过程检测技术PPT课件

精品课件 1 教学目的与要求 1掌握仪表测量误差方面的知识 2了解压力 温度 流量 液位检测仪表的类型及选用教学内容 3 1测量及误差理论 3 2传感器概述 3 3压力测量 3 4温度测量 3 5流量测量 3 6物位测量 3 7物质成分分析 第3章过程检测技术 精品课件 2 教学内容与要求 1测量误差的表示方法 绝对误差 相对误差 折合误差 相对百分误差 2掌握仪表的性能指标 精确度 变差 灵敏度与灵敏限 分辨力 线性度 反应时间3掌握如何给仪表定精度等级 4掌握如何根据工艺要求 选择合适精度等级的仪表 判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求思考题 Pg125 1 2 3 4 作业 1训练求仪表的各类误差和确定仪表的精度等级 P125 52训练根据仪表的精度等级选择满足工艺的仪表 P125 8 3 1测量及误差理论 精品课件 3 3 1测量及误差理论 3 1 1测量的基本概念 定义 测量方法 测量仪器与设备 直接测量与间接测量 等精度测量与不等精度测量 接触测量与非接触测量 静态测量与动态测量 精品课件 4 组成环节 组成框图 测量仪器与设备 图3 1检测仪表的组成框图 3 1测量及误差理论 传感器 变换器 显示器以及连接各环节的传输通道 精品课件 5 1 感受件 传感器 检测仪表与被测对象直接发生联系的部分 作用 感受被测量的变化 直接从对象中提取被测量的信息 并转换成相应的输出信号 对传感器的要求 准确性稳定性灵敏性经济性耐腐蚀低能耗 3 1测量及误差理论 精品课件 6 2 中间件 变送器或变换器 能准确稳定地传输 放大和转换信号 且受外界其他因素的干扰影响小 变换信号的误差小 作用 3 1测量及误差理论 将传感器的输出信号进行变换 实现放大 远传 线性化处理或转变成规定的统一信号 供给显示器等 要求 精品课件 7 指示式 模拟式显示 数字式和屏幕式 图像显示式 传感器往往也被称为敏感元件 一次仪表 显示仪表常被称为二次仪表 显示被测量数值的大小 有瞬时量显示 累积量显示 越限报警等 也可以是相应的记录显示 3 1测量及误差理论 作用 显示方式 3 显示件 显示器 精品课件 8 3 1 2误差的基本概念 测量误差存在的必然性 测量人员生理 心理上的原因 测量过程 测量误差 1 测量误差及分类 定义 被测变量不随时间变化 静态误差 被测变量随时间而变化产生的附加误差 动态误差 时变特性 3 1测量及误差理论 测量结果与被测变量的真值之差称为误差 精品课件 9 原因 测量工具本身的不准确或安装调整得不正确 测试人员的分辨能力或固有的读数习惯不良 测量方法的理论根据有缺陷 近似公式 误差分类 依性质分 系统误差 随机误差 粗大误差 系统误差 exp 仪表零位未调整引起恒值系统误差 仪表使用环境条件与校验条件不同引起变值系统误差 3 1测量及误差理论 相同测量条件多次测量 误差的绝对值和符号保持不变 或者在条件变化时按某一规律变化 精品课件 10 测量过程中大量彼此独立的微小因素对被测值的综合影响 单次不可预料 因此无法修正 也不能采用实验方法予以消除 多次测量总体上服从统计规律 利用概率论和数理统计的方法来估计其影响 粗大误差 明显地歪曲测量结果的误差 原因 操作者的粗心 不正确的操作 实验条件未达到要求匆忙试验 随机误差 偶然误差 3 1测量及误差理论 相同条件下多次测量 误差绝对值和符号随机变化 原因 特点 精品课件 11 2 粗大误差的检验与剔除 坏值判别准则 拉依达准则 3 准则 按上述准则剔除坏值xk后 应重新计算剔除坏值后的标准误差 再按准则判断 直至余下的值无坏值存在 简单 但对于有限次测量不可靠 注意 对某一测量值 若其则认为该测量值为坏值 应剔除 3 1测量及误差理论 精品课件 12 肖维奈 Chauvenet 准则 kc为肖维奈准则中与测量次数有关的判别系数 可查表得到 对某一测量值 若其则认为该测量值为坏值 应剔除 3 1测量及误差理论 精品课件 13 格拉布斯 Grubbs 准则 该准则是根据正态分布理论提出的 考虑到测量次数n以及所选定的粗差误判概率 准则规定 凡剩余误差大于格拉布斯鉴别值的误差属于粗大误差 相应的测量值是坏值 应予剔除 3 1测量及误差理论 精品课件 14 3 1测量及误差理论 3 1 精品课件 15 3 1测量及误差理论 精品课件 16 3 1测量及误差理论 精品课件 17 实际上 补充 测量误差的表示方法绝对误差理论上 相对误差 某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值x0之比 x指 测量仪表的指示值x真 被测量的真实值 x0 比所使用的仪表精度高一级的仪表的读数 标准表的指示值 3 1测量及误差理论 精品课件 18 引用误差 绝对误差折合成仪表测量范围 量程范围 的百分数 x上 仪表的测量上限x下 仪表的测量下限N 仪表的量程 x上 x下 例2 若被测介质的实际温度为500 仪表的指示值为495 仪表的量程为0 1000 试确定绝对误差 相对误差 折合误差和对仪表的读数的修正值 解 绝对误差 X指 X0 495 500 5 仪表读数的修正值 C X0 X指 5 相对误差 y X0 5 500 100 1 引用误差 max x上 x下 0 5 3 1测量及误差理论 精品课件 19 误差精度等级灵敏度变差量程响应时间漂移 仪表经济指标 使用寿命功耗价格 操作维修是否方便运行是否可靠安全抗干扰与防护能力的强弱重量体积的大小自动化程度的高低 仪表使用指标 3 1 3仪表的性能指标 3 1测量及误差理论 精品课件 20 是衡量仪表准确程度的一个品质指标 数值上等于在规定的正常情况下 仪表所允许的引用误差 精确等级 将仪表允许的引用误差 号及 号去掉 和国家规定的精度等级比较后 确定仪表的精度等级国家规定的精确度等级有 高精度等级低0 005 0 02 0 05 0 1 0 2 0 4 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0 