-测量仪表及传感器2课件

第二章第二章第二章第二章 测量仪表及传感器测量仪表及传感器测量仪表及传感器测量仪表及传感器 第四节第四节 温度检测及仪表温度检测及仪表一、温标一、温标二、温度检测方法二、温度检测方法分分分分类类类类按测量范围按测量范围按测量范围按测量范围 按用途按用途按用途按用途 高温计、温度计高温计、温度计标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 按工作原理按工作原理按工作原理按工作原理 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计温度计、热电阻温度计和辐射高温计 按测量方式按测量方式按测量方式按测量方式 接触式与非接触式接触式与非接触式 测温方式测温方式测温方式测温方式温度计种类温度计种类温度计种类温度计种类 测温范围测温范围测温范围测温范围 优点优点优点优点 缺点缺点缺点缺点 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80-80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30-30 600600-20-20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电偶偶铂铑铂铑-铂铂镍铬镍铬-镍镍硅硅镍铬镍铬-考考铜铜0 0 16001600-50-50 10001000-50-50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200-200 600600 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 表表表表3-7 3-7 3-7 3-7 常用温度检测仪表常用温度检测仪表常用温度检测仪表常用温度检测仪表1.1.1.1.膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计图图3-52 3-52 双金属片双金属片图图3-53 3-53 双金属温度信号器双金属温度信号器1 1双金属片；双金属片；2 2调节螺钉；调节螺钉；3 3绝缘子；绝缘子；4 4信号灯信号灯2.2.2.2.压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计1 1传动机构；传动机构；2 2刻度盘；刻度盘；3 3指针；指针；4 4弹簧管；弹簧管；5 5连连杆；杆；6 6接头；接头；7 7毛细管；毛细管；8 8温包；温包；9 9工作物质工作物质三、热电偶温度计三、热电偶温度计图图3-55 3-55 热电偶温度计测温系统示意图热电偶温度计测温系统示意图1 1热电偶；热电偶；2 2导线；导线；3 3测量仪表测量仪表1.1.1.1.热电偶的结构热电偶的结构热电偶的结构热电偶的结构图图3-56 3-56 热电偶示意图热电偶示意图先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端）左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端）热电极热电极B B热电势热电势AB2.2.2.2.热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律图图3-57 3-57 热电现象热电现象图图3-58 3-58 接触电势形成的过程接触电势形成的过程图图3-59 3-59 热电偶原理及电路图热电偶原理及电路图左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030-铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铁铁-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2-CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350表表表表3-4 3-4 3-4 3-4 工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？热电偶的分度表热电偶的分度表3.3.热电偶结构热电偶结构普通型热电偶普通型热电偶材材 料料工作温度工作温度/橡皮、绝缘漆橡皮、绝缘漆珐琅珐琅 玻璃管玻璃管石英管石英管瓷管瓷管纯氧化铝管纯氧化铝管 80 150 500120014001700表表3-8 3-8 常用绝缘材料常用绝缘材料表表3-9 3-9 常用保护套管常用保护套管材材 料料工作温度工作温度/无缝钢管无缝钢管不锈钢管不锈钢管石英管石英管瓷管瓷管Al2O3陶瓷管陶瓷管 600100012001400 1900以上以上 铠装热电偶铠装热电偶 表面型热电偶表面型热电偶4.4.4.4.补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线图图3-62 3-62 补偿导线接线图补偿导线接线图热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100，冷端，冷端为为00时的标准热电势时的标准热电势/mV/mV正极正极负极负极材料材料颜颜色色材料材料颜色颜色铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜铜红红红红红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍绿绿蓝蓝棕棕白白0.6450.0370.0374.0954.0950.1050.1056.3176.3170.1700.1704.2774.2770.0470.047表表3-10 3-10 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层5.5.5.5.冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿（1 1）冰浴法）冰浴法举例举例举例举例例例6 6 用镍铬用镍铬-铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势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，而自由端的温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。解解:由附录三可以查得由附录三可以查得 则则再查附录三可以查得再查附录三可以查得68783V68783V对应的温度为对应的温度为900900。