温度是表征物体冷热程度的物理量。是工业生产温度是表征物体冷热程度的物理量。是工业生产中最普遍而重要的操作参数。中最普遍而重要的操作参数。1.1.1温度检测方法温度检测方法一一般般利利用用物物体体的的某某些些物物理理性性质质随随温温度度变变化化的的特特性来感知、测量温度。有性来感知、测量温度。有接接触触式式测测温温通通过过测测温温元元件件与与被被测测物物体体的的接接触而感知物体的温度。触而感知物体的温度。非非接接触触式式测测温温通通过过接接受受被被测测物物体体发发出出的的热热辐射热来感知温度。辐射热来感知温度。1.1 温度检测仪表温度检测仪表一、接触式测温仪表有：一、接触式测温仪表有：1、膨胀式温度计、膨胀式温度计膨膨胀胀式式温温度度计计是是基基于于物物体体受受热热时时体体积积膨膨胀胀的的性质而制成的。有性质而制成的。有液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计：利利用用液液体体（水水银银、酒酒精精）受热时体积膨胀的特性受热时体积膨胀的特性测温测温。玻璃管温度计玻璃管温度计电接点式电接点式玻璃管温度计玻璃管温度计 固体固体膨胀膨胀式温度计式温度计： 用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。而产生弯曲。 若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上指示出相应温度值。指示出相应温度值。 双金属片常用来做温度报警或控制双金属片常用来做温度报警或控制 随着温度上升，双金属随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点接触片逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警灯和继到固定触点时，报警灯和继电器回路被接通。电器回路被接通。 调节螺钉用来调整固定调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报警温触点的位置，以调整报警温度。度。双金属片双金属片调节螺钉调节螺钉绝缘柱绝缘柱 如图是一双金属温控器。如图是一双金属温控器。继电器继电器原原理理: 封封闭闭容容器器中中的的液液体体、气气体体或或低低沸沸点点液液体体的的饱饱和和蒸蒸汽汽，受受热热后体积膨胀，压力增大。后体积膨胀，压力增大。2、压力式温度计压力式温度计利利用用封封闭闭容容器器中中的的介介质质压压力力随随温度变化的现象来测温。温度变化的现象来测温。 用压力表用压力表指示温度。指示温度。3、热电偶温度计、热电偶温度计 根据热电效应，将两种不同的导体接触并构成回路时，若根据热电效应，将两种不同的导体接触并构成回路时，若两个接点温度不同，回路中便出现毫伏级的热电势，这电势两个接点温度不同，回路中便出现毫伏级的热电势，这电势可准确反映温度。可准确反映温度。4、热电阻温度计、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。5、半导体温度计、半导体温度计 利用半导体利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性，通过测量结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度。感温器元件（结）电压变化来测量温度。红外线测温计红外线测温计光学高温计光学高温计1、 辐射式温度计辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度。通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、 红外式温度计红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。 二、非接触式测温的具体方法有：二、非接触式测温的具体方法有：1.1.2 热电偶热电偶热热电电偶偶是是以以热热电电效效应应为为原原理理的的测测温温元元件件，能能将温度信号转换成电势信号（将温度信号转换成电势信号（mV） 。特特点点：结结构构简简单单、测测温温准准确确可可靠靠、信信号号便便于于远传。一般用于测量远传。一般用于测量5001600之间的温度。之间的温度。1.1.2.1 热电偶热电偶的测温原理的测温原理将将两两种种不不同同的的导导体体或或半半导导体体连连接接成成闭闭合合回回路路，若若两两个个连连接接点点温温度度不不同同，回回路路中中会会产产生生电电势势。此此电势称为热电势。电势称为热电势。1、接触电势接触电势 当不同导体当不同导体A、B接触时，两边接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上的自由电子密度不同，在交界面上产生电子的相互扩散，致使在接触产生电子的相互扩散，致使在接触处产生处产生接触电势接触电势。 