标准用表准确测量用表工业上用表 1 精确度 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 21 在实践中常遇到以下两类问题 1 如何给仪表定精度等级 即已知仪表的量程N和与精度等级高一级的标准表校验时的最大绝对误差 求出允许误差 去掉 和国家精度等级比 取相等或低档的精度等级 1 如何给仪表定精度等级 2 如何根据工艺要求选择合适精度等级的仪表或判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 22 例3 某台测温仪表的测温范围为200 700 校验该表时得到的最大绝对误差为 4 试确定该仪表的精度等级 解 该仪表的允许的引用误差为 所以 该测温仪表的精度等级为1 0级 0 5 0 8 1 0 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 23 2 如何根据工艺要求 选择合适精度等级的仪表 判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求 选择合适精度等级的仪表根据工艺条件确定仪表的量程N X上 1 5 2 0 X工艺和工艺允许的最大绝对误差 max 求出 去掉 和 并与国家精度等级相比 取相等或高档的精度等级 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 24 例4 某反应器内的最高温度500 根据工艺要求 最大允许误差不超过 7 试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求 解 根据工艺要求 仪表的量程上限 X上 2XMax 1000 仪表的允许引用误差为 去掉 0 5 0 7 1 0 所以选精度等级0 5的仪表才能满足工艺要求 精度等级1 0的仪表 其允许引用误差为 1 0 超过了工艺上允许的数值 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 25 即仪表的量程N和精度等级都已知 判断仪表是否满足工艺要求 先算出仪表的 允max N 再测出仪表的 测max X指 X0再比较 测max 允max合格 测max 允max不合格 2 如何根据工艺要求 选择合适精度等级的仪表 判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 26 例5 一台精度等级为0 5 量程范为600 1200 的电子电位差计 校验时 其中的某一点最大绝对误差是4 问此表是否合格 解 根据工艺上的要求 仪表的允许误差为 允max N 1200 600 0 5 3 而 测max 4 3 所以此表不合格 需重新进行校验 3 1 3仪表的性能指标 精品课件 27 指在外界条件不变的情况下 用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时 被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差 3 1 3仪表的性能指标 2变差 迟滞误差 注意 减少弹性原件 磁化元件 机械结构中的间隙及运动摩擦可降低迟滞误差 精品课件 28 灵敏度K 是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度 它是指仪表在达到稳定状态以后 仪表输出信号变化 y与引起此输出信号变化的被测参数 输入信号 变化量 x之比 灵敏限 Xmix 引起仪表输出信号发生变化 动作 的被测参数 输入信号 的最小变化量 Xmix 1 2 仪表允许的绝对误差 3 1 3仪表的性能指标 3灵敏度与灵敏限 精品课件 29 表征线性刻度仪表的输出量与输入量的标定曲线与拟合直线的吻合程度 3 1 3仪表的性能指标 4线性度 注意 量程越小 线性化产生的误差越小 分段线性化 精品课件 30 衡量仪表能不能尽快反映参数变化的品质指标 反应时间长 说明仪表需要较长的时间才能给出准确的指示值 那不宜用来测量变化频繁的参数 63 2 A 95 A 指输入量不变时 经过一定的时间后输出量产生变化的现象 是衡量仪表稳定性的重要指标 温漂 零漂 3 1 3仪表的性能指标 5反应时间T 6漂移 精品课件 31 检测仪表显示仪表控制仪表执行器 3 1 4工业仪表的分类 1按仪表使用的能源分类 电动仪表气动仪表液动仪表 2按信息的获得 传递 处理的过程分类 精品课件 32 电子管型 已淘汰 晶体管 将近淘汰 0 10mA 集成电路 应用中 4 20mA 3按仪表的组成形式分类 3 1 4工业仪表的分类 基地式仪表 单元组合仪表 气动单元组合仪表 QDZ 0 02 0 1MPa 电动单元组合仪表 DDZ 精品课件 33 3 2传感器概述 传感器基本概念及组成传感器分类传感器特性及标定新型传感器介绍传感器选用 自学 精品课件 34 教学目的与要求 1掌握各种压力检测仪表的基本原理 2掌握压力表的选用及安装 3 3压力检测与变送 本节思考题 Pg125 10 11 12 14 15 本节作业 1训练压力仪表的选用 Pg125 13课外作业 1查找压力传感器方面的资料 2交流压力传感器资料 精品课件 35 3 3压力检测与变送 1压力 压强 指均匀垂直作用在单位面积上的力 Pa 1N m2 1MPa 106Pa1Kgf cm2 0 1MPa 一概述 精品课件 36 1液柱式压力计 斜管压力计 2弹性式压力计 弹性式压力计加上附加装置 如 记录机构 电气变换装置 控制元件等 则可实现压力的记录 远传 信号报警 自动控制等 皮托管 测速管 二测压仪表的分类 按转换原理的不同 3电气式压力计 3 3 2测压仪表的分类 U型管压力计 单管压力计 精品课件 37 基本原理 使用注意 内径不均匀会改变仪器的零点 两边读数以消除影响 毛细现象的影响 介质为水时 修正值取 30 dmm 为水银时取14 dmm 消除视差 工作液体的膨胀系数较大时 需进行修正 h h B 1液柱式压力计 