重科大热工仪表课件第3章 检测仪表及传感器

第三章检测仪表及传感器重点内容:测量误差及测量仪表的性能指标压力的检测及仪表流量的检测及仪表物位的检测及仪表温度的检测及仪表检测仪表:用来检测生产过程中的各个参数的技术工具。传感器:用来将这些参数转换为便于传送的信号的仪表。当传感器输出为标准信号时,称为变送器。第一节概述一、测量过程与测量误差1.测量过程将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。测量仪表就是实现测量过程的工具。2.测量误差(1).定义:由仪表读得的被测值与被测量真值之间,总是存在一定差距,称这差距为测量误差。(2).产生原因:测量工具本身不够准确,观测者的视差,环境因素的影响等等。(3).测量误差分类：按性质分---系统误差、随机误差和粗大误差按表达方式分---绝对误差和相对误差按仪表的工作条件分---基本误差和附加误差按被测量是否随时间变化分---静态误差和动态误差(4).测量误差的表示法:绝对误差(△)和相对误差(y)绝对误差(△):仪表指示值xi和被测量的真值xt之间的差值,即(4).测量误差的表示法:绝对误差(△)和相对误差(y)但真值是指被测物理量客观存在的真实数值,它是无法得到的理论值。因此,绝对误差是指用被校表(精度较低)和标准表(精度较高)同时对同一被测量进行测量所得到的两个读数之差,即x—被校表的读数值x0—标准表的读数值

相对误差(y):某一点的绝对误差Δ与标准表在这一点的指示值x0之比。可表示为：二、仪表的性能指标1.仪表的精度及精度等级使用仪表测量时,必须知道该仪表的精度等级,才能保证测量结果的准确。仪表的精度不仅与绝对值有关,还与仪表的测量范围有关。仪表的精度用允许的相对百分误差表示。仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的,其中有一个值为最大,本书中常说的“绝对误差”指的是最大绝对误差。量程(N):仪表的测量范围上限值与下限值之差。

相对百分误差(δ):绝对误差与仪表的量程之比的百分数表示。又称引用误差,即最大相对百分误差:规定在正常使用条件下允许的最大误差与仪表的量程之比的百分数表示。又称允许误差,即δ允越大,表示仪表的精度越低;δ允越小,表示仪表的精度越高。仪表精度等级(K):指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。将仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”与“%”号后数值,便可确定仪表的精度等级。

我国生产的仪表常用的精度等级:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。例如1.5级,一般表示符号为：

精度等级数值越小,表示仪表的精度等级越高。0.05级以上的仪表,作为标准表,0.5级以下的仪表,作为现场测量仪表。特别注意：在校验仪表时,校验过程中各点的误差(即允许误差)不能大于仪表精度等级所允许的误差。|δ允仪|<K%仪表在使用过程中仪表的精度等级不能大于现场的允许误差。K%<|δ允现|根据校验结果确定仪表精度等级例1:某台测温仪的测温范围为200~700℃,校验时得到的最大误差为±4℃,确定该仪表的精度等级。解：

该仪表的最大相对百分误差去掉“±”与“%”,其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级的仪表,因|δ允仪|<K%,所以该仪表的精度等级为1.0级。根据工艺要求选择仪表精度等级例2:某台测温仪的测温范围为0-1000℃。根据工艺要求,温度指示值的误差不允许超过±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,允许误差为去掉“±”与“%”,其数值为0.7。此数介于0.5~1.0之间,因K%<|δ允现|,故应选的0.5级仪表。2.变差定义:在外界条件不变的情况下,使用同一仪表对同一个量进行正、负行程(即校验点数值逐渐由小到大和由大逐渐到小)测量时,所得的仪表示值是不相同的,其中二者之间的最大差值与仪表量程之比的百分数表示称为变差。变差不能超过仪表的允许误差K%

。变差计算方法:(设仪表的测温范围为100~200℃)被校表（℃）120.0180.0标准表（℃）（正行程）121.21179.83标准表（℃）（负行程）120.94179.96X正-X负0.27-0.13变差0.27%3.指针式仪表的灵敏度和灵敏限灵敏度(S):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之比值。用公式表示：

Δα---

指针的线位移或角位移

Δx---引起Δα所需的被测参数变化量灵敏限:是指引起仪表示值发生变化的被测参数的最小变化量,它应不大于仪表允许误差绝对值的一半。4.数字式仪表的分辨力(灵敏度)分辨力:是指引起仪表最末一位改变一个数值的被测参数的变化量。不同量程的分辨力是不同的。灵敏度:相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力,也称灵敏度。通常以最高分辨力作为仪表的分辨力指标。

如某仪表显示值为：□□□.□℃

则

分辨力为

0.1℃5.线性度(又称非线性误差)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。用实际值与理论值之间的绝对误差的最大值与仪表量程之比的百分数表示,即：被测变量仪表示值理论直线实际线6.反应时间反应时间是指在被测量变化后,测量仪表能否尽快反应出参数变化的品质指标。可用滞后时间与时间常数来衡量。反应时间的表示方法

