化工儀表及自動化

化工儀表三物位檢測四溫度檢測第三部分物位檢測及儀表☆物位檢測的意義及主要類型☆壓差式液位計

工作原理零點遷移問題用法蘭式差壓變送器測量液位☆其他物位計

電容式物位計

核輻射物位計稱重式液罐計量儀物位檢測的意義及主要類型幾個概念測量物位的兩個目的按其工作原理分為液位料位液位計料位計界面計直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表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

一差壓式液位計1工作原理

利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理制成。將壓差變送器的一端接氣相，另一端接氣相。

差壓式液位原理圖因此

當用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,只需將差壓計的負壓室通大氣即可,這時也可以用壓力計來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。

2、零點遷移問題負遷移示意圖在使用差壓變送器測量液位時，一般來說實際應(yīng)用中，正、負室壓力p1、p2分別為則3、用法蘭式差壓變送器測量液位

為了解決測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引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。

法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1—法蘭式測量頭；2—毛細管；3—變送器

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式二其他物位計

一、電容式物位計

1.測量原理通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。

電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當D和d一定時，電容量C

的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。

對非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。當液位上升為H時，電容量變?yōu)楫斠何粸榱銜r，儀表調(diào)整零點，其零點的電容為

非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量1—內(nèi)電極；2—外電極；3—絕緣套；4—流通小孔電容量的變化為2液位的檢測3.料位的檢測

用電容法可以測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量非導(dǎo)電固體料位。1—金屬電極棒；2—容器壁

料位檢測左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。電容量變化與料位升降的關(guān)系為優(yōu)點

電容物位計的傳感部分結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。

缺點需借助較復(fù)雜的電子線路。

應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。二、核輻射物位計特點

適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位。可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式。

核輻射物位計示意圖1—輻射源；2—接受器三稱重式液罐計量儀

既能將液位測得很準，又能反映出罐中真實的質(zhì)量儲量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計。稱重式液罐計量儀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；8—編碼盤；9—發(fā)訊器第四部分溫度檢測及儀表一溫度檢測方法二熱電偶溫度計三熱電阻溫度計四電動溫度變送器五一體化溫度變送器六智能式溫度變送器七測溫元件的安裝一、溫度檢測方法

溫度不能直接測量，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量。分類膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計

標準儀表、實用儀表

高溫計、溫度計接觸式與非接觸式

按測量范圍

按用途

按工作原理

按測量方式

測溫方式溫度計種類測溫范圍／℃優(yōu)點缺點接觸式測溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量準確，價格低廉測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠傳雙金屬-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-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡單，耐震，防爆能記錄、報警，價格低廉精度低，測溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測溫范圍廣，精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需冷端溫度補償，在低溫段測量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測量精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制不能測高溫，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測溫儀表輻射式輻射式光學(xué)式比色式400～2000700～3200900～1700測溫時，不破壞被測溫度場低溫段測量不準，環(huán)境條件會影響測溫準確度紅外線光電探測熱電探測0～3500200～2000測溫范圍大，適于測溫度分布，不破壞被測溫度場，響應(yīng)快易受外界干擾，標定困難表

常用溫度計的種類及優(yōu)缺點191.膨脹式溫度計膨脹式溫度計是基于物體受熱時體積膨脹的性質(zhì)而制成的。圖雙金屬片玻璃管溫度計屬于液體膨脹式溫度計，雙金屬溫度計屬于固體膨脹溫度計。

原理：溫度越高產(chǎn)生的膨脹度長度差就越大，引起的彎曲角度就越大雙金屬溫度計是用雙金屬片制成螺旋形的感溫元件，外加金屬保護套管，當溫度變化時，螺旋的自由端變圍繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，同時帶動指針在溫度盤上指出相應(yīng)的溫度數(shù)值。2.壓力式溫度計應(yīng)用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表叫壓力式溫度計圖

