油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì) 熱電偶溫度傳感器設(shè)計(jì)教材

1、西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)安全檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)二（熱電偶溫度傳感器設(shè)計(jì)）學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課程設(shè)計(jì)主要完成某油庫安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中熱電偶溫度傳感器的選型、應(yīng)用及接線等。要求運(yùn)用已學(xué)過各類傳感器的知識，完成安全監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器的原理、選型、廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線等內(nèi)容，將書本傳感器的理論知識與廠家具體產(chǎn)品對應(yīng)起來，使得可以真正理論聯(lián)系實(shí)際。要求熟悉相關(guān)傳感器的原理與硬件結(jié)構(gòu)，學(xué)會計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，具有初步設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件方案中傳感器部分的能力。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本要求如下：1.熟悉油庫工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及監(jiān)控要求。

2、2.學(xué)會常用的各種傳感器（溫度、流量、壓力、液位等）參數(shù)及使用，了解其工作原理。3.課程設(shè)計(jì)中以熱電偶溫度傳感器為主，詳細(xì)介紹所選溫度傳感器的工作原理、硬件組成、測量電路、使用時(shí)的注意事項(xiàng)。詳細(xì)介紹所選溫度傳感器的廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線、特點(diǎn)等參數(shù)。4.完成監(jiān)測系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，畫出原理圖。 5.課程設(shè)計(jì)時(shí)間一周，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。起止時(shí)間2013年6月17日 至 2013年6月23日指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日目錄1 緒論11.1 油庫11.1.1 油庫的分類11.1.2 國內(nèi)外油庫的現(xiàn)狀11.2 油庫的總體布局21.3 油庫的工藝流程31.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)

3、控及要求41.5 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)52 溫度傳感器的選型62.1 熱電偶溫度傳感器62.1.1 熱電偶的工作原理62.1.2 溫度傳感器的分類82.1.3 熱電偶的技術(shù)特點(diǎn)92.1.4 熱電偶的結(jié)構(gòu)形成92.2 溫度傳感器的選型102.2.1 技術(shù)指標(biāo)102.2.2 儀表主要特點(diǎn)112.2.3 測溫范圍112.2.4 結(jié)構(gòu)形式112.2.5 接線盒形式123 其他傳感器選型143.1 壓力變送器143.2 物位計(jì)153.3 流量計(jì)163.4 加速度傳感器184 結(jié)論19參考文獻(xiàn)2011 緒論1.1 油庫油庫指用以貯存油料的專用設(shè)備，因油料具有的特異性用以相對應(yīng)的油庫進(jìn)行貯藏。油庫是協(xié)調(diào)原油生

4、產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地，它對于保障國防和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。油庫是油氣運(yùn)輸過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量，其工藝特點(diǎn)是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴(yán)格、系統(tǒng)運(yùn)行狀況復(fù)雜多變且系統(tǒng)過程中流程多變。所以采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對其工藝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、減少事故發(fā)生率、降低工人的勞動強(qiáng)度。隨著石油工業(yè)的進(jìn)步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高，油庫的安全也越來越重要。本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書以及相關(guān)資料，運(yùn)用溫度傳感器設(shè)計(jì)油庫的日常生產(chǎn)和運(yùn)行的檢測系統(tǒng)。1.1.1 油庫的分類1)按油庫的管理體制和經(jīng)營性質(zhì)可分為獨(dú)立油庫和

5、企業(yè)附屬油庫兩大類。獨(dú)立油庫是指專門從事接收、儲存和發(fā)放油料的獨(dú)立經(jīng)營的企業(yè)和單位。企業(yè)附屬油庫是工業(yè)、交通或其它企業(yè)為滿足本部門的需要而設(shè)置的油庫。2)按主要儲油方式可分為地面（或稱地上）油庫、隱蔽油庫、山洞油庫、水封石洞庫和海上油庫等。地面油庫與其他類型油庫相比，建設(shè)投資省、周期短，是中轉(zhuǎn)、分配、企業(yè)附屬油庫的主要建庫形式，也是目前數(shù)量最多的油庫。3)油庫還可按照其運(yùn)輸方式分為水運(yùn)油庫、陸運(yùn)油庫和水陸聯(lián)運(yùn)油庫；按照經(jīng)營油品分為原油庫、潤滑油庫、成品油庫等。4)油庫按照油罐的總?cè)莘e劃分為小型油庫，其容積為一萬立方米以下，中型油庫其容積為一萬至五萬立方米，大型油庫其容積為五萬立方米以上。1.1

