第三章温度检测及仪表
温度检测及仪表全
热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合 回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点)，发现放 在回路中的指南针发生偏转（说明什么?)，如果用两盏酒精 灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明 什么？） 。
指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回 路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
一、热电偶
（1）.热电现象及测温原理 热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
测量端
A
(工作端、
热端)
B
热电势
热电极B
右端称为：
自由端
(参考端、 冷端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
(1).热电现象及测温原理
热电势的产生
– 不同金属具有不同的电子密度；
– 两种金属接触面因为电子的扩散作用而产 生电场；
膨胀式玻 双璃 金液 属体 : 8: 05~06~0060C0C
接触式压力式铂 蒸 液 气铑 汽 体 体
: 30 ~ 600C : 20 ~ 350C : 0 ~ 250C 铂 : 0 ~ 1600C
温度计
热 热电 电阻 偶： 镍 镍铂铬 铬:
镍硅 考铜
200 ~
: 50 ~ 1000C : 50 ~ 600C 600C、铜 : 50
三、温度测量仪表的种类
• 600ºC以上-------高温计 600ºC以下-------温度计
• 接触式、非接触式
四、温度测量的基本原理及方法
1、物体受热，体积膨胀 V--T 2、压力随温度变化 P--T 3、金属导体电阻随温度变化 R--T 4、热电效应原理 E--T 5、热辐射原理
常用温度计的种类及适用温度
化工仪表及自动化总复习题目及答案
10131313钟晓帆化工仪表及自动化总复习习题及答案第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1.化工自动化的主要内容：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
2.自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。
4.被控变量：过程内要求保持设定数值的物理量。
5.操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
6.干扰作用：指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。
7.设定值：被控变量的设定值。
8.偏差：个别测定值与测定的平均值之差。
9.闭环系统：指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
10.开环系统：指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制。
11.控制系统的过渡过程：一个控制系统在处界干扰或给定干扰作用下，从原有的稳定状态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。
12.反馈：把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。
13.负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈。
14.正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，反馈信号使原来的信号增强，这种反馈叫做正反馈。
三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。
第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
石油化工自动化及仪表概论5温度检测及仪表
（5-5）
热电偶A、B在接点温度为T、T0 时的电动势EAB(T,T0)， 等于热电偶A、B在接点温度为 T 、TC 和 TC 、T0 时的电动势 EAB(T,TC ) 和 EAB (TC ,T0 )的代数和。
中间温度定则为工业测温中使用补偿导线提供了理论 基础。
3. 常用工业热电偶及其分度表 1) 热电极材料的基本要求
温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体分子运 动平均动能大小的标志。
温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物 体之间的热交换,或物体的某些物理性质随着冷热程度 不同而变化的特性间接测量。
根据测温元件与被测物体接触与否，温度测量可以 分为接触式测温和非接触式测温两大类。
1. 接触式测温 接触式测温选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一
、集测量和自动控制
度的影响
测温时，不破坏被测温度场
低温段测量不准，环境条件 会影响测温准确度
测温范围大，适于测温度分布， 易受外界干扰，标定困难 不破坏被测温度场，响应快
5.1.2 温标
为了保证温度量值的统一和准确而建立的衡量温度的 标尺，称为温标。温标即为温度的数值表示法，它定量 地描述温度的高低，规定了温度的读数起点（零点）和 基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。 1. 经验温标
尔文量值相同，它们之间的关系为：
t90 T90 273.15
（5-2）
实际应用中，一般直接用 和T 代t 替 T和90 。t90
