热工仪表课件

被控对象的数学模型第一节生产对象特点及其描述方法生产对象的特点:大,复杂,时间常数大.滞后大,具有非线性分布参数和时变特性,建模困难。对象特性:对象的内在规律。研究对象特性:用数学的方法来描述对象的输入量与输出量之间的函数关系,即数学模型。对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型特性。静态数学模型是描述对象在静态时的输入量与输出量之间的关系;动态数学模型是描述对象在输入量改变以后输出量变化情况。输入量:干扰和控制作用看作对象的输入量。通道:由对象的输入变量至输出变量的信号联系。(通道不同,特性不同)控制通道:控制作用至被控变量的信号联系。

干扰通道:干扰作用至被控变量的信号联系。

研究对象特性框图干扰作用和控制作用都是引起被控变量变化的因素。用于控制的数学模型和用于工艺的数学模型二者的区别：相同之处:基于同样的物理和化学规律,原始方程可能相同。区别:用于控制的数学模型是在工艺流程和设备尺寸等确定的情况下,研究对象的输入变量如何影响输出变量的,研究的目的是为了使所设计的控制系统达到更好的控制效果。用于工艺的数学模型(一般是静态)是在产品规格和产量确定的情况下,通过模型的计算,来确定设备的结构、尺寸、工艺流程和某些工艺条件,以达到最好的经济效益。数学模型的主要形式:非参数模型和参数模型非参数模型:描述对象在受到控制作用或干扰作用后被控变量的变化规律,用曲线或数据表格等来表示的。特点是形象、清晰,比较容易看出其定性的特征。根据输入形式的不同,主要有:阶跃反应曲线、脉冲反应曲线、矩形脉冲反应曲线。参数模型:用数字方程式来表示的。描述对象输入、输出关系的数学表达式:微分方程式、偏微分方程式、状态方程式,对于线性的集中参数对象,可用常系数线性微分方程来描述：any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+…+a1y’(t)+a0y(t)=x(t)被控对象的特性对控制质量的影响很大,是确定控制方案的主要依据;只有先了解对象的特性,即内在规律,才能根据工艺对控制质量的要求,设计合理的控制系统,选择合适的被控变量和操纵变量、选择合适的测量元件及控制器。描述对象特性的主要方法数学模型法——机理建模和实验建模

第二节、对象数学模型的建立一、建模目的(1).控制系统的方案设计:深入和全面地了解对象特性,是设计控制系统的基础。(2).控制系统的调试和控制器参数的确定:为了控制系统安全投运并进行必要的调试,必须了解被控对象的特性。(3).制定工业过程操作优化方案:操作优化在不增加投资的情况下,获得可观的经济效益。(4).新型控制方案及控制算法的确定:用计算机构成新型控制系统时,离不开被控对象的数学模型。(5).计算机仿真与过程培训系统:利用仿真技术,使操作人员在计算机上模仿实际的操作,安全、高效地培训工作人员。(6).设计工业过程的故障检测与诊断系统:利用开发的数学模型可及时发现工作过程中控制系统的故障及其原因,并提供正确的解决途径。二、机理建模根据被研究对象或生产过程的内部机理,写出各种有关平衡方程,如物料平衡方程.能量平衡方程.动量平衡方程及化学反应规律.电路基本定律等,获得对象的数学模型。机理建模的方法：1.一阶对象:用一阶微分方程式描述的对象,为一阶对象。(1).水槽对象:对象的输入量是流入水槽的流量Q1;液位高度h为对象的输出量;Q2随液位高度变化,是中间变量;阀门2相当于负载,RS为出水阀的阻力系数;水槽横截面积为A;Q2=h/RS

。静态时:流入水槽的流量Q1等于流出水槽的流量Q2,系统处于平衡状态,即液位h保持不变。动态时:Q1变化了,不再等于Q2,则h就变化。设Q1.

Q2.h为偏离初始平衡状态的变化值。找出h与Q1的关系。根据物料平衡的原则:Q1dt=Adh＋Q2dt又因:Q2=h/RS

代入上式中,

整理得:

令T=RSAT称为时间常数;k=Rs称为放大系数。则有:此方程是一阶常系数微分方程。(2).RC电路:ei为对象的输入量,eo为输出量,i为流过电阻R的电流,即中间变量。根据基尔霍夫定律有：

消去中间变量i得：令T=RC,K=1,则有：上式也是一阶常系数微分方程。

2.积分对象积分对象:对象的输出参数与输入参数对时间的积分成比例关系,称积分对象。如左图液体贮槽,Q0为常数。有：Qidt=Adh

则有:具有积分特性。

3.二阶对象当对象的动态特性可用二阶微分方程来描述时,为二阶对象。(1).串联水槽对象如图为两贮槽串联。对象的输入量Qi,输出量h2;R1为第一贮槽出水阀的阻力系数;R2第二贮槽出水阀的阻力系数;Q=h1/R1,Q0=h2/R2

