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1、化工仪表及自动化第三章 检测仪表与传感器 1内容提要v物位检测及仪表物位检测及仪表概述差压式液位变速器电容式物位传感器核辐射物位计称重式液罐计量仪v温度检测及仪表温度检测及仪表温度检测方法热电偶温度计热电阻温度计电动温度变送器一体化温度变送器智能式温度变送器测温元件的安装2第四节 物位检测及仪表v一、概论一、概论几个概念几个概念几个概念几个概念液位料位液位计料位计界面计测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的测量物位的两个目的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 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
2、光学式物位仪表 确定容器或贮存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量;进行监视和控制生产工艺过程。3v二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理图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4第四节 物位检测及仪表将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此 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3-41 负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，
3、一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则6第四节 物位检测及仪表迁移弹簧的作用迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。迁移和调零迁移和调零 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。迁移迁移 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 正迁移示意图举例举例举例举例 某差压变送器的测量范围为05000Pa，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。
4、8第四节 物位检测及仪表3.3.用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位用法兰式差压变送器测量液位图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 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器法兰式差压变送器按其结构形式按其结构形式按其结构形式按其结构形式 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。9v三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器1.1.测量原理测量原理测量原理测
5、量原理图3-45 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C当当 D D 和和 d d 一定时，电容量一定时，电容量 C C 的大小与极的大小与极板的长度板的长度 L L 和介质的介电常数和介质的介电常数 的乘积成的乘积成比例。比例。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10v四、核辐射物位计四、核辐射物位计射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱通过介质层厚度的增加而减弱，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接受器第四节 物位检测及仪表v
6、五、磁致伸缩式液位计五、磁致伸缩式液位计v六、光纤式液位计六、光纤式液位计v七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪11v1.液面和界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。不满足要求时，可选用电容式、电阻式、声波式、磁致伸缩式等仪表。v2.仪表的结构形式及材质应根据被测介质的特性来选择。v3.仪表的显示方式和功能，应根据被测介质的特性来选择。v4.仪表量程应根据工艺对象实际需要现实的范围或实际变化范围确定。v5.仪表精确度应根据工艺要求选择。v6.用于爆炸危险场所的电子式物位仪表，应根据危险场所类别及被测介质的危险程度，选择合适的防爆结构形式或采取其他的防爆措施。第四节 物位检测及仪
7、表v八、物位测量仪表的选型（八、物位测量仪表的选型（P75 表表3-6）12v一、温度检测方法一、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。分分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 第五节 温度检测及仪表13第五节 温度检测及仪表易受外界干扰，标定困难 测温范围大，适于测
8、温度分布，不破坏被测温度场，响应快 0 3500200 2000光电探测热电探测红外线低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度 测温时，不破坏被测温度场 400 2000700 3200900 1700辐射式光学式比色式辐射式非接触式测温仪表不能测高温，需注意环境温度的影响 测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制-200 600 -50 150铂铜热电阻需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低 测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制 0 1600-50 1000-50 600铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜热电偶精度低，测温距离短，滞后大 结构简单，耐震，防爆能记录、报警，
