过程控制系统及仪表(第3版)：14-04第3章2节(温度)课件

1书名:过程控制系统及仪表(第3版)第3版(2010年7月1日)编著者：李亚芬；主审：邵诚,平装:259页;语种:简体中文开本:16ISBN:9787561115015,ISBN：7-5611-1501-6条形码:9787561115015尺寸:25.6x18.2x1.2cm重量:522g原价:25.00元

第三章1§3-2温度测量仪表温度检测方法2温度仪表的选用33概述312测温原理温度是国际单位制(SI)基本物理量之一。温度反映物体的冷热程度，是物体分子运动平均动能大小的标志。温度的定量测量以热平衡现象为基础，两个受热程度不同的物体相接触后，经过一段时间的热交换，达到共同的平衡态后具有相同的温度。温度测量原理:选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一物理性质随温度而变化的特性为已知，通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可确定被测对象的温度。3.2.1概述3非接触式测温测温原理：利用物体的热辐射（或其它特性），通过对辐射能量的检测实现温度测量的。特点：优点：可从超低温到极高温，测温速度快。缺点：易受粉尘、水气等因素的影响，测量误差大。3.2.1概述5常见温度仪表6热电偶温度计是工业生产过程中应用最广泛的测温仪表。热电偶温度计构成：以热电偶作为测温元件，再配以连接导线和显示仪表或测量仪表构成。1.热电偶热电偶是由具有不同导电特性的两种材料焊接而成。如图所示。3.2.2温度检测方法一、热电偶温度计7原理：热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电效应：如果将两种不同材料的金属导线A和B连成如图3-5所示的闭合回路，并将接点一端放入温度为t的热源中，使其温度高于另一接点处的温度t0，则在该闭合回路中就有电流通过，即有热电势产生，我们把这种现象称为热电效应或塞贝克效应（1821年）。一、热电偶温度计电子密度大正极电子密度小负极9等效原理图我们把在温度t下的接触电势差记作eAB(t)，注脚A表示正极金属，B表示负极金属。同理：把t0温度下的接触电势差记作eAB(t0)。一、热电偶温度计10等效原理图整个闭合回路中总的热电势EAB（t,t0）应为热电偶两接点处热电势的代数和，即：定值一、热电偶温度计11在实际应用中，为了测量热电偶回路中的热电势，总要在热电偶与测量仪表之间增加连接导线：加入第三种导体后，热电势是否会受影响？一、热电偶温度计13分析：在图3-5中共有3个接点，其接触电势分别表示为eAB(t)，eBC(t0)，eCA(t0)，则回路中总电势为：（3-11）由热电偶测温原理知，只要回路中温度相同，则总的热电势为0，则：（3-12）将（3-12）代入（3-11），得：一、热电偶温度计14结论：中间导体定则：当在热电偶回路中接入第三种金属导体时，只要保证引入线两端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变。同理，对于串入多种导线，只要引入两端的温度相同，热电偶的热电势将保持不变。一、热电偶温度计1517分度表在冷端T0=0℃条件下，用实验的方法测出各种不同热电极组合的热电偶在不同热端温度下所产生的热电势值，可以列出对应的分度表。标准热电偶的热电势与温度的对应关系可以从热电偶分度表中查到。附录2（p246）给出了几种常见的热电偶分度表。一、热电偶温度计183．热电偶的结构普通工业用热电偶的结构主要包括四个部分：热电偶、绝缘管、保护管和接线盒。一、热电偶温度计194．热电偶补偿导线及冷端温度补偿（2）冷端温度补偿

