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1、化工仪表及自动化n概述 n测温仪表的分类 n温度检测的基本原理n热电偶温度计 n热电偶 n补偿导线与冷端温度补偿1n热电阻温度计n测温原理 n常用热电阻上次课主要内容一、温度检测方法分分类类按测量范围按测量范围按用途按用途 高温计、温度计标准仪表、实用仪表 按工作原理按工作原理 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶 温度计、热电阻温度计和辐射高温计 按测量方式按测量方式 接触式与非接触式 231.1.膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。2.2.压力式温度计压力式温度计应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计压力式温度计。 3.3.辐射式温
2、度计辐射式温度计辐射式高温计辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。4热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。二、热电偶温度计图3-55 热电现象图3-56 接触电势形成的过程左图闭合回路中总的热电势或图3-57 热电偶原理及电路图注意注意如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两 接点温度如何，闭合回路的总热电势为零。如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同， 闭合回路的总热电势也为零。也就是说热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度 有关外，还与热电极的材料有关。56（1 1）插入第三种导线的问题）插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测
3、量热电势 的数值，见下图。 图3-58 热电偶测温系统连接图说明：在热电偶回路中接入 第三种金属导线对原热电偶所 产生的热电势数值并无影响。 不过必须保证引入线两端的温 度相同。 7（2）热电偶的结构 普通型热电偶 铠装热电偶 表面型热电偶 快速热电偶 冷端温度的补偿冷端温度的补偿在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或 者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就 称为热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。图3-61 热电偶冷端温度保持 的方法（1）冷端温度保持为的方法8在实际生产中，冷端 温度往往不是0，而是某 一温度t1，这就引起测量误 差。因此，必
4、须对冷端温 度进行修正。 （2）冷端温度修正方法（3）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不 偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4）补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。 9图3-62 具有补偿电桥的热电偶测温线路10（5）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用， 常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 图3-63 补偿热电偶连接线路三、热电阻温度计11测温原理测温原理利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性（ 电阻温度效应）来进行温度测量的。 热电阻的结构
5、热电阻的结构（1 1）普通型热电阻）普通型热电阻（2 2）铠装热电阻）铠装热电阻（3 3）薄膜热电阻）薄膜热电阻例1 在用热电偶测量温度时,除了要考虑冷端温度的影响 外,还要注意热电偶极性不能接错;热电偶与补偿导线要配 套;热电偶分度号与指示仪表要配套等问题。在用热电阻 测量温度时,同样要考虑热电阻分度号与测量仪表配套、 三线制接法等,下面给出几个思考题及其结论,请大家自行 证明 (或说明)。 12(1)如果热电偶热端为600,冷端为30,仪表的机械零 点为0,没有加以冷端温度补偿。问该仪表的指示值将高于 还是低于600? (低于600)。 (2)采用镍铬-镍硅热电偶测量温度,将仪表机械零点调
6、至 25,但实际上室温 (冷端温度为 10) ,问这时仪表指示 值将偏高还是偏低? (偏高)。 (3)有 S分度号动圈仪表一台,错接入 K分度号热电偶,问 指示值偏高还是偏低? (偏高)。(4)当热电偶补偿导线极性接错时,指示值偏高还是偏低? (偏低)。(5)当热电阻短路或断路时,与之配套的动圈仪表指针将 指向哪里? (始端、终端)。13温度检测及仪表内容提要1n温度变送器 n电动温度变送器 n一体化温度变送器 n智能式温度变送器n现代检测技术与传感器的发展 n电动温度变送器 n一体化温度变送器 n智能式温度变送器n测温元件的安装一、电动温度变送器2电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一
7、种模 拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用 ,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信 号输出。 DDZ-型温度 (温差)变送器是电动单元组合仪表中的 一个变送单元。3温度变送器有三种类型：温度变送器有三种类型： 热电偶温度变送器； 热电阻温度变送器； 直流毫伏变送器。1.1.热电偶温度变送器热电偶温度变送器结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。 图3-66 热电偶温度变送器的结构方框图4（1 1）输入电桥）输入电桥 作用作用：冷端温度补偿、调整零点。 图3-67 输入电桥（2 2）反馈电路）反馈电路 在DDZ-型的温度变送器中，在温度变送器中的 反馈回路加入线性
8、化电路。 图3-68 热电偶温度变送器的线性化方法方框图（3 3）放大电路）放大电路562.2.热电阻温度变送器热电阻温度变送器结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。 图3-69 热电阻温度变送器的结构方框图二、一体化温度变送器7它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专 用接线盒内的一种温度变送器。 图3-70 一体化温度变送器 结构框图结构结构测温元件和变送器模块常用的变送器芯片常用的变送器芯片：AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度-20+80 变送器的输出电流I0与热电偶的热电势Et成 正比关系； RCu阻值随温度而变，