9、价格低廉-30 600-20 350 0 250液体气体蒸汽压力式精度低，量程和使用范围有限 结构紧凑，牢固可靠-80 600双金属测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传 结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉-50600玻璃液体 膨胀式接触式测温仪表缺点缺点 优点优点 测温范围测温范围 温度计种类温度计种类 测温方式测温方式常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点14第五节 温度检测及仪表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信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热
10、时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。152.2.压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计 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应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计。第五节 温度检测及仪表16第五节 温度检测及仪表3.3.辐射式温度计辐射式温度计辐射式温度计辐射式
11、温度计辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。压力式温度计的压力式温度计的构造构造由以下三部分组成由以下三部分组成 温包 毛细管 弹簧管（或盘簧管）17v二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计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测量仪表热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。1.1.热电偶热电偶热电偶热电偶图3-54 热电偶示意图第五节 温度检测及仪表
12、18 热电偶温度计是由三部分组成：热电偶是由不同材料的导体焊接而成，作为感温元件测量仪表动圈仪表或电位差计连接导线铜导线及补偿导线 工作端热端测量端 tt 0自由端冷端热电极1.热电偶及测温原理 热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电效应：把两种导体或者半导体连接成一个闭合回路，把这两个接点分别置于温度t的热源和温度t0中，在回路中就会产生电势，这种效应叫作热电效应。19（1 1）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理图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
13、或第五节 温度检测及仪表20整个回路的热电势由 接触电势 组成 温差电势 接触电势：两种不同导体A、B接触时，由 于两者电子密度不同，则电子在两个 方向扩散速率不同，从而在A、B间 形成一个电位差，这就是接触电势。温差电势：在同一种导体的两端因其温度不同而产生的电势。温差电势远小于接触电势，整个热电偶回路的热电势:当A、B和t0一定时，EAB（t,t0）是温度t的单值函数，这就是热电偶测温的基本依据。AB+eAB212.热电偶基本定律热电偶基本定律 热电回路的热电势仅取决于热电极的材料和两个接触点温 度，与温度沿热电极的分布及电极尺寸和形状无关；在热电偶回路中，接入第三种材料的导线，只要第三导
14、线 的两端的温度相同，第三导线的引入不会影响热电偶的电 势；两种金属A和B分别与金属C配偶的热电势为EAC和ECB，则A和B 配偶产生的热电势EAB为EAC和ECB之差，即 若结点温度为t1和t2时回路的热电势为E1；结点温度为t2和 t3时的热电势为E2，则结点温度为t1和t3时的回路热电势为 E=E1+E2冷端修正理论依据。223.热电势与温度关系特性热电势与温度关系特性 可用 列表法 表示（冷端温度均为0）数学表示法 图示法 列表法 将温度与热电偶的热电势列成相应的表格，不同的热 电偶其数值是不同的，每种热电偶都对应一个分度号。数学表示法 热电势与温度的关系用一个公式表示：图示法 把热电
15、势与温度关系用曲线在坐标纸上表示出来。23第五节 温度检测及仪表注意注意 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。24第五节 温度检测及仪表（3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而
16、且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；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。证良好的互换性。25第五节 温度检测及仪表1800160012009007503503001600-201300-501000-40800-40700-40300铂铑铂铑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铂铑铂铑30合金合金铂铑铂铑10合金
17、合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜LL-2LB-3EU-2-CKBSKEJTWRRWRPWRNWREWRFWRC铂铑铂铑30-铂铑铂铑6铂铑铂铑10-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-铜镍铜镍短期使用短期使用长期使用长期使用负热电极负热电极正热电极正热电极旧旧新新测温范围测温范围/热电极材料热电极材料分度号分度号代号代号热电偶名称热电偶名称表表表表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26（4）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶图3-59 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒第五节 温度检
