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化 工 仪 表 及 自 动 化第 三 章 检 测 仪 表 与 传 感 器 内 容 提 要n物 位 检 测 及 仪 表n概 述n差 压 式 液 位 变 速 器n电 容 式 物 位 传 感 器n核 辐 射 物 位 计n称 重 式 液 罐 计 量 仪n温 度 检 测 及 仪 表n温 度 检 测 方 法n热 电 偶 温 度 计n热 电 阻 温 度 计n电 动 温 度 变 送 器 1 内 容 提 要n一 体 化 温 度 变 送 器n智 能 式 温 度 变 送 器n测 温 元 件 的 安 装n现 代 检 测 技 术 与 传 感 器 的 发 展n软 测 量 技 术 的 发 展n现 代 传 感 器 技 术 的 发 展 2 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表n一 、 概 论 3 液 位 料 位液 位 计 界 位 计直 读 式 物 位 仪 表 差 压 式 物 位 仪 表浮 力 式 物 位 仪 表 电 磁 式 物 位 仪 表核 辐 射 式 物 位 仪 表 声 波 式 物 位 仪 表光 学 式 物 位 仪 表 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表n二 、 差 压 式 液 位 变 送 器 4图 3-39 差 压 液 位 变 送 器原 理 图 图 3-40 压 力 表 式 液 位 计 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 pp gHpp 21 将 差 压 变 送 器 的 一 端 接 液 相 ， 另 一 端 接 气 相因 此 gHppp 21 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 。5 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 gHp 01211 pgHghp 0222 pghp 6 ghghgHpp 2221121 ghhgHp 2121 图 3-41 负 迁 移 示 意 图 在 使 用 差 压 变 送 器 测 量 液 位 时 ， 一 般 来 说实 际 应 用 中 ， 正 、 负 室 压 力 p1、 p2分 别 为则 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 改 变 变 送 器 的 零 点 。 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 。 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 。 7 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表图 3-42 正 负 迁 移 示 意 图 图 3-43 正 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 。 8 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 图 3-44 法 兰 式 差 压 变 送 器 测 量 液 位 示 意 图1 法 兰 式 测 量 头 ； 2 毛 细 管 ； 3 变 送 器 单 法 兰 式 双 法 兰 式 9 为 了 解 决 测 量 具 有 腐 蚀 性 或 含 有 结 晶 颗 粒 以 及 黏 度 大 、易 凝 固 等 液 体 液 位 时 引 压 管 线 被 腐 蚀 、 被 堵 塞 的 问 题 ， 应 使用 在 导 压 管 入 口 处 加 隔 离 膜 盒 的 法 兰 式 差 压 变 送 器 ， 如 下 图所 示 。 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表n三 、 电 容 式 物 位 传 感 器 dDLC ln2 图 3-45 电 容 器 的 组 成1 内 电 极 ； 2 外 电 极 10通 过 测 量 电 容 量 的 变 化 可 以 用 来 检 测 液 位 、 料 位 和 两 种 不 同液 体 的 分 界 面 。 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 dDLC ln2 0 0 dD HLdDHC ln2ln2 0 3-46 非 导 电 介 质的 液 位 测 量1 内 电 极 ； 2 外 电 极 ；3 绝 缘 套 ； 4 流 通 小孔 当 液 位 为 零 时 ， 仪 表 调 整 零 点 ， 其 零 点 的电 容 为 HKdD HCCC iX ln2 00 对 非 导 电 介 质 液 位 测 量 的 电 容 式 液 位 传 感 器 原 理 如 下 图 所 示 。当 液 位 上 升 为 H时 ， 电 容 量 变 为电 容 量 的 变 化 为 11 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 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 与 空 气 介 电 系 数 0不 等 的 原 理 进行 工 作 ， （ - 0） 值 越 大 ， 仪 表 越 灵 敏 。 