过程检测技术ppt课件

1、过程装备控制工程过程装备控制工程3 3 过程检测技术过程检测技术过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.1 概论概论温度的测量方法：接触式测温法和非接触式测温法。温度的测量方法：接触式测温法和非接触式测温法。摄氏温度与华式温度的换算公式：摄氏温度与华式温度的换算公式：F=(C9/5)+32C=(F-32)5/9摄氏温度与开尔文温度（绝对温度）的换算公式：摄氏温度与开尔文温度（绝对温度）的换算公式：K =C+273.16过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.1 概论概论测温仪表从原理上可以分为以下几类：测温仪表从原理上可以分为以下

2、几类：利用物体的热膨胀来测温；利用物体的热膨胀来测温；利用导体（半导体）的热电效应来测温；利用导体（半导体）的热电效应来测温；利用电阻随温度变化而变化的特性来测温；利用电阻随温度变化而变化的特性来测温；利用物体的表面辐射与其温度的关系来测温。利用物体的表面辐射与其温度的关系来测温。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.1 概论概论过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.2 热膨胀式温度计热膨胀式温度计（1）液体膨胀式温度计）液体膨胀式温度计00ttVVtt液体在温液体在温度为度为t时时的体积的体积液体在温液体在温度为度为t0时

3、时的体积的体积液体的液体的体积膨体积膨胀系数胀系数被测液体被测液体的体积膨的体积膨胀系数胀系数过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.2 热膨胀式温度计热膨胀式温度计（2）固体膨胀式温度计）固体膨胀式温度计过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表热电偶测温仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器。热电偶测温仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器。它由热电偶、电测仪表和连接导线组成，其核心元件它由热电偶、电测仪表和连接导线组成，其核心元件是热电偶。是热电偶。它具有以下特点：它具有以下特点：测量精度高，性能稳

4、定；测量精度高，性能稳定； 结构结构简单、易于制造、产品互换性好；简单、易于制造、产品互换性好； 将温度信号转换将温度信号转换成电信号，便于信号远传和实现多点切换测量；成电信号，便于信号远传和实现多点切换测量； 测测温范围广，可达温范围广，可达-2002000； 形式多样，适用于各形式多样，适用于各种测温条件。种测温条件。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（1）热电偶测温仪表工作原理）热电偶测温仪表工作原理热电效应：两种不同材料的导体热电效应：两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回组成一个闭合回路，当回路两端接点路，当回路两

5、端接点t0、t（假设（假设t大于大于t0）的温度不同时，）的温度不同时，回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度有关。流的大小与导体材料性质和接点温度有关。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（1）热电偶测温仪表工作原理）热电偶测温仪表工作原理热电势是热电势是接触电势接触电势和和温差电势温差电势共同作用的结果。共同作用的结果。接触电势：接触电势：当当A、B材料特性确定后，接触电势只是接材料特性确定后，接

6、触电势只是接触点温度的函数，可记作触点温度的函数，可记作 。接点温度越高，接触。接点温度越高，接触电势电势 越大。越大。温差电势：温差电势：温差电势只与导体材料性质和两端温差有温差电势只与导体材料性质和两端温差有关。当导体材料一定时只与两端的温度有关，记关。当导体材料一定时只与两端的温度有关，记作作 。一般记成：。一般记成： etAB etAB,0et tA ,00et tetetAAA过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（1）热电偶测温仪表工作原理）热电偶测温仪表工作原理通过分析可以得到：通过分析可以得到： ,0000000

7、000Et tetet tetet tABABBABAetetetetetetABBBABAAetetetetetetABBAABBA 0000ftetetetABABBAftetetetABABBA令：令： ,00Et tftftABABAB过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（2）热电偶的基本定律）热电偶的基本定律匀质导体定律：匀质导体定律：匀质导体的回路不论各处温度分布匀质导体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。如何都不会产生热电势。热电偶必然由两个不同质的材料组成；热电偶必然由两个不同质的材料组成；同一导体回路

8、是否有热电势可用来判定导体是否匀同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否匀质。质。 中间导体定律：中间导体定律：由两种不同导体构成的热电偶回路由两种不同导体构成的热电偶回路中，接入第三种导体，只要保持第三种导体两端温度中，接入第三种导体，只要保持第三种导体两端温度相等，则对回路热电势没有影响。相等，则对回路热电势没有影响。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（2）热电偶的基本定律）热电偶的基本定律中间温度定律：中间温度定律：两种匀质导体两种匀质导体A、B构成的热电偶，构成的热电偶，两端温度为两端温度为t和和t0，如存在一个

