《化工儀表及自動(dòng)化》PPT課件.ppt

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1、化 工 儀 表 及 自 動(dòng) 化第 三 章 檢 測(cè) 儀 表 與 傳 感 器 內(nèi) 容 提 要n物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n概 述n差 壓 式 液 位 變 速 器n電 容 式 物 位 傳 感 器n核 輻 射 物 位 計(jì)n稱 重 式 液 罐 計(jì) 量 儀n溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n溫 度 檢 測(cè) 方 法n熱 電 偶 溫 度 計(jì)n熱 電 阻 溫 度 計(jì)n電 動(dòng) 溫 度 變 送 器 1 內(nèi) 容 提 要n一 體 化 溫 度 變 送 器n智 能 式 溫 度 變 送 器n測(cè) 溫 元 件 的 安 裝n現(xiàn) 代 檢 測(cè) 技 術(shù) 與 傳 感 器 的 發(fā) 展n軟 測(cè) 量 技 術(shù) 的 發(fā) 展n現(xiàn) 代 傳 感 器 技 術(shù) 的

2、 發(fā) 展 2 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n一 、 概 論 3 液 位 料 位液 位 計(jì) 界 位 計(jì)直 讀 式 物 位 儀 表 差 壓 式 物 位 儀 表浮 力 式 物 位 儀 表 電 磁 式 物 位 儀 表核 輻 射 式 物 位 儀 表 聲 波 式 物 位 儀 表光 學(xué) 式 物 位 儀 表 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n二 、 差 壓 式 液 位 變 送 器 4圖 3-39 差 壓 液 位 變 送 器原 理 圖 圖 3-40 壓 力 表 式 液 位 計(jì) 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 pp gHpp 21 將 差 壓 變 送 器 的 一 端 接 液 相 ， 另 一

3、 端 接 氣 相因 此 gHppp 21 當(dāng) 被 測(cè) 容 器 是 敞 口 的 ， 氣 相 壓 力 為 大 氣 壓 時(shí) ， 只 需將 差 壓 變 送 器 的 負(fù) 壓 室 通 大 氣 即 可 。 若 不 需 要 遠(yuǎn) 傳 信 號(hào) ，也 可 以 在 容 器 底 部 安 裝 壓 力 表 ， 如 圖 3-40所 示 。5 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 gHp 01211 pgHghp 0222 pghp 6 ghghgHpp 2221121 ghhgHp 2121 圖 3-41 負(fù) 遷 移 示 意 圖 在 使 用 差 壓 變 送 器 測(cè) 量 液 位 時(shí) ， 一 般 來 說實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ，

4、正 、 負(fù) 室 壓 力 p1、 p2分 別 為則 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 改 變 變 送 器 的 零 點(diǎn) 。 都 是 使 變 送 器 輸 出 的 起 始 值 與 被 測(cè) 量 起 始點(diǎn) 相 對(duì) 應(yīng) ， 只 不 過 零 點(diǎn) 調(diào) 整 量 通 常 較 小 ， 而 零 點(diǎn) 遷 移量 則 比 較 大 。 同 時(shí) 改 變 了 測(cè) 量 范 圍 的 上 、 下 限 ， 相 當(dāng) 于 測(cè) 量范 圍 的 平 移 ， 它 不 改 變 量 程 的 大 小 。 7 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表圖 3-42 正 負(fù) 遷 移 示 意 圖 圖 3-43 正 遷 移 示 意 圖 某 差 壓 變 送 器 的

5、 測(cè) 量 范圍 為 0 5000Pa， 當(dāng) 壓 差 由 0變 化 到 5000Pa時(shí) ， 變 送 器 的輸 出 將 由 4mA變 化 到 20mA，這 是 無 遷 移 的 情 況 ， 如 左 圖中 曲 線 a所 示 。 負(fù) 遷 移 如 曲線 b所 示 ， 正 遷 移 如 曲 線 c所示 。 8 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 圖 3-44 法 蘭 式 差 壓 變 送 器 測(cè) 量 液 位 示 意 圖1 法 蘭 式 測(cè) 量 頭 ； 2 毛 細(xì) 管 ； 3 變 送 器 單 法 蘭 式 雙 法 蘭 式 9 為 了 解 決 測(cè) 量 具 有 腐 蝕 性 或 含 有 結(jié) 晶 顆 粒 以 及 黏 度

6、大 、易 凝 固 等 液 體 液 位 時(shí) 引 壓 管 線 被 腐 蝕 、 被 堵 塞 的 問 題 ， 應(yīng) 使用 在 導(dǎo) 壓 管 入 口 處 加 隔 離 膜 盒 的 法 蘭 式 差 壓 變 送 器 ， 如 下 圖所 示 。 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n三 、 電 容 式 物 位 傳 感 器 dDLC ln2 圖 3-45 電 容 器 的 組 成1 內(nèi) 電 極 ； 2 外 電 極 10通 過 測(cè) 量 電 容 量 的 變 化 可 以 用 來 檢 測(cè) 液 位 、 料 位 和 兩 種 不 同液 體 的 分 界 面 。 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 dDLC ln2 0 0 dD H