1 U型管压力计 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 38 2 单管压力计 使用注意 测量对象是正压还是负压 保证容器侧接较高压力 肘管侧接较低压力 基本原理 简化公式 A1h1 A2h2故 A1 A2 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 39 3 微压计 基本原理 使用注意 700 1000 20 30 管子内径2 3mm 以提高灵敏度 3 3 2测压仪表的分类 4 皮托管 测速管 测量原理 通过测取流场中的速度 来测取流量 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 41 补充图 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件 100 1000MPa 横截面为扁圆或椭圆 a b 薄膜式弹性元件 中 低压 铜质的膜片 单片或双片 膜盒 c d 波纹管式压力元件 微压与低压 铜质 e 1 常见弹性元件 2弹性式压力计 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 42 2 弹簧管压力表 15 最常见的弹性式压力计 压力 自由端的位移 表盘指针显示 放大机构 10游丝 克服传动间隙而产生的仪表变差5 6调整螺钉 调整仪表的量程 如图3 15 其测压原理 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 43 注意 弹性元件的不完全弹性因素 弹性滞后 是指由于弹性元件工作时分子间存在摩擦而导致的加载曲线与卸载曲线不重合的现象 如图3 13所示 弹性后效 指弹性元件所受载荷改变后 不是立即完成相应的变形 而是在一定的时间间隔内逐渐完成变形的一种现象 如图3 14所示 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 44 3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 常见的压力传感器和压力变送器有 1霍尔片式压力传感器2应变片式压力传感器3压阻式压力传感器4力矩平衡式压力变送器5电容式压力变送器 组成 由压力传感器 测量电路和信号处理装置 一般有指示仪 记录仪 控制器 微处理机等 组成 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 45 1 霍尔片式压力传感器 霍尔效应及霍尔片式压力传感器如下图所示 补充图霍尔效应 Z轴方向 加一磁感应强度为B的恒定磁场Y轴方向 加一外电场 接入直流稳压电源X轴方向 出现电位差 根据霍尔效应制成 即利用霍尔元件 半导体如锗 将压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势 从而实现压力的测量 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 46 霍尔电势Uh的大小与半导体材料 所通过的电流 磁感应强度以及霍尔片的几何尺寸等有关 霍尔效应及霍尔片式压力传感器如下图所示 补充图霍尔片式压力传感器 RH 霍尔常数 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 47 利用应变片的电阻应变原理构成 即压力应变片产生应变 为压缩应变时 其阻值减小为拉伸应变时 其阻值增大 由桥式电路获得相应的毫伏级不平衡电势 优点 当直流电源10V时 可获得5mA的电势 故被测压力可达25MPa 且动态性能好 适合快速变化的压力测量 金属应变片和半导体应变片 补充图 2 应变片式压力传感器 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 48 优点 精度高 工作可靠 频率响应快 迟滞小 尺寸小 重量轻 结构简单 利用单晶硅的压阻效应构成 其工作原理如图所示 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 补充图 3 压阻式压力传感器 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 49 是一种自平衡的检测仪表 它利用负反馈的工作原理克服元件材料 加工工艺等不利因素的影响 使仪表具有较高的测量精度 一般为0 5级 4 力矩平衡式压力变送器 优点 工作稳定可靠 线性好 不灵敏区小等一系列优点 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 50 DDZ III型电动力矩平衡式压力变送器的工作原理 2 机械力转换部分 双杠杆 F 检测片的位移 同时也起力矩与反力矩的平衡作用 3 位移检测器与电子放大器 检测线圈的电感量 经放大转换为4 20mA的直流信号输出 4 电磁反馈机构 将直流信号转换为作用于副杠杆上负反馈力矩 和输入力矩平衡时 输出电流与被测压力成比例 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 51 力矩平衡式压力变送器的受力分析 力矩平衡式压力变送器的受力分析 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 52 5 电容式压力变送器 优点 结构简单 过载能力强 可靠性好 测量精度高 体积小 重量轻 使用方便等优点 先将压力的变化转换为电容的变化 然后进行测量 3 3 2测压仪表的分类 精品课件 53 1选用 根据工艺要求 全面考虑 具体分析 1 选仪表类型 根据工艺要求 介质性质 环境条件等 如 Y型普通压力表 其外壳为黑色 YA型氨用压力表 其外壳为黄色 YD型氧用压力表 其外壳为蓝色 2 选量程 测稳压时 P上 1 5 2 0 Pmax P下 0 无特殊要求 测波动压力时 P上 2 0 