礦大北京儀表與自動化學時

物位儀表分類(按工作原理)：直讀式物位儀表

(directreadinglevelmeter)：玻璃管液位計(glasstubelevelmeter)、玻璃板液位計恒浮力液位計(constantbuoyancyliquidlevelmeter)。差壓式物位儀表(differentialpressurelevelmeter)：液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力。浮力式物位儀表

(buoyancylevelmeter)：浮子高度或浮力隨液位高度而變化。電磁式物位儀表(electromagneticlevelmeter)：物位的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化（如電容）現(xiàn)在是1頁\一共有45頁\編輯于星期五

物位儀表分類(按工作原理)：核輻射物位儀表

(nuclearradiationlevelmeter)：射線透過物料時其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化。聲波式物位儀表

(soniclevelmeter)：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些變化就可測知物位。根據(jù)工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。光學式物位儀表(opticallevelmeter)：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作?！?/p>

重點是差壓式液位計現(xiàn)在是2頁\一共有45頁\編輯于星期五

二、差壓式液位變送器

Differentialpressurelevelmeter1、工作原理workprinciple原理：容器內(nèi)液位改變時、液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化。差壓液位變送器原理圖△P=P1-P2=Hg差壓變送器的差壓與液位高度成正比，從而將液位高度轉(zhuǎn)換為測量差壓。如不需遠傳，可在容器底部安裝壓力表。并在壓力表指示表盤上安裝液位刻度。壓力表液位計現(xiàn)在是3頁\一共有45頁\編輯于星期五

2、零點遷移問題zeroshift原因：實際操作中，差壓變送器的兩端常有固定壓差存在，使得H=0時，輸出不等于標準信號最小值(4mA)，即液位零點與差壓信號零點不相對應，這時就需要零點遷移。方法：為使液位的零值與儀表滿量程的起始值相對應，必須設(shè)法抵消固定壓差，可通過調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧實現(xiàn)。

注意：調(diào)零與遷移區(qū)別。遷移改變測量范圍的上下限，相當于測量范圍的平移，不改變量程的大小。零點調(diào)整量較小,而遷移較大.圖3-42現(xiàn)在是4頁\一共有45頁\編輯于星期五無遷移

Noshift負遷移

Negativeshift遷移量：

-ρ2g（h2-h1）正遷移

positiveshift遷移量：

ρgh遷移目的：

差壓式液位變送器的輸入輸出關(guān)系。P1P2P2P1現(xiàn)在是5頁\一共有45頁\編輯于星期五3、用法蘭式差壓變送器測量液位適用：對腐蝕性、粘度大、或含有結(jié)晶顆粒等液體的液位測量，常在導壓管入口處增設(shè)隔離膜盒，形成法蘭式差壓變送器。（分單法蘭與雙法蘭）雙法蘭差壓變送器的示意圖

敞口容器采用單法蘭現(xiàn)在是6頁\一共有45頁\編輯于星期五三、電容式物位傳感器Capacitorlevelsensor1、測量原理原理：電容器的兩極板之間，充以不同介質(zhì)時，電容量的大小不同，故可通過測電容量的變化來檢測液位、料位與分界面。電容量表達式：

C=2Lln(D/d)應用于物位測量：電容的大小與極板的長度與介電常數(shù)的積成正比。將電容傳感器（探頭）插入被測物料中，電極浸入物料的深度隨物位高低變化而變化，從而可檢測物位。

電容器的組成介電系數(shù)現(xiàn)在是7頁\一共有45頁\編輯于星期五2、液位的檢測

非導電介質(zhì)液位的電容式測量。

C0

=

20Lln(D/d)

C=2

Hln(D/d)+20（L-H）ln(D/d)

Cx=C-C0=2（-0）

Hln(D/d)

=KiH

現(xiàn)在是8頁\一共有45頁\編輯于星期五3、料位的檢測

適用：電容法可測量固體塊狀、顆粒狀與粉狀物料的料位。（一般采用單電極法，以防磨損和滯留）表達式:

特點：電容料位計傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但因電容變化不大，要精確測量，需借助復雜的電子電路。

Cx=2(-0)

