空度表压表压标准大气压标准大气压压力（压强）的单位压力（压强）的单位v压强（俗称压力）：压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂直单位面积所受到的垂直作用力。作用力。v工程上的工程上的“压力压力”与力学中的与力学中的“压力压力”不表不表示同一个概念。示同一个概念。帕帕 PaN/m2毫米汞柱毫米汞柱mm兆帕兆帕 MPa105N/m2水柱水柱m工程大气压工程大气压10mH2O巴巴dyn/cm2物理大气压物理大气压 20C海平面海平面psilb/in2二、压力计的分类与工作原理二、压力计的分类

16、与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：v液柱式压力计液柱式压力计v活塞式压力计活塞式压力计v弹性式压力计弹性式压力计v电气式压力计电气式压力计1. 液柱式压力计液柱式压力计测量原理：测量原理：P=h 所以所以 h=P/ 单管压力计U型管压力计斜管压力计2. 活塞式压力计活塞式压力计v测量原理：测量原理： P=G/S 所以所以 G=PSv精确度高精确度高v常用作标准仪表，检常用作标准仪表，检验其它压力计验其它压力计3. 弹性式压力计与常用压力表弹性式压力计与常用压力表v工作原理：工作原理：采用弹性元件将压强大小转换为采用弹性元件将压强大小转换为

17、位移量，再通过机械传动和放大，推动指针位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。偏移。v根据敏感元件形式的不同可以分为以下根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：类：弹簧管式压力计弹簧管式压力计薄膜式压力计薄膜式压力计波纹管式压力计波纹管式压力计4. 电气式压力计与信号转换电气式压力计与信号转换v电气式压力计，电气式压力计，实际上是将弹性元件、液柱式压力实际上是将弹性元件、液柱式压力计所产生的微小位移或活塞式压力计所产生的力转计所产生的微小位移或活塞式压力计所产生的力转换为电信号输出的一类压力计。换为电信号输出的一类压力计。v电气式压力计通常两部分组成：电气式压力计通常两部分组成：一次仪表（

18、压力探头）：一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参将压力转换为微弱电参数；数；二次仪表：二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。将微弱电参数转换为标准电信号。电气式压力计一次探头电气式压力计一次探头v常用电参数有：常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。电阻、电感、电容、电压等。v常见压力变换器（压力探头）有：常见压力变换器（压力探头）有：应变式压力变换器；应变式压力变换器；压电电阻式压力变换器；压电电阻式压力变换器；电感式压力变换器；电感式压力变换器；电容式压力变换器；电容式压力变换器；霍尔片式压力变换器。霍尔片式压力变换器。电阻应变式压力计一次探头电阻应变式压力计一次探头v电线的电阻为

19、：电线的电阻为：R= L/Sv当电线受到拉（应）力作用时，当电线受到拉（应）力作用时，L变大，变大，S变小，变小，R变大。变大。v当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数。数转化为电阻参数。压力压力变化变化弹性弹性变形变形电阻电阻变化变化电感式压力计一次探头电感式压力计一次探头v磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。所以，当衔铁或铁所以，当衔铁

20、或铁芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从而，可以将位移量转化为电感量。而，可以将位移量转化为电感量。电容式压力计一次探头电容式压力计一次探头v电容器的电容量：电容器的电容量：C= S/dv当当S或或d发生变化时，发生变化时，电容量发生变化。电容量发生变化。霍尔式压力计一次探头霍尔式压力计一次探头v霍尔半导体霍尔半导体在垂直电流和磁场的作用下，会产生侧在垂直电流和磁场的作用下，会产生侧向电压：向电压：UH=RHBINS电气压力计前置放大器电气压力计前置放大器v传感元件的参量变化传感元件的参量变化通常是非常微弱的，不能进行通常是非常微弱的，不能进

21、行远距离传送，需要进行初步放大。远距离传送，需要进行初步放大。v电阻和电容传感器电阻和电容传感器一般采用一般采用电桥放大电桥放大，以电压方式，以电压方式输出；输出；v电感式传感器电感式传感器一般采用一般采用振荡电路放大振荡电路放大，以频率方式，以频率方式输出；输出；v电压传感器电压传感器一般采用一般采用直流放大器直流放大器，以电压或电流方，以电压或电流方式输出。式输出。电气压力计前置放大器电气压力计前置放大器供桥电压输出电压输出频率输出电压输入电压电气压力计二次仪表电气压力计二次仪表v作用：作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。将传感器信号转换为标准通讯信号。vDDZ 型仪表标准通讯信号为：型