3 0 Pmax为了延长仪表的使用寿命 按 化工自控设计技术规定 还要求 测稳压时 P测 2 3P上测波动压力时 P测 1 2P上测高压时 P测 3 5P上被测最小压力 Pmin 1 3P上 3 选精度 根据工艺允许的最大测量误差来确定 在满足工艺的前提下 一般选精度低 价廉耐用的仪表 3 3压力检测与变送 三压力表的选用及安装 精品课件 54 刻度上限 常用压限 稳定压力 脉动压力 大于或等于 倍正常工作压力 大于或等于 倍正常工作压力 稳定压力 脉动压力 量程上限 小于 两程上限 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 55 工业用 实验室或校验 一般为 级 一般为 级 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 56 防腐型 专用型 腐蚀性介质 膜片式 加隔离装置 粘性结晶介质 防爆型 QDZ型 防爆DDZ型 爆炸性介质 耐高温型 加隔热装置 高温介质 耐振型 剧烈振动 装螺旋型或U型弯曲 蒸汽介质 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 57 指示 0 04MPa以下非危险场所 弹簧管压力表 双管双针压力计 波纹管压力计 0 04MPa以上非危险场所 膜盒微压计 玻璃管压力计 记录 记录式压力计或传递记录仪 远传 远传压力表 压力变送器 调节 基地式指示 记录 调节仪 压力变送器 单元组合 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 58 盘装 多圈螺旋管压力表 矩形压力计 波纹管压力表 现场安装 有电的弹簧管压力表 气动管线和辅助管线安装 远传压力表或压力变送器 几乎所有压力表 200 300的弹簧管压力表 不易看清的场所 60 100的弹簧管压力表 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 59 例5 某台往复式压缩机的出口压力范围为25 28MPa 测量误差不得大于1MPa 工艺上要求就地观察 并能高低限报警 试正确选用一台压力表 指出型号 精度与测量范围 解 由于往复式压缩机的出口压力脉动较大 所以选择仪表的上限值为 p上 2 Pmax 28 2 56MPa查附录一 P95 厉玉鸣 选用YX 150型电接点压力表 测量范围为0 60MPa 由于25 60 1 3 满足被测压力的最小值不低于满量程的1 3 允许误差 1 60 100 1 67 所以选精度等级为1 5级的仪表完全可以满足误差要求 选择的压力表为YX 150型电接点压力表 测量范围为0 60MPa 精度等级为1 5级 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 60 2压力表的安装 1 测压点的选取 选直管段 与介质的流动方向垂直 测液体压力时 取压点在管道下部 测气体压力时 取压点在管道上部 2 引压导管的铺设 内径一般为6 10mm 水平安装时要有一定的倾斜度 便于气体或液体的排放 测易结晶介质 需加伴热管线 取压口与压力计之间加截断阀 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 61 3 压力计的安装 易观测 检修的地方 测蒸汽压力时 加冷凝罐 如图 a 测腐蚀介质时 加隔离罐 如图 b 避震动 高温影响 防泄漏 压力计与取压口不在同一水平面时 应按 P H g进行压力修正 补充图 3 3 3压力表的选用及安装 精品课件 62 教学目的与要求 1掌握热电偶温度计的测温原理 热电偶的热电势方程 工业常用的热电偶及分度号 补偿导线的作用 冷端温度补偿的方法 2掌握热电阻温度计的测温原理 热电阻的电阻值与温度的关系式 工业常用的热电阻及分度号 3掌握热电偶温度计与热电阻温度计的区别 4了解电动温度变送器的作用及原理 5掌握测温元件的安装及布线要求 3 4温度测量 本节思考题 Pg125 16 17 20 21本节作业 P125 18 19 书上无分度表可查 课外作业 1通过网络查找温度传感器 2交流温度传感器资料 精品课件 63 3 4温度检测 一引言特点 按测温范围分 高温计 600 温度计 600 按用途分 标准仪表 实用仪表 按测量方式分 接触式温度计 非接触式温度计 不能直接测量 只能通过热交换间接测量 测温仪表的分类 精品课件 64 接触式温度传感器 非接触式温度传感器 精品课件 65 常用温度计的种类及优缺点见下表 按工作原理分 膨胀式温度计 压力式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计 辐射式高温计 3 4 1温度检测引言 利用物体的热膨胀来测温 利用密闭容器中物质受热后体积膨胀而压力升高的原理来测温 利用导体的热电效应来测温 利用电阻随温度的变化特性来测温 利用物体表面辐射与温度的关系来测温 精品课件 66 补充表常用温度计的种类及优缺点 3 4 1温度检测引言 精品课件 67 3 4 1温度检测引言 精品课件 68 1膨胀式温度计 常见的有 液体膨胀式温度计 如玻璃管温度计固体膨胀式温度计 如双金属温度计 3 4 2测温仪表的分类 二测温仪表的分类 测温原理 是利用物体受热时体积膨胀的性质而制成的 精品课件 69 图3 21双金属片 补充图 双金属温度计 其感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的 由于两片金属片的膨胀长度不同而产生弯曲 温度越高产生的线膨胀长度差就越大 因而引起弯曲的角度就越大 如图3 21 利用双金属片还可做成温度控制器 如图 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 70 2压力式温度计 利用封闭系统中的液体 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的原理制成的 