Hln(D/d)可用電極棒1與容器壁2作為兩個極組成電容器?，F(xiàn)在是9頁\一共有45頁\編輯于星期五四、核輻射物位計工作原理：同位素射線穿透一定厚度的介質(zhì)時，由于克服阻力與碰撞作用，一部分粒子透過介質(zhì)。透射強度隨介質(zhì)厚度的增加而減弱。射線強度的衰減服從指數(shù)規(guī)律：

I=I0e-H當放射源選定，被測介質(zhì)不變時，只要測定通過介質(zhì)的射線強度I，即可求得介質(zhì)的厚度H（射線吸收系數(shù)）。

核輻射物位計特點：P70輻射源接收器非接觸式測量；適用于高溫、高壓、強腐蝕、劇毒、高溫熔融金屬等條件苛刻的場合；幾乎不受溫度、壓力、電磁場的影響。射線的劑量應嚴加控制，且須切實加強安全防護措施現(xiàn)在是10頁\一共有45頁\編輯于星期五一、溫度檢測方法temperaturedetectionmethod二、熱電偶溫度計thermalcouplethermometer三、熱電阻溫度計thermalresistancethermometer四、電動溫度變送器power-drivenTtransmitter五、一體化溫度變送器integrationTtransmitter六、智能式溫度變送器intelligentTtransmitter第五節(jié)溫度檢測及儀表現(xiàn)在是11頁\一共有45頁\編輯于星期五一、溫度檢測方法溫度測量方式有兩類：接觸測量contactmeasurement：利用熱交換的原理，選擇某一物體與被測物體相接觸，待熱平衡時，通過檢測接觸物體的某一個物理量（電量），而給出被測物體的溫度。非接觸測量nocontactmeasurement：利用熱輻射或?qū)α鲗崿F(xiàn)熱交換，進行非接觸測量。溫度測量儀表：溫度測量范圍很廣，故有許多不同的測量方法和測量儀表。600度以上測溫儀表為高溫計highthermometer；600度以下測溫儀表為溫度計thermometer?，F(xiàn)在是12頁\一共有45頁\編輯于星期五按工作原理分類：共有六類膨脹式溫度計(expansion):基于物體受熱膨脹而制成壓力式溫度計(pressure):基于壓力隨溫度的變化而制成熱電偶溫度計(thermalcouple):基于熱電現(xiàn)象而制成熱電阻溫度計(thermalresistance):基于材料的電阻隨溫度變化而制成輻射式高溫計(radiation):基于熱輻射產(chǎn)生的光電現(xiàn)象，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c溫度成比例的電流或電壓信號

紅外線高溫計(infraredray):基于紅外線的光電和熱電現(xiàn)象，與輻射式類似現(xiàn)在是13頁\一共有45頁\編輯于星期五雙金屬片雙金屬溫度信號器(兩位)膨脹式溫度計：利用物體受熱膨脹而測溫。如體溫計。有液體膨脹和固體膨脹兩種。

雙金屬溫度計是由雙金屬片制成的螺旋形感溫元件，外加金屬保護套管，當溫度變化時，螺旋的自由端便圍繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，同時帶動指針在刻度盤上批示出相應的溫度值?，F(xiàn)在是14頁\一共有45頁\編輯于星期五壓力式溫度計輻射式溫度計：熱輻射的測溫儀表（>800度）化工生產(chǎn)中使用最多的熱電偶與熱電阻。壓力式溫度計：

利用壓力隨溫度的變化而測溫。由溫包、毛細管和彈簧管組成。

封閉系統(tǒng)中的物質(zhì)受熱體積膨脹或產(chǎn)生較高的壓力?，F(xiàn)在是15頁\一共有45頁\編輯于星期五（1）熱電現(xiàn)象及測溫原理（2）插入第三種導線（3）常用熱電偶種類（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)二、熱電偶溫度計1、熱電偶Thermalcouple2、補償導線的選用Compensatewire3、冷端溫度補償Temperaturecompensateatcoldend（1）冷端保持為0oC法（2）冷端溫度修正法（3）校正儀表零點法（4）補償電橋法（5）補償熱電偶法現(xiàn)在是16頁\一共有45頁\編輯于星期五二、熱電偶溫度計（重點）Thermalcouplethermometer原理：基于熱電效應(thermoelectriceffect)。特點：測量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、準確可靠，便于遠傳、記錄和控制。應用極為普遍。組成：

