常规仪表基础知识

常规仪表的介绍
------刘鹏
介绍的主要内容 1. 常用工具 2. 测量元件及常规仪表简介 3. 实验设备简介
热工常用的工具 常用工具： 万用表、尖嘴钳、斜口钳、扳手、“十字”螺丝 刀、“一字”螺丝刀，剥线钳、内六方等，用于 解决问题的东西 或者说一切我们可以操作和 使用的
测量元件及常规仪表
测量元件：热电阻PT100、热电偶K、E 变送器：温度变送器244P或224E 1151压力变送器HP、GP、DP、AP 压力开关SOR、UE、温度开关高、低旁各两个小 汽机一个 压力表普通压力表，带阻尼油的，带隔离膜片的 特殊仪表:氧化锆,转速表 显示及记录仪表将被计算机取代。
温度篇
什么是温度 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度 只能通过物体随温度变化的某些特性来间接 测量，而用来度量物体温度数值的标尺叫温 标。它规定了温度的读数起点（零点）和测 量温度的基本单位。目前国际上用得较多的 温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和 国际实用温标。
华氏温标 华氏温标（Fahrenheit，°F、℉）规定：在 标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点 为212度，中间划分180等分，每等分为华氏 1度。 和攝氏度的換算為：[°C] = ([°F] − 32) × 5/9、[°F] = [°C] × 9/5 + 32
摄氏温标 摄氏温标（Celsius，符号为℃）规定：在标 准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为 100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1 度℃。 摄氏温标的创制者是安德斯•摄耳修斯。规定 在一个大气压下，冰水混合物的温度为0℃， 沸点为100℃。 。 摄氏度为目前公制采用的温度单位
热力学温标
压力篇
压力关系示意图
*在纬度为45°的海平面上及温度为0℃，截面为1平方厘米时的大气柱的重力 称为一个标准大气压。
什么叫绝对压力 表压力加上大气压力就是绝对压力。它以绝 对真空为零算起的。 绝对压力=表压力+大气压力 绝对压力=大气压力-真空压力 绝对压力在计算中用P表示。
什么叫指示压力 一般压力表上所指出的气体压力，并不是代 表体的真实压力，而为超出大气之压力值， 也就是说没有把大气压力计算在内。指示压 力是以大气压力为零算起的。也叫表压力或 计压力。简称表压。 表压力=绝对压力-大气压力
热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温 标，符号为K。 绝对零度时的温度定义为0K。水的三相点， 即液体、固体、气体状态的水同时存在的温 度，定义为273.16K。 水在标准大气压下结冰的温度，即摄氏温标 0°C，或华氏温标32°F，相当于热力学温 标273.15K。
测温原理及分类
测温方式 热膨胀 原理
缺点
由于检出元件热惯性影响.响应时间较长对热容量较小的物体难以 实现精确测量不适宜于直接对腐蚀性之测量不能用于很高温 测量难于测量运动体的温度
测温误差较大仪表示值一般仅代表现温度在辐射通道上质吸收 及反光干扰将影响仪表示值被测对象表面发射率变化影 响仪表示值结构较复杂价格较昂贵
常用的测温元件
热电偶K、E、B、T、J、S 热电阻PT100、Cu50、 Cu100 热电偶的特点及适用范围是： 铂铑一铂热电偶，一般合金丝直径为0.5毫米，精度高，热电势 较大，性能稳定，抗氧化性较好，可在1300℃高温炉内长期 使用。缺点是价格高，不宜在还原性气氛中使用。 镍铬一镍硅和镍铬一镍铝热电偶，合金丝直径为3毫米，它的 热电势较大，精度较高，价格便宜，抗氧化性也较好，可在 900℃以下炉内长期使用。缺点是材质硬。 镍铬一考铜热电偶，它的热电势很大，灵敏度高，价格便宜， 宜在还原性气氛中使用，使用温度不超过600℃。缺点是易 氧化。 热电阻的特点及适用范围是：它的主要特点是测量精度高，性 能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的使用温度不超 过500℃。线径为０．０７ｍｍ、银线引出 。
