过程装备应用技术第三章过程检测技术

1、 vAqvdAvA0tvvQq dtmvQQ (a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管1v3v2v123 流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp节流装置的作用：造成流束局部收缩，从而产生压差节流装置的作用：造成流束局部收缩，从而产生压差 对于不可压缩流体：对于不可压缩流体：伯努里方程：伯努里方程：P P1 1/1 1+V+V1 12 2/2=P/2=P2 2/2 2+V+V2 22 2/2/2流体连续性方程：流体连续性方程：AVAV1 11 1=aV=aV2 22 2对于不可压缩流体：对于不可压缩流体：=1 1=2 2 2142/11PPDd214211PP 21421PPaP2管道直

2、径为管道直径为D(A=DD(A=D2 2/4)/4)，节流件开孔直径，节流件开孔直径d(ad(a=d=d2 2/4)/4)，=d/D=d/D，则：，则：V V2 2= = = =Q=aV2 =aE E E为渐近速度系数，上式为理想方程。为渐近速度系数，上式为理想方程。P2P2P2122PDPD122引入引入（流量系数（流量系数-flow coefficient-flow coefficient）进行修正：）进行修正：Q=caEQ=caE=a=a引入流体膨胀的校正系数：引入流体膨胀的校正系数：Q=aQ=a对于可压缩流体，对于可压缩流体，11；不可压缩流体，；不可压缩流体，=1=1。（流量系数）的

3、影响因素：管径、节流件形式、开孔直径、取压（流量系数）的影响因素：管径、节流件形式、开孔直径、取压位置、雷诺数等。只有位置、雷诺数等。只有保持为常数才能保证测量的精度。保持为常数才能保证测量的精度。工程上工程上: :Q= 1.252Q= 1.252(m3/h)Q=KQ=K（PP）1/21/2M=1.252(kg/h) 1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqApqAp节流式流量计的特点：节流式流量计的特点：* *与密度有关；与密度有关；* *不能在温度、压力变化频繁的场合应用，因为密度会变化；不能在温度、压力变化频繁的场合应用，因为密度会变化；* *资料齐全，

4、数据充足；资料齐全，数据充足；* *精度可达到精度可达到1 1级，量程比以前为级，量程比以前为3 3：1 1，现在可以达到，现在可以达到1010：1 1；* *测量元件的寿命比较长，但维护工作量比较大而且难；测量元件的寿命比较长，但维护工作量比较大而且难；* *压力损失比较大，仪表刻度为非线性。压力损失比较大，仪表刻度为非线性。 aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体l1l2法兰取压法兰取压l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压 节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp)(02. 008. 0max)(02. 008. 02MPaGGMPaP量程零点)(10 mAP量程零点)(416

5、mAP量程零点差压变送器的输出：差压变送器的输出：气动：气动：P P出出= =电动电动型：型：I I出出= =电动电动型：型：I I出出= =HhDdP( )P( )P( ) hgV液转转APP21AgVPPP液转转21转子在液体中的受力：重力转子在液体中的受力：重力- -浮力浮力= =向上的推力向上的推力左边各值均为常数，左边各值均为常数，A A也为常数也为常数所以这种流量计称为可变面积流量计，恒压差式的流量计。所以这种流量计称为可变面积流量计，恒压差式的流量计。 =常数()tfVgpA 2vfqhp2 ()tffVghA2 ()tffmVgqhA 其中其中为仪表常数，为仪表常数，h是转子的

6、高度。对一定的仪表，与转子形状及介是转子的高度。对一定的仪表，与转子形状及介质粘性有关的系数质粘性有关的系数是一个常数。因此，流量只与环隙面积有关，也即与转子是一个常数。因此，流量只与环隙面积有关，也即与转子的位置有关。的位置有关。 结论：（结论：（1）流量与高度成正比）流量与高度成正比 （2）P1-P2=常数常数 （3）改变转子流量计量程的方法：改变锥度、长度、转子材料。）改变转子流量计量程的方法：改变锥度、长度、转子材料。02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9

