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文档简介
1、化学仪器和自动化,第3章测试仪器和传感器,第4节液位检测和仪器,第2节差压液位变送器,4,1。工作原理,图3-39差压液位变送器原理图,图3-40压力表液位计,第4节液位检测和仪表,差压变送器的一端接液相,另一端接气相,因此,当被测容器打开时,气相压力如果不需要远程信号传输,也可以在容器底部安装压力表,如图3-40所示。5,第4节,液位检测和仪表,6,2。零点迁移,图3-41,负迁移示意图。当使用差压变送器测量液位时,一般来说,在实际应用中,正压室和负压室分别为p1和p2,然后在第4节,液位检测和仪表中,移动弹簧改变变送器的零点。偏移和调零是为了使变送器输出的初始值与测量的起点相对应,但调零量
2、通常较小,而调零量相对较大。迁移同时改变测量范围的上限和下限,相当于测量范围的平移,不会改变测量范围的大小。7,第4节液位检测和仪表,图3-42正负迁移示意图,图3-43正迁移示意图,例如,差压变送器的测量范围为05000帕,当差压从0变化到5000帕时,变送器的输出将从4mA变化到20mA,这是一种没有迁移的情况,如左图中的曲线A所示。曲线b显示负迁移,曲线C显示正迁移.8,第4节液位检测和仪表,3。用法兰差压变送器测量液位,图3-44用法兰差压变送器测量液位示意图,1个法兰测量头;2毛细管;3发射器,9。为解决测量腐蚀性或结晶颗粒、高粘度、易凝固的液位时,压力导管腐蚀堵塞的问题,应使用压力
3、导管进口带隔离膜的法兰差压变送器,如下图所示。第5节温度检测和仪器,1。温度检测方法,温度不能直接测量,但可以通过不同物体之间的热交换间接测量,并且物体的一些物理特性随冷热程度的不同而变化。按测量范围、用途分类,高温计、温度计、标准仪表、实用仪表、工作原理、膨胀温度计、压力温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计,测量方法,接触式和非接触式,18,第5节温度检测和仪表,表3-3常用温度计的类型、优缺点,19,第5节温度调节螺钉2;3绝缘体;信号灯、膨胀温度计是基于物体受热时体积膨胀的特性。第5节温度检测和仪器,21,2。压力温度计,是根据封闭系统中液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽加热后体
4、积膨胀或压力变化的原理制成的,用压力表测量这种变化,从而测量温度。图3-52压力温度计结构示意图,1传动机构;2刻度盘;3个指针;4弹簧管;5连杆;6个接头;7毛细管;8个暖包;工作物质,利用压力随温度变化来测量温度的仪器叫做压力温度计。第5节,温度检测和仪器,3。辐射温度计,辐射高温计是一种基于物体热辐射来测量温度的仪器。压力温度计的结构由以下三部分组成:毛细管弹簧管(或螺旋弹簧管),22,第5节温度检测及仪器,热电偶温度计,23,热电偶温度计是一种基于热电效应的温度测量仪器。图3-53热电偶温度计测温系统示意图,1个热电偶;2根电线;3测量仪器,热电偶温度计由三部分组成:1.热电偶,图3-
5、54热电偶示意图,第5节温度检测和仪器,24。(1)热电现象和温度测量原理,图3-55热电现象,图3-56接触电势形成过程,图3-57热电偶原理和电路图,左图闭环总热电势,或第5节温度检测和仪表,注意如果热电偶回路形成,如果热电偶的两个触点的温度相同, 尽管两个导体的材料不同,闭环的总热电势为零。热电偶产生的热电势不仅与两个结处的温度有关,还与热电极的材料有关。 也就是说,由不同热电材料制成的热电偶在相同温度下具有不同的热电势。25,第5节温度检测和仪器,26,(2)插入第三根导线的问题,当使用热电偶测量温度时,必须使用一些仪器来测量热电势,如下图所示。图3-58热电偶温度测量系统的连接图,图