；根据物料平衡的原则:Qidt=Adh1+Qdt,Qdt=Adh2+Q2dt其中h1.Q.Q2为中间变量。

(1).串联水槽对象消去中间变量,整理得：

设T1=AR1第一贮槽的时间常数,

T2=AR2第二贮槽的时间常数,

K=R2

整个对象的放大系数。得：3.二阶对象(2).RC串联电路根据基尔霍夫定律有：

消去中间变量i1.i2整理得微分方程为：

上式是二阶常系数微分方程。三.实验建模实验建模原则上是把被研究对象看作为一个黑箱,通过施加不同的输入信号,研究对象的输出响应信号与输入激励信号之间的关系,估计出系统的参数和数学模型,亦称为系统辨识方法或黑箱方法。实验建模不需要深入了解对象的内部机理。对复杂的对象,实验建模比机理建模要简单和省力。黑箱X1Xm输入信号…….Y1…..输出信号Ym对象特性的实验测取法:在要研究的对象上,加一个输入量后,用仪表测取并记录表证对象特性的物理量(输出量)随时间变化的规律,得到一系列实验数据(或曲线),对这些数据或曲线再加以必要的数据处理,使之转化为描述对象特性的数学模型。对象特性的实验测取法按加输入信号的形式不同来分：1.阶跃反映曲线法当对象处于稳定状态时,施加一阶跃信号至输入端,记录输出端的变化曲线。1.阶跃反映曲线法在t=t0时,改变Q1值为A时,记录h随时间的变化规律,如右下图。特点:较容易实现测试对象的动态特性,但精度不高。为了提高精度,要加大输入作用的幅值,但影响正常工作,工艺上不允许。一般所加输入作用的大小是额定值的5%-10%。2.矩形脉冲法当对象处于稳定状态时,加入一个矩形脉冲干扰,这时测得输出量y随时间变化规律。特点:因加在对象上的干扰幅值可取得较大,可提高实验精度,且时间短对生产影响小。是常用的方法之一。若已知系统的模型结构,可通过实验来确定模型的某些参数,该法又称系统的参数估计。周期扰动法:在对象的输入端加入一系列频率不同的周期性信号,如正弦波等。正弦波对工艺生产影响小,测试精度高,数据处理简单直观;但需有复杂的正弦信号发生器,测试工作量大。统计相关法:在生产正常情况下,直接利用正常运行所记录的数据进行统计分析,建立数学模型,获取对象的特性参数。需较长时间记录数据,经分析筛选后进行复杂的计算,由于生产正常进行时数据波动不大,统计分析的精度不高。以上几种实验方法,都是在对象上加干扰作用(干扰量小、时间短),得到对象的动态特性的。通过实验获得对象的动态特性的注意事项：(1).加测试信号前,对象的输入量和输出量应尽可能稳定一段时间,否则影响测量结果的精度。(2).在反应曲线的起始点,对象输出量未开始变化,而输入量则开始作阶跃变化。用秒表测取从施加输入作用的时刻到输出量开始变化的时间。(3).为保证测试精度,排除干扰的影响,测试曲线应是平滑无突变的。(4).加测试信号后,注意各干扰与被控量的变化尽可能把与测试无关的干扰排除,被控量的变化应在工艺允许范围内,一旦有异常,及时处理。(5).测试和记录工作应该持续进行到输出量达到新稳态值为止。(6).在反应曲线测试工作中，要注意工作点的选取。总之,机理建模和实验建模各有特点,现将两者结合起来,称为混合建模。先由机理分析的方法得到数学模型,然后对未知或不确定的参数利用实测的方法加以确定。参数估计:在已知模型结构的基础上,通过实测数据来确定其中的某些参数,称为参数估计。

第三节描述对象特性的参数在一阶跃输入信号作用下,对象的特性可通过其数学模型来描述,但在实际工作中,用下面三个物理量来描述对象的特性。称对象的特性参数。一、放大系数(K)1.定义:对象重新稳定后,输出变化量与输入变化量的比值。如图水槽对象:Q2不变,输入量Q1有一阶跃变化后,液位h也有相应的变化,但最后会稳定在某一数值上。在静态(稳定状态)时,一定的输入对应着一定的输出。这种特性称为静态特性。动态时:设Q1的变化量用ΔQ1表示,h的变化量用Δh表示。在一定的ΔQ1下,h的变化情况如右图,在重新达到稳定状态后,一定的ΔQ1值,对应着一定的Δh值。令K等于Δh与ΔQ1值比。即2.放大系数的物理意义放大系数是不随时间变化的,是对象的静态特性。自动控制系统中,各量与被控变量之间的放大系数有大有小。放大系数K越大,对输出量的影响越大,被控变量对这个量的变化就越灵敏。2.放大系数的物理意义以合成氨厂的变换炉为例,说明各个量的变化对被控变量的放大系数是不同的。变换炉:一氧化碳和水蒸气在触媒作用下生成氢气和二氧化碳。生产过程要求一氧化碳的转化率高,蒸气消耗量少,触媒寿命长。生产上用变换炉的一段反应温度作为被控变量,间接地控制转换率和其它指标。其中主要影响温度的因数有:冷激流量(1)、蒸汽流量(2)、和半水煤气流量(3)。但三者对炉子反应温度的影响不同。2.放大系数的物理意义冷激流量的变化对被控变量温度的影响最大.最灵敏,其次是蒸汽流量的变化,最后是半水煤气流量的变化。如果改变冷激量.蒸汽量.半水煤气量的百分数是相同的,则变换炉一段反应温度的变化情况如图。在自动控制过程中,当允许有几种控制手段时,应选放大系数大的操纵量,因为控制作用的放大系数大,控制作用强。对于干扰通道的放大系数,其值越大,干扰越大,越不易控制。二、时间常数（T）1.

定义:对象受到干扰后,被控变量达到新的稳态值所需要的时间,称为时间常数(T)。2.物理意义:时间常数越大,对象受到干扰后,被控变量变化越慢,到达新的稳态值所需的时间越长。在生产实践中发现,有的对象受到干扰后,被控变量变化很快,迅速达到新的稳态值;而有的对象受到干扰后,惯性很大,被控变量经过很长时间才达到新的稳态值。如下图。(a)(b)(c)(d)图(a)和图(b),当进口流量改变量相同时,图(a)中的液位变化慢,经过长时间才能稳定,而图(b)中的液位变化快,迅速达到新的稳态值。图(c)和图(d),当蒸气流量改变量相同时,图(c)中的温度变化快,迅速达到新的稳态值,图(d)中的温度变化慢,很长时间才能达到新的稳态值。在相同的控制作用下,时间常数大,则被控量的变化比较缓慢,这种过程比较稳定,容易控制,但控制过程缓慢。3.一阶对象放大系数(K)和时间常数(T)的求法以贮槽对象特性为例,已知微分方程为：设Q1(Q1=A)为阶跃作用,解微分方程得：h—t曲线为阶跃反应曲线,如下图。由反应曲线可知,当t→∞时,被控量达到新稳态值h(∞),由微分方程解得:h(∞)=KA,即K=h(∞)/A。K是对象静态特性。一阶对象时间常数（T）的求法将t=T代入式中,得:则,当对象受到阶跃输入后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间,就是时间常数T。当t=∞时,h(∞)=KA当t=3T时,理论上,t=∞时,达到稳态值,但t=3T时,就近似地达到稳态值。图2-17中,四条曲线分别表示在相同的阶跃输入信号作用下,不同的时间常数的被控变量的反应曲线。可见,T4>T3>T2>T1,对象的时间常数越大,对输入的反应越慢,惯性越大,达到稳定时所需时间长。三、滞后时间有的对象,受到输入作用后,迅速作出响应;而有的对象,受到输入作用后,不能立即作出响应。1.滞后现象当对象的输入信号发生变化后,输出信号不会立即出现响应,而是过一段时间再作出响应,这种现象称为滞后现象。根据滞后性质的不同分为传递滞后和容量滞后。2.传递滞后传递滞后又叫纯滞后,纯滞后时间(てo)的产生是由于介质的输送需要一段时间而引起的。如下图溶解槽,以料斗的加料量为对象的输入,溶液浓度作为输出时,其反应曲线如下图左。纯滞后时间(てo)与皮带输送机的传送速度ν和传送距离L的关系。如右图,以进入的蒸汽量q为输入量,输出量为离槽距离为L的测温点的溶液温度。当q变化时,实测温度T要经过てo后才变化。造成传递滞后的原因:从测量方面来说,由于测量点选择不当、测量元件安装不合适等。在实际工作中,要避免因仪器的取样管线太长,取样点太远等原因引起的较大纯滞后时间。无纯滞后的对象特性方程yζ(t)=0y(t-ζ)t

