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1、化工儀表及自動(dòng)化 第三章 檢測(cè)儀表與傳感器 內(nèi)容提要 n 物位檢測(cè)及儀表 n概述 n差壓式液位變速器 n電容式物位傳感器 n核輻射物位計(jì) n稱重式液罐計(jì)量?jī)x n 溫度檢測(cè)及儀表 n溫度檢測(cè)方法 n熱電偶溫度計(jì) n熱電阻溫度計(jì) n電動(dòng)溫度變送器 1 內(nèi)容提要 n一體化溫度變送器 n智能式溫度變送器 n測(cè)溫元件的安裝 n 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展 n軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 n現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展 2 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 n 一、概論 3 幾個(gè)概念幾個(gè)概念液位 料位 液位計(jì) 界位計(jì) 測(cè)量物位的兩個(gè)目的測(cè)量物位的兩個(gè)目的 按其工作原理分為按其工作原理分為 直讀式物位儀表 差壓式物位儀表 浮力式物位儀表

2、 電磁式物位儀表 核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表 光學(xué)式物位儀表 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 n 二、差壓式液位變送器 4 1.1.工作原理工作原理 圖3-39 差壓液位變送器 原理圖 圖3-40 壓力表式液位計(jì) 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相 因此 當(dāng)被測(cè)容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時(shí)，只需 將差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可。若不需要遠(yuǎn)傳信號(hào) ，也可以在容器底部安裝壓力表，如圖3-40所示。 5 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 6 2.2.零點(diǎn)遷移問題零點(diǎn)遷移問題 圖3-41 負(fù)遷移示意圖 在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來說 實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為

3、則 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 遷移彈簧的作用遷移彈簧的作用 改變變送器的零點(diǎn)。 遷移和調(diào)零遷移和調(diào)零 都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始 點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移 量則比較大。 遷移遷移 同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量 范圍的平移，它不改變量程的大小。 7 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 圖3-42 正負(fù)遷移示意圖 圖3-43 正遷移示意圖 舉例舉例 某差壓變送器的測(cè)量范 圍為05000Pa，當(dāng)壓差由0 變化到5000Pa時(shí)，變送器的 輸出將由4mA變化到20mA ，這是無遷移的情況，如左 圖中曲線a所示。負(fù)遷移如 曲線b所示，正遷移如曲線c 所示。 8 第四節(jié) 物位檢

4、測(cè)及儀表 3.3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位 圖3-44 法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖 1法蘭式測(cè)量頭；2毛細(xì)管；3變送器 單法蘭式 雙法蘭式 法蘭式差壓變送器法蘭式差壓變送器 按其結(jié)構(gòu)形式按其結(jié)構(gòu)形式 9 為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、 易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使 用在導(dǎo)壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如下圖 所示。 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 n 三、電容式物位傳感器 1.1.測(cè)量原理測(cè)量原理 圖3-45 電容器的組成 1內(nèi)電極；2外電極 兩圓筒間的電容量?jī)蓤A筒間的電容量C C 當(dāng)當(dāng) D D 和和 d d 一定時(shí)，

5、電容量一定時(shí)，電容量 C C 的大小與的大小與 極板的長(zhǎng)度極板的長(zhǎng)度 L L 和介質(zhì)的介電常數(shù)和介質(zhì)的介電常數(shù) 的乘積的乘積 成比例。成比例。 10 通過測(cè)量電容量的變化可以用來檢測(cè)液位、料位和兩種不同 液體的分界面。 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 2.2.液位的檢測(cè)液位的檢測(cè) 3-46 非導(dǎo)電介質(zhì) 的液位測(cè)量 1內(nèi)電極；2外電極 ；3絕緣套；4流通 小孔 當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的 電容為 對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。 當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)?電容量的變化為 11 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被 測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)與空氣

6、介電系數(shù)0不等的原理進(jìn) 行工作，（-0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩 極間的距離越小，儀表越靈敏。 結(jié)論結(jié)論 12 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 3.3.料位的檢測(cè)料位的檢測(cè) 用電容法可以測(cè)量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由 于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁 組成電容器的兩極來測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。 1金屬電極棒；2容器壁 左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測(cè)量 料位的示意圖。 電容量變化與料位升降的關(guān)系為 13 圖3-47 料位檢測(cè) 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 需借助較復(fù)雜的電子線路。 應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要