并由压力表来测量压力的变化 从而测得温度 温包 感受温度的变化毛细管 传递压力的变化 D0 1 2 5mm Di 0 15 0 5mm 弹簧管 压力表的弹性元件 补充图 3 4 2测温仪表的分类 测温原理 结构 如图 由三部分组成 精品课件 71 3辐射式温度计 测温原理 基于物体热辐射作用来测量温度 测温范围 800 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 72 4热电偶温度计 3 4 2测温仪表的分类 思考 热电效应的发现 精品课件 73 热电效应的发现 塞贝克效应 1821 德国物理学家塞贝克帕尔帖效应 1834年 法国实验科学家帕尔帖汤姆逊效应 1856年 爱尔兰物理学家汤姆逊 热电偶温度检测仪表 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 74 热电极必须是A B两种不同的材料 热电极的两接点温度不相等 构成闭合回路 1 热电势产生的条件 图3 2热电势的产生 特别提醒 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 75 2 热电势的形成 图3 2热电势的产生 接触电势 两种不同导体的自由电子密度不同 从而在接触点处发生自由电子扩散而形成的电动势 如 Na Nb A B A B点形成由B到A的接触电位差 温差电势 同一种导体中由于自由电子从高温端向低温端迁移而引起的电动势 形成由低温端到高温端的温差电势 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 76 接触电势 两种不同导体的电子密度不同 从而在接触点处发生电子扩散而形成的电动势 如 Na Nb A B A B点形成由A到B的接触电位差 温差电势 同一根导体中电子从高温端向低温端迁移而引起的电动势 如 Et Et0 t t0 形成由低温端到高温端的温差电势 温差电势 接触电势 总电势为 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 77 对于给定热电偶 热电势是其两端温度函数之差 若其冷端温度to恒定 则fAB t0 是定值 因此热电势的大小只依赖于热端温度t 两者一一对应 结论 令fAB t eAB t eB t eA t fAB t0 eAB t0 eB t0 eA t0 EAB t t0 fAB t fAB t0 3 热电势的大小 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 78 匀质导体定律 中间导体定律 标准电极定则 4 热电偶的基本定律 中间温度定律 EAB t tn EAB tn t0 EAB t t0 EAC t t0 ECB t t0 EAB t t0 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 79 5 热电偶测温系统 热电偶 是测温元件 补偿导线和冷端温度补偿 连接导线 用来连接热电偶与测温仪表 测量仪表 用来检测热电偶产生的热电势信号大小 测温系统的组成 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 80 作用 使冷端远离测温现场 并维持冷端温度恒定 性能 与所接的热电偶热电性能相同的廉价金属丝 特点 只改变了冷端的位置 不影响热电偶的工作 使用注意 型号和极性与热电偶配套 补偿导线 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 81 常用测温线路 a 热电偶反向串联 测两点的温度差 b 热电偶正向串联 测多点温度之和 c 热电偶并联 测量多点温度的平均温度 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 82 6 热电偶冷端温度的影响及处理 由于工业上常用的各种热电偶的温度 热电势关系曲线是在冷端温度保持0 的情况下得到的 而且与其配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的 而实践测量时 冷端温度往往高于0 且是不断变化的 从而使测量结果产生误差 所以使热电偶冷端的温度保持0 或进行一定的修正得到准确的测量结果的做法称为冷端温度补偿 为什么热电偶测温要进行冷端温度补偿 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 83 6 热电偶冷端温度的影响及处理 如何将冷端温度保持恒定值 恒温法 计算修正法 3 4 2测温仪表的分类 校正仪表零点法 补偿电桥法 补偿热电偶法 精品课件 84 6 热电偶冷端温度的影响及处理 如何将冷端温度保持恒定值 恒温法 计算修正法 3 4 2测温仪表的分类 校正仪表零点法 补偿电桥法 补偿热电偶法 即通过示值t 和冷端温度t0查分度表求得E t 0 和E t0 0 代入上式求出E t 0 再根据分度表求出被测温度t 精品课件 85 6 热电偶冷端温度的影响及处理 如何将冷端温度保持恒定值 恒温法 计算修正法 3 4 2测温仪表的分类 校正仪表零点法 补偿电桥法 补偿热电偶法 把仪表的指针调整到相当于室温的数值上 由于室温在不断变化 故适合于要求不太高的场合 精品课件 86 6 热电偶冷端温度的影响及处理 如何将冷端温度保持恒定值 恒温法 计算修正法 3 4 2测温仪表的分类 校正仪表零点法 补偿电桥法 补偿热电偶法 适合工业生产的连续测量 利用不平衡电桥 也叫补偿电桥或冷端温度补偿器 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值 如图3 26 精品课件 87 R1 R2 R3 1 锰铜丝绕制 其电阻不随温度而变化 和Rcu 1 铜丝绕制 其电阻随温度的变化而变化 RS为限流电阻 在20 时组成平衡桥路 3 4 2测温仪表的分类 补偿电桥法 精品课件 88 6 热电偶冷端温度的影响及处理 