《化工传热与控制技术》课件-项目12温度测量及显示仪表、安全控制方案

CaloriesChemicalIndustry12.1

温度测量及显示仪表化工传热与控制技术12.1

温度测量及显示仪表1.

温度计的分类（一）温度计的分类1.按测量范围分高温计（600℃以上）、温度计（600℃以下）2.按用途分标准仪表、实用仪表3.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。4.按测量方式分接触式温度计、非接触式温度计12.1

温度测量及显示仪表2.

常用温度计的种类及适用温度(1)温度计接触式非接触式膨胀式玻璃液体：-50~600℃双金属：-80~600℃液体：-30~600℃气体：-20~600℃蒸汽：0~250℃铂铑-铂：0~1600℃镍铬-镍硅：-50~1000℃镍铬-考铜：-50~600℃铂：-200~600℃、铜：-50~150℃压力式热电偶热电阻热辐射：400~2000℃光辐射：700~3200℃比色：900~1700℃光电式：0~3500℃热电式：200~2000℃辐射式红外线12.1

温度测量及显示仪表2.

常用温度计的种类及适用温度(2)温标将标准大气压下纯水的冰点定为0度，沸点定为100度，在0~100之间分100等分，每一等分为1摄氏度，用符号t表示，单位为℃。摄氏温度将标准大气压下纯水的冰点定为32度，沸点定为212度，在32~212之间分180等分，每一等分为1华氏度，符号为T。华氏温度换算关系：T=(1.8t+32)°F12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（1）膨胀式温度计利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度。玻璃液体温度计（液体膨胀式）不同金属受热膨胀程度不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度。双金属温度计（固体膨胀式）12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（2）压力式温度计利用液体蒸发或气体膨胀而引起的压力变化进行测量。基于封闭系统中的液体、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的原理制成，通过压力表测量这种变化来获取温度。工作原理组成部分温包：直接与被测介质相接触以感受温度变化，用于传热、容纳膨胀介质，要求具有高强度、低膨胀系数、高热导率、抗腐蚀性等特性。毛细管：传递压力变化，其直径越细、长度越长，传递压力的滞后现象越严重。弹簧管：压力表使用的弹性元件，用于显示压力（温度）。12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（3）辐射式高温计基于物体热辐射作用来测量温度。工作原理广泛用于测量高于800℃的温度，在化工生产中，常与热电偶和热电阻配合使用进行温度测量。应用场景12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（4）热电偶温度计以热电效应为基础，由两种不同材料的导体A和B焊接而成。不同金属电子密度不同，两金属接触面因电子扩散产生电场（热电现象），电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡。接触电势差仅与两金属材料及接触点温度有关，温度越高，金属中自由电子越活跃，由A迁移到B的自由电子越多，接触面电场强度增加，接触电动势增高。在热电偶材料确定后，电势仅与温度有关，故称热电势。若组成热电偶回路的两种导体材料相同，无论两接点温度如何，闭合回路总热电势为零；若热电偶两接点温度相同，即便两导体材料不同，闭合回路总热电势也为零。工作原理12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（4）热电偶温度计单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；热电性质稳定；化学稳定性好，高温下抗氧化、抗腐蚀；具有较好的延展性，易于加工；复现性好，便于批量生产和互换。材质与选择要求选择时需考虑测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精度、抗腐蚀能力、价格等因素。12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（4）热电偶温度计热电极工作部分，为组成热电偶的两根热偶丝，正负热电极材料不同。绝缘子防止电极与电极、套管短路，材料选取由使用温度范围而定。保护套管保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤，要求耐高温、耐腐蚀、能承受温度剧变、有较好气密性、高热导系数。接线盒供热电极和补偿导线连线之用。12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（5）热电阻温度计热电偶温度计适用于测量500℃以上的较高温度，对于500℃以下的中、低温度，其输出热电势小，对二次仪表的放大器、抗干扰措施等要求高，且冷端温度变化引起的相对误差突出，不易全补偿，因此中、低温度测量一般选用热电阻温度测量仪表。适用场景基于电阻的热效应，即电阻体的阻值随温度的变化而变化，通过测量感温热电阻的阻值变化来确定被测温度。测温原理12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（5）热电阻温度计分类及比较电阻值和温度近似满足一定关系式，适用于

-200~500℃范围内的温度测量，具有测量准确、稳定性好、性能可靠等特点，在过程控制领域应用极其广泛。（1）金属热电阻温度系数更大，常温下电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围仅为-50~300℃左右，大量用于家电和汽车的温度检测和控制。（2）半导体热敏电阻12.1

温度测量及显示仪表3.

