化工儀表及自動(dòng)化

化工儀表三物位檢測(cè)四溫度檢測(cè)第三部分物位檢測(cè)及儀表☆物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型☆壓差式液位計(jì)

工作原理零點(diǎn)遷移問(wèn)題用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位☆其他物位計(jì)

電容式物位計(jì)

核輻射物位計(jì)稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x物位檢測(cè)的意義及主要類(lèi)型幾個(gè)概念測(cè)量物位的兩個(gè)目的按其工作原理分為液位料位液位計(jì)料位計(jì)界面計(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

一差壓式液位計(jì)1工作原理

利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理制成。將壓差變送器的一端接氣相，另一端接氣相。

差壓式液位原理圖因此

當(dāng)用差壓式液位計(jì)來(lái)測(cè)量液位時(shí),若被測(cè)容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,只需將差壓計(jì)的負(fù)壓室通大氣即可,這時(shí)也可以用壓力計(jì)來(lái)直接測(cè)量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計(jì)的負(fù)壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。

2、零點(diǎn)遷移問(wèn)題負(fù)遷移示意圖在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來(lái)說(shuō)實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為則3、用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位

為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線(xiàn)被腐蝕、被堵塞的問(wèn)題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。

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

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式二其他物位計(jì)

一、電容式物位計(jì)

1.測(cè)量原理通過(guò)測(cè)量電容量的變化可以用來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。

電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C

的大小與極板的長(zhǎng)度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。

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?yōu)楫?dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為

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—流通小孔電容量的變化為2液位的檢測(cè)3.料位的檢測(cè)

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(lái)測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。1—金屬電極棒；2—容器壁

料位檢測(cè)左圖所示為用金屬電極棒插入容器來(lái)測(cè)量料位的示意圖。電容量變化與料位升降的關(guān)系為優(yōu)點(diǎn)

電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。

缺點(diǎn)需借助較復(fù)雜的電子線(xiàn)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。二、核輻射物位計(jì)特點(diǎn)

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(xiàn)對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。射線(xiàn)的透射強(qiáng)度隨著通過(guò)介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見(jiàn)式。

核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器三稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x

既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。稱(chēng)重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗埽?—砝碼；6—絲杠；7—可逆電機(jī)；8—編碼盤(pán)；9—發(fā)訊器第四部分溫度檢測(cè)及儀表一溫度檢測(cè)方法二熱電偶溫度計(jì)三熱電阻溫度計(jì)四電動(dòng)溫度變送器五一體化溫度變送器六智能式溫度變送器七測(cè)溫元件的安裝一、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(lái)加以間接測(cè)量。分類(lèi)膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表

高溫計(jì)、溫度計(jì)接觸式與非接觸式

按測(cè)量范圍

按用途

按工作原理

按測(cè)量方式

測(cè)溫方式溫度計(jì)種類(lèi)測(cè)溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)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-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐震，防爆能記錄、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(xiàn)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)定困難表

常用溫度計(jì)的種類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)191.膨脹式溫度計(jì)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。圖雙金屬片玻璃管溫度計(jì)屬于液體膨脹式溫度計(jì)，雙金屬溫度計(jì)屬于固體膨脹溫度計(jì)。

原理：溫度越高產(chǎn)生的膨脹度長(zhǎng)度差就越大，引起的彎曲角度就越大雙金屬溫度計(jì)是用雙金屬片制成螺旋形的感溫元件，外加金屬保護(hù)套管，當(dāng)溫度變化時(shí)，螺旋的自由端變圍繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)指針在溫度盤(pán)上指出相應(yīng)的溫度數(shù)值。2.壓力式溫度計(jì)應(yīng)用壓力隨溫度的變化來(lái)測(cè)溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)圖

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(pán)；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細(xì)管；8—溫包；9—工作物質(zhì)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(lái)測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。主要的三個(gè)組成部分溫包、毛細(xì)管、彈簧管1溫包直接與被測(cè)介質(zhì)相接觸來(lái)感受溫度變化，溫飽具有高的強(qiáng)度，小的膨脹系數(shù)，高的熱導(dǎo)率以及抗腐蝕性能。2毛細(xì)管用銅或者鋼等材料冷拉成的無(wú)縫圓管，用來(lái)傳遞壓力的變化。3彈簧管它是一般壓力表用的彈性元件。雙金屬溫度計(jì)壓力溫度計(jì)Fluke60系列手持式紅外溫度計(jì)3輻射式高溫計(jì)