其大小取决于两种材料的种类其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。和接触点的温度。t热端热端 A Bt0冷端冷端eAB( t ) = Ktel nNA( t ) NB( t ) NA( t )、 NB( t ) 自由电子密度；自由电子密度； e 单位电荷单位电荷2、温差电势、温差电势 对于同一金属对于同一金属A（或（或B），），其两端温度不同，自由电子所其两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为应的电势，称为温差电势温差电势。 热电势由两部分组成：热电势由两部分组成：接触接触电势电势和和温差电势温差电势。但温差电势。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不值远小于接触电势，常忽略不计。计。t A Bt0 3、回路总电势回路总电势 热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称而成，称热电势热电势。由于温差电势很小，热电势基本由。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：接触电势构成： EAB （t，t0）= e AB （t）- e AB（t0） 此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论： 对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。度有关。当冷端温度固定时，当冷端温度固定时， E（t，t0）是热端温度是热端温度 t 的单值函数。的单值函数。eAB( t ) = Ktel nNA( t ) NB( t ) 1.1.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律1、均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。温度分布如何，都不能产生热电势。 因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成。其截面和长度不限。或半导体组成。其截面和长度不限。2、中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势没有影响。回路的热电势没有影响。因因为为热热电电偶偶在在使使用用时时，总总要要将将热热电电偶偶回回路路打打开开，接接入入测测量量仪仪表表，即插入第三种导体。即插入第三种导体。 测量仪表测量仪表有有 EABC (t，t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+ eCA(t0) 当当 t = t0 时时 有有 eAB(t0)+ eBC(t0)+ eCA(t0)= 0 即即 eBC(t0)+e CA(t0)= e AB(t0) 则则 EABC (t，t0)= e AB(t) e AB(t0)设将热电偶设将热电偶ABAB一端打开，接入第三种导体一端打开，接入第三种导体C v由由此此可可知知，只只要要接接入入第第三三种种导导体体的的两两个个连连接接点点温温度度相相等等，它它的的接接入入对对回回路路电电势势毫毫无无影影响响。这这一一结结论可以推广至接入多种导体。论可以推广至接入多种导体。ABCt 0t 0t 3、中间温度定律中间温度定律 一一支支热热电电偶偶在在两两接接点点温温度度为为t 、t0 时时的的热热电电势势，等等于于两两支支同同温温度度特特性性热热电电偶偶在在接接点点温温度度为为t 、ta和和ta、t0时的热电势之代数和。即时的热电势之代数和。即 E AB ( t ，to ) = E AB( t , 0 ) E AB( to , 0 ) 据据此此，只只要要给给出出冷冷端端为为0时时的的热热电电势势关关系系EAB( t ,0 ) ，便可求出冷端任意温度时的热电势。，便可求出冷端任意温度时的热电势。=符合分度符合分度表要求表要求ABt0t AB0t AB0t0 1.1.2.3热电偶的构造热电偶的构造 热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。普通型普通型铠装型铠装型普通热电偶普通热电偶1.1.2.4 热电偶类型热电偶类型 理论上任何两种导体或半导体都可以组成热理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。料加以选择。 选取原则：选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。 