（2 2）补偿电桥法）补偿电桥法四、热电阻温度计四、热电阻温度计图图3-66 3-66 热电阻温度计热电阻温度计附表附表 Pt100热电阻分度表热电阻分度表附表附表 CuCu5050和和CuCu100100分度表分度表2.2.2.2.热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构图图3-65 3-65 热电阻的支架形状热电阻的支架形状(已绕电阻丝已绕电阻丝)双线无感绕法双线无感绕法双线无感绕法双线无感绕法3 3 热电阻的应用热电阻的应用 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 热电阻测温电桥的二线制接法热电阻测温电桥的二线制接法 热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 半导体热敏电阻PTC热敏电阻 红外线辐射温度计红外线辐射温度计用于食品温度测量用于食品温度测量红外线辐射温度计在非接触测温中的应用红外线辐射温度计在非接触测温中的应用耳温仪耳温仪红外线辐射温度计用于人体额温测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用(IC)(IC)红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）红色激光瞄红色激光瞄准被测物准被测物(电控柜、电控柜、天花板内的天花板内的布线层）布线层）温度采集系统温度采集系统钢铁工业解决方案钢铁工业解决方案汽车检测与维护汽车检测与维护 供热、通风及制冷行业应用供热、通风及制冷行业应用 水泥回转窑筒体扫描温度测量系统水泥回转窑筒体扫描温度测量系统玻璃加工制造玻璃加工制造电气系统故障诊断电气系统故障诊断 便携式产品便携式产品 在线式产品在线式产品 空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具六、测温元件的安装六、测温元件的安装1.1.1.1.测温元件的安装要求测温元件的安装要求测温元件的安装要求测温元件的安装要求图图3-76 3-76 测温元件安装示意图之一测温元件安装示意图之一图图3-77 3-77 测温元件安装示意图之二测温元件安装示意图之二图图3-78 3-78 小工艺管道上测温元件安装示意图小工艺管道上测温元件安装示意图图图3-79 3-79 热电偶或热电阻安装示意图热电偶或热电阻安装示意图温度检测元件安装图温度检测元件安装图温度检测元件安装图温度检测元件安装图铠装式热电偶铠装式热电偶法兰式法兰式第五节第五节 物位检测及仪表物位检测及仪表一、物位检测主要方法一、物位检测主要方法几个概念几个概念几个概念几个概念液位液位 料位料位 界面界面液位计液位计 料位计料位计 界面计界面计按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为直读式物位仪表直读式物位仪表 静压式物位仪表静压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电气式物位仪表电气式物位仪表声学式物位仪表声学式物位仪表 射线式物位仪表射线式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表 表表3-5 各种物位测量仪表的特性（各种物位测量仪表的特性（P66）二、静压式液位变送器二、静压式液位变送器1.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理图图3-37 3-37 静压液位变送器原理图静压液位变送器原理图图图3-38 3-38 压力表式液位计压力表式液位计2.2.2.2.零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题零点迁移问题图图3-39 3-39 负迁移示意图负迁移示意图图图3-40 3-40 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-41 3-41 正迁移示意图正迁移示意图举例举例举例举例 某差压变送器的测量范围为某差压变送器的测量范围为0 05000Pa5000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到5000Pa5000Pa时，时，变送器的输出将由变送器的输出将由4mA4mA变化到变化到20mA20mA，这是无迁移的情况，如图，这是无迁移的情况，如图3-403-40中曲线中曲线a a所示。负迁移如曲线所示。负迁移如曲线b b所示，正迁移如曲线所示，正迁移如曲线c c所示。所示。3.3.3.3.用法兰式静压变送器测量液位用法兰式静压变送器测量液位用法兰式静压变送器测量液位用法兰式静压变送器测量液位图图3-42 3-42 法兰式差压变送器测量液位示意图法兰式差压变送器测量液位示意图1 1法兰式测量头；法兰式测量头；2 2毛细管；毛细管；3 3变送器变送器三、浮力式液位计三、浮力式液位计UNS(UGS)UNS(UGS)系列彩色石英管液位计系列彩色石英管液位计浮球式液位开关浮球式液位开关变浮力式物位检测变浮力式物位检测l四、电气式物位传感器四、电气式物位传感器1.1.1.1.测量原理测量原理测量原理测量原理图图3-43 3-43 电容器的组成电容器的组成1 1内电极；内电极；2 2外电极外电极2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位的检测液位的检测1 1内电极；内电极；2 2外电外电极；极；3 3绝缘套；绝缘套；4 4流通小孔流通小孔非导电介质液位测量非导电介质液位测量导电液体液位测量导电液体液位测量1-内电极；内电极；2-绝缘套管；绝缘套管；3-容器容器导电介质液位测量导电介质液位测量当液位高当液位高H=0时，传感器时，传感器的起始电容为的起始电容为C0：0等效介电系数。等效介电系数。0绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数当液位高为当液位高为H 时，电容传感时，电容传感器的电容量器的电容量C为：为：上两式相减，便得液位高为上两式相减，便得液位高为H 的的电容变化量电容变化量Cx：3.3.3.3.料位检测料位检测料位检测料位检测1 1金属电极棒；金属电极棒；2 2容器壁容器壁图图3-47 3-47 料位检测料位检测五、核辐射物位计五、核辐射物位计图图3-48 3-48 核辐射物位计示意图核辐射物位计示意图1 1辐射源；辐射源；2 2接受器接受器六、声学式物位计六、声学式物位计液介式超声波液位计液介式超声波液位计