9、中间温度，则热电偶存在，如存在一个中间温度，则热电偶存在以下关系：以下关系：,00Et tEt tEttABABnABn标准电极定则：标准电极定则：A、B导体的热电势等于它们对另一导体的热电势等于它们对另一参考导体参考导体C的热电势之和，即的热电势之和，即,000Et tEt tEt tACCBAB过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（3）常用热电偶测温系统）常用热电偶测温系统补偿导线是在一定的温度范补偿导线是在一定的温度范围内与所接的热电偶热性能围内与所接的热电偶热性能相同的廉价金属丝。相同的廉价金属丝。,11 0EEt t

10、Et tABCD,1 01 0EttEttCDAB,11 00EEt tEt tEt tABABABC，D过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（3）常用热电偶测温系统）常用热电偶测温系统两两点点温温度度差差过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（3）常用热电偶测温系统）常用热电偶测温系统多多点点温温度度和和过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（3）常用热电偶测温系统）常用热电偶测温系统多多点点温

11、温度度平平均均值值过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（4）热电偶冷端温度的影响及处理）热电偶冷端温度的影响及处理实际应用过程中，冷端实际应用过程中，冷端温度大多是变化的，从温度大多是变化的，从而给测量带来误差。而给测量带来误差。恒温法：该方法就是恒温法：该方法就是把热电偶冷端置于人造把热电偶冷端置于人造恒温装置中，常用的恒恒温装置中，常用的恒温装置有冰点槽和热电温装置有冰点槽和热电式恒温箱。式恒温箱。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（4）热电偶冷端温度

12、的影响及处理）热电偶冷端温度的影响及处理示值修正法示值修正法机械零位调整法，即预先把仪表的机械零件调整到冷机械零位调整法，即预先把仪表的机械零件调整到冷端温度端温度t0处，相当于预加了一个电势处，相当于预加了一个电势 ，综合起，综合起来，仪表的输入电势：来，仪表的输入电势： (,0)0E t,0,000E t tE tE t过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（4）热电偶冷端温度的影响及处理）热电偶冷端温度的影响及处理示值修正法示值修正法假设冷端温度假设冷端温度 ，被测温度为，被测温度为t，示值温度为，示值温度为 。那么显示出

13、来的输入热电势应为那么显示出来的输入热电势应为 ，而实际产生的，而实际产生的热电势是热电势是 。显而易见，输入热电势应为热电偶实。显而易见，输入热电势应为热电偶实际产生的热电势，即际产生的热电势，即 ，由此可得计算修正法，由此可得计算修正法的公式：的公式： 00t t,0E t,0E t t,0,0E tE t t,0,0,0,0000E tE t tE tE tE t过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量例：利用镍铬例：利用镍铬-镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度t0=30，测得热电势，测得热电势E（t，t0）=25.566mV，求被测的，

14、求被测的实际温度。（实际温度。（E（30，0）=1.203mV）,0,3030,025.566 1.20326.769E tE tEmV再查再查K分度表得到实际温度为分度表得到实际温度为644 。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（4）热电偶冷端温度的影响及处理）热电偶冷端温度的影响及处理冷端温度补偿电桥法冷端温度补偿电桥法当冷端温度升高时，当冷端温度升高时，RCu也随之增大，因而也随之增大，因而Uab也也增大，热电势增大，热电势Ex在逐渐在逐渐减小。如果减小。如果 ，则，则 不会随冷端温度变化而不会随冷端温度变化而变化。变

15、化。 UEabx UUEABabx过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.3 热电偶测温仪表热电偶测温仪表（5）热电偶的结构型式）热电偶的结构型式过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.4 热电阻测温仪表热电阻测温仪表热电阻温度计由热电阻、连接导线及显示仪表组成。热电阻温度计由热电阻、连接导线及显示仪表组成。（1）测温原理）测温原理100RRtttt温度为温度为t时时的电阻值的电阻值温度为温度为t0时时的电阻值的电阻值电阻温电阻温度系数度系数金属导体电阻金属导体电阻与温度关系与温度关系每升高每升高1时电时电阻相对变化量阻相对变化量