1.仪表的输出信号由开始变化到新稳定值的63.2%所用的时间(T)。

2.仪表的输出信号由开始变化到新稳定值的95%所用的时间(3T)。

仪表反应时间的长短,反映了仪表动态特性的好坏。三、工业仪表的分类仪表按使用的能源分按信息的获得.传递.反映和处理过程分按仪表的组成形式分气动仪表电动仪表检测仪表显示仪表集中控制装置基地式仪表单元组合仪表DDZ.QDZ控制仪表执行器三、工业仪表的分类1.按使用的能源分类电动仪表: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;便于与计算机联机。近年,用于防火、防爆的电动仪表,提高安全性。但结构复杂,易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。气动仪表:以气为能源,结构简单,价格便宜,抗干扰能力强,能防火、防爆。但信号传递慢、传输距离短、管线安装与检修不便。不宜实现远距离大范围的集中显示和控制;难于联机。三、工业仪表的分类2.按信息的获得.传递.反映和处理过程分类检测仪表:主要用于测量某些工艺参数,如温度.压力、流量.物位等,并将被测参数的大小按比例地转换成电信号或气信号。显示仪表:将检测仪表获得的信息显示出来。如指示仪表.记录仪.工业电视.图像显示器。集中控制装置:包括巡回检测仪.巡回控制仪.程序控制仪.数字处理机.计算机以及仪表控制盘和操作台等。控制仪表:根据需要对输入信号进行各种运算。包括电动.气动的控制器及代替模拟控制仪表的微处理器等。执行器:接受控制仪表的输出信号或直接接受操作人员的指令,对生产过程进行操作或控制。包括电动.气动.液动执行机构和控制阀。三、工业仪表的分类3.按仪表的组成形式分类基地式仪表:将测量.显示.控制等各部分集中组装在一个表壳里,形成一个整体。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和控制。应用有局限性。单元组合仪表:将对参数的测量及其变送.显示.控制等各部分,分别制成独立的单元仪表。各单元之间以统一的标准信号互相联系。可任意组合各种控制系统。灵活性和适用性都好。有两类:电动单元组合仪表(DDZ)、气动单元组合仪表(QDZ)。例3:有一变化范围为320－360kPa的压力。若用下列A.B两台压力变送器进行测量,那么在正常情况下哪一台的测量准确度高些?压力变送器A:1级,0-600kPa。压力变送器B:1级,250-500kPa。解:用压力变送器A时:测量结果的最大误差:用压力变送器B时:测量结果的最大误差：则:用压力变送器B测量准确度高些。例4:有两台测温仪表,其测量范围分别是0-800℃和600-1100℃,已知其最大绝对误差均为±6℃,试分别确定它们的精度等级。解：则:测量范围0-800℃的仪表为1级,测量范围1100-600℃的仪表为1.5级。例5:某一标尺为0～500ºC的温度计出厂前经过校验合格,校验结果如下表。1.求仪表的最大绝对误差;2.确定仪表的允许误差及精度等级;3.经过一段时间使用后重新校验,仪表最大绝对误差为±8ºC,问该仪表是否符合出厂时的精度等级？被校表读数/ºC0100200300400500标准表读数/ºC

0103198303406495解:

1.-6ºC;1.5级例5:某一标尺为0～500ºC的温度计出厂前经过校验合格,校验结果如下表。1.求仪表的最大绝对误差;2.确定仪表的允许误差及精度等级;3.经过一段时间使用后重新校验,仪表最大绝对误差为±8ºC,问该仪表是否符合出厂时的精度等级？被校表读数/ºC0100200300400500标准表读数/ºC

0103198303406495解:3.因:K%<|δ允仪|,则不符合出厂时的精度等级。第二节压力检测及仪表

一、压力单位及测压仪表1.压力:由气体或液体均匀垂直地作用在单位面积上的力。公式为

p—为压力,F—为垂直作用力

S—为受力面积单位:帕斯卡,简称帕(Pa),1帕为1牛顿每平方米(国际单位制SI)。

1Pa=1N/m21MPa=1X106Pa1物理大气压(1atm)=1.0133X105Pa=760mmHg1工程大气压(1kgf/cm2)=9.807X104Pa=104mmH2O2.几种压力表示法（按取压的标准不同）在压力测量中,常有表压、绝对压力、负压或真空度。其关系见下图。表压:是绝对压力和大气压力之差,P表压

=P绝对压力

-P大气压力

负压或真空度:是当被测压力低于大气压力时,大气压力和绝对压力之差,P真空度

=P大气压力

-P绝对压力绝对零压线绝对压力P绝大气压P0表压P表真空度P真绝对压力P绝3.压力计的分类（按信号转换原理不同）液柱式压力计: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。结构简单,使用方便,但精度低,测量范围窄。弹性式压力计:将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。弹簧管压力计。电气式压力计:通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来测量的仪表。压力变送器。活塞式压力计:根据水压机传送压力原理,将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。二、弹性式压力计1.定义: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。2.特点:结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽、有足够的精度、应用广泛。3.测量范围:几百帕到数千兆帕。4.弹性元件（根据测压范围的不同）

(1).弹簧管式弹性元件(单圈和多圈的)是截面呈椭圆或扁圆型的中空金属管,当通入压力p后,它的自由端就会产生位移。适合测高、中、低压。(2).薄膜式弹性元件：(膜片a或膜盒b)由具有弹性的金属或非金属片构成,在压力作用下能产生变形。膜盒中内充硅油。适合测中、低压。(3).波纹管式弹性元件:有一端封闭,外部存在波纹的弹性金属片构成金属筒体,是气动单元组合仪表中不可缺少的部分。弹性元件易于变形,且位移很大。适合测微压和低压,在气动压力变送器上应用较多。5.弹簧管压力表应用广范,品种繁多。可分单圈和多圈;按用途分普通压力表、耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表。它们外形和结构相同,只是所用材料不同。(1).结构

1—弹簧管;2—拉杆;3—扇形齿轮;5--指针;4—中心齿轮;6—面板;7—游丝;8—调节螺钉;9—接头。(2).工作原理工作原理:弹簧管1是压力表的测量元件。图为单圈弹簧管,它是一根弯成270°圆弧的椭圆截面的空心金属管。管子的自由端B封闭,管子的另一端固定在接头9上。当通入压力P后,由于椭圆形截面在压力的P作用下将趋于圆形,使弹簧管的自由端B产生位移,且与输入压力的大小成正比(具有线性刻度)。所以只要测得B点的位移量,就能反映压力P的大小。放大过程:自由端B的位移通过拉杆2使扇形齿轮3作逆时针偏转,指针5通过同轴的中心齿轮4的带动作顺时针偏转,在面板6的刻度标尺上显示出被测压力p的数值。由于自由端的位移与被测压力的大小成正比,则刻度标尺是线性的。游丝7用来克服因扇形齿轮与中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。改变调节螺钉8的位置,可调整仪表的量程。(3).弹簧管材料的选择当P≥19.6MPa时,选用合金钢或不锈钢的材料。当P<19.6MPa时,选用磷青铜或黄铜的材料,所测流体种类不同,所用弹簧管材料不同。(4).电接点信号压力表是在普通弹簧管压力表上带有报警或控制触点的压力表。当压力偏离给定范围时,及时发出信号,提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力控制。三、电气式压力计弹簧管压力计的不足在于不能测量脉动、真空和超高压力,而电气压力计可克服上述不足。1.定义:把压力转换为电信号进行传输及显示的仪表。2.组成:压力传感器、测量电路和信号处理装置。3.测量范围:7×10-5Pa---5×102MPa,测量范围广。4.压力传感器作用:把压力信号检测出来,并转换成电信号进行输出。当输出的电信号转换成标准信号时,压力传感器称为压力变送器。标准信号:是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。如直流电流4-20mA(0-10mA),空气压力0.02-0.1MPa都为标准信号。5.压力传感器分类:霍尔片式、应变片式、压阻式压力传感器和力平衡式