电 容 器 两极 间 的 距 离 越 小 ， 仪 表 越 灵 敏 。 12 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 用 电 容 法 可 以 测 量 固 体 块 状 颗 粒 体 及 粉 料 的 料 位 。 由于 固 体 间 磨 损 较 大 ， 容 易 “ 滞 留 ” ， 可 用 电 极 棒 及 容 器 壁组 成 电 容 器 的 两 极 来 测 量 非 导 电 固 体 料 位 。 dD HCX ln2 0 1 金 属 电 极 棒 ； 2 容 器 壁左 图 所 示 为 用 金 属 电 极 棒 插 入 容 器 来 测量 料 位 的 示 意 图 。 电 容 量 变 化 与 料 位 升 降 的 关 系 为13图 3-47 料 位 检 测 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 电 容 物 位 计 的 传 感 部 分 结 构 简 单 、 使 用 方 便 。 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 。 14 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表n四 、 核 辐 射 物 位 计 HeII 0射 线 的 透 射 强 度 随 着 ， 具体 关 系 见 式 （ 3-63） 。 （ 3-63） 图 3-48 核 辐 射 物 位 计 示 意 图1 辐 射 源 ； 2 接 受 器 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 。 15 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表n五 、 称 重 式 液 罐 计 量 仪该 计 量 仪 既 能 将 ， 又 能 反 映 出 罐 中。 21121 MgLLApp gHpp 12 HKHMLAL 112 HAM 0AMH 0 杠 杆 平 衡 时由 于 （ 3-64）代 入 （ 3-64） （ 3-65）如 果 液 罐 是 均 匀 截 面 （ 3-66）（ 3-67）16 第 四 节 物 位 检 测 及 仪 表 02 MKL i AMLAAKKi 11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 式 中如 果 液 罐 的 横 截 面 积 A为 常 数 ， 得 将 式 （ 3-67） 代 入 式 （ 3-65） ， 得02 MAKL （ 3-68） 17 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n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 。 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 18 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表接触式测温仪表 膨胀式 玻 璃 液 体 -50 600 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 测 量 准 确 ，价 格 低 廉 测 量 上 限 和 精 度 受 玻 璃 质 量的 限 制 ， 易 碎 ， 不 能 记 录 远传 双 金 属 -80 600 结 构 紧 凑 ， 牢 固 可 靠 精 度 低 ， 量 程 和 使 用 范 围 有限 压力 式 液 体气 体蒸 汽 -30 600-20 350 0 250 结 构 简 单 ， 耐 震 ， 防 爆 能 记 录 、 报警 ， 价 格 低 廉 精 度 低 ， 测 温 距 离 短 ， 滞 后大 热电偶 铂 铑 -铂镍 铬 -镍硅镍 铬 -考铜 0 1600-50 1000-50 600 测 温 范 围 广 ， 精 度 高 ， 便 于 远 距 离 、多 点 、 集 中 测 量 和 自 动 控 制 需 冷 端 温 度 补 偿 ， 在 低 温 段测 量 精 度 较 低 热电阻 铂铜 -200 600 -50 150 测 量 精 度 高 ， 便 于 远 距 离 、 多 点 、集 中 测 量 和 自 动 控 制 不 能 测 高 温 ， 需 注 意 环 境 温度 的 影 响 非 接触 式测 温仪 表 辐射式 辐 射 式光 学 式比 色 式 400 2000700 3200900 1700 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 红外线 光 电 探 测热 电 探 测 0 3500200 2000 测 温 范 围 大 ， 适 于 测 温 度 分 布 ， 不破 坏 被 测 温 度 场 ， 响 应 快 易 受 外 界 干 扰 ， 标 定 困 难 19 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 图 3-50 双 金 属 片 图 3-51 双 金 属 温 度 信 号 器20 1 双 金 属 片 ； 2 调 节 螺 钉 ；3 绝 缘 子 ； 4 信 号 灯膨 胀 式 温 度 计 是 基 于 物 体 受 热 时 体 积 膨 胀 的 性 质 而 制 成 的 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 21 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 。