新员工电气及仪表知识培训-温度及压

现场仪表及电气元器件

-------温度及压力电气仪表事业部仪表分类概述通过对仪控基础知识的了解，可以掌握如下知识：1、工业生产中需要控制的主要参数。2、主要现场检测仪表的工作原理和特点。仪表分类概述检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如:按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着计算机系统的发展，根据仪表是否引入计算机系统又可以分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表。仪表分类概述检测与过程控制仪表最通用的分类是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类。检测仪表根据其被测变量不同，根据化工生产五大参量又可分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表（器）。执行器由执行机构和调节阀两部分组成。温度仪表第一单元：温度测量仪表温度仪表第一章：温度测量仪表的分类第二章：几种常用的温度检测元件第三章：温度检测元件的选型规定第一章：温度测量仪表的分类温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。第一章：温度测量仪表的分类不适于直接对腐蚀性介质测量。膨胀式温度计 (2)热电阻温度计(3)热电偶温度计(4)其他原理的温度计第一章：温度测量仪表的分类

应用热膨胀原理测温

测量原理物体受热时产生膨胀

液体膨胀式温度计

固体膨胀式温度计

玻璃管温度计

双金属温度计仪表分类概述非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。(1)辐射式温度计(2)红外线式温度计（包括光纤式温度计）第二章：几种常见的温度检测元件第二章：几种常见的温度检测元件

第二章：几种常见的温度检测元件一）热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从－50～1600℃均可连续测量，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）。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属组成，而且不受大小和形状的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶工作原理(1)

测温原理——热电效应将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一个闭合回路，而且两个接点的温度θ（t）≠θo（t0）,则回路内将有电流产生，电流大小正比于接点温度θ和θo的函数之差，而其极性则取决于A和B的材料。（参比端、冷端、固定端）（工作端、热端、自由端）热电偶的热电效应图热电偶工作原理热电偶的电极由两根不同导体材质组成。当测量端与参比端存在温差时，就会产生热电势，工作仪表便显示出热电势所对应的温度值。工业用热电偶有B.S.D.E.J.T等分度号。分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。常用工业热电偶比较

常用工业热电偶比较热电偶的结构形式

为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：1、组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；2、两个电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；3、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；4、保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶的类型按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式。A、普通型热电偶普通型热电偶是应用最多的，主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同，所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同，但因使用条件基本类似，所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接、无固定装置等形式。有单支（双芯）和双支（四芯）、多支之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。普通型热电偶：

热电极、绝缘管、保护套管、接线盒等热电偶的类型B、铠装热电偶铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实的整体。铠装热电偶也有单支（双芯）和双支（四芯）、多支之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。铠装热电偶的特点·热响应时间少，减小动态误差；·可弯曲安装使用；·测量范围大；·机械强度高，耐压性能好；热电偶的类型扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶热电偶的类型C、表面热电偶表面热电偶主要用来测量圆弧形表面温度。它的测温结构分为凸形、弓形和针形。D、薄膜式热电偶薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。它的特点是热容量小，响应速度快，适合于测量微小面积上的瞬变温度。E、快速消耗型热电偶这是一种专为测量钢水及熔融金属而设计的特殊热电偶。热电偶的类型多点热电偶

适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。

多点热电偶图热电偶的类型防爆型热电偶的原理

防爆热电偶是利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。

特点

·多种防爆形式，防爆性能好；

·压簧式感温元件，抗振性能好；

·测温范围大；

·机械强度高，耐压性能好；

热电偶的类型吹气型热电偶通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出保护管外，从而提高热电偶寿命。是30万吨合成氨装置中不可缺少的测温装置。另外，压簧固定热电偶、直角弯头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等热电偶的类型高耐磨型热电偶采用特种工艺和特种耐磨合金材料保护管，硬度达到HRC85-90，具有优良的耐磨及耐腐蚀性能。适用于电站循环流化床锅炉（CFB）温度，一次风媒粉混合温度，磨煤机的进出口温度和制粉系统温度的测量。以及石油裂解温度、建筑沥青混合物温度，水泥厂等行业流动粉末、粒子物质温度的测量。热电偶冷端温度补偿补偿导线：解决参比端温度的恒定问题。补偿导线要求：价格便宜，0~100℃范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样。由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延长热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错。热电偶冷端温度补偿补偿导线连接图第二章：几种常见的温度检测元件二）金属热电阻——测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。