需要补偿的原因：标准热电偶的分度表及与热电偶配套使用的显示仪表都是按热电偶的冷端温度为O℃刻度的。尽管利用补偿导线将热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方延伸至温度较低且较恒定的地方，但冷端温度并不为0℃。这样必然引入测量和指示误差。因此，在实际使用中，还必须采取一些冷端温度补偿措施。一、热电偶温度计21a．冰点恒温法22中间温度定则：热电偶AB在接点温度为T、T0时的热电势EAB(T,T0)等于热电偶AB在接点温度为T、TC和TC、T0时的热电势EAB(T,TC)、EAB(TC,T0)的代数和。计算公式：b．计算校正法EAB(T,T0)=EAB(T,TC)+EAB(TC,T0)23例题：利用铂铑10-铂热电偶测量某一炉温，已知冷端温度t0=20℃，测得的热电势E(t,t0)=9.819mV，求被测炉温的实际值。解：查热电偶的分度表知：E(20,0)=0.113mV由中间温度定则：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)E(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=9.819+0.113=9.932mV查表知：t=1030℃b．计算校正法25练习题1用铂铑10-铂(分度号S)的热电偶测温，已知参比端温度为20℃，测得热电势E(t,20)=11.30mV，试求被测温度t？解：查热电偶的分度表知：E(20,0)=0.113mV由中间温度定则：E(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=11.30+0.113=11.413mV查表知：t=1155℃b．计算校正法26练习题2用镍镉-镍硅(分度号K)的热电偶测温，已知参比端温度为25℃，检测端温度为506℃，求产生的热电势是多少？解：查热电偶的分度表知：E(506,0)=20.896mVE(25,0)=1.000mV由中间温度定则：E(506,25)=E(506,0)-E(25,0)=20.896-1.000=19.896mVb．计算校正法27二、热电阻温度计

原理：热电阻温度计是基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性来测量温度的。热电阻温度计以热电阻为感温元件，并配以相应的显示仪表和连接导线所组成。值得注意的是：为了防止连接导线过长，导线的阻值将随环境温度变化给测量带来附加误差，热电阻连接导线采用三线制接法。3.2.2温度检测方法29工业中常用的热电阻以金属热电阻为主。常见的有铂电阻、铜电阻和半导体电阻等。1．常用热电阻30（1）铂电阻铂电阻的使用范围是-200℃-850℃，铂电阻的电阻值与温度之间的关系可采用下列公式描述：1．常用热电阻31（2）铜电阻铜电阻的电阻温度系数大，容易提纯和加工，价格便宜。铜电阻的使用温度范围为-500C+1500c，其电阻值与温度之间的关系可用下式描述：可近似线性关系式表示：Rt=R0(1+at)式中a―电阻温度系数，a=4.25x10-3／℃。1．常用热电阻32（3）镍电阻镍电阻的电阻率及温度系数比铂和铜大得多，因而具有较高的灵敏度，且体积可以做的较小。一般测温范围：-50~180℃.（4）半导体热敏电阻简称热敏电阻特点：电阻值与温度之间呈严重的非线性关系，而且具有负的温度系数。广泛用作温度补偿元件。1．常用热电阻332.热电阻的结构34热电偶热电阻mvR温度变送器DDZ-Ⅲ4-20mA三、温度变送器温度变送器与热电偶和热电阻配套使用的仪表，主要作用是将温度检测元件的电信号（mv或R)转换成统一的标准信号4-20mA电流信号，作为显示或调节仪表的输入信号。3.2.2温度检测方法35四、智能化温度变送器核心部件：微处理器特点：1、与任一种测温元件都可配套2、功能广泛：零点迁移、量程调整、温度补偿、线性化补偿等。

随着工厂自动化水平的提高，智能温度变送器的应用会越来越多。3.2.2温度检测方法36产品特点：一体化温度变送器将温度传感元件（热电阻或热电偶）与信号转换放大单元有机集成在一起，除输出与温度成线性的4~20mA信号之外，同时具有现场显示功能。信号准确、可远传（最大1000米），该系列产品分普通型和隔爆型两种。热电阻测量范围：<Pt100>-200℃~﹢450℃