>

ζt≤ζy

(t)=yζ(t+ζ)t

>

0t≤0yζ(t+ζ)=0有、无纯滞后的一阶阶跃响应曲线如图。X为输入量,y(t)为无纯滞后时的输出量,yζ(t)为有纯滞后时的输出量。有纯滞后的对象特性方程3.容量滞后定义:被控对象在阶跃输入x作用下,被控变量y开始变化很慢,后来才逐渐加快,最后又变慢直至逐渐接近稳定值,这种现象叫容量滞后。其反应曲线如右图。原因:由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。3.容量滞后以水槽串联的二阶对象为例。输出量h2用y表示,输入量Q1用x表示,则微分方程为:解之得：由上式可知,t=0时,y(t)=0,t=∞时,y(t)=KA。y(t)是稳态值KA和两项衰减指数函数的代数和。其曲线如右图。当在输入阶跃信号作用下,输出量变化的速度,由零到慢慢增大到慢慢减小直到为零(t→∞)。方法:在反应曲线的拐点O作一条切线,与横轴相交。其交点与原点之间的时间间隔てh就是容量滞后时间。时间常数(T):由切线与横轴的交点到切线与稳定值KA线的交点之间时间间隔。T如用描述对象的三个参数K、T、て来描述。则用一阶对象来近似上述二阶对象。在容量滞后与纯滞后同时存在时,二者合称滞后时间て,即て=て0+てh。可见,自动控制系统中,滞后的存在是不利于控制的。在设计和安装控制系统时尽量把滞后时间减到最小。て0=t1-t0,T=t2–t1一般说来,时间常数小,则对象惯性小,被控量变化速度大,不易控制。因为被控量变化快,势必要求系统各组成装置反应灵敏,控制及时迅速,这样才能得到好的效果,但控制速度大,又使系统不易稳定,这是生产上所不希望的。正常情况下,控制通道的时间常数越大,则控制过程将越缓慢。如果扰动通道时间常数较小,而控制通道的时间常数较大则扰动的效应快,控制的效应慢,被控量的最大偏差不易减小;如扰动通道的时间常数大于控制通道的时间常数,则被控量的变化将较为平稳。因此在决定控制方案时,应当分析各种扰动(即对象的各种输入)的响应情况,选择最有利的控制通道以便获得最佳的控制效果。检测仪表及传感器重点内容:测量误差及测量仪表的性能指标压力的检测及仪表流量的检测及仪表物位的检测及仪表温度的检测及仪表检测仪表:用来检测生产过程中的各个参数的技术工具。传感器:用来将这些参数转换为便于传送的信号的仪表。当传感器输出为标准信号时,称为变送器。第一节概述一、测量过程与测量误差1.测量过程将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。测量仪表就是实现测量过程的工具。2.测量误差(1).定义:由仪表读得的被测值与被测量真值之间,总是存在一定差距,称这差距为测量误差。(2).产生原因:测量工具本身不够准确,观测者的视差,环境因素的影响等等。(3).测量误差分类：按性质分---系统误差、随机误差和粗大误差按表达方式分---绝对误差和相对误差按仪表的工作条件分---基本误差和附加误差按被测量是否随时间变化分---静态误差和动态误差(4).测量误差的表示法:绝对误差(△)和相对误差(y)绝对误差(△):仪表指示值xi和被测量的真值xt之间的差值,即(4).测量误差的表示法:绝对误差(△)和相对误差(y)但真值是指被测物理量客观存在的真实数值,它是无法得到的理论值。因此,绝对误差是指用被校表(精度较低)和标准表(精度较高)同时对同一被测量进行测量所得到的两个读数之差,即x—被校表的读数值x0—标准表的读数值

相对误差(y):某一点的绝对误差Δ与标准表在这一点的指示值x0之比。可表示为：二、仪表的性能指标1.仪表的精度及精度等级使用仪表测量时,必须知道该仪表的精度等级,才能保证测量结果的准确。仪表的精度不仅与绝对值有关,还与仪表的测量范围有关。仪表的精度用允许的相对百分误差表示。仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的,其中有一个值为最大,本书中常说的“绝对误差”指的是最大绝对误差。量程(N):仪表的测量范围上限值与下限值之差。

相对百分误差(δ):绝对误差与仪表的量程之比的百分数表示。又称引用误差,即最大相对百分误差:规定在正常使用条件下允许的最大误差与仪表的量程之比的百分数表示。又称允许误差,即δ允越大,表示仪表的精度越低;δ允越小,表示仪表的精度越高。仪表精度等级(K):指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。将仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”与“%”号后数值,便可确定仪表的精度等级。

我国生产的仪表常用的精度等级:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。例如1.5级,一般表示符号为：

精度等级数值越小,表示仪表的精度等级越高。0.05级以上的仪表,作为标准表,0.5级以下的仪表,作为现场测量仪表。特别注意：在校验仪表时,校验过程中各点的误差(即允许误差)不能大于仪表精度等级所允许的误差。|δ允仪|<K%仪表在使用过程中仪表的精度等级不能大于现场的允许误差。K%<|δ允现|根据校验结果确定仪表精度等级例1:某台测温仪的测温范围为200~700℃,校验时得到的最大误差为±4℃,确定该仪表的精度等级。解：

该仪表的最大相对百分误差去掉“±”与“%”,其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级的仪表,因|δ允仪|<K%,所以该仪表的精度等级为1.0级。根据工艺要求选择仪表精度等级例2:某台测温仪的测温范围为0-1000℃。根据工艺要求,温度指示值的误差不允许超过±7℃。试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？

