化工基础实验课件第四章2

1第四章检测仪表与传感器2§3.4物位检测变送仪表§3.4.1概述物位分类：液位：在容器中液体介质的高度液位计料位：容器中固体或颗粒状物质的堆积高度料位计界面：两种密度不同液体介质的分界面界面计3§3.4.2物位仪表分类按照工作原理可以分为以下几种类型:1.直读式物位仪表2.浮力式物位仪表3.差压式物位仪表4.电磁式物位仪表5.核辐射物位仪表6.声波式物位仪表7.光学式物位仪表45磁浮子翻板液位计6利用浮子内磁钢驱动双色薄片的翻转来指示液位主体内磁浮子随液位的升降而上下运动，同时驱动主体外指示器内的双色薄片翻转；有液位时转示红色、无液位时转示黑色，黑色和红色色带间的界线即为液位高度。7§3.4.3差压式液位变送器1、工作原理差压式液位变送器，是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而工作。8P1=P0+HρgP2=P0ΔP=P1-P2=Hρg

压差变送器测得的压差与液位高度成正比，这样把测量液位高度转化为测量压差。9经济液晶显示(选件)结构紧凑、坚固可靠可用于0～lm…0～100m的液位测量精度为0.1％、O.25％、0.5％两线制4～20mA输出或低功率，三线制1～5V输出10三、电容式物位传感器1.测量原理在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量的大小也不同。11当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介电常数ε的乘积成比例。将电容传感器（探头）插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随物位高度变化，必然引起电容量的变化，从而可检测出物位。122.液位的检测非导电介质的液位测量13是利用被测介质的介电常数ε与空气的介电常数ε0不等的原理工作的；（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏；D与d越相接近，仪表灵敏度越高；结构改变后，可测量导电介质的液位。143.料位的检测可测量固体块状、颗粒体及粉料的料位固体间磨损较大，容易“滞留”采用电极棒及容器壁组成电容器的两极，测量非导电固体15电容物位计的特点：传感部分结构简单、使用方便电容变化量不大，要精确测量，电子线路复杂介质浓度、温度变化时，影响介电常数16注意事项被测介质相对介电常数是否稳定是准确测量的前提；确定介质的导电性是否属于：非导电介质还是导电介质；介质是否有腐蚀性、粘性物或沉淀物；引起测量误差的常见情况：剧烈的波动、拱起的泡沫、吸湿或粘性的介质。17第五节温度检测变送仪表温度不能直接测量，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。温度计与高温计18

1接触式：膨胀式测温仪表压力式温度计热电偶温度计热电阻温度计

2非接触式：辐射高温计光学高温计一、温度测量仪表分类（按测量方式分为）19常用温度计的种类及优缺点20（a）膨胀式温度计1.金属片；2.调节螺钉；3.绝缘子；4.信号灯21（b）压力式温度计封闭系统中的液体、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原理而工作，并用压力表测量这种变化，从而得到温度由温包、毛细管和弹簧管组成22二、热电偶温度计基于热电效应（赛贝克效应）原理测量范围广、结构简单、使用方便、准确可靠、应用极为普遍组成热电偶——感温元件测量仪表——动圈仪表、电位差计或数显表连接导线——铜导线及补偿导线

231.热电偶及测温原理两种导体连接成一个闭合回路，两个接点分别置于温度t的热源和温度t0中，在回路中就会产生电势，这种效应叫作热电效应。工作端测温端tt0参照端冷端热电极24热电势的产生接触电势：接触电势仅和两金属的材料及接触点温度有关，温度越高，接触电势越大，用eAB(t)表示。AB+++－－－eAB

温差电势远小于接触电势整个热电偶回路的热电势:252.热电偶基本定律(1)热电回路的热电势仅取决于热电极的材料和两个接触点温度，与温度沿热电极的分布及电极尺寸和形状无关——中间温度定律；(2)在热电偶回路中，接入第三种材料的导线，只要第三导线的两端的温度相同，第三导线的引入不会影响热电偶的电势——中间导体定律；(3)如两种金属A和B分别与金属C配偶的热电势EAC和ECB，则A和B配偶产生的热电势EAB为EAC和ECB之差——标准电极定律；（4）若结点温度为t1和t2时回路的热电势为E1；结点温度为t2和t3时的热电势为E2，则结点温度为t1和t3时的回路热电势为E=E1+E2——冷端修正理论依据。26tAB在冷端处接入导线和仪表AB把A,B电极直接插入被测液态金属中或焊在固体金属表面273.热电势与温度关系特性（1）列表法将温度与热电偶的热电势写成相应的表格，不同的热电偶其数值是不同的，每种热电偶都对应一个分度号---分度表。（2）数字表示法热电势与温度的关系用一个公式表示：