<Cu50>-50℃~﹢150℃热电偶测量范围：<K>0℃~﹢1200℃

<E>0℃~﹢800℃

<S>0℃~﹢1600℃

<B>0℃~﹢1800℃五、数显一体化温度变送器供电电源：24VDC±10%测量精度：

<热电阻>±0.25%±0.5%

<热电偶>±0.75%

37六非接触式测温非接触式测温非接触式测温方法以辐射测温为主。具有一定温度的物体都会向外辐射能量，其辐射强度与物体的温度有关，可以通过测量辐射强度来确定物体的温度。辐射测温时，辐射感温元件不与被测介质相接触，不会破坏被测温度场，可实现遥测；测量元件不必达到与被测对象相同的温度，测量上限可以很高；辐射测温适用于很宽的测量范围，可达-50~6000℃。但是，影响其测量精度的因素较多，应用技术较复杂。38辐射测温仪表的组成主要由光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等部分组成。光学系统包括瞄准系统、透镜、滤光片等，把物体的辐射能通过透镜聚焦到检测元件；检测元件为光敏或热敏器件；转换电路和信号处理系统将信导转换、放大、进行辐射率修正和标度变换后，输出与被测温度相应的信号。六非接触式测温39常用方法光学系统和检测元件对辐射光谱均有选择性，因此，各种辐射测温系统一般只接收波长范围内的辐射能。辐射测温的常用方法有四种：亮度法：按物体的光谱或部分连续波长辐射亮度推算温度全辐射法：按物体全波长范围的辐射亮度推算温度比色法：按物体两个波长的光谱辐射亮度之比推算温度多色法：按物体多个波长的光谱辐射亮度和物体发射率随波长变化的规律来推算温度六非接触式测温40辐射温度计400~2000℃比色温度计550~3200℃六非接触式测温413.2.3温度测量仪表的选用正确选型由现场工作条件确定选择接触式还是非接触式温度计。接触式：根据温度测量范围和精度要求合理的选择感温元件。高温:热电偶低温:热电阻42课程小结了解温度的主要测量方法。了解常用温度仪表的基本工作原理、特点、使用场合、选用原则和要求等。重点掌握热电偶及热电阻的测温原理、热电偶的冷端温度补偿问题。43电信学院自动化系先进控制技术研究所ThankYou!4445内容简介《过程控制系统及仪表(第3版)》内容简介：过程控制系统的理论分析和设计需要较多的数学知识，自动化仪表在设计制造方面也有许多技术问题值得探讨。但是，对于工艺技术人员来说，主要关心的问题是控制系统和仪表的基本原理及其应用特性。因此，《过程控制系统及仪表(第3版)》尽量避免繁杂的数学推导，力求用简明扼要的文字和插图使读者对所学知识有更多的定性了解，通俗易懂，这是《过程控制系统及仪表(第3版)》的另一个特色。

过程控制系统和仪表涉及的领域十分广阔，研究内容也极其丰富。本着理论联系实际、学以致用的原则，《过程控制系统及仪表(第3版)》在取材方面，不追求包罗万象、面面俱到，而是力争把最基本、最常用的内容都包含进来。突出重点，注重实用是《过程控制系统及仪表(第3版)》的第三个特色。第3版2010-07第2版出版日期：2006-08-014546目录{第1篇}过程控制基础知识

