温度-压力测量仪表简介.ppt

温度、压力测量仪表,温度测量仪表 温标 分类 双金属温度计 热电偶温度计 热电阻温度计 选型 安装,压力测量仪表 基本概念 原理与分类 弹性式压力计 电气式压力计 选型 安装,温度测量仪表,温标-衡量温度的标准尺度 国际普遍使用的温标有四种：华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标 。 华氏温标（）规定：在标准大气压下，氯化铵与冰的混合物为0度，水的沸点为212度，中间划分212等分，每等份为报氏1度，符号为 。 摄氏温度（）规定：在标准大气压下，冰的融点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等份为报氏1度，符号为。 热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，水的三相点温度为273.16，定义水的三相点温度的1/273.16为1度，符号为K。 国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近。规定水的三相点温度为273.16，单位为k，1k的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16，由于摄氏温标将冰点定义为0，而冰点比水的三相点低0.01k，那么冰点温度为273.15k。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。 换算关系为： =5（F-32）/9 ； =K-273.15,温度测量仪表,分类 按温度仪表的测量方式通常分为接触式和非接触式两大类。,温度测量仪表,分类 接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过热量传递达到热平衡，反映被测对象的温度。 优点 ： 结构简单，直观，可靠； 测量精确度较高，一般能测得真实温度。 缺点 ： 热量传递需要一定时间造成测温滞后现象； 因传热而破坏被测物体原有温度场； 测温上限受感温材料耐温性能的限制； 不适宜于直接对腐蚀性介质测温； 难以测量运动体的温度。,温度测量仪表,分类 非接触法测温：检测部分与被测对象不直接接触，通过被测物体与感温元件之间的热辐射作用实现测温。 优点 ： 原理上测温范围可以从超低温到极高温； 不破坏被测温场； 可测量热容量小的运动温度，可测量区域的温度分布； 响应速度较快。 缺点 ： 测量误差较大，仪表示值一般仅代表表观温度； 容易受外界因素影响，造成测量误差较大； 结构较复杂，价格昂贵。,温度测量仪表,各种测温方式特点对比表,温度测量仪表,双金属温度计-原理 利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成双层片状元件，将一端固定而另一端和一可以自由转动的指针相连，在温度变化时双金属片弯曲变形，借此带动指针在圆形分度标尺上指示出温度就构成双金属温度计。 它是一种适合中、低温现场检测的仪表。可直接测量气体或液体的温度。,温度测量仪表,双金属温度计-结构 为了提高仪表的灵敏度，工业上应用的双金属温度计是将双金属片制成螺旋形。,温度测量仪表,双金属温度计-分类 按双金属温度指针盘与保护管的连接方向分为： 轴向型-指针盘与保护管成垂直方向连接。 径向型-指针盘与保护管成平行方向连接。 万象型-指针盘与保护管成垂直方向连接,温度测量仪表,热电偶温度计-原理 热电偶温度计是基于热电效应这一原理测量温度的；它的测温范围很广，可测量 -200160O范围内在在特殊情况下，可测至2800 的高温。 两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路，如果A和B所组成回路的两个接合点处的温度不相同，则回路中就有电流产生，说明回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。由此效应所产生的电动势，通常称为热电势 。,温度测量仪表,热电偶温度计-原理 热电势是由两部分电势组成的，即接触电势和温差电势。 接触电势：当两种不同的导体接触时，由于两者有不同的电子密度而产生的电势。 温差电势：由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势。,温度测量仪表,热电偶温度计-结构分类,1.普通型装配式构,温度测量仪表,热电偶温度计-普通型热电偶 普通型热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。 其绝缘套管大多为氧化铝管或工业陶瓷管。保护套管则根据测温条件来确定，测量1000以下的温度一般用金属套管，测量1000以上的温度则多用工业陶瓷甚至氧化铝保护套管。科学研究中所使用的热电偶多用细热电极丝制成，有时不加保护套管以减少热惯性，改善动态响应指标，提高测量精度。,1-接线盒 2-保护套管 3-绝缘套管 4-热电偶丝,温度测量仪表,热电偶温度计-普通型热电偶,温度测量仪表,热电偶温度计-铠装式热电偶 铠装式热电偶由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成一体，也称套管热电偶。 特点： 铠装热电偶具有性能稳定、结构紧凑、牢固、抗震等特点； 由于测量端热容量小，所以热惯性小，具有很好的动态特性。 外径、长度和测量端的结构型式可以根据需要而选定。外直径从0.2512mm不等,1-金属套管；2-绝缘材料；3-热电极,铠装式热电偶断面结构图,温度测量仪表,热电偶温度计-铠装热电偶,温度测量仪表,热电偶温度计-薄膜式热电偶 由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶。采用真空蒸镀或化学涂层等制造工艺将两种热电偶材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶，其热端接点既小且薄，约为0.010.1m。 适于壁面温度的快速测量，且响应快，其时间常数可达到微秒级，因而可测瞬变的表面温度。 测温范围一般在300以下。 基板尺寸为60mm6mm0.2mm。