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 应 用 压 力 随 温 度 的 变 化 来 测 温 的 仪 表 叫 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表是 基 于 物 体 热 辐 射 作 用 来 测 量 温 度 的 仪 表 。 温 包 毛 细 管 弹 簧 管 （ 或 盘 簧 管 ） 22 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n二 、 热 电 偶 温 度 计 23 是 以 热 电 效 应 为 基 础 的 测 温 仪 表 。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 。 图 3-54 热 电 偶 示 意 图 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 24 图 3-55 热 电 现 象 图 3-56 接 触 电 势 形 成 的 过 程 图 3-57 热 电 偶 原 理 及 电 路 图 00 00, tetettE tetettE BAAB ABAB 左 图 闭 合 回 路 中 总 的 热 电 势或 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 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 。 25 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 011 teteteteE BACBBCABt 00 11 tete tete ABBA CBBC 26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 3-58 热 电 偶 测 温 系 统 连 接 图 0teteE ABABt 图 （ a） 总 的 热 电 势 （ 3-72）由 于 （ 3-75）（ 3-74）将 式 （ 3-73） 、 式 （ 3-74） 代 入 式 （ 3-72） （ 3-73） 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 0teteE ABABt 000000 0 tetetetetete CABCABCABCAB 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 。 故 得 00 teteteE CABCABt （ 3-76）图 （ b） 总 的 热 电 势 27 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 28 （ 3） 常 用 热 电 偶 的 种 类温 度 每 增 加 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 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 29 热 电 偶 名 称 代 号 分 度 号 热 电 极 材 料 测 温 范 围 /新 旧 正 热 电 极 负 热 电 极 长 期 使 用 短 期 使 用铂 铑 30-铂 铑 6铂 铑 10-铂镍 铬 -镍 硅镍 铬 -铜 镍铁 -铜 镍铜 -铜 镍 WRRWRPWRNWREWRFWRC BSKEJT LL-2LB-3EU-2-CK 铂 铑 30合 金铂 铑 10合 金镍 铬 合 金镍 铬 合 金铁铜 铂 铑 6合 金纯 铂镍 硅 合 金铜 镍 合 金铜 镍 合 金铜 镍 合 金 300 1600-20 1300-50 1000-40 800-40 700-400 300 180016001200900750350 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 30 （ 4） 热 电 偶 的 结 构 普 通 型 热 电 偶 图 3-59 热 电 偶 的 结 构热 电 极绝 缘 管保 护 套 管接 线 盒 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表材 料 工 作 温 度 /橡 皮 、 绝 缘 漆珐 琅 玻 璃 管石 英 管瓷 管纯 氧 化 铝 管 80 150 500120014001700 表 3-5 常 用 绝 缘 子 材 料 表 3-6 常 用 保 护 套 管材 料 工 作 温 度 /无 缝 钢 管不 锈 钢 管石 英 管瓷 管Al 2O3陶 瓷 管 600100012001400 1900以 上31 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 32 铠 装 热 电 偶 由 金 属 套 管 、 绝 缘 材 料 （ 氧 化 镁 粉 ） 、 热 电 偶 丝 一 起经 过 复 合 拉 伸 成 型 ， 然 后 将 端 部 偶 丝 焊 接 成 光 滑 球 状 结 构 。 