5.2 常用温度检测仪表
石油化工生产过程中的温度检测一般都采用接触式测 温。常用的仪表有膨胀式温度计、热电偶温度计、热电 阻温度计等，又以后两者最为常用。
5.2.1 膨胀式温度计
基于物体受热体积膨胀的性质而制成的温度计 称为膨胀式温度计。
化工仪表及自动化之温度检测及仪表
一、概述
1.应用热膨胀原理测温
利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式 温度计。
图3-50 双金属片
图3-51 双金属温度信号器
1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
一、概述
2.应用压力随温度变化的原理测温 3.应用热阻效应测温
4.应用热电效应测温 5.应用热辐射原理测温
自由电子从A扩散到B，扩散平衡时，A失去电子带正电荷， B得到电子带负电荷，因此在A、B接触处形成一定电位差， 即接触电势（帕尔帖电势）。
帕尔帖电势大小为：
eAB(T)
kTlnNA e NB
k —— 玻耳兹曼常数； K＝1.38×10-23
T —— 接触面的绝对温度；
e —— 单位电荷量； e = 1.6×10-19C
赛贝克（Seebeck）效应(热点效应)
1821年赛贝克发现了铜、铁这两种金属的温差电现象。 即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接头的中一个 加热即可产生电流。在冷接头处，电流从铁流向铜。由于 冷、热两个端（接头）存在温差而产生的电势差e，就是温 差热电势。
这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装 置称为热电偶。
分类 按测量方式 接触式与非接触式
一、概述
表5-1 各种温度计的优缺点及使用范围
4
接触式测温
❖ 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两 者温度相等。
❖ 常用的接触式测温仪表： (1) 膨胀式温度计。 (2) 热电阻温度计。 (3) 热电偶温度计。 (4) 其他原理的温度计。
特点：
❖ 优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单。 缺点： 由于敏感元件必须与被测对象接触， 在接触过程中就可能破坏被测对象的温度 场分布，从而造成测量误差。 有的测温元件不能和被测对象充分接 触，不能达到充分的热平衡，使测温元件 和被测对象温度不一致，也会带来误差。
化工仪表自动化基础知识
④节流装置应正确安装。
⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装 压信号管路。（如后面图示）
(2)靶式流量计F≈K*Q
(3)转子流量计
转子流量计示意图
靶式流量计示意图
(4)涡轮流量计
(5)电磁流量计
电磁流量计工作原理图
涡轮流量计示意图
(6)旋涡流量计q=f/k (7)超声波流量计∆t≈2Lv/c2
电容式压力传感 器示意图 压电式压力传感器结构示意图
DTC二O .流量检测及仪表
分类 1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰 式流量计） 2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计） 3、质量流量计 4、热导式流量计
（1）、速度式流量计 （1）节流装置—包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(∆P)
过程参数仪表位号的字母代号如下：
字母
A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V W
第一位字母 被测变量或初始变量
分析 喷嘴火焰 电导率 密度或重度 电压（电动势） 流量 尺度（尺寸） 手动 电流 功率 时间或时间程序 物位 水份或湿度 浓度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 多变量 拈度 重量或力
2、常用压力检测仪表
（1）弹性式压力表
①膜片
②波纹管波纹管
③弹簧管弹簧管
平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管
(2)压力传感器
①应变片式压力传感 器 ②压电式压力传感器 ③压阻式压力传感器 ④电容式压力传感器 ⑤集成式压力传感器
箔式应变片
弹簧管压力表
压阻式集成传感器 检测元件示意图
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
化工仪表及自动化课后答案
第一章自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。
6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
化工仪表及自动化课后习题答案第四版
第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。
自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。
2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。
闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。
3、自动控制系统主要有哪些环节组成。
自动化装置及被控对象。
4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。
这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。
5、自动控制系统分类。
定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。