7、1)vfq4( / )L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 气转气转转AgVCAQ236000转气转-气转10123600转转转AgVCAQ Q1空气流量（m3/h, 20，1atm），1空气密度（kg/m3） 20223600转转转AgVCAQ Q2Q2被测介质流量（被测介质流量（m3/h,m3/h,操作状态下），操作状态下），22被测介质密度（被测介质密度（kg/m3kg/m3，操作状态），操作状态） 2112QQ1212QQ 根据气体状态方程，气体在某一状态下（根据气体状态方程，气体在某一状态下（P P、T T）的密度）的密度与标准状态与标准状态（P0P0、T0T0）下的密度

8、）下的密度00之间有如下关系：之间有如下关系： TPPT00011001101TPTP22002202TPTP1220211012TPTPQQ对于标定状态（对于标定状态（P1P1、T1T1）的空气来说，）的空气来说，对于操作状态（对于操作状态（P2P2、T2T2）的介质来说，）的介质来说，所以有：所以有： P1、T1、10空气，标定状态，绝压（PA），绝温（K），标准状态下的密度KG/M3；P2、T2、20介质，操作状态，绝压（PA），绝温（K），标准状态下的密度KG/M3；Q2为介质在操作状态下的体积流量，再将它换算成标定状态下的体积流量：为介质在操作状态下的体积流量，再将它换算成标定状态下

9、的体积流量： 211222TPTPQQ 2120121012TPTPQQ 22021224.21PTQQ22021206115. 0TPQQ 10、20可同时取标准状态下或标定状态下的密度可同时取标准状态下或标定状态下的密度 饱和蒸汽示值修正：饱和蒸汽示值修正：换算成水的流量换算成水的流量fMQ汽156.292 xEKBDv24vDqv4vxDqEBK 电磁流量计 当流道两侧有磁场作用时，导电流体在流动过程中切割磁力线，产生感应电动势：Ex=BDv10-12所以有： Q=K ExEX1EX2电磁流量计电磁流量计由两部分组成：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。二次仪表 作用：

10、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。 组成：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。 SNvqqv dvStf 4vqVnCMFCMF研究起始于上世纪研究起始于上世纪5050年代，年代，19771977年，年，JAMES SMITHJAMES SMITH所在的所在的MICRO MICRO MOTIONMOTION制成世界上第一台，到制成世界上第一台，到8080年代中后期各仪表厂家相继开发。年代中后期各仪表厂家相继开发。19951995年年世界上有世界上有4545家制造商推出各种不同结构的家制造商推出各种不同结构的CMFCMF。

11、19951995年全球流量仪表销售为年全球流量仪表销售为3030亿亿USDUSD，其中，其中USFUSF为为2.352.35亿亿USDUSD，约占，约占8%8%。据。据AUTOMATION RESEARCH AUTOMATION RESEARCH CORPORATIONCORPORATION估计，估计，19951995年年CMFCMF全球约全球约4 4万台。我国万台。我国CMFCMF应用起步较晚，从应用起步较晚，从8080年代中期引进成套设备附带少量仪表开始，到年代中期引进成套设备附带少量仪表开始，到19971997年年CMFCMF装用量在装用量在3500350045004500台之间。目前国

12、内已有台之间。目前国内已有6 6家仪表厂生产家仪表厂生产CMFCMF供应市场。供应市场。CMFCMF可以测：质量流量、密度、液体浓度、溶质流量或总量、粘度。可以测：质量流量、密度、液体浓度、溶质流量或总量、粘度。CMFCMF特点：特点：（1 1）不受介质温度、压力、粘度、密度、电导率的影响；）不受介质温度、压力、粘度、密度、电导率的影响；（2 2）精度高，可达）精度高，可达0.015%0.015%（不过未得到美国一些行业协会的认可）（不过未得到美国一些行业协会的认可）（3 3）无可动部件，免维护产品，可靠性好，压力损失低；）无可动部件，免维护产品，可靠性好，压力损失低；（4 4）量程比大，最大