6、.2 國內(nèi)外油庫的現(xiàn)狀我國非常豐富的石油資源，是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，無論是開發(fā)利用國內(nèi)石油資源，還是利用國外石油資源，它們都離不開儲備油庫。在石油價(jià)格飆升的帶動下，目前全國范圍內(nèi)壓縮石油的需求也在急劇上升。石油在城市中的應(yīng)用越來越廣泛，使得許多城市的油庫建設(shè)成為重點(diǎn)。由于技術(shù)的原因，目前我國城市用油以城市加油站為主。在現(xiàn)在加油站不斷增多的情況下，要求有更多的油庫盡快建成。全國各省市地方也在積極地興建新的油庫，改進(jìn)油庫建設(shè)技術(shù)，發(fā)展油庫，保證油庫安全，這些都顯的極為重要。國內(nèi)外油庫建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者就油庫設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用前景及合作已進(jìn)行了很長時(shí)間的研究。有關(guān)專家認(rèn)為，管道局

7、與國內(nèi)外壓縮機(jī)生產(chǎn)、科研及技術(shù)服務(wù)等單位的合作，必將推動油庫建設(shè)效率、高穩(wěn)定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向發(fā)展。在國外，對大型石油石化公司的“低成本戰(zhàn)略”進(jìn)行了全方位、多角度的綜合分析，并提出了適合我國石油石化工業(yè)國情的“低成本戰(zhàn)略”。 美國政府早在二戰(zhàn)時(shí)期就有國家戰(zhàn)略石油儲備的構(gòu)想，但直到20世紀(jì)70年代“石油危機(jī)”發(fā)生后，美國的戰(zhàn)略石油儲備才開始正式建立。 70年代前期，阿拉伯國家以石油為武器對西方國家實(shí)施禁運(yùn)，導(dǎo)致美國國內(nèi)石油產(chǎn)品供應(yīng)緊缺，價(jià)格飛漲，最終使美國經(jīng)濟(jì)陷入長時(shí)期的嚴(yán)重衰退。美國前總統(tǒng)福特于1975年12月22日簽署了能源政策和儲備法，其中最重要的

8、內(nèi)容之一就是決定建立戰(zhàn)略石油儲備，目的是為了在此后發(fā)生類似事件時(shí)，可以對美國能源市場起到保護(hù)和緩沖作用。美國政府從1977年7月21日正式開始儲備石油，當(dāng)時(shí)決定的儲備目標(biāo)是10億桶，后來最終形成的儲備能力為7億桶。1.2 油庫的總體布局油庫區(qū)域內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物、裝置、設(shè)備及所有設(shè)施的布置。合理確定油庫內(nèi)建筑設(shè)施的位置，以保證油庫有一個(gè)固有的安全條件和環(huán)境，使得油品的貯存運(yùn)轉(zhuǎn)以及收發(fā)作業(yè)能夠順利地進(jìn)行。鐵路裝卸區(qū)鐵路收發(fā)棧橋應(yīng)為非燃燒體結(jié)構(gòu)，盡可能地設(shè)在油庫的邊緣地區(qū)，避免與庫內(nèi)道路交叉；應(yīng)布置在輔助作業(yè)區(qū)的上風(fēng)，并與其他建(構(gòu))筑物保持一定的距離。鐵路作業(yè)線的中心線至圍墻的距離一般采用10m，

9、以便布置消防通道。輕油作業(yè)線應(yīng)與潤滑油作業(yè)線保持大于10m的距離，輕油裝卸線與桶裝油共用的作業(yè)線保持5665m距離，裝卸臺的邊緣與相鄰鐵路中心線應(yīng)距離175m，站臺地坪標(biāo)高比軌跡高出11m。對于設(shè)置兩股或單股作業(yè)線的中小型油庫，可將輕油作業(yè)線放在鐵路岔道的始端，將粘油作業(yè)線放在岔道的終端。作業(yè)線路與外部鐵路應(yīng)絕緣，可在鐵軌連結(jié)處的魚尾板中夾一層石棉墊等絕緣材料，采取路軌接地措施，每100m一個(gè)接地。汽車收發(fā)作業(yè)區(qū)應(yīng)布置在油庫出入口附近，接近公路干線。應(yīng)筑有實(shí)體圍墻與油庫其他區(qū)域分開，以免提油車輛、人員深入庫區(qū)。裝卸油品的碼頭與其他客、化運(yùn)的碼頭及橋梁等建筑應(yīng)離開一定的距離，盡可能設(shè)置在下游地帶