最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
7、什么是静态和动态。
当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。
从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。
第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。
对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。
特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。
2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。
实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。
混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。
3、反映对象特性的参数有哪些。
各有什么物理意义。
它们对自动控制系统有什么影响。
放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。
第3章第5节温度检测及仪表
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
7
热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
8
或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
17
(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
18
2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
5
双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
5
第三章第五节温度检测及仪表
(2).插入第三种导线的问题 用热电偶测温时,需接仪表来测热电势,而仪表要远 离测温点,这就需接第三种导线C。热电偶回路中接 入连接导线C,就构成新的接点,但不影响热电偶的 总热电势。
(2).插入第三种导线的问题: 如右(a)图:新的接点为3点和4点,两点的温度相同为
t1,则总热电势E(t,t0)为： E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0) = eAB(t)+eBC(t1)- eBC (t1)+ eBA(t0) = eAB(t)+ eBA(t0) = eAB(t)- eAB(t0) 可见,与没有接入第三种导线时 总热电势相等。
三、热电阻温度计
原理: 利用金属导体的电阻随温度的变化而变化 的原理来测温。
特点:在300℃下的灵敏度高于热电偶,在中、低温 (-200℃~650℃)的测量中得到了广泛应用。 组成:热电阻(感温元件).显示仪表(不平衡电桥或 平衡电桥).连接导线。连接导线采用三线制接法。 1.测温原理:测温元件(金属导体)的电阻随温度的 变化而变化的特性来测温的,电阻值与温度关系：
解:查表得:E(30,0)=1801µV, 则:E(t,0)= E(t,30)+ E(30,0)= 66982+1801=68783µV 查表得: E(900,0)= 68783µV, 即实际温度为t=900 ℃。 而不是66982µV对应的温度t’再加上30℃。
E(870,0)=66473µV, E(880,0)=67245µV 66982µV对应的温度t’→ t’ =870+(66982-66473)/(67245-66473)×10=876.6℃
温度相同。同理,如果回路中串接多 种导线,只要引线两端的温度相同, 就不影响热电偶所产生的热电势值。
仪表专业现场仪表基础知识
现场仪表基础知识
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二、温度测量仪表的分类
按使用的测量范围分 常把测量600℃以上的测温仪表叫高温计；测量600℃以下的测温仪
表叫温度计 按用途分
标准仪表和实用仪表 按工作原理分
分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计 和辐射高温计五类 按测量方式分
分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触 ，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的 ；后者测温元件与被测介质不接触，通过辐射或对流实现热交换来达 到测温的目的。
测量误差-----在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会 有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。
现场仪表基础知识
4
3、测量误差的分类
按误差的数值表示来分，分为绝对误差、相对误差和引用误差
绝对误差-----指测量结果与被测量的真值之差。 相对误差-----指绝对误差与真值或测量值之百分比。 引用误差-----指绝对误差与测量范围上限值或测量
现场仪表基础知识
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6、可靠性
仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是 相反相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量 就大。对于化工企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、 罐、器上，而且化工生产的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给 仪表维护增加了很多困难，一是考虑化工生产安全，二是关系到仪表维护人员人身 安全，所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好，亦即要求仪表 可靠性尽可能地高。