优 点 反 应 速 度 快 、 使 用 方 便 、 可 弯 曲 、 气 密 性 好 、 不 怕振 、 耐 高 压 等 。 表 面 型 热 电 偶 专 门 用 来 测 量 物 体 表 面 温 度 的 一 种 特 殊 热 电 偶 。 优 点 反 应 速 度 极 快 、 热 惯 性 极 小 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 快 速 热 电 偶 测 量 高 温 熔 融 物 体 一 种 专 用 热 电 偶 。 热 电 偶 的 结 构 形 式 可 根 据 它 的 用 途 和 安 装 位 置 来确 定 。 在 热 电 偶 选 型 时 ， 要 注 意 三 个 方 面 ： 热 电 极 的材 料 ； 保 护 套 管 的 结 构 ， 材 料 及 耐 压 强 度 ； 保 护 套 管的 插 入 深 度 。 33 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 34 图 3-61 补 偿 导 线 接 线 图 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 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表热 电 偶 名 称 补 偿 导 线 工 作 端 为 100 ， 冷 端 为0 时 的 标 准 热 电 势 /mV正 极 负 极材 料 颜 色 材 料 颜 色铂 铑 10-铂镍 铬 -镍 硅 （ 镍 铝 ）镍 铬 -铜 镍铜 -铜 镍 铜铜镍 铬铜 红红红红 铜 镍铜 镍铜 镍铜 镍 绿蓝棕白 0.645 0.0374.095 0.1056.317 0.1704.277 0.047表 3-7 常 用 热 电 偶 的 补 偿 导 线35 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 在 应 用 热 电 偶 测 温 时 ， 只 有 将 冷 端 温 度 保 持 为 ， 或者 是 进 行 一 定 的 修 正 才 能 得 出 准 确 的 测 量 结 果 。 这 样 做 ， 就称 为 。 一 般 采 用 下 述 几 种 方 法 。（ 1） 冷 端 温 度 保 持 为 的 方 法 图 3-61 热 电 偶 冷 端 温 度 保 持 的 方 法 （ 2） 冷 端 温 度 修 正 方 法 在 实 际 生 产 中 ， 冷 端温 度 往 往 不 是 0 ， 而 是 某一 温 度 t1， 这 就 引 起 测 量 误差 。 因 此 ， 必 须 对 冷 端 温度 进 行 修 正 。 36 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 0,0, 11 tEttEtE 某 一 设 备 的 实 际 温 度 为 t， 其 冷 端 温 度 为 t1， 这 时 测 得 的热 电 势 为 E（ t， t1） 。 为 求 得 实 际 t 的 温 度 ， 可 利 用 下式 进 行 修 正 ， 即 0,0, 11 tEtEttE 因 为由 此 可 知 ， 冷 端 温 度 的 修 正 方 法 是 把 测 得 的 热 电 势 E（ t， t1） ， 加 上 热 端 为 室 温 t ， 冷 端 为 0 时 的 热 电偶 的 热 电 势 E（ t1， 0） ， 才 能 得 到 实 际 温 度 下 的 热 电势 E（ t， 0） 。 37 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 用 计 算 的 方 法 来 修 正 冷 端 温 度 ， 是 指 冷 端 温 度 内恒 定 值 时 对 测 温 的 影 响 。 该 方 法 只 适 用 于 实 验 室 或 临时 测 温 ， 在 连 续 测 量 中 显 然 是 不 实 用 的 。 38 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 VE 18010,30 例 6 用 镍 铬 -铜 镍 热 电 偶 测 量 某 加 热 炉 的 温 度 。测 得 的 热 电 势 E（ t， t1） 66982V， 而 自 由 端的 温 度 t1 30 ， 求 被 测 的 实 际 温 度 。 解 由 附 录 三 可 以 查 得 VEtEtE 687831801669820,3030,0, 则再 查 附 录 三 可 以 查 得 68783 V对 应 的 温 度 为 900 。 