热工仪表知识

热工仪表知识第一页，共64页。目录

第一章测量仪表基本知识第二章压力测量仪表第三章流量测量仪表第四章物位测量仪表第五章温度测量仪表

第二页，共64页。第一节：热工自动化仪表的分类

热工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原则可以进行相应的分类。

第一章测量仪表基本知识第三页，共64页。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(很少见);按仪表组合形式：可以分为基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。单元组合仪表:以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）相互联系而组合起来的一种仪表综合控制装置:按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对常规仪表的盘装表而言，不需要操作的仪表就装成架装仪表，需要操作的安装成盘装仪表);根据仪表信号的形式：可分为模拟仪表和数字仪表等。第四页，共64页。

第三节：热工自动化控制仪表优势功能

热工自动化控制仪表（如调节仪、无纸记录仪、流量积算仪、激光气体分析仪、物位计等），主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干扰性能。第五页，共64页。可编程（组态）功能

软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路（无纸记录仪）。记忆功能

微机引入仪表后,由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息,只要通电,就可以一直保存记忆,并且可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理（流量积算仪）。第六页，共64页。计算功能

在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较（调节仪）。

数据处理的功能

在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来进行检索、优化等工作（激光气体分析仪、雷达物位计）。

第七页，共64页。第二章压力测量仪表第八页，共64页。

第一节：压力单位国际单位制（SI）---帕（Pa），

1Pa=1牛/米2（N/m2）1Mpa=1×105Pa1公斤力/厘米2(kgf/cm2)=0.0981MPa1巴(bar)=0.1MPa1毫米水柱(mmH2O)=9.81×10-6MPa1毫米水银柱(mmHg)=1.333×10-3MPa1标准大气压(atm)=0.1013MPa第九页，共64页。第二节：弹性式压力计

测压原理：各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。特点及适用场合：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高，在生产过程中获得了最广泛的应用。第十页，共64页。电接点压力表第十一页，共64页。第三节：电气式压力计测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。特点及适用场合：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2％，便于远距离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。第十二页，共64页。第四节：智能型压力变送器高可靠性的微控制器及高精度温度补偿；将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准信号叠加HART数字信号；支持现场总线基于现场控制；具有完整的自诊断功能和通讯功能；零点自动迁移，零点量程外部可调；通过手持器和PC机可实现远程管理。第十三页，共64页。第五节：压力计的选用压力检测仪表的选择主要包括仪表的型式、量程范围、精度与灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和其他功能，如指示、记录、报警控制等；必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度；必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等；必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。第十四页，共64页。压力计的选用高炉料罐压力使用粒化渣冷水池使用高炉除尘液压站使用喷煤车间废气压力使用第十五页，共64页。压力变送器接线图第十六页，共64页。第三章流量测量仪表第一节：概述

流量概念-----指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积，即瞬时流量。流量的两种表示方法：体积流量Q---单位时间内通过管道某一截面的物料体积（m3/h）质量流量M---单位时间内通过管道某一截面物料的质量（kg/h）第十七页，共64页。第二节：差压式流量计

测量原理：在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。1-节流元件2-引压管路3-三阀组4-差压计第十八页，共64页。优点:

应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点:测量精度普遍偏低;范围度窄,一般仅3:1~4:1;现场安装条件要求高;压损大(指孔板、喷嘴等)。第十九页，共64页。一体化差压式流量计（喷煤车间N2总管流量计）流量孔板（高炉炉顶氮气总管流量计）第二十页，共64页。第三节：转子流量计浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。第二十一页，共64页。转子流量计的特点：转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。第二十二页，共64页。金属管转子流量计（高炉炉身静压N2流量计）玻璃管转子流量计（高炉H2、喷煤CO分析仪流量计）第二十三页，共64页。第四节：涡街流量计应用范围：涡街流量计用于测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。测量原理：涡街流量计应用是根据卡门（Karman）涡街原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关。第二十四页，共64页。涡街流量计与差压流量计测量饱和蒸汽流量对比：