16、B TRAeT半导体电阻半导体电阻与温度关系与温度关系T为绝对温度，为绝对温度，A、B为与为与半导体材料有关的常数半导体材料有关的常数过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.4 热电阻测温仪表热电阻测温仪表（2）常用热电阻）常用热电阻铂热电阻性能可靠、精确度高，在氧化甚至高温条铂热电阻性能可靠、精确度高，在氧化甚至高温条件下物理化学性能非常稳定，一般作为标准仪表。但件下物理化学性能非常稳定，一般作为标准仪表。但在还原性条件中易变脆，且价格高。在还原性条件中易变脆，且价格高。铜热电阻的优点是阻值与温度几乎成线性关系，但铜热电阻的优点是阻值与温度几乎成线性关系，但它

17、高温下易被氧化，测量精度不高，适用于测量准确它高温下易被氧化，测量精度不高，适用于测量准确度要求不高、温度较低的场合。度要求不高、温度较低的场合。镍热电阻的最大特点是温度系数较大，测温灵敏度镍热电阻的最大特点是温度系数较大，测温灵敏度高，当温度系数在高，当温度系数在200时产生特殊变化，因此，测温时产生特殊变化，因此，测温范围低于范围低于200。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.4 热电阻测温仪表热电阻测温仪表（3）热电阻的结构）热电阻的结构热电阻有电阻体、绝缘套管、保护套管和接线盒组成。热电阻有电阻体、绝缘套管、保护套管和接线盒组成。电阻体是由绝缘骨架

18、和电阻丝构成。绝缘骨架用来缠电阻体是由绝缘骨架和电阻丝构成。绝缘骨架用来缠绕、固定和支撑热电阻丝。不同的骨架及骨架材料对绕、固定和支撑热电阻丝。不同的骨架及骨架材料对热电阻的构造和性质都有影响。热电阻的构造和性质都有影响。 过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适的测温仪表，使之有足够的量程和精度。的测温仪表，使之有足够的量程和精度。根据生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪

19、表、根据生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪表、自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，防止过多的维护管理费用。防止过多的维护管理费用。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适的测温仪表，使之有足够的量程和精度。的测温仪表，使之有足够的量程和精度。根据生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪表、根据

20、生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪表、自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，防止过多的维护管理费用。防止过多的维护管理费用。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用1、就地温度仪表

21、选择、就地温度仪表选择在满足测量范围、工作压力、精确度要求下，应优先选在满足测量范围、工作压力、精确度要求下，应优先选用双金属温度计。用双金属温度计。对于对于-80 以下低温，无法近距离观察，有振动以及对以下低温，无法近距离观察，有振动以及对精确度要求不高的场合可以选择压力式温度计。精确度要求不高的场合可以选择压力式温度计。玻璃温度计由于易受机械损伤造成汞害，一般不推荐使玻璃温度计由于易受机械损伤造成汞害，一般不推荐使用。用。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.5 测温仪表的选用测温仪表的选用2、温度检测元件选择、温度检测元件选择热电偶适合一般场合，热电阻适

22、合要求测量精度高、无热电偶适合一般场合，热电阻适合要求测量精度高、无振动场合。振动场合。根据对测量响应速度的要求选择：根据对测量响应速度的要求选择：热电偶：热电偶：600s，100s，20s；热电阻：热电阻：90180s，3090s，1030s，10s；过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量3.4.6 测温仪表的安装测温仪表的安装（一）测量元件的安装要求（一）测量元件的安装要求1、正确选择测温点、正确选择测温点（1）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差；接触，以减少测量误差；（2）测温点不应在死角区

23、域，应尽量避开有电磁干扰）测温点不应在死角区域，应尽量避开有电磁干扰的场合，必要时应采取抗干扰的措施。的场合，必要时应采取抗干扰的措施。过程装备控制工程过程装备控制工程3.4 3.4 温度测量温度测量2、合理确定测温元件的插入深度、合理确定测温元件的插入深度插入深度的选取，应使感温元件能够充分地感受到被插入深度的选取，应使感温元件能够充分地感受到被测物体的实际温度。测物体的实际温度。（1）在管道上安装时，测量元件的感温点应处于管道）在管道上安装时，测量元件的感温点应处于管道中心流速最大处；保护管的末端分别越过管中心线热中心流速最大处；保护管的末端分别越过管中心线热电偶为电偶为510mm、铜电阻为、铜电