39 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 由 于 热 电 偶 所 产 生 的 热 电 势 与 温 度 之 间 的 关系 都 是 非 线 性 的 （ 当 然 各 种 热 电 偶 的 非 线 性 程 度不 同 ） ， 因 此 在 自 由 端 的 温 度 不 为 零 时 ， 将 所 测得 热 电 势 对 应 的 温 度 值 加 上 自 由 端 的 温 度 ， 并 不等 于 实 际 的 被 测 温 度 。 譬 如 在 上 例 中 ， 测 得 的 热 电 势 为 66982V，由 附 录 三 可 查 得 对 应 温 度 为 876.6 ， 如 果 再 加 上自 由 端 温 度 30 ， 则 为 906.6 ， 这 与 实 际 被 测 温度 有 一 定 误 差 。 其 实 际 热 电 势 与 温 度 之 间 的 非 线性 程 度 越 严 重 ， 则 误 差 就 越 大 。 40 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表（ 3） 校 正 仪 表 零 点 法 若 采 用 测 温 元 件 为 热 电 偶 时 ， 要 使 测 温 时 指 示 值 不偏 低 ， 可 预 先 将 仪 表 指 针 调 整 到 相 当 于 室 温 的 数 值 上 。 注 意 ： 只 能 在 测 温 要 求 不 太 高 的 场 合 下 应 用 。（ 4） 补 偿 电 桥 法 利 用 不 平 衡 电 桥 产 生 的 电 势 ， 来 补 偿 热 电 偶 因 冷 端温 度 变 化 而 引 起 的 热 电 势 变 化 值 。 41 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 由 于 电 桥 是 在 20 时 平 衡的 ， 所 以 采 用 这 种 补 偿 电 桥 时须 把 仪 表 的 机 械 零 位 预 先 调 到20 处 。 如 果 补 偿 电 桥 是 在0 时 平 衡 设 计 的 （ DDZ- 型温 度 变 送 器 中 的 补 偿 电 桥 ） ，则 仪 表 零 位 应 调 在 0 处 。 图 3-62 具 有 补 偿 电 桥 的 热 电 偶测 温 线 路 42 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 43 （ 5） 补 偿 热 电 偶 法 图 3-63 补 偿 热 电 偶 连 接 线 路 在 实 际 生 产 中 ， 为 了 节 省 补 偿 导 线 和 投 资 费 用 ，常 用 多 支 热 电 偶 而 配 用 一 台 测 温 仪 表 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n三 、 热 电 阻 温 度 计 44 在 中 、 低 温 区 ， 一 般 是 使 用 热 电 阻 温 度 计 来 进 行 温 度 的测 量 较 为 适 宜 。 是 由 热 电 阻 （ 感 温 元 件 ） ， 显 示 仪 表（ 不 平 衡 电 桥 或 平 衡 电 桥 ） 以 及 连 接 导 线 所 组 成 。 图 3-64 热 电 阻 温 度 计 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 010 ttRR tt 对 于 呈 线 性 特 性 的 电 阻 来 说 ， 其 电 阻 值 与 温 度 关系 如 下 式 tRRRR tttt 00 热 电 阻 温 度 计 适 用 于 测 量 -200 +500 范 围 内 液 体 、气 体 、 蒸 汽 及 固 体 表 面 的 温 度 。 利 用 金 属 导 体 的 电 阻 值 随 温 度 变 化 而 变 化 的 特 性（ 电 阻 温 度 效 应 ） 来 进 行 温 度 测 量 的 。 45 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 电 阻 温 度 系 数 、 电 阻 率 要 大 ； 热 容 量 要 小 ； 在 整 个 测 温 范 围 内 ， 应 具 有 稳 定 的 物 理 、 化 学 性 质和 良 好 的 复 制 性 ； 电 阻 值 随 温 度 的 变 化 关 系 ， 最 好 呈 线 性 。 46 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 320 1 CtBtAtRRt 47 （ 1） 铂 电 阻 CCCBCA /1022.4,/10850.5,/10950.3 2273 在 0 650 的 温 度 范 围 内 ， 铂 电 阻 与 温 度 的 关 系 为由 实 验 求 得 工 业 上 常 用 的 铂 电 阻 有 两 种 ， 一 种 是 R0 10， 对 应 分度 号 为 Pt10。 另 一 种 是 R0 100， 对 应 分 度 号 为 Pt100。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 48 （ 2） 铜 电 阻 金 属 铜 易 加 工 提 纯 ， 价 格 便 宜 ； 它 的 电 阻 温 度 系 数很 大 ， 且 电 阻 与 温 度 呈 线 性 关 系 ； 在 测 温 范 围 为 -50+150 内 ， 具 有 很 好 的 稳 定 性 。 