熱電偶，測量儀表，導線（熱電偶與儀表的連線)現(xiàn)在是17頁\一共有45頁\編輯于星期五熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶，2—導線，3—測量儀表1、熱電偶thermalcouple組成：熱電偶是由兩種不同材料的導體A和B焊接而成，焊接端插入測量介質(zhì)中，稱為工作端或熱端(workend)；另一端與導線相連，稱為冷端或自由端(coldend)。導體A、B稱為熱電極thermalelectrode。熱端冷端ABBA熱電偶示意圖現(xiàn)在是18頁\一共有45頁\編輯于星期五測溫原理：熱電現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢為熱電勢(thermoelectricalpotential)，其大小與接點兩端的溫度差有關(guān)，如若固定一端溫度，則熱電勢僅與熱電偶的一端溫度有關(guān)，與電偶長短及直徑無關(guān)，只要測出熱電勢的高低，就可判斷測溫點的高低。1）熱電現(xiàn)象及測溫原理熱電現(xiàn)象：兩種不同的金屬材料A和B兩端焊接在一起，組成閉合回路，若一端溫度高于另一端，則回路間會出現(xiàn)電勢，稱為熱電現(xiàn)象(pyroelectricphenomena)。E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)現(xiàn)在是19頁\一共有45頁\編輯于星期五結(jié)論

1.如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合回路中的總熱電勢為零；

2.如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電勢也為零

3.熱電偶產(chǎn)生的熱電勢除了冷、熱兩端的溫度有關(guān)之外，還與電極材料有關(guān)，也就是說由不同電極材料制成的熱電偶在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。現(xiàn)在是20頁\一共有45頁\編輯于星期五2）插入第三種導線－－測溫導線temperatureline熱電偶與測溫儀表間通過測溫導線相連，回路中增加了新的接點，但不影響熱電勢。分析見教材P81同理還可證明，在熱電偶中接入第四種、第五種……導體以后，只要接入導體的兩端溫度相同，接入的導體對原熱電偶回路中的熱電勢均沒有影響。據(jù)此性質(zhì)，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接導線，只要保證兩個接點的溫度相同就可以對熱電勢進行測量而不影響熱電偶的輸出。

熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖現(xiàn)在是21頁\一共有45頁\編輯于星期五3）常用熱電偶種類Classification對熱電偶材料的要求：requirement溫度每增加1度時產(chǎn)生的熱電勢較大，且盡可能成線性關(guān)系；(linearrelationship)物理和化學穩(wěn)定性要高；(highphysicalandchemicalstability)組織均勻，有韌性，便于加工；(uniform,toughness,handingease)重現(xiàn)性能好(repeatable)，便于成批生產(chǎn)(quantityproduction)。

現(xiàn)在是22頁\一共有45頁\編輯于星期五3）常用熱電偶種類classification常用熱電極材料：materialsofelectrode鉑銠30-鉑銠6300~1600度，中性和氧化性介質(zhì)，B偶。鉑銠10-鉑-20~1300度，中性和氧化性介質(zhì)（基準），S偶。鎳鉻-鎳硅/鎳鋁-50~1000度中性和氧化性，500度下還原性，K偶。鎳鉻-考銅（或銅鎳）-50~600度，適用于還原介質(zhì)或中性介質(zhì)，XK偶。分度表：熱電勢與溫度的對應關(guān)系表。t0＝0℃為基準。熱電偶的熱電勢與溫度呈一定的非線性關(guān)系。Platinum,Rhodium,Nickel,Chromium,Silicon,Copper,Manganese

現(xiàn)在是23頁\一共有45頁\編輯于星期五4）熱電偶結(jié)構(gòu)

Structureofthermalcouple按結(jié)構(gòu)分類普通型(normal)：熱電極，絕緣管，保護套管，接線盒。鎧裝型(armour)：金屬套管，絕緣材料，熱電偶絲復合拉伸成型，然后將端部焊成球狀結(jié)構(gòu)。工作端有露頭型，接殼型，絕緣型。表面型(surface)：利用真空鍍膜法將兩極材料蒸鍍在絕緣基底上的薄膜熱電偶。專測表面溫度?？焖贌犭娕?one-off)：專測高溫熔融體，尺寸很小。消耗式。