13、可达）量程比大，最大可达100100：1 1，一般在，一般在4040：1 1（5 5）适用的流体种类多）适用的流体种类多（6 6）抗振性好，稳定性好）抗振性好，稳定性好（7 7）可测量的多种参数）可测量的多种参数（其它略）超声波流量计（超声波流量计（ULTRASONICULTRASONIC，USFUSF）USFUSF是上世纪是上世纪8080年代发展起来的一种流量计，虽然这种方法以前年代发展起来的一种流量计，虽然这种方法以前就知道，但由于计算机技术和电子技术的迅速发展，才真正导致就知道，但由于计算机技术和电子技术的迅速发展，才真正导致它的优点显示出来：它的优点显示出来：1 1、是一种非接触式的流

14、量计，因而无压力损失，不干扰流场，、是一种非接触式的流量计，因而无压力损失，不干扰流场，能测量强腐蚀（能测量强腐蚀（CORROSIONCORROSION）及含杂质（）及含杂质（FOREIGN MATTERFOREIGN MATTER）的介质）的介质外，还可测量非导电介质的流量，而且不受流体温度、粘度、密外，还可测量非导电介质的流量，而且不受流体温度、粘度、密度的影响。度的影响。2 2、通用性好（、通用性好（IN COMMON USEIN COMMON USE），同一台表可测不同口径的管），同一台表可测不同口径的管道内的介质流量。道内的介质流量。3 3、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内

15、的液体流量。、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内的液体流量。不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。安装时不需要不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀、法兰、旁通管等，安装费用低。阀、法兰、旁通管等，安装费用低。4 4、特别适用于大口径管道的流量测量。、特别适用于大口径管道的流量测量。由于它的上述特点，由于它的上述特点，USFUSF在流量测量中所占比重正日益增加。尤在流量测量中所占比重正日益增加。尤其在测量污水等方面的应用很广泛。其在测量污水等方面的应用很广泛。分类（分类（CLASSIFYCLASSIFY）：传播速度差法和多谱勒法。传播速度差法）：传播速度差法和

16、多谱勒法。传播速度差法饮食相位差法、时间差法和声循环法。就实用性而言，主要是时饮食相位差法、时间差法和声循环法。就实用性而言，主要是时间差法多谱勒法。间差法多谱勒法。时差式流量计（时差式流量计（TRANSIT TIME FLOWMETERTRANSIT TIME FLOWMETER）原理：如取静止流体中的声速为原理：如取静止流体中的声速为C C，流体流动的速度为，流体流动的速度为V V，当声波的传播方，当声波的传播方向与流体的流动方向一致时（顺流方向），其传播速度（向与流体的流动方向一致时（顺流方向），其传播速度（VELOCITYVELOCITY）为）为C+VC+V。当声波的传播方向与流体流动

17、方向相反时（逆流方向），其传播速度为当声波的传播方向与流体流动方向相反时（逆流方向），其传播速度为C-VC-V。时差式流量计便是通过安装在下、下游的发射器分别发出的二个声波（顺、时差式流量计便是通过安装在下、下游的发射器分别发出的二个声波（顺、逆流）计算出在不同流向间的传播时差，最后便可测出流体的平均流速。逆流）计算出在不同流向间的传播时差，最后便可测出流体的平均流速。时差式流量计：精度高，一般在时差式流量计：精度高，一般在1%1%1.5%,1.5%,最高可达最高可达0.25%0.25%。流速测量范围。流速测量范围0 015M/S15M/S，线，线性度性度0.1%0.1%。对流体的要求比较高，