现场仪表基础知识
21
1、接触式测温
温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。
飞机仪表第三章发动机仪表
振动指示参数
振动载荷系数： G=振动传到飞机上的最大力/发动机重力 =振动最大加速度/重力加速度
振动指示参数
设发动机振动为简谐振动 位移：y(t)=ymsinωt
(ym—位移的最大值，称为振幅；ω—振动角频率) 速度：v(t)=dy/dt＝ωymcosωt＝vmsin（ωt＋π/２） 加速度：a(t)＝d２y/dt２＝-ω２ymsinωt＝-amsin(ωt ＋π) (式中:vm—振动速度幅值, vm = ω ym ；am—振动加速 度幅值, am = ω２ ym )
→当M反＝M涡时，指针稳定，M反＝ Kα，即α∝n发
指示 1、转/分 活塞式发动
机等 2、百分比 喷气发动机 （100%即表示额定转
速）
活塞式发动机转速表
喷气式发动机转速表
磁电式转速表
原理 传感器将发动机转速变为脉冲频率信号，
应用显示测量信号的频率或周期，显示出被 测转速值。
磁电式转速表
组成 传感器：（磁电感应式）n→ε； 指示器： 指示转速 因为f＝nz／60→所以n∝f
直流二线式压力表
组成： 传感器（膜片或膜 盒）：压力P→电阻R 指示器（两线框动铁 式电流比值表）： 指示被测压力
原理
半对角线电桥
P↑→RX↑RY↓→φA↑φC↓→UBA↓UBC ↑→IⅠ↓IⅡ↑→磁场顺转，指示增大； 反之，P↓→指示减小。 即：P→R→ IⅠ/IⅡ→α
指示 ：
通电前： 机械零位
式中：Rt、R0—温度为t℃、0℃时导 体的电阻； α—导体的电阻温度系数。
指示器：
动铁式电流比值表
磁电式电流比值表
数字显示电流比值表
工作原理：
1、双对角线不平衡电桥 原理：
化工仪表及自动化课后参考答案
第一章1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
3.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器,执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
什么叫操纵变量？受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
（或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量）4.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
化工仪表培训资料
原理
弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件， 在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后 产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。
优点
具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固 可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精 度等优点。
可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压 力。
压力检测及仪表
（2）弹性元件
弹性元件
弹簧管式 波纹管式
E（t, t0）=E (t, t1)+E (t1, t0) E（t, t1）= E (t, t0)-E (t1, t0) 补偿电桥法 补偿热电偶法
温度检测及仪表
（4）热电极材料的选择
对热电极材料的要求： 物理性能稳定，能在较宽的温度范围内使用，其热
电特性不随时间变化； 化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透； 热电势和热电势率要大（温度变化1℃引起的热电
4. 热电偶温度计
（1）热电偶工作原理
由两种不同的导体（或半导体）A、B组成的闭合回路，当接
点1、2处于不同温度时，回路就会出现电动势，称为热电
动势，简称为热电势。 这一由温度产生电动势的现象称为热电现象。 这两根导体（或半导体）称为热电极。
温度检测及仪表
热电势是由温差电势和接触电势组成。 • 温差电势
9
第二章 压力检测及仪表
压力检测及仪表
压力检测的意义还不局限于自身，有些其 他参数的测量，如物位，流量等往往是通 过测量压力或压差来进行的，即测出了压 力或压差，便可确定物位或流量。
压力检测及仪表
1.压力单位
（1）常见压力单位
国际单位制（SI）---帕（Pa）， 工程大气压---at 标准大气压---atm 毫米汞柱---mmHg 毫米水柱---mmH2O
化工仪表及自动化第3章 第二节 压力检测及仪表
1—测量膜片；2—轴封膜片；3—主杠杆；4—矢量机构 5—量程调整螺钉；6— 连杆；7—副杠杆；8—检测片（衔铁）；9—差动变压器；10—反馈动圈； 11—放大器；12—调零弹簧；13—永久磁钢
46
第二节 压力检测及仪表
该变送器是按力矩平衡原理工作的。根据主、副杠杆的 平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。
36
第二节 压力检测及仪表
三、电气式压力计
定义
电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行 传输及显示的仪表。
优点
1. 该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至 5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％；
