化工仪表及其自动化控制流量部分课件.ppt

1、vAqvdAvA0tvvQq dtmvqqmvQQ(a)标准孔板(b)喷嘴(c)文丘里管1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqApqApHhDdaa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体l1l2法兰取压法兰取压l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqpHhDdP()P()P()P()P()P()h()tfVgpA 2vfqhp2()tffVghA2()tffmVgqhA02()twvwVgqhA2()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq0()

2、()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4(/)L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 0,00000()()tftffftfQQQ000ffffPQP QTT0000000fffffffP T QP TQQT PT P000ffffPVP VTT000ffffPPTT000ffffP TT P000000QTTPPQffffxEKBDv24vDqv4vxDqEBKSNvqdvStf 4vqVndDL1DdL2H212ln()LCD d212()ln()HCKHD d 辐射源接收器0HII e测温方式 测温仪表 测温范围 主要特点 接触式

3、 膨胀式 玻璃液体 100600 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传 双金属 80600 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有限 热电效应 热电偶 2001800 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需自由瑞温度补偿，在低温段测量精度较低 热阻效应 铂电阻 200600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；不能测高温 铜电阻 50150 半导体热敏电阻 50150 灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制 非接触式 非接触式 辐射式 03500 不

4、破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物体的温度；易受外界环境的影响，标定较困难 热电效应热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为接点分别置于温度各为 t 及及 t0 的热源中，则在该回路内的热源中，则在该回路内就会产生热电势。就会产生热电势。ABBA图图3-37 热电偶示意图A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)图图3-38 热电现象A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0000(,)

5、()()(,)(,)ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00(,)()()(i)ABABABEt tetet()()ABBAetet 热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。热电势。但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？tt0ABCC毫伏计因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串

6、接毫因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表，伏信号的检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。如果断开冷端，接入第三种导体如果断开冷端，接入第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温度均为接触处的温度均为t t0 0，则回路中的总热电势等于各接，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和点处的接触电势之和:tABCt0t0ABtt0000(,)()()()ABCABBCCAEt tetetet当当t t

7、t t0 0时，有时，有00000(,)()()()0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000(,)()()(,)ABCABABABEt tetetEt t根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。tt0ABCC毫伏计例：求热电偶回路的电势。例：求热电偶回路的电势。已知：已知：e eABAB(240)=9.747mV(240)=9.747mV，e eABAB(50)

8、=2.023mV(50)=2.023mV，e eACAC(50)=3.048mV(50)=3.048mV，e eACAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)，而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E=e E=eABAB(240)+e(240)+eCACA(10)-e(10)-eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中间导体定律解二：

9、利用中间导体定律 E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBABA(50)+e(50)+eACAC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)=e =eABAB(240)+e(240)+eCACA(10)-e(10)-eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV。如果热电偶如果热电偶ABAB在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶CDCD在同一温度范围内所在同一温度范围内所产生的热电势相等，即产生的热电势相等，即 ，则这两支热电偶在该温度范，则这两支热电偶在该温度范围内是可以相互替换的，这就是

10、所谓的热电偶等值替代定律。围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。00(,)(,)ABCDEt tEt tt0tAAABBBDCtt0tctc例例 如左图，设如左图，设 ，证明该回路的总热电势为证明该回路的总热电势为 00(,)(,)ABcCDcEt tEt t0(,)ABEt tDC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB把冷端温度延伸到控制室，变为把冷端温度延伸到控制室，变为t t0 0，恒定，恒定t t0 0比较容易比较容易此时，测得的热电势为此时，测得的热电势为00(,)(,)(,)ABcABcABEt tEt tE

11、t t如果选用一组较廉价的材料（如果选用一组较廉价的材料（C C、D D），且），且CDCD在一定温度范围内所在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶产生的热电势与热电偶ABAB在同一温度范围内所产生的热电势相等，在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用就可以用CDCD来替代来替代ABAB的延伸段。的延伸段。00(,)(,)(,)ABcCDcABEt tEt tEt tCDCD即为热电偶即为热电偶ABAB的补偿导线，通常的补偿导线，通常CDCD采用比热电偶采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在一般在0 0100100范围内要求补偿导线要与被补偿

12、的热电偶具有范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有几乎完全相同的热电性质。几乎完全相同的热电性质。在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，配，注意极性不能接错，热电偶与补偿导线连接处热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于的温度一般不能高于100100。从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热