18、杂质含量不能。对流体的要求比较高，杂质含量不能太大（浊度小于太大（浊度小于10000MG/L10000MG/L）；气泡含量要少（不能）；气泡含量要少（不能高于高于30%30%）；被测管段流体必须满管，流体的流动状）；被测管段流体必须满管，流体的流动状态要稳定，否则精度会大打折扣。态要稳定，否则精度会大打折扣。但数字技术提高了时差式流量计的性能，抗干扰但数字技术提高了时差式流量计的性能，抗干扰能力增强，稳定性提高；突破了对流体洁净度的要求能力增强，稳定性提高；突破了对流体洁净度的要求（可测带颗粒、气泡的介质）。（可测带颗粒、气泡的介质）。时差法超声波流量计的原理时差法超声波流量计的原理时差法超声

19、波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。图图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：其中：c是超

20、声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td之间的差为：式中X是两个换能器在管线方向上的间距。为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。即：上式可简化为：也就是流体的流速为：由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。 流量Q可以表示为： 24DQVdt时差法超声波流量计的设计时差法超声波流量计的设计控制器发射器A开 关换能器A换能器B时间测量键盘LCD4-20mARS485RS232打印机口4日历开 关发射器BSTG-100A便携时差超声波流量计便携时差超声波流量计PFSE便携式超声流量计便携式超声流量计 口径：口径：50-1000毫米毫

21、米 流速：流速：0.12-12.39m/s 1%基本测试精度基本测试精度 可充电电池供电可充电电池供电 大屏幕液晶显示大屏幕液晶显示 50000记忆容量记忆容量 IP65防护等级防护等级 模拟输出及计算机接口模拟输出及计算机接口产品功能描述 工作温度：-10到50 贮藏温度：-10到50 量程比：400:1 量程：-12.2m/s到12.2m/s 重复性 湿式传感器：0.2 夹装式传感器：0.2到0.5 产品特征 重量：1.36kg手持式流量计手持式流量计 PT878 多谱勒流量计（多谱勒流量计（DOPPLER FLOWMETERDOPPLER FLOWMETER）原理：通过一个探头，向管道连

22、续发射固定频率的超声波，当超声波原理：通过一个探头，向管道连续发射固定频率的超声波，当超声波遇到随液体流动的颗粒或气泡时，其反射波频率会产生与流速成正比的遇到随液体流动的颗粒或气泡时，其反射波频率会产生与流速成正比的偏移（偏移（DOPPLERDOPPLER效应）。另一个探头接收反射波信号，微处理器经过频效应）。另一个探头接收反射波信号，微处理器经过频谱分析后，就可以得到管内流体的流量数据。如果流体介质中无固体物谱分析后，就可以得到管内流体的流量数据。如果流体介质中无固体物或气泡等，则不会形成多谱勒现象。所以这种流量计特别适用于测量污或气泡等，则不会形成多谱勒现象。所以这种流量计特别适用于测量污

23、水、原油、重油等。水、原油、重油等。多谱勒流量计：精度一般在多谱勒流量计：精度一般在2%2%，最高可达，最高可达1.0%1.0%。流速测量范围。流速测量范围0.0210M/S0.0210M/S，线性度，线性度0.5%0.5%。从表面看，其性能不如时差式，但却。从表面看，其性能不如时差式，但却更适合于测量含固体、颗粒的液体。更适合于测量含固体、颗粒的液体。目前国外目前国外USFUSF的制造商有的制造商有6060家以上，主要集中在英、美、日、德。我家以上，主要集中在英、美、日、德。我国国7070年代才有大学、研究所接触，现在全国约有十几家，年产量年代才有大学、研究所接触，现在全国约有十几家，年产量

24、5000700050007000台。全世界台。全世界USFUSF的年销量的年销量4 4万台左右，占封闭管道流量计万台左右，占封闭管道流量计的的2%2%，销售额占，销售额占5%5%左右，其增长率为左右，其增长率为4%4%，高于流量仪表整体，高于流量仪表整体2.9%2.9%的增的增长率水平。长率水平。 迁移的实质就是预先平衡掉固定压力的影响，它改变了量程的上下迁移的实质就是预先平衡掉固定压力的影响，它改变了量程的上下限，而量程不变。限，而量程不变。 -600-100900204I出(mA)P(mmH20)5004000cba02. 008. 0maxPPMPa04. 002. 008. 075.