7、LdDHC ln2ln2 0 3-46 非 導(dǎo) 電 介 質(zhì)的 液 位 測(cè) 量1 內(nèi) 電 極 ； 2 外 電 極 ；3 絕 緣 套 ； 4 流 通 小孔 當(dāng) 液 位 為 零 時(shí) ， 儀 表 調(diào) 整 零 點(diǎn) ， 其 零 點(diǎn) 的電 容 為 HKdD HCCC iX ln2 00 對(duì) 非 導(dǎo) 電 介 質(zhì) 液 位 測(cè) 量 的 電 容 式 液 位 傳 感 器 原 理 如 下 圖 所 示 。當(dāng) 液 位 上 升 為 H時(shí) ， 電 容 量 變 為電 容 量 的 變 化 為 11 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 電 容 量 的 變 化 與 液 位 高 度 H成 正 比 。 該 法 是 利 用 被測(cè) 介 質(zhì)

8、 的 介 電 系 數(shù) 與 空 氣 介 電 系 數(shù) 0不 等 的 原 理 進(jìn)行 工 作 ， （ - 0） 值 越 大 ， 儀 表 越 靈 敏 。 電 容 器 兩極 間 的 距 離 越 小 ， 儀 表 越 靈 敏 。 12 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 用 電 容 法 可 以 測(cè) 量 固 體 塊 狀 顆 粒 體 及 粉 料 的 料 位 。 由于 固 體 間 磨 損 較 大 ， 容 易 “ 滯 留 ” ， 可 用 電 極 棒 及 容 器 壁組 成 電 容 器 的 兩 極 來 測(cè) 量 非 導(dǎo) 電 固 體 料 位 。 dD HCX ln2 0 1 金 屬 電 極 棒 ； 2 容 器 壁左 圖

9、所 示 為 用 金 屬 電 極 棒 插 入 容 器 來 測(cè)量 料 位 的 示 意 圖 。 電 容 量 變 化 與 料 位 升 降 的 關(guān) 系 為13圖 3-47 料 位 檢 測(cè) 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 電 容 物 位 計(jì) 的 傳 感 部 分 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 使 用 方 便 。 需 借 助 較 復(fù) 雜 的 電 子 線 路 。 應(yīng) 注 意 介 質(zhì) 濃 度 、 溫 度 變 化 時(shí) ， 其 介 電 系 數(shù) 也 要發(fā) 生 變 化 這 種 情 況 。 14 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n四 、 核 輻 射 物 位 計(jì) HeII 0射 線 的 透 射 強(qiáng) 度 隨 著 ， 具體

10、關(guān) 系 見 式 （ 3-63） 。 （ 3-63） 圖 3-48 核 輻 射 物 位 計(jì) 示 意 圖1 輻 射 源 ； 2 接 受 器 適 用 于 高 溫 、 高 壓 容 器 、 強(qiáng) 腐 蝕 、 劇毒 、 有 爆 炸 性 、 黏 滯 性 、 易 結(jié) 晶 或 沸 騰狀 態(tài) 的 介 質(zhì) 的 物 位 測(cè) 量 ， 還 可 以 測(cè) 量 高溫 融 熔 金 屬 的 液 位 。 可 在 高 溫 、 煙 霧 等 環(huán) 境 下 工 作 。 但 由 于 放 射 線 對(duì) 人 體 有 害 ， 使 用 范圍 受 到 一 些 限 制 。 15 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表n五 、 稱 重 式 液 罐 計(jì) 量 儀該

11、計(jì) 量 儀 既 能 將 ， 又 能 反 映 出 罐 中。 21121 MgLLApp gHpp 12 HKHMLAL 112 HAM 0AMH 0 杠 桿 平 衡 時(shí)由 于 （ 3-64）代 入 （ 3-64） （ 3-65）如 果 液 罐 是 均 勻 截 面 （ 3-66）（ 3-67）16 第 四 節(jié) 物 位 檢 測(cè) 及 儀 表 02 MKL i AMLAAKKi 11圖 3-49 稱 重 式 液 罐 計(jì) 量 儀1 下 波 紋 管 ； 2 上 波 紋 管 ； 3液 相 引 壓 管 ； 4 氣 相 引 壓 管 ；5 砝 碼 ； 6 絲 杠 ； 7 可 逆 電機(jī) ； 8 編 碼 盤 ； 9 發(fā)

12、 訊 器 式 中如 果 液 罐 的 橫 截 面 積 A為 常 數(shù) ， 得 將 式 （ 3-67） 代 入 式 （ 3-65） ， 得02 MAKL （ 3-68） 17 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n一 、 溫 度 檢 測(cè) 方 法 溫 度 不 能 直 接 測(cè) 量 ， 只 能 借 助 于 冷 熱 不 同 物 體 之間 的 熱 交 換 ， 以 及 物 體 的 某 些 物 理 性 質(zhì) 隨 冷 熱 程 度 不同 而 變 化 的 特 性 來 加 以 間 接 測(cè) 量 。 高 溫 計(jì) 、 溫 度 計(jì)標(biāo) 準(zhǔn) 儀 表 、 實(shí) 用 儀 表 膨 脹 式 溫 度 計(jì) 、 壓 力 式 溫 度 計(jì) 、 熱 電

13、偶溫 度 計(jì) 、 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 和 輻 射 高 溫 計(jì) 接 觸 式 與 非 接 觸 式 18 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表接觸式測(cè)溫儀表 膨脹式 玻 璃 液 體 -50 600 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 使 用 方 便 ， 測(cè) 量 準(zhǔn) 確 ，價(jià) 格 低 廉 測(cè) 量 上 限 和 精 度 受 玻 璃 質(zhì) 量的 限 制 ， 易 碎 ， 不 能 記 錄 遠(yuǎn)傳 雙 金 屬 -80 600 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 牢 固 可 靠 精 度 低 ， 量 程 和 使 用 范 圍 有限 壓力 式 液 體氣 體蒸 汽 -30 600-20 350 0 250 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 耐 震 ， 防 爆 能 記