解:根据工艺要求,允许误差为去掉“±”与“%”,其数值为0.7。此数介于0.5~1.0之间,因K%<|δ允现|,故应选的0.5级仪表。2.变差定义:在外界条件不变的情况下,使用同一仪表对同一个量进行正、负行程(即校验点数值逐渐由小到大和由大逐渐到小)测量时,所得的仪表示值是不相同的,其中二者之间的最大差值与仪表量程之比的百分数表示称为变差。变差不能超过仪表的允许误差K%。变差计算方法:(设仪表的测温范围为100~200℃)被校表（℃）120.0180.0标准表（℃）（正行程）121.21179.83标准表（℃）（负行程）120.94179.96X正-X负0.27-0.13变差0.27%3.指针式仪表的灵敏度和灵敏限灵敏度(S):仪表指针的线位移或角位移,与引起这个位移的被测参数变化量之比值。用公式表示：

Δα---指针的线位移或角位移

Δx---引起Δα所需的被测参数变化量灵敏限:是指引起仪表示值发生变化的被测参数的最小变化量,它应不大于仪表允许误差绝对值的一半。4.数字式仪表的分辨力(灵敏度)分辨力:是指引起仪表最末一位改变一个数值的被测参数的变化量。不同量程的分辨力是不同的。灵敏度:相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力,也称灵敏度。通常以最高分辨力作为仪表的分辨力指标。

如某仪表显示值为：□□□.□℃

则

分辨力为

0.1℃5.线性度(又称非线性误差)是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。用实际值与理论值之间的绝对误差的最大值与仪表量程之比的百分数表示,即：被测变量仪表示值理论直线实际线6.反应时间反应时间是指在被测量变化后,测量仪表能否尽快反应出参数变化的品质指标。可用滞后时间与时间常数来衡量。反应时间的表示方法

1.仪表的输出信号由开始变化到新稳定值的63.2%所用的时间(T)。

2.仪表的输出信号由开始变化到新稳定值的95%所用的时间(3T)。

仪表反应时间的长短,反映了仪表动态特性的好坏。三、工业仪表的分类仪表按使用的能源分按信息的获得.传递.反映和处理过程分按仪表的组成形式分气动仪表电动仪表检测仪表显示仪表集中控制装置基地式仪表单元组合仪表DDZ.QDZ控制仪表执行器三、工业仪表的分类1.按使用的能源分类电动仪表:以电为能源,信号之间联系比较方便,适宜于远距离传送和集中控制;便于与计算机联机。近年,用于防火、防爆的电动仪表,提高安全性。但结构复杂,易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。气动仪表:以气为能源,结构简单,价格便宜,抗干扰能力强,能防火、防爆。但信号传递慢、传输距离短、管线安装与检修不便。不宜实现远距离大范围的集中显示和控制;难于联机。三、工业仪表的分类2.按信息的获得.传递.反映和处理过程分类检测仪表:主要用于测量某些工艺参数,如温度.压力、流量.物位等,并将被测参数的大小按比例地转换成电信号或气信号。显示仪表:将检测仪表获得的信息显示出来。如指示仪表.记录仪.工业电视.图像显示器。集中控制装置:包括巡回检测仪.巡回控制仪.程序控制仪.数字处理机.计算机以及仪表控制盘和操作台等。控制仪表:根据需要对输入信号进行各种运算。包括电动.气动的控制器及代替模拟控制仪表的微处理器等。执行器:接受控制仪表的输出信号或直接接受操作人员的指令,对生产过程进行操作或控制。包括电动.气动.液动执行机构和控制阀。三、工业仪表的分类3.按仪表的组成形式分类基地式仪表:将测量.显示.控制等各部分集中组装在一个表壳里,形成一个整体。适于在现场做就地检测和控制,但不能实现多种参数的集中显示和控制。应用有局限性。单元组合仪表:将对参数的测量及其变送.显示.控制等各部分,分别制成独立的单元仪表。各单元之间以统一的标准信号互相联系。可任意组合各种控制系统。灵活性和适用性都好。有两类:电动单元组合仪表(DDZ)、气动单元组合仪表(QDZ)。例3:有一变化范围为320－360kPa的压力。若用下列A.B两台压力变送器进行测量,那么在正常情况下哪一台的测量准确度高些?压力变送器A:1级,0-600kPa。压力变送器B:1级,250-500kPa。解:用压力变送器A时:测量结果的最大误差:用压力变送器B时:测量结果的最大误差：则:用压力变送器B测量准确度高些。例4:有两台测温仪表,其测量范围分别是0-800℃和600-1100℃,已知其最大绝对误差均为±6℃,试分别确定它们的精度等级。解：则:测量范围0-800℃的仪表为1级,测量范围1100-600℃的仪表为1.5级。例5:某一标尺为0～500ºC的温度计出厂前经过校验合格,校验结果如下表。1.求仪表的最大绝对误差;2.确定仪表的允许误差及精度等级;3.经过一段时间使用后重新校验,仪表最大绝对误差为±8ºC,问该仪表是否符合出厂时的精度等级？被校表读数/ºC0100200300400500标准表读数/ºC

0103198303406495解:

1.-6ºC;1.5级例5:某一标尺为0～500ºC的温度计出厂前经过校验合格,校验结果如下表。1.求仪表的最大绝对误差;2.确定仪表的允许误差及精度等级;3.经过一段时间使用后重新校验,仪表最大绝对误差为±8ºC,问该仪表是否符合出厂时的精度等级？被校表读数/ºC0100200300400500标准表读数/ºC

0103198303406495解:3.因:K%<|δ允仪|,则不符合出厂时的精度等级。

流量检测及仪表一、概述1.流量、总流量的定义流量:是单位时间内通过管道某一截面的流体数量的大小.总量:在某一段时间内流过管道流量的总和。流量和总量可用质量表示,还可用体积表示。质量流量(M)和体积流量(Q)之间的关系是:M=Qρρ--流体的密度，M单位为kg/h；Q单位为m3/h,流量和总量之间的关系是:测量流体流量的仪表叫流量计,测量流体总量的仪表叫计量表。2.流量计的分类速度式流量仪表:以测量流体在管道内的速度作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。容积式流量计:

以单位时间内所排出流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。质量式流量计:

以测量流体流过的质量M为依据的流量计。分直接式流量计和间接式流量计。它具有测量精度不受流体的温度、压力、粘度等变化影响的优点。有发展前途的仪表。二、差压式流量计工作原理:是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。(节流面积不变,以差压变化来反映流量的大小。)组成:由将被测流量转换成差压的节流装置和将此差压转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表。1.节流现象与流量基本方程

