04专题一 温度压力流量仪表

第一节温度仪表温度参数温度是—个很重要的物理量，它是国际单位制(SI)中7个基本物理量之一，也是工业生产中的主要工艺参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，大多数生产过程均是在一定温度范围内进行的。因此，温度的测量是保证生产正常进行，确保产品质量和安全生产的关键环节。1、温标温标是表示物体冷热程度的物理量。用来度量物体温度高低的标尺叫做温度标尺，简称温标。它规定了温度的起点和测量温度的基本电位。各种温度计的分度值都是由温标决定的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标和国际实用温标，我国法定计量单位现已采用了这两种温标。温度参数1)、摄氏温标摄氏温标是根据物体受热后体积膨胀的性质建立起来的，一般用符号t表示，单位是度，记作℃。规定在标准大气压下冰的融点为零度(0℃)，将水的沸点定为100℃，在0一100℃之间划分一百等份，每一等份为摄氏1度(1℃)。摄氏温标是工程上通用的温度标尺。2)、国际实用温标国际温标是一个国际协议性温标。选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点，规定了不同温度范围内的标准仪器．如铂电阻、铂锗—铂热电偶和光学温度汁等。建立了标准仪器的示值与国际温标关系的补插公式，应用这些公式可以求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。温度测量仪表的分类温度测量范围广，测温仪表的种类也很多。按工作原理分：有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射式等；按测量方式分，有接触式和非接触式两类。玻璃管液体温度计基于物体受热体积膨胀的性质而制成的温度计叫做膨胀式温度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大类。1)、测温原理当破璃温包插入被测介质中，由于被测介质的温度变化，使感温液体膨胀或收缩，因而沿毛细管上升或下降，出刻度标尺显示出温度的数值。2)、结构与分类玻璃管温度计按其结构可分为三种；棒状温度计、内标尺式温度计和外标尺式温度计。棒状温度计的标尺直接刻在玻璃管的外表面上。内标尺式温度计有乳白色的玻璃片温度标尺，该标尺放置在连通玻璃温包的毛细管后面，将毛细管和标尺一起变在玻璃管内，此温度计热惰性较大，压力式温度计压力式温度计的基本结构是由充有感温介质的温包、传压元件(毛细管)及压力敏感元件(弹笑管)构成的合金同组件。温包内充填的感温介质有气体、液体及蒸发液体等。测温时将温包置于被测介质中，温包内的工作物质因温度升高体积膨胀而导致压力增大。该压力变化经毛细管传给弹簧管并使其产生一定的形变．然后借助齿轮或杠杆等传动机构，带动指针转动，指示出相应的温度。由此可见，温包、毛细管及弹簧管是压力式温度计的三个主要部分，其性能对该温度计的精度影响极大。温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体间热交换以及物体的某些物理性质随温度变化的特性间接测量，现场温度仪表大部分均为接触式测温仪表，主要有双金属温度计，热电阻，热电偶三种测温方法。1、双金属温度计利用两种膨胀系数不同的金属元件来测量温度的温度计称双金属温度计。它是一种固体膨胀式温度计。其结构简单、牢固，可部分取代水银温度计，用于气、液体及蒸汽的温度测量。采用双金属温度计是解决汞害的一条途径，因而近几年发展很快。双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的。双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而产生弯曲变形．弯曲的程度与温度高低成比例。双金属温度计热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。它的测量范围广，结构简单，使用方便，测温准确可靠，便于信号的远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产和科研领域中应用极为普遍。1、热电偶的测温原理热电偶温度计由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。下图是最简单的热电偶温度计示意图。热电偶温度计测温原理按上图组成的热电偶温度计，如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和相接触电势两部分组成热电偶温度计1－热电偶；2－导线（或补偿导线）；3－显示仪表热电偶温度计温差电势：它是在同一导体材料的两端因其温度不同而产生的一种热电势。当同一导体两端温度不同时，由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子比从低温端跑到高温端的电于数量要多，结果高温端因失去电子而显正电，低温端由于得到电子而显负电，从而在高、低温两端会形成一个由高温端指向低温端的静电场。该电场将阻止电于从高温端跑向低温端，同时加速电子从低温端向高温端移动，最后达到动态平衡，即从高温端跑向低温端的电子数等于从低温端他向高温端的电子数，则高、低温两端之间便形成一个电位差，会在导体内部产生电势．此电势称为温差电势，此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体长度、截面大小及沿导体长度上的温度分布无关。热电偶温度计接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且Na＞Nb，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散利导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电，导体B获很电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到4的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，致使接触面处所产生的电场强度越高，因而接触电势也就越大。