6、(a)总热电势,(3-72),由于(3-75)和(3-74),公式(3-73)和(3-74)被代入公式(3-72)和(3-74),但是,必须保证引入线两端的温度相同。因此,(3-76),图(b)总热电势,27,第5节温度检测和仪器,28,(3)常用热电偶的类型,热电极材料的工业要求,当温度升高时产生的热电势应更大,热电势应尽可能与温度成线性关系;高物理稳定性;化学稳定性高;材料组织应均匀、坚韧且易于加工成丝;它重现性好,便于批量生产,在应用中能保证良好的互换性。第5节温度检测和仪表,29,表3-4工业热电偶,第5节温度检测和仪表,30,(4)热电偶结构,普通热电偶,图3-59热电偶结构,热电极
7、绝缘管保护套管接线盒,第5节温度检测和仪表,表3-5普通绝缘子材料,表3-6普通保护套管,31,31。铠装热电偶由金属套管、绝缘材料(氧化镁粉末)和热电偶丝组成,通过复合拉伸形成,然后将端部耦合丝焊接成光滑的球形结构。优点:反应速度快、使用方便、灵活、气密性好、耐振动、耐高压等。表面热电偶,一种专门用于测量物体表面温度的特殊热电偶。优点,反应速度快,热惯性小。第五节温度检测及仪器、快速热电偶、测量高温熔融物的专用热电偶。热电偶的结构可根据其用途和安装位置确定。选择热电偶时,应注意三个方面:(1)热电极的材料;保护套管的结构、材料和抗压强度;保护套管的插入深度。33,第5节温度检测和仪表,34,
8、补偿导线的选择,图3-61补偿导线布线图,一种特殊的导线用于延长热电偶的冷端,它不仅可以保持热电偶冷端的温度不变,而且是经济的。它也由两种不同性质的金属材料制成。在一定的温度范围内(0100),它具有与连接的热电偶相同的热电特性,而且它的材料是廉价的金属。见左图。第5节温度检测和仪表,使用热电偶补偿线时,注意型号匹配。表3-7常用热电偶的补偿线,第5节温度检测和仪器,冷端温度补偿。当使用热电偶测量温度时,只有将冷端温度保持在或进行一些修正,才能获得准确的测量结果。这称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用以下方法。(1)冷端温度保持方法,图3-61热电偶冷端温度保持方法,(2)冷端温度修正方法。在实
9、际生产中,冷端温度往往不是0,而是一定的为了获得t的实际温度,可以使用以下公式进行校正,即,可以知道,当热端处于室温并且冷端为0时,通过将测得的热电势E(t,t1)与热电偶的热电势E(t1,0)相加,可以获得实际温度下的热电势E(t,t1)。37,第5节,温度检测和仪器,使用计算方法校正冷端温度,即冷端温度的恒定值对温度测量的影响。该方法仅适用于实验室或临时温度测量,在连续测量中明显不实用。注:第5节温度检测和仪器,示例,示例6用镍铬铜镍热电偶测量加热炉的温度。测得的热电势E(t,t1)为66982v,自由端的温度t130用于计算测得的实际温度。可通过附录3找到解决方案,那么对应于68783V
10、的温度可被发现为900。39,第5节温度检测和仪器,因为热电偶产生的热电势与温度之间的关系是非线性的(当然,各种热电偶的非线性程度是不同的),当自由端的温度不为零时,将对应于测得的热电势的温度加到自由端的温度不等于实际测得的温度。例如,在上面的例子中,测得的热电势是66982伏,相应的温度可以从附录3中找到876.6。如果自由端温度加到30,它将是906.6,这与实际测量的温度有一定的误差。实际热电势和温度之间的非线性越严重,误差越大。40,第5节温度检测和仪器,(3)仪器零点校准方法。如果温度测量元件是热电偶,为了确保温度测量期间的指示值不太低,可以预先将仪表指针调整到相当于室温的值。注意:
11、它只能在温度测量要求不高的情况下使用。(4)补偿电桥法,利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势变化。在第5节温度检测和仪器中,由于电桥在20点钟时是平衡的,当使用该补偿电桥时,仪器的机械零位必须提前调整到20。如果补偿桥被设计为平衡在0(DDZ型温度变送器中的补偿桥),则仪表零位应设置为0。注意!图3-62带补偿电桥的热电偶测温电路,42,第5节温度检测和仪表,43,(5)补偿热电偶法,图3-63补偿热电偶连接电路。在实际生产中,为了节省补偿导线和投资成本,一台温度测量仪通常使用几个热电偶。第5节,温度检测和仪表,第3节,热电阻温度计,44,在中低温区,一般宜使用热电阻温