(1).节流现象节流现象:流体在流经节流装置的管道时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象。节流装置:包括节流件、取压装置。节流件:使管道中的流体产生局部收缩的元件。如孔板、喷嘴和文丘里管等。以孔板为例说明节流现象:如下图所示：流动的流体具有能量,即静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能,又由于流体有流动速度而具有动能。两者在一定的条件下可相互转化,但能量是守恒的。取压装置孔板----以孔板为例说明节流现象:如右图,表示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。流体在管道截面Ⅰ前,流速v1,静压力P’1。接近节流装置时,受到节流装置的阻挡,靠近管壁的流体阻挡作用最大,使一部分动能转换为静压能,则节流装置入口靠近管壁处的流体静压力升高,比管道中心处的压力大,这一径向压差使管壁处的流体向管道中心处流动,形成流束的收缩运动。由于惯性作用,流束的最小截面在Ⅱ处,这时流速最大v2,随后流束又逐渐扩大,到截面Ⅲ后恢复正常v3=v1。以孔板为例说明节流现象:如下图,表示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。节流装置前后压差的大小与流量有关。流量越大,产生的压差就越大。只要测出孔板前后两侧压差的大小,即可表示流量的大小,这是节流装置测量流量的基本原理。节流装置前压力高,称为正压,记为“+”;节流装置后压力低,称为负压,记为“-”。(2).流量基本方程:是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的,即：

—流量系数,它与节流装置的结构形式、取压方式、孔口截面积与管道截面积之比、雷诺数、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等因素有关;标准节流装置,查阅手册。

—膨胀校正系数,与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数、孔口截面积与管道截面积之比等因素有关,应用时可查阅手册。但对不可压缩的液体,取=1。F0—节流装置的开孔截面积。ΔP—节流装置前后实际测得的压力差。

—节流件前的流体密度。流量方程中系数的讨论：流量系数():

是一个受许多因素影响的综合性参数。对标准节流装置,查手册可得;对非标准节流装置,由实验方法确定。则在设计节流装置时,对特定条件,选定一个值。总之,节流装置测量流量时,应在设计规定的条件下使用,流量方程中各系数才能保持常数,才能保证测量的准确度。如果实际使用条件偏离设计值时,

会引入附加误差,此时应对测量结果视对测量准确度的不同要求而作适当修正。

,流量标尺刻度是非均匀的。为了保证测量的准确,被测值不应接近仪表的下限值。2.标准节流装置(1).定义:进行设计计算时,有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化的实验数据资料的节流装置称标准节流装置,如孔板、喷嘴、文丘里管等。使用时可以查阅有关资料手册。(2).标准节流装置的取压方式(ΔP=P1-P2)角接取压法:孔板(喷嘴)前后两端面与管壁的夹角处取压。法兰取压法:离开孔板上下游各1英寸处取样,又称一英寸法兰接法。标准孔板采用角接取压法和法兰取压法。标准喷嘴采用角接取压法。角接取压法通过环室或单独钻孔结构实现的。孔板环室测量范围:6.4MPa以下,管道直径在50-520mm之间。孔板单独钻孔测量范围:2.5MPa以下,管道直径在50-1000mm之间。标准孔板的特点:测量精确,但对加工制造和安装要求严。缺点是压力损失大。标准节流装置适用管道直径大于50mm,雷诺数在104-105以上,且流体清洁,充满全部管道,不发生相变。节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小,差压信号由导压管引出,传递到相应的差压计,以便显示出流量的数量。3.差压式流量计的测量误差由于使用不当,可引起高达10%-20%的误差。所以不仅要合理的选型,准确的设计计算和加工制造,更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等,才能保证测量精度。造成测量误差的原因：(1).被测流体工作状态的变动,可引起测量误差如果使用时被测流体的工作状态及流体的重度、粘度、雷诺数等参数与设计时有变动,会造成原来由差压计算的流量与实际的流量之间有较大的误差。为了消除误差,须按新的工艺条件重新进行设计计算,或将所测的数值加以修正。(2).节流装置安装不正确,可引起测量误差在安装节流装置时,特别要注意节流装置的安装方向。一般,节流装置露出部分所标注的“+”号一侧,应是流体的入口方向。当用孔板作为节流装置时,应使流体从孔板90°锐口的一侧流入。另外,在使用中,要保持节流装置的清洁。(3).孔板入口边缘的磨损可引起测量误差,从而引起仪表指示值偏低。故应注意检查、维修,必要时应换新的孔板。(4).导压管安装不正确,或有堵塞、渗漏现象可引起较大的测量误差。导压管安装的要求：A.测量液体的流量时:应使两根导压管内都充满同样无气泡的液体,使两根导压管内的液体密度相同。措施如下:a.取压点应位于节流装置的下半部,与水平线夹角为00-450,既可排气泡,又可防堵塞。如右图。b.引压导管最好垂直向下,至少应有一定的倾斜度(1:20~1:10),使气泡易于排出。c.在引压导管的管道中应有排气的装置。如差压计只能装在节流装置之上时,须加装贮气罐,如图(b)。B.测量气体的流量时:使两根导压管内的流体密度相同,气体中无夹带的液体,措施如下：a.取压点应位于节流装置的上半部。b.引压导管最好垂直向上,至少应有一定的倾斜度,使引压导管不滞留液体。c.如差压计只能装在节流装置之下时,须加装贮液罐和排放阀。如图。C.测量蒸汽的流量时:须解决蒸汽冷凝液的等液位问题,以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。方法如图。自凝液罐至差压计的接法与测量液体流量时相同。测量腐蚀性液体流量,须加隔离措施,ρ1为被测介质密度。(5).差压计安装或使用不正确会引起测量误差。正确安装和使用差压计(或差压变送器)安装:由导压管接至差压计或差压变送器前,安装一平衡阀3和两个切断阀1.2,构成三阀组。使用:使用时先开平衡阀3,使正负压室压力相等,然后打开切断阀1.2,再关平衡阀3,差压计可投入工作。停用时先打开平衡阀3,再关切断阀1、2。当切断阀1、2关闭时,打开平衡阀3,可进行仪表的零点校验。P1+-123P2