国际电工委员会（简称国际电工委员会（简称IEC）规定了热电偶材）规定了热电偶材料的取材标准。料的取材标准。用分度号命名不同用分度号命名不同取材取材的热电偶，的热电偶，并给出了标准的热电势分度表。并给出了标准的热电势分度表。 几种常用的标准型热电偶简介几种常用的标准型热电偶简介热电偶名称偶名称分度号分度号测温范温范围（）平均灵敏度平均灵敏度特特 点点铂铑30铂铑6B0+180010V/稳定性好定性好,精度高精度高,可在可在氧化气氛使用氧化气氛使用铂铑l0铂S0+160010V/同上，同上，线性度性度优于于B镍铬镍硅硅K0+100040V/价廉价廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性气氛中使用性气氛中使用镍铬康康铜E-200+90080V/灵敏灵敏,价廉价廉,可在氧化及可在氧化及弱弱还原气氛中使用原气氛中使用铜康康铜T-200+40050V/价廉价廉,但但铜易氧化易氧化,常用常用于于150以下温度以下温度测量量铂铂及及其其合合金金（B、S）属属于于贵贵重重金金属属，价价格格很很贵贵，但但其其热热电电势势非非常常稳稳定定，主主要要用用做做标标准准热热电电偶偶及及测测量量1100以上的高温。以上的高温。 镍铬镍铬镍硅（镍硅（K） 线性度最好线性度最好 镍铬镍铬康铜（康铜（E） 灵敏度最高灵敏度最高 铜铜康铜（康铜（T） 价格最便宜价格最便宜 不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关系不同。性关系不同。1.1.2.5 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时，需保持与冷端温度有关。所以使用时，需保持热电偶热电偶冷端冷端温度恒定。但热电偶温度恒定。但热电偶的冷端和热端离得很近，使用的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶热电偶冷端冷端延至温度稳定处。延至温度稳定处。 为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延长的替代品来延长热电偶热电偶，称为补偿导线。，称为补偿导线。 补偿导线补偿导线热偶热偶 根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，其总的热电势等于两支热电偶产生的热电势后，其总的热电势等于两支热电偶产生的热电势的代数和。的代数和。 E (t,t0) = E偶偶 (t , t n) E补补(t n ,t0) 用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电偶配不同的补偿导线。不同的热电偶配不同的补偿导线。补偿导线补偿导线热偶热偶tt nt 0E (t,t0) *使用补偿导线只是将热电偶的冷端延长到温使用补偿导线只是将热电偶的冷端延长到温度比较稳定的地方，而标准热电势要求冷端温度为度比较稳定的地方，而标准热电势要求冷端温度为零度，为此还要采取进一步的补偿措施。零度，为此还要采取进一步的补偿措施。1查表法（计算法）查表法（计算法） 如果某介质的温度为如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其，用热电偶进行测量，其冷端温度为冷端温度为t0，测得的热电势为，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据）。根据中间温度定律，有中间温度定律，有 EAB（t ,0）EAB（t ,t0） EAB（t0 ,0） 得出标准热电势得出标准热电势EAB（t ,0），再查分度表就可），再查分度表就可得出被测温度。得出被测温度。例例 用用K型热电偶测量某加热炉的温度。测型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势得的热电势E（t，t0）36.122mV，而自，而自由端的温度由端的温度t030，求被测的实际温度。，求被测的实际温度。解解 由由分度表可以查得分度表可以查得 E（30，0）1.203mV则则 E（t，0） E（t，30）+ E（30，0） 36.122+1.20337.325mV 再查分度表可以查得再查分度表可以查得37.325mV 对应的温度对应的温度为为900 。v 计算法适用于实验或临时测温。计算法适用于实验或临时测温。 镍铬镍铬镍硅热电偶分度表（简表）镍硅热电偶分度表（简表） 分度号分度号 K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398幻灯片 24返回2、仪表零点调整法、仪表零点调整法 如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指示仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就调整到冷端温度处，再开始测量。