CttRR t /1025.41 300 在 -50 +150 的 范 围 内 ， 铜 电 阻 与 温 度 的 关 系 是线 性 的 。 即 工 业 上 常 用 的 铂 电 阻 有 两 种 ， 一 种 是 R0 50， 对应 的 分 度 号 为 Cu10。 另 一 种 是 R0 100， 对 应 的 分 度 号为 Cu100。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 49 主 要 由 电 阻 体 、 保 护 套 管 和接 线 盒 等 主 要 部 件 所 组 成 。 图 3-65 热 电 阻 的 支 架 形 状(已 绕 电 阻 丝 ) 将 电 阻 体 预 先 拉 制 成 型 并 与绝 缘 材 料 和 保 护 套 管 连 成 一 体 。 将 热 电 阻 材 料 通 过 真 空 镀 膜法 ， 直 接 蒸 镀 到 绝 缘 基 底 上 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n四 、 电 动 温 度 变 送 器 是 DDZ- 系 列 电 动 单 元组 合 式 检 测 调 节 仪 表 中 的 一 个 主 要 单 元 。 它 既 可 与 各 种 类型 的 热 电 偶 、 热 电 阻 配 套 使 用 ， 又 可 与 具 有 毫 伏 输 出 的 各种 变 送 器 配 合 ， 然 后 ， 它 和 显 示 单 元 、 控 制 单 元 配 合 ， 实现 对 温 度 或 温 差 及 其 他 各 种 参 数 进 行 显 示 、 控 制 。 50 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 线 路 上 采 用 了 安 全 火 花 型 防 爆 措 施 。 在 热 电 偶 和 热 电 阻 的 温 度 变 送 器 中 采 用 了 线 性 化 机 构 。 在 线 路 中 ， 由 于 使 用 了 集 成 电 路 ， 这 样 使 该 变 送 器 具 有良 好 的 可 靠 性 、 稳 定 性 等 各 种 技 术 性 能 。 51 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 52 热 电 偶 温 度 变 送 器 ； 热 电 阻 温 度 变 送 器 ； 直 流 毫 伏 变 送 器 。结 构 分 为 输 入 桥 路 、 放 大 电 路 及 反 馈 电 路 。 图 3-66 热 电 偶 温 度 变 送 器 的 结 构 方 框 图 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 53 冷 端 温 度 补 偿 、 调 整 零 点 。 图 3-67 输 入 电 桥 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 在 DDZ- 型 的 温 度 变 送 器 中 ， 在 温 度 变 送 器 中的 反 馈 回 路 加 入 线 性 化 电 路 。 图 3-68 热 电 偶 温 度 变 送 器 的 线 性 化 方 法 方 框 图 54 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 55 结 构 分 为 输 入 电 桥 、 放 大 电 路 及 反 馈 电 路 。 图 3-69 热 电 阻 温 度 变 送 器 的 结 构 方 框 图 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n五 、 一 体 化 温 度 变 送 器 56 它 是 指 将 变 送 器 模 块 安 装 在 测 温 元 件 接 线 盒 或 专用 接 线 盒 内 的 一 种 温 度 变 送 器 。 图 3-70 一 体 化 温 度 变 送 器结 构 框 图测 温 元 件 和 变 送 器 模 块AD693、 XTR101、 XTR103、 IXR100等-20 +80 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表图 3-71 一 体 化 热 电 偶 温 度 变 送 器电 路 原 理 可 得 变 送 器 输 出 与 输 入之 间 的 关 系 为 110 WCuti RRKIKEKUI 57 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 变 送 器 的 输 出 电 流 I0与 热 电 偶 的 热 电 势Et成 正 比 关 系 ； RCu阻 值 随 温 度 而 变 ， 合 理 选 择 RCu的 数 值可 使 RCu随 温 度 变 化 而 引 起 的 I1RCu变 化 量 近似 等 于 热 电 偶 因 冷 端 温 度 变 化 所 引 起 的 热 电势 E t的 变 化 值 ， 两 者 互 相 抵 消 。 