9、合理选择RCu的数值可使 RCu随温度变化而引起的I1RCu变化量近似等于热 电偶因冷端温度变化所引起的热电势Et的变化值 ，两者互相抵消。 结论结论8三、智能式温度变送器9以以SMARTSMART公司的公司的TT302TT302温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。输入板主电路板液晶显示器信号输入信号输出图3-72 TT302温度变送器基本构成框图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 核心采样、计算( 控制)、输出 产生并输出 满足F
10、F标准 的数字信号 显示 TTTT302302温度变送器温度变送器1011优点优点 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻； 安装维护方便。 结构结构 由硬件部分和软件部分两部分构成。12TTTT302302温度变送器的硬件构成温度变送器的硬件构成输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器图3-71 TT302温度变送器硬件构成原理框图TT302TT302温度变送器的软件构成温度变送器的软件构成系统程序系统程序功能模块功能模块131.1.测温元件的安装要求测温元件的安装要求（1）在测量管道温度时，应保证测温元件与
11、流体充分 接触，以减少测量误差。见图3-73。 （2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。 四、测温元件的安装图3-73 测温元件安装示意图之一图3-74 测温元件安装示意图之二14（3）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。 最好斜插安装或在弯头处安装。见图3-74。 图3-75 小工艺管道上测温元件安装示意图15（4）若工艺管道过小（直径小 于80mm），安装测温元件处应 接装扩大管，如图3-75所示。 （5）热电偶、热电阻的接线盒 面盖应向上，以避免雨水或其 他液体、脏物进入接线盒中影 响测量，如图3-76所示。 图3-76 热电偶或热电阻安装示意图16（6）为了防止热量散失，
12、测温元件应插在有保温层的管道 或设备处。 （7）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以 防外界冷空气进入，使读数降低。 172.2.布线要求布线要求（1）按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意热 电偶的正、负极与补偿导线的正、负极相连接，不要 接错。 （2）热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的要求 。 （3）为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损 伤，应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板。 （6）补偿导线不应有中间接头，否则应加装接线盒 。另外，最好与其他导线分开敷设。 （5）导线应尽量避开交流动力电线。 （4）导线应尽量避免有接头。应有良好的绝缘。禁 止与交流输电线合
13、用一根穿线管，以免引起感应。 18第六节 现代检测技术与传感器的发展n一、软测量技术的发展19解决工业过程的测量要求的两条途径：解决工业过程的测量要求的两条途径： 沿袭传统的检测技术发展思路，通过研制新型的 过程测量仪表，以硬件形式实现过程参数的直接在 线测量； 采用间接测量的思路，利用易于获取的其他测量 信息，通过计算来实现被检测量的估计。（*） 定义：定义：依据易测过程变量与难以直接测量的待测过 程变量之间的数学关系，通过各种数学计算和估 计方法，实现对待测过程变量的测量。 分类：分类：机理建模机理建模、回归分析回归分析、状态估计状态估计、模式识别模式识别、 人工神经网络人工神经网络、模糊
14、数学模糊数学、过程层析成像、相关分、过程层析成像、相关分 析、现代非线性信息处理技术。析、现代非线性信息处理技术。 20n二、现代传感器技术的发展211.新材料、新功能的开发， 新加工技术的使用；2.多维、多功能化的传感器 ;3.微型化、集成化、数值化 和智能化;4.新型网络传感器的发展。图3-77 网络传感器连接图例2：图示为吹气法测量液位的原理图。压缩空气经过定值器1 、节流元件2、转子流量计3，最后由装在容器内的导管下端敞 口处逸出。当导管下端有微量气泡逸出时，导管内的气压几乎 与液封的压力相等。试问：（1）吹气法是如何测量液位的？（2）利用吹气法测量液位的前提条件是什么？（3）用吹气法
15、测量液位时， 当压力变送器的安装位置不能 高于最高液位时，怎么办？（4）吹气法不适于测量何种 液位？22解：（1）利用吹气法可测出敞口容器内的液位高度。H=P/gP：压力表显示的压力值；：被测介质的密度。（2）前提条件是：使导管下端有微量气泡冒出。（3）当压力变送器安装位置不能高于最高液位时，必须安装弯 管，其高度必须高过最高液位，以防止被测介质进入变送器。（4）吹气法不适于测量静压力较高的密闭容器的液位。23例3：若用两支铂铑10-铂热电偶串联来测量炉温，连接方式分 别如图所示。已知炉内温度均匀，最高温度为1000，假设补 偿导线C、D与热电偶A、B本身在100以下具有相同的热点特 性。（1
16、）试分别计算测量仪表的测量范围（以最大毫伏数表示）（2）若测量仪表得到的信号是15mV，分别计算这时炉子的实 际温度。24解：（1）计算测量仪表的测量范围（a）此时热电偶冷端温度均为0 ，查表可得E（1000，0）=9.585mV两支热电偶串联，测量仪表所测信 号最大值为Emax=2E（1000，0）=29.585=19.17mV根据这个数值可确定测量仪表的测 量范围。25（b）补偿导线与热电偶材料在 100以下热电特性相同，因此冷端 的热电势为E（30，0）=0.173mV补偿导线与热电偶连接处1、4两点 不产生热电势，但2、3两点将产生 相当于热电偶在100时的热电势E（100，0）=0.645mV侧电势方向与两支热电偶在热端产 生的热电势方向相反，故，总的热 电势为26Emax=2E（1000，0）-E（100，0）-E（30，0）=29.585-0.645-0.173=18.352mV根据这个数值可确定测量仪表的测量