14、 錄 、 報(bào)警 ， 價(jià) 格 低 廉 精 度 低 ， 測(cè) 溫 距 離 短 ， 滯 后大 熱電偶 鉑 銠 -鉑鎳 鉻 -鎳硅鎳 鉻 -考銅 0 1600-50 1000-50 600 測(cè) 溫 范 圍 廣 ， 精 度 高 ， 便 于 遠(yuǎn) 距 離 、多 點(diǎn) 、 集 中 測(cè) 量 和 自 動(dòng) 控 制 需 冷 端 溫 度 補(bǔ) 償 ， 在 低 溫 段測(cè) 量 精 度 較 低 熱電阻 鉑銅 -200 600 -50 150 測(cè) 量 精 度 高 ， 便 于 遠(yuǎn) 距 離 、 多 點(diǎn) 、集 中 測(cè) 量 和 自 動(dòng) 控 制 不 能 測(cè) 高 溫 ， 需 注 意 環(huán) 境 溫度 的 影 響 非 接觸 式測(cè) 溫儀 表 輻射式 輻

15、 射 式光 學(xué) 式比 色 式 400 2000700 3200900 1700 測(cè) 溫 時(shí) ， 不 破 壞 被 測(cè) 溫 度 場(chǎng) 低 溫 段 測(cè) 量 不 準(zhǔn) ， 環(huán) 境 條 件會(huì) 影 響 測(cè) 溫 準(zhǔn) 確 度 紅外線 光 電 探 測(cè)熱 電 探 測(cè) 0 3500200 2000 測(cè) 溫 范 圍 大 ， 適 于 測(cè) 溫 度 分 布 ， 不破 壞 被 測(cè) 溫 度 場(chǎng) ， 響 應(yīng) 快 易 受 外 界 干 擾 ， 標(biāo) 定 困 難 19 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 圖 3-50 雙 金 屬 片 圖 3-51 雙 金 屬 溫 度 信 號(hào) 器20 1 雙 金 屬 片 ； 2 調(diào) 節(jié) 螺 釘 ；3 絕

16、緣 子 ； 4 信 號(hào) 燈膨 脹 式 溫 度 計(jì) 是 基 于 物 體 受 熱 時(shí) 體 積 膨 脹 的 性 質(zhì) 而 制 成 的 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 21 它 是 根 據(jù) 在 封 閉 系 統(tǒng)中 的 液 體 、 氣 體 或 低 沸 點(diǎn)液 體 的 飽 和 蒸 汽 受 熱 后 體積 膨 脹 或 壓 力 變 化 這 一 原理 而 制 成 的 ， 并 用 壓 力 表來 測(cè) 量 這 種 變 化 ， 從 而 測(cè)得 溫 度 。圖 3-52 壓 力 式 溫 度 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 1 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ； 2 刻 度 盤 ； 3 指 針 ；4 彈 簧 管 ； 5 連 桿 ； 6 接 頭 ；

17、 7毛 細(xì) 管 ； 8 溫 包 ； 9 工 作 物 質(zhì) 應(yīng) 用 壓 力 隨 溫 度 的 變 化 來 測(cè) 溫 的 儀 表 叫 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表是 基 于 物 體 熱 輻 射 作 用 來 測(cè) 量 溫 度 的 儀 表 。 溫 包 毛 細(xì) 管 彈 簧 管 （ 或 盤 簧 管 ） 22 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n二 、 熱 電 偶 溫 度 計(jì) 23 是 以 熱 電 效 應(yīng) 為 基 礎(chǔ) 的 測(cè) 溫 儀 表 。圖 3-53 熱 電 偶 溫 度 計(jì) 測(cè) 溫 系 統(tǒng) 示 意 圖 1 熱 電 偶 ； 2 導(dǎo) 線 ； 3 測(cè) 量 儀 表由 三 部 分 組 成 ： 熱 電 偶

18、； 測(cè) 量 儀 表 ； 連 接 熱電 偶 和 測(cè) 量 儀 表 的 導(dǎo) 線 。 圖 3-54 熱 電 偶 示 意 圖 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 24 圖 3-55 熱 電 現(xiàn) 象 圖 3-56 接 觸 電 勢(shì) 形 成 的 過 程 圖 3-57 熱 電 偶 原 理 及 電 路 圖 00 00, tetettE tetettE BAAB ABAB 左 圖 閉 合 回 路 中 總 的 熱 電 勢(shì)或 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 如 果 組 成 熱 電 偶 回 路 的 兩 種 導(dǎo) 體 材 料 相 同 ， 則 無論 兩 接 點(diǎn) 溫 度 如 何 ， 閉 合 回 路 的 總 熱 電 勢(shì)