针就调整到冷端温度处，再开始测量。 此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。波动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。1003、冰浴法、冰浴法 把把热热电电偶偶的的冷冷端端插插入入盛盛有有绝绝缘缘油油的的试试管管中中，然然后后将将试试管管放放入入装装有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，保保持持冷端为冷端为0。这种方法多数用于热电偶的检定。这种方法多数用于热电偶的检定。 补补偿偿电电桥桥法法是是利利用用不不平平衡衡电电桥桥产产生生的的电电势势，来来补补偿偿热热电电偶偶因因冷冷端端温温度度变化而引起的热电势变化值。变化而引起的热电势变化值。E(t,0)E(t,t0)E(t0 ,0)E(t,t0)E(t0 ,0)E(t,0)电桥电桥补偿导线补偿导线*4、 补偿电桥法补偿电桥法*5半导体半导体PN結补偿法結补偿法 利用半导体利用半导体PN結电压随温度升高而降低的特性結电压随温度升高而降低的特性自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。 图中半导体三极管基极结电压图中半导体三极管基极结电压V be随温度升高随温度升高而降低。将而降低。将V be放大后即可输出。放大后即可输出。 只要保持三只要保持三极管集电极电流极管集电极电流 Ic 恒定，冷端补恒定，冷端补偿电压偿电压e0 即与冷即与冷端温度成正比。端温度成正比。Vbe 由于热电偶安装位置的温度通常较高，过高的环境温度对检测电路的工作不利。有时需要用导线将热电偶的冷端延长！1.1.3热电阻热电阻 对对于于500以以下下的的中中、低低温温，热热电电偶偶输输出出的的热热电电势势很很小小，容容易易受受到到干干扰扰而而测测不不准准。一一般般使使用用热热电电阻温度计来进行中低温度的测量。阻温度计来进行中低温度的测量。 1.1.3.1金属热电阻金属热电阻 金金属属热热电电阻阻测测温温精精度度高高。大大多多数数金金属属电电阻阻阻阻值值随温度升高而增大。具有正温度系数。随温度升高而增大。具有正温度系数。=1 dRR dT温度系数温度系数 工业中用得最多工业中用得最多的是铂电阻和铜电阻，的是铂电阻和铜电阻，也有镍电阻、铟电阻、也有镍电阻、铟电阻、锰电阻及碳电阻等用锰电阻及碳电阻等用于低温及超低温测量。于低温及超低温测量。 电阻温度系数大，电阻率大；电阻温度系数大，电阻率大； 在测温范围内物理化学性能稳定；在测温范围内物理化学性能稳定； 温度特性的线性度好。温度特性的线性度好。作为工业用热电阻的材料要求：作为工业用热电阻的材料要求： 电阻温度关系：电阻温度关系：R t =R0 (1+At+Bt2) 铂电阻有两种分度号：铂电阻有两种分度号：Pt10 , Pt1001.铂电阻铂电阻 铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际测温复现性好、精度高。被国际电工委员会电工委员会规定规定为为-259+630 间的基准器，但线性度稍差，常间的基准器，但线性度稍差，常用于用于-200+500 温度测量。温度测量。2.铜电阻铜电阻 铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，常用于化，常用于-50+100 温度测量。铜电阻有两种温度测量。铜电阻有两种分度号：分度号：Cu50 ，Cu100 。电阻温度关系：。电阻温度关系： R t =R0 (1 +t) (-50150) 普通热电阻结构普通热电阻结构热热电电阻阻的的结结构构型型式式常常见见有有普普通通型型热热电电阻阻、铠铠装装热热电电阻阻。其其结结构构是是，以以云云母母片片或或石石英英玻玻璃璃柱柱作作骨骨架架，将将金金属属丝丝用用双双线线法法绕绕在在骨骨架架上上，以以消消除除电电感感。此外，还有薄膜型热电阻。此外，还有薄膜型热电阻。3.热电阻的三线制接法热电阻的三线制接法 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法。桥输出带来较大误差，必须用三线接法。 题目：热电阻的两线制接法、三线制接法、四题目：热电阻的两线制接法、三线制接法、四线制接法？它们各自的优缺点。线制接法？它们各自的优缺点。