22、仪表标准通讯信号为：420mA。v智能型压力传感器智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一在二次仪表中另外附加一些功能，如：模些功能，如：模/数转换与数据通讯，工程单数转换与数据通讯，工程单位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。三、压力计的选型三、压力计的选型v选型内容：选型内容：类型选择类型选择v功能：显示、报警、记录、传送（数字、模拟）；功能：显示、报警、记录、传送（数字、模拟）；v介质条件：温度、腐蚀性、粘度、脏污程度等；介质条件：温度、腐蚀性、粘度、脏污程度等； 如：氨气表防腐，氧气表禁油。如：氨气表防腐，氧气表禁油。v环境条件：温度、震动、电磁场等

23、。环境条件：温度、震动、电磁场等。量程与盘面大小量程与盘面大小v工作压力不小于工作压力不小于1/3量程，不大于量程，不大于2/3（1/2）量）量程。程。v盘面大小应方便安装和观察。盘面大小应方便安装和观察。精度等级：精度等级：根据工艺需要确定。根据工艺需要确定。常见压力传感器外形常见压力传感器外形 工业压力变送器工业压力变送器数字压力变送器数字压力变送器通用压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离压差变送器隔离液位变送器隔离液位变送器微压变送器微压变送器电容压力变送器电容压力变送器隔膜压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器绝压变送器双膜压差

24、变送器双膜压差变送器微型探针压力计微型探针压力计暖风空调压力计暖风空调压力计湿式压力变送器湿式压力变送器本安压力变送器本安压力变送器OEM血压计血压计OEM压力芯片压力芯片三、压力计的安装三、压力计的安装v安装事项：安装事项：取压位置：取压位置：由工艺条件确定；由工艺条件确定；v尽量避免涡流影响；尽量避免涡流影响；v避免流速影响；避免流速影响；v避免导压管产生压差。避免导压管产生压差。隔离：隔离：v温度隔离：采用铜管散热；温度隔离：采用铜管散热；v腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；v脏污隔离：采用空气包。脏污隔离：采用空气包。3.3 流量的测量与变送流量的测量

25、与变送按测量途径分类：按测量途径分类：v速度式流量计速度式流量计通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。v容积式流量计容积式流量计采用固定容积空间逐次衡量过流容积。采用固定容积空间逐次衡量过流容积。v质量流量计质量流量计计量可压缩流体的质量通过量。计量可压缩流体的质量通过量。一、速度式流量计一、速度式流量计v根据测速方法可以分为以下几类：根据测速方法可以分为以下几类：压差流量计压差流量计转子流量计转子流量计电磁流量计电磁流量计超声波流量计超声波流量计涡轮流量计涡轮流量计堰式流量计堰式流量计1. 压差流量计压差流量计v由流体力学知识可知，由流体力学知识可知

26、，流体通过孔板节流装置流体通过孔板节流装置后，会产生一定的压降。后，会产生一定的压降。根据流速和压降的关根据流速和压降的关系可以推导出下列方程：系可以推导出下列方程：pFQ2p1p2测量原理：流体流测量原理：流体流动的节流原理。定动的节流原理。定节流面积，变压差。节流面积，变压差。通过测量孔板前后通过测量孔板前后压差即可计算出流压差即可计算出流速和流量。速和流量。2. 转子流量计转子流量计v工作原理：工作原理：定压降、变流通定压降、变流通面积。面积。压差与流速有关；压差与流速有关；流速取决于转子的位置。流速取决于转子的位置。v由转子高度可直接读取通过由转子高度可直接读取通过的流量；的流量；v测

27、量转子位置可进一步获得测量转子位置可进一步获得相应的电气信号。相应的电气信号。v安装：安装：垂直安装。垂直安装。AgVhQfft23. 电磁流量计电磁流量计v当流道两侧有磁场当流道两侧有磁场作用时，导电流体作用时，导电流体在流动过程中切割在流动过程中切割磁力线，产生感应磁力线，产生感应电动势：电动势：Ex=BDv 10-12所以有：所以有： Q=K ExEX1EX23. 电磁流量计电磁流量计 电磁流量计由两部分组成：电磁流量计由两部分组成：v电磁流量变换器电磁流量变换器由带激磁线圈的绝缘测量管产生电势信号。由带激磁线圈的绝缘测量管产生电势信号。v二次仪表二次仪表作用：作用：提供激磁电源，将变换