用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量较为普遍，但存在一些不足之处：其一，压力损失较大；其二，导压管、三组间及连接接头容易泄漏；其三，量程范围小，一般为3比1，对流量波动较大易造成测量值偏低。而涡街流量计具有结构简单，涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄漏现象。另外，涡街流量计的压力损失较小，量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使用越来越受到人们的青睐。第二十五页，共64页。涡街流量计插入式涡街流量计第二十六页，共64页。第五节：电磁流量计电磁流量计的工作原理电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。第二十七页，共64页。电磁流量计特点:

测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。第二十八页，共64页。一体式电磁流量计分体式电磁流量计（高炉工业水流量计）第二十九页，共64页。电磁流量计接线图第三十页，共64页。第六节：阿里巴流量计阿里巴流量计(又称笛形均速管流量计)是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件。具有根据空气动力学设计，可大大降低传感器处流体分离产生的误差，在同类产品中可达到更高精度，性能更加优于传统的流量仪表。阿里巴流量传感器是由检测杆、取压口和导杆组成，它横穿管道内部与管轴垂直，在检测杆迎流面上设有多个总压检测孔，分别由总压导压管和静压导压管引出，根据总压与静压的差压值，计算流经管道流量。煤气、助燃风均速管流量计第三十一页，共64页。特点:

1.精度：读数的±1%（未标定），±0.5%（标定），同类产品最高

;

2.重复性：读数的0.1%;

3.量程比：30：1;

4.椭圆形设计大幅度降低了压损，减少了噪音;

5.单台传感器配备参数变送器可实现质量流量测量，真正静压测量，温度测量;

6.安装简易，维护方便、自清洗;

7.传感器不产生流体分离点，无涡流扰动;

8.对直管段要求低.

阿里巴流量计第三十二页，共64页。第四章物位测量仪表第一节：概述物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。

第三十三页，共64页。第二节差压式液位变送器差压式物位仪表是假定物料的重度为恒定值，容器中液体或固体物料堆积的高度与它在某测试点所产生的压力成正比，因而可用测压的方法来测量物位。测量压力可用压力表、压力传感器和压力变送器等。第三十四页，共64页。差压式液位变送器的选型原则对于腐蚀性液体,粘稠性液体,熔融性液体,沉淀性液体等,当采取灌隔离液,吹气或冲液等措施时,可选用差压变送器对于腐蚀性液体,粘稠性液体,易气化液体,含悬浮物液体等,宜选用平法兰式差压变送器对于易结晶液体,高粘度液体,结胶性液体,沉淀性液体等,宜选用插入式法兰差压变送器对于被测对象有大量冷凝物或沉淀物析出时,宜选用双法兰式差压液位变送器测液位的差压液位变送器宜带有正负迁移机构,其迁移量应在选择仪表量程时确定对于正常工况下液体密度发生明显变化介质,不宜选用差压式液位变送器

渣处理车间使用第三十五页，共64页。第三节：电容式物位传感器电容式物位仪表的工作原理是把物位的变化，变换成相应电容量的变化，然后测量此电容量的变化从而得到物位变化的。电容式物位仪表用于测量导电、非导电液体或固体物料的液位、料位或相界面位置，可供连续测量和定点监控之用。

渣处理车间使用第三十六页，共64页。第四节：声波式物位仪表声波式物位仪表一般分为利用声波阻断原理和利用声波反射原理两类。声波阻断式物位仪表在物位升高而阻断从发射换能器到接收换能器的声束时，接受换能器接受到的声能会产生突变，并发出突变的开关信号；声波反射物位仪表是根据声波从发射换能器到液面或料面，再从这一表面反射回到接收换能器的时间间隔，来测出物位的。第三十七页，共64页。

