厉玉鸣第四版化工仪表及自动化第3章2

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第五节 温度检测及仪表
（3）常用热电偶的种类 工业上对热电极材料的要求 温度每增加１℃时所能产生的热电势要大，而 且热电势与温度应尽可能成线性关系； 物理稳定性要高； 化学稳定性要高； 材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝； 复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保 证良好的互换性。
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第五节 温度检测及仪表
L2 Ki M 0
式中
K A1 L1 Ki A AM
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第五节 温度检测及仪表
一、温度检测方法
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之 间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不 同而变化的特性来加以间接测量。 按测量范围 高温计、温度计 标准仪表、实用仪表 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 接触式与非接触式
测温范围／℃
-50～600 -80 ～600 -30 ～600 -20 ～350 0 ～250 0 ～1600 -50 ～1000 -50 ～600
优点
结构简单，使用方便，测量准确， 价格低廉 结构紧凑，牢固可靠 结构简单，耐震，防爆能记录、报 警，价格低廉
缺点
测量上限和精度受玻璃质量的 限制，易碎，不能记录远传 精度低，量程和使用范围有限 精度低，测温距离短，滞后大
（1）热电现象及测温原理
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
E t , t0 eAB t eAB t0
图3-57 热电偶原理及电路图
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或
E t , t0 eAB t eBA t0
第五节 温度检测及仪表
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；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。也 就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产 生的热电势是不同的。
图3-47 料位检测 1—金属电极棒；2—容器壁
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第四节 物位检测及仪表
优点

电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。
缺点

需借助较复杂的电子线路。
应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要 发生变化这种情况。
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第四节 物位检测及仪表
四、核辐射物位计
射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具 体关系见式（3-63）。
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第四节 物位检测及仪表
2.零点迁移问题 在使用差压变送器测量液位时，一般来说
p Hg
实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为
p1 h12 g H1 g p0
p2 h2 2 g p0
图3-41 负迁移示意图
则
p1 p2 H1 g h12 g h2 2 g
图3-50 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
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第五节 温度检测及仪表
2.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。
图3-52 压力式温度计结构原理图 1—传动机构；2—刻度盘； 3—指针； 4—弹簧管；5—连杆；6—接头；7— 毛细管；8—温包；9—工作物质
特点
I I 0e H
（3-63）
适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧
毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾 状态的介质的物位测量，还可以测量高 温融熔金属的液位。 可在高温、烟雾等环境下工作。 但由于放射线对人体有害，使用范 围受到一些限制。
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图3-48 核辐射物位计示意图 1—辐射源；2—接受器
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第五节 温度检测及仪表
二、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。 热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热 电偶和测量仪表的导线。 1.热电偶
图3-53 热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
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图3-54 热电偶示意图
第五节 温度检测及仪表
二、差压式液位变送器
1.工作原理
图3-39 差压液位变送器 原理图
图3-40 压力表式液位计
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第四节 物位检测及仪表
将差压变送器的一端接液相，另一端接气相
p1 p Hg p2 p
因此
p p1 p2 Hg
当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需 将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号， 也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。
（3-76）
eAB t0 eBC t0 eCA t0
故
eAB t0 eBC t0 eCA t0 0
得
Et eAB t eAB t0
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。
p H1 g h2 h1 2 g
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第四节 物位检测及仪表
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。 迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。 迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小。
化工仪表及自动化
第三章 检测仪表与传感器
内容提要
物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
温度检测及仪表
温度检测方法 热电偶温度计 热电阻温度计 电动温度变送器
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内容提要
一体化温度变送器 智能式温度变送器 测温元件的安装
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它是根据在封闭系统 中的液体、气体或低沸点 液体的饱和蒸汽受热后体 积膨胀或压力变化这一原 理而制成的，并用压力表 来测量这种变化，从而测 得温度。
第五节 温度检测及仪表
压力式温度计的构造由以下三部分组成 温包 毛细管
弹簧管（或盘簧管）
3.辐射式温度计 辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。
（3-73） （3-74）
图3-58 热电偶测温系统连接图
eBA t0 eAB t0
将式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72）
Et eAB t 温度检测及仪表
图（b）总的热电势
Et eAB t eBC t0 eCA t0
第四节 物位检测及仪表
五、称重式液罐计量仪
该计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量 储量。 称重仪根据天平原理设计。 杠杆平衡时 由于
p1 p2 A1L1 MgL2
p2 p1 Hg
L2 A1 L1 H KH M
（3-64）
代入（3-64）
（3-65） （3-66） （3-67）
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第四节 物位检测及仪表
举例
图3-42 正负迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由0 变化到5000Pa时，变送器的 输出将由4mA变化到20mA， 这是无迁移的情况，如左图 中曲线a所示。负迁移如曲 线b所示，正迁移如曲线c所 示。
图3-43 正迁移示意图
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第四节 物位检测及仪表
如果液罐是均匀截面
H
M 0 HA
M0 A
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第四节 物位检测及仪表
将式（3-67）代入式（3-65），得
L2 K M0 A
（3-68）
如果液罐的横截面积A为常数，得
图3-49 称重式液罐计量仪 1—下波纹管；2—上波纹管；3— 液相引压管；4—气相引压管； 5—砝码；6—丝杠；7—可逆电 机；8—编码盘；9—发讯器
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分
按用途 按工作原理 按测量方式
类
第五节 温度检测及仪表
表3-3 常用温度计的种类及优缺点
测温方式 接 触 式 测 温 仪 表 温度计种类
膨 胀 式 压 力 式 热 电 偶 玻璃液体 双金属 液体 气体 蒸汽 铂铑-铂 镍铬-镍 硅 镍铬-考 铜 铂 铜 辐射式 光学式 比色式 光电探测 热电探测
ln D d ln D d
电容量的变化为
C X C C0 2 0 H Ki H D ln d
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第四节 物位检测及仪表
结论 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被 测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进 行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两 极间的距离越小，仪表越灵敏。
测温范围广，精度高，便于远距离、 需冷端温度补偿，在低温段测 多点、集中测量和自动控制 量精度较低
热 电 阻
-200 ～600 -50 ～150 400 ～2000 700 ～3200 900 ～1700 0 ～3500 200 ～2000
测量精度高，便于远距离、多点、 集中测量和自动控制 测温时，不破坏被测温度场
表3-4 工业用热电偶
热电偶名称 铂铑30-铂铑6 铂铑10-铂 镍铬-镍硅 镍铬-铜镍 铁-铜镍 铜-铜镍 代号 WRR WRP WRN WRE WRF WRC 分度号 新 旧 B S K E J T LL-2 LB-3 EU-2 CK 热电极材料 正热电极 铂铑30合金 铂铑10合金 镍铬合金 镍铬合金 铁 铜 负热电极 铂铑6合金 纯铂 镍硅合金 铜镍合金 铜镍合金 铜镍合金 测温范围/℃ 长期使用 300～1600 -20～1300 -50～1000 -40～800 -40～700 -400～300 短期使用 1800 1600 1200 900 750 350
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第五节 温度检测及仪表
（2）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量热电势 的数值，见下图。 图（a）总的热电势