7、發(fā) 生變化這種情況。 14 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 n 四、核輻射物位計(jì) 射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具 體關(guān)系見式（3-63）。 （3-63） 圖3-48 核輻射物位計(jì)示意圖 1輻射源；2接受器 特點(diǎn)特點(diǎn) 適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇 毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰 狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高 溫融熔金屬的液位。 可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。 但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍 受到一些限制。 15 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 n 五、稱重式液罐計(jì)量?jī)x 該計(jì)量?jī)x既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量真實(shí)的質(zhì)量 儲(chǔ)量?jī)?chǔ)量。

8、 稱重儀根據(jù)稱重儀根據(jù)天平原理天平原理設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 杠桿平衡時(shí) 由于 （3-64） 代入（3-64） （3-65） 如果液罐是均勻截面（3-66） （3-67） 16 第四節(jié) 物位檢測(cè)及儀表 圖3-49 稱重式液罐計(jì)量?jī)x 1下波紋管；2上波紋管；3 液相引壓管；4氣相引壓管； 5砝碼；6絲杠；7可逆電 機(jī)；8編碼盤；9發(fā)訊器 式中 如果液罐的橫截面積A為常數(shù)，得 將式（3-67）代入式（3-65），得 （3-68） 17 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 一、溫度檢測(cè)方法 溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之 間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不 同而變化的特性來加以間接測(cè)量。 分分

9、 類類 按測(cè)量范圍按測(cè)量范圍 按用途按用途 高溫計(jì)、溫度計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表 按工作原理按工作原理 膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶 溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì) 按測(cè)量方式按測(cè)量方式 接觸式與非接觸式 18 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 測(cè)測(cè)溫方式溫方式溫度溫度計(jì)計(jì)種種類類 測(cè)測(cè)溫范溫范圍圍 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 接 觸 式 測(cè) 溫 儀 表 膨 脹 式 玻璃液體 -50600結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確 ，價(jià)格低廉 測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量 的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn) 傳 雙金屬-80 600結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠 精度低，量程和使用范圍有 限 壓 力 式 液體 氣體 蒸汽 -30 600 -2

10、0 350 0 250 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，耐震，防爆能記錄 、 報(bào)警，價(jià)格低廉 精度低，測(cè)溫距離短，滯后 大 熱 電 偶 鉑銠 -鉑 鎳鉻 -鎳 硅 鎳鉻 -考 銅 0 1600 -50 1000 -50 600 測(cè)溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離 、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制 需冷端溫度補(bǔ)償 ，在低溫段 測(cè)量精度較低 熱 電 阻 鉑 銅 -200 600 -50 150 測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、 集中測(cè)量和自動(dòng)控制 不能測(cè)高溫，需注意環(huán)境溫 度的影響 非接 觸式 測(cè)溫 儀表 輻 射 式 輻射式 光學(xué)式 比色式 400 2000 700 3200 900 1700 測(cè)溫時(shí)，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng) 低溫段測(cè)

11、量不準(zhǔn)，環(huán)境條件 會(huì)影響測(cè)溫準(zhǔn)確度 紅 外 線 光電探測(cè) 熱電 探測(cè) 0 3500 200 2000 測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布，不 破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快 易受外界干擾，標(biāo)定困難 表表3-3 3-3 常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn) 19 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 1.1.膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì) 圖3-50 雙金屬片 圖3-51 雙金屬溫度信號(hào)器 20 1雙金屬片；2調(diào)節(jié)螺釘 ；3絕緣子；4信號(hào)燈 膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 21 2.2.壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì) 它是根據(jù)在封閉系統(tǒng) 中的液體、氣體或低沸點(diǎn) 液體的飽和蒸汽受熱

12、后體 積膨脹或壓力變化這一原 理而制成的，并用壓力表 來測(cè)量這種變化，從而測(cè) 得溫度。圖3-52 壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖 1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2刻度盤； 3指針 ；4彈簧管；5連桿；6接頭；7 毛細(xì)管；8溫包；9工作物質(zhì) 應(yīng)用壓力隨溫度的變化來測(cè)溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 3.3.輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì) 輻射式高溫計(jì)輻射式高溫計(jì)是基于物體熱輻射作用來測(cè)量溫度的儀表。 壓力式溫度計(jì)的壓力式溫度計(jì)的構(gòu)造構(gòu)造由以下三部分組成由以下三部分組成 溫包 毛細(xì)管 彈簧管（或盤簧管） 22 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 二、熱電偶溫度計(jì) 23 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基