18、测及仪表27第五节 温度检测及仪表 80 150 500120014001700橡皮、绝缘漆珐琅 玻璃管石英管瓷管纯氧化铝管工作温度/材 料表表3-5 常用绝缘子材料常用绝缘子材料表表3-6 常用保护套管常用保护套管 600100012001400 1900以上无缝钢管不锈钢管石英管瓷管Al2O3陶瓷管工作温度/材 料28第五节 温度检测及仪表 铠装热电偶铠装热电偶 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。过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。优点优点反应速度快、使用方便、可弯
19、曲、气密性好、不怕振、耐高压等。表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。一种特殊热电偶。优点优点反应速度极快、热惯性极小。29第五节 温度检测及仪表 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。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。30第五节 温度检测及仪表补偿导线的选用补偿导线的选用补偿导线的选用补偿导线的选用图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
20、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（0100）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。31补偿导线的特点：在一定温度范围内，补偿导线与所要连接的热电极具有相同的热电性能；价格比较低廉；不同热电偶所用的补偿导线不同；热电偶和补偿导线的两个接点处温度相同；使用时型号相配，极性不能接错。第五节 温度检测及仪表32第五节 温度检测及仪表在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。0.6450.0374.0950.1056.3170.1704.2770.047绿蓝棕白铜镍铜镍铜镍铜镍红红红红铜铜镍铬
21、铜铂铑10-铂镍铬-镍硅（镍铝）镍铬-铜镍铜-铜镍颜色材料颜色材料负极正极工作端为100，冷端为0时的标准热电势/mV补偿导线热电偶名称表3-7 常用热电偶的补偿导线33.冷端温度的补偿冷端温度的补偿 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。（1）冷端温度保持为）冷端温度保持为0的方法的方法图3-61 热电偶冷端温度保持0的方法（2）冷端温度修正方法）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。第五节 温度检测及仪表
22、34第五节 温度检测及仪表举例举例举例举例某一设备的实际温度为某一设备的实际温度为t，其冷端温度为，其冷端温度为t1，这时测得的，这时测得的热电势为热电势为E（t，t1）。为求得实际）。为求得实际t 的温度，可利用下式的温度，可利用下式进行修正，即进行修正，即 因为因为由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势由此可知，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），加上热端为室温t，冷端为，冷端为0时的热电时的热电偶的热电势偶的热电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热电），才能得到实际温度下的热电势势E（t，0）。）。35第五节 温度检测及仪表 用计算的方法来修正
23、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。注意注意36第五节 温度检测及仪表举例举例例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t130，求被测的实际温度。解由附录三可以查得 则再查附录三可以查得68783V对应的温度为900。37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，
24、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。38第五节 温度检测及仪表（3）校正仪表零点法）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：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4）补偿电桥法）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。39第五节 温度检测及仪表 由于电桥是在由于电桥是在20时平衡的，所以采用这种补偿电桥时平衡的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械
25、零位预先调到时须把仪表的机械零位预先调到20处。如果补偿电桥处。如果补偿电桥是在是在0时平衡设计的（时平衡设计的（DDZ-型温度变送器中的补偿型温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在电桥），则仪表零位应调在0处。处。注意！注意！注意！注意！图3-62 具有补偿电桥的热电偶测温线路40第五节 温度检测及仪表（5）补偿热电偶法）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。41v三、热电阻温度计 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测在中、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。量较为适宜。第