第1章绪论

1.1生产过程自动化概述

1.1.1生产过程及其特点

1.1.2生产过程对控制的要求

1.1.3生产过程自动化的发展历程

1.2过程控制系统的组成及分类

1.2.1过程控制系统的组成

1.2.2过程控制系统的分类

1.3过程控制系统的方块图与工艺控制流程图

1.3.1过程控制系统的方块图

1.3.2过程控制系统的工艺控制流程图

1.4过程控制系统的过渡过程和性能指标

1.4.1过程控制系统的过渡过程

1.4.2过程控制系统的性能指标

习题

第2章被控对象的特性

2.1概述

2.1.1基本概念

2.1.2被控对象的阶跃响应特性

2.2被控对象特性的数学描述

2.2.1一阶对象的机理建模及特性分析

2.2.2二阶对象的机理建模及特性分析

2.2.3纯滞后对象的机理建模及特性分析

2.3被控对象的实验测试建模

2.3.1阶跃响应曲线的获取

2.3.2一阶纯滞后对象特性参数的确定

2.3.3二阶对象特性参数的确定习题

{第2篇}过程自动化装置

第3章过程测量仪表3.1测量仪表中的基本概念

3.1.1测量过程及测量仪表

3.1.2检测系统的基本特性及性能指标3.2温度测量

3.2.1概述

3.2.2热电偶温度计

3.2.3热电阻温度计

3.2.4温度测量仪表的选用

3.2.5温度交迭器

3.2.6一体化温度变送器

3.2.7智能温度变送器3.3压力测量

3.3.1概述

3.3.2弹性式压力表

3.3.3电容武压力变送器

3.3.4扩散硅压力变送器

3.3.5智能差压变送器

3.3.6压力表的选择和使用3.4流量测量

3.4.1概述

3.4.2差压式流量计

3.4.3容积式流量计

3.4.4浮子式流量计

3.4.5电磁流量计

3.4.6涡街流量计

46473.5物位测量

3.5.1概述

3.5.2静压式液位计

3.5.3磁浮子式液位计

3.5.4电容武物位计

3.5.5其他物位测量仪表3.6显示仪表

3.6.1概述

3.6.2模拟式显示仪表

3.6.3数字式显示仪表

3.6.4智能化、数字化记录仪

习题

第4章过程控制仪表

4.1基本控制规律

4.1.1位式控制

4.1.2比例控制

4.1.3比例积分控制

4.1.4比例微分控制

4.1.5比例积分微分控制

4.2DDZ一Ⅲ型调节器

4.2.1主要功能

4.2.2构成原理

4.3可编程调节器

4.3.1KMM可编程调节器的构成

4.3.2KMM可编程调节器的主要功能

4.3.3正面板和侧面板

4.4可编程控制器

4.4.1可编程控制器的产生与发展

4.4.2可编程控制器的应用场合

4.4.3可编程控制器的构成、分类及

工作过程

4.4.4可编程控制器的编程语言

4.4.5可编程控制器选型基本原则

4.4.6松下FPI可编程控制器

习题

第5章过程执行仪表

5.1概述

5.2执行机构

5.2.1气动执行机构

5.2.2电动执行机构

5.3调节机构

5.3.1常用调节机构及特点

5.3.2流量系数与可调比

5.3.3流量特性

5.4电一气转换器和阀门定位器

5.4.1电一气转换器

5.4.2阀门定位器的主要用途

5.4.3电一气阀门定位器

习题

4748{第3篇}垃程控制系统第6章简单控制系统

6.1概述

6.2被控变量的选择

6.3操纵变量的选择

6.3.1对象静态特性对控制质量的影响

6.3.2对象动态特性对控制质量的影响

6.3.3选择操纵变量的原则

6.4控制系统中盼测量变送问题

6.4.1测量变送问题对控制质量的影响

6.4.2克服测量变送问题的措施

6.5执行器的选择

6.5.1阀流量特性的选择

6.5.2执行器开闭形式的选择

6.6控制器的选择

6.6.1控制规律的选择

6.6.2控制器正反作用的确定

6.7控制系统的投运及控制器参数的整定

6.7.1控制系统的投运

6.7.2控制器参数的整定

习题

第7章复杂控制系统

7.1串级控制系统

7.1.1串级控制系统的结构

7.1.2串级控制系统的工作过程

7.1.3串级控制系统的特点及应用场合

7.1.4串级控制系统设计中的几个问题

7.1.5串级控制系统的整定7.2比值控制系统

7.2.1概述

7.2.2比值控制系统的类型

7.3前馈控制系统

7.3.1概述

7.3.2前馈控制系统的结构形式

7.3.3前馈控制系统的应用

7.4均匀控制系统

7.4.1均匀控制问题的提出

7.4.2均匀控制的特点

7.4.3均匀控制系统的结构形式

7.5分程控制系统

7.5.1基本概念

7.5.2分程控制系统的应用场合

7.6选择性控制系统

7.6.1基本概念

7.6.2选择性控制系统的实例分析

7.7多冲量控制系统

习题

第8章先进过程控制系统介绍

8.1软测量技术

8.1.1辅助变量的选择

8.1.2数据采集与处理

8.1.3软测量模型的建立

8.1.4模型校正

8.2时滞补偿控制

8.2.1Smith预估补偿控制

8.2.2控制实施中的若干问题48498.3解耦控制

8.3.1耦合现象的影响及分析

8.3.2解耦控制

8.4预测控制

8.4