化工仪表及自动化第3章2物位部分和温度

化学工业出版社内容提要物位检测及仪表概述差压式液位变速器电容式物位传感器核辐射物位计称重式液罐计量仪温度检测及仪表温度检测方法热电偶温度计热电阻温度计电动温度变送器1化学工业出版社内容提要一体化温度变送器智能式温度变送器测温元件的安装现代检测技术与传感器的发展软测量技术的发展现代传感器技术的发展2化学工业出版社第四节物位检测及仪表一、概论3几个概念液位料位液位计料位计测量物位的两个目的按其工作原理分为直读式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表化学工业出版社第四节物位检测及仪表二、差压式液位计41.工作原理图3-39差压液位变送器原理图图3-40压力表式液位计化学工业出版社21将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此gHppp21当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。5化学工业出版社01211pgHghp0222pghp62.零点迁移问题ghghgHpp2221121ghhgHp2121图3-41负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则化学工业出版社第四节物位检测及仪表迁移弹簧的作用改变变送器的零点。迁移和调零都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。7化学工业出版社～5000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如左图中曲线a所示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。8化学工业出版社—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器单法兰式双法兰式法兰式差压变送器按其结构形式9为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。化学工业出版社第四节物位检测及仪表三、电容式物位传感器dDLCln21.测量原理图3-45电容器的组成1—内电极；2—外电极两圆筒间的电容量C当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数ε的乘积成比例。10通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。化学工业出版社dDHLdDHCln2ln202.液位的检测3-46非导电介质的液位测量1—内电极；2—外电极；3—绝缘套；4—流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为HKdDHCCCiXln200对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为11化学工业出版社成正比。该法是利用被测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。结论12化学工业出版社料位的检测用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。dDHCXln201—金属电极棒；2—容器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。电容量变化与料位升降的关系为13图3-47料位检测化学工业出版社第四节物位检测及仪表优点电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。缺点需借助较复杂的电子线路。应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。14化学工业出版社第四节物位检测及仪表四、核辐射物位计HeII0射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（3-63）。（3-63）图3-48核辐射物位计示意图1—辐射源；2—接受器特点适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。15化学工业出版社第四节物位检测及仪表五、称重式液罐计量仪该计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。21121MgLLAppgHpp12HKHMLAL112HAM0AMH0称重仪根据天平原理设计。杠杆平衡时由于（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）16化学工业出版社AMLAAKKi11图3-49称重式液罐计量仪1—下波纹管；2—上波纹管；3—液相引压管；4—气相引压管；5—砝码；6—丝杠；7—可逆电机；8—编码盘；9—发讯器式中如果液罐的横截面积A为常数，得将式（3-67）代入式（3-65），得02MAKL（3-68）17化学工业出版社第五节温度检测及仪表一、温度检测方法温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。分类按测量范围按用途高温计、温度计标准仪表、实用仪表按工作原理膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计按测量方式接触式与非接触式18化学工业出版社第五节温度检测及仪表测温方式温度计种类测温范围／℃优点缺点接触式测温仪表膨胀式玻璃液体-50～600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传双金属-80～600结构紧凑，牢固可靠精度低，量程和使用范围有限压力式液体气体蒸汽-30～600-20～3500～250结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉精度低，测温距离短，滞后大热电偶铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜0～1600-50～1000-50～600测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低热电阻铂铜-200～600-50～150测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制不能测高温，需注意环境温度的影响非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400～2000700～3200900～1700测温时，不破坏被测温度场低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度红外线光电探测热电探测0～3500200～2000测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快易受外界干扰，标定困难表3-3常用温度计的种类及优缺点19化学工业出版社—双金属片；2—调节螺钉；3—绝缘子；4—信号灯膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。化学工业出版社压力式温度计它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。图3-52压力式温度计结构原理图1—传动机构；2—刻度盘；3—指针；4—弹簧管；5—连杆；6—接头；7—毛细管；8—温包；9—工作物质应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计。化学工业出版社辐射式温度计辐射式温度计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。压力式温度计的构造由以下三部分组成温包毛细管弹簧管（或盘簧管）22化学工业出版社第五节温度检测及仪表二、热电偶温度计23热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。图3-53热电偶温度计测温系统示意图1—热电偶；2—导线；3—测量仪表热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。1.热电偶图3-54热电偶示意图化学工业出版社（1）热电现象及测温原理图3-55热电现象图3-56接触电势形成的过程图3-57热电偶原理及电路图0000,,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势或化学工业出版社第五节温度检测及仪表注意如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。25化学工业出版社第五节温度检测及仪表011teteteteEBACBBCABt0011teteteteABBACBBC26（2）插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。图3-58热电偶测温系统连接图0teteEABABt图（a）总的热电势（3-72）由于（3-75）（3-74）将式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72）（3-73）化学工业出版社第五节温度检测及仪表0teteEABABt0000000teteteteteteCABCABCABCAB说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。故得00teteteECABCABt（3-76）图（b）总的热电势27化学工业出版社（3）常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求温度每增加１℃时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。化学工业出版社热电偶名称代号分度号热电极材料测温范围/℃新旧正热电极负热电极长期使用短期使用铂铑30-铂铑6铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铁-铜镍铜-铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK铂铑30合金铂铑10合金镍铬合金镍铬合金铁铜铂铑6合金纯铂镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金300～16