、电容式压力变送器。(1).霍尔片式压力传感器依据: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,实现压力的测量。霍尔效应:霍尔片由半导体材料制成的薄片,如图在Z轴方向上加恒定磁场B,在Y轴方向上加外电场(直流稳压电源),电子在霍尔片中运动(逆Y轴方向运动)时,由于受电磁力的作用,使电子运动轨道发生偏移,则一个端面有电子,另一个端面上正电荷过剩,在X轴方向上出现电位差,称为霍尔电势。这物理现象称为霍尔效应。Y(1).霍尔片式压力传感器霍尔电势:UH=RHBIRH--霍尔常数,与霍尔片材料、几何形状有关。导体也有霍尔效应,但霍尔电势比半导体的霍尔电势小得多。霍尔电势与位移关系:根据UH=RHBI,若I为定值,在非均匀磁场中,霍尔元件所处位置不同,所受到的磁感应强度就不同,可得到与位移成正比例的霍尔电势,实现位移－电势的线性转换。霍尔片式压力传感器结构:霍尔元件与弹簧管配合,组成霍尔片式压力传感器。Y(1).霍尔片式压力传感器工作原理：在被测压力作用下,弹簧管自由端产生位移,则改变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。即:压力→弹性位移→霍尔片移动→霍尔电势。应用:用于所测压力不高、压力波动小、信号需要远传的场合。(2).应变片式压力传感器工作原理:利用电阻应变原理构成。有压力作用时,应变片产生应变,表现为应变片的电阻发生变化,通过桥式电路转换为毫伏级电势输出,从所测电压的大小读出所测的压力。结构:1.应变筒;2.外壳;3.密封膜片;4.输出信号;5.恒压直流;6.电源。康铜丝应变片r1沿应变筒轴向贴放,为测量片;r2沿径向贴放,为温度补偿片。特点:速度快.动态性能好.非线性误差小.滞后小.适合测高(25MPa)且脉动较大的压力。变小变大546(3).压阻式压力传感器结构：

1.基座

2.单晶硅片

3.导环

4.螺母

5.密封垫圈

6.等效电阻(3).压阻式压力传感器工作原理:利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅弹性膜片上用集成电路工艺,在单晶硅的特定方向上扩散一组等值电阻,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。仪表特点: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。适于在恶劣环境下使用,便于实现显示数字化。稍作改变后可以用来测差压、速度、高度、加速度等参数。(5).电容式压力变送器结构:1.隔离膜片;2,7固定电极;3.硅油;4.测量膜片

5.玻璃层;6.底座;8.引线。工作原理:先将压力变化转换为电容量的变化,然后进行测量的。压力作用在两侧的隔离膜片上,通过硅油将差压传递到测量膜片上,使其向压力小的一侧弯曲变形,使两电极的电容变化,电容的变化量通过引线传至测量电路,P1P2仪表特点:

结构简单.过载能力强.精度高可达0.2级.工作可靠.体积小.重量轻.使用方便;可以用来测差压和液位等参量。通过测量电路的检测和放大,转换成4~20mA的直流标准电信号进行输出。四.智能型的压力变送器结构:普通的压力或差压传感器上增加微处理器电路即形成智能检测仪表。特点:可进行远程通信。利用手持通信器,可对1500m内现场变送器进行各种运行参数的选择和标定;精度高,使用和维护方便。通过编制各种程序可实现自修正、自补偿、自诊断及错误方式报警功能,便于实现人机对话。五、压力计的选用及安装1.压力表的选用:根据工艺生产过程的要求,结合各方面的情况,加以全面考虑和具体的分析。(1).仪表类型的选用:必须满足工艺生产的要求。考虑被测介质、现场条件和工艺要求。(2).确定仪表测量范围及量程：测稳定压力时,Pmax≤2/3

P上限,即P上限≥3/2

Pmax;

测脉动压力时,Pmax≤P上限/2

,即P上限≥2Pmax;

测高压时,Pmax≤3/5

P上限,

P上限≥5/3

Pmax;

最小值,Pmin≥N/3,N≤3Pmin

。(3).选取仪表的精度根据生产上允许的最大测量误差来确定仪表的精度等级,在满足工业要求的情况下尽可能选用精度较低、价廉耐用的压力表。K%<|δ现允|例: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:由于是往复式压缩机,则仪表的上限值为：Pmax≤P上限/2,P上限≥2Pmax

＝2×28＝56MPa,根据就地观察及高低报警,查表选电接点压力表,测量范围0～60MPa。下限值为:因Pmin≥N/3=60/3=20,则Pmin=25﹥20MPa,满足要求。精度等级:因K%<|δ现允|,选1.5级。可知:选1.5级,0～60MPa,YX-150A型电接点压力表。2.压力计的安装压力计的安装正确与否,直接影响到测量的准确性和压力计的使用寿命,应注意测压点的选择、导压管的铺设及压力表的安装。(1).测压点的选择：能反映被测压力的真实大小。(a).要选在被测介质直线流动的管道部分,不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。(b).测量流动介质的压力时,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齐平,不应有凸出物或毛刺。(c).测量液体压力时,取压点应在管道下部、使导压管内不积存气体;测量气体压力时,取压点应在管道上方,使管道内不积存液体。