13、电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：偶的电极材料在被测温度范围内应满足：热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是以附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是以t t0 000为基准进行分度

14、的。为基准进行分度的。当当t t00时，所有型号热电偶产生的热电势为时，所有型号热电偶产生的热电势为0mV0mV；当当t0t0时，热电势为负值。时，热电势为负值。在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶中，相同温度条件下S S型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。如果型最大。如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的。即：。即：00(,)()ABEt tK tt例例 用用K K型热电偶来测量温度，在冷端温度为型热电偶来测量温度，在冷端温度为t t0 02525时，测得热电势为

15、时，测得热电势为22.9mV22.9mV，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。解解1 1：根据题意有根据题意有 (,25)22.9KEtmV由由K K型热电偶的分度表查出型热电偶的分度表查出 (25,0)1.000KEmV因此有因此有(,0)(,25)(25,0)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmVmV反查分度表有反查分度表有23.923.629570*10576.424.05523.629tC中间导体定律中间导体定律拆开冷端，串入拆开冷端，串入“毫伏计毫伏计”，可以，可以测量热电势，而不影响总的热电势测量热电势，而不影响总的热电势等值替代定律等值替代定律利用补偿导线来

16、延伸冷端，把热电偶利用补偿导线来延伸冷端，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的现场延的冷端从温度较高和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内伸到温度较低和比较稳定的操作室内由于操作室内的温度往往高于由于操作室内的温度往往高于00，而且也是不恒定的（即，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的热电势必然使有空调也是不恒定的），这时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。会随冷端温度的变化而变。因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为00，或者，或者进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，对热电偶进行必要的修正和处

17、理才能得出准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度的处理称为冷端温度补偿。冷端温度补偿。目前，热电偶冷端温度主要有以下几种目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法：处理方法：冰浴法冰浴法 校正仪表零点法校正仪表零点法 计算修正法计算修正法 补偿热电偶法补偿热电偶法ttc热电偶补偿导线毫伏计0恒温装置t+RcuER1R2R3+ab 00tt0(,)E t t0(,)E t t+图344 电桥补偿法t+RcuER1R2R3+ab 00tt0(,)E t t0(,)E t t+00(,)()abE t tUt000(,)()(,)abE t tUtE t t接线盒保护套管绝缘管热电偶安装

18、法兰引线口普通型热电偶主要由热电极、绝缘普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分管、保护套管和接线盒等主要部分组成。组成。贵重金属热电极的直径一般为贵重金属热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属热电，普通金属热电极的直径一般为极的直径一般为0.50.53.2mm3.2mm；热电极的长度由安装条件和插；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为入深入而定，一般为3503502000mm2000mm。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶

19、主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构铠装型热电偶是由热电极、绝缘材铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成料和金属套管三者经过拉伸加工成型的型的金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等温合金等保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm8mm，在使用中可以随测量，在使用中

20、可以随测量需要任意弯曲。需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用广泛。弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用广泛。：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：001()ttRRtt式中，式中，为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度为温度t t0 0(通常通常t t0 00 0)时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度系数。为温度系数。tR0tR：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：半导体热敏

21、电阻的阻值和温度的关系为：式中，式中，为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 A A、B B是取决于半导体材料和结构的常数是取决于半导体材料和结构的常数 tRB ttRAe：热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有围只有5050300300左右，大量用于家电和汽车用温度检左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。测和控制。金属热电阻一般适用于测量金属热电阻一般适用于测量200200500500范围内的温度范围内的温度测量，其特点测

22、量准确、稳定性好、性能可靠，在过程测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛控制领域中的应用极其广泛。ER1R2R3iUtRtRsI*istUIRtRiRrr2itRRrER1R2R3iUtRIIrrr33()()()iABCBttUUUI RrI RrI RR3RtRsI*istUIRI1I2VT111()itCuwUEI RRoiIKU11()tCuwK EI RRI2I1VT11211101()iBDtWttwUUI RI RIRI RR01101()ttWIKIRKI RR输入板包括多路转换器、信号调理电路、AD转换器和隔离部分，其作用是将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给CPU，并实现输入板与主电路板的隔离。用于热电偶的冷端温度补偿 核心核心采样、计算(控制)、输出 产生并输出满足FF标准的数字信号 显示 (a)逆流 (b)正交 (d)弯头图3-56 温度检测元件的安装示意图