25、0150265075. 0150775 215026500气气气气PPhPHPPP例：1=0.75, 2=0.9气动差压变送器求：(1)变送器的量程=1H=0.75(2650-150)=1875mmH2O(2)h=775mm时，变送器的输出=（3）迁移量=-（2650-150）0.9=-2250(mmH2O)迁移后的测量范围为：-2250-375mmH2O。2650775150H12 浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器内置式外置式静井浮力式物位计 利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。 dDL1DdL2H212ln()LCD d212 ()ln()HCKHD d 射频导纳液位计

26、（射频导纳液位计（RADIO FREQUENCY ADMITTANCERADIO FREQUENCY ADMITTANCE）在测量物位时，这种技术检测的是介电常数在测量物位时，这种技术检测的是介电常数K K和电导率和电导率G G。当被测介质的电导率（。当被测介质的电导率（CONDUCTIVITYCONDUCTIVITY）较大时，电容式产品会由于介质粘附在传感器上而形成误差。但导纳式产品通）较大时，电容式产品会由于介质粘附在传感器上而形成误差。但导纳式产品通过同时检测电容和电阻可以消除这种误差。过同时检测电容和电阻可以消除这种误差。导纳作为一个物理物理概念是阻抗的倒数，由于实际过程中很少有电感（

27、导纳作为一个物理物理概念是阻抗的倒数，由于实际过程中很少有电感（INDUCTANCEINDUCTANCE），因），因而这里的导纳实际上就是指电容和电阻。而这里的导纳实际上就是指电容和电阻。为了准确测量物位，还需要一个适当频率的射频（为了准确测量物位，还需要一个适当频率的射频（RFRF）信号，其频率范围一般为）信号，其频率范围一般为1515400KHZ400KHZ。射频与导纳的结合，这就是射频导纳物位仪表名称的由来。射频与导纳的结合，这就是射频导纳物位仪表名称的由来。射频导纳技术是从电容式技术上发展起来的。射频导纳技术是从电容式技术上发展起来的。电容式物位计仅对水状液体或不在探头上留下导电粘附层

28、的介质测量时能正常工作。对探头电容式物位计仅对水状液体或不在探头上留下导电粘附层的介质测量时能正常工作。对探头发生粘附的导电液、浆料、颗粒等，纯电容物位计就不能进行满意的测量发生粘附的导电液、浆料、颗粒等，纯电容物位计就不能进行满意的测量。粘附层电阻远大于容器中介质的阻值。粘附层电阻远大于容器中介质的阻值。当电阻进入传感电路，粘附层电阻将消耗能量并使振荡当电阻进入传感电路，粘附层电阻将消耗能量并使振荡器振幅衰减，从而导致输出误差。由于粘附层的存在，探头器振幅衰减，从而导致输出误差。由于粘附层的存在，探头上接地的总面积并没有改变，对于电容式仪表，其输出显示上接地的总面积并没有改变，对于电容式仪表

29、，其输出显示的物位仍留在探头粘附层的顶部附近，但这液位是虚假的。的物位仍留在探头粘附层的顶部附近，但这液位是虚假的。与电容式物位仪表相比，与电容式物位仪表相比，RFRF仪表主要是在变送器电子线路中仪表主要是在变送器电子线路中增加了二个电路。增加了二个电路。（1 1）振荡缓冲器电路：补充粘附层电阻所损耗的能量，）振荡缓冲器电路：补充粘附层电阻所损耗的能量，（2 2）斩波驱动器电路：斩波驱动器连同斩波器，分别检测）斩波驱动器电路：斩波驱动器连同斩波器，分别检测电阻和电容，所测电容为物位电容和粘附层电容之和，而电阻为粘附层电电阻和电容，所测电容为物位电容和粘附层电容之和，而电阻为粘附层电阻。最后将检