(2).导压管的铺设(a).导压管的粗细要合适,一般内径为6~10mm,长度尽可能短,一般为3~50m,超过50m选用电远传压力表。(b).导压管水平安装时,应保证有倾斜度(1:10~1:20),以利于积存于其中的液体或气体排出。(c).当被测介质易冷凝或冻结时,必须加保温装置。(d).取压口到压力表之间应有切断阀,以备检修压力计。切断阀应装设在靠近取压口的地方。(3).压力表的安装(a).安装在易观察和检修的地方。(b).避免振动和高温。(c).当被测压力较小,而压力计与取压口又不在同一高度时,对由此高度引起的测量误差应按△p=±Hρg进行修正。H为高度差,ρ为介质密度,g为重力加速度。(3).压力表的安装(d).压力表的连接处,应选适当的材料,作为密封垫片,以防泄漏。(e).为了安全,测高压的压力表的外壳应有通气孔,安装时外壳应向墙壁或无人处。(f).针对被测介质的不同性质,要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施。如测蒸汽压力时,应加装凝液管,以防止高温蒸汽直接与测压元件接触。如测有腐蚀性介质压力时,应加装有中性介质的隔离罐,其中ρ2为被测介质的密度,ρ1为隔离液的密度。压力计安装的特殊问题(4).力矩平衡式压力变送器工作原理:是一种典型的自平衡检测仪表,利用力矩平衡和负反馈的工作原理。结构:测量部分、杠杆系统、位移检测放大器、波纹管反馈机构(气动压力变送器)或电磁反馈机构(电动压力变送器)。特点:测量精度高、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等。DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器直流电源24V,输出4-20mA(DC),两线制,安全防暴。1.测量膜片;2.轴封膜片;3.主杠杆;4.矢量机构;5.量程调整螺钉;6.连杆;7.副杠杆;8.检测片;9.差动变压器;10.反馈线圈11.放大器;12.调零弹簧;13.永久磁钢;被测压力p作用在测量膜片1上,则Fi=fp式中f为膜片的有效面积当主杠杆3平衡时,则Fil1=F1l2F1=Fi×l1/l2式中l1.l2分别为Fi.F1离支点O1的距离。则F1=f

p×

l1/l2=K1p,K1=fl1/l2为比例系数。矢量机构将F1分解为F2与F3,则F2=F1tgθ=K1p

tgθ电磁反馈力矩Ff应与F2对副杠杆的驱动力矩相平衡,则F2l3=Ffl4,F2=Ffl4/l3,

l3.l4分别为F2.Ff离支点O2距离。Ff的大小与通过10的电流成正比,Ff=K2I0,K2为比例系数。F2=Ffl4/l3=K2I0l4/l3=K3I0

,K3=K2l4/l3I0=K1p

tgθ/K3=Kp

tgθ，K=K1/K3为转换比例系数。当变送器的结构和电磁特性确定后,K为常数。tgθ确定后,I0与p

成对应关系。2.要测往复泵出口的压力,其压力变化范围为1.0~2.0MPa,工艺要求其测量误差不超过±0.05MPa,就地指示。请选择压力计的类型、测压范围、精度等级。解：测脉动压力时,Pmax≤P上限/2,即P上限≥2Pmax＝2×2＝4MPa,第三节流量检测及仪表一、概述1.流量、总流量的定义流量:是单位时间内通过管道某一截面的流体数量的大小.总量:在某一段时间内流过管道流量的总和。流量和总量可用质量表示,还可用体积表示。质量流量(M)和体积流量(Q)之间的关系是:M=Qρρ--流体的密度，M单位为kg/h；Q单位为m3/h,流量和总量之间的关系是:测量流体流量的仪表叫流量计,测量流体总量的仪表叫计量表。2.流量计的分类速度式流量仪表:以测量流体在管道内的速度作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。容积式流量计:

以单位时间内所排出流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。质量式流量计:

以测量流体流过的质量M为依据的流量计。分直接式流量计和间接式流量计。它具有测量精度不受流体的温度、压力、粘度等变化影响的优点。有发展前途的仪表。二、差压式流量计工作原理: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。(节流面积不变,以差压变化来反映流量的大小。)组成:由将被测流量转换成差压的节流装置和将此差压转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表。1.节流现象与流量基本方程

(1).节流现象节流现象:流体在流经节流装置的管道时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象。节流装置:包括节流件、取压装置。节流件:使管道中的流体产生局部收缩的元件。如孔板、喷嘴和文丘里管等。以孔板为例说明节流现象:如下图所示：流动的流体具有能量,即静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能,又由于流体有流动速度而具有动能。两者在一定的条件下可相互转化,但能量是守恒的。取压装置孔板----以孔板为例说明节流现象:如右图,表示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。流体在管道截面Ⅰ前,流速v1,静压力P’1。接近节流装置时,受到节流装置的阻挡,靠近管壁的流体阻挡作用最大,使一部分动能转换为静压能,则节流装置入口靠近管壁处的流体静压力升高,比管道中心处的压力大,这一径向压差使管壁处的流体向管道中心处流动,形成流束的收缩运动。由于惯性作用,流束的最小截面在Ⅱ处,这时流速最大v2,随后流束又逐渐扩大,到截面Ⅲ后恢复正常v3=v1。以孔板为例说明节流现象:如下图,表示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。节流装置前后压差的大小与流量有关。流量越大,产生的压差就越大。只要测出孔板前后两侧压差的大小,即可表示流量的大小,这是节流装置测量流量的基本原理。节流装置前压力高,称为正压,记为“+”;节流装置后压力低,称为负压,记为“-”。(2).流量基本方程:是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。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,即：

—流量系数,它与节流装置的结构形式、取压方式、孔口截面积与管道截面积之比、雷诺数、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等因素有关;标准节流装置,查阅手册。

—膨胀校正系数,与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数、孔口截面积与管道截面积之比等因素有关,应用时可查阅手册。但对不可压缩的液体,取=1。F0—节流装置的开孔截面积。ΔP—节流装置前后实际测得的压力差。

—节流件前的流体密度。流量方程中系数的讨论：流量系数():

是一个受许多因素影响的综合性参数。对标准节流装置,查手册可得;对非标准节流装置,由实验方法确定。则在设计节流装置时,对特定条件,选定一个值。总之,节流装置测量流量时,应在设计规定的条件下使用,流量方程中各系数才能保持常数,才能保证测量的准确度。如果实际使用条件偏离设计值时,