10、。船位間保持一定的安全距離。油庫罐區(qū)在布局時(shí)必須考慮油罐的呼吸閥和測量孔、在檢修和灌裝轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的油蒸氣擴(kuò)散撲油罐發(fā)生著火石油品燃燒產(chǎn)生的熱輻射撲油品的突沸特性撲油罐類型撲救條件等因素。防火堤應(yīng)采用不燃材料建造。堤高宜為1116m。用土質(zhì)建造的防火堤頂寬不小于05m。防火堤應(yīng)能承受油罐破裂后相當(dāng)于流出油品的靜壓力。地上油罐或半地下油罐的外擘到防火堤的內(nèi)側(cè)基腳線的距離應(yīng)有利于滅火。防火堤內(nèi)的平地，從油罐基礎(chǔ)向堤內(nèi)側(cè)基腳線應(yīng)有一定的排水坡度。堤內(nèi)構(gòu)成的空間容積，應(yīng)不小于堤內(nèi)地上油罐總貯量的12，且不小于最大罐的地上部分貯量。灌油間灌油柱的相互距離為2m左右，灌油柱上閥門裝在高15m左右。灌裝輕質(zhì)油的灌

11、油間，其建筑耐火等級不應(yīng)低于二級，其余油品的灌油間建筑耐火等級不低于三級。灌油間內(nèi)應(yīng)用不發(fā)火地坪，地面應(yīng)坡向集油溝及集油井。灌裝輕質(zhì)油品和重質(zhì)油品，應(yīng)分別設(shè)置在單獨(dú)的灌油間內(nèi)或設(shè)置防火墻隔開。灌區(qū)內(nèi)防火間距和消防設(shè)施及通道均應(yīng)符合規(guī)范要求。1.3 油庫的工藝流程 圖1-1 油庫工藝流程1）分離器流程。從各個(gè)采油隊(duì)輸送過來的原油首先通過計(jì)量器計(jì)量后又進(jìn)入聯(lián)合站的油氣水三相分離器，在這里實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離。原油從分離器一端進(jìn)入，然后天然氣從另一端上部流出進(jìn)行天然氣外輸，而油水混合的液體從下部流出進(jìn)入一次沉降罐。2）油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲罐主要的任務(wù)是進(jìn)行油水分離，分離器將油水混合液體輸入沉降罐，

12、沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集，而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)，進(jìn)行污水處理，然后原油進(jìn)入加熱爐加熱和脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水后的原油進(jìn)入凈化油罐，等待外輸。3）加熱爐流程。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。4）原油外輸流程。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯(lián)合站。污水處理工藝流程。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水首先進(jìn)入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進(jìn)行收集。1.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控及要求計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)時(shí)一門綜合性的技術(shù)。他是計(jì)算機(jī)及技術(shù)（包括軟件技術(shù)，接口技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)）、自動控制技術(shù)、

13、自動檢測技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)基本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)然，這六個(gè)階段并不是完全按照直線順序進(jìn)行的。在任何一個(gè)階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進(jìn)行修改。所謂計(jì)算機(jī)監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力、流量、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量，并且在計(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而時(shí)操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對象的變化過程。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動這的強(qiáng)度，并

14、且提高管理水平，從而帶來極大的社會效益。正因?yàn)槿绱擞?jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以在各個(gè)領(lǐng)域都有所發(fā)展。 圖1-2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以由一下幾個(gè)部分組成：計(jì)算機(jī)（含可視話的人機(jī)界面）、輸入輸出裝置（板卡），監(jiān)測、變松機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)原則有可靠性原則、使用方便原則、開放性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、開發(fā)周期短原則。圖1-2就是一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)組成原理圖。1.5 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)根據(jù)油庫的流程圖，先要列出統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)如表1-3所示. 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)通過列表的形式列舉如下表。序號設(shè)備名稱總點(diǎn)數(shù)控制量AIAODIDO11個(gè)三相分離器8水室的液位、壓力、溫度3油室的液位、壓力、溫度3