,薄膜式热电偶示意图,1-热电极 2-热接点 3-绝缘基板 4-引出线,温度测量仪表,热电偶温度计-标准化热电偶 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件：,温度测量仪表,热电偶温度计-标准化热电偶 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件：,温度测量仪表,热电偶温度计-标准化热电偶 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件：,温度测量仪表,热电偶温度计-非标准化热电偶,温度测量仪表,热电阻温度计 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 热电阻测温原理：对于一个给定电阻，其电阻值是温度的单值函数，因而可以通过测量电阻值来推算温度。,温度测量仪表,热电阻温度计-结构 包括：铠装热电阻 装配热电阻 防爆热电阻 与电偶式类似 图为普通工业用热电阻式温度传感器,温度测量仪表,热电阻温度计-类型 金属热电阻 铂热电阻 铜热电阻 镍热电阻 半导体热敏电阻 使用最广泛的热电阻材料是铂和铜,温度测量仪表,热电阻温度计-铂热电阻 特点：准确度高，稳定性好、性能可靠、有较高电阻率，广泛应用 于基准、标准化仪器中，是目前测温复现性最好的一种。 使用范围：-200850，在90年国际温标中规定平衡氢三相点13.8k到银凝固点961.78标准仪器应用铂电阻。 铂电阻的精度与铂的提纯程度有关，W（100）越高，表示铂丝纯度越高。 国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻W（100）1.3925 目前技术水平已达到W（100）1.3930， 工业用铂电阻的纯度W（100）为1.3871.390。 规格型号：Pt100、Pt10、Pt1000。,温度测量仪表,热电阻温度计-铂热电阻,温度测量仪表,热电阻温度计-铂热电阻传感器,温度测量仪表,热电阻温度计-铜热电阻 特 点：线性度高、电阻温度系数高、价格便宜、电阻率低、易氧化。 使用范围：-50180。 测量范围：50150 应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合 优 点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。 缺 点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。,温度测量仪表,热电阻温度计-铜热电阻,温度测量仪表,热电阻温度计-半导体热敏电阻 利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成； 由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结而成。 优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（49倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。 缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。,温度测量仪表,热电阻温度计-半导体热敏电阻 与金属热电阻比较： 电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为-（36）%，金属热电阻约为0.40.6%。 电阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计。 结构简单，体积小，可用于测量点温度 热惯性小 工艺和互换性差。,温度测量仪表,热电阻温度计-半导体热敏电阻 分类：正温度系数(PTC) 负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR),温度测量仪表,热电阻温度计-半导体热敏电阻 PTC热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电阻值急剧变化,具有开关特性。 用途：温度开关 NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物 混合烧结而成，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的NTC热敏电阻。 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路,温度测量仪表,热电阻温度计-热敏电阻结构 构成：热敏探头、引线、壳体,温度测量仪表,热电阻温度计-热敏电阻结构,聚脂塑料封装 热敏电阻,MF12型 NTC热敏电阻,温度测量仪表,热电阻温度计-热敏电阻结构,珠型,温度测量仪表,热电阻温度计-热敏电阻结构,贴片式NTC热敏电阻,温度测量仪表,热电阻温度计-热敏电阻结构,大功率PTC热敏电阻,带安装孔的热敏电阻,温度测量仪表,选型-温度表 仪表量程 材质 工艺连接方式（含应用标准） 测量杆长度与直径 表盘直径（常用DN100的表盘） 安装形式（径向、轴向、万向） 有无套管需要（默认为无）,温度测量仪表,选型-温度传感器 仪表量程 测温元件 材质 工艺连接方式（含应用标准） 测量杆的长度与直径 输出信号类型（通常为4-20mA或电阻输出） 电气进线接口（M20？1/2NPT？） LCD现场显示是否需要？ 防爆要求（根据客户提供的防爆环境填写） 有无套管需要 认证标准（CE、UL）,温度测量仪表,安装 测温元件的感温部件的安装位置应选在介质温度变化灵敏和具有代表性的地方，不应选在阀门等阻力部件的附近和介质流束呈死角处以及振动较大的地方。 热电偶取源部件的安装位置，应远离强磁场。 测温元件在工艺管道上的安装应符合下列规定。 与工艺管道垂直安装时，测温元件中心线应与工艺管道轴线垂直相交。 在工艺管道的拐弯处安装时，应逆着介质流向，测温元件中心线应与工艺管道中心线相重合。 与工艺管道成45斜安装时，应逆着介质流向，测温元件中心线应与工艺管道中心线相交。,温度测量仪表,安装 在下列情况下安装温度计时应采用扩大管。 一、各类玻璃液体温度计在DN50mm的管道上安装。 二、热电偶、热电阻、双金属温度计在DN80mm的管道上安装。 在管道上安装温度计时，应考虑抽出温度计元件所需的空间（特别是对布置在楼板或平台下面和靠近柱子的管道）。 对温度显示元件的安装，要便于在现场观察。