温流量液位测量学习教案

1、会计学1温流量温流量(liling)液位测量液位测量第一页，共89页。测温方式 测温仪表 测温范围 主要特点 接触式 膨胀式 玻璃液体 100600 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，不能远传 双金属 80600 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有限 热电效应 热电偶 2001800 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需自由瑞温度补偿，在低温段测量精度较低 热阻效应 铂电阻 200600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；不能测高温 铜电阻 50150 半导体热敏电阻 5015

2、0 灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制 非接触式 非接触式 辐射式 03500 不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物体的温度；易受外界环境的影响，标定较困难 第1页/共88页第二页，共89页。第2页/共88页第三页，共89页。 热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成(z chn)的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及及 t0 的热源中，的热源中，则在该回路内就会产生热电势。则在该回路内就会产生热电势

3、。ABBA图图3-37 热电偶示意图A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)图图3-38 热电现象第3页/共88页第四页，共89页。A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet 第4页/共88页第五页，共89页。热电偶的输出信号热电偶的输出信号(xnho)(xnho)是毫伏信号是毫伏信号(xnho)(xnho)，毫伏信，毫伏信号号(xnho)(xn

4、ho)的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。成热电偶，都会产生热电势。但如何来检测热电偶产生的毫伏信号但如何来检测热电偶产生的毫伏信号(xnho)(xnho)呢？呢？因为要测量毫伏信号因为要测量毫伏信号(xnho)(xnho)，必须在热电偶回路中串接，必须在热电偶回路中串接毫伏信号毫伏信号(xnho)(xnho)的检测仪表，那串接的检测仪表是否会的检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？产生额外

5、的热电势，对热电偶回路产生影响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。tt0ABCC毫伏计第5页/共88页第六页，共89页。如果如果(rgu)(rgu)断开冷端，接入第三种导体断开冷端，接入第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的接触处的温度均为温度均为t0t0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( , )( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt te

6、tetet于是于是(ysh)(ysh)可得可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种导导体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。热电偶回路中的热电势均没有影响。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电

7、偶的输出。测量而不影响热电偶的输出。 tt0ABCC毫伏计第6页/共88页第七页，共89页。例：求热电偶回路例：求热电偶回路(hul)(hul)的电势。的电势。 已知：已知：eAB(240)=9.747mVeAB(240)=9.747mV，eAB(50)=2.023mVeAB(50)=2.023mV，eAC(50)=3.048mVeAC(50)=3.048mV，eACeAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。 解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)， 而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(5

8、0)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E= e E= eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中间导体解二：利用中间导体(dot)(dot)定律定律 E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10) E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10) = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)

9、-eCA(50)=10.181 mV 。 第7页/共88页第八页，共89页。如果热电偶如果热电偶ABAB在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶CDCD在同一温度范围内所在同一温度范围内所产生的热电势相等，即产生的热电势相等，即 ，则这两支热电偶在该温度，则这两支热电偶在该温度范围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。范围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。 00( , )( , )ABCDEt tEt tt0tAAABBBDCtt0tctc例例 如左图，设如左图，设 ，证明该回路的总热电势为证明该回路的总热电势为 00( ,

10、)( , )ABcCDcEt tEt t0( , )ABEt t第8页/共88页第九页，共89页。某热电偶，热端温度某热电偶，热端温度(wnd)(wnd)为为t t，冷端温度，冷端温度(wnd)(wnd)为为tctc，显然冷端温度，显然冷端温度(wnd)(wnd)难以实现恒定，怎么办？难以实现恒定，怎么办？DC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB可以可以(ky)(ky)把热电偶做得很长，一直到控制室。把热电偶做得很长，一直到控制室。把冷端温度把冷端温度(wnd)(wnd)延伸到控制室，变为延伸到控制室，变为t0t0，恒定，恒定t0t0

11、比较容易比较容易此时，测得的热电势为此时，测得的热电势为00( , )( , )( , )ABcABcABEt tEt tEt t但热电偶一般为（较）贵重的金属，采用如图所示的延伸方式将需要大量的贵金属材料，不妥。但热电偶一般为（较）贵重的金属，采用如图所示的延伸方式将需要大量的贵金属材料，不妥。如果选用一组较廉价的材料（如果选用一组较廉价的材料（C C、D D），且），且CDCD在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶ABAB在同一温度范围内在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用所产生的热电势相等，就可以用CDCD来替代来替代ABAB的延伸段。的延伸