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻必须用三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对必须用三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。电桥的影响。 测量仪表测量仪表R tRtR3rrrR1R2 1.1.4 热敏电阻热敏电阻 半导体材料的电阻值具有半导体材料的电阻值具有负温度负温度系数，可以作温系数，可以作温度传感元件，特点是：度传感元件，特点是：温度()1081061041021001601208040电阻()负温度系数热敏电阻特性负温度系数热敏电阻特性 电阻率大电阻率大电阻体积小，响应快；电阻体积小，响应快； 温度系数大温度系数大灵敏度灵敏度高；高； 非线性严重非线性严重影响精度。影响精度。 温度特性分散温度特性分散互换性差互换性差 1.1.5 温度变送器温度变送器 检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成标准信号号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成标准信号输出。输出。 数字控制系统的信号标准有：数字控制系统的信号标准有： FF协议、协议、 HART协议等协议等 模拟控制系统的信号标准是：模拟控制系统的信号标准是： 型：型：010mA、010V III型：型：420mA、15V2.2.6.1模拟式温度变送器模拟式温度变送器 模拟式温度变送器有多模拟式温度变送器有多个品种、规格，以配合不同个品种、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需的传感元件和不同的量程需要，但结构基本相同。要，但结构基本相同。-+电量电量传感元件传感元件被测温度被测温度输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路输出电流输出电流图图2.24 温度变送器原理框图温度变送器原理框图E1 下面具体分析各环节的工作原理。下面具体分析各环节的工作原理。1输入电路输入电路 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。偶的冷端补偿和测量零点的调整。Ei=Et + VRcu VR4冷端补偿设计：冷端补偿设计：VRcut0=E(t0 ,0)Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿Ei = Et + VRcuVR4 = Et + VRcut0 + VRcu0 VR4 调调R4实现实现量程调整。量程调整。 冷端补偿：冷端补偿：VRcut0=E(t0 ,0)VRcut0t 0度时度时Rcu上压降增量上压降增量VRcu0 0度时度时Rcu上压降，上压降，标准标准热电势热电势零点零点调整调整 大幅度的零点调整叫大幅度的零点调整叫零点迁移零点迁移。实用价值是：。实用价值是： 有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在的温度总在5001000之间变化。如果仪表测量之间变化。如果仪表测量范围在范围在0 1800之间，则之间，则500以下、以下、1000以以上的测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是上的测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在的测量范围在5001000之间，可提高测量精度。之间，可提高测量精度。Ei = Et + VRcut0 + VRcu0 VR4零点调整零点调整180050018000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/204442020 a. 未迁移未迁移 b. 零点正向迁移零点正向迁移 c. 零点正向迁移零点正向迁移 且缩小量程且缩小量程图图2.26 温度变送器的零点迁移和量程调整温度变送器的零点迁移和量程调整 RP1为为零零点点迁迁移移电电位位器器，RP2为为量量程程迁迁移移电电位位器器，改改变变RP2，可可改改变变反反馈馈电电压压Vf的的分分压压比比，即即改改变反馈强度，因而改变整个变送器的量程。变反馈强度，因而改变整个变送器的量程。差动输入：差动输入：实际输入电路实际输入电路 Et + VRCU IC2 + VRP1 +VRP2 IC2 -Et调调RP1、RP2互互相影响。相影响。2、放大电路放大电路 由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，放大放大电路必须是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗电路必须是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗干扰措施。