,压力测量仪表,基本概念 压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。 压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,9,表3-1 各种压力单位换算表,压力测量仪表,基本概念 在压力测量中，常有表压力、绝对压力、负压力或真空度之分。 绝对压力是指介质所受的实际压力 地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力 绝对压力与大气压力之差，称为表压力。即P表=P绝-P大。 当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，P真 =P大-P绝。,绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如图所示。因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。,常用压力表,电接点压力表,HAKK-EKA110A差压变送器,4,5,液柱式压力计,压力测量仪表,原理与分类 按测量原理分为两种： 根据压力的定义直接测量单位面积上受力的大小。 例：液柱式、弹性式 应用压力作用于物体后所产生的各种物理效应来实现压力。它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 例：电阻式：它是由金属导体或半导体制成的电阻体， 其阻值随压力的变化而变化。 压电效应：当晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷的现象。,压力测量仪表,弹性式压力计-定义 弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,压力测量仪表,弹性式压力计-优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 弹性式压力计-分类 按照弹性元件种类分为弹簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。,弹簧管压力表 隔膜式压力表,压力测量仪表,弹性式压力计-弹性元件 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。 弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。,弹性元件示意图,压力测量仪表,弹性式压力计-弹性元件 单圈弹簧管是弯成270度圆弧的 空心金属管，其截面为扁圆形或 椭圆形等。,扁圆形 椭圆形 半圆形 双圆形 8字形 厚壁扁圆形,压力测量仪表,弹性式压力计-弹性元件 膜片、膜盒,膜片,膜盒,压力测量仪表,弹性式压力计-弹性元件 波纹管一个周围为波纹状的薄壁金属筒体,压力测量仪表,弹性式压力计-弹簧管压力表,压力测量仪表,弹性式压力计-弹簧管压力表 基本测量原理 单圈弹簧管的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力P后，由于椭圆形截面在压力P的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力P越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力P的大小。弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。,1-弹簧管 2 -拉杆 3 -扇形齿轮 4 -中心齿轮 5 -指针 6 -面板 7-游丝 8 -调整螺丝 9 -接头,压力测量仪表,弹性式压力计-弹簧管压力表,压力测量仪表,弹性式压力计-电接点压力表 基本原理,1，4 静触点 2 动触点 3 绿灯 5 红灯,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,压力测量仪表,弹性式压力计-电接点压力表,压力测量仪表,电气式压力计-定义 电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 电气式压力计-优点 该仪表的测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2； 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。,压力测量仪表,电气式压力计-分类 电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等。,压力测量仪表,电气式压力计-组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,电气式压力计组成方框图,压力测量仪表,电气式压力计-应变片压力传感器 应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,压力测量仪表,电气式压力计-压阻式压力传感器 工作原理 压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,压力测量仪表,电气式压力计-压阻式压力传感器,压阻式压力传感器,1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻,压力测量仪表,电气式压力计-压阻式压力传感器 特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,压力测量仪表,电气式压力计-电容式压力变送器 工作原理 先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。,压力测量仪表,电气式压力计-电容式压力变送器 电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号也是标准4 20mA电流信号。,结构框图,压力测量仪表,选型-压力表 仪表的形式 仪表量程 材质 工艺连接方式（含应用标准） 径向？轴向？ 表盘直径（常用DN100的表盘） 认证标准（CE、UL）,压力测量仪表,选型-压力传感器 仪表的形式 仪表量程 材质 工艺连接方式（含应用标准） 输出信号类型（通常为4-2