化工仪表及自动化教案

1、化工仪表及自动化教案绪论内容提要：1 .化工自动化的含义2 .化工生产过程自动化的目的3 .化工自动化的发展情况4 .化工仪表及自动化系统的分类5 .本学科的作用1 .化工自动化的含义是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。2 .化工生产过程自动化的目的加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。减轻劳动强度，改善劳动条件。能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。生产过程自动化的实

2、现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。3 .化工自动化的发展情况20世纪40年代以前绝大多数化工生产处于手工操作状况， 操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大，见图。20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。20世纪70年代以来，化工自动化技术又有了新的发展已发展为综合自动化，应用的领域和规模越来越大；显示了知识密集化、高技术集成化的特点；智能化程度日益增加。20世纪末，计算机

3、、信息技术的飞速发展，引发了自动化系统结构的变革。4 .化工仪表及自动化系统的分类需要测量和控制的参数是多种多样的，主要有热工量（压力、流量、液位、温度）和成分（或物性）量。化工自动化仪表按其功能分为：检测、显示、控制仪表和执行器。由上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种自动化系统。5 .本学科的作用化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。2学时图1-2人匚操作图对于熟悉化学工程学科的人员，如能再学习和掌握一些检测技术和控制系统方面的知识，必能在推进中国的化工自动化事业中，起到事半功倍的作用

4、。第一章检测仪表基本知识内容提要：1 .测量过程与测量误差2 .仪表的性能指标3 .工业仪表的分类4学时（3学时讲授，1学时习题巩固）1.测量过程和测量误差测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。绝对误差XiXt式中：Xi仪表指示值，K被测量的真值。由于真值无法得到XX0式中：X被校表的读数值，X。标准表的读数值相对误差XX。yX。X。2.仪表的性能指标精确度（简称精度）一两大影响因素：绝对误差和仪表的测量范围说明：仪表的测量误差可以用绝对误差

5、A来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Ama为相对百分误差maX允许误差仪表允许的最大绝对误差值-100%测量范围上限值测量范围下限值小结：仪表的B允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的B允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“土”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。例：某台测温仪表的测温范围为200700C,校验该表时得到的最大绝对误差为+4C,试确定该仪表的精度等级。解该仪表的

6、相对百分误差为4100%0.8%700200如果将该仪表的8去掉“+”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精100%测量范围上限值测量范围下限值度等级为1.0级。例：某台测温仪表的测温范围为。1000Co根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过土7C,试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解根据工艺上的要求，仪表的允许误差为7100%0.7%10000如果将仪表的允许误差去掉“土”号与“”号，其数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为土1.0%,

7、超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。小结：根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大

8、相对百分误差。变差：变差是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（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）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。卡以最大绝对差值工测量范围上限值测量范围下限值0灵敏度与灵敏限：仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即Sx式中：S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；X为引起所需的被测参数变化量。仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往

9、用分辨力表示。分辨率：对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。最大绝对无值最大绝对无值不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。线性度： 线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。反应时间：反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说

10、明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表的反应时间有不同的表示方法：a.当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。b.仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2%（95%）所用的时间,可用来表示反应时间。3.工业仪表的分类按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表（常用）、液动仪表常用电动仪表优缺点：优点：以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。缺点：一般结构较复杂；易受温度、湿度、

11、电磁场、放射性等环境影响。按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类检测仪表：作用是获取信息，并进行适当的转换。显示仪表：作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。集中控制装置：包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表：可以根据需要对输入信号进行各种运算。执行器：可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。各类仪表的作用，如图：一中控一中控| | |显示仪表显示仪表TTTTTT- -jjnjjni iI I生产过悭生产过悭I I-I-I检测仪表一检测仪表一执行器执行器- -控制仪表控制仪表按仪表的组成形式分类分为基地式仪表和单元组合仪表。基地式仪表特点是将测量、显示

12、、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。fmax仪表量程100%被被测变量测变量注意： 化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。 国产的电动单元组合仪表简称DDZ仪表；气动单元组合仪表简称QD旗

