化工仪表及自动化第3章2PPT文档格式.ppt
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2外电极,两圆筒间的电容量C,当D和d一定时,电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的乘积成比例。
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,2.液位的检测,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,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,12,第四节物位检测及仪表,3.料位的检测,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。
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,优点,电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。
缺点,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,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,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,特点,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,五、称重式液罐计量仪,该计量仪既能将液位测得很准,又能反映出罐中真实的质量储量。
称重仪根据天平原理设计。
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,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,(3-68),17,第五节温度检测及仪表,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。
分类,按测量范围,按用途,高温计、温度计,标准仪表、实用仪表,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,接触式与非接触式,18,第五节温度检测及仪表,表3-3常用温度计的种类及优缺点,19,第五节温度检测及仪表,1.膨胀式温度计,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,21,2.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压力式温度计。
第五节温度检测及仪表,3.辐射式温度计,辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。
压力式温度计的构造由以下三部分组成,温包毛细管弹簧管(或盘簧管),22,第五节温度检测及仪表,二、热电偶温度计,23,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.热电偶,图3-54热电偶示意图,第五节温度检测及仪表,24,
(1)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,或,第五节温度检测及仪表,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。
25,第五节温度检测及仪表,26,
(2)插入第三种导线的问题,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,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,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,(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,工业上对热电极材料的要求,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,表3-4工业用热电偶,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,表3-5常用绝缘子材料,表3-6常用保护套管,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,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。
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。
表3-7常用热电偶的补偿导线,35,第五节温度检测及仪表,.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,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,举例,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,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。
注意,38,第五节温度检测及仪表,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。
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。
注意!
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,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
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