干扰措施。因为测量元件和连接导线在现场很容易因为测量元件和连接导线在现场很容易引入干扰。例如用热电偶测量电炉温度时：引入干扰。例如用热电偶测量电炉温度时： eAB耐火砖的漏电耐火砖的漏电阻、漏电容阻、漏电容如果不接地，如果不接地，则则e AB=03、反馈电路反馈电路 在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。非线性校正则需要一个校正网络来实现。 IoEt-+Et热电偶热电偶被测温度被测温度T输入电路输入电路放大电路放大电路非线性反馈非线性反馈输出电流输出电流IoTIoVfT实际反馈电路实际反馈电路IC1及及非非线线性性反反馈馈构构成成的的线线性性化化修修正正电电路路，将将Vf转转换换为为电电压压Vf后后，反反馈馈到到IC2的反相输入端。的反相输入端。经经Tf隔隔离离，经经整整流流、滤滤波波，在在Rf、Cf 上上得得到到与与IO成成正正比的直流反馈电压比的直流反馈电压Vf电源电源变变送送器器的的供供电电电电源源是是+24V。为为了了提提高高变变送送器器的的抗抗共共模模干干扰扰能能力力和和有有利利于于安安全全防防爆爆，放放大大器器需需要要在电路上与电源隔离。在电路上与电源隔离。 为为此此，24V直直流流电电源源经经调调制制解解调调后后，获获得得9V的的直直流流电电压压供供给给运运算算放大器。放大器。4、DDZ-III型热电偶温度变送器的实际线路（简图）型热电偶温度变送器的实际线路（简图）Et反馈反馈反馈反馈放大电路放大电路 电源电源输入电路输入电路输出电路输出电路 近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体化温度变送器，它将传感元件与测量电路一体化，化温度变送器，它将传感元件与测量电路一体化，电路高度集成，自带冷端补偿功能，电路高度集成，自带冷端补偿功能， 24VDC供电。供电。2.2.6.2智能温度变送器智能温度变送器 智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而且可以通过现场总线通信网络与上位计算机连接，且可以通过现场总线通信网络与上位计算机连接，构成集散控制系统和现场总线控制系统。构成集散控制系统和现场总线控制系统。总结 温度检测与变送-分类类型型式原理测温范围()准确度()特点常用种类接触式膨胀式膨胀-2006500.15结构简单，响应速度慢，适于就地测量汞温度计双金属式温度计压力表式压力-206000.55具有防爆能力，响应速度慢，测量精度低，适于远距离传送液体压力温度计蒸汽压力温度计热电阻热阻效应-2008500.015响应速度较快，测量精度高，适于低、中温度测量，输出信号能远距离传送铂电阻温度计铜电阻温度计热敏电阻温度计热电偶热电效应-2001800210响应速度快，测量精度高，线性度差，适于中、高温度测量，输出信号能远距离传送N型、K型、E型、J型、T型、B型等非接触式辐射式热辐射1003000120响应速度快，线性度差，适于中、高温度测量，测量精度易受环境影响辐射温度计光电高温计红外测温计压力：均匀垂直作用在单位面积上的力。绝对压力绝对压力P P: :物体所承受的实际压力物体所承受的实际压力绝对真空绝对真空 Po=0Po=0环境大气压力环境大气压力PatmPatm真空度：大气压力与低于大气压时的绝对压力之差。Pv-Patm0高压侧-“正压”侧低压侧-“负压”侧1.2 压力检测与变送-概念帕斯卡： -1N力垂直作用在力垂直作用在1m2面积上所形成的压力。面积上所形成的压力。工程大气压：1.2 压力检测与变送-概念(1) 弹性式压力检测原理原理：根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量。压力转换成位移来实现测量。要求要求：结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广（0.98Pa-100MPa0.98Pa-100MPa）、能远距离传送信号。能远距离传送信号。薄膜式薄膜式弹簧管式弹簧管式波纹管式波纹管式微压和低压的测量。微压和低压的测量。高压、中压或真空度测量。高压、中压或真空度测量。1.2 压力检测与变送-分类弹簧管式弹簧管式 薄膜式薄膜式 波纹管式波纹管式 1.2 压力检测与变送-分类(1) 弹性式压力检测 被测压力为负压时，截面变扁，a变大，b变小； 不锈钢、磷青铜的弹簧管刚性大，用来测高温；黄铜的弹簧管刚性小，可用以测低压；测量范围：0-0.006Mpa，0-1000MpaA A端与被测压力介质导通，端与被测压力介质导通，B B封闭为封闭为自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。 