校验设备
油浴的使用602型 校玻璃杆温度计或热电阻用 水浴MP—13 型 校补偿导线用 高温检定炉 校热电偶或热电阻用 0.05级数字压力表 、 0.25级精密压力表（弹簧管） 压力校验仪、浮球式校验仪、压力校验台（砝码）温度校验 仪、手压泵。 直流电阻器、可编程电源、节能调压器X-Y记录仪、频率计 数器、频率计数器、X-Y记录仪、模块装置、电阻器、函数 发生器、多功能校验仪、转速校验台、转速校验装置、精密 万用表、直流电源。 示波器、补偿微压计、压力校验仪逻辑分析仪、温变校验 仪、气体分析仪。
热电偶的种类
型号标志 S R B K N E J T 材 料 铂铑 10－铂 铂铑 13－铂 铂铑 30－铂 6 镍铬－镍硅 镍铬硅－镍硅 镍铬－铜镍合金（康铜） 铁－铜镍合金（康铜） 铜－铜镍合金（康铜） 温度范围(℃) －50～1768 －50～1768 0～1820 －270～1372 －270～1300 －270～1000 －210～1000 －270～400
比较结果
在300℃以下估算的与实际相差5℃、 在300℃以 下估算的与实际相差5℃、在600℃以下估算的与 实际相差25℃。 故1℃温度K型热电偶可以按 0.04mV估算。 热电阻在100℃以下估算的与实际相差3℃。故1℃ 温度PT100热电阻按0.4Ω估算。 热电阻的一般测 量轴温和线圈、大部分都在100℃以下 只作估算使用。
分类
固体膨胀:双金属温度计 液体:玻璃液体温度计压力式温 度计 气体压力:压力式温度计(充气 体或饱和蒸汽)
金属热电阻:铜电阻.铂电阻.镍 电阻等 半导体热敏电阻:鍺电阻.碳电 阻.氧化物半导体热敏 电阻
金属热电偶:铜—康铜.镍铭-镍 硅.镍铬-考铜.铂铑-30铂 铑6.铂铑10-铂;钨錸.钨 钼等 非金属热电偶:石墨.硅化物.碳 化物硼化物
补偿导线的配用
配用的补偿导线 热电偶 种 名 称 类 性 正 镍铬－考铜 E 负 正 镍铬－镍硅 K 负 正 铂铑 10－铂 S 负 铜镍合金 硬、褐色 绿 康铜 铜 硬、银白色 软、红色 黄 红 0.643 考铜 铜 软、银白 软、红色 蓝 红 4.10 材质 镍铬合金 特 点 颜色 红 6.95 电势值 mV 极 金属线芯 绝缘层 E（100，0）
配套仪表 热电偶采用电子电位差计 热电阻采用电子平衡电桥
热电偶的测温原理
热电偶的测量原理是基于两种不同成份的导体两端 连成回路时，如两连接点温度不同，就会在其回路 中产生热电流的物理现象。不同成份的两导体构成 热电偶的两电极。两接点的温差越大，产生的热电 流（热电势）也越大。如果一端插在测温场所（工 作端），另一端接在测试仪表上（自由端或称冷 端），则测试仪表将显示热电势值。若仪表刻度盘 采用温度—电势关系，用温度值表示，即直接读出 温度值。
电子平衡电桥
p
Ｒt为电桥的一臂 Rm为量程电阻 Rd为滑线电阻
244P/244E温度变送器
244P温度变送器是一种由微处理器为核心，采用大 规模集成电路制成全封装的智能型变送器，其体积 很小，但功能强大，它可测量多种温度信号（即： Pt100—α385，Pt100—α392，Ni 120，Ohms， mv，E，J，K，L，N，R，S，T，U），输出 4~20mAdc信号，可以自动进行热电偶冷端温度补 偿，并且具有测温元件（输入回路）开路警告信 号，即开路时使输出最大或最小，其通过专用软件 进行组态，可以使输出电流与温度信号成线性，或 使输出电流与输入毫伏信号成线性，可以选择多种 温度单位等，不需要进行任何机械调整，它是一种 免维修的变送器
244P温度变送器接线图
热电偶调校示意图
可用万用表直接测量
热电偶和热电阻的估算值比较