热电偶温度计工业上最常用的(已标准化)几种热电偶：1)、铂铑30—铂铑6热电偶(分度号为B)2)、铂铑10—铂热电偶(分度号为5)3)、镍铬—镍硅热电偶(分度号为K)4)、镍铬—康铜热电偶(分度号为E)5)、铜－康铜热电偶(分度号为T)6)、铁—康铜热电偶(分度号为J)铠装热电偶铠装型热电偶的外径为0.25-12mm，热电极直径为0.035一1.3mm，套管壁厚为0.12-0.60mm，长度可以根据需要任意裁取或选购，最长可达100m。热电偶冷端可以用接线盒或其它形式的接插件与外部导线连接。1－接线盒；2－金属套管；3－固定装置；4－绝缘材料；热电偶丝热电偶的冷端补偿热电偶的分度表均是在冷端温度为0℃的条件下热电势与温度(t)之间的关系，因此要求在热电偶测温时，冷端必须保持在0℃，否则将产生误差。但在工业上使用时，要使冷端保持在0℃是比较因难的，因此，要根据不同的使用条件及要求的测量精度．对热电偶冷端采用一些不同的处理方法。1)、补偿导线延伸法由于热电偶一般做得比较短(除铠装热电偶外)，特别是贵金属热电偶就更短。这样热电偶的冷端离被测对象很近，使冷端温度较高且波动较大。如果把热电偶做得很长，使冷端延伸到温度比较稳定的地方，这种方法由于热电极不便于敷设，且对于贵金属热电偶很不经济。解决这个问题的方法是采用一种专用导线将热电偶的冷端延伸出来，这种导线也是由两种材料制成．在一定温度范围内(100℃以下)与所连接的热电偶具有相同或十分相近的热电特性，其材料又是廉价金属，称为补偿导线。热电偶的冷端补偿2)、冰点法热电偶的分度表都是在冷端温度为0℃的情况下制定的，如果将冷端置于能保持温度为0℃的冰点槽内，则测得的热电势就代表被测的实际温度。3)、仪表零点校正法如果热电偶冷端温度比较恒定，与之配用的显示仪表机械零点调整又比较方便，则可采用此种方法实现冷端温度补偿。若冷端温度t0已知，可将显示仪表的机械零点直接调至t0处，这相当于在插入热电偶热电势之前就结显示仪表输入了一个电势E(t0，0)，因为与热电偶配套的显示仪表是根据分度表刻度的，这样在接入热电偶之后，使得输入显示仪表的电势相当于E(t,t0)＋E(t0,0)＝E(t,0)，因此显示仪表可显示热端的温度t。热电偶的冷端补偿4)、补偿电桥法补偿电桥法是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化，又称为冷端补偿器。热电阻温度计热电阻温度计是一种较为理想的高温测量仪表，但在测量较低温度时，由于产生的热电势较小，测量精度相应降低。因此在－200－500℃温度范围内，一般使用热电阻温度计测量效果较好。热电阻温度计是由热电阻、连接导线及显示仪表所组成，如图所示。由于热电阻输出的是电阻信号，所以热电阻温度计与热电偶温度计一样，也便于远距离显示或传送信号。但是由于热电阻温度计的感温部件——热电阻的体积较大，因此热容量较大，动态持性则不如热电偶。热电阻温度计1、热电阻的测温原理热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。Pt100热电阻测温原理：纯铂丝的电阻值随其外界温度变化而变化。2、金属热电阻作为电阻温度计感温元件的热电阻，分为金属热电阻和半导体热电阻两类，其中以金属热电阻应用较多。一般对热电阻材料要求如下：(1)电阻温度系数大，即灵敏度高；(2)物理化学性能稳定，能长期适应较恶劣的测温环境；(3)电阻串要大，以使电阻体积较小，减小测温的热惯性；(4)电阻与温度之间近似为线性关系；(5)价格低廉，便于复制。热电阻温度计结构普通热电阻结构：金属热电阻感温元件一般由电阻体、引线、绝缘子、保护套管及接线盒等组成电偶相似。热电阻通常也有普通型和铠装型等结构形式。下图为普通型热电阻的结构图：1――电阻体；2――引线，3――绝缘体；4一保护套管5――接线盒；6――固定螺纹常用热电阻温度计1)、铂电阻铂电阻由纯铂电阻丝绕制而成，其使用温度范围(按国际电工协会IEC标准)为－200－850℃。铂电阻的特点是精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化学性能稳定。另外它易提纯，复制性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝(直径可达0.02mm或更细)或极薄铂箔，与其它热电阻材料相比，有较高电阻串。因此，它是一种较为理想的热电阻材料，除作为一般工业测温元件外，还可作为标准器件。但它的缺点是电阻温度系数小，电阻与温度里非线性，高温下不宜在还原性介质中使用，而且价格较贵。常用热电阻温度计2)、铜电阻铜电阻一般用于－50－150℃范围的温度测量。它的特点是电阻值与温度之间基本为线性关系，电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，但它的电阻率低，易氧化，所以在温度不同，测温元件体积无特殊限制时，可以使用铜电阻温度计。第二节流量仪表流量仪表概述石油生产过程中所需的物料大部分是流体，这些流体在某些动力设备(如泵、鼓风机、压缩机等)的作用下沿管道密闭输送。为正确地指导生产操作，监视设备运行状况，确保优质高产安全低耗以及进行产品的成本经济核算，经常需要测量生产过程中各种介质(如液体、气体和蒸汽等)的流量。它是石油生产过程中一个十分重要的测量参数。随着自动化水平的不断提高。流量测量和控制已由原来的保证稳定运行朝着最优化控制过渡。这样流量仪表更是成为不可缺少的检测仪表之一。流量的定义流量是指流经管道(或设备)某一截面的流体数量。随着工艺要求不同，它的测量又可分为瞬时流量和累积流量的测量。1)、瞬时流量单位时间内流经某一有效截面的流体数量。2)、累积流量(总量)在某段时间内流经有效截面的流体数量的总和。其总和可以用体积和质量来表示．流量测量的特点（１）、流体的流动状态直接影响流量测量的准确度。一般介质的流动多为不稳定流，为保证仪表测量的准确度，仪表的结构和管道布局的设计应能适应流态的变化，能够消除上游阻力件造成的流态扰动以及管道上界面上流速不均匀分布带来的影响。（２）、不同流体的物理和化学特性对流量仪表提出了不同的要求。如温度、压力变化大、粘度高、流体有腐蚀性、多相流、脏污流、等等，都对仪表提出了相应的要求。（３）、被测介质状态的变化或组分变化都会引起流量测量的误差。（４）、介质处于流动的状态，任何接触测量的敏感元件都会干扰流动状态的变化和压力损失。流量计的分类流量计的分类流量测量的方法很多，其测量原理和所采用的仪表结构形式各不相同。１