19、 為 零 ； 如 果熱 電 偶 兩 接 點(diǎn) 溫 度 相 同 ， 盡 管 兩 導(dǎo) 體 材 料 不 同 ， 閉 合回 路 的 總 熱 電 勢(shì) 也 為 零 ； 熱 電 偶 產(chǎn) 生 的 熱 電 勢(shì) 除 了 與兩 接 點(diǎn) 處 的 溫 度 有 關(guān) 外 ， 還 與 熱 電 極 的 材 料 有 關(guān) 。 也就 是 說 不 同 熱 電 極 材 料 制 成 的 熱 電 偶 在 相 同 溫 度 下 產(chǎn)生 的 熱 電 勢(shì) 是 不 同 的 。 25 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 011 teteteteE BACBBCABt 00 11 tete tete ABBA CBBC 26利 用 熱 電 偶 測(cè) 量 溫

20、 度 時(shí) ， 必 須 要 用 某 些 儀 表 來 測(cè) 量 熱 電 勢(shì)的 數(shù) 值 ， 見 下 圖 。 圖 3-58 熱 電 偶 測(cè) 溫 系 統(tǒng) 連 接 圖 0teteE ABABt 圖 （ a） 總 的 熱 電 勢(shì) （ 3-72）由 于 （ 3-75）（ 3-74）將 式 （ 3-73） 、 式 （ 3-74） 代 入 式 （ 3-72） （ 3-73） 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 0teteE ABABt 000000 0 tetetetetete CABCABCABCAB 說 明 ： 在 熱 電 偶 回 路 中 接 入 第 三 種 金 屬 導(dǎo) 線 對(duì) 原 熱 電 偶所 產(chǎn) 生 的

21、 熱 電 勢(shì) 數(shù) 值 并 無 影 響 。 不 過 必 須 保 證 引 入 線 兩端 的 溫 度 相 同 。 故 得 00 teteteE CABCABt （ 3-76）圖 （ b） 總 的 熱 電 勢(shì) 27 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 28 （ 3） 常 用 熱 電 偶 的 種 類溫 度 每 增 加 時(shí) 所 能 產(chǎn) 生 的 熱 電 勢(shì) 要 大 ， 而且 熱 電 勢(shì) 與 溫 度 應(yīng) 盡 可 能 成 線 性 關(guān) 系 ；物 理 穩(wěn) 定 性 要 高 ；化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 要 高 ；材 料 組 織 要 均 勻 ， 要 有 韌 性 ， 便 于 加 工 成 絲 ；復(fù) 現(xiàn) 性 好 ， 便 于 成

22、批 生 產(chǎn) ， 而 且 在 應(yīng) 用 上 也 可 保證 良 好 的 互 換 性 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 29 熱 電 偶 名 稱 代 號(hào) 分 度 號(hào) 熱 電 極 材 料 測(cè) 溫 范 圍 /新 舊 正 熱 電 極 負(fù) 熱 電 極 長(zhǎng) 期 使 用 短 期 使 用鉑 銠 30-鉑 銠 6鉑 銠 10-鉑鎳 鉻 -鎳 硅鎳 鉻 -銅 鎳鐵 -銅 鎳銅 -銅 鎳 WRRWRPWRNWREWRFWRC BSKEJT LL-2LB-3EU-2-CK 鉑 銠 30合 金鉑 銠 10合 金鎳 鉻 合 金鎳 鉻 合 金鐵銅 鉑 銠 6合 金純 鉑鎳 硅 合 金銅 鎳 合 金銅 鎳 合 金銅 鎳

23、合 金 300 1600-20 1300-50 1000-40 800-40 700-400 300 180016001200900750350 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 30 （ 4） 熱 電 偶 的 結(jié) 構(gòu) 普 通 型 熱 電 偶 圖 3-59 熱 電 偶 的 結(jié) 構(gòu)熱 電 極絕 緣 管保 護(hù) 套 管接 線 盒 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表材 料 工 作 溫 度 /橡 皮 、 絕 緣 漆琺 瑯 玻 璃 管石 英 管瓷 管純 氧 化 鋁 管 80 150 500120014001700 表 3-5 常 用 絕 緣 子 材 料 表 3-6 常 用 保 護(hù) 套 管材 料

24、工 作 溫 度 /無 縫 鋼 管不 銹 鋼 管石 英 管瓷 管Al 2O3陶 瓷 管 600100012001400 1900以 上31 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 32 鎧 裝 熱 電 偶 由 金 屬 套 管 、 絕 緣 材 料 （ 氧 化 鎂 粉 ） 、 熱 電 偶 絲 一 起經(jīng) 過 復(fù) 合 拉 伸 成 型 ， 然 后 將 端 部 偶 絲 焊 接 成 光 滑 球 狀 結(jié) 構(gòu) 。 優(yōu) 點(diǎn) 反 應(yīng) 速 度 快 、 使 用 方 便 、 可 彎 曲 、 氣 密 性 好 、 不 怕振 、 耐 高 壓 等 。 表 面 型 熱 電 偶 專 門 用 來 測(cè) 量 物 體 表 面 溫 度 的 一

25、種 特 殊 熱 電 偶 。 優(yōu) 點(diǎn) 反 應(yīng) 速 度 極 快 、 熱 慣 性 極 小 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 快 速 熱 電 偶 測(cè) 量 高 溫 熔 融 物 體 一 種 專 用 熱 電 偶 。 熱 電 偶 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 可 根 據(jù) 它 的 用 途 和 安 裝 位 置 來確 定 。 在 熱 電 偶 選 型 時(shí) ， 要 注 意 三 個(gè) 方 面 ： 熱 電 極 的材 料 ； 保 護(hù) 套 管 的 結(jié) 構(gòu) ， 材 料 及 耐 壓 強(qiáng) 度 ； 保 護(hù) 套 管的 插 入 深 度 。 33 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 34 圖 3-61 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 接 線 圖 采 用