26、五节 温度检测及仪表 热电偶一般适用于测量500以上的较高温度，对于在500以下的中、低温输出电势很小，对测量电路的放大器和抗干扰能力要求很高，否则不准；另外，由于冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差显得突出，不易得到完全的补偿。所以，在中、低温区，一般使用热电阻温度计测量，适用于-200+500，输出值大，测量准确。42 热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻（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 温度检测及仪表热电阻温度计热电阻温度计热电阻（感温元件）热电阻（感温元件）不平衡电桥不平衡电桥显示仪表显示仪表 平衡电桥平衡电桥连接
27、导线连接导线43 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。1.1.测温原理测温原理 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性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。（电阻温度效应）来进行温度测量的。第五节 温度检测及仪表442.2.工业常用热电阻工业常用热电阻工业常用热电阻工业常用热电阻作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系
28、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。第五节 温度检测及仪表45第五节 温度检测及仪表（1）铂电阻）铂电阻在0650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，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R010，对应分度，对应分度号为号为Pt10。另一种是。另一种是R0100，对应分度号为，对应分度号为Pt100。46第五节 温度检测及仪表（2）铜电阻）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。在-
29、50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即 工业上常用的铜电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为Cu50。另一种是R0100，对应的分度号为Cu100。47.热电阻的结构热电阻的结构（1 1）普通型热电阻）普通型热电阻）普通型热电阻）普通型热电阻 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)（2 2）铠装热电阻）铠装热电阻）铠装热电阻）铠装热电阻 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。（3 3）薄膜热电阻）薄膜热电阻）薄膜热电阻）薄膜热电阻 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48v采
30、用光纤作为敏感元件或能量传输介质构成。采用光纤作为敏感元件或能量传输介质构成。v特点：灵敏度高、电绝缘性好、可适用于强烈电磁干扰、特点：灵敏度高、电绝缘性好、可适用于强烈电磁干扰、强辐射的恶劣环境；体积小、重量轻、可弯曲；可实现不强辐射的恶劣环境；体积小、重量轻、可弯曲；可实现不带电的全光型探头等。带电的全光型探头等。v分类分类第五节 温度检测及仪表v四、光纤温度变送器四、光纤温度变送器功能型功能型非功能型非功能型液晶光纤温度传感器液晶光纤温度传感器荧光光纤温度传感器荧光光纤温度传感器半导体光纤温度传感器半导体光纤温度传感器光纤辐射温度计光纤辐射温度计49第五节 温度检测及仪表v五、电动温度变
31、送器五、电动温度变送器 DBWDBW型温度（温差）变送器型温度（温差）变送器型温度（温差）变送器型温度（温差）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DDZ-DDZ-型的温度变送器与型的温度变送器与型的温度变送器与型的温度变送器与DDZ-DDZ-型的温度变送器进型的温度变送器进型的温度变送器进型的温度变送器进行比较，它有以下主要特点。行比较，它有以下主要特点。行比较，它有以下主要特点。行比
32、较，它有以下主要特点。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 温度检测及仪表温度变送器有三种类型：温度变送器有三种类型：热电偶温度变送器；热电阻温度变送器；直流毫伏变送器。1.1.热电偶温度变送器热电偶温度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52第五节 温度检测及仪表（1 1）输入电桥）输入电桥）输入电桥）输入电桥 作用作用作用作用：冷端温度补偿、调整零点。图3-67 输入电桥53第五节 温度检测及仪表（2 2）
33、反馈电路）反馈电路 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（3 3）放大电路）放大电路54第五节 温度检测及仪表2.2.热电阻温度变送器热电阻温度变送器结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。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55l输入桥路 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,起到冷端温度补偿、零点调整作用。以三线制的连接方式接入电桥，将电阻转化为电压。l反馈电路 对热电偶的非线性进行修正，使变送器输出信号直接与被测温度成线性关系，以便显示与