15、油室、水室液位恒定控制221個(gè)緩沖罐4罐的液位、壓力、溫度3罐的壓力恒定控制141個(gè)分餾塔3塔的液位、壓力、溫度351個(gè)沉降罐3罐的液位、壓力、溫度371個(gè)柴油罐3罐的液位、壓力、溫度381個(gè)天然氣罐2罐的壓力、溫度291個(gè)汽油罐3罐的液位、壓力、溫度3107個(gè)電磁閥7閥的開、關(guān)控制7112個(gè)外輸泵8泵的前后壓力4泵的起、停2泵運(yùn)行狀況顯示2124個(gè)中輸泵16泵的前后壓力8泵的起、停4泵運(yùn)行狀況顯示4136個(gè)流量計(jì)3監(jiān)控個(gè)反應(yīng)器前的流量6合計(jì)60383613 表1-3 油庫系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表2 溫度傳感器的選型2.1 熱電偶溫度傳感器熱電偶是一種熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢(m

16、V)信號，配以測量信號的儀表或變換器，便可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量和溫度信號的轉(zhuǎn)換熱。電偶是接觸法測溫常用的傳感器之一。自1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)起，熱電偶的發(fā)展已經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在此期間曾有300余種熱電偶問世，但應(yīng)用較廣的熱電偶僅有四、五十種，國際電工委員會(IEC)對其中被國際公認(rèn)、性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的七種 制定標(biāo)準(zhǔn)，即IEC584-1和6842中所規(guī)定的。S分度號 (鉑銠一鉑)；B分度號（鉑銠一鉑銠)；K分度號( 鎳鉻一鎳硅)；T分度號（銅一康銅)；E分度號(鎳鉻一康銅);J分度號(鐵一康銅);R分度號(鉑銠一鉑) 等熱電偶。2.1.1 熱電偶的工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱

17、電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到溫度值。 圖2-1 兩種道題構(gòu)成的熱電偶由理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢E（T,T）是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。（1）接觸電勢產(chǎn)生的原因：我們知道，所有金屬導(dǎo)體都具有自由電子，

18、而不同的金屬材料中自由電子的濃度不同。當(dāng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體接觸時(shí)，在接觸面上因自由電子的濃度不同而發(fā)生電子擴(kuò)散。如果導(dǎo)體A的自由電子的濃度大于導(dǎo)體B的自由電子濃度，那么在單位時(shí)間內(nèi)，由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B中去的電子數(shù)要比導(dǎo)體B擴(kuò)散到導(dǎo)體A去的電子數(shù)多，因而導(dǎo)體A失去電子而帶正電，導(dǎo)體B因獲得電子而帶負(fù)電。于是，在接觸表面上便形成了電場，如圖2-2所示。 圖2-2該電場將阻礙擴(kuò)散作用的進(jìn)一步進(jìn)行，當(dāng)擴(kuò)散作用和阻礙作用相等時(shí)，接觸面上的自由電子的擴(kuò)散便達(dá)到動態(tài)平衡。在這種平衡狀態(tài)下，A和B兩導(dǎo)體之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢。它的數(shù)值取決于兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸處的溫度而與導(dǎo)體的形狀及尺寸無關(guān)。根據(jù)物理學(xué)可

19、知，兩個(gè)接點(diǎn)的接觸電勢分別為e(T)=U-U= (1)e(T)=U-U=ln (2)式中：k為波爾茲曼常數(shù)；T、T為接觸處的絕對溫度（K）;N、N為導(dǎo)體A、B的自由電子濃度；e為電子的電荷量。（2）溫差電勢產(chǎn)生的原因：對于任何金屬導(dǎo)體，當(dāng)其兩端溫度不同時(shí)，兩端的自由電子濃度不同，溫度高的一端的自由電子濃度大，具有的動能較大；溫度低的一端的自由電子濃度小， 圖2-3動能也小。因此，高溫端的自由電子要向低溫端擴(kuò)散，最后達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，高溫端失去電子而帶正電，低溫端獲得電子而帶負(fù)電，從而在兩端形成溫差電勢。如圖2-3所示。溫差電勢的大小可表示為e(T,T)= （3）e(T,T)= （4）式中：e(T