26、一 種 專 用 導(dǎo) 線 ， 將 熱 電 偶 的 冷 端 延 伸 出 來 ， 這 既能 保 證 熱 電 偶 冷 端 溫 度 保 持 不 變 ， 又 經(jīng) 濟(jì) 。 它 也 是 由 兩 種 不 同 性 質(zhì)的 金 屬 材 料 制 成 ， 在 一 定 溫度 范 圍 內(nèi) （ 0 100 ） 與 所連 接 的 熱 電 偶 具 有 相 同 的 熱電 特 性 ， 其 材 料 又 是 廉 價(jià) 金屬 。 見 左 圖 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表熱 電 偶 名 稱 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 工 作 端 為 100 ， 冷 端 為0 時(shí) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 熱 電 勢(shì) /mV正 極 負(fù) 極材 料 顏 色 材 料 顏 色鉑 銠

27、 10-鉑鎳 鉻 -鎳 硅 （ 鎳 鋁 ）鎳 鉻 -銅 鎳銅 -銅 鎳 銅銅鎳 鉻銅 紅紅紅紅 銅 鎳銅 鎳銅 鎳銅 鎳 綠藍(lán)棕白 0.645 0.0374.095 0.1056.317 0.1704.277 0.047表 3-7 常 用 熱 電 偶 的 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線35 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 在 應(yīng) 用 熱 電 偶 測(cè) 溫 時(shí) ， 只 有 將 冷 端 溫 度 保 持 為 ， 或者 是 進(jìn) 行 一 定 的 修 正 才 能 得 出 準(zhǔn) 確 的 測(cè) 量 結(jié) 果 。 這 樣 做 ， 就稱 為 。 一 般 采 用 下 述 幾 種 方 法 。（ 1） 冷 端 溫 度 保 持 為 的

28、方 法 圖 3-61 熱 電 偶 冷 端 溫 度 保 持 的 方 法 （ 2） 冷 端 溫 度 修 正 方 法 在 實(shí) 際 生 產(chǎn) 中 ， 冷 端溫 度 往 往 不 是 0 ， 而 是 某一 溫 度 t1， 這 就 引 起 測(cè) 量 誤差 。 因 此 ， 必 須 對(duì) 冷 端 溫度 進(jìn) 行 修 正 。 36 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 0,0, 11 tEttEtE 某 一 設(shè) 備 的 實(shí) 際 溫 度 為 t， 其 冷 端 溫 度 為 t1， 這 時(shí) 測(cè) 得 的熱 電 勢(shì) 為 E（ t， t1） 。 為 求 得 實(shí) 際 t 的 溫 度 ， 可 利 用 下式 進(jìn) 行 修 正 ， 即 0,

29、0, 11 tEtEttE 因 為由 此 可 知 ， 冷 端 溫 度 的 修 正 方 法 是 把 測(cè) 得 的 熱 電 勢(shì) E（ t， t1） ， 加 上 熱 端 為 室 溫 t ， 冷 端 為 0 時(shí) 的 熱 電偶 的 熱 電 勢(shì) E（ t1， 0） ， 才 能 得 到 實(shí) 際 溫 度 下 的 熱 電勢(shì) E（ t， 0） 。 37 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 用 計(jì) 算 的 方 法 來 修 正 冷 端 溫 度 ， 是 指 冷 端 溫 度 內(nèi)恒 定 值 時(shí) 對(duì) 測(cè) 溫 的 影 響 。 該 方 法 只 適 用 于 實(shí) 驗(yàn) 室 或 臨時(shí) 測(cè) 溫 ， 在 連 續(xù) 測(cè) 量 中 顯 然 是 不

30、 實(shí) 用 的 。 38 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 VE 18010,30 例 6 用 鎳 鉻 -銅 鎳 熱 電 偶 測(cè) 量 某 加 熱 爐 的 溫 度 。測(cè) 得 的 熱 電 勢(shì) E（ t， t1） 66982V， 而 自 由 端的 溫 度 t1 30 ， 求 被 測(cè) 的 實(shí) 際 溫 度 。 解 由 附 錄 三 可 以 查 得 VEtEtE 687831801669820,3030,0, 則再 查 附 錄 三 可 以 查 得 68783 V對(duì) 應(yīng) 的 溫 度 為 900 。 39 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 由 于 熱 電 偶 所 產(chǎn) 生 的 熱 電 勢(shì) 與 溫 度 之

31、 間 的 關(guān)系 都 是 非 線 性 的 （ 當(dāng) 然 各 種 熱 電 偶 的 非 線 性 程 度不 同 ） ， 因 此 在 自 由 端 的 溫 度 不 為 零 時(shí) ， 將 所 測(cè)得 熱 電 勢(shì) 對(duì) 應(yīng) 的 溫 度 值 加 上 自 由 端 的 溫 度 ， 并 不等 于 實(shí) 際 的 被 測(cè) 溫 度 。 譬 如 在 上 例 中 ， 測(cè) 得 的 熱 電 勢(shì) 為 66982V，由 附 錄 三 可 查 得 對(duì) 應(yīng) 溫 度 為 876.6 ， 如 果 再 加 上自 由 端 溫 度 30 ， 則 為 906.6 ， 這 與 實(shí) 際 被 測(cè) 溫度 有 一 定 誤 差 。 其 實(shí) 際 熱 電 勢(shì) 與 溫 度 之 間