13、礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。 圖3-53 熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖 1熱電偶；2導(dǎo)線；3測(cè)量?jī)x表 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱 電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。 1.1.熱電偶熱電偶 圖3-54 熱電偶示意圖 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 24 （1 1）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理 圖3-55 熱電現(xiàn)象 圖3-56 接觸電勢(shì)形成的過程 圖3-57 熱電偶原理及電路圖 左圖閉合回路中總的熱電勢(shì) 或 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 注意注意 如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無 論兩接點(diǎn)溫度如何，閉合回路的總熱電勢(shì)為零；如果 熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，閉合 回路的總

14、熱電勢(shì)也為零；熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了與 兩接點(diǎn)處的溫度有關(guān)外，還與熱電極的材料有關(guān)。也 就是說不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn) 生的熱電勢(shì)是不同的。 25 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 26 （2 2）插入第三種導(dǎo)線的問題）插入第三種導(dǎo)線的問題 利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來測(cè)量熱電勢(shì) 的數(shù)值，見下圖。 圖3-58 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖 圖（a）總的熱電勢(shì) （3-72） 由于 （3-75） （3-74） 將式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72） （3-73） 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶 所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無影響。不過必須保證

15、引入線兩 端的溫度相同。 故 得 （3-76） 圖（b）總的熱電勢(shì) 27 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 28 （3）常用熱電偶的種類 工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求 溫度每增加時(shí)所能產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大，而 且熱電勢(shì)與溫度應(yīng)盡可能成線性關(guān)系； 物理穩(wěn)定性要高； 化學(xué)穩(wěn)定性要高； 材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲； 復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，而且在應(yīng)用上也可保 證良好的互換性。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 29 熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/ 新 舊正熱電極負(fù)熱電 極長(zhǎng)期使用短期使用 鉑銠 30-鉑銠 6 鉑銠 10-鉑 鎳鉻-鎳硅 鎳鉻-銅鎳 鐵-銅鎳 銅-銅鎳 WRR WR

16、P WRN WRE WRF WRC B S K E J T LL-2 LB-3 EU-2 - - CK 鉑銠 30合 金 鉑銠 10合 金 鎳鉻合金 鎳鉻合金 鐵 銅 鉑銠 6合金 純鉑 鎳硅合金 銅鎳合金 銅鎳合金 銅鎳合金 3001600 -201300 -501000 -40800 -40700 -400300 1800 1600 1200 900 750 350 表表3-4 3-4 工業(yè)用熱電偶工業(yè)用熱電偶 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 30 （4）熱電偶的結(jié)構(gòu) 普通型熱電偶 圖3-59 熱電偶的結(jié)構(gòu) 熱電極 絕緣管 保護(hù)套管 接線盒 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 材 料工作溫度/ 橡皮、絕 緣漆

17、 琺瑯 玻璃管 石英管 瓷管 純氧化鋁 管 80 150 500 1200 1400 1700 表3-5 常用絕緣子材料表3-6 常用保護(hù)套管 材 料工作溫度/ 無縫鋼管 不銹鋼管 石英管 瓷管 Al2O3陶 瓷管 600 1000 1200 1400 1900以 上 31 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 32 鎧裝熱電偶 由金屬套管、絕緣材料（氧化鎂粉）、熱電偶絲一起經(jīng) 過復(fù)合拉伸成型，然后將端部偶絲焊接成光滑球狀結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn) 反應(yīng)速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕 振、耐高壓等。 表面型熱電偶 專門用來測(cè)量物體表面溫度的一種特殊熱電偶。 優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度極快、熱慣性極小。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表

18、 快速熱電偶 測(cè)量高溫熔融物體一種專用熱電偶。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)它的用途和安裝位置來 確定。在熱電偶選型時(shí)，要注意三個(gè)方面：熱電極的 材料；保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)，材料及耐壓強(qiáng)度；保護(hù)套管 的插入深度。 33 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 34 補(bǔ)償導(dǎo)線的選用補(bǔ)償導(dǎo)線的選用 圖3-61 補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖 采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既 能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。 它也是由兩種不同性質(zhì) 的金屬材料制成，在一定溫 度范圍內(nèi)（0100）與所 連接的熱電偶具有相同的熱 電特性，其材料又是廉價(jià)金 屬。見左圖。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。在使用熱電偶