JYLB一体化节流式流量计

一体化节流式流量计是将节流装置和差压变送器做成一体,差压变送器与流量显示设备通过各种模式的通讯,构成流量检测系统。该系统除能进行压力补偿外,还可手操迁移量程等三、转子流量计适用测小流量,管径在50mm以下管道的流量。测量的流量可小到每小时几升。结构:由下往上逐渐扩大的锥形管和放在锥形管内可自由运动的转子组成。特点:结构简单,是一种恒压降、变节流面积具有线性刻度的流量计。1.工作原理以压降不变,利用节流面积变化来测量流量的大小。转子可视为一个节流件,在锥形管与转子之间有一个环形通道,转子的升降就改变环形通道的流通面积从而测定流量,故又称为面积式流量计。2.工作原理工作时,被测流体从锥形管下端进入,转子受到向上的力,使转子浮起,当这个力等于转子的重力(重量减去转子的浮力)时,两力平衡,转子就停浮在一定高度上。由于转子的重力不变,当被测流体的流量突然增大时,转子就上升,这时流通面积增大,流体的流速变慢,作用在转子上的向上力就变小。当流体作用在转子上的力再等于转子的重力时,又稳定在一个新的高度上。转子的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。如果在锥形管外沿其高度刻上对应的流量值,就可根据转子的平衡位置的高低直接读出流量的大小。这就是转子流量计测量流量的基本原理。流量方程分别对转子和流体进行分析,得出如下表达式：V-转子体积;A-转子最大横截面积;ρt.ρf

-分别为转子和流体的密度;P1、P2-分别为转子前后流体的压力;h-转子平衡时所在的高度;Ф-仪表常数。2.电远传式转子流量计将反映流量大小的转子高度转换为电信号,适合于远传,进行显示或记录。LZD系列电远传式转子流量计由流量变送和电动显示两部分组成。(1).流量变送部分:用差动变压器进行流量变送的。组成:铁心、线圈及骨架组成。初级线圈在内层,两个线圈同相串联;次级线圈在外层,两个线圈反相串联。(1).流量变送部分原理:当铁心在中间位置时,次级线圈中产生的感应电动势e1、e2相等。u=e1-e2=0当铁心向上移动时,e1>e2,u=e1-e2>0。当铁心向下移动时,e1<e2,u=e1-e2<0。转子流量计的转子与差动变压器的铁心连接,可将流量的大小转换成输出感应电势的大小。(2).电动显示部分如下图····3.转子流量计的指示值修正转子流量计为非标准化仪表,在出厂时是在工业基准状态(20℃,0.10133MPa)下用水或空气进行标定的。当被测介质和工作状态发生改变,必须对仪表刻度进行修正。(1).液体流量测量时的修正Q0-用水标定的刻度流量;ρW-水的密度;Qf-密度为ρf的被测介质实际流量;KQ-体积流量密度修正系数;KM-质量流量密度修正系数;Mf-流过仪表的被测介质实际质量流量。(1).液体流量测量时的修正(2).气体流量测量时的修正：测气体时,制造厂是在工业基准状态(293K,0.10133MPa)下用空气进行标定的。对非空气介质在不同于上述基准状态下测量时,要进行修正,其中对压力.密度.温度进行修正。当已知仪表显示刻度Q0,实际介质的流量Q1,按下式修正：(2).气体流量测量时的修正Q1-被测介质的流量,Nm3/h;ρ1-被测量在标准状态下的密度,kg/Nm3;ρ0-标准状态下空气的密度,(1.293kg/Nm3);p1-被测介质的绝对压力;p0-工业基准状态时的绝对压力(0.10133MPa);T0-工业基准状态时的绝对温度(293K);T1-被测介质的绝对温度;Q0-按标准状态刻度的显示流量值,Nm3/h;Kρ-密度修正系数;Kp-压力修正系数;KT-温度修正系数。例1:现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流量,已知转子材料为不锈钢,ρt=7.9g/cm3,苯的密度为ρf=0.83g/cm3

。试问流量计读数为3.6L/cm3时,苯的实际流量是多少？解:苯的实际流量是4.4L/s。例2:某厂用转子流量计来测量温度为27℃,表压为0.16MPa的空气流量,问转子流量计读数为38Nm3/h时,空气的实际流量是多少？解:Q0=38Nm3/h,p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,p0=0.10133MPa,T0=293K,T1=273+27=300K,空气的实际流量是60.3Nm3/h。TGL型钢瓶流量计该流量计由减压器和玻璃转子流量计二部分组成,当流量计配置在钢瓶上时,钢瓶中的高压气体可借助于减压器和玻璃转子的调节功能,选择输出恒定的稳定流量,并可指示压力和流量。LZ系列金属管浮子流量计

具有结构简单、工作可靠、精度较高、价格合理等特点,能耐较高的压力与温度,并可实现电远传扩大了使用范围。

LZB-()W/WB小流量玻璃转子流量计

该流量计可以检测气体或液体介质的小流量,具有小巧的外形,广泛用于各种分析仪器,环境保护设备,医疗设备及其它科学实验仪器配套,W型为不带调节阀结构,WB型带有调节阀结构

LZB-()U型聚砜管流量计

由聚砜塑料精制而成,转子材料为哈氏C或钛,接触被测流体的部件均有效的抗氢氧化纳溶液、盐液等腐蚀性液体,是制碱等化工行业理想的流量计

(3).蒸汽流量测量时换算：将蒸汽流量换算为水流量,如转子材料为不锈钢,ρt=7.9g/cm3,则：Q0-水流量,L/h;ρf-蒸汽密度,kg/m3;Mf-蒸汽流量,kg/m3。四、椭圆齿轮流量计1.工作原理椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个相互啮合的椭圆形齿轮A和B、轴及壳体组成。椭圆齿轮与壳体之间形成测量室,如图。当流体流过椭圆齿轮流量计时,由于要克服阻力将会引起阻力损失,从而使进料口侧压力p1大于出料口压力p2,在此压力差的作用下,产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动。在图(a)所示位置时,由于p1>p2,在二者产生的合力矩下,A轮顺时针转动,这时A轮为主动轮,B轮为从动轮。在图(b)所示位置时,根据力的分析可知,这时A、B都为主动轮。1.工作原理当继续转至(c)所示位置时,p1和p2在A轮上的合力矩为零,作用在B轮上的合力矩使它作逆时针转动,把已吸入的半月形容积内的介质排出出口,这时B轮为主动轮,A轮为从动轮,与图(a)所示情况刚好相反。这样,A轮和B轮交替地一个带动另一个转动,把被测介质以半月形容积为单位一次一次地由进口排至出口。从(a)→(b)→(c)只表示椭圆齿轮转了1/4周的情况,而排出被测介质为一个半月形容积,则每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。即通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为:n-椭圆齿轮的旋转速度；V0-半月形测量室容积。2.使用特点椭圆齿轮流量计是基于容积测量原理的,与流体的粘度等性质无关。特别适用于粘度介质的流量测量。高测量精度高,压力损失小,安装方便。但被测介质不能含有固体颗粒,更不能夹杂机械物,否则会引起齿轮磨损,以至损坏。在椭圆齿轮流量计的入口端须加装过滤器。但椭圆齿轮流量计结构复杂,加工制造较难,因而成本高。如使用不当或使用时间过久,发生泄漏现象,会引起较大测量误差。LC系列椭圆齿轮流量计(油表)