12、度计进行温度测量。热电阻温度计由热电阻(感温元件)、显示仪表(不平衡电桥或平衡电桥)和连接线组成。图3-64热电阻温度计,第5节温度检测和仪器。对于线性电阻,电阻值和温度之间的关系如下。热电阻温度计适用于测量-200-500范围内的液体、气体、蒸汽和固体表面的温度。1.温度测量原理,利用金属导体电阻值随温度变化的特性(电阻温度效应)来测量温度。45,第5节温度检测和仪器,2。工业上常用的热电阻,对热电阻材料的一般要求是:电阻的温度系数和电阻率要大;热容量应该小;在整个温度测量范围内,应具有稳定的理化性能和良好的重现性;电阻值和温度之间的关系最好是线性的。46,第5节温度检测和仪表,47,(1)
13、铂电阻。在0650的温度范围内,关系式b第5节温度检测和仪器,49。热电阻结构:(1)普通热电阻,主要由电阻、保护套、接线盒等主要部件组成。图3-65热电阻支架形状(缠绕电阻丝),(2)铠装热电阻,电阻体预拉成型,用绝缘材料和保护套连接。(3)薄膜热阻,其中热阻材料通过真空涂覆方法直接蒸发在绝缘衬底上。第5节,温度检测和仪器仪表;第4节,电动温度变送器,DBW温度(温差)变送器是DDZ系列电动单元组合检测和调节仪表的主要单元。它可以与各种热电偶和热电阻一起使用,也可以与各种输出毫伏的变送器一起使用。然后,它可以与显示单元和控制单元一起使用,以显示和控制温度或温差等参数。50,第5节温度检测和仪
14、器。与DDZ型温度变送器相比,DDZ型温度变送器有以下主要特点。线上采用安全火花防爆措施。热电偶和热电阻温度变送器采用线性化机制。在电路中,由于使用了集成电路,变送器具有良好的可靠性、稳定性等技术性能。51,第5节温度检测和仪器,52,有三种类型的温度变送器:热电偶温度变送器;热电阻温度变送器;直流毫伏发射器。1.热电偶温度变送器分为输入桥式电路、放大电路和反馈电路。图3-66热电偶温度变送器结构框图,第5节温度检测和仪表,53,(1)输入桥,功能:冷端温度补偿,零点调整。图3-67输入电桥,第5节温度检测和仪器,(2)反馈电路。在DDZ型温度变送器中,温度变送器的反馈电路增加了线性化电路。图
15、3-68,热电偶温度变送器线性化方法框图,(3)放大电路,54,第5节,温度检测和仪表,55,2。热电阻温度变送器,结构分为输入电桥、放大电路和反馈电路。图3-69热电阻温度变送器结构框图,第5节温度检测和仪表,第5节集成温度变送器,56,是指一种变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的温度变送器。图3-70集成温度变送器结构框图、结构、测温元件和变送器模块、常用变送器芯片:AD693、XTR101、XTR103、IXR100等。变送器模块的正常工作温度,-20 80,第5节温度检测和仪表,图3-71集成热电偶温度变送器的电路原理,由AD693组成的热电偶温度变送器的电路原理图。变送器的输出和输入之间的关系可以用57表示。在第5节“温度检测和仪器”中,变送器的输出电流I0与热电偶的热电势成比例。RCu的电阻值随温度变化,合理选择RCu的电阻值可以使RCu随温度变化引起的i1RCu的变化近似等于热电偶冷端温度变化引起的热电势Et的变化,两者相互抵消。结论,58,第5节温度检测与仪表,6,智能温度变送器,59,以SMART公司TT302温度变送器为例。优点,可与各种热电偶或热电阻一起使用来测量温度;测量范围宽,精度高;环境温度和振动影响小,抗干扰能力强;重量轻;安装和维护方便。结构由硬件和软件两部分组成。第5节温度检测
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