2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过 程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业 控制机联用。
图3-12 压阻式压力传感器
1—基座；2—单晶硅片； 3—导环；4—螺母；5—密
封垫圈；6—等效电阻
44
第二节 压力检测及仪表
4.力矩平衡式压力变送器 力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪表，
它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不 利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为0.5 级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优 点。
当主杠杆平衡时，应有
Fili F1l2
（3-14）
式中，l1、l分2 别为Fi、F1离支点O1的距离。
将式（3-13）代入式（3-14），有
F1
l1 l2
fp K1 p
式中,
K1
l为1 f一比例系数。
l2
47
（3-15）
第二节 压力检测及仪表
而 F2 F1 tan K1 p tan
八年级 物理 第三章 第一节温度
5.北京一月份平均气温是“-4.7℃” 读作_负___4_._7_摄__氏___度__或___零__下__4__.7__摄__氏__度。
实验探究 三看：
知识点3
量程 分度值 零刻度
温度计的使用
一不： 玻璃泡不能碰到容器底或容器壁。
玻璃泡要全部浸入被测物质；
要等示数稳定后再读数； 四要：
读数时玻璃泡要继续留在被测物质中；
度 规定
100℃表示；0℃和100℃之间分成100个等分，
每个等分代表1℃。
温度计的使用 三看；一不；四要 体温计 特殊结构：缩口 量程：35℃ ~ 42℃ 分度值：0.1 ℃
人生最大的错误是不断担心会犯错。 益者三友：友直友谅友多闻。——《论语·季氏》 己欲立而立人，己欲达而达人。——《论语·雍也》 盆景秀木正因为被人溺爱，才破灭了成为栋梁之材的梦。 道德修养能达到的最高价段，是认识到我们应该控制我们的思想。--达尔文 心中装满着自己的看法与想法的人，永远听不见别人的心声。 对一个人来说，所期望的不是别的，而仅仅是他能够全力以赴和献身于一种美好事业。——爱因斯坦 不要垂头丧气，即使失去一切，明天仍在你的手里。——王尔德 本来，生命只有一次，对于谁都是宝贵的。 人若软弱就是自己最大的敌人。 成功的科学家往往是兴趣广泛的人，他们的独创精神来自他们的博学。 不求做的最好，但求做的更好。
视线要与液柱上表面相平。
自主学习
知识点4 体温计
请同学们自学50页体温计部分内容
缩口
量程 35℃～42℃ 分度值 0.1℃
体温计的刻度范围通常为 35℃～42℃之间。
总结 定义 物体的冷热程度
温度计 1、原理 2、分类
3、结构
把在标准大气压下冰水混合物的温度定为0摄
【2024版】《化工仪表及自动化》课程教学大纲
可编辑修改精选全文完整版《化工仪表及自动化》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：2．课程名称：化工仪表及自动化3．英文名称：Chemical Engineering Instruments and Automation4. 课程简介：本课程是化学工程与工艺专业本科生开设的一门专业必修课程。
化工仪表及自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪表仪器学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
化工安全生产技术课程的主要内容有自动控制系统的基本概念，过程特性及其数学模型，检测仪表及传感器，自动控制仪表，执行器，简单控制系统，复杂控制系统，新型控制系统计算机控制系统及典型化工单元的控制方案等。
二、课程说明1．教学目的和要求：通过本课程基本原理的学习，使学生通过本课程学习后，应使学生了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用，能根据工艺的要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案等。
2．与相关课程衔接：该课程是分析化学、化工原理之后的一门必修课程。
3．学时：总学时32、周学时24．开课学期：第7学期5．教学方法：多媒体讲授，并与学生互动教学。
6．考核方式：考查；成绩组成：平时成绩40%和考试成绩60%7．教材：厉玉鸣主编，化工仪表及自动化（第五版），化学工业出版社，2011年.8．教学参考资料：1）厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2006.2）杨丽明，张光新.化工仪表及自动化.北京：化学工业出版社，2004.3）俞金寿.过程自动化及仪表.第二版.北京：化学工业出版社.三、课程内容与教学要求绪论：教学目标：了解和掌握化工自动化的定义，实现化工自动化的目的，了解和掌握化工自动化的发展历程及和其他学科的联系。
教学重点：化工自动化的定义，实现化工自动化的目的。
教学难点：实现化工自动化的目的。
授课时数：2学时第一章自动控制系统基本概念教学目标：理解化工自动化的主要内容，自动控制系统的基本组成及表示形式，掌握自动控制系统的过渡过程和品质指标。
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A’
t
A B
t 0’
B’
小结： ① 测温原理
② 使用补偿导线的目的及用法
③ 冷端温度补偿方法及原理。
作业：
P94 58、59、60、 64题
显 t0 示
表
二、热电阻温度计
1、原理： 金属导体或半导体电阻的阻值随温度变化而变化 金属导体：t ↑ → Rt↑ 半导体：t ↑ → Rt↓
