化工仪表及自动化

化工仪表三物位检测四温度检测第三部分物位检测及仪表☆物位检测的意义及主要类型☆压差式液位计

工作原理零点迁移问题用法兰式差压变送器测量液位☆其他物位计

电容式物位计

核辐射物位计称重式液罐计量仪物位检测的意义及主要类型几个概念测量物位的两个目的按其工作原理分为液位料位液位计料位计界面计直读式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表

一差压式液位计1工作原理

利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理制成。将压差变送器的一端接气相，另一端接气相。

差压式液位原理图因此

当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,只需将差压计的负压室通大气即可,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力pA的静压作用。

2、零点迁移问题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3、用法兰式差压变送器测量液位

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，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。

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

双法兰式

法兰式差压变送器按其结构形式二其他物位计

一、电容式物位计

1.测量原理通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。

电容器的组成1—内电极；2—外电极两圆筒间的电容量C当D和d一定时，电容量C

的大小与极板的长度L和介质的介电常数ε的乘积成比例。

对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为

非导电介质的液位测量1—内电极；2—外电极；3—绝缘套；4—流通小孔电容量的变化为2液位的检测3.料位的检测

用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。1—金属电极棒；2—容器壁

料位检测左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。电容量变化与料位升降的关系为优点

电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。

缺点需借助较复杂的电子线路。

应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。二、核辐射物位计特点

适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式。

核辐射物位计示意图1—辐射源；2—接受器三称重式液罐计量仪

既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。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—发讯器第四部分温度检测及仪表一温度检测方法二热电偶温度计三热电阻温度计四电动温度变送器五一体化温度变送器六智能式温度变送器七测温元件的安装一、温度检测方法

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接测量。分类膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计

标准仪表、实用仪表

高温计、温度计接触式与非接触式

按测量范围

按用途

按工作原理

按测量方式

测温方式温度计种类测温范围／℃优点缺点接触式测温仪表膨胀式玻璃液体-50～600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传双金属-80～600结构紧凑，牢固可靠精度低，量程和使用范围有限压力式液体气体蒸汽-30～600-20～3500～250结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉精度低，测温距离短，滞后大热电偶铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜0～1600-50～1000-50～600测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低热电阻铂铜-200～600-50～150测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制不能测高温，需注意环境温度的影响非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400～2000700～3200900～1700测温时，不破坏被测温度场低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度红外线光电探测热电探测0～3500200～2000测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快易受外界干扰，标定困难表

常用温度计的种类及优缺点191.膨胀式温度计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。图双金属片玻璃管温度计属于液体膨胀式温度计，双金属温度计属于固体膨胀温度计。

原理：温度越高产生的膨胀度长度差就越大，引起的弯曲角度就越大双金属温度计是用双金属片制成螺旋形的感温元件，外加金属保护套管，当温度变化时，螺旋的自由端变围绕着中心轴旋转，同时带动指针在温度盘上指出相应的温度数值。2.压力式温度计应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计图

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化，从而测得温度。主要的三个组成部分温包、毛细管、弹簧管1温包直接与被测介质相接触来感受温度变化，温饱具有高的强度，小的膨胀系数，高的热导率以及抗腐蚀性能。2毛细管用铜或者钢等材料冷拉成的无缝圆管，用来传递压力的变化。3弹簧管它是一般压力表用的弹性元件。双金属温度计压力温度计Fluke60系列手持式红外温度计3辐射式高温计

辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表，目前它已被广泛的用来测量高于800℃的温度。

二热电偶温度计

热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。

1—热电偶；2—导线；3—测量仪表图

热电偶温度计测温系统示意图图

热电偶示意图（1）热电现象及测温原理

取两根不同材料的金属导线A和B,如上图将两端焊在一起，这样就组成了一个闭合回路。将接点1处加热，使其温度t高于接点2处的温度t0，那么在此回路中就有电势产生，如果将金属B断开，在回路中串联一只直流毫伏计，如上图右，就可看到毫伏计中有电势指示，这就是热电现象。图热电现象热电现象

热电势（eAB)不同金属具有不同的电子密度；两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场—热电现象；电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；电场强度仅仅与金属A、B的材料及接触面温度t有关。测量原理E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

AB

++-eAB(t)+-+-R2eAB(t)eAB(t0)R1等效电路图R1----热电极A的等效电阻R2----热电极B的等效电阻eAB(t)---1点的热电势eAB(t0)---2点的热电势21eAB(t0)E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

当A、B材料固定时，E(t、t0)=f(t)-f(t0)当A、B材料固定，且2点恒定时，E(t、t0)=f(t)当A、B材料相同时，E(t、t0)=0当t=t0，E(t、t0)=0注意

图

热电现象图

接触电势形成的过程左图闭合回路中总的热电势图

热电偶原理及电路图注意

如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。

（2）插入第三种导线的问题

利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。

图

热电偶测温系统连接图图（a）总的热电势图（b）总的热电势（3）常用热电偶的种类

工业上对热电极材料的要求温度每增加１℃时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。

（4）热电偶的结构①普通型热电偶

热电极

绝缘管

保护套管

接线盒图

热电偶的结构三、热电阻温度计热电偶温度计其感受温度的一次元件是热电偶，这类仪表一般适用于测量500℃以上的较高温度。在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。

热电阻温度计是由热电阻（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。图

热电阻温度计1.测温原理

利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）来进行温度测量的。2.工业常用热电阻

作为热电阻的材料一般要求是：

电阻温度系数、电阻率要大；

热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好

的复制性；

电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。

热电阻温度计适用于测量-200～+500℃范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。３.热电阻的结构（1）普通型热电阻

主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。（2）铠装热电阻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。（3）薄膜热电阻将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。四、电动温度变送器

DBW型温度（温差）变送器是DDZ-Ⅲ系列电动单元组合式检测调节仪表中的一个主要单元。它既可与各种类型的热电偶、热电阻配套使用，又可与具有毫伏输出的各种变送器配合，然后，它和显示单元、控制单元配合，实现对温度或温差及其他各种参数进行显示、控制。

DDZ-Ⅲ型的温度变送器与DDZ-Ⅱ型的温度变送器进行比较，它有以下主要特点。线路上采用了安全火花型防爆措施。在热电偶和热电阻的温度变送器中采用了线性化机构。在线路中，由于使用了集成电路，这样使该变送器具有良好的可靠性、稳定性等各种技术性能。温度变送器有三种类型：五、一体化温度变送器

它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。

结构

测温元件和变送器模块变送器模块的正常工作温度-20～+80℃

常用的变送器芯片：AD693、XTR101、XTR103IXR100等六、智能式温度变送器以RSMART公司的TT302温度变送器为例加以介绍。优点结构

由硬件部分和软件部分两部分构成。

可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；