19、補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。 熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100，冷端為 0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì) /mV正極負(fù)極 材料顏色材料顏色 鉑銠 10-鉑 鎳鉻-鎳硅（鎳鋁） 鎳鉻-銅鎳 銅-銅鎳 銅 銅 鎳鉻 銅 紅 紅 紅 紅 銅鎳 銅鎳 銅鎳 銅鎳 綠 藍(lán) 棕 白 0.6450.037 4.0950.105 6.3170.170 4.2770.047 表3-7 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線 35 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 . .冷端溫度的補(bǔ)償冷端溫度的補(bǔ)償 在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為，或 者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就 稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述

20、幾種方法。 （1）冷端溫度保持為的方法 圖3-61 熱電偶冷端溫度保持 的方法 （2）冷端溫度修正方法 在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端 溫度往往不是0，而是某 一溫度t1，這就引起測(cè)量誤 差。因此，必須對(duì)冷端溫 度進(jìn)行修正。 36 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 舉例舉例 某一設(shè)備的實(shí)際溫度為t，其冷端溫度為t1，這時(shí)測(cè)得的 熱電勢(shì)為E（t，t1）。為求得實(shí)際t 的溫度，可利用下 式進(jìn)行修正，即 因?yàn)?由此可知，冷端溫度的修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì) E（t，t1），加上熱端為室溫t，冷端為0時(shí)的熱電 偶的熱電勢(shì)E（t1，0），才能得到實(shí)際溫度下的熱電 勢(shì)E（t，0）。 37 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 用計(jì)算的方法來修

21、正冷端溫度，是指冷端溫度內(nèi) 恒定值時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。該方法只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨 時(shí)測(cè)溫，在連續(xù)測(cè)量中顯然是不實(shí)用的。 注意注意 38 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 舉例舉例 例6 用鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)量某加熱爐的溫度。 測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，t1）66982V，而自由端的 溫度t130，求被測(cè)的實(shí)際溫度。 解 由附錄三可以查得 則 再查附錄三可以查得68783V對(duì)應(yīng)的溫度為900。 39 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān) 系都是非線性的（當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度 不同），因此在自由端的溫度不為零時(shí)，將所測(cè) 得熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端的溫度，并不 等于實(shí)際的被測(cè)溫度。 譬

22、如在上例中，測(cè)得的熱電勢(shì)為66982V， 由附錄三可查得對(duì)應(yīng)溫度為876.6，如果再加上 自由端溫度30，則為906.6，這與實(shí)際被測(cè)溫 度有一定誤差。其實(shí)際熱電勢(shì)與溫度之間的非線 性程度越嚴(yán)重，則誤差就越大。 40 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 （3）校正儀表零點(diǎn)法 若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不 偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。 注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。 （4）補(bǔ)償電橋法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來補(bǔ)償熱電偶因冷端 溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。 41 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 由于電橋是在20時(shí)平衡 的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí) 須把儀表的機(jī)械零位預(yù)

23、先調(diào)到 20處。如果補(bǔ)償電橋是在 0時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-型 溫度變送器中的補(bǔ)償電橋）， 則儀表零位應(yīng)調(diào)在0處。 注意！注意！ 圖3-62 具有補(bǔ)償電橋的熱電偶 測(cè)溫線路 42 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 43 （5）補(bǔ)償熱電偶法 圖3-63 補(bǔ)償熱電偶連接線路 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用， 常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 三、熱電阻溫度計(jì) 44 在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來進(jìn)行溫度的 測(cè)量較為適宜。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（ 不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導(dǎo)線所組成。 圖3-64 熱電阻溫度計(jì) 第五節(jié) 溫度

24、檢測(cè)及儀表 對(duì)于呈線性特性的電阻來說，其電阻值與溫度關(guān) 系如下式 熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200+500范圍內(nèi)液體 、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。 1.1.測(cè)溫原理測(cè)溫原理 利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性 （電阻溫度效應(yīng)）來進(jìn)行溫度測(cè)量的。 45 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 2.2.工業(yè)常用熱電阻工業(yè)常用熱電阻 作為熱電阻的材料一般要求是：作為熱電阻的材料一般要求是： 電阻溫度系數(shù)、電阻率要大； 熱容量要??； 在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和 良好的復(fù)制性； 電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性。 46 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 47 （1）鉑電阻 在0650的溫度范圍內(nèi)，鉑