K型热电偶0.04mV 温度值 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 实际毫伏 0 0.397 0.798 1.203 1.612 2.023 2.436 2.851 3.267 3.682 4.096 8.138 12.209 16.397 20.644 24.905 29.129 33.275 37.326 41.276 预想值 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 0 -0.003 -0.002 0.003 0.012 0.023 0.036 0.051 0.067 0.082 0.096 0.138 0.209 0.397 0.644 0.905 1.129 1.275 1.326 1.276 温度值 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 PT100热电阻0.4Ω 实际毫伏 100 103.9 107.79 111.67 115.54 119.4 123.24 127.08 130.9 134.71 138.51 175.86 212.05 247.09 280.98 313.71 345.28 375.7 预想值 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 180 220 260 300 340 380 420 0 -0.1 -0.21 -0.33 -0.46 -0.6 -0.76 -0.92 -1.1 -1.29 -1.49 -4.14 -7.95 -12.91 -19.02 -26.29 -34.72 -44.3
常用的测压仪表 GP、AP压力/绝对压力变送器 HP、DP高静压/差压变送器 DR型微差压变送器
GP、AP压力/绝对压力变送器
压力变送器主要用于测量气体、液体和蒸汽的压力、负压和 绝对压力等参数，然后将其转换成4～20mA．DC信号输 出。 压力变送器包括GP型(表压力)和AP型(绝对压力)两种 类型。GP和AP型与智能放大板组合，可构成智能型压力变 送器，它可通过符合HART协议的乎操器相互通讯，进行设 定和监控。 GP型压力变送器的δ室，一侧接受被测压力信 号，另一侧则与大气压力贯通，因此可用于测量表压力或负 压。 AP型绝对压力变送器的δ室(结构参见 图)一侧接受被 测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，它可以测 量除气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力。
硬、色较暗、褐绿色
*一般以外皮颜色为正极的颜色。
冷端补偿器
圈中为冷端补偿器 Rcu R1 显示表 Rs R1=R2=R3=1Ω Rcu为锰铜电阻20℃ Ｒcu=1 Ω电桥平衡
R3
R2
热电阻的测温原理 热电阻温度计的工作原理是基于导体或半导 体的电阻值随温度而改变的特性来测量温度 的。热电阻的受热部分（感温元件），用细 金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架 上。当被测介质中有温度梯度存在时，则所 测得的温度即感温元件所在范围内介质层中 的平均温度。
利用两种系数不同的金属材料,在 加热或冷却时所产生的 差.2.利用密封容器中的气 体饱和蒸汽压力或液体体 积随温度的变化.
接触式 热电阻
利用导体或半导体电阻,随温 度变化的特性.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非接触式 热电势
利用两种材料相接触而产生的 热电势,随温差变化的特 性.
热辐射
根据被测对象所发射的辐射 能量,测定被测对象的表 面.
亮度法:隐丝式光学温度计. 恒亮式光学高温计.电子 式光学高温计 辐射法(全辐射或部分辐射 ):简易式辐射温度计,放 大式辐射温度计,偏差式 辐射温度计,零平衡式辐 射温度计 比色法:单通道比色温度计 ,双通道比色温度计
优点
简单,可靠,价廉测量精度较高一般能够测的真实温度
原理上测温范围可以从超低温侧到极高温.不破坏被测温场.可 以测量热容量小的物体.适宜测量运动体温度可以测量区 域的温度分布响应速度快
电子电位差计
Uad=Ex电桥平 衡Uaf等于0 A Uaf F
放大器 及电机
Ex 变化Uaf不 等于0,电机动 作改变电阻使 之平衡
D Ex
补偿导线作用
作用：用廉价的补偿导线代替昂贵的热电偶、将热电偶的 冷端移到稳定的工作区域。 一般在100度以下工作。 冷端采用补偿盒、恒温箱等 我厂一般采用温变自动补偿,汽轮机采用热敏电阻进行补偿. 镍1500和EA05模件实现测温。