32、 的 非 線性 程 度 越 嚴(yán) 重 ， 則 誤 差 就 越 大 。 40 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表（ 3） 校 正 儀 表 零 點(diǎn) 法 若 采 用 測(cè) 溫 元 件 為 熱 電 偶 時(shí) ， 要 使 測(cè) 溫 時(shí) 指 示 值 不偏 低 ， 可 預(yù) 先 將 儀 表 指 針 調(diào) 整 到 相 當(dāng) 于 室 溫 的 數(shù) 值 上 。 注 意 ： 只 能 在 測(cè) 溫 要 求 不 太 高 的 場(chǎng) 合 下 應(yīng) 用 。（ 4） 補(bǔ) 償 電 橋 法 利 用 不 平 衡 電 橋 產(chǎn) 生 的 電 勢(shì) ， 來 補(bǔ) 償 熱 電 偶 因 冷 端溫 度 變 化 而 引 起 的 熱 電 勢(shì) 變 化 值 。 41 第 五

33、節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 由 于 電 橋 是 在 20 時(shí) 平 衡的 ， 所 以 采 用 這 種 補(bǔ) 償 電 橋 時(shí)須 把 儀 表 的 機(jī) 械 零 位 預(yù) 先 調(diào) 到20 處 。 如 果 補(bǔ) 償 電 橋 是 在0 時(shí) 平 衡 設(shè) 計(jì) 的 （ DDZ- 型溫 度 變 送 器 中 的 補(bǔ) 償 電 橋 ） ，則 儀 表 零 位 應(yīng) 調(diào) 在 0 處 。 圖 3-62 具 有 補(bǔ) 償 電 橋 的 熱 電 偶測(cè) 溫 線 路 42 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 43 （ 5） 補(bǔ) 償 熱 電 偶 法 圖 3-63 補(bǔ) 償 熱 電 偶 連 接 線 路 在 實(shí) 際 生 產(chǎn) 中 ， 為 了 節(jié) 省

34、 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 和 投 資 費(fèi) 用 ，常 用 多 支 熱 電 偶 而 配 用 一 臺(tái) 測(cè) 溫 儀 表 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n三 、 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 44 在 中 、 低 溫 區(qū) ， 一 般 是 使 用 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 來 進(jìn) 行 溫 度 的測(cè) 量 較 為 適 宜 。 是 由 熱 電 阻 （ 感 溫 元 件 ） ， 顯 示 儀 表（ 不 平 衡 電 橋 或 平 衡 電 橋 ） 以 及 連 接 導(dǎo) 線 所 組 成 。 圖 3-64 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 010 ttRR tt 對(duì) 于 呈 線 性 特 性 的 電 阻

35、來 說 ， 其 電 阻 值 與 溫 度 關(guān)系 如 下 式 tRRRR tttt 00 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 適 用 于 測(cè) 量 -200 +500 范 圍 內(nèi) 液 體 、氣 體 、 蒸 汽 及 固 體 表 面 的 溫 度 。 利 用 金 屬 導(dǎo) 體 的 電 阻 值 隨 溫 度 變 化 而 變 化 的 特 性（ 電 阻 溫 度 效 應(yīng) ） 來 進(jìn) 行 溫 度 測(cè) 量 的 。 45 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 電 阻 溫 度 系 數(shù) 、 電 阻 率 要 大 ； 熱 容 量 要 小 ； 在 整 個(gè) 測(cè) 溫 范 圍 內(nèi) ， 應(yīng) 具 有 穩(wěn) 定 的 物 理 、 化 學(xué) 性 質(zhì)和 良 好 的

36、 復(fù) 制 性 ； 電 阻 值 隨 溫 度 的 變 化 關(guān) 系 ， 最 好 呈 線 性 。 46 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 320 1 CtBtAtRRt 47 （ 1） 鉑 電 阻 CCCBCA /1022.4,/10850.5,/10950.3 2273 在 0 650 的 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 鉑 電 阻 與 溫 度 的 關(guān) 系 為由 實(shí) 驗(yàn) 求 得 工 業(yè) 上 常 用 的 鉑 電 阻 有 兩 種 ， 一 種 是 R0 10， 對(duì) 應(yīng) 分度 號(hào) 為 Pt10。 另 一 種 是 R0 100， 對(duì) 應(yīng) 分 度 號(hào) 為 Pt100。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 48

37、 （ 2） 銅 電 阻 金 屬 銅 易 加 工 提 純 ， 價(jià) 格 便 宜 ； 它 的 電 阻 溫 度 系 數(shù)很 大 ， 且 電 阻 與 溫 度 呈 線 性 關(guān) 系 ； 在 測(cè) 溫 范 圍 為 -50+150 內(nèi) ， 具 有 很 好 的 穩(wěn) 定 性 。 CttRR t /1025.41 300 在 -50 +150 的 范 圍 內(nèi) ， 銅 電 阻 與 溫 度 的 關(guān) 系 是線 性 的 。 即 工 業(yè) 上 常 用 的 鉑 電 阻 有 兩 種 ， 一 種 是 R0 50， 對(duì)應(yīng) 的 分 度 號(hào) 為 Cu10。 另 一 種 是 R0 100， 對(duì) 應(yīng) 的 分 度 號(hào)為 Cu100。 第 五 節(jié) 溫