34、控制。l放大电路 将毫伏信号变换为高电平输出，现在一般采用特殊的低漂移、高增益集成运算放大器。第五节 温度检测及仪表56v六、一体化温度变送器六、一体化温度变送器 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用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。接线盒内的一种温度变送器。图3-73 一体化温度变送器结构框图第五节 温度检测及仪表v七、智能式温度变送器七、智能式温度变送器57第五节 温度检测及仪表v八、测温仪表的选用及安装八、测温仪表的选用及安装1.1.温度测量仪表的选用温度测量仪表的选用（1）就地温度仪表的选用（2）温度检测元件的选用（3）特殊场合适用的热电偶、
35、热电阻 582.2.测温元件的安装要求测温元件的安装要求（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3-76。（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3-77。第五节 温度检测及仪表59第五节 温度检测及仪表图3-76 测温元件安装示意图之一图3-77 测温元件安装示意图之二60第五节 温度检测及仪表（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3-78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3-79所示。图3-78 小
36、工艺管道上测温元件安装示意图图3-79 热电偶或热电阻安装示意图61第五节 温度检测及仪表（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。62第五节 温度检测及仪表2.2.布线要求布线要求布线要求布线要求（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。63第五节 温度检测及仪表（6）补偿导线不应有中间接
37、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。64显示仪表：显示仪表：显示仪表：显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。显显示示仪仪表表一一般般都都装装在在控控制制室室的的仪仪表表盘盘上上。它它和和各各种种测测量量元件或变送单元元件或变送单元配套使用；又能与配套使用；又能与控制单元控制单元配套使用，配套使用，分类分类分类分类模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显
38、示仪表第七节 显示仪表65模拟式显示仪表：以指针或记录笔的角位移或线位移来模拟显示被测参数连续变化的情况的仪表。特点：测量速度较慢，精度低，难以准确读数，但结构简单，工作可靠，价廉，能直观反映被测量变量的变化趋势，因而在工业生产中仍然在大量使用。数字式仪表：直接以数字形式显示被测变量，其测量速度快，精度高，读数直观准确，可以配以自动打印，便于和计算机等数字化装置直接配套使用。屏幕显示仪表 与计算机联用的显示装置，可把生产过程中的工艺参数以文字、符号和图形等形式在屏幕上显示出来，具有模拟和数字显示仪表两者的功能，具有计算机大存储量的记录能力和快速处理能力，是计算机检测和控制系统中必不可少的装置，
39、其应用领域正在扩大，是未来控制系统的发展方向。概述66模拟式显示仪表v一、自动电子电位差计一、自动电子电位差计电电子子电电位位差差计计 是用来测量直流电压信号的，凡是能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。1.1.手动电位差计手动电位差计手动电位差计手动电位差计工作原理工作原理工作原理工作原理 根据平衡法将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。图4-1 电压平衡原理图测量时，可调节滑动触点C的位置，使同时有67模拟式显示仪表2.2.自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理根据
40、这种电压平衡原理来进行工作。特点特点特点特点 用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行电压平衡操作；用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的工作。图4-2 电子电位差计原理图 电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。结论结论68模拟式显示仪表3.3.自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路图4-3 电位差计测量桥路原理图图4-2 电子电位差计原理图（1）冷端温度补偿问题举例举例用用镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶测测量量温温度度，其其热热端端温温度度不不变变，
41、而而冷冷端端温温度度从从0 0升升高高到到2525，这这时时热热电电势势将将降降低低mVmV，仪表指针会指示偏低。，仪表指针会指示偏低。69模拟式显示仪表 如果把R做成随温度变化的电阻，且在温度从0升高到25时，其阻值变化量R20.5，这时，电阻R2上的电压降UDB也增大，UDBR2I21mV。为了统一规格，上支路的电流规定为4mA（或2mA），下支路电流规定2mA（或1mA）。因为测量桥路的补偿电压UCDUCBUDB，现在UDB增加了1mV，那么UCD就会减少1mV，此时滑动触点C的平衡位置不需变化。由于UCD的变化与热电势的变化相等，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值基本不受冷端温度变化
42、的影响。70模拟式显示仪表（2）量程匹配问题图4-4 XW系列电位差计测量桥路原理图R2冷端补偿铜电阻；RM量程电阻；RB工艺电阻；RP滑线电阻；R4终端电阻（限流电阻）；R3限流电阻；RG始端电阻；E稳压电源1V；I1上支路电流4mA；I2下支路电流2mAR2铜电阻装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度。下支路限流电阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。滑线电阻RP 仪表的示值误差、记录误差、变差、灵敏度以及仪表运行的平滑性等都和滑线电阻的优劣有关。量程电阻RM 决定仪表量程大小的电阻。始端（下限）电阻RG 大