13、表。第二章压力检测1 .压力单位及测压仪表压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。FpS式中，p表7K压力；F表7K垂直作用力；S表7K受力面积。压力的单位为帕斯卡，简称帕（PaPa）1Pa1MPa为了使大家了解国际单位制中的压力单位（种单位之间的换算关系表。1Nm21106PaPa或MPa与过去的单位之间的关系，下面给出几压力单位帕/Pa兆帕/MPa工程大气压（kgf/cm2）/物理大气压/atm汞柱/mmHg 水柱/mH2O/2)/(1b/in2)巴/bar帕11X1061.0197X105-9.869X10-67.501X10-1.0197X10-341.450X10-41X10-5兆帕

14、1X106110.1979.8697.501X1031.0197X1021.450X10210工程大气9.807X1049.807X10-210.9678735.610.0014.220.9807压物理大气 1.0133X1050.101331.0332176010.3314.701.0133压汞柱 1.3332X102水柱 9.806X1031.3332X10-49.806X10-31.3595X1030.1000-1.3158X10-30.0967810.013673.5511.934X10-21.4221.3332X10-30.09806（磅/英6.895X1036.895X10-30.

15、070310.0680551.710.703110.06895寸2）巴1X1050.11.01970.9869750.110.19714.501在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。内容提要:1.2.3压力单位及测压仪表弹性式压力计电气式压力计智能式变送器压力计的选用及安装5学时p表压p绝对压力p大气压力当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。p真空度p大气压力p绝对压力测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。液柱式压力计它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。按其结构形式的不同有U形管压力计、单管压力计等优点：这类压力计结构简单、使用方

16、便缺点：其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。电气式压力计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。活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的。优点：测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。缺点：结构较复杂，价格较贵。2.弹性式压力计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。优点：具有结构简

17、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，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。弹簧管压力表分类：使用的测压元件：单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。用途：普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管；2拉杆；3一扇形齿轮；4一中心齿轮；5指针；6一面板；7游丝；8调整螺丝；9接头基本测量原理单圈弹簧管是一根弯成270。圆弧的椭圆截面的空心

18、金属管子。管子的自由端 B B 封闭，另一端固定在接头9上。当通入被测的压力 p p 后，由于椭圆形截面在压力 p 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 B 产生位移。输入压力 p 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 B 的位移成正比，所以只要测得 B B 点的位移量，就能反映压力 p p 的大小。注意：弹簧管自由端 B 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。警惕：在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。

19、这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。电接点信号压力表：1,4静触点；2动触点；3绿灯；5红灯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压力表指针上有动触点过上限给定数值时，2和值时，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。3.电气式压力计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。优点：该仪表的测量范围较广，分别可测

20、7X10-5Pa至5X102MPa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。组成（电气式压力计组成方框图）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。几种常见的传感器或变送器：霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由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。霍尔电势可用下式表不UHRHBI式中，U UH为霍尔电势；R RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B B 为磁感应强度；I I 为控制

21、电流的大小。注意：霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和 I I 值可增大霍尔电势 UH,UH,但两者都有一定限度，一般 I I 尔电势 U UH约为几十毫伏数量级。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图所示：霍尔片式压力传感器。1弹簧管；2磁钢；3霍尔片当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。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

22、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），再通过桥式电路为320mAB约为几千高斯，所得的霍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。如图：应变片压力传感器示意图压阻式压力传感器如图：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；6一等效电阻工作原理：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

23、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。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。力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪表，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）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优点。以DDZ-m型电动力矩平衡压力变送器为例，如图：DDZ-m型电动力矩平衡压力变送器示意图1测量膜片；2轴封膜片；3一主杠杆；4矢量机构5量程调整螺钉；6

24、一连杆；7一副杠杆；8检测片（衔铁）；9差动变压器；10反馈动圈；11放大器；12一调零弹簧；13永久磁钢DDZ-ni型系列为直流24V供电，输出420mA（D。,两线制，安全防爆。被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi。即FfPf为膜片的有效面积。该变送器是按力矩平衡原理工作的。根据主、副杠1应变筒；2外壳；3密封膜片杆的平衡条件可以推导出被测压力当主杠杆平衡时，应有KptanKi高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。4 .智能式变送器p p 与输出信号 I I0的关系。由以上两式