20、,T)、e(T,T)分別為導(dǎo)體A、B兩端溫度為T、T時(shí)形成的溫差電勢；為湯姆遜系數(shù)。對于由導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，如圖3所示。當(dāng)溫度T> T時(shí)，回路總的熱電勢為E = (5)綜上所述，可得出有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論：1）如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，即,則無論兩結(jié)點(diǎn)的溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零。2）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，即,則盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢也為零。因此，熱電偶兩結(jié)點(diǎn)必須存在溫差。3）熱電偶A、B的熱電勢的大小與導(dǎo)體A、B材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。在金屬導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度

21、，所以在同一種導(dǎo)體內(nèi)的溫差電勢極小，可以忽略。因此，在一個(gè)熱電偶回路中起決定作用的是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的與材料性質(zhì)和該點(diǎn)溫度有關(guān)的接觸電勢。所以（5）式可以改寫成 (6) 由（6）式可以看出，回路的總熱電勢是隨溫度T和變化的。在實(shí)際使用中很不方便，為此，在標(biāo)定熱電偶時(shí)，使為常數(shù)（通常是=0），即則（6）式可以改寫為(T) （7）式（7）表明，當(dāng)熱電偶回路的自由端保持溫度不變時(shí)，熱電偶回路的總熱電勢只隨工作端的溫度變化而變化。兩個(gè)端點(diǎn)的溫差越大，回路中的總熱電勢也就越大。2.1.2 溫度傳感器的分類常用溫度傳感器熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電

22、偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶我國從1988年1月1日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型溫度傳感器熱電偶。2.1.3 熱電偶的技術(shù)特點(diǎn) 測量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響； 測量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從-50+1

23、600均可邊續(xù)測量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）； 構(gòu)造簡單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。2.1.4 熱電偶的結(jié)構(gòu)形成各種熱電偶盡管外形各有不同，但其基本結(jié)構(gòu)式一樣的。普通熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管、接線盒等四部分組成。如CAD圖所示。（1）熱電極 組成熱電偶的兩根細(xì)絲成為熱電極。熱電偶通常以熱電極材料種類來命名。從理論上講，凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以組成熱電偶，用來測量溫度。但實(shí)際上并不是所有的材料都可以組成熱電偶。一般來說，熱電

24、極材料應(yīng)滿足一下要求：a) 在測量范圍內(nèi)，熱電性能穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化而變化；b) 在測量范圍內(nèi)，有足夠的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；c) 電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高；d) 組成熱電偶測溫時(shí)，產(chǎn)生熱電勢大，且希望熱電勢與被測溫度變化成單值線性或接近線性關(guān)系；e) 由足夠的機(jī)械強(qiáng)度及較好的耐振動、耐、沖擊性；f) 材料復(fù)制性好、工藝性好，可制成標(biāo)準(zhǔn)分度，制作工藝簡單，價(jià)格便宜。但是，實(shí)際上沒有一種材料能滿足上述全部要求。因此，在設(shè)計(jì)選用熱電偶的電極材料時(shí)，要根據(jù)測溫的具體條件來加以選擇。（2）絕緣材料套管 絕緣材料套管又稱為絕緣子，用來防止兩根熱電極短路。絕緣子一般呈橢圓形或圓形，中間有一

25、個(gè)、兩個(gè)或四個(gè)小孔，孔德大小由熱電極的直徑?jīng)Q定。（3）保護(hù)管保護(hù)管的作用是使電極和待測溫度介質(zhì)隔離，使之免受化學(xué)的侵蝕和機(jī)械損傷。對保護(hù)管的要求是必須具有優(yōu)良的傳熱性能，能經(jīng)久耐用。前者指的是具有良好的導(dǎo)熱性，以改善熱電極對被測溫度變化的響應(yīng)速度，減少滯后；后者指的是耐高溫、耐急冷急熱、耐腐蝕，不分解出對電極有害的氣體，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。具體使用時(shí)應(yīng)根據(jù)熱電偶的類型、測溫范圍和使用條件來選擇保護(hù)管材料。（4）接線盒接線盒供熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接之用。接線盒固定在熱電偶保護(hù)管上，一般用鋁合金制成，分為普通式和密封式兩種。2.2 溫度傳感器的選型本次設(shè)計(jì)溫度變送器采用的是江蘇恒大儀表WRZ系列一體化