30、测到的容抗与阻抗相减，由于粘附层的阻抗与容搞相等，因而阻。最后将检测到的容抗与阻抗相减，由于粘附层的阻抗与容搞相等，因而最后得到的是只与真实物位有关的电容，从而消除了粘附层的影响。斩波驱最后得到的是只与真实物位有关的电容，从而消除了粘附层的影响。斩波驱动器电路是电容式物位仪表与射频导纳物位仪表的主要区别。动器电路是电容式物位仪表与射频导纳物位仪表的主要区别。探头上的粘附层可看成由许多微小电阻和电容组成。从数学上讲，只要粘探头上的粘附层可看成由许多微小电阻和电容组成。从数学上讲，只要粘附层足够长，粘附层的电阻和电容就具有相同的阻抗。附层足够长，粘附层的电阻和电容就具有相同的阻抗。CXc=RR实际

31、物位粘附层 辐射源接收器0HII e基本工作原理：连通器原理基本工作原理：连通器原理A A、玻璃管液位计（、玻璃管液位计（UG-1UG-1）B B、玻璃板液位计、玻璃板液位计透光式（透光式（UB-1UB-1）：光线直接透过，适用于干净介）：光线直接透过，适用于干净介质。折光式（反射式，质。折光式（反射式，UB-3UB-3）：利用折光率的不同，适用于粘绸、深色的）：利用折光率的不同，适用于粘绸、深色的介质。介质。L=500L=500、800800、11001100、14001400、1700mm1700mm直读式液位计直读式液位计直读式物位计 用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的

32、一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。3.4.73.4.7吹气式液位计吹气式液位计P10.528P2气泡数150个/分钟P=HH=P/H=H+H0转子流量计P2P1压力表气源过滤器节流元件减压阀HH0由于物位变化引起声阻抗的变化，声波的遮由于物位变化引起声阻抗的变化，声波的遮断和反射距离不同，断和反射距离不同，测出这些变化就可知液位。测出这些变化就可知液位。超声波明渠流量计：超声波明渠流量计：SSKSSK、KROHNEKROHNE西门子妙声力超声波液位计，西门子妙声力超声波液位计，20012001年年CONTROLCONTROL杂志说其市场占杂志说其市场占有率为有率为47%47%，威卡

33、为，威卡为9%9%，E+HE+H为为7%7%。在贵冶用。在贵冶用了很多妙声力的产品，了很多妙声力的产品，而在德兴铜矿则用了很多威卡的产品，在市而在德兴铜矿则用了很多威卡的产品，在市政建设这一块则用了很政建设这一块则用了很多多E+HE+H的产品。的产品。目前测量料位的超声波，辩识能力增强，多目前测量料位的超声波，辩识能力增强，多点加权平均值。点加权平均值。超声波物位计超声波物位计也是一种非接触式的物位计，与超声波很类似。只也是一种非接触式的物位计，与超声波很类似。只是发射的装置不是超声波而是电磁波。它要求介质的介是发射的装置不是超声波而是电磁波。它要求介质的介电常数大于电常数大于3 3，比如空气

34、的介电常数为，比如空气的介电常数为1 1，水的介电常数，水的介电常数为为8080。当介电常数小于。当介电常数小于3 3时，微波的分辩率不行，效果时，微波的分辩率不行，效果不好。不好。贵化的液氨储罐用了雷达，贵化的液氨储罐用了雷达，E+HE+H。九江的星火化工厂用了九江的星火化工厂用了SAABSAAB雷达。雷达。贵冶用了西门子的雷达。贵冶用了西门子的雷达。西门子西门子20022002年推出了一款专门用于粉尘场合的雷达年推出了一款专门用于粉尘场合的雷达物位计。物位计。雷达物位计雷达物位计测温方式 测温仪表 测温范围 主要特点 接触式 膨胀式 玻璃液体 100600 结构简单、使用方便、测量准确、价