58 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n六 、 智 能 式 温 度 变 送 器 59 可 以 与 各 种 热 电 偶 或 热 电 阻 配 合 使 用 测 量 温 度 ； 具 有 量 程 范 围 宽 、 精 度 高 ； 环 境 温 度 和 振 动 影 响 小 、 抗 干 扰 能 力 强 ； 质 量 轻 ； 安 装 维 护 方 便 。 由 硬 件 部 分 和 软 件 部 分 两 部 分 构 成 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 60图 3-72 TT302温 度 变 送 器 硬 件 构 成 原 理 框 图 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表n七 、 测 温 元 件 的 安 装 61（ 1） 在 测 量 管 道 温 度 时 ， 应 保 证 测 温 元 件 与 流 体 充 分接 触 ， 以 减 少 测 量 误 差 。 见 图 3-73。 （ 2） 测 温 元 件 的 感 温 点 应 处 于 管 道 中 流 速 最 大 处 。 （ 3） 测 温 元 件 应 有 足 够 的 插 入 深 度 ， 以 减 小 测 量 误 差 。见 图 3-74。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表图 3-73 测 温 元 件 安 装 示 意 图 之 一 图 3-74 测 温 元 件 安 装 示 意 图 之 二62 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 63 （ 4） 若 工 艺 管 道 过 小 （ 直 径 小 于 80mm） ， 安 装 测 温 元 件 处应 接 装 扩 大 管 ， 如 图 3-75所 示 。 （ 5） 热 电 偶 、 热 电 阻 的 接 线 盒 面 盖 应 向 上 ， 以 避 免 雨 水 或 其他 液 体 、 脏 物 进 入 接 线 盒 中 影 响 测 量 ， 如 图 3-76所 示 。 （ 6） 为 了 防 止 热 量 散 失 ， 测 温 元 件 应 插 在 有 保 温 层 的 管 道或 设 备 处 。 （ 7） 测 温 元 件 安 装 在 负 压 管 道 中 时 ， 必 须 保 证 其 密 封 性 ， 以防 外 界 冷 空 气 进 入 ， 使 读 数 降 低 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表图 3-75 小 工 艺 管 道 上 测 温 元 件安 装 示 意 图 图 3-76 热 电 偶 或 热 电 阻安 装 示 意 图 64 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表 65 （ 1） 按 照 规 定 的 型 号 配 用 热 电 偶 的 补 偿 导 线 ， 注 意 热电 偶 的 正 、 负 极 与 补 偿 导 线 的 正 、 负 极 相 连 接 ， 不 要接 错 。 （ 2） 热 电 阻 的 线 路 电 阻 一 定 要 符 合 所 配 二 次 仪 表 的 要 求 。 （ 3） 为 了 保 护 连 接 导 线 与 补 偿 导 线 不 受 外 来 的 机 械 损伤 ， 应 把 连 接 导 线 或 补 偿 导 线 穿 入 钢 管 内 或 走 槽 板 。 第 五 节 温 度 检 测 及 仪 表（ 6） 补 偿 导 线 不 应 有 中 间 接 头 ， 否 则 应 加 装 接 线 盒 。另 外 ， 最 好 与 其 他 导 线 分 开 敷 设 。 （ 5） 导 线 应 尽 量 避 开 交 流 动 力 电 线 。 （ 4） 导 线 应 尽 量 避 免 有 接 头 。 应 有 良 好 的 绝 缘 。 禁止 与 交 流 输 电 线 合 用 一 根 穿 线 管 ， 以 免 引 起 感 应 。 66 第 六 节 现 代 检 测 技 术 与 传 感 器 的 发 展n一 、 软 测 量 技 术 的 发 展 67 沿 袭 传 统 的 检 测 技 术 发 展 思 路 ， 通 过 研 制 新 型 的过 程 测 量 仪 表 ， 以 硬 件 形 式 实 现 过 程 参 数 的 直 接 在线 测 量 ； 采 用 间 接 测 量 的 思 路 ， 利 用 易 于 获 取 的 其 他 测 量信 息 ， 通 过 计 算 来 实 现 被 检 测 量 的 估 计 。 （ *） 第 六 节 现 代 检 测 技 术 与 传 感 器 的 发 展 依 据 易 测 过 程 变 量 与 难 以 直 接 测 量 的 待 测 过程 变 量 之 间 的 数 学 关 系 ， 通 过 各 种 数 学 计 算 和 估计 方 法 ， 实 现 对 待 测 过 程 变 量 的 测 量 。 68 第 六 节 现 代 检 测 技 术 与 传 感 器 的 发 展n二 、 现 代 传 感 器 技 术 的 发 展 69 1.新 材 料 、 新 功 能 的 开 发 ，新 加 工 技 术 的 使 用 ；2.多 维 、 多 功 能 化 的 传 感器 ;3.微 型 化 、 集 成 化 、 数 值化 和 智 能 化 ;4.新 型 网 络 传 感 器 的 发 展 。 图 3-77 网 络 传 感 器 连 接 图