現(xiàn)在是24頁\一共有45頁\編輯于星期五熱電偶選型注意：熱電極材料，保護套管的結(jié)構(gòu)，材料及耐壓強度，保護套管的插入深度?，F(xiàn)在是25頁\一共有45頁\編輯于星期五2、補償導線的選用Selectionofcompensatewire目的：利用專用導線，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的現(xiàn)場延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，以保持冷端溫度的恒定。

選用：熱電偶補償導線，要注意型號相配，極性相配；廉價金屬的熱電偶的補償，可用本身材料。補償導線接線圖提示：利用補償導線，其冷端的工作溫度范圍為0-100度。否則會有誤差。注意正負極及導線的顏色現(xiàn)在是26頁\一共有45頁\編輯于星期五2、補償導線的選用康銅：含40％鎳，1.5％錳的銅合金。具有低的電阻率溫度系數(shù)和中等電阻率(電阻率為48μΩ·cm)?？稍谳^寬的溫度范圍內(nèi)使用。有良好的加工性能和焊接性能。適宜在交流電路中使用，作精密電阻、滑動電阻、電阻應變計等，也可用于熱電偶和熱電偶補償導線材料。

考銅：含43％～45％鎳，0.5％錳的銅合金。常用作熱電偶組元，如鐵-考銅熱電偶等作負極材料?，F(xiàn)在是27頁\一共有45頁\編輯于星期五3、冷端溫度的補償Compensationofcoldend原因：熱電偶的溫度---熱電勢曲線是在冷端溫度保持為0oC下得到的，而實際工業(yè)環(huán)境中，冷端溫度往往超過0oC

且不穩(wěn)定，從而引起誤差(偏小且波動)，因此，要把冷端溫度保持為0oC

，或者進行修正，才能得到準確的結(jié)果，稱為冷端溫度補償。1)實驗室：盡量設(shè)法將冷端溫度保持在0oC

。2)工業(yè)上：計算法（不適合連續(xù)測量）。

E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0)

例6：P84，附錄三ttc現(xiàn)在是28頁\一共有45頁\編輯于星期五3)校正儀表零點法：

利用熱電偶測溫度時，(室溫穩(wěn)定的前提下)可預先將儀表指針調(diào)整到相當于室溫的數(shù)值上。工業(yè)上經(jīng)常使用(測量精度要求不高的場合)。4)補償電橋法：儀表中常用。5)補償熱電偶法：適用于一臺測溫儀接多個熱電偶，可節(jié)省投資。

現(xiàn)在是29頁\一共有45頁\編輯于星期五毫伏計ab電橋在某一溫度平衡（如20oC

）Rt與熱電偶的冷端感受相同的溫度。電路在20oC時電橋平衡。溫度高于20oC時，熱電勢因冷端溫度升高而減少，但Rt也隨溫度的升高而增大（R1，R2，R3電阻不變），引起電橋不平衡，A點電位高于B點電位，產(chǎn)生的電勢差與熱電勢壘加后一起送入測量儀表，從而補償冷端溫升而引起的熱電勢的降低。4)補償電橋法compensatedbridge現(xiàn)在是30頁\一共有45頁\編輯于星期五多點間歇測量：CD1、轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)多點間隙測量；2、CD為補償熱電偶；3、測溫儀通過補償電偶到接線盒，再通過補償導線到熱電偶的冷端；4、補償熱電偶置于恒溫處，t0;5、測量值不受冷端溫度t1的影響。5)補償熱電偶法compensatedthermalcouple現(xiàn)在是31頁\一共有45頁\編輯于星期五三、熱電阻溫度計thermalresistancethermalmeter

適應：在中、低溫下（500oC

），熱電偶的熱電勢小，冷端溫度變化引起的相對誤差較大，不易補償，常采用熱電阻溫度計。組成：由熱電阻，顯示儀表，連接導線(三線制)所組成。

1、測溫原理

熱電阻為金屬導體，其阻值隨溫度而變化，有：Rt=Rt0[1+(t-t0)]