各类温度计详细介绍（5）热电阻温度计作为热电阻的金属材料需满足温度系数尽可能大且稳定、电阻率大、在使用温度范围内化学和物理性能稳定、复制性好、电阻值随温度变化为单值函数关系（最好呈线性关系）等要求。工业常用金属热电阻我国常用的铂热电阻有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等，分度号分别为Pt10、Pt100和Pt1000；铜热电阻有R0=

50Ω和R0=100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100，其中Pt100和Cu50应用更为广泛。12.1

温度测量及显示仪表4.

温度检测仪表的选用（1）就地指示双金属温度计：精度不高。（2）热电偶：适用于测量500~1800℃范围的中高温度，在线检测。（4）辐射式温度计：一般用于200℃以上的高温测量。（3）热电阻：适用于测量500℃以下的中低温度，在线检测。（5）注意事项：使用热电阻、热电偶时，需根据相应要求确定合适的分度号。CaloriesChemicalIndustry12.2

换热器安全控制方案化工传热与控制技术引言：换热过程与控制目标确保生产流程的安全、高效与稳定是换热控制的根本宗旨。核心环节：换热是能量交换的核心，直接影响产品质量和生产效率。控制关键：精确调控介质温度是安全控制的关键，避免安全隐患或产品报废。最终目标：保证出口温度稳定，确保生产过程安全、高效、连续运行。核心控制策略：PID调节器比例(P)作用快速响应偏差，偏差越大，动作越迅速，如同“消防员”。积分(I)作用清除静态误差，确保温度精确稳定，如同“清洁工”。微分(D)作用预测变化趋势，提前抑制波动，如同“预言家”。三者协同工作，实现对温度的快速、精准控制，是工业界的首选策略。无相变换热器控制方案通过温度传感器检测出口温度，PID控制器根据偏差调节载热体阀门开度以改变流量。优点是简单可靠，但要求载热体压力稳定。调节载热体流量接调节工艺流量或采用旁路分流。优点是响应快、克服滞后能力强，但需换热器有足够裕量，且载热体需高负荷运行。调节工艺介质自身流量一侧有相变换热器控制方案第一类：利用冷凝潜热加热通过调节疏水阀改变冷凝液液位，从而改变有效传热面积。液位越高，传热面积越小，以此控制出口温度。方案一：控制冷凝液排出量引入流量/压力副回路，快速抑制蒸汽压力波动等干扰，使主变量（出口温度）控制更精准、更稳定。方案二：串级控制GC2

(s)GV(s)GP2(s)Gf2(s)GP1(s)Gf2(s)Gm2(s)Gm1(s)GC1(s)r1e1e2u2e2=u1--ym2ym1y2F2y1F1一侧有相变换热器控制方案其他类型这类换热器通常使用液氮、液氨等介质，它们在汽化过程中会吸收大量热量，从而为工艺介质提供低温环境。其控制方案通常是通过调节节流阀的开度，来控制制冷剂的蒸发压力和温度，进而实现对工艺介质出口温度的控制。第二类：利用汽化潜热制冷再沸器是精馏塔的重要组成部分，用于将塔底液体部分汽化，产生上升蒸汽。其控制方案比较复杂，需要根据具体的工艺流程和操作条件进行设计，常见的有控制加热蒸汽流量、控制塔底液位等方案。方第三类：再沸器当换热器的两侧流体都发生相变时，例如用蒸汽加热的蒸发器，其控制原理与一侧有相变的情况类似，但由于两个相变过程相互影响，系统会更复杂一些。两侧有相变换热器控制方案通过调节蒸汽入