会引入附加误差,此时应对测量结果视对测量准确度的不同要求而作适当修正。

,流量标尺刻度是非均匀的。为了保证测量的准确,被测值不应接近仪表的下限值。2.标准节流装置(1).定义:进行设计计算时,有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化的实验数据资料的节流装置称标准节流装置,如孔板、喷嘴、文丘里管等。使用时可以查阅有关资料手册。(2).标准节流装置的取压方式(ΔP=P1-P2)角接取压法:孔板(喷嘴)前后两端面与管壁的夹角处取压。法兰取压法:离开孔板上下游各1英寸处取样,又称一英寸法兰接法。标准孔板采用角接取压法和法兰取压法。标准喷嘴采用角接取压法。角接取压法通过环室或单独钻孔结构实现的。孔板环室测量范围:6.4MPa以下,管道直径在50-520mm之间。孔板单独钻孔测量范围:2.5MPa以下,管道直径在50-1000mm之间。标准孔板的特点:测量精确,但对加工制造和安装要求严。缺点是压力损失大。标准节流装置适用管道直径大于50mm,雷诺数在104-105以上,且流体清洁,充满全部管道,不发生相变。节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小,差压信号由导压管引出,传递到相应的差压计,以便显示出流量的数量。3.差压式流量计的测量误差由于使用不当,可引起高达10%-20%的误差。所以不仅要合理的选型,准确的设计计算和加工制造,更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等,才能保证测量精度。造成测量误差的原因：(1).被测流体工作状态的变动,可引起测量误差如果使用时被测流体的工作状态及流体的重度、粘度、雷诺数等参数与设计时有变动,会造成原来由差压计算的流量与实际的流量之间有较大的误差。为了消除误差,须按新的工艺条件重新进行设计计算,或将所测的数值加以修正。(2).节流装置安装不正确,可引起测量误差在安装节流装置时,特别要注意节流装置的安装方向。一般,节流装置露出部分所标注的“+”号一侧,应是流体的入口方向。当用孔板作为节流装置时,应使流体从孔板90°锐口的一侧流入。另外,在使用中,要保持节流装置的清洁。(3).孔板入口边缘的磨损可引起测量误差,从而引起仪表指示值偏低。故应注意检查、维修,必要时应换新的孔板。(4).导压管安装不正确,或有堵塞、渗漏现象可引起较大的测量误差。导压管安装的要求：A.测量液体的流量时:应使两根导压管内都充满同样无气泡的液体,使两根导压管内的液体密度相同。措施如下:a.取压点应位于节流装置的下半部,与水平线夹角为00-450,既可排气泡,又可防堵塞。如右图。b.引压导管最好垂直向下,至少应有一定的倾斜度(1:20~1:10),使气泡易于排出。c.在引压导管的管道中应有排气的装置。如差压计只能装在节流装置之上时,须加装贮气罐,如图(b)。B.测量气体的流量时:使两根导压管内的流体密度相同,气体中无夹带的液体,措施如下：a.取压点应位于节流装置的上半部。b.引压导管最好垂直向上,至少应有一定的倾斜度,使引压导管不滞留液体。c.如差压计只能装在节流装置之下时,须加装贮液罐和排放阀。如图。C.测量蒸汽的流量时:须解决蒸汽冷凝液的等液位问题,以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。方法如图。自凝液罐至差压计的接法与测量液体流量时相同。测量腐蚀性液体流量,须加隔离措施,ρ1为被测介质密度。(5).差压计安装或使用不正确会引起测量误差。正确安装和使用差压计(或差压变送器)安装:由导压管接至差压计或差压变送器前,安装一平衡阀3和两个切断阀1.2,构成三阀组。使用:使用时先开平衡阀3,使正负压室压力相等,然后打开切断阀1.2,再关平衡阀3,差压计可投入工作。停用时先打开平衡阀3,再关切断阀1、2。当切断阀1、2关闭时,打开平衡阀3,可进行仪表的零点校验。P1+-123P2

JYLB一体化节流式流量计

一体化节流式流量计是将节流装置和差压变送器做成一体,差压变送器与流量显示设备通过各种模式的通讯,构成流量检测系统。该系统除能进行压力补偿外,还可手操迁移量程等三、转子流量计适用测小流量,管径在50mm以下管道的流量。测量的流量可小到每小时几升。结构:由下往上逐渐扩大的锥形管和放在锥形管内可自由运动的转子组成。特点:结构简单,是一种恒压降、变节流面积具有线性刻度的流量计。1.工作原理以压降不变,利用节流面积变化来测量流量的大小。转子可视为一个节流件,在锥形管与转子之间有一个环形通道,转子的升降就改变环形通道的流通面积从而测定流量,故又称为面积式流量计。2.工作原理工作时,被测流体从锥形管下端进入,转子受到向上的力,使转子浮起,当这个力等于转子的重力(重量减去转子的浮力)时,两力平衡,转子就停浮在一定高度上。由于转子的重力不变,当被测流体的流量突然增大时,转子就上升,这时流通面积增大,流体的流速变慢,作用在转子上的向上力就变小。当流体作用在转子上的力再等于转子的重力时,又稳定在一个新的高度上。转子的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。如果在锥形管外沿其高度刻上对应的流量值,就可根据转子的平衡位置的高低直接读出流量的大小。这就是转子流量计测量流量的基本原理。流量方程分别对转子和流体进行分析,得出如下表达式：V-转子体积;A-转子最大横截面积;ρt.ρf