28、器输出的微弱电势提供激磁电源，将变换器输出的微弱电势信号进行放大，并输出相应的电流信号。信号进行放大，并输出相应的电流信号。组成：组成：前置放大、主放大、相敏检波、功率放大、前置放大、主放大、相敏检波、功率放大、霍尔反馈（克服电源波动）、电源等。霍尔反馈（克服电源波动）、电源等。4. 超声波流量计超声波流量计v多普勒效应：多普勒效应：当一束波射向移动的物质并产当一束波射向移动的物质并产生散射时，其散射波的频率会产生变化（频生散射时，其散射波的频率会产生变化（频移），且频率变化量与物质的运动速度成正移），且频率变化量与物质的运动速度成正比。比。v超声波流量计的特点：超声波流量计的特点：非接触式测

29、量；非接触式测量；流体中需要有散射粒子：微泡或颗粒。流体中需要有散射粒子：微泡或颗粒。粒入散vfffd2sincos2 二、容积式流量计二、容积式流量计v容积式流量计主要包括两类：容积式流量计主要包括两类：齿轮式流量计齿轮式流量计v一对紧密啮合的齿轮与壳体之间形成固定的间隙空间，一对紧密啮合的齿轮与壳体之间形成固定的间隙空间，齿轮每旋转一周，有固定流体通过间隙输送通过。流齿轮每旋转一周，有固定流体通过间隙输送通过。流体通过量与齿轮转数成正比。体通过量与齿轮转数成正比。活塞式流量计活塞式流量计v利用活塞的每一次往复运动输送定量的流体。利用活塞的每一次往复运动输送定量的流体。计量泵：计量泵：用外力

30、推动容积式流量计即可定量输送流用外力推动容积式流量计即可定量输送流体体v容积式流量计的最大特点是对被测流体的粘度不敏容积式流量计的最大特点是对被测流体的粘度不敏感，常用于测量重油等粘稠流体。感，常用于测量重油等粘稠流体。三、质量流量计三、质量流量计v间接式质量流量计间接式质量流量计分别测量体积流量和密度再用乘法计算出质量流分别测量体积流量和密度再用乘法计算出质量流量。量。v直接式质量流量计直接式质量流量计利用科氏力的作用使弯曲的弹性管道两侧产生震利用科氏力的作用使弯曲的弹性管道两侧产生震动相位差动相位差v质量流量计结构比较复杂，质量流量计结构比较复杂，只用于压力变化只用于压力变化较大的可压缩流

31、体。较大的可压缩流体。3.4 物位的测量与变送物位的测量与变送v物位：物位：液位：液位：容器中液体表面的高低；容器中液体表面的高低；料位：料位：容器中固体的堆积高度；容器中固体的堆积高度；界面：界面：两相物质的交界面。两相物质的交界面。物位计的分类物位计的分类v直读式物位计直读式物位计v浮力式物位计浮力式物位计v压差式物位计压差式物位计v电磁式物位计电磁式物位计v核辐射式物位计核辐射式物位计v超声波物位计超声波物位计v光电式物位计光电式物位计一、直读式物位计一、直读式物位计v用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显作

32、为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。示容器内液位的高低。二、浮力式物位计二、浮力式物位计v利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。的原理工作。三、压差式物位计三、压差式物位计v利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量。正比的关系进行测量。 液体密闭容器液体密闭容器液体敞开容器液体敞开容器固体称重仓固体称重仓四、电容式物位计四、电容式物位计圆柱形电容器的电容量的表达式为：圆柱形电容器的电容量的表达式为：电极间充入高度为电极间充入高度为H的介质前后电容量的变化值为：的介质前后电