43、小取决于测量下限的高低。71模拟式显示仪表4.4.自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构 图4-5 电子电位差计方框原理图72模拟式显示仪表v二、自动电子平衡电桥二、自动电子平衡电桥1.1.平衡电桥测温原理平衡电桥测温原理平衡电桥测温原理平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。利用平衡电桥来测量热电阻变化。图4-6 平衡电桥 当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是（4-3）73模拟式显示仪表 滑动触点B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。并且
44、可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。结论结论当被测温度升高后的平衡条件是（4-4）用式（4-4）减式（4-3），则得（4-5）74模拟式显示仪表2.2.自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥图4-7 自动平衡电桥结构原理图图4-8 自动电子平衡电桥方框图 为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。75模拟式显示仪表3.3.自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相同处相同处相同处相同处与这两种仪表配套的测
45、温元件（热电偶、热电阻）在外形结构上十分相似。仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分都是完全相同的。76模拟式显示仪表不同处不同处不同处不同处它们的输入信号不同。两者的作用原理不同。当用热电偶配电子电位差计测温时，其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题；而用热电阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。测温元件与测量桥路的连接方式不同。77模拟式显示仪表其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：动圈式显示仪表动圈式显示仪表动圈式显示仪表动圈式显示仪表 采用灵敏度较高的磁电系测量机构将被测信号转换为指针的角位移，实质上是一种利
46、用偏差法测量电流的仪表。光柱式显示仪表光柱式显示仪表光柱式显示仪表光柱式显示仪表 将输入信号通过由许多发光二极管组成的光柱显示出来，具有显示醒目、形象直观、精度稳定的特点。78张丝张丝1.1.1.1.动圈式仪表的作用原理动圈式仪表的作用原理动圈式仪表的作用原理动圈式仪表的作用原理 当测量信号通过张丝加在动圈上时，便有电流流过动圈。当测量信号通过张丝加在动圈上时，便有电流流过动圈。此时载流线圈将受磁场力作用而转动，动圈的转动使张丝扭转，此时载流线圈将受磁场力作用而转动，动圈的转动使张丝扭转，此时张丝就产生反抗动圈转动的力矩，当两力矩平衡时，动圈此时张丝就产生反抗动圈转动的力矩，当两力矩平衡时，动
47、圈就停留在某一位置上。由于动圈的位置与输入毫伏信号相对应，就停留在某一位置上。由于动圈的位置与输入毫伏信号相对应，当面板直接刻成温度标尺时，装在动圈上的指针就指示出被测当面板直接刻成温度标尺时，装在动圈上的指针就指示出被测对象的温度数值。对象的温度数值。79 数字式显示仪表v一、数字式显示仪表的特点及分类一、数字式显示仪表的特点及分类特点特点特点特点 清晰直观、读数方便、不会产生视差。线路简单、可靠性好、耐振性好。有利于制造、调试和维修，降低生产成本。分类分类分类分类 按输入信号的形式来分，有电压型和频率型两类。按被测信号的点数来分，它又可分成单点和多点两种。根据仪表所具有的功能，又可分为数字
48、显示仪、数字显示报警仪、数字显示输出仪、数字显示记录仪以及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等80 数字式显示仪表图4-9 数字式显示仪表分类图81 数字式显示仪表v二、数字式显示仪表的基本组成二、数字式显示仪表的基本组成图4-10 数显仪表组成结构1.1.信号变换电路信号变换电路2.2.前置放大电路前置放大电路3.3.非线性校正或开方运算电路非线性校正或开方运算电路4.4.模数转换电路（模数转换电路（A AD D转换）转换）5.5.标度变换电路标度变换电路6.6.数字显示电路及光柱电平驱动电路数字显示电路及光柱电平驱动电路7.V7.VI I转换电路和控制电路转换电路和控制电路82前置放大器
49、：v输入信号有时很小（如热电偶），必须经放大电路放大至伏级电压幅度才能供A/D转换电路工作；v有时输入信号夹带干扰信号，因此也可以在前置放大电路中加一些滤波电路来抑制干扰影响。非线性补偿电路：v许多检测元件（如热电偶、节流元件）具有非线性特性；v用来补偿输入信号和被测参数之间的非线性关系，使显示值与被测参数之间呈线性关系。被测参数被测参数输入信号输入信号显示值显示值非线性非线性线性线性非线性非线性83模数转换（A/D转换）：A/D转换是数字式显示仪表的核心部件，任务是使连续变化的模拟量转换成与其成比例的断续变化的脉冲数字量。A/D转换电路常见的有双积分型、脉冲宽度调制型、电压/频率转换型和逐次
50、比较型。标度变换：对被测量信号进行量纲的转换，使仪表能以工程量值形式（如温度、压力等）显示被测参数的大小。例如，某装置被测温度为1000，经A/D转换出1250个脉冲；温度为1500时，输出1875个脉冲。需要将12501000；1875 1500，要设置一个标度变换环节。数字显示：常用发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)等。84新型显示仪表v一、无笔、无纸记录仪一、无笔、无纸记录仪1.1.概论概论概论概论 以CPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。2.2.无无无无笔笔笔笔、无无无无纸纸纸纸记记记记录录