25、電阻與溫度的關(guān)系為 由實(shí)驗(yàn)求得 工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R010，對(duì)應(yīng)分 度號(hào)為Pt10。另一種是R0100，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 48 （2）銅電阻 金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很 大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍為-50 +150內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。 在-50+150的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是 線性的。即 工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R050，對(duì) 應(yīng)的分度號(hào)為Cu10。另一種是R0100，對(duì)應(yīng)的分度號(hào) 為Cu100。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 49 . .熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu) （1 1）普通型熱電阻）普通型熱電阻 主要由

26、電阻體、保護(hù)套管和 接線盒等主要部件所組成。 圖3-65 熱電阻的支架形狀( 已繞電阻絲) （2 2）鎧裝熱電阻）鎧裝熱電阻 將電阻體預(yù)先拉制成型并與 絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。 （3 3）薄膜熱電阻）薄膜熱電阻 將熱電阻材料通過真空鍍膜 法，直接蒸鍍到絕緣基底上。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 四、電動(dòng)溫度變送器 DBWDBW型溫度（溫差）變送器型溫度（溫差）變送器是DDZ-系列電動(dòng)單元組 合式檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表中的一個(gè)主要單元。它既可與各種類型 的熱電偶、熱電阻配套使用，又可與具有毫伏輸出的各種 變送器配合，然后，它和顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn) 對(duì)溫度或溫差及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制。 50

27、 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 DDZ-DDZ-型的溫度變送器與型的溫度變送器與DDZ-DDZ-型的溫度變送器進(jìn)型的溫度變送器進(jìn) 行比較，它有以下主要特點(diǎn)。行比較，它有以下主要特點(diǎn)。 線路上采用了安全火花型防爆措施。 在熱電偶和熱電阻的溫度變送器中采用了線性化機(jī)構(gòu)。 在線路中，由于使用了集成電路，這樣使該變送器具有 良好的可靠性、穩(wěn)定性等各種技術(shù)性能。 51 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 52 溫度變送器有三種類型：溫度變送器有三種類型： 熱電偶溫度變送器； 熱電阻溫度變送器； 直流毫伏變送器。 1.1.熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器 結(jié)構(gòu)分為輸入橋路、放大電路及反饋電路。 圖3-66 熱電偶溫度變送器

28、的結(jié)構(gòu)方框圖 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 53 （1 1）輸入電橋）輸入電橋 作用作用：冷端溫度補(bǔ)償、調(diào)整零點(diǎn)。 圖3-67 輸入電橋 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 （2 2）反饋電路）反饋電路 在DDZ-型的溫度變送器中，在溫度變送器中 的反饋回路加入線性化電路。 圖3-68 熱電偶溫度變送器的線性化方法方框圖 （3 3）放大電路）放大電路 54 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 55 2.2.熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器 結(jié)構(gòu)分為輸入電橋、放大電路及反饋電路。 圖3-69 熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 五、一體化溫度變送器 56 它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)?用接

29、線盒內(nèi)的一種溫度變送器。 圖3-70 一體化溫度變送器 結(jié)構(gòu)框圖 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 測(cè)溫元件和變送器模塊 常用的變送器芯片常用的變送器芯片： AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等 變送器模塊的正常工作溫度變送器模塊的正常工作溫度 -20+80 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 圖3-71 一體化熱電偶溫度變送器 電路原理 AD693AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變送器的電路原理圖構(gòu)成的熱電偶溫度變送器的電路原理圖 可得變送器輸出與輸入 之間的關(guān)系為 57 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 變送器的輸出電流I0與熱電偶的熱電勢(shì) Et成正比關(guān)系； RCu阻值隨溫度而變，合理選擇RCu的數(shù)值 可使RCu隨溫度變