是容积式流量计中的主要类型,用于计量在一定压力下封闭管道中满管流的流体流量。它具有精确度高、可靠性好、寿命长、量程范围大、压力损失小、粘度适应性强

温度检测及仪表温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制在工业生产中有着重要的作用。一、温度检测方法(一).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。(二).温度计的分类按测温范围分:高温计(600℃以上)和普通温度计;按测量方法分:接触式和非接触式温度计;按用途分:实用温度计和标准温度计;按工作原理分:膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计、辐射高温计。1.膨胀式温度计基于物体受热体积膨胀的性质制成。玻璃管温度计是属于液体膨胀式温度计;双金属温度计是属于固体膨胀式温度计。双金属温度计的感温元件是两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起的。金属片受热→两个金属片膨胀长度不同→弯曲→温度越高弯曲的角度越大→这就是双金属温度计的测温原理。1.膨胀式温度计双金属温度计→双金属片制成螺旋形→温度变化时,螺旋的自由端绕中心轴旋转→带动指针偏转→在刻度盘上指示相应的温度。2.压力式温度计原理: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制作的。是用压力随温度的变化来测温的仪表。如图为压力式温度计。组成:温包、毛细管、弹簧管。温包:直接与被测物接触的感温元件,它须有强度高,膨胀系数小,热导率高,抗腐蚀等性能。可用铜合金、钢或不锈钢制造。2.压力式温度计毛细管:用来传递压力的变化。用铜或钢等冷拉成的无缝圆管制成。易破损,应加保护套管。在长度相同时,越细仪表越灵敏。弹簧管:与弹簧管式压力表相同。3.热电偶温度计:利用不同材料的金属焊接在一起,当温度发生变化时,会产生热电势,依靠热电势的测量来测温度。4.热电阻温度计:利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的原理测温。5.热辐射温度计:利用物体热辐射作用来测温度。二、热电偶温度计原理:是以热电效应为基础的测温仪表。特点:测量范围广(-50~1600℃),结构简单,使用方便,测量准确可靠,便于信号的远传、自动记录和集中控制。组成:热电偶(1)(感温元件)、测量仪表(3)(动圈仪表或电位差计)、连接热电偶和测量仪表的导线(2)(补偿导线及铜导线)。1.热电偶是感温元件,由两种不同材料的导体A和B焊接而成,焊接的一端插入被测介质中,感受被测温度,称为工作端或热端,另一端与导线相连,称为冷端或自由端,导体A和B称为热电极。(1).热电现象及测温原理热电现象:取两根不同材料金属导线A和B,将其两端焊在一起,组成一个闭合回路,如将其中的一端(1)加热,即t>t0,在此闭合回路中就有热电势产生,这种现象称为热电现象。如将金属B断开接入毫伏计,如图(b);如在t0接头处断开接入毫伏计,如图(c)。毫伏计有指示。

热电势:包括接触电势和温差电势。接触电势eAB(t)的产生:设A电子密度大于B电子密度,当A.B两种金属接触时,电子从密度大的扩散到密度小的中,即从A扩散B,A中剩下正电荷,B中得到电子而带电,形成静电场,阻碍电子扩散运动,当达到平衡时形成电势差eAB(t),称为接触电势。方向为A→B。接触电势与两金属的材料和接触点的温度有关。当材料确定后只与接触点的温度有关。

eAB(t)=-eBA(t)。t>t0AB+--+eA(t,t0)eB(t,t0)温差电势eA(t,t0)的产生:对于同一金属A(或B),由于其两端温度不同,自由电子具有不同的动能,就产生一个电动势,称为温差电势eAB(t0)。它远小于接触热电势,则忽略不计,即eA(t,t0)≈0,eB(t,t0)≈0。把金属的两端闭合时,形成闭合回路。在两个接点处形成接触热电势eAB(t)和eAB(t0)。温差电势忽略不计,金属A.B的等效电阻为R1.R2,则图(a)可等效为图(b)。此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：

E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)测温原理:热电势与两接点温度.热电极材料有关。当热电极材料确定后,热电势是两接点温度的函数之差,当冷端温度t0保持不变,即eBA(t0)为常数,热电势与热端温度成单值的函数关系。所以通过测量热电势的大小可以测温度的高低。注:如果两个热电极材料相同,两点温度不同,则总热电势E(t,t0)=0;如果两个热电极材料不同,两点温度相同,则总热电势E(t,t0)=0。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用热电偶测温时,需接仪表来测热电势,而仪表要远离测温点,这就需接第三种导线C。热电偶回路中接入连接导线C,就构成新的接点,但不影响热电偶的总热电势。(2).插入第三种导线的问题:如右(a)图:新的接点为3点和4点,两点的温度相同为t1,则总热电势E(t,t0)为：E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBC(t1)-eBC(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBA(t0)=eAB(t)-eAB(t0)可见,与没有接入第三种导线时总热电势相等。(2).插入第三种导线的问题:如图:新接点为2和3点,两点的温度相同为t0,则总热电势E(t,t0)为:E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若A.B.C组成闭合回路,各点温度相同(t0)时,根据能量守恒原理,闭合回路内的总电势等于零。则eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0，eBC(t0)+eCA(t0)=-eAB(t0)E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0)则,与没有接入第三种导线时,总热电势相等。但必须保证引线两端的温度相同。同理,如果回路中串接多种导线,只要引线两端的温度相同,就不影响热电偶所产生的热电势值。(3).常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求:热电极对温度反应灵敏(温度每增加1℃时产生的热电势要大),热电势与温度尽量成线性关系,物理稳定性高,化学稳定性高,材料组织均匀,有韧性,易加工成丝;复现性好,且有良好的互换性,便于成批生产。铂铑30-铂铑6热电偶(双铂铑)(分度号为B):测量范围为300-1600℃,短期可测1800℃。铂铑10-铂热电偶(分度号为S):测量范围-20-1300℃,短期可测1600℃。作标准偶。镍铬-镍硅热电偶(分度号为K):测量范围-50-1000℃,短期可测1200℃。镍铬-考铜热电偶(分度号为XK):测量范围-50-600℃,短期可测800℃。(4).热电偶的结构按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。①普通型热电偶:包括热电极,绝缘管,保护套管及接线盒。