如何将冷端温度保持恒定值 恒温法 计算修正法 3 4 2测温仪表的分类 校正仪表零点法 补偿电桥法 补偿热电偶法 设置补偿热电偶使多支热电偶的冷端温度保持恒定 一般补偿热电偶的工作端置于恒温器中t0 其冷端与多支热电偶的冷端接在温度为t1的接线盒中 则测温仪表的指示值E t t0 所对应的温度 不受接线盒处温度t1的影响 如图所示 精品课件 89 补充图 补偿热电偶法 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 90 7 常见热电偶的种类及结构 种类 工业上常见的热电偶如补充表 注意 不同分度号的热电偶必须与其相对应的显示仪表配套使用 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 91 热电偶的结构 普通型热电偶 由热电极 绝缘管 保护套管和接线盒等主要部分组成铠装热电偶 金属导管 热电偶丝和绝缘材料 氧化镁粉 一起经过复合拉伸成型 表面型热电偶 利用真空镀膜法将热电偶材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶 专门测表面温度 快速热电偶 测高温熔融物体的专用温度计 普通 3 4 2测温仪表的分类 精品课件 92 例1 用分度号为K的镍铬 镍硅热电偶测量温度 在没有采取冷端温度补偿的情况下 显示仪表指示值为500 而这时冷端温度为60 试问 实际温度应为多少 如果热端温度不变 设法使冷端温度保持在20 此时显示仪表的指示值应为多少 已知热电偶分度表如下表所示 精品课件 93 例2用K热电偶测某设备的温度 测得的热电势为20mV 冷端 室温 为25 求设备的温度 如果改用E热电偶来测温时 在相同的条件下 E热电偶测得的热电势为多少 已知K E热电偶的分度号如下表所示 精品课件 94 例3现用一支镍铬 铜镍热电偶测某换热器内的温度 其冷端温度为30 显示仪表的机械零位在0 仪表指示值为400 若认为换热器内的温度为430 对不对 为什么 正确值为多少 已知热电偶的分度号如下表所示 精品课件 95 5热电阻温度计 200 500 铂电阻 新型号为WZP 老型号为WZB 有R0 10 和R0 100 两种 对应的分度号Pt10 Pt100 化工仪表及自动化 附录七 铜电阻 新型号为WZC 老型号为WZG 有R0 50 和R0 100 两种 对应的分度号Cu50 Cu100 化工仪表及自动化 附录九 3 4 2测温仪表的分类 1 测温原理 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性进行温度测量的 电阻值与温度的关系 电阻温度系数 R0 温度为t0 时电阻 2 工业上常用的热电阻 特点 精品课件 96 普通型热电阻 由电阻体 保护套管和接线盒等主要部分组成 铠装热电阻 将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套连成一体 体积小 抗震性强 可弯曲 热惯性小 使用寿命长 薄膜热电阻 将热电阻材料通过真空渡膜法 直接蒸渡到绝缘基底上 体积小 热惯性小 灵敏度高 补充图 3 4 2测温仪表的分类 3 热电阻结构 p93 表3 4热电阻的结构及特点 精品课件 97 3 4 3测温仪表的选用与安装 1测温仪表的选用 P93表3 5 精品课件 98 3 4 3测温仪表的选用与安装 感温点处于流速最大处 热电偶 铂电阻 铜电阻的保护套末端应分别越过流束中心线5 10mm 50 70mm 25 30mm 有足够的插入深度 2测温元件的安装要求 保证测温元件与流体接触充分 测温元件应迎着被测流体流向插入 精品课件 99 当管道直径 80mm 应接扩压管 补充图小工艺管道测温元件安装示意图 补充图测温元件安装示意图 应插在有保温层的管道或设备处 测温元件安装在负压管道中 应保证密封性 接线盒的面盖应朝上 避免其他液体进入接线 3 4 3测温仪表的选用与安装 精品课件 100 按规定的型号配用热电偶补偿导线 热电阻的线路电阻要符合所配的二次仪表的要求 导线应穿入钢管或走槽板 导线应尽量避免接头 导线应尽量避开交流动力线 补偿导线不应有中间接头 否则应加接线盒 最好与其他导线分开铺设 3 4 3测温仪表的选用与安装 3布线要求 精品课件 101 3 5流量测量 1了解各种流量计的测量原理 2差压式流量计的流量方程式及安装时的要求 3转子流量计的流量方程式及测量不同介质时的修正 本节思考题 Pg126 22 24本节作业题 Pg126 23 25课外作业 查阅新型流量测量技术及仪器方面的资料 教学目的与要求 精品课件 102 一基本概念 瞬时 流量 指单位时间内流过管道某一截面的流体的数量总量 指在一段时间内流过管道的流体流量的总和体积流量 Q 单位时间内流过的流体以体积表示的 叫体积流量 m3 h L h L min 质量流量 M 单位时间内流过的流体以质量表示的 叫质量流量 t h Kg h Kg s M Q 或Q M 流量计 测量流体流量的仪表叫流量计计量计 测量流体总量的仪表叫计量计 3 5流量测量 精品课件 103 二流量测量仪表的分类 差压式流量计 转子流量计电磁流量计 涡轮流量计靶式流量计 堰式流量计 椭圆齿轮流量计活塞式流量计 惯性式流量计补偿式流量计 3 5流量测量 精品课件 104 1差压式流量计 16 基于流体流动的节流原理 利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的 标准信号 4 20mA 流量信号 压差信号 节流装置 压差变送器 力矩平衡式 电容式压差变送器 适合 测大流量 大管径 D 50mm 3 5 2流量测量仪表的分类 原理 精品课件 105 流体在有节流装置的管道中流动时 在节流装置前后管壁处 流体的静压力产生差异的现象 如图3 18孔板装置及压力 流速分布图 在实践中 一般是在孔板前后的管壁上选两个固定的取压点 来测量流体在节流装置前后的压力变化 所以测得的压差与流量之间的关系 与取压点和测压方式的选择有关 1 