-分别为转子和流体的密度;P1、P2-分别为转子前后流体的压力;h-转子平衡时所在的高度;Ф-仪表常数。2.电远传式转子流量计将反映流量大小的转子高度转换为电信号,适合于远传,进行显示或记录。LZD系列电远传式转子流量计由流量变送和电动显示两部分组成。(1).流量变送部分:用差动变压器进行流量变送的。组成:铁心、线圈及骨架组成。初级线圈在内层,两个线圈同相串联;次级线圈在外层,两个线圈反相串联。(1).流量变送部分原理:当铁心在中间位置时,次级线圈中产生的感应电动势e1、e2相等。u=e1-e2=0当铁心向上移动时,e1>e2,u=e1-e2>0。当铁心向下移动时,e1<e2,u=e1-e2<0。转子流量计的转子与差动变压器的铁心连接,可将流量的大小转换成输出感应电势的大小。(2).电动显示部分如下图····3.转子流量计的指示值修正转子流量计为非标准化仪表,在出厂时是在工业基准状态(20℃,0.10133MPa)下用水或空气进行标定的。当被测介质和工作状态发生改变,必须对仪表刻度进行修正。(1).液体流量测量时的修正Q0-用水标定的刻度流量;ρW-水的密度;Qf-密度为ρf的被测介质实际流量;KQ-体积流量密度修正系数;KM-质量流量密度修正系数;Mf-流过仪表的被测介质实际质量流量。(1).液体流量测量时的修正(2).气体流量测量时的修正：测气体时,制造厂是在工业基准状态(293K,0.10133MPa)下用空气进行标定的。对非空气介质在不同于上述基准状态下测量时,要进行修正,其中对压力.密度.温度进行修正。当已知仪表显示刻度Q0,实际介质的流量Q1,按下式修正：(2).气体流量测量时的修正Q1-被测介质的流量,Nm3/h;ρ1-被测量在标准状态下的密度,kg/Nm3;ρ0-标准状态下空气的密度,(1.293kg/Nm3);p1-被测介质的绝对压力;p0-工业基准状态时的绝对压力(0.10133MPa);T0-工业基准状态时的绝对温度(293K);T1-被测介质的绝对温度;Q0-按标准状态刻度的显示流量值,Nm3/h;Kρ-密度修正系数;Kp-压力修正系数;KT-温度修正系数。例1:现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流量,已知转子材料为不锈钢,ρt=7.9g/cm3,苯的密度为ρf=0.83g/cm3

。试问流量计读数为3.6L/cm3时,苯的实际流量是多少？解:苯的实际流量是4.4L/s。例2:某厂用转子流量计来测量温度为27℃,表压为0.16MPa的空气流量,问转子流量计读数为38Nm3/h时,空气的实际流量是多少？解:Q0=38Nm3/h,p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,p0=0.10133MPa,T0=293K,T1=273+27=300K,空气的实际流量是60.3Nm3/h。TGL型钢瓶流量计该流量计由减压器和玻璃转子流量计二部分组成,当流量计配置在钢瓶上时,钢瓶中的高压气体可借助于减压器和玻璃转子的调节功能,选择输出恒定的稳定流量,并可指示压力和流量。

LZ系列金属管浮子流量计

具有结构简单、工作可靠、精度较高、价格合理等特点,能耐较高的压力与温度,并可实现电远传扩大了使用范围。

LZB-()W/WB小流量玻璃转子流量计

该流量计可以检测气体或液体介质的小流量,具有小巧的外形,广泛用于各种分析仪器,环境保护设备,医疗设备及其它科学实验仪器配套,W型为不带调节阀结构,WB型带有调节阀结构

LZB-()U型聚砜管流量计

由聚砜塑料精制而成,转子材料为哈氏C或钛,接触被测流体的部件均有效的抗氢氧化纳溶液、盐液等腐蚀性液体,是制碱等化工行业理想的流量计

(3).蒸汽流量测量时换算：将蒸汽流量换算为水流量,如转子材料为不锈钢,ρt=7.9g/cm3,则：Q0-水流量,L/h;ρf-蒸汽密度,kg/m3;Mf-蒸汽流量,kg/m3。四、椭圆齿轮流量计1.工作原理椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个相互啮合的椭圆形齿轮A和B、轴及壳体组成。椭圆齿轮与壳体之间形成测量室,如图。当流体流过椭圆齿轮流量计时,由于要克服阻力将会引起阻力损失,从而使进料口侧压力p1大于出料口压力p2,在此压力差的作用下,产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动。在图(a)所示位置时,由于p1>p2,在二者产生的合力矩下,A轮顺时针转动,这时A轮为主动轮,B轮为从动轮。在图(b)所示位置时,根据力的分析可知,这时A、B都为主动轮。1.工作原理当继续转至(c)所示位置时,p1和p2在A轮上的合力矩为零,作用在B轮上的合力矩使它作逆时针转动,把已吸入的半月形容积内的介质排出出口,这时B轮为主动轮,A轮为从动轮,与图

(a)所示情况刚好相反。这样,A轮和B轮交替地一个带动另一个转动,把被测介质以半月形容积为单位一次一次地由进口排至出口。从(a)→(b)→(c)只表示椭圆齿轮转了1/4周的情况,而排出被测介质为一个半月形容积,则每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。即通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为:n-椭圆齿轮的旋转速度；V0-半月形测量室容积。2.使用特点椭圆齿轮流量计是基于容积测量原理的,与流体的粘度等性质无关。特别适用于粘度介质的流量测量。高测量精度高,压力损失小,安装方便。但被测介质不能含有固体颗粒,更不能夹杂机械物,否则会引起齿轮磨损,以至损坏。在椭圆齿轮流量计的入口端须加装过滤器。但椭圆齿轮流量计结构复杂,加工制造较难,因而成本高。如使用不当或使用时间过久,发生泄漏现象,会引起较大测量误差。LC系列椭圆齿轮流量计(油表)

是容积式流量计中的主要类型,用于计量在一定压力下封闭管道中满管流的流体流量。它具有精确度高、可靠性好、寿命长、量程范围大、压力损失小、粘度适应性强

第四节物位检测及仪表一、概述1.定义:液位、料位、液体的分界面称为物位。2.物位测量的目的(1).对物位测量的绝对值要求非常准确,借以确定容器或储存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量。(2).对物位测量的相对值要求非常准确,要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料相对变化,用以连续控制生产工艺过程,即利用物位仪表进行监视和控制。3.物位检测仪表的分类(按工作原理)(1).直读式物位仪表:主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。(2).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而工作。分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。3.物位检测仪表的分类(按工作原理)(3).浮力式物位仪表:利用浮子高度(或液体对浸沉于液体中的浮子的浮力)随液位变化而变化的原理而工作。(4).电磁式物位仪表:使物位的变化转换为一些电量的变化,通过测电量的变化来测知物位。分为电阻式(电极式)、电容式和电感式。(5).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。(6).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的原理而工作。

(7).光学式物位仪表:利用物位对光波的遮断和反射原理而工作。

二、差压式液位变送器1.工作原理:利用容器内液体产生的静压力与液位高度成正比的原理。

差压变送器的一端接液相,另一端接气相。设容器上部空间为干燥气体,压力为P,则:P1=P+ρgH,P2=PΔP=P1-P2=ρgH2.零点迁移问题测量液位时,当H=0时,ΔP=Z0≠0,称为零点迁移。当Z0>0