被测压力为正压时，弹簧管截面椭圆变为圆形，a减小，b增大，自由端产生位移，位移与压力呈正比。 原始 越大，b越短，同样压力下的角位移 越大，仪表灵敏度越高。1.2 压力检测与变送-分类(1) 弹性式压力检测-单弹簧管 (2)(2)电气式压力检测电气式压力检测原理：将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量变化，实现压力间接测量。变化，实现压力间接测量。特点：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。1.2 压力检测与变送-分类压电式压电式: 利用晶体的压电效应。利用晶体的压电效应。电阻式电阻式:将被测压力转换为电阻的变化量将被测压力转换为电阻的变化量. 1.2 压力检测与变送-压力变送器1.2 压力检测与变送-压力变送器压力、负压、绝对压力、差压1.被测压力种类：温度、粘度、腐蚀性、易燃、易爆2.被测介质物理、化学性质： 被测介质状态： 气体、液体、固体、气固、气液、固液就地记录、指示； 远传；校验标准3.测压目的：1.2 压力检测与变送-压力表选型4.测压变化范围，确定量程：为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；稳定时，最大压力值不超过满量程的稳定时，最大压力值不超过满量程的2/32/3； 波动较大时，最大压力值不超过满量程的波动较大时，最大压力值不超过满量程的1/21/2；最小压力值不低于满量程的最小压力值不低于满量程的1/31/3；瞬时流量瞬时流量：单位时间内流过管道横截面的流体数量。：单位时间内流过管道横截面的流体数量。体积流量体积流量：流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qv=vA（l/h）质量流量质量流量: 流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qm= vA (kg/h)管道中某一截面的流速截面积流体密度积累流量积累流量:某一时某一时间段内流过管道横截间段内流过管道横截面的流体总和。面的流体总和。流量计计量表1.3 流量检测与变送-概念1.3 流量检测与变送-分类体积流量检测法 质量流量检测法 容积法:单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地测量，以排出流体固定容积数来计算流量。 速度法:流体平均流速乘以管道截面积 直接法 间接法:体积流量乘以流体的密度自动计算得到 原理：通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。 1.3 流量检测与变送-容积式流量计原理：利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。(1) (1) 叶轮式叶轮式(2)(2)涡轮式涡轮式涡轮涡轮叶片叶片永磁铁永磁铁脉脉冲冲流量。水轮发电机组流量。水轮发电机组叶轮叶轮齿轮齿轮减速器减速器指针；指针；水表；精度在水表；精度在2级左右。级左右。1.3 流量检测与变送-速度式流量计流体以流体以v1流动，流动，静压力为静压力为p1流经孔板后，流经孔板后，在在A点流速达到最大点流速达到最大 v2，静压力最小静压力最小p2到到B点流速恢复到点流速恢复到v3 ，但静压力存在损失，为但静压力存在损失，为p3流经孔板流量越大，孔板前后静压差越大。流经孔板流量越大，孔板前后静压差越大。1.3 流量检测与变送-差压式流量计根据贝努利方程与能量守恒定律有：根据贝努利方程与能量守恒定律有：（不可压缩流体 )（截面积变化，引起V变化）流量与压差成开方关系流量与压差成开方关系（1）不可压缩流体测量确定流量与压差的关系来取流量确定流量与压差的关系来取流量1.3 流量检测与变送-差压式流量计（2）可压缩流体(如空气、蒸汽、烟气等)为膨胀系数,1为流量系数，与节流装置，取压方式有关，可查阅设计手册。注：注：1.3 流量检测与变送-差压式流量计-差压流量变送器差压流量变送器开方运算-采用电阻-稳压二极管的组合来分段线性化逼 近非线性函数。P=f(q)=q2通通过差压测得过差压测得f()=()=Ir21.3 流量检测与变送-差压式流量计原理：采用恒压变截面原理。适用于FG,则转子上升，流通面积增加，则转子上升，流通面积增加，P下降下降，F浮浮下下降，使降，使 F浮浮与与FG 趋于平衡。趋于平衡。F浮浮:转子上下侧压力不同转子上下侧压力不同P造成上托力；造成上托力；FG:转子材质转子材质高于流体高于流体，转子重力等于转子受到浮力，转子重力等于转子受到浮力转子位置与被测物理流量对应：1.3 流量检测与变送-转子式流量计被测介质的体积流量与浮子在锥管中的高度成近似线性关系，即流量越大，浮子所处的平衡位置越高 原理：漩涡出现的频率测量介质流量。 