壓力式溫度計結(jié)構(gòu)原理圖

1—傳動機構(gòu)；2—刻度盤；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細管；8—溫包；9—工作物質(zhì)根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度。主要的三個組成部分溫包、毛細管、彈簧管1溫包直接與被測介質(zhì)相接觸來感受溫度變化，溫飽具有高的強度，小的膨脹系數(shù)，高的熱導(dǎo)率以及抗腐蝕性能。2毛細管用銅或者鋼等材料冷拉成的無縫圓管，用來傳遞壓力的變化。3彈簧管它是一般壓力表用的彈性元件。雙金屬溫度計壓力溫度計Fluke60系列手持式紅外溫度計3輻射式高溫計

輻射式高溫計是基于物體熱輻射作用來測量溫度的儀表，目前它已被廣泛的用來測量高于800℃的溫度。

二熱電偶溫度計

熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線。

1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測量儀表圖

熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖圖

熱電偶示意圖（1）熱電現(xiàn)象及測溫原理

取兩根不同材料的金屬導(dǎo)線A和B,如上圖將兩端焊在一起，這樣就組成了一個閉合回路。將接點1處加熱，使其溫度t高于接點2處的溫度t0，那么在此回路中就有電勢產(chǎn)生，如果將金屬B斷開，在回路中串聯(lián)一只直流毫伏計，如上圖右，就可看到毫伏計中有電勢指示，這就是熱電現(xiàn)象。圖熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象

熱電勢（eAB)不同金屬具有不同的電子密度；兩種金屬接觸面因為電子的擴散作用而產(chǎn)生電場—熱電現(xiàn)象；電子在擴散作用和電場力作用下最終達到平衡；電場強度僅僅與金屬A、B的材料及接觸面溫度t有關(guān)。測量原理E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

AB

++-eAB(t)+-+-R2eAB(t)eAB(t0)R1等效電路圖R1----熱電極A的等效電阻R2----熱電極B的等效電阻eAB(t)---1點的熱電勢eAB(t0)---2點的熱電勢21eAB(t0)E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

當A、B材料固定時，E(t、t0)=f(t)-f(t0)當A、B材料固定，且2點恒定時，E(t、t0)=f(t)當A、B材料相同時，E(t、t0)=0當t=t0，E(t、t0)=0注意

圖

熱電現(xiàn)象圖

接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢圖

熱電偶原理及電路圖注意

如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無論兩接點溫度如何，閉合回路的總熱電勢為零；如果熱電偶兩接點溫度相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，閉合回路的總熱電勢也為零；熱電偶產(chǎn)生的熱電勢除了與兩接點處的溫度有關(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)生的熱電勢是不同的。

（2）插入第三種導(dǎo)線的問題

利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數(shù)值，見下圖。

圖

熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖圖（a）總的熱電勢圖（b）總的熱電勢（3）常用熱電偶的種類

工業(yè)上對熱電極材料的要求溫度每增加１℃時所能產(chǎn)生的熱電勢要大，而且熱電勢與溫度應(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。說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)①普通型熱電偶

熱電極

絕緣管

保護套管

接線盒圖

熱電偶的結(jié)構(gòu)三、熱電阻溫度計熱電偶溫度計其感受溫度的一次元件是熱電偶，這類儀表一般適用于測量500℃以上的較高溫度。在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計是由熱電阻（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

熱電阻溫度計1.測溫原理

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)）來進行溫度測量的。2.工業(yè)常用熱電阻

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?。辉谡麄€測溫范圍內(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。

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。３.熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護套管和接線盒等主要部件所組成。（2）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套管連成一體。（3）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。四、電動溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ系列電動單元組合式檢測調(diào)節(jié)儀表中的一個主要單元。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，實現(xiàn)對溫度或溫差及其他各種參數(shù)進行顯示、控制。

DDZ-Ⅲ型的溫度變送器與DDZ-Ⅱ型的溫度變送器進行比較，它有以下主要特點。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。溫度變送器有三種類型：五、一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

結(jié)構(gòu)

測溫元件和變送器模塊變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃

常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103IXR100等六、智能式溫度變送器以RSMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點結(jié)構(gòu)

由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；