时,为正迁移,当Z0<0

时,为负迁移。Z0称为零点迁移量。(1).负迁移如图,隔离液密度ρ2>ρ1(被测介质的密度)P+=ρ2gh1+ρ1

gH+P0P-=ρ2gh2+P0ΔP=P+-P-=ρ1gH-(h2-h1)ρ2gΔP-变送器正、负压室的压差；h1–正压室隔离罐液位到变送器的高度；

h2–负压室隔离罐液位到变送器的高度;

H–

被测液位高度。(1).负迁移对于DDZ-Ⅲ型差压变送器,输出电流信号范围为4~20mA。在无迁移时:所检测的液位为零,即H=0,差压变送器所检测到的差压为零,即ΔP=0,对应的差压变送器的输出为I0=4mA,即测差压(液位)的起始点为零;当H=Hmax,ΔP=ΔPmax,对应的差压变送器的输出为20mA。+QoQi

·PAP0P0HP+P--(1).负迁移当H=0时,ΔP=Z0=-(h2-h1)ρ2g<0,为负零点迁移量,变送器的输出I0<4mA。H=Hmax时,ΔP=ρgHmax+Z0,变送器输出I0<20mA。超出了正常输出信号范围(4mA-20mA)。为了使差压变送器当H=0时,变送器的输出为4mA,H=Hmax时,输出为20mA。必须抵消Z0的作用,采用零点迁移的办法。即调节仪表上的迁移弹簧,以抵消Z0的影响。(2).正迁移P+=P0+ρgh+ρgH,P-=P0ΔP=P+-P-=ρ

gh+ρgHΔP-变送器正.负压室的压差；当H=0时,ΔP=Z0=ρgh>0,变送器的输出I0>4mA；当H=Hmax时,ΔP=ρgh+ρgHmax,变送器输出I0>20mA。超出了正常输出信号范围(4mA-20mA),是因取压点与差压变送器安装不在同一高度,引起的附加压差Z0,使液位起始值不为零。为了抵消Z0的影响,需要在差压变送器上增加零点迁移弹簧。零点迁移的实质迁移弹簧的作用:实质是改变变送器的零点。

零点迁移的实质:是改变差压变送器的测量差压(即液位)范围而其输出信号的范围不变,量程不变。它是通过零点迁移弹簧来实现的。如图曲线a为无迁移。曲线b为负迁移。曲线c为正迁移。3.法兰式差压变送器组成:由法兰式测量头(金属膜盒).毛细管和变送器组成。分类:单法兰式和双法兰式作用:测量具有腐蚀性、含固体颗粒、粘度大及易凝固等液体的液位。方法:在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管和变送器内,以免堵塞。三、电容式物位传感器1.测量原理:在电容器的极板之间,充以不同介质时,电容量的大小就不同。可通过测电容量的变化来测物位。两个同轴的圆筒形电极,中间充以电介质组成圆筒形电容器,相互遮盖部分的长度为L,圆筒形内电极的外径为d,外电极的内径为D,若电介质的介电常数为ε时,则其电容量为：当D.d一定时,则。2.液位的检测当液位为零时,仪表调整零点(或在某一起始液位调零也可),其零点的电容为：

-空气介电系数,D,d-分别为外电极内径及内电极外径。当液位上升为H时,电容为：电容的变化为:Ki为比例系数3.料位的检测由于固体间磨损大,易滞留,用电极棒及容器壁组成电容器的两极测量非导电固体料位。如图。电容量变化与料位升降的关系为:D,d--分别为容器的内经和电极的外径；ε,ε0-分别为物料和空气的介电系数。电容物位计的传感器特点:结构简单、使用方便。因电容变化量不大,要精确测量,常通过电子线路将电信号放大后再进行测量。还应注意介质浓度、温度变化时,其介电系数也要发生变化,以便及时调整仪表,达到测量目的。四、核辐射式物位计测量原理:放射性同位素的辐射线射入一定厚度的介质时,部分粒子因克服阻力与碰撞动能消耗被吸收,另一部分粒子则透过介质。射线的透射强度随介质厚度增加而减弱。关系式：μ-介质对放射线的吸收系数；H-介质层的厚度;I-穿过介质后的射线强度。不同介质吸收射线的能力是不同。固体吸收能力最强,液体次之,气体最弱。特点:核辐射线特性不受温度、湿度、压力、电磁场等影响,适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量,还可测量高温融熔金属的液位。所以可在高温、烟雾、尘埃、强光及强电磁场等环境下工作。但放射线对人体有害,使用范围受到限制。第五节温度检测及仪表温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制在工业生产中有着重要的作用。一、温度检测方法(一).温度不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。(二).温度计的分类按测温范围分:高温计(600℃以上)和普通温度计;按测量方法分:接触式和非接触式温度计;按用途分:实用温度计和标准温度计;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、辐射高温计。1.膨胀式温度计基于物体受热体积膨胀的性质制成。玻璃管温度计是属于液体膨胀式温度计;双金属温度计是属于固体膨胀式温度计。双金属温度计的感温元件是两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起的。金属片受热→两个金属片膨胀长度不同→弯曲→温度越高弯曲的角度越大→这就是双金属温度计的测温原理。1.膨胀式温度计双金属温度计→双金属片制成螺旋形→温度变化时,螺旋的自由端绕中心轴旋转→带动指针偏转→在刻度盘上指示相应的温度。2.压力式温度计原理:在封闭系统中的液体、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这一原理制作的。是用压力随温度的变化来测温的仪表。如图为压力式温度计。组成:温包、毛细管、弹簧管。温包:直接与被测物接触的感温元件,它须有强度高,膨胀系数小,热导率高,抗腐蚀等性能。可用铜合金、钢或不锈钢制造。2.压力式温度计毛细管:用来传递压力的变化。用铜或钢等冷拉成的无缝圆管制成。易破损,应加保护套管。在长度相同时,越细仪表越灵敏。弹簧管:与弹簧管式压力表相同。3.热电偶温度计:利用不同材料的金属焊接在一起,当温度发生变化时,会产生热电势,依靠热电势的测量来测温度。4.热电阻温度计:利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的原理测温。5.热辐射温度计:利用物体热辐射作用来测温度。二、热电偶温度计原理:是以热电效应为基础的测温仪表。特点:测量范围广(-50~1600℃),结构简单,使用方便,测量准确可靠,便于信号的远传、自动记录和集中控制。组成:热电偶(1)(感温元件)、测量仪表(3)(动圈仪表或电位差计)、连接热电偶和测量仪表的导线(2)(补偿导线及铜导线)。1.热电偶是感温元件,由两种不同材料的导体A和B焊接而成,焊接的一端插入被测介质中,感受被测温度,称为工作端或热端,另一端与导线相连,称为冷端或自由端,导体A和B称为热电极。(1).热电现象及测温原理热电现象:取两根不同材料金属导线A和B,将其两端焊在一起,组成一个闭合回路,如将其中的一端(1)加热,即t>t0,在此闭合回路中就有热电势产生,这种现象称为热电现象。如将金属B断开接入毫伏计,如图(b);如在t0接头处断开接入毫伏计,如图(c)。毫伏计有指示。