节流现象 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 106 2 标准节流装置 节流件 取压装置 标准孔板 结构简单 安装方便 适合大流量测量标准喷嘴标准文丘管 流体在喉部未达到音速 节流件 3 5 2流量测量仪表的分类 补充图节流元件 精品课件 107 环室结构 D 50 520mmP 6 4MPa 单独钻孔结构 D 50 1000mmP 2 5MPa 角接取压方式法兰取压法 取压方式 补充图 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 108 3 差压式流量计组成 由节流装置 引压导管 压差变送器 二次仪表组成 注意 1 三阀组的操作原则 不能让引压导管内的凝结水或隔离液流失 不可使测量元件 膜盒或波纹管 受压或受热 2 三阀组的启动顺序先打开平衡阀 打开正阀门 打开负阀门 关闭平衡阀 3 三阀组的停用顺序先打开平衡阀 关闭正阀门 关闭负阀门 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 109 4 流量基本方程 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 110 P1 p1 P2 P2实测p1 p2 修正 修正系数 与取压位置 流动损失及流速分布有关 不可压缩流体流量方程 可压缩流体的流量方程 质量流量 体积流量 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 111 流量系数 与节流装置型式 尺寸 取压方式 工艺条件有关 对标准节流装置可查表 非标准节流装置由实验确定 膨胀校正系数 查手册 对不可压缩液体 取 1 1 节流装置前的流体密度 F0 节流装置的开孔截面积 P 节流装置前后实测的压力差 注意 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 112 5 差压式流量计的测量误差 测量误差原因有 被测流体工作状态有变动 如果实际使用时被测流体的工作状态 温度 压力 湿度 以及相应的流体密度 粘度 雷诺数等参数数值与设计计算时不同 节流装置安装不正确或节流装置不清洁 孔板入口边缘的磨损 会引起指示值偏低 导压管安装不正确 或有堵塞 渗漏现象 差压计或差压变送器的安装或使用不正确 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 113 6 压差式流量计的使用及特点 GB2624 81 国际标准有ISO5176 使用范围 管径为50 1000mm 测量范围 1 5 100000m3 h 精度 1 2 安装要点 因压力损失大 特点 变压差恒流通面积 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 114 2转子流量计 恒压降 变节流面积来测量流量的大小 即转子流量计采用的是恒压降 变节流面积的流量测量方法 流量信号 转子位置的高低 由平衡条件得到 V tg V fg P1 P2 AV 转子的体积 t 转子材料的密度 f 被测流体的密度P1 P2 转子前后的流体的压力A 转子的最大截面 P P1 P2 V t f g A 3 5 2流量测量仪表的分类 1 工作原理 精品课件 115 即 流量与流通截面F 即转子浮起的高度h 有关 2 转子流量计的流量方程式 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 116 3 电远传式转子流量计 流量变送和电动显示转子的运动 差动变压器的铁心运动流量信号 电信号 补充图 3 5 2流量测量仪表的分类 补充图 精品课件 117 4 转子流量计指示值的修正 转子流量计上的刻度是以标况 20 0 10133MPa 下 水或空气的流量进行标定的 当被测介质的密度和工况不同时 必须对密度 温度 压力进行修正 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 118 5 转子流量计的使用和特点 使用 系列化 出厂以空气标定 若被测介质不是空气应重新标定 测量范围 0 001 3000m3 h 管径范围 4 150mm 精度 1 2 5 特点 可测小流量 无压力损失 恒压差变流通面积 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 119 3椭圆齿轮流量计 17 适用于高粘度介质的流量测量 测量精度高 压力损失小 安装使用方便 但是使用时被测介质中不能含有固体颗粒 不能夹杂机械物 补充图椭圆齿轮流量计结构原理 3 5 2流量测量仪表的分类 工作原理 使用特点 齿轮转动把被测介质以半月形容积为单位一次次地由进口排至出口 因此Q 4nV0 精品课件 120 4涡轮流量计 将流体的流速 流量 转换为安装在管道内涡轮的转速 然后通过磁电感应转换器将转速信号转换为相应的电信号的频率来进行测量的 在规定的流量范围和一定的流体粘度下 转速与流速 流量 成线性关系 补充图 3 5 2流量测量仪表的分类 测量原理 精品课件 121 安装方便 测量精度高 可耐高压 响应快 可测脉动信号 输出信号为电频率信号 便于远传 不受干扰 缺点 易磨损 故一般要加过滤器 为使流向比较平稳 其前后应保证有一定的直管段 3 5 2流量测量仪表的分类 4涡轮流量计 使用特点 精品课件 122 5电磁流量计 基于电磁感应定律工作的 它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的 电磁流量计由变送器和转换器组成 3 5 2流量测量仪表的分类 测量原理 精品课件 123 1 由于没有可动部件和插入管道的阻力件 没有使流体收缩和改变流体的流束 所以压力损失小 无堵塞 对测量导电性液体是较为合适的 另外 由于电磁的衬里和电极是防腐的 所以也可用来测量腐蚀的流量 2 流速测量范围很窄 0 5 10m s 