热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。

常用热电阻：铜电阻和铂电阻热电阻的结构形式：普通型、铠装型、专用型热电阻热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的-200°C～500°C范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。

热电阻的材料要求：

电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。热电阻常用热电阻：

铂电阻电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10

铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100℃以上易被氧化工业用铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100

热敏电阻（负温度系数热敏电阻NTC）电阻温度系数约为铂电阻的4～9倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。热电阻热电阻结构：热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒热电阻

无固定装置热电阻

固定螺纹式热电阻

活动法兰式热电阻

固定螺纹锥式热电阻

固定螺纹管接头式热电阻

活络管接头式热电阻

热电阻端面热电阻——适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。

防腐热电阻——采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。防腐热电阻端面热电阻热电阻特殊热电偶/热电阻

微型热电偶/热电阻

——适用于狭小场所的温度测量与控制。是纺织、绦纶等行业业不可缺少的温度测量装置。炉壁热电偶/热电阻

适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表面测量。炉壁热电偶/热电阻

微型热电偶/热电阻

热电阻⑵半导体热敏电阻——测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。NTC型：负温度系数热敏电阻，多数是此类PTC型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测

特点：结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。缺点：非线性严重、互换性差、测温范围窄热电阻隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于B1a~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。温度变送器三）温度变送器

热电偶、热电阻是用于温度信号检测的一次元件，它需要和显示单元、控制单元配合，来实现对温度或温差的显示、控制。

DDZ-Ⅲ型温度变送器是工业过程中使用广泛的一类模拟式温度变送器。它与各种类型的热电阻、热电偶配套使用，将温度或温差信号转换成4～20mA、1~5VDC的统一标准信号输出。

温度变送器一体化温度变送器，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。其测温元件（热电偶或热电阻传感器）和变送器模块形成一个整体，也可以直接安装在被测工艺管道上，输出为统一的标准信号。温度变送器导轨式温变性能简介接收热电偶、热电阻信号，变送隔离输出线性的单路或双路电流或电压信号以供后接仪表、DCS、PLC等系统使用。性能特点SMT表贴工艺，模块化结构，通用DIN导轨安装；

数字抗干扰，有效抑制工业现场干扰信号；

无电位器等可调部件，长期保证输出准确度；

环境温度、引线电阻、测量零点自动补偿；

输入/输出1/输出2/电源/通讯之间相互隔离；

接线端子可灵活拆卸，现场安装接线方便其他仪表四）、其他温度仪表简介1.双金属温度计

双金属温度计是基于物体受热的时候体积膨胀的性质制成的，用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成感温元件，成为双金属片。双金属片受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲，自由端带动指针指示出相应的温度数值。双金属温度计通常是作为一种就地指示仪表，安装时需要外加金属保护套管其他仪表万向型其他仪表1、工业双金属温度计是一种采用双金属片做为感温元件的，测量中、低温的现场检测工业仪表，可直接测量气体、液体和蒸气的温度。此仪表具有无汞害，易读数，坚固耐用等优点2、电接点双金属温度计是一种适合中低、温的现场检测和自动控制仪表，可直接测量气体的温度，并对被测介质的温度变化进行自动控制或发出信号。其他仪表2.辐射式温度计

辐射式温度计是利用物体的辐射随温度变化而变化的原理制成的，它是一种非接触式温度检测仪表。在应用辐射式温度计检测温度时，只需要把温度计对准被测对象，而不必与被测对象直接接触。因此，不会破坏被测对象的温度场。测温仪表的选用

测温仪表的选用与安装(1)选用原则：较高温度——热电偶中低温区——热电阻一般以500℃为分界，但不绝对。测温仪表的选用

原因有两点：(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。测温仪表的选用

不同热电阻、热电偶温度测量范围检测元件名称分度号温度范围铂电阻Pt100－200～650℃镍铬－镍硅热电偶K0－1000℃镍铬－康铜热电偶E0－750℃铁－康铜热电偶J0－600℃铜－康铜热电偶T-200～350℃铂铑10－铂热电偶S0-1300℃铂铑13－铂热电偶R0-1300℃铂铑30－铂铑6热电偶B0－1600℃