38、度 檢 測(cè) 及 儀 表 49 主 要 由 電 阻 體 、 保 護(hù) 套 管 和接 線 盒 等 主 要 部 件 所 組 成 。 圖 3-65 熱 電 阻 的 支 架 形 狀(已 繞 電 阻 絲 ) 將 電 阻 體 預(yù) 先 拉 制 成 型 并 與絕 緣 材 料 和 保 護(hù) 套 管 連 成 一 體 。 將 熱 電 阻 材 料 通 過 真 空 鍍 膜法 ， 直 接 蒸 鍍 到 絕 緣 基 底 上 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n四 、 電 動(dòng) 溫 度 變 送 器 是 DDZ- 系 列 電 動(dòng) 單 元組 合 式 檢 測(cè) 調(diào) 節(jié) 儀 表 中 的 一 個(gè) 主 要 單 元 。 它 既 可 與 各 種

39、 類型 的 熱 電 偶 、 熱 電 阻 配 套 使 用 ， 又 可 與 具 有 毫 伏 輸 出 的 各種 變 送 器 配 合 ， 然 后 ， 它 和 顯 示 單 元 、 控 制 單 元 配 合 ， 實(shí)現(xiàn) 對(duì) 溫 度 或 溫 差 及 其 他 各 種 參 數(shù) 進(jìn) 行 顯 示 、 控 制 。 50 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 線 路 上 采 用 了 安 全 火 花 型 防 爆 措 施 。 在 熱 電 偶 和 熱 電 阻 的 溫 度 變 送 器 中 采 用 了 線 性 化 機(jī) 構(gòu) 。 在 線 路 中 ， 由 于 使 用 了 集 成 電 路 ， 這 樣 使 該 變 送 器 具 有良 好 的

40、可 靠 性 、 穩(wěn) 定 性 等 各 種 技 術(shù) 性 能 。 51 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 52 熱 電 偶 溫 度 變 送 器 ； 熱 電 阻 溫 度 變 送 器 ； 直 流 毫 伏 變 送 器 。結(jié) 構(gòu) 分 為 輸 入 橋 路 、 放 大 電 路 及 反 饋 電 路 。 圖 3-66 熱 電 偶 溫 度 變 送 器 的 結(jié) 構(gòu) 方 框 圖 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 53 冷 端 溫 度 補(bǔ) 償 、 調(diào) 整 零 點(diǎn) 。 圖 3-67 輸 入 電 橋 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 在 DDZ- 型 的 溫 度 變 送 器 中 ， 在 溫 度 變 送 器 中

41、的 反 饋 回 路 加 入 線 性 化 電 路 。 圖 3-68 熱 電 偶 溫 度 變 送 器 的 線 性 化 方 法 方 框 圖 54 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 55 結(jié) 構(gòu) 分 為 輸 入 電 橋 、 放 大 電 路 及 反 饋 電 路 。 圖 3-69 熱 電 阻 溫 度 變 送 器 的 結(jié) 構(gòu) 方 框 圖 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n五 、 一 體 化 溫 度 變 送 器 56 它 是 指 將 變 送 器 模 塊 安 裝 在 測(cè) 溫 元 件 接 線 盒 或 專用 接 線 盒 內(nèi) 的 一 種 溫 度 變 送 器 。 圖 3-70 一 體 化 溫 度 變 送 器

42、結(jié) 構(gòu) 框 圖測(cè) 溫 元 件 和 變 送 器 模 塊AD693、 XTR101、 XTR103、 IXR100等-20 +80 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表圖 3-71 一 體 化 熱 電 偶 溫 度 變 送 器電 路 原 理 可 得 變 送 器 輸 出 與 輸 入之 間 的 關(guān) 系 為 110 WCuti RRKIKEKUI 57 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 變 送 器 的 輸 出 電 流 I0與 熱 電 偶 的 熱 電 勢(shì)Et成 正 比 關(guān) 系 ； RCu阻 值 隨 溫 度 而 變 ， 合 理 選 擇 RCu的 數(shù) 值可 使 RCu隨 溫 度 變 化 而 引 起 的

43、I1RCu變 化 量 近似 等 于 熱 電 偶 因 冷 端 溫 度 變 化 所 引 起 的 熱 電勢(shì) E t的 變 化 值 ， 兩 者 互 相 抵 消 。 58 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n六 、 智 能 式 溫 度 變 送 器 59 可 以 與 各 種 熱 電 偶 或 熱 電 阻 配 合 使 用 測(cè) 量 溫 度 ； 具 有 量 程 范 圍 寬 、 精 度 高 ； 環(huán) 境 溫 度 和 振 動(dòng) 影 響 小 、 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) ； 質(zhì) 量 輕 ； 安 裝 維 護(hù) 方 便 。 由 硬 件 部 分 和 軟 件 部 分 兩 部 分 構(gòu) 成 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表

44、60圖 3-72 TT302溫 度 變 送 器 硬 件 構(gòu) 成 原 理 框 圖 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表n七 、 測(cè) 溫 元 件 的 安 裝 61（ 1） 在 測(cè) 量 管 道 溫 度 時(shí) ， 應(yīng) 保 證 測(cè) 溫 元 件 與 流 體 充 分接 觸 ， 以 減 少 測(cè) 量 誤 差 。 見 圖 3-73。 （ 2） 測(cè) 溫 元 件 的 感 溫 點(diǎn) 應(yīng) 處 于 管 道 中 流 速 最 大 處 。 （ 3） 測(cè) 溫 元 件 應(yīng) 有 足 夠 的 插 入 深 度 ， 以 減 小 測(cè) 量 誤 差 。見 圖 3-74。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表圖 3-73 測(cè) 溫 元 件 安 裝 示

