热控仪表控制基础知识

的提高都有很大的影响。
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❖温度测量
•
温度测量仪麦种类繁多，若按测量方式的不同，
测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温
元件与被测介质直接接触，后者的感温元件却不与被
测介质相接触。接触式测温元件简单、可靠、测量精
度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行
充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，
• 而且在使用上也可保证良好的互换性。 • 5、材料组织要均匀，要有良好的韧性，便于加工成
丝。
• 国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性 能优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和 IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号 (铂 铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康 铜 )； T分度号 (铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）； R分 度号 (铂铑13-铂)等热电偶。
• 热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种 结构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基 本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒 等主要部分组成。
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❖温度测量
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❖温度测量
• 1.2 热电阻温度计
•
热电阻温度计由热电阻、电测仪表
(动圈仪表或平衡电桥)和连接导线所组成，
其中热电阻是感温元件，有导体的和半导
来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的
变化通过感温元件——热电阻转换为电阻的变
化来测量温度的。
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❖温度测量
对于制作热电阻丝的材料是有一定技术要求的，一般 应具有下列特性；电阻温度系数要大，则测量灵敏度就高； 热容量要小，则对温度变化的响应就快，即动态特性较好； 电阻率要大，则相同的电阻值下电阻体体积就小，因而热 容量也小；在整个测温范围内，具有稳定的物理和化学性 质；要容易加工，有良好的复制性，电阻与温度的关系最 好近于线性或为平滑的曲线，以便于分度和读数；价格便 宜等。根据具体情况，目前应用最广泛的是铂和铜，分度 号Pt50铂电阻、分度号Pt100铂电阻和分度号Cu50铜电阻、 分度号Cu100铜电阻。相应的分度表 (电 阻值与温度对照 表)可在相关资料中查到。热电阻是由电阻体、保护套管 以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部分的 结构形状一般与热电偶的相应部分相同。
尘埃等其它介质的影响，因此测量量精度较低。
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❖温度测量
• 下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范 围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式 的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有 电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度 变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以 实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过 程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。 本节仅介绍这两种温度计。
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❖压力测量
• （2）应变式压力变送器
•
应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片
作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变
阻的变化。实验证明，大多数金属导体在温度
每升高1℃时，其电阻值要增加0.4一0.6%，热
电阻温度计就是把温度变化所引起热电阻的变
化值，通过测量电路 (电桥)转换成电压(毫伏)
信号，然后由显示仪表指示或记录被测温度。
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•
热电阻温度计与热电偶温度计的测温原
理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通
过感温元件——热电偶转换为热电势的变化值
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❖温度测量
1、 温度的测量与变送
•
温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一
个化工生产过程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有
能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。
因此，在很多煤化工反应的过程中，温度的测量和控制，常常是保证
这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量
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❖温度测量
•
在选用测温仪表解决现场测温问题时，首先要分析被测对象特
点及状态，然后根据现有温度计的特点及其技术指标确定选用的类型。
一般应考虑以下几个方面:
• 1．仪表的可能测温范围及常用测温范围，是否符合被测对象的温度 变化范围的要求;
• 2．仪表的精度、稳定性、响应时间是否适应测温要求;
• 3．根据测量场所有无冲击、振动及电磁场，来考虑仪表的防震、防 冲击、抗干扰性能是否良好;
• 4．仪表输出信号能否自动记录和远传;
• 5．仪表的防腐性、防爆性和连续使用期限，是否满足被测对象的要 求;
•
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❖温度测量
6．测温元件的体积大小是否适当; 7．仪表使用是否方便、安装维护是否容易。 8．电源电压、频率变化及环境温度变化对仪表示值的影
响程度;
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❖压力测量
2、 压力的测量与变送
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❖压力测量
• 主要压力检测仪表：
• 1）弹簧管压力表
•
弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，
它有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，
品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价
格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的
简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、
扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）
以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一
端封闭并弯成270度圆孤形的空心管子 。
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❖压力测量
•
a
b
弹簧管压力表
1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、 面板
7、游丝 8、调整螺钉 9 接头
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❖压力测量
• 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图面垂直的 弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端，即位 移输出端；而另一端A则是固定的，作为被测压力的输入端。 当由它的固定端A通入被测压力P后，由于呈椭圆形截面的管 子在压力P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随 之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹 簧管的中心角γ要随即减小Δγ，也就是自由端将由B移到B， 处，如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。 自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转， 使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板 的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位 移而引起弹簧管中心角相对变化值Δγ/γ与被测压力P之间 具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。
而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此
法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡
法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为
薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测压力
转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。例如电
容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力
测量仪表。
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❖压力测量
• 目前，生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹 性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈 弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被 测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产 生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应 的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。
而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的
限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。
而非接触式测温仪表不与被测介质接触，因而其测温
范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是
通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的
温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介
质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、
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❖温度测量
•
由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此
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，这在各种热电偶的分度表中可以查到。根据热电测温的基本
原理，理论上似乎任意两种导体都可以组成热电偶。但实际情况
它们还必须进行严格的选择，热电极材料应满足如下要求。
• 1．在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化。
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主要内容
• 一、四大参数的测量原理及仪表 • 二、自动控制基础知识 • 三、调节阀 • 四、联锁系统的构成
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一、四大参数的测量原理及仪表
• 现场仪表测量参数的分类： • 现场仪表测量参数一般分为温度、压力、
流量、液位四大参数。 下面就着重介绍一 下这四大参数的测量原理，以及测量这四 大参数所运用的仪表。
• 2．稳定性要高，即在高温下不被氧化和腐蚀。
• 3．电阻温度系数要小，导电率要高，组成热电偶后产生的热电 势要大，热电势与温度间要成线性关系，这样有利于提高仪表的 测量精度。
• 4．复现性要好 (同种成分的材料制成的热电偶，其热电特性相一 致的性质称复现性)，这样便于成批生产，
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❖温度测量
•
压力测量仪表的品种，规格甚多。常用的压力测量方法和仪表有：
通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法
的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件
（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如
电磁力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量
•
ΔRt=Rt-R0=αR0Δt
• 式中 Rt 温度为t℃时的电阻值;
•
R。 温度为t0℃(通常为0℃)时的电阻值;
•
α 电阻温度系数即温度变化1℃时电阻值的相对变
化量，单位是 ℃-1，;
•
Δt 温度的变化量，即t-t。=Δt
•
ΔRt 温度改变Δt时的电阻变化量。
•
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❖温度测量
•
由上可知，温度的变化，导致了导体电
• 在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压、 或真空度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。 表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：
•
P表=P绝-P大
• 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对 压力之差，即：
•
P真 =P大-P绝
•
绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）
之间的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪
体两种。
•
热电阻温度计广泛用来测量中、低温
(一般为500℃以下)。它的特点是准确度高，
在测量中、低温时，它的输出信号比热电
偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、
自动记录和多点测量。 13 13
❖温度测量
• 热电阻的测温原理
• 金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来， 他们之间的关系为: Rt=R0[1+α(t-t0)]
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❖温度测量
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❖温度测量
• 1.1 热电偶温度计 • 热电偶温度计由热电偶、电测部份 (动圈仪表、电位差计
或DCS)及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、 结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且 能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和 多点集中测量，因而在石油化工生产中应用极为普遍。
t0
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A
B
t
热电偶温度计测量线路 1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表
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❖温度测量
热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B) 焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或 工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。组 成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端 插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如 果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)， 则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶 两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只 是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被 测温度t的大小。
表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来
表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，
实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除
外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均
指表压力或真空度。 19
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P绝压
P表压 P负压
大气压力线
P绝压
表压、绝压、真空之间的关系图
❖压力测量
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❖压力测量
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❖压力测量
• 由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸 张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负 压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制 成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。
• 弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途 的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。 为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在 其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊 介质的名称，使用时应予以注意。