第七章热工仪表

第七章加热炉的热工仪表在加热炉中，检测及调节的热工参数，主要为温度、压力、流量等几个基本物理量以及燃烧产物成分的分析等几个方面。对温度、压力、流量等可采用单独的专门仪表进行检测或调节，对燃烧产物成分可用专门的气体分析仪进行检测或调节。无论采用哪类仪表，大体都由三部分组成：①检测部分：直接感受某一参数的变化，并引起检测元件某一物理量发生变化，而这个物理量的变化是被检测参数的单值函数。②传递部分：将检测元件的物理量变化，传递到显示部分去。③显示部分：测量检测元件的物理量变化，并且显示出来。一、温度的测量在加热炉中，准确的温度测量和控制是必不可少的。测量温度的方法分二类：1、接触式测温（如热电偶）-温度传感元件要紧靠被测物体或直接置于温度场中；2、非接触式测温（如光学高温计）-利用被测物体的热辐射或辐射光谱分布随温度的变化来测量物体温度。1、热电偶由两根不同的导体或半导体材料A与B焊接或铰接而成。焊接一端称热端（或工作端）；和导线连接一端称冷端。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面。如果两端所处的温度不同，在热电偶回路中便会产生电势。在热电偶材料一定下，热电势大小完全取决于热端温度高低，用动圈仪表或电位差计测得热电势后，便可知道被测温度的高低。热电偶测温的基本原理——热电效应热电效应的定义：就是将两种不同成分的金属导体或半导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。当两连接点a、b所处温度不同时，则此回路中就会产生电势，形成热电流的现象。即热电偶吸收了外部的热能而在内部发生物理变化，将热能转变成为电能的结果。常用的标准热电偶有：热电偶名称极性化学成分使用温度(℃)长期短期铂铑10-铂＋Pt90%，Rh10%13001600PtRh10-Pt－Pt100%铂铑30-铂铑6＋Pt70%，Rh30%16001800PtRh30-PtRh6－Pt94%，Rh6%标准的热电偶是指冷端为0℃时的热电势，实际测温条件下自由端不一定处于0℃，由此会带来误差，应加以消除或修正。热电偶的冷端补偿消除冷端误差的常用方法有两种：（1）补偿导线法：其原理就是等于将热电偶的原冷端位置移动一下，搬移到温度比较低和恒定的地方，是由在一定温度范围内（0~100℃），补偿导线与所配接的热电偶有相同的温度—热电势关系的两种金属线所构成。例如铂铑—铂热电偶就是利用铜和铜镍合金两种金属构成补偿导线。利用此法并不能完全免除冷端的影响误差，因为新移的冷端一般都是仪表所处的室温或高于0℃。（2）调整仪表零点法：一般仪表在正常时指针指在零位上，应用此法补正冷端时，将指针调到与冷端温度相等的点处。此法虽不太准确，但比较简单。热电偶的使用注意事项：①为提高测量精确度，减少测量误差，在热电偶使用过程中，要经常校对。②安装热电偶要注意检查测点附近的炉墙及热电偶元件的安装孔须严密，以防漏风，不应将测点布置在炉膛或烟道死角处。③测量流体温度时，应将其放到流速最大的地方。④应避免或尽量减少热量沿着热电极及保护管等元件的传导损失。⑤对于测量炉气或废气温度时，要避免热电偶元件与周围器壁或管束等辐射传热。⑥热电偶插入炉内的长度应适当，且不能被挡住，否则测量结果会偏低。2、辐射温度计用来测量热辐射体的辐射通量，并按温度单位分度输出信号的仪表，通称为辐射温度计。如光学高温计、红外温度计和比色高温计等。辐射温度计是非接触式测温。红外温度计自然界一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。光学高温计是由望远镜与测量仪表连在一起的整体型测温仪器。用光学高温计测温时，是基于比较被测物体的亮度和光学高温计灯丝的亮度。（a）当灯丝的亮度较被测物体低时，灯丝发黑；（b）当灯丝亮度恰好与被测物体相同时，灯丝隐灭在被测物体的背景中，此时可以从高温计刻度盘上读出被测物体的温度值。（c）当灯丝亮度高于被测物体时，灯丝发白；实验室内常用的气体流量计有转子流量计和毛细管流量计两种。(1)转子流量计转子流量计由一根垂直带有刻度的玻璃管和放入管中的一个转子所构成。使用时，气体从管的下口进入管中，使转子向上移动。根据转子位置高低即可由刻度上读出相应的流量。(2)毛细管流量计毛细管流量计如图所示。Vs-流量；h-液面差K`(系数）/μ（气体粘度）-由实验确定毛细管流量计二、气体流量的测定真空的获得和真空泵（１）真空度用气体压强表示,单位用Pa表示１托（Torr)=1mmHg=1/760atm=133.3Pa低真空度：１０3～１０-1Pa高真空度：１０-1～１０-6Pa超高真空度；１０-6Pa（２）获得真空的方法①用真空泵抽气：主要方法．②吸附：辅助方法，加入吸附剂，将气体吸附．③冷凝：辅助方法，用液氮将气体冷凝．（３）常用真空泵①机械真空泵：有旋片式真空泵、往复式真空泵、滑针式真空泵等。一般能达到小于１Pa的低真空度。②油扩散泵：由加热部分、冷却部分和喷射部分组成。工作时经电炉加热使泵体内的扩散油挥发成蒸汽，油蒸汽沿导管上升由喷嘴喷出。一般可达小于１０－４Pa的高真空度。③水蒸气喷射泵：由高速水蒸气喷入抽气机造成低压空间，被抽气体不断流入这一低压空间，被水蒸气带出而获得真空．一般可达小于１Pa的低真空度。水蒸气喷射泵抽气量大，冶金工业中常用，如VD、RH真空炉。压力测量仪表是用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。按工作原理分为：液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。弹性式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。负荷式：基于流体静力学平衡原理和帕斯卡定律进行压力测量。电测式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。三、压力测量仪表液柱式压力计：灵敏度高，主要用作实验室中的低压、负压或压力差测量。弹性式压力计：主要有：弹簧管、膜片、膜盒和波纹管等；特点：结构简单，结实耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用最多的一种。负荷式压力计：主要有：活塞式、浮球式、钟罩式；特点：结构简单，稳定可靠，准确度高，重复性好，普遍用作标准仪器，对压力检测仪表进行标定。电测式压力计：主要有：压电式、电阻式、振频式；特点：有较好的静态和动态性能，量程范围大，线性好，便于自动控制，尤其实用压力变化快和高真空，超高压测量。思考题：1、热工仪表的组成部分。2、热电偶测温的基本原理——热电效应的定义。3、为什么要对热电偶进行冷端补偿，常用方法有哪些？4、压力测量仪表的种类及其特点和用途。