第二单元：压力测量仪表第二单元：压力测量仪表压力测量仪表压力是重要的工业参数之一，正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。一、压力的表示方法(1)压力单位工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的“压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。其表达式为

式中:P——压力；F——作用力；A——作用面积。

压力测量仪表

国际单位制（SI）中定义：1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上形成的压力为1“帕斯卡”。帕斯卡简称“帕”，单位符号为Pa。

其他的压力单位“工程大气压”（即kgf/cm2）、“毫米汞柱”（即mmHg）、“毫米水柱”（即mmH2O）、物理大气压（即atm）等还在应用。

压力测量仪表(2)压力的表示方法绝对压力

指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准，又称总压力或全压力，一般用大写符号P表示大气压力

是指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以P0表示。

绝对压力、表压力、负压之间的关系压力测量仪表表压力

这是指绝对压力与大气压力之差，一般用p表示。测压仪表一般指示的压力都是表压力，表压力又称相对压力。

当绝对压力小于大气压力时，则表压力为负压，负压又可用真空度表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。

差压任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的。

压力测量仪表二、压力测量的主要方法弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。

压力测量仪表重力平衡方法：主要有活塞式和液柱式。活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的，测量精度高，测量范围宽，性能稳定可靠，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。液柱式压力计是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的，最典型的是U型管压力计，结构简单且读数直观。压力测量仪表机械力平衡方法：其原理是将被测压力变换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力来得到被测压力。机械力平衡方法较多用于压力或差压变送器中，精度较高，但结构复杂。物性平衡方法：基于在压力作用下测压元件的某些物性发生变化的原理。如电气式压力计、振频式压力计、光纤压力计、集成式压力计等。压力测量仪表三、常见压力检测仪表

(1)液柱式压力计

根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。hh12211p1p2h2P0h1h211p200压力测量仪表(2)弹性式压力表

弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。它结构简单，价格低廉，现场使用和维修都很方便，又有较宽的压力测量范围，因此在工程中获得了非常广泛的应用。压力测量仪表下图给出了一些常用弹性元件。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。

压力测量仪表压力测量仪表(3)压力传感器是能够检测压力并提供远传信号的装置。能够满足自动化系统集中检测显示和控制的要求。当压力传感器输出的电信号进一步变换成标准统一信号时，又将它称为压力变送器。应变片式：压电式：压阻式：电容式：集成式：压力测量仪表压电式压力传感器

当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷；当压力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。压电材料种类较多，有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。

1-绝缘体2-压电元件3-壳体4-膜片压力测量仪表压阻式压力传感器

压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N型单晶硅膜片上扩散P型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。压力测量仪表电容式压力传感器其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。

压力测量仪表集成式压力传感器它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新型传感器，有压阻式、微电容式、微谐振式等形式。将差压、静压和温度同时测出，再送入微机系统经过运算处理后就可以得到修正后的被测差压值、静压值和温度值。压力测量仪表四、智能式压力变送器智能式传感器就是一种以微处理器为核心单元的，具有检测、判断和信息处理等功能的传感器。借助于半导体技术将传感器部分与信号放大调理和转换后电路、接口电路和微处理器等制作在同一块芯片上，即形成大规模接触电路的智能传感器。压力测量仪表现场总线控制系统的发展，计算机技术、网络技术等智能变送器=微处理器+先进传感器技术输出信号：模拟和数字两种信号类型：智能温度变送器、智能压力变送器、智能差压变送器等。压力测量仪表特点：(1)基本误差仅为±0.1%，测量精度高，性能稳定、可靠。(2)零点迁移范围较宽，量程比较大。(3)具有温度（热电偶变送器）、静压补偿功能（差压变送器）和非线性校正能力（温度变送器），以保证仪表精度。(4)输出方式有模拟、数字两种，能够实现双向数据通讯。(5)能对变送器进行远程组态调零、调量程和自诊断，以便使用和维护。压力测量仪表五、压力测量仪表的选型压力仪表一律使用法定计量单位。即帕（Pa）、千帕（KPa）和兆帕（MPa）按照使用环境和测量介质的性质选择1）在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合，宜选用密闭式全塑压力表。2）稀硝酸、醋酸、氨类及其它一般腐蚀性介质，应选用耐酸压力