30、化而引起的I1RCu變化量近 似等于熱電偶因冷端溫度變化所引起的熱電 勢(shì)Et的變化值，兩者互相抵消。 結(jié)論結(jié)論 58 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 六、智能式溫度變送器 59 以以SMARTSMART公司的公司的TT302TT302溫度變送器為例加以介紹。溫度變送器為例加以介紹。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測(cè)量溫度； 具有量程范圍寬、精度高； 環(huán)境溫度和振動(dòng)影響小、抗干擾能力強(qiáng)； 質(zhì)量輕； 安裝維護(hù)方便。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 60 1.1.TTTT302302溫度變送器的硬件構(gòu)成溫度變送器的硬件構(gòu)成 輸入板輸入板 主電路板主電路板

31、液晶顯示器液晶顯示器 圖3-72 TT302溫度變送器硬件構(gòu)成原理框圖 2.2.TT302TT302溫度變送器的軟件構(gòu)成溫度變送器的軟件構(gòu)成 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 功能模塊功能模塊 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 n 七、測(cè)溫元件的安裝 61 1.1.測(cè)溫元件的安裝要求測(cè)溫元件的安裝要求 （1）在測(cè)量管道溫度時(shí)，應(yīng)保證測(cè)溫元件與流體充分 接觸，以減少測(cè)量誤差。見圖3-73。 （2）測(cè)溫元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大處。 （3）測(cè)溫元件應(yīng)有足夠的插入深度，以減小測(cè)量誤差。 見圖3-74。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 圖3-73 測(cè)溫元件安裝示意圖之一 圖3-74 測(cè)溫元件安裝示意圖之二 62 第五節(jié) 溫度檢測(cè)

32、及儀表 63 （4）若工藝管道過?。ㄖ睆叫∮?0mm），安裝測(cè)溫元件處 應(yīng)接裝擴(kuò)大管，如圖3-75所示。 （5）熱電偶、熱電阻的接線盒面蓋應(yīng)向上，以避免雨水或其 他液體、臟物進(jìn)入接線盒中影響測(cè)量，如圖3-76所示。 （6）為了防止熱量散失，測(cè)溫元件應(yīng)插在有保溫層的管道 或設(shè)備處。 （7）測(cè)溫元件安裝在負(fù)壓管道中時(shí)，必須保證其密封性，以 防外界冷空氣進(jìn)入，使讀數(shù)降低。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 圖3-75 小工藝管道上測(cè)溫元件 安裝示意圖 圖3-76 熱電偶或熱電阻 安裝示意圖 64 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 65 2.2.布線要求布線要求 （1）按照規(guī)定的型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，注意熱 電偶的正

33、、負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極相連接，不要 接錯(cuò)。 （2）熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求 。 （3）為了保護(hù)連接導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線不受外來的機(jī)械損 傷，應(yīng)把連接導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線穿入鋼管內(nèi)或走槽板。 第五節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表 （6）補(bǔ)償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒 。另外，最好與其他導(dǎo)線分開敷設(shè)。 （5）導(dǎo)線應(yīng)盡量避開交流動(dòng)力電線。 （4）導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭。應(yīng)有良好的絕緣。禁 止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應(yīng)。 66 第六節(jié) 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展 n 一、軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 67 解決工業(yè)過程的測(cè)量要求的兩條途徑：解決工業(yè)過程的測(cè)量要求的兩條途徑： 沿襲傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)

34、發(fā)展思路，通過研制新型的 過程測(cè)量?jī)x表，以硬件形式實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的直接在 線測(cè)量； 采用間接測(cè)量的思路，利用易于獲取的其他測(cè)量 信息，通過計(jì)算來實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)量的估計(jì)。（*） 第六節(jié) 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展 定義：定義： 依據(jù)易測(cè)過程變量與難以直接測(cè)量的待測(cè)過 程變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過各種數(shù)學(xué)計(jì)算和估 計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)過程變量的測(cè)量。 分類：分類： 機(jī)理建模機(jī)理建模、回歸分析回歸分析、狀態(tài)估計(jì)狀態(tài)估計(jì)、模式識(shí)別模式識(shí)別、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)模糊數(shù)學(xué)、過程層析成像、相關(guān)分、過程層析成像、相關(guān)分 析、現(xiàn)代非線性信息處理技術(shù)。析、現(xiàn)代非線性信息處理技術(shù)。 68 第六節(jié) 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展 n 二、現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展 69 1.新材料、新功能的開發(fā) ，新加工技術(shù)的使用； 2.多維、多功能化的傳感 器; 3.微型化、集成化、數(shù)值 化和智能化; 4.新型網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展 。 圖3-77 網(wǎng)絡(luò)傳感器連接圖