輻射式高溫計(jì)是基于物體熱輻射作用來(lái)測(cè)量溫度的儀表，目前它已被廣泛的用來(lái)測(cè)量高于800℃的溫度。

二熱電偶溫度計(jì)

熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線(xiàn)。

1—熱電偶；2—導(dǎo)線(xiàn)；3—測(cè)量?jī)x表圖

熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖圖

熱電偶示意圖（1）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理

取兩根不同材料的金屬導(dǎo)線(xiàn)A和B,如上圖將兩端焊在一起，這樣就組成了一個(gè)閉合回路。將接點(diǎn)1處加熱，使其溫度t高于接點(diǎn)2處的溫度t0，那么在此回路中就有電勢(shì)產(chǎn)生，如果將金屬B斷開(kāi)，在回路中串聯(lián)一只直流毫伏計(jì)，如上圖右，就可看到毫伏計(jì)中有電勢(shì)指示，這就是熱電現(xiàn)象。圖熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象

熱電勢(shì)（eAB)不同金屬具有不同的電子密度；兩種金屬接觸面因?yàn)殡娮拥臄U(kuò)散作用而產(chǎn)生電場(chǎng)—熱電現(xiàn)象；電子在擴(kuò)散作用和電場(chǎng)力作用下最終達(dá)到平衡；電場(chǎng)強(qiáng)度僅僅與金屬A、B的材料及接觸面溫度t有關(guān)。測(cè)量原理E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

AB

++-eAB(t)+-+-R2eAB(t)eAB(t0)R1等效電路圖R1----熱電極A的等效電阻R2----熱電極B的等效電阻eAB(t)---1點(diǎn)的熱電勢(shì)eAB(t0)---2點(diǎn)的熱電勢(shì)21eAB(t0)E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

當(dāng)A、B材料固定時(shí)，E(t、t0)=f(t)-f(t0)當(dāng)A、B材料固定，且2點(diǎn)恒定時(shí)，E(t、t0)=f(t)當(dāng)A、B材料相同時(shí)，E(t、t0)=0當(dāng)t=t0，E(t、t0)=0注意

圖

熱電現(xiàn)象圖

接觸電勢(shì)形成的過(guò)程左圖閉合回路中總的熱電勢(shì)圖

熱電偶原理及電路圖注意

如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，閉合回路的總熱電勢(shì)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(shuō)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。

（2）插入第三種導(dǎo)線(xiàn)的問(wèn)題

利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來(lái)測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見(jiàn)下圖。

圖

熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖圖（a）總的熱電勢(shì)圖（b）總的熱電勢(shì)（3）常用熱電偶的種類(lèi)

工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求溫度每增加１℃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(xiàn)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，便于成批生產(chǎn)，而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性。說(shuō)明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線(xiàn)對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響。不過(guò)必須保證引入線(xiàn)兩端的溫度相同。

（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)①普通型熱電偶

熱電極

絕緣管

保護(hù)套管

接線(xiàn)盒圖

熱電偶的結(jié)構(gòu)三、熱電阻溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)其感受溫度的一次元件是熱電偶，這類(lèi)儀表一般適用于測(cè)量500℃以上的較高溫度。在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)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(xiàn)所組成。圖

熱電阻溫度計(jì)1.測(cè)溫原理

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(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。2.工業(yè)常用熱電阻

作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；

熱容量要?。辉谡麄€(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

的復(fù)制性；

電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線(xiàn)性。

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。３.熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護(hù)套管和接線(xiàn)盒等主要部件所組成。（2）鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。（3）薄膜熱電阻將熱電阻材料通過(guò)真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。四、電動(dòng)溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ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。它既可與各種類(lèi)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。

DDZ-Ⅲ型的溫度變送器與DDZ-Ⅱ型的溫度變送器進(jìn)行比較，它有以下主要特點(diǎn)。線(xiàn)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(xiàn)性化機(jī)構(gòu)。在線(xiàn)路中，由于使用了集成電路，這樣使該變送器具有良好的可靠性、穩(wěn)定性等各種技術(shù)性能。溫度變送器有三種類(lèi)型：五、一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線(xiàn)盒或?qū)Ｓ媒泳€(xiàn)盒內(nèi)的一種溫度變送器。

結(jié)構(gòu)

測(cè)溫元件和變送器模塊變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃

常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103IXR100等六、智能式溫度變送器以RSMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。

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；