則△Rt=Rt0△t，只要測出電阻的變化，就可知道溫度的變化。式中，溫度t、t0(通常t0＝0℃)時對應的電阻值為溫度系數(shù)。

現(xiàn)在是32頁\一共有45頁\編輯于星期五2、工業(yè)常用熱電阻對熱電阻材料的要求：溫度系數(shù)和電阻率大，熱容量要小，穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)，良好的復制性，電阻隨溫度的變化關(guān)系最好呈線性。常用的熱電阻：鉑電阻（WZP）

銅電阻（WZC）鉑電阻的關(guān)系（0~650℃）

Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)Rt-t的關(guān)系稱為分度表

R0：溫度為0度時的電阻值；

R100：溫度為100oC時的電阻值；

R100/R0的值代表鉑電阻的純度，一般要大于1.385R0=10?時，對應的分度號為Pt10;=100?時，則對應的分度號為Pt100.Pt10、Pt100、Pt1000；現(xiàn)在是33頁\一共有45頁\編輯于星期五銅電阻的關(guān)系（-50~150℃）

Rt=R0[1+(t-t0)]銅電阻的溫度系數(shù)大，電阻與溫度呈線性關(guān)系，在小于150度的范圍內(nèi)有很好的穩(wěn)定性。R100/R0=1.428R0=50?時，對應的分度號為：Cu50=100?時，對應的分度號為：Cu100其中Pt100

和Cu50

的應用更為廣泛

現(xiàn)在是34頁\一共有45頁\編輯于星期五3、熱電阻的結(jié)構(gòu)

普通型熱電阻：由電阻體，保護套管與接線盒等主要部件組成。鎧裝型熱電阻：將電阻體預先拉制成型，并與絕緣材料和保護套管連成一體。薄膜型熱電阻：將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。

與熱電偶相同繞制電阻絲的支架形式現(xiàn)在是35頁\一共有45頁\編輯于星期五四、電動溫度變送器DBW型溫度(溫差)變速器：與各種類型的熱電偶、熱電阻配合，將溫度或溫差轉(zhuǎn)換成4~20mA或1~5V的標準信號?；蚺c具有毫伏輸出的各種變送器配合，使其轉(zhuǎn)換成4~20mA或1~5V的統(tǒng)一輸出信號，與顯示或控制單元配合，實現(xiàn)參數(shù)的異地顯示與控制。安裝：溫度變送器安裝在控制室，袈裝。分類：有三種：

熱電偶變送器

熱電阻變送器直流毫伏變送器

把mV信號轉(zhuǎn)換為標準電流輸出把Ω信號轉(zhuǎn)換為標準電流輸出現(xiàn)在是36頁\一共有45頁\編輯于星期五1、熱電偶溫度變送器

結(jié)構(gòu)：熱電偶溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖輸入電橋冷端溫度補償、調(diào)整零點。

反饋電路以反饋電路的非線性補償熱電偶的非線性

放大電路將熱電勢多級放大。冷端溫度補償；零點調(diào)整；非線性補償補償電阻穩(wěn)壓源，保證I1與I2恒定線性化電路現(xiàn)在是37頁\一共有45頁\編輯于星期五2、熱電阻溫度變送器結(jié)構(gòu)：輸入橋路，放大電路，反饋電路。

熱電阻采用三線制接入。在輸入橋路中實現(xiàn)線性化作用?，F(xiàn)在是38頁\一共有45頁\編輯于星期五五、一體化溫度變送器

含義：將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)，變送器模塊和測溫元件形成一個整體，可直接安裝在被測設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標準信號4～20mA。特點：具有體積小、重量輕、現(xiàn)場安裝方便等優(yōu)點。在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。使用注意：變送器模塊所處的環(huán)境溫度。因為變送器模塊內(nèi)部的集成電路一般情況下工作溫度在–20～+80℃范圍內(nèi)，超過這一范圍，電子器件性能會發(fā)生變化，變送器將不能正常工作?，F(xiàn)在是39頁\一共有45頁\編輯于星期五I2I1VT1AD693熱