26、溫度變送器。江蘇恒大儀表的WRZ系列一體化溫度變送器熱電阻、熱電偶與變送器的完美結(jié)合，以十分簡捷的方式把-2001300的溫度信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)420mA電流信號實(shí)現(xiàn)對溫度精確測量與控制。WZR溫度變送器可與顯示儀、控制系統(tǒng)、記錄儀等調(diào)節(jié)器配套使用，并被廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電、醫(yī)藥、紡織、鍋爐等工業(yè)領(lǐng)域。 圖2-3 一體化溫度變送器2.2.1 技術(shù)指標(biāo)1) 基本誤差：±1.0%、±0.5%、±0.25%；2) 輸出信號：420mA；3) 負(fù)載電阻：250允許范圍為0500；4) 供電電源：24V DC 允許范圍為1830VDC；5) 溫度漂移：0.015%/；6)

27、 環(huán)境溫度：-2560、相對濕度：95%；7) 防爆等級：dIIBT4。 2.2.2 儀表主要特點(diǎn)1 二線制輸出、無需補(bǔ)償導(dǎo)線；2 抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)傳性能好；3 結(jié)構(gòu)簡單、合理安裝方便；4 小型化、安全可靠、使用壽命長；5 三線制、二線制輸入方法通用；6 液晶顯示現(xiàn)場溫度，清晰度高，無視覺誤差。2.2.3 測溫范圍品名測溫材料分度號測溫范圍熱電偶鎳鉻-康銅E01000范圍內(nèi)任選鎳鉻-鎳硅K01300范圍內(nèi)任選鉑銠10-鉑S01600范圍內(nèi)任選鉑銠30-鉑銠6B01800范圍內(nèi)任選熱電阻鉑熱電阻Pt100-200600范圍內(nèi)任選銅熱電阻Cu50-50150范圍內(nèi)任選銅熱電阻Cu100-50150

28、范圍內(nèi)任選 表2-4注：1、在測溫范圍800以下、隔爆型機(jī)電一體化溫度變送器的防爆性能有效；2、 可按用戶要求特殊設(shè)計(jì)、生產(chǎn)其它型號的變送器。2.2.4 結(jié)構(gòu)形式 圖2-52.2.5 接線盒形式 圖2-6 3 其他傳感器選型3.1 壓力變送器本次設(shè)計(jì)壓力變送器采用的是上海自動化儀表四廠YSG-2/3/4系列電感壓力變送器。YSG系列壓力變送器為電感壓力（微壓）變送器，主要適用于工業(yè)生產(chǎn)過程和測量系統(tǒng)中用以測量各種非結(jié)晶和非凝固的對鋼或鐵及其合金不起腐蝕作用的流體介質(zhì)的壓力或負(fù)壓。本儀表既能將被測介質(zhì)的壓力值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流的電流信號，以便于較長距離傳送測量值，而最終能在中央控制室中與二次儀表進(jìn)行

29、配套，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動檢測與控制，又具有機(jī)械式指針直接指示壓力值的特點(diǎn)，以便于現(xiàn)場工藝檢查和調(diào)校。 圖3-1 YSG電感壓力變送器測量范圍： 表3-2使用條件：1)使用環(huán)境條件：-1055相對濕度不大于85；2)溫度影響：使用溫度偏離20±5，其溫度附加誤差不大于0.75%/10。3.2 物位計(jì)本次設(shè)計(jì)物位計(jì)采用上海質(zhì)諾電子有限公司的VEGACAP系列物位測量儀表。這種電容式物位測量儀表幾乎可以廣泛的用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。傳感器和容器組成一個(gè)電容器。物位的變化會造成電容的變化，電容的變化可以通過電子部分進(jìn)行分析處理，并轉(zhuǎn)換成一個(gè)開關(guān)命令。電容物位儀表非常堅(jiān)固耐用，且免維護(hù)，可以用于各