12、段。00( , )( , )( , )ABcCDcABEt tEt tEt tCDCD即为热电偶即为热电偶ABAB的补偿导线，通常的补偿导线，通常CDCD采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在0 0100100范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有几乎完全相同的热电性质。范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有几乎完全相同的热电性质。在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，热电偶与补偿导在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于线连接处的

13、温度一般不能高于100100。 第9页/共88页第十页，共89页。从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来(yn li)(yn li)测量温度。测量温度。但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线

14、性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。偶材料只有几种。 附录附录(fl)(fl)中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是以以t0t000为基准进行分度的。为基准进行分度的。当当t t00时，所有型号热电偶产生的热电势为时，所有型号热电偶产生的热电势为0mV0mV；当当t0t0时，热电势为负值。时，热电势为负值。在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶

15、中，相同温度条件下B B型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。如果型最大。如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的非线性关系。即：把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的非线性关系。即：00( , )()ABEt tK tt第10页/共88页第十一页，共89页。例例 用用K K型热电偶来测量型热电偶来测量(cling)(cling)温度，在冷端温度为温度，在冷端温度为t0t02525时，测得热电势为时，测得热电势为22.9mV22.9mV，求被测介质的，求被测介质的实际温度。实际温度。 解解1 1： 根据根据(gnj)(gnj

16、)题意有题意有 ( ,25)22.9KEtmV由由K K型热电偶的分度表查出型热电偶的分度表查出 (25,0)1.000KEmV因此因此(ync)(ync)有有( ,0)( ,25)(25,0)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmVmV反查分度表有反查分度表有23.923.629570*10576.424.05523.629tC第11页/共88页第十二页，共89页。中间导体中间导体(dot)(dot)定律定律拆开冷端，串入拆开冷端，串入“毫伏计毫伏计”，可以测量，可以测量(cling)(cling)热热电势，而不影响总的热电势电势，而不影响总的热电势等值替代定律等值替代定律利用补偿

17、导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高和不利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内由于操作室内的温度往往高于由于操作室内的温度往往高于00，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为00，或者进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，或者进行必要的修正和处

18、理才能得出准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法：目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法： 冰浴法冰浴法计算修正法计算修正法第12页/共88页第十三页，共89页。ttc热电偶补偿导线毫伏计0恒温装置t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+图344 电桥补偿法第13页/共88页第十四页，共89页。t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+00( , )( )abE t tUt000( , )( )(

19、, )abE t tUtE t t第14页/共88页第十五页，共89页。1R1RCuR2R0( , )E t t0( , )E t tIIab00( , )( , )abE t tE t tU2()abCuUI RR00000( )( )1()CuCutRtRttt20( )CuRRt如果满足：0000( )()abCutUIRttt则：00( , )( , )E t tE t t事实上和的差值可以近似为：0000( , )( , )()E t tE t ttt 000000( )()()CutRtttItt如果使：00( )CutRtI即：可以满足冷端温度补偿00( )CutRtI补偿电阻的

20、阻值取决于：、 、第15页/共88页第十六页，共89页。热电偶广泛应用于各种条件热电偶广泛应用于各种条件(tiojin)(tiojin)下的温度测量，尤其适用于下的温度测量，尤其适用于500500以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。热电偶是实际应用最广泛的两种结构。 接线盒保护套管绝缘管热电偶安装法兰引线口普通型热电偶主要普通型热电偶主要(zhyo)(zhyo)由热电极、绝缘管、保由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要护套管和接线盒等主要(zhyo)(zhyo)部分组成。部分组成。贵重金属热电极的直径一般为贵重金属

21、热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属热电极的直径一般为，普通金属热电极的直径一般为0.50.53.2mm3.2mm；热电极的长度由安；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为装条件和插入深入而定，一般为3503502000mm2000mm。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式第16页/共88页第十七页，共89页。热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构铠

22、装型热电偶是由热电极、绝缘材料铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料(ju (ju yun ci lio)yun ci lio)和金属套管三者经过拉伸加工和金属套管三者经过拉伸加工成型的成型的金属金属(jnsh)(jnsh)套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等等保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。铠装热电偶具有动

23、态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。置上，应用十分广泛。 第17页/共88页第十八页，共89页。第18页/共88页第十九页，共89页。在工业应用中，热电偶一般适用于测量在工业应用中，热电偶一般适用于测量500500以上的较高温度以上的较高温度(wnd)(wnd)。对于。对于500500以下的中、以下的中、低温度低温度(wnd)(wnd)，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等