声波反射物位仪表：返矿仓、原煤仓等使用（雷达物位计）第三十八页，共64页。第五节：核辐射物位计核辐射物位计是通过放射源发出射线，穿过被测物料后由探测器接收。当物位改变时，由于被测物料的吸收剂量改变，而使探测器接受到的辐射强度改变，再转换为电信号的变化，经放大后送给显示仪表连续显示物位（原1#450高炉r射线料罐物位计）。放射形物位计是利用物位的高低对放射形同位素的射线吸收程度不同来测量物位高低的，它的测量范围宽，可用于低温、高温、高压容器中的高粘度、高腐蚀、易燃易爆介质物位的测量。核辐射物位仪表的特点是：射线能穿透很厚的壁以实现不接触测量，因而可用于高压、高温和有毒的密封容器的液位或料位测量，且不受周围电磁场、烟气和灰尘等影响，但使用时须注意保护。第三十九页，共64页。第五章温度检测仪表第四十页，共64页。第一节温度检测方法

接触式测量：即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度；特点：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡，因而产生了滞后。而且可能与被测介质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。非接触式测量：即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。特点：其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制；测温速度比较快，而且可以对运动体进行测量，但一般测温误差较大。第四十一页，共64页。第二节热电偶温度计热电偶的测温原理：是利用热电偶的热电效应来测量温度的。热电效应-----将任意两种不同的导体A、B组成一个闭合回路，只要其连接点l、2温度不同，在回路中就产生热电动势的现象。第四十二页，共64页。测量时传感器中有无电信号：分为非电量测量和电量测量两种。

测量时传感器与被测对象的接触方式不同：分为接触式和非接触式两种。

第四十三页，共64页。接触式温度计1、热膨胀式温度计液体膨胀式温度计:酒精→红色，测温范围：-80℃～80℃；2、热电偶温度计3、热电阻温度计

接触式温度计特点：测量精度高，测量温度上限及使用寿命受到限制（测温材料耐温高低），不易侧运动物体。第四十四页，共64页。热电偶温度计第四十五页，共64页。热电偶温度计第四十六页，共64页。热电偶温度计热电偶温度检测仪表的组成：热电偶、补偿导线、显示仪构成。与被测对象接触的一端：热端、测量端；与显示仪表连接的一端：冷端、自由端。第四十七页，共64页。热电偶温度计接线图第四十八页，共64页。热电偶的类型：（1）标准热电偶

A、T型WRC铜-康铜-200～350℃B、K型WRN镍鉻-镍硅-200～1100℃C、E型WRK镍鉻-康铜-40～800℃D、J型WRF铁-康铜-40～700℃E、N型镍鉻硅-镍硅-200～1200℃

最高1300℃

F、S型WRP铂铑10-铂0～1400℃

最高1600℃G、B型WRR铂铑30-铂铑60～1600℃

最高1800℃H、R型铂铑13-铂0～1600℃

最高1800℃第四十九页，共64页。热电偶实际外形图

热风炉测温等使用炉皮测温使用

热风炉燃烧室测温使用第五十页，共64页。（2）非标准热电偶（特殊热电偶）A、凯装热电偶第五十一页，共64页。凯装热电偶实际外形图

高炉冷却壁测温使用（K型）第五十二页，共64页。B、快速热电偶铁水测温使用（B、S型）第五十三页，共64页。镍铬-镍硅热电偶分度表（ITS-90）分度号：K第五十四页，共64页。铂铑10-铂热电偶分度表(ITS-90)分度号：S第五十五页，共64页。热电偶温度变送器

热电偶的毫伏信号及热电阻的阻值变化信号，经温度变送器被转换成统一的电流信号。此信号若输入到显示、记录仪表中，可进行温度的自动检测；若输入到调节器中，可组成自动调节系统，进行自动调节；经过转换输入到电子计算机中，可进行温度巡回检测、计算机控制等。变送器是将检测元件中输出的信号转换成标准信号的仪表。温度变送器是将测温元件（热电偶、热电阻）的输出信号（毫伏或电阻变化信号），转换成为标准的电信号（DC0~10mA或DCI0=4~20mA、U0=1~5V）的一种电动单