口径从1mm到2mm以上 反应快 惰性小 可用于测量脉动流体 双相流体以及灰浆等含固体颗粒的液体流量 5电磁流量计 3 5 2流量测量仪表的分类 使用特点 精品课件 124 6旋涡流量计 卡曼涡街流量计 卡曼涡街现象 当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时 若该物体的几何尺寸适当 则在物体的后面 沿两条平行直线上产生整齐排列 转向相反且上下交替的涡列 涡列的个数 即涡街频率和流体的流速成正比 因而通过测旋涡频率 热敏检测法 电容检测法 应力检测法 超声检测法 就可知道流体的流速 从而测出流体的流量 补充图卡慢涡街 3 5 2流量测量仪表的分类 测量原理 利用流体有规则的旋涡剥离现象 卡曼涡街现象 来测量流体流量的仪表 即利用流体自然震荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计 精品课件 125 旋涡频率 6旋涡流量计 卡曼涡街流量计 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 126 超声流量计是使用压电材料镐钛酸铅 PZT 晶体制成的 能将电能转换成声能的元件 是通过检测流体流动时对超声束 或超声脉冲 的作用 以测量体积流量的仪表 使用超声流量传感器的方法有 传播时间法 多普勒效应法 波束偏移法 相关法 噪声法 3 5 2流量测量仪表的分类 7超声流量传感器 精品课件 127 超声流量传感器示意图 7超声流量传感器 3 5 2流量测量仪表的分类 精品课件 128 3 5 3流量测量仪表的选用 要考虑流体的性质和状态 要考虑工艺允许的压力损失 最大 最小额定流量 应注意使用场合的特点 测量精度的要求以及显示的方式等等 精品课件 129 3 6物位检测及仪表 教学要求与学习目标 1了解各种液位计的测量原理2重点掌握差压式液位计测量过程中的零点迁移的意义及正 负迁移量的计算 本节思考题 Pg126 26 27 28课外作业 查阅资料 了解新型物位检测及仪表的工作原理 精品课件 130 液位 容器中液体介质的高低料位 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度液位计 测量液位的仪表料位计 测量料位的仪表界面计 测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表 3 6物位检测及仪表 3 6 1概述 精品课件 131 直读式物位仪表 玻璃管液位计 玻璃板液位计 压差式物位仪表 压力式和差压式物位仪表 利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理工作 浮力式物位仪表 利用浮子高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子的浮力随液位高度而变化的原理工作 可分为浮子带钢丝绳的 浮球带杠杆的和沉筒式的几种 测量物位的仪表 按工作原理分 3 6物位检测及仪表 3 6 1概述 精品课件 132 电磁式物位仪表 使物位的变化转换为一些电量的变化 通过测出这些电量的变化来测知物位 它又可分为电阻式 即电极式 电容式和电感式物位仪表等 还有利用压磁效应的物位仪表 核辐射式物位仪表 利用核辐射透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理而工作的 目前应用较多的是 射线 声波式物位仪表 由于物位的变化引起声阻抗的变化 声波的遮断和声波反射距离的不同 测出这些变化就可测知物位 所以声波式物位仪表可以根据它的工作原理分为声波遮断式 反射式和阻尼式 光学式液位计量仪 利用物位对光源的遮断和反射原理工作 它利用的光源可以有普通白炽灯光或激光等 3 6物位检测及仪表 3 6 1概述 精品课件 133 测量原理 自身重力 所受浮力 设浮子所受外力为F 当浮子处于平衡状态时有 液位上升 h时浮力增加 F 设F 不变 则有F F F G 因此浮子上移达到一新的平衡位置 浮子位置表示了新液面的位置 1浮力式液位计 1 恒浮力式液位计 3 6 2液位计分类 精品课件 134 浮子的结构形式 浮力式液位计的不灵敏区 与浮子的直径D的平方成反比 即直径D越大 灵敏度越高 3 6 2液位计分类 精品课件 135 恒浮力液位计结构形式 差异 浮子位移的传递 放大和显示方式 类别 机械式 电气式 3 6 2液位计分类 精品课件 136 误差分析产生测量误差的因素 仪器灵敏度的高低 在腐蚀性工作环境中 浮子被浸蚀而造成质量减轻 当测量粘度较大的液体时 由于浮子上粘一些液体 而使浮子质量增加 由于温度变化引起液体各点处的密度不同 2 变浮力式液位计变浮力式液位计是通过感受元件将液位变化转化为力的变化 再将力的变化转化为机械位移 然后通过转换装置将位移转换为电信号 3 6 2液位计分类 精品课件 137 如图所示 研究圆筒形浮子的受力 得 当液位发生变化时 新的平衡关系为 液位变化量与浮筒位移成正比 浮筒上安装指针可直接指示液位 安装铁芯和差动变送器可输出电信号 3 6 2液位计分类 2 变浮力式液位计 精品课件 138 2静压式液位计 1 测量原理 静压式液位计是通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位的仪表 2 静压式液位计的结构形式 玻璃管液位计 连通器原理 压力式液位计 利用测压仪表来测量液位 有压力表测液位系统 法兰式压力变送器测量液位系统 吹气式液位测量系统等三种测量系统 3 6 2液位计分类 精品课件 139 3 6 2液位计分类 精品课件 140 法兰式压力变送器测量系统 适用于测量液体粘度大 易结晶 不便于管路输送的测量场合 3 6 2液位计分类 精品课件 141 吹气式液位测量系统 适用于易腐蚀 高粘度或密度不均匀的测量场合 3 6 2液位计分类 精品课件 142 3压差式液位计 密闭容器 液面处的气压随液位高度发生变化 3 6 2液位计分类 精品课件 14