无需加开方电路，便于计算采集。若若h/l=0.281，漩涡产生稳定周期现象，即漩涡频率，漩涡产生稳定周期现象，即漩涡频率f稳定。稳定。漩涡列间距漩涡列间距漩涡间距漩涡间距1.3 流量检测与变送-旋涡式流量计1.3 流量检测与变送-质量流量计利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科氏力制成. 压电换能器出口侧振动信号相位超前于入口侧振动信号相位的规律，二种信号的相位差与流过的质量流量成正比。测量精度高、结构简单，适用于中小尺寸的管道中黏度和密度相对较大的流体的流量检测。 (1)(1)根据被测介质性质和测量目的选型根据被测介质性质和测量目的选型(2)(2)安装：安装：a.a.节流件安装节流件安装b.b.导管及压差计的安装。导管及压差计的安装。1.3 流量检测与变送-流量计选型连通器: 利用连通器原理直接测得液位高度，适用于就地测量。1.4 液位检测与变送-直读式在设备容器侧壁开窗口或设置旁通管方式，直接显示物位的高度。适用于容器压力不高和只需就地指示场合 利用浮子随液位的升降来反映液位的高度。1.4 液位检测与变送-浮力式 利用电阻率相差较大的两种介质特性来测量液位。 若导通，则采用氖灯显示，表示液位高度。1.4 夜位检测与变送-电接点式差压式差压式静压式静压式注：注：仪表安装引起的误差，采用零点迁移清除。仪表安装引起的误差，采用零点迁移清除。适用于开口容器液位测量。适用于密封容器液位测量。1.4 液位检测与变送-压力式物位计1.4 液位检测与变送-电容式物位计电容的变化量与液位高度之间的关系 当电容器的结构尺寸和介质特性一定时，电容变化量与液位高度成正比关系；而且容积中两种介质的介电常数之间差距越大，电容变化量也越大，即物位计的灵敏度越高。 1 1检测检测精度精度2 2工作条件工作条件3 3测量范围测量范围测量范围大：电容式液位计测量范围大：电容式液位计2m以上：差压式液位计以上：差压式液位计4 4刻度选择（量程）刻度选择（量程）最高液位或上限报警点在最大刻度最高液位或上限报警点在最大刻度90%左右；左右；正常液位或上限报警点在最大刻度正常液位或上限报警点在最大刻度50%左右；左右；最低液位或上限报警点在最大刻度最低液位或上限报警点在最大刻度10%左右。左右。1.4 液位检测与变送-物位计选型成分：在多种物质的混合构成中某一物质所占比率.成分分析目的：成分分析目的：提取某物质比率，以提高产品质量、降低能提取某物质比率，以提高产品质量、降低能耗、保证生产安全、防止环境污染。耗、保证生产安全、防止环境污染。要求：要求：现场安装，自动取样及分析预处理、信号处理、远传。现场安装，自动取样及分析预处理、信号处理、远传。性能稳定，连续可靠运行。性能稳定，连续可靠运行。1.5 成分检测仪表 采用微处理器和先进传感器技术;可以输出数字和模拟信号;精度、稳定性和可靠性高，通过现场总线网络与上位计算机相连。补充 智能检测仪表-结构补充 智能检测仪表-流量积算器对来自流量传感器的脉冲信号或模拟信号进行处理，得到瞬时流量值和累积流量值 补充 智能检测仪表-智能温度变送器采用HART通信协议的智能温度变送器，在两根输送线上既可以传送4-20mA.DC模拟信号，又可以接收和发送数字信号。 通过传感器完成被测变量的检测，并根据系统要求以标准信号输出测量值或控制值 保证上、下位机按HART通信协议进行正常通信 补充 智能检测仪表-智能温度变送器温度检测仪表小结温度检测仪表小结温度测量温度测量热电阻热电阻 温度变送器温度变送器 测量方法测量方法 非接触式非接触式接触式接触式检测仪表的基本技术指标检测仪表的基本技术指标热电偶热电偶压力检测仪表小结：压力检测仪表小结：压力测量压力测量弹簧管压力表弹簧管压力表电容式差压变送器电容式差压变送器应变式压力传感器应变式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器压力计的压力计的选择安装选择安装流量检测仪表小结流量检测仪表小结流量测量流量测量质质量量流流量量体体积积流流量量 总总量量 差压式流量计差压式流量计转子流量计转子流量计电磁流量计电磁流量计涡轮流量计涡轮流量计涡街流量计涡街流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计靶式流量计靶式流量计超声波流量计超声波流量计液位检测仪表和成分分析仪表小结液位检测仪表和成分分析仪表小结差压式液位计差压式液位计电容式物位计电容式物位计超声波物位计超声波物位计物位检测物位检测氧化锆氧量计氧化锆氧量计气相色谱分析仪气相色谱分析仪红外线气体分析仪红外线气体分析仪成分检测成分检测本章总结本章总结 温度温度检测仪表检测仪表液位液位检测仪表检测仪表成分成分分析仪表分析仪表检测仪表检测仪表压力压力检测仪表检测仪表流量流量检测仪表检测仪表