35、格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传 双金属 80600 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有限 热电效应 热电偶 2001800 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需自由瑞温度补偿，在低温段测量精度较低 热阻效应 铂电阻 200600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；不能测高温 铜电阻 50150 半导体热敏电阻 50150 灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制 非接触式 非接触式 辐射式 03500 不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物体的温度；易受外界环境的

36、影响，标定较困难 温标温标(thermometric scale)摄氏、华氏、列氏、热力学。摄氏、华氏、列氏、热力学。 温标是温度的数值表示，它规定了温度的读数起点和测量温度的基温标是温度的数值表示，它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。本单位。 （1）摄氏温标（）摄氏温标（CELSIUS TEMP SCALES） 0：标准大气压下冰的融点，：标准大气压下冰的融点，100：标准大气压下水的沸点。中：标准大气压下水的沸点。中间划分间划分100等份，每一等份为一摄氏度。等份，每一等份为一摄氏度。 （2）华氏温标（）华氏温标（FAHRENHEITS TEMP SCALES） 32度：标准大气压

37、下冰的融点，度：标准大气压下冰的融点，212度：标准大气压下水的沸点。中度：标准大气压下水的沸点。中间划分间划分180等份，每一等份为一华氏度。等份，每一等份为一华氏度。 （3）列氏温标（）列氏温标（RANKINE TEMP SCALES） 0度：标准大气压下冰的融点，度：标准大气压下冰的融点，80度：标准大气压下水的沸点。中度：标准大气压下水的沸点。中间划分间划分80等份，每一等份为一列氏度。等份，每一等份为一列氏度。 （4）热力学温标（开尔文温标，）热力学温标（开尔文温标，KELVINS TEMP SCALE） 是以热力学第二定律为基础的，是理想的温标。它规定分子运动停是以热力学第二定律为

38、基础的，是理想的温标。它规定分子运动停止（即没有热存在）时的温度为绝对零度。止（即没有热存在）时的温度为绝对零度。 32)(49)(RmFR：FF32)(59)(CtFF：FC15.273)()(KTCK：tC)(8 . 0)(CtRC：mR 1968 1968年，国际实用温标有国际开尔文温标和国际实用摄氏温标。我年，国际实用温标有国际开尔文温标和国际实用摄氏温标。我国在国在19721972年召开了年召开了“工业用测温仪表采用工业用测温仪表采用19681968年国际温标会议年国际温标会议”。会议。会议决定，自决定，自19731973年年1 1月月1 1日起，正式采用日起，正式采用1968196

39、8年国际实用温标。目前采用的年国际实用温标。目前采用的是是19751975年修订的。年修订的。 热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成的闭热电效应（热电偶测温的基本原理）：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度各为合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及及 t0 的热源中，则在该回路内的热源中，则在该回路内就会产生热电势。就会产生热电势。ABBA图图3-37 热电偶示意图A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)图图3-38 热电现象A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0

40、000( , )( )( )( , )( , )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，毫伏信号的大小不仅与冷、热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上热两端的温度有关，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，都会产生热电势。任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。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

41、，必须在热电偶回路中串接毫伏信号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，的检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，那串接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。tt0ABCC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接触处的温接触处的温度均为度均为t t0 0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( , )( )(

42、 )( )ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种导导体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原体以后，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响。热电偶回路中的热电势均没有影响。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接根据这一性质，可以在热电偶回路中接入

43、各种仪表和连接导线，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。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。例：求热电偶回路的电势。 已知：已知：e eABAB(240)=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)+e

44、CACA(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(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中间导体定律解二：利用中间导体定律 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)-

45、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

46、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，显然冷端温度难以实现恒定，怎么办？，显然冷端温度难以实现恒定，怎么办？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( , )( , )( , )ABcA

47、BcABEt 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贵金属材料，不妥。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贵金属材料，不妥。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势与热电偶在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶ABAB在同在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用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

48、为热电偶ABAB的补偿导线，通常的补偿导线，通常CDCD采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，一采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在般在0 0100100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。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。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，热电偶与补偿导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，热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于线连接处的温度一般不能高于100100。 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