45、 意 圖 之 一 圖 3-74 測(cè) 溫 元 件 安 裝 示 意 圖 之 二62 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 63 （ 4） 若 工 藝 管 道 過 小 （ 直 徑 小 于 80mm） ， 安 裝 測(cè) 溫 元 件 處應(yīng) 接 裝 擴(kuò) 大 管 ， 如 圖 3-75所 示 。 （ 5） 熱 電 偶 、 熱 電 阻 的 接 線 盒 面 蓋 應(yīng) 向 上 ， 以 避 免 雨 水 或 其他 液 體 、 臟 物 進(jìn) 入 接 線 盒 中 影 響 測(cè) 量 ， 如 圖 3-76所 示 。 （ 6） 為 了 防 止 熱 量 散 失 ， 測(cè) 溫 元 件 應(yīng) 插 在 有 保 溫 層 的 管 道或 設(shè) 備 處 。

46、 （ 7） 測(cè) 溫 元 件 安 裝 在 負(fù) 壓 管 道 中 時(shí) ， 必 須 保 證 其 密 封 性 ， 以防 外 界 冷 空 氣 進(jìn) 入 ， 使 讀 數(shù) 降 低 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表圖 3-75 小 工 藝 管 道 上 測(cè) 溫 元 件安 裝 示 意 圖 圖 3-76 熱 電 偶 或 熱 電 阻安 裝 示 意 圖 64 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表 65 （ 1） 按 照 規(guī) 定 的 型 號(hào) 配 用 熱 電 偶 的 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 ， 注 意 熱電 偶 的 正 、 負(fù) 極 與 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 的 正 、 負(fù) 極 相 連 接 ， 不 要接 錯(cuò) 。 （ 2） 熱 電

47、阻 的 線 路 電 阻 一 定 要 符 合 所 配 二 次 儀 表 的 要 求 。 （ 3） 為 了 保 護(hù) 連 接 導(dǎo) 線 與 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 不 受 外 來 的 機(jī) 械 損傷 ， 應(yīng) 把 連 接 導(dǎo) 線 或 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 穿 入 鋼 管 內(nèi) 或 走 槽 板 。 第 五 節(jié) 溫 度 檢 測(cè) 及 儀 表（ 6） 補(bǔ) 償 導(dǎo) 線 不 應(yīng) 有 中 間 接 頭 ， 否 則 應(yīng) 加 裝 接 線 盒 。另 外 ， 最 好 與 其 他 導(dǎo) 線 分 開 敷 設(shè) 。 （ 5） 導(dǎo) 線 應(yīng) 盡 量 避 開 交 流 動(dòng) 力 電 線 。 （ 4） 導(dǎo) 線 應(yīng) 盡 量 避 免 有 接 頭 。 應(yīng) 有 良 好 的 絕

48、 緣 。 禁止 與 交 流 輸 電 線 合 用 一 根 穿 線 管 ， 以 免 引 起 感 應(yīng) 。 66 第 六 節(jié) 現(xiàn) 代 檢 測(cè) 技 術(shù) 與 傳 感 器 的 發(fā) 展n一 、 軟 測(cè) 量 技 術(shù) 的 發(fā) 展 67 沿 襲 傳 統(tǒng) 的 檢 測(cè) 技 術(shù) 發(fā) 展 思 路 ， 通 過 研 制 新 型 的過 程 測(cè) 量 儀 表 ， 以 硬 件 形 式 實(shí) 現(xiàn) 過 程 參 數(shù) 的 直 接 在線 測(cè) 量 ； 采 用 間 接 測(cè) 量 的 思 路 ， 利 用 易 于 獲 取 的 其 他 測(cè) 量信 息 ， 通 過 計(jì) 算 來 實(shí) 現(xiàn) 被 檢 測(cè) 量 的 估 計(jì) 。 （ *） 第 六 節(jié) 現(xiàn) 代 檢 測(cè) 技 術(shù)

49、與 傳 感 器 的 發(fā) 展 依 據(jù) 易 測(cè) 過 程 變 量 與 難 以 直 接 測(cè) 量 的 待 測(cè) 過程 變 量 之 間 的 數(shù) 學(xué) 關(guān) 系 ， 通 過 各 種 數(shù) 學(xué) 計(jì) 算 和 估計(jì) 方 法 ， 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 待 測(cè) 過 程 變 量 的 測(cè) 量 。 68 第 六 節(jié) 現(xiàn) 代 檢 測(cè) 技 術(shù) 與 傳 感 器 的 發(fā) 展n二 、 現(xiàn) 代 傳 感 器 技 術(shù) 的 發(fā) 展 69 1.新 材 料 、 新 功 能 的 開 發(fā) ，新 加 工 技 術(shù) 的 使 用 ；2.多 維 、 多 功 能 化 的 傳 感器 ;3.微 型 化 、 集 成 化 、 數(shù) 值化 和 智 能 化 ;4.新 型 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 的 發(fā) 展 。 圖 3-77 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 連 接 圖