热电极:是热电偶的两根热偶丝。贵金属的偶丝直径为0.3-0.65mm,普通金属的偶丝直径为0.5-3.2mm,长度由安装条件及插入深度而定,一般为350-2000mm。绝缘管(绝缘子):防止两根热电极短路。有单孔管、双孔管及四孔管。保护套管:保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。①普通型热电偶接线盒:是供热电极和补偿导线连接用的,常用铝合金制成。连接热电极和补偿导线的螺丝必须拧紧,以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确度。②铠装热电偶:由金属套管、绝缘材料、热电偶丝一起经过复合拉伸成型。③表面型热电偶:利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶。④快速热电偶:是测量高温熔融物体一种专用热电偶。在热电偶选型时,注意三个方面:热电极材料;保护套管的结构.材料及耐压强度;保护套管的插入深度。2.补偿导线的选用当热电偶的冷端温度保持不变时,热电势才是被测温度的单值函数。但实际应用时,冷端离工作端近且暴露在空间,易受周围环境温度影响,冷端温度难保持恒定。为了使热电偶的冷端温度保持恒定,就将热电偶做很长,使冷端远离工作端,这就需要许多贵金属,不经济的。用补偿导线将冷端远离工作端。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。补偿导线的要求:由两种不同性质的金属材料制成,在一定温度范围内(0-100℃)与所连接的热电偶具有相同的热电特性,并是廉价金属。使用补偿导线的注意事项:与热电偶的型号相配,极性不能接错,热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100℃。与热电偶所配套的补偿导线如表3-7。补偿导线示例:E(t,t0)3.热电偶冷端温度补偿热电偶的温度-热电势关系曲线是要求冷端温度保持在0ºC时得到的,仪表的刻度线是根据温度-热电势关系曲线进行刻度的。热电偶使用时冷端在操作室,但操作室的温度一般高于0ºC,且不稳定。这时热电偶的热电势必然偏低。测量值将随着冷端温度的变化而变化,就会引起测量误差。因此用热电偶测温时,只有将冷端温度保持为0ºC,或进行一定的修正才能得到准确的测量结果。这种做法就称为热电偶冷端温度补偿。热电偶冷端温度补偿方法：(1).冷端温度保持为0℃的方法:把热电偶的两个冷端分别插入盛有绝缘油的试管中,然后放入装有冰水混合物的容器中,常用在实验室中,如图。(2).冷端温度修正方法:冷端温度不是0℃,而是t1时,这就引起测量误差,必须进行修正。如某一设备的实际温度为t,热电偶的冷端温度为t1,这时测得的热电势为E(t,t1),求实际温度t,利用下式进行修正,即:E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0),因:E(t,t1)=E(t,0)-E(t1,0)修正方法:是把测得的热电势E(t,t1),加上热端为室温t1,冷端为0℃时的热电偶的热电势E(t1,0),得到实际温度下的热电势E(t,0)。适用于实验室或临时测温,在连续测量中不使用。例:用镍铬-铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势E(t,t1)=66982µV,而自由端的温度t1=30℃,求被测的实际温度。解:查表得:E(30,0)=1801µV,则:E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=66982+1801=68783µV查表得:E(900,0)=68783µV,即实际温度为t=900℃。而不是66982µV对应的温度t’再加上30℃。

E(870,0)=66473µV,E(880,0)=67245µV66982µV对应的温度t’→t’=870+(66982-66473)/(67245-66473)×10=876.6℃E(876.6,0)=66982µVt≠876.6+30=906.6℃(3).校正仪表零点一般仪表未工作时指针应指在零位(机械零点),若测温元件为热电偶,且冷端不为零度,则将仪表的零点调至室温(冷端所在的温度)。常用在工业上,但在测温要求不高的场合上。如动圈表使用时需要校正仪表机械零点;电子电位差计则自动调零。(4).补偿电桥法:利用不平衡电桥产生的电势,来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。电桥在20℃(或0℃)时平衡,则把仪表的机械零位调到20℃(或0℃)。E(t,t1)=E(t,0)-E(t1,0)+Uab(5).补偿热电偶法:用多支热电偶配用一台测温仪表。为了使多支热电偶的冷端温度恒定,设置补偿热电偶且恒温(t0)。补偿热电偶的材料可与测温偶相同,也可与补偿导线相同,将补偿偶的工作端插入2-3m地下或放在恒温器中,补偿偶和测温偶的冷端都接在温度为t1的同一接线盒中。这时,测温仪表的指示值为E(t,t0)所对应的温度。例题:用K分度号热电偶与显示仪表配合测炉温,热电偶自由端的温度为t0=30ºC,测得热电势为E(t,t0)=39.17mV,求炉温为多少度？解:根据题意求炉温即应求E(t,0)查K热电偶分度表可知:E(30,0)=1203µV,由E(t,t0)=39170µV,则:E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)所以E(t,0)=39170+1203=40373µV查K分度好的热电偶可知,对应的温977ºC。三、热电阻温度计原理:

利用金属导体的电阻随温度的变化而变化的原理来测温。特点:在300℃下的灵敏度高于热电偶,在中、低温(-200℃~650℃)的测量中得到了广泛应用。组成:热电阻(感温元件).显示仪表(不平衡电桥或平衡电桥).连接导线。连接导线采用三线制接法。1.测温原理:测温元件(金属导体)的电阻随温度的变化而变化的特性来测温的,电阻值与温度关系：Rt=Rto[1+α(t-t0)],ΔRt=αRt0ΔtRt,Rto-分别为温度t,t0(通常为0℃)时的电阻值；α-电阻温度系数;ΔRt-电阻变化量;Δt-温度变化量；2.工业常用热电阻热电阻材料的要求:电阻温度系数.电阻率大;热容量小;物理稳定性高;化学稳定性高;复现性好;电阻随温度的变化尽量成线性关系,广泛应用的热电阻材料是铂(Pt)和铜(Cu)。(1).铂电阻(WZP新型号,WZB旧型号):在氧化性介质和高温下性质稳定,测量精度高。在0~650℃的温度范围内,铂电阻与温度的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)Rt,R0—分别为温度t℃,0℃时的电阻值；

A,B,C—是常数,由实验求得。A=3.