特点：低温段线性好，精度高，不用进行冷端温度补偿，但 反 应慢，不能测点温。
无关。
t
EAB（t，tc， to）＝ EAB（t， tc）＋ EAB（tc， to）
A
to
C
＋
EAB(t,t0) －
B
to
A
tc
B
to
A
B
tc
3 、常用热电偶
铂铑10— 铂：S 镍铬—镍硅：K 镍铬—铜镍：E
主要特点比较：
分度号
注意：不同分度号分度表不同。 （t0 = 0 ℃） E～t 关系不同
S
当t0 =0时，用实验方法测出不同温度下的电势，即得 分度表。
②t=to
EAB（t， to）＝０
③A=B EAB（t， to）＝０
2、基本定律
（1）中间导体定律
EAB（t， to）只与t，t0有
t
关，与第三种金属C无关，
只要保证两接点温度相
等。
（2） 中间温度定律
EAB（t， to）与中间温度tc
用与测量热电偶同型号的热电偶进行补偿，用于多支热电偶。
5、结构 （1）普通型
（2）套管型（铠装热电偶） 热电极、绝缘材料、金属套管合为一体，具有细长、容易弯曲、 热响应时间快、耐振动、耐温、抗压和坚固耐用等优点。
6、热电偶温度计的组成
1. 热电偶（感温元件） 2. 显示仪表 3. 连接导线（补偿导线及铜线）
K
E
检测范围（℃） -20~1300（1600） -50~900（1200） -40~600（900）
精度
高
中
低
灵敏度
低
中
高
价格
高
适中
低
4、冷端处理
（1）补偿导线
A’
t
A B
t1
t0
B’
利用中间温度定律，将热电偶用与其同型号的补偿导线延长。
作用：将冷端从温度较高、波动较大移到温度较低、相对稳定 的地方。
B
热电偶温度计 热电阻温度计
二、热电偶温度计
1、测温原理 （1）温差电势：一种金属的两端因温度不同产生的热电势。
当 t ≠ to
扩散
高温端电子
（＋）
形成温差电势
低温端
（－）
eA （t，to） eB （t，to）
数值较小，可忽略
电动势eA（t，to）
+ t
A
t ＞ to 电场
－
to
（2）接触电势：不同金属相接触产生的电势。
（2）利用热电效应
将两种不同的金属两端分别焊接起来，当两端温度不同时， 回路中会产生电势，大小为：EAB（t，to）=f（t）－f（ to ）
（３） 利用导体或半导体电阻随温度变化A
导体：铜、铂
半导体：热敏电阻
t
EAB（t， to）
to
（４）利用物体的辐射能随温度变化
E=KT4 工业常用的温度检测仪表
A金属与B金属接触时，设NA ＞ NB
扩散
则A金属电子 B金属
（＋）
（－）
产生接触电势eA B（t）， eA B（to）
电动势eAB（t）
t
+
－
A
B
NA ＞ NB
（3）回路总电势：
A
eA（t ，to）
eAB（t） t
EAB（t， to）
to eAB（to）
工作端（热端）t
B
eB（t,，to） 自由端（冷端）t0
EAB（t， to）＝ eAB（t）－ eAB（to） －eA（t ，to）＋eB（t，to） ≈ eAB（t）－ eAB（to） ＝f（t）－f（to） ≈ f（t－to）
EAB（t，t0）＝－EBA （t，t0）＝EBA （t0，t）＝－EAB （t0，t）
说明：
①热电偶产生的热电势不仅与所用材料种类有关，还与两接 点温度有关； 与热电偶几何尺寸无关；当材料、t0一定时， 热电势只与t 有关（但不是线性关系），通过测电势即可测 温度。
注意：①热电特性与所配热偶相同或相近。
② 使用温度范围（0～100 ℃）。
③正负不能接错。
补偿导线的方法也称是热偶冷端温度的部分（不完全）补偿法。
（2）冷端温度补偿
EAB(t,t0)
t
EAB(t,0)
A’
A B
t 0’
t0
B’
➢冰浴法： 用冰槽使t0保持零度。（制造厂用） ➢计算法： （实验室用） ➢➢➢仪补补表偿偿零电热点桥电调法偶整：法（：将t0变仪化表）的机械零点调到t0 （t0恒定）。
特点
精度高、性能 稳定、氧化性
线性好、便宜、 易提纯
４、结构 P87
5、引线方式
（1）两线制 引线电阻产生附加误差
（2）三线制 （工业用） 引线电阻分别接入上下支路， 可消除误差
（3）四线制 可完全可消除误差， 用于精确测量。
+电
Rt
位
差
-计
小结：①常用热电阻种类、特点、原理、连接方式
②测温元件的安装
冷端温度为0℃
7
8
9
0.038 0.095 0.154 0.216
0.044 0.101 0.161 0.222
0.050 0.107 0..167 0.228
分度号：K
冷端温度为0℃
温度
℃
0 10 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 30
0
0.000 0.397 0.798 1.203
一、概述
§5 温度检测及仪表
安全泡
温度：表征冷热程度的物理量。
标尺
表示： 摄氏温标 t ( ℃ ) 凯氏温标 T （ K ）
1、测量方法
T = t ＋273.15
毛细管
（1） 利用物体的体积受热膨胀
中间泡
固体：Vt=Vo（1+βt）
温泡
液体 ：△V＝ △V液－ △V容＝ Vo（α－ α’ ）△ t
气体：PV=mRT
2、组成
感测元件 热电阻
显示仪表 （不平衡电桥或平衡电桥）
铜导线
用三线制接入
３、种类
名称
分度号
铂电阻 铜电阻
Pt10 R0=10Ω
Pt100 R0=100Ω
CU50
R0=50Ω CU100
R0=100Ω
测温 范围℃ 0~650
－50～150
关系式 RPt＝ R0(1+At+Bt2+Ct3)
Rcu＝R0(1+αt) Rcu＝Rt0(1+α△t)
作业：能否用普通万用表测量热电阻？
分度号：S
温度 0
℃
0 0.000 10 0.055 20 0.113 30 0.173
1
0.005 0.061 0.119 0.179
2
0.011 0.067 0.125 0.185
分度表
3
4
5
6
热 电 动 势 mV 0.016 0.022 0.027 0.033 0.072 0.078 0.084 0.090 0.131 0.137 0.143 0.140 0.191 0.197 0.203 0.210