33、容量的变化值为： 由此可见，由此可见，电容量的变化量与充料高度成正比。电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量变化即可知料位的变化。测量电容量变化即可知料位的变化。dDLCln2HKHdDdDLdDDLdDHCln2ln2ln2ln2000四、电容式物位计四、电容式物位计 电容式液位计电容式液位计电容（绳）式料位计电容（绳）式料位计注注: 主要用于测量不导电流体主要用于测量不导电流体五、电极式物位计五、电极式物位计v利用物料的导利用物料的导电性能测量高电性能测量高低液位。低液位。v也可以用于导也可以用于导电性较弱的液电性较弱的液体和潮湿固体。体和潮湿固体。六、核辐射式物位计六、核辐射式物位计

34、v放射线通过介质放射线通过介质时，其强度衰减时，其强度衰减与物质的吸收系与物质的吸收系数和介质层厚度数和介质层厚度有关：有关：v目前，工业上使目前，工业上使用的放射线物位用的放射线物位计有计有连续式和间连续式和间断式断式两种。两种。HeII0七、超声波物位计七、超声波物位计v利用声波在空气中传播速度利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的头的距离，从而得到物位的高低。高低。v注意事项：注意事项：确保反射波能回到探头；确保反射波能回到探头；防止物

35、料对声波的吸收（如防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）。表面泡沫漂浮）。3.4 温度的测量与变送温度的测量与变送v温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。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。v温度不能直接测量。温度不能直接测量。温度的测量都是通过温度温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其传递到敏感元件后，其物理性质随温度变化而物理性

36、质随温度变化而进行的进行的。常用温度计的种类及适用温度常用温度计的种类及适用温度C2000200:热电式C35000:光 电电红外线C1700900:比色C3200700:光 辐辐C2000400:热辐射辐射式非接触式C15050:、 铜C600200:热电阻：铂C60050:考 铜镍铬C100050:镍硅镍铬C16000:铂铂铑热电偶C2500:蒸汽C60020:气体C60030:液体压力式C60080:双金属C60050:玻璃液体膨 胀接触式温度 计式一、膨胀式温度计一、膨胀式温度计v玻璃液体温度计玻璃液体温度计利用液体受热膨胀并沿利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接玻璃毛细管延伸而直

37、接显示温度显示温度v双金属温度计双金属温度计不同金属受热膨胀不同，不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度发生弯曲而显示温度t = t0t t0二、压力式温度计二、压力式温度计v利用液体的蒸发或气体的膨利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行测胀而引起的压力变化进行测量。量。温包：温包：传热、容纳膨胀介传热、容纳膨胀介质；质；毛细管：毛细管：传递压力；传递压力；弹簧管：弹簧管：显示压力（温显示压力（温度）。度）。三、辐射式温度计三、辐射式温度计v通过特定波长光波的强度或热辐射强度来确通过特定波长光波的强度或热辐射强度来确定光源温度。定光源温度。 辐

38、射式温度计：辐射式温度计：测定热辐射强度；测定热辐射强度；1. 光学温度计：光学温度计：采用光学分频法，测定不同频采用光学分频法，测定不同频率光波的强度比值；率光波的强度比值；2. 比色法：比色法：直接通过可见光颜色的对比，确定直接通过可见光颜色的对比，确定光源温度。光源温度。辐射式温度计，通常用于测量高温条件，辐射式温度计，通常用于测量高温条件，特特别是光学温度计和比色温度计需要利用物体别是光学温度计和比色温度计需要利用物体在高温下发射的可见光进行检测。在高温下发射的可见光进行检测。四、热电偶温度计四、热电偶温度计1.热电偶工作原理热电偶工作原理不同金属具有不同的电子密度；不同金属具有不同的

39、电子密度；两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场电场热电现象；热电现象；电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；衡；电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。用越强。+-扩散作用扩散作用电场作用电场作用金属金属A金属金属B2. 热电偶的材质与选择热电偶的材质与选择v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，且尽量接近线性单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；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。v不同材质的热电偶有不同的特性，应根不同材质的热电偶有不同的特性，应根据实际需要选择据实际需要选择测量范围、放大系数（以分度值表示）、测测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精度、抗腐蚀能力、价格等。量精度、抗腐蚀能力、价格等。3. 热电偶的结构热电偶的结构v热电极热电极工作部分工作部分v绝缘子绝缘子防止电极与电极、套管防止电极与电极、套管短路短路v保护套管保护套管保护保护v接线盒接线盒4. 热电偶回路热电偶回路v不同金属连接在一起不同金属连接在