25、:式中:lil2FiliF1I2分别为Fi、Fi离支点 O O 的距离。式中，Fi卜fpKipl2KJ1fKi-f12为一比例系数。F2F1tanF2I3K1ptanFf14式中：l3分别为F2及电磁反馈力离支点Q的距离。FfK2I0代入上式:F2=K210K310l3联立F2FitanK1ptanF2K2IoK3IoI3式中,K3为转换比例系数电容式压力变送器电容式压力变送器是一种开环检测仪表,具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA(D。电流信号。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。原理图。如图：电容式差压变送器智能型压力或差

26、压变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。特点：可进行远程通信利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。以美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051c型智能差压变送器为例介绍其工作原理。如图：3051C型智能差压变送器（420mA方框图（图2-9）3051c型智能差压变送器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。如图：手持通信器的连接示意图实现的功能：（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器

27、的校准（4）自诊断注意：要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送器与手持通信器结合使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。5 .压力计的选用与安装压力计的选用：压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，一般考虑以下几个问题：仪表类型的选用；仪表测量范围的确定；仪表精度级的选取例：某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa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

28、上限值为P1Pmax228256MPa根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa251由于603,故被测压力的最小值不低于满量程的1/3,这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为1100%1.67%60所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa精度等级为1.5级。压力计的安装（1）测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。2测量流动介质的压

29、力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。3测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。（2）导压管铺设4导压管粗细要合适，一般内径为610mm长度应尽可能短，最长不得超过50m,以减少压力指示的迟缓。如超过50m应选用能远距离传送的压力计。5导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。6取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。（3）压力计的安装压力计应安装在易观察和检

30、修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图（a）;对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，图（b）表示了被测介质密度p2大于和小于隔离液密度p1的两种情况。如图：压力计安装示意图|山匍莒汽的，相删杆犒花被介庙时1一压力计；2一切断阀门；3凝液管；4取压容器压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Ap=Hpg进行修正。式中H为高度差，p为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高

31、压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。第三章流量检测内容提要：1 .差压式流量计2 .转子流量计3 .旋涡流量计4 .质量流量计5 .其他流量计8学时基本概念：介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。1.差压式流量计差压式(也称节流式)流量计是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。通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将

32、此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。节流现象与流量基本方程式(1)节流现象流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置包括节流件和取压装置。如图3-1孔板装置及压力、流速分布图注意：要准确测量出截面I、n处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面n的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。(2)节流基本方程式流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。 它是

33、根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。一_2-QFopMFo21p1可以看出：要知道流量与压差的确切关系，关键在于“的取值。流量与压力差AP的平方根成正比。标准节流装置国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。例：如图(孔板断面示意图)，标准孔板对尺寸和公差、粗糙度等都有详细规定。其中 d/Dd/D 应在0.20.8之间；最小孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚度h=(0.0050.02)D;总厚度Ht0eABteABt0图5-7闭合回路：E叮0eABteBAt0

34、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。插入第三种导线的问题如图：热电偶测温系统连接图图（a）总的热电势说明：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。常用热电偶的种类（见表5-2）工业上对热电极材料的要求温度每增加 1 1C C 时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能

35、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。热电偶的结构（见图5-10）普通型热电偶：热电极、绝缘管、保护套管、接线盒材工作温度/橡皮、绝缘漆80法琅150玻璃管500石英管1200瓷管1400纯氧化铝管1700常用保护套管材料工作温度/c无缝钢管600不锈钢管1000石英管1200瓷管1400AI2O3陶瓷管1900以上补偿导线的选用（见图5-11）采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100C）与

36、所连接的热电偶具有相由于图（b b）总的热电势eBAt0eBCt1CDt1eBAt0eABt0将该两式代入前式eABt0t0eCAt0eABt0eBCt0eCAt0eABt0eABEteABteBC因此eABt0eBCt0eCAt00EteABt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 （电阻温度效应） 来进行温度测量的。 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式RtRt01tt0RtRtRt0Rt0t热电阻温度计适用于测量-200+500C范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。工业常用热电阻作为热电阻的材料一般要求是：同的热电特性，其材料又是廉价金属。在使用热电偶补偿导