24、的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度(wnd)(wnd)区域，冷端温度区域，冷端温度(wnd)(wnd)的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度(wnd)(wnd)，一般使用热电阻温度，一般使用热电阻温度(wnd)(wnd)测量仪表较为合适。测量仪表较为合适。：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示： 001()ttRRtt式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度为温

25、度t t0 0( (通常通常t t0 00 0) )时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度系数。为温度系数。 tR0tR第19页/共88页第二十页，共89页。式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 A A、B B是取决于半导体材料和结构的常数是取决于半导体材料和结构的常数 tRB ttRAe热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有性较差，非线性严重，测温范围只有5050300300左右，大量用于家电和汽车用左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控

26、制。温度检测和控制。金属热电阻一般金属热电阻一般(ybn)(ybn)适用于测量适用于测量200200500500范围内的温度测量，其特点范围内的温度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛。测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛。 第20页/共88页第二十一页，共89页。第21页/共88页第二十二页，共89页。ER1R2R3iUtRtRsI*istUIRtRiRrr2itRRr第22页/共88页第二十三页，共89页。ER1R2R3iUtRIIrrr33()()()iABCBttUUUI RrI RrI RR3RtRsI*istUIR第23页

27、/共88页第二十四页，共89页。第24页/共88页第二十五页，共89页。第25页/共88页第二十六页，共89页。第26页/共88页第二十七页，共89页。I1I2VT1第27页/共88页第二十八页，共89页。11()itCuwUEI RRoiIKU11()tCuwK EI RR第28页/共88页第二十九页，共89页。I2I1VT11211101()iBDtWttwUUI RI RIRI RR01101()ttWIKIRKI RR第29页/共88页第三十页，共89页。第30页/共88页第三十一页，共89页。输入板包括多路转换器、信号调理电路、AD转换器和隔离部分，其作用是将输入信号转换为二进制的数

28、字信号，传送给CPU，并实现输入板与主电路板的隔离。 用于热电偶的冷端温度补偿 核心核心采样、计算(控制)、输出 产生并输出满足FF标准的数字信号 显示 第31页/共88页第三十二页，共89页。第32页/共88页第三十三页，共89页。第33页/共88页第三十四页，共89页。第34页/共88页第三十五页，共89页。第35页/共88页第三十六页，共89页。第36页/共88页第三十七页，共89页。第37页/共88页第三十八页，共89页。光纤结构光纤结构(jigu)第38页/共88页第三十九页，共89页。第39页/共88页第四十页，共89页。光在光纤中的传输(chun sh)第40页/共88页第四十一

29、页，共89页。第41页/共88页第四十二页，共89页。光在光纤中的传输光在光纤中的传输(chun sh)第42页/共88页第四十三页，共89页。光纤传感器的分类光纤传感器的分类(fn li)第43页/共88页第四十四页，共89页。第44页/共88页第四十五页，共89页。半导体吸收式光纤温度传感器第45页/共88页第四十六页，共89页。第46页/共88页第四十七页，共89页。第47页/共88页第四十八页，共89页。 (a)逆流 (b)正交 (d)弯头图3-56 温度检测元件的安装示意图第48页/共88页第四十九页，共89页。第49页/共88页第五十页，共89页。第50页/共88页第五十一页，共8

30、9页。vAqvdAvA0tvvQq dtmvqqmvQQ第51页/共88页第五十二页，共89页。第52页/共88页第五十三页，共89页。(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管第53页/共88页第五十四页，共89页。1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp第54页/共88页第五十五页，共89页。1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqApqAp第55页/共88页第五十六页，共89页。HhDd第56页/共88页第五十七页，共89页。aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体第57页/共88页第五十八页，共89页。l1l2法兰取压法兰取压l1(D)

31、l2(D/2)DD/2取压取压第58页/共88页第五十九页，共89页。节流(ji li)装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp第59页/共88页第六十页，共89页。第60页/共88页第六十一页，共89页。第61页/共88页第六十二页，共89页。HhDdP( )P( )P( )P( )P( )P( )第62页/共88页第六十三页，共89页。h第63页/共88页第六十四页，共89页。()tfVgpA 2vfqhp2 ()tffVghA2 ()tffmVgqhA第64页/共88页第六十五页，共89页。02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq第65页/共88页第六十六页，共89页。0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4( / )L s0()*