热电势:包括接触电势和温差电势。接触电势eAB(t)的产生:设A电子密度大于B电子密度,当A.B两种金属接触时,电子从密度大的扩散到密度小的中,即从A扩散B,A中剩下正电荷,B中得到电子而带电,形成静电场,阻碍电子扩散运动,当达到平衡时形成电势差eAB(t),称为接触电势。方向为A→B。接触电势与两金属的材料和接触点的温度有关。当材料确定后只与接触点的温度有关。

eAB(t)=-eBA(t)。t>t0AB+--+eA(t,t0)eB(t,t0)温差电势eA

(t,t0)的产生:对于同一金属A(或B),由于其两端温度不同,自由电子具有不同的动能,就产生一个电动势,称为温差电势eAB(t0)。它远小于接触热电势,则忽略不计,即eA(t,t0)≈0,eB(t,t0)≈0。把金属的两端闭合时,形成闭合回路。在两个接点处形成接触热电势eAB(t)和eAB(t0)。温差电势忽略不计,金属A.B的等效电阻为R1.R2,则图(a)可等效为图(b)。此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：

E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA

(t0)测温原理:热电势与两接点温度.热电极材料有关。当热电极材料确定后,热电势是两接点温度的函数之差,当冷端温度t0保持不变,即eBA(t0)为常数,热电势与热端温度成单值的函数关系。所以通过测量热电势的大小可以测温度的高低。注:如果两个热电极材料相同,两点温度不同,则总热电势E(t,t0)=0;如果两个热电极材料不同,两点温度相同,则总热电势E(t,t0)=0。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。(2).插入第三种导线的问题用热电偶测温时,需接仪表来测热电势,而仪表要远离测温点,这就需接第三种导线C。热电偶回路中接入连接导线C,就构成新的接点,但不影响热电偶的总热电势。(2).插入第三种导线的问题:如右(a)图:新的接点为3点和4点,两点的温度相同为t1,则总热电势E(t,t0)为：E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBC(t1)-eBC

(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBA(t0)=eAB(t)-eAB(t0)可见,与没有接入第三种导线时总热电势相等。(2).插入第三种导线的问题:如图:新接点为2和3点,两点的温度相同为t0,则总热电势E(t,t0)为:E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若A.B.C组成闭合回路,各点温度相同(t0)时,根据能量守恒原理,闭合回路内的总电势等于零。则eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0，eBC(t0)+eCA(t0)=-eAB(t0)E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0)则,与没有接入第三种导线时,总热电势相等。但必须保证引线两端的温度相同。同理,如果回路中串接多种导线,只要引线两端的温度相同,就不影响热电偶所产生的热电势值。(3).常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求:热电极对温度反应灵敏(温度每增加1℃时产生的热电势要大),热电势与温度尽量成线性关系,物理稳定性高,化学稳定性高,材料组织均匀,有韧性,易加工成丝;复现性好,且有良好的互换性,便于成批生产。铂铑30-铂铑6热电偶(双铂铑)(分度号为B):测量范围为300-1600℃,短期可测1800℃。铂铑10-铂热电偶(分度号为S):测量范围-20-1300℃,短期可测1600℃。作标准偶。镍铬-镍硅热电偶(分度号为K):测量范围-50-1000℃,短期可测1200℃。镍铬-考铜热电偶(分度号为XK):测量范围-50-600℃,短期可测800℃。(4).热电偶的结构按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。①普通型热电偶:包括热电极,绝缘管,保护套管及接线盒。

热电极:是热电偶的两根热偶丝。贵金属的偶丝直径为0.3-0.65mm,普通金属的偶丝直径为0.5-3.2mm,长度由安装条件及插入深度而定,一般为350-2000mm。绝缘管(绝缘子):防止两根热电极短路。有单孔管、双孔管及四孔管。保护套管:保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。①普通型热电偶接线盒:是供热电极和补偿导线连接用的,常用铝合金制成。连接热电极和补偿导线的螺丝必须拧紧,以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确度。②铠装热电偶:由金属套管、绝缘材料、热电偶丝一起经过复合拉伸成型。③表面型热电偶:利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶。④快速热电偶:是测量高温熔融物体一种专用热电偶。在热电偶选型时,注意三个方面:热电极材料;保护套管的结构.材料及耐压强度;保护套管的插入深度。2.补偿导线的选用当热电偶的冷端温度保持不变时,热电势才是被测温度的单值函数。但实际应用时,冷端离工作端近且暴露在空间,易受周围环境温度影响,冷端温度难保持恒定。为了使热电偶的冷端温度保持恒定,就将热电偶做很长,使冷端远离工作端,这就需要许多贵金属,不经济的。用补偿导线将冷端远离工作端。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。补偿导线的要求:由两种不同性质的金属材料制成,在一定温度范围内(0-100℃)与所连接的热电偶具有相同的热电特性,并是廉价金属。使用补偿导线的注意事项:与热电偶的型号相配,极性不能接错,热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100℃。与热电偶所配套的补偿导线如表3-7。补偿导线示例:E(t,t0)3.热电偶冷端温度补偿热电偶的温度-热电势关系曲线是要求冷端温度保持在0ºC时得到的,仪表的刻度线是根据温度-热电势关系曲线进行刻度的。热电偶使用时冷端在操作室,但操作室的温度一般高于0ºC,且不稳定。这