37、线时，要注意型号相配。常用热电偶的补偿导线热电偶名称-工作端为100c,冷端为-0c时的标准热电势/mV材料颜色负极材料颜色钳铐10-钳铜红铜馍绿0.645土0.037银铭-银硅（银铝）铜红铜馍蓝4.0950.105银电&-铜银银铭红铜馍棕6.3170.170铜-铜馍铜红铜馍白4.277土0.047冷端温度的补偿在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0C,或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。（1）冷端温度保持为0C的方法（见图（2）冷端温度修正方法在实际生产中， 冷端温度往往不是冷端温度进行修正。（3）校正仪表零点法5

38、-12)0C,而是某一温度t1,这就引起测量误差。因此，必须对若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4）补偿电桥法（见图5-13）利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值。注意：由于电桥是在20c处。如果补偿电桥是在调在0c处。（5）补偿热电偶法（见图20C时平衡的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到0c时平衡设计的（DDZ-n型温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应5-14)在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。3

39、.热电阻温度计在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜热电阻温度计是由热电阻（感温元件）成。如图：热电阻温度计,显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组热热电阻温度系数、电阻率要大；热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。工业上定型生产的热电阻有钳电阻和铜电阻。(1)钳电阻在0650C的温度范围内，钳电阻与温度的关系为RtR01AtBt2Ct3由实验求得A3.950103/C,B5.850107/C,C4.221022/C工业上常用的钳电阻有两种，一种是 R RD=10Q,对应分度号为Pt10。另一

40、种是 R R0=100Q,对应分度号为Pt100。(2)铜电阻金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50+150C内，具有很好的稳定性。在-50+150C的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即RtR01tt04.25103/C工业上常用的钳电阻有两种，一种是 R0=R0=50Q,对应的分度号为Cu10=另一种是 R R3=100Q,对应的分度号为Cu100。4.温度变送器DBW型温度(温差)变送器是DDZ-m系列电动单元组合式检测调节仪表中的一个主要单元。它既可与各种类型的热电偶、热电阻配套使用，又可与具有毫伏输出的各种变送器配合，然后，它和

41、显示单元、控制单元配合，实现对温度或温差及其他各种参数进行显示、控制。DDZ-ni型的温度变送器与DDZ-n型的温度变送器进行比较，它有以下主要特点。线路上采用了安全火花型防爆措施。在热电偶和热电阻的温度变送器中采用了线性化机构。在线路中，由于使用了集成电路，这样使该变送器具有良好的可靠性、稳定性等各种技术性能。AD693构成的热电偶温度变送器的电路原理图：一体化热电偶温度变送器电路原理智能式温度变送器以SMART公司的TT302温度变送器为例加以介绍:优点：可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；安装维护方便。结构：由硬件

42、部分和软件部分两部分构成。TT302温度变送器硬件构成原理框图：输入板、主电路板、液晶显示器TT302温度变送器的软件构成：系统程序、功能模块第六章显示仪表内容提要：1 .模拟式显示仪表2 .数字式显示仪表3 .新型显示仪表2学时显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和各种测量元件或变送单元配套使用；又能与控制单元配套使用，1.模拟式显示仪表自动电子电位差计电子电位差计是用来测量直流电压信号的，凡是能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。手动电位差计工作原理：根据平衡法将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时

43、，被测电势就等于已知的标准电势。如图：电压平衡原理图信号调救掖I电种.若雨r优电测量时，可调节滑动触点C的位置，使UCB旧CB同时有EtUCB条件：I检。自动电子电位差计的工作原理（见图6-1）根据这种电压平衡原理来进行工作。特点：用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行电压平衡操作；用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的工作。结论：电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。自动电子电位差计的测量桥路（如图）（1）冷端温度补偿问题例：用馍铭-馍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，而冷端温度从0C升高到25C,这时热电势将降低1mV,仪表指针会指示偏低。如果把R2做成随温度变化的电阻，且在温度从0c升高到25c时，其阻值变化量AR2=0.5Q,这时，电阻R2上的电压降UDB也增大，AUDB=AR2I2=1mV。为了统一规格，上支路的电流规定为4mA（或2mA）,下支路电流规定2mA（或1mA）。因为测量桥路的补偿电压UCD=UCB-UDB,现在UDB增加了1mV,那么UCD就会减少1mV,此时滑动触点C的平衡位置不需变化。 由于UCD的变化与热电势的变化相等，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值基本不受冷端温度变化的影响。（2）量程匹配问题（见图6-3）R2铜电阻装在仪