49、。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，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。求，目前

50、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，热电偶的分度表是以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。如果型最大。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把各型号

51、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热电偶型号分度号测量范围旧新旧新铂铑-铂WRLBWRPLB-3S-20-1300（1600）镍铬-镍硅WREUWRNEU-2K-50-1000（1200）镍铬-考铜WREAWRKEA-2E-50-600（800）铂铑30-铂铑6WRLLWRRLL-2B300-1600（1800）国外还有分度号：国外还有分度号：J：-180-760N：0-1300R：0-1700T：-200-400L：-200-900U：-200-600 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

52、温度为t t0 02525时，测得热电势为时，测得热电势为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1 1： 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)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmVmV反查分度表有反查分度表有23.923.629570*10576.424.05523.629tC解解2 2： 根据题意有根据题意有 ( ,25)22.9KEtmV直接查分度表有直接查分度表有 22.922.776550*10

53、552.923.20322.776tC 因此再加上冷端温度，有因此再加上冷端温度，有 25577.9ttC哪种计算结果正确，为什么？哪种计算结果正确，为什么？ 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”，可以测量热电势，而不，可以测量热电势，而不影响总的热电势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，是把热电偶的冷端从温度较高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到温度较低和比较稳定的操作室内和不稳定的现场延伸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（即使

54、有空调也是不恒定的），这时，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。热电偶产生的热电势必然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，或者进行必要的修正和处理才能得出，或者进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。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。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t+

55、RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+图344 电桥补偿法t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+00( , )( )abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t1R1RCuR2R0( , )E t t0( , )E t tIIab00( , )( , )abE t tE t tU2()abCuUI RR00000( )( )1()CuCutRtRttt20( )CuRRt如果满足：00000( )( )()abCutUtIRttt则：00( , )( , )E t

56、tE t t事实上和的差值可以近似为：0000( , )( , )()E t tE t ttt+000000( )()()CutRtttItt如果使：00( )CutRtI即：可以满足冷端温度补偿00( )CutRtI补偿电阻的阻值取决于：、 、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。热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。 接线盒保护套管绝缘管热电偶安装法兰引线口普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护普通型热电偶主要由

57、热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。套管和接线盒等主要部分组成。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，普通金属热电极的直径一般为，普通金属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和插入深入而定，一般为热电极的长度由安装条件和插入深入而定，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

58、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、绝缘材料和金属铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的套管三者经过拉伸加工成型的金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。常用的绝缘材料有氧化镁、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 28mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械

59、强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在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。结构较复杂的装置上，应用十分广泛。 关于热电偶冷端问题，在使用过程中应该注意：关于热电偶冷端问题，在使用过程中应该注意：A、补偿导线只起到延伸冷端的作用但、补偿导线只起到延伸冷端的作用但并不起补偿作用并不起补偿作用。B、温度范围、热电偶与补偿导线的一一对应。、温度范围、热电偶与补偿导线的一一对应。C、正、负极对应，接点的温度相同。、正、负极对应，接点的温度相同。D、选择合适的线径（考虑到显示表的外线电阻问题）、选择合适的线径（考虑到显示表的外线电阻问题

60、） 测量电势值的温度仪表测量电势值的温度仪表（1）动圈式仪表）动圈式仪表XCZ-101A、工作原理：、工作原理：精度精度1级，结构简单，价格便宜，灵敏度高，中小企业用得比较多。级，结构简单，价格便宜，灵敏度高，中小企业用得比较多。温度变化温度变化热电势形成热电势形成电流通过线圈电流通过线圈线圈偏转线圈偏转张丝产生反作张丝产生反作用力用力线圈所受磁力与张力相等时，线圈不动线圈所受磁力与张力相等时，线圈不动形成转角，指示出温形成转角，指示出温度的数值。度的数值。这种表是测电流的表，但注意其指示值与温度不是线性关系。因为这种表是测电流的表，但注意其指示值与温度不是线性关系。因为E-T关系是非线性的。