（3）图示法把热电势与温度关系用曲线在坐标纸上表示出来。28表1镍铬-镍硅热电偶分度表

分度表Kμv℃0123456789003979119158198238277317357103974374775175575976376777187582079883887991996010001041108111221162301203124412851325136614071448148915291570401611165216931734177618171858189919401981。。。。。。5402234622388224312247322516225592260122644226872272955022772228152285722900229422298523028230702311323156560231982324123284233262336923411234542349723539235825702362423667237102357223795238372388023923239652400858024050240932413624178242212426324306243482439124434590244762451924561246042464624689247312477424817248596002490224944249872502925072251142515725199252422528429E=-0.0014194137+0.039924664*T+0.000011141194*T^2K型热电偶30（1）对热电偶材料的要求：①热电性能好②物理、化学性能稳定③有良好的机械加工性能④复现性好（2）工业上常用的标准热电偶：

铂铑30－铂铑6(B),铂铑10－铂(S),镍铬－镍硅(K)，镍铬－铜镍(E)等某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）

4.常用热电偶材料31工业用热电偶热电偶名称分度号测温范围/℃特点长期使用短期使用铂铑30-铂铑6B300～16001800热电势小，测量温度高，精度高适用于中性和氧化性介质价格高铂铑10-铂S0～13001600热电势小，精度高，线性差适用于中性和氧化性介质价格高镍铬-镍硅（镍铝）K0～10001200热电势大，线性好适用于中性和氧化性介质价格便宜镍铬-康铜E0～550750热电势大，线性差适用于氧化及弱还原性介质价格低32镍铬-镍铝型热电偶的性能1906年开始使用1938年已标准化,长期广泛应用在空气中可使用到1200℃两个主要缺点镍铝电极的硫蚀镍铬电极的择优氧化和“K”状态33

5.热电偶的结构（1）普通热电偶：有热电极、绝缘管、保护套和接线盒组成（2）铠装热电偶：将热电偶丝与绝缘材料及金属套管经过整体拉伸工艺加工而成的坚实的组合体。工作端有露头型、接壳型和绝缘型三种。34外径为1-8mm，还可小到0.2mm，长度可为50m。反应速度快，可弯曲、不怕震、耐高压的优点。③表面型热电偶利用真空镀膜法将两种电极材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶，专门测量物体表面温度。④快速热电偶测量高温熔融物体的一种专用热电偶，尺寸小（热电极直径约0.1mm），响应快（4－6秒）称为消耗式热电偶，只能间歇测量。35366.热电偶冷端温度的处理方法（1）补偿导线只有热电偶的冷端温度保持不变，热电势才是被测温度的单值函数，使用补偿导线可将冷端延伸至温度恒定处。补偿导线有以下特点：①在一定温度范围内，补偿导线与所要连接的热电极具有相同的热电性能；②价格比较低廉；③不同热电偶所用的补偿导线不同；④热电偶和补偿导线的两个接头上温度相同（不应超过100℃）；⑤使用时型号相配，极性不能接错。37（2）冷端温度的补偿方法

采用补偿导线后，冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0℃。①冰点法②计算修正法③仪表零点校正法④补偿电桥法⑤补偿热电偶法38具有补偿电桥的热电偶测温线路返回39补偿热电偶连接线路40三、热电阻温度计1.热电偶与热电阻对比热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度，对于在500℃以下的中、低温输出电势很小，对测量电路的放大器和抗干扰能力要求很高，否则不准；另外，由于冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差显得突出，不易得到完全的补偿。在中、低温区，一般使用热电阻温度计测量，适用于-200～+500℃，输出值大，测量准确。41热电阻的组成及连接方式热电阻温度计热电阻（感温元件）

不平衡电桥显示仪表平衡电桥连接导线42采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。测量热电阻的电路一般是不平衡电桥，热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。

431.热电阻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来进行温度测量的。热电阻与热电偶的测温原理不同热电阻：温度变化电阻值变化热电偶：温度变化热电势变化442.工业常用热电阻热电阻的材料一般要求：电阻温度系数、电阻率大热容量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。目前应用最为广泛的电阻材料是铂和铜45（1）铂电阻型号为WZP，铂易提纯，在氧化性介质中，甚至在高温下其物理、化学性质稳定，不适合还原性介质。在0～650℃的温度范围内：

A、B、C是常数，由实验可得。R0=10,对应分度号Pt10R0=100,对应分度号Pt100，作为基准仪器的铂电阻，R100/R0≥1.3925;一般工业用铂电阻，R100/R0≥1.385。46（2）铜电阻型号为WZC,铜易加工提纯，价格便宜，电阻温度系数较铂大，且电阻与温度呈线性关系。在-50℃～150℃范围内：温度超过150℃后，易被氧化，而失去良好的线性特性。R0=50,对应分度号Cu50;

R0=100,对应分度号Cu100。工业用铜电阻的R100/R0=1.42847工业常用热电阻热电阻名称分度号0℃时阻值测温范围特点铂电阻Pt1010Ω－200～500℃·精度高，价格贵·适用于中性和氧化性介质Pt100100Ω