30、個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。全絕緣型的傳感器特別適用于測量液體，半絕緣的傳感器適用于測量固體介質(zhì)。而且測量粘附性或腐蝕性的介質(zhì)絕對沒有問題。由于電容式儀表對于安裝沒有特殊的要求，所以很多應(yīng)用上可以改用VEGACAP60系列。 圖3-3 電容式物位計(jì)產(chǎn)品選型：VEGACAP62典型應(yīng)用：固體，不導(dǎo)電液體類 型：棒式，半絕緣，同軸套管絕 緣：PTFE長 度：0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度：-50200過程壓力：-164bar（-1006400kPa）VEGACAP63典型應(yīng)用：導(dǎo)電液體類 型：棒式，全絕緣，同軸套管絕 緣：PE,PTFE長 度：0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度：-5020

31、0過程壓力：-164bar（-1006400kPa）VEGACAP64典型應(yīng)用：粘附性導(dǎo)電液體類 型：棒式，半絕緣絕 緣：PTFE長 度：0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度：-50130過程壓力：-164bar（-1006400kPa） BEGACAP65典型應(yīng)用：不導(dǎo)電液體類 型：纜式，半絕緣絕 緣：PTFE長 度：0.432M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度：-50200過程壓力：-164bar（-1006400kPa）3.3 流量計(jì)本次設(shè)計(jì)采用江蘇華清儀表有限公司的HQ-HLUG系列流量計(jì)。HQ-HLUG系列帶溫壓補(bǔ)償一體式渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體

32、、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。一體式渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。一體式渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20+250的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的流量。一體式渦街流量計(jì)VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信

33、號應(yīng)同時(shí)監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計(jì)量還是有直接影響的。渦街流量計(jì)便是依據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測量的新型流量計(jì)。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。 圖3-4 一體式渦街流量計(jì)測量介質(zhì)：氣體、液體、蒸氣； 口徑規(guī)格：法蘭卡裝式口徑選擇 25,32,50,80,100； 法蘭連接式口徑選擇：100,150,200； 流量測量范圍：正常測量流速范圍 雷諾數(shù)1.5×1044×106；氣體550m/s; 液體0.

34、57m/s； 測量精度：1.0級 1.5級； 高溫：25150 -25250； 輸出信號：脈沖電壓輸出信號 高電平810V 低電平0.71.3V； 脈沖占空比：約50%,傳輸距離為100m； 脈沖電流遠(yuǎn)傳信號：420 mA,傳輸距離為1000m； 儀表使用環(huán)境：溫度:-25+55 濕度:590% RH50； 材質(zhì)：不銹鋼, 鋁合金； 電源：DC24V或鋰電池3.6V； 防爆等級：本安型EX iaIIbT3-T6； 防護(hù)等級：IP65。3.4 加速度傳感器本次設(shè)計(jì)采用康泰電子ULT系列加速度傳感器。IEPE加速度傳感器, 是在傳感器內(nèi)部集成了微型集成電路放大器(mini IC)的壓電加速度傳感器

35、,將傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體, 能直接與采集或記錄儀器連接, 簡化了測試系統(tǒng), 提高了測試精度和可靠性, 同時(shí)具有低阻抗輸出、抗干擾、噪聲小、性價(jià)比高、安裝方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。 圖3-5 IEPE 壓電加速度傳感器IEPE壓電加速度傳感器指標(biāo)： 恒流源供電：220mA, 典型值：4mA(信號調(diào)理器供電電壓范圍:1830VDC, 典型值：24VDC)； 線性1%； 橫向靈敏度5%，典型值3%； 輸出偏壓：8-12Vdc； 輸出阻抗：<150； 放電時(shí)間常數(shù)：0.2秒； 溫度范圍：-40+120； 安裝力矩：約2030Kgf.cm(M5螺紋) 。4 結(jié)論為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了

36、。在這次的課程設(shè)計(jì)中，不僅檢驗(yàn)了我們所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我們?nèi)绾稳グ盐找患虑?，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。使我們深深懂得了許多測試?yán)碚摵头椒ㄖ挥型ㄟ^實(shí)際驗(yàn)證才能加深理解并真正掌握。實(shí)驗(yàn)就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識，掌握各類典型傳感器、記錄儀器的基本原理和適用范圍；課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。在設(shè)計(jì)過程中我們自學(xué)了很多知識，同時(shí)也著重復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識，了解了如何確定方案，加強(qiáng)了我們動手、思索和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次有一次的思考，一遍又一遍的檢查，終于找出了原因所在，也暴露除了前期我在這方面的知識的欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手設(shè)計(jì)，使我們掌握的不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。