控制仪表与装置实训报告8Word文档下载推荐.docx
《控制仪表与装置实训报告8Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《控制仪表与装置实训报告8Word文档下载推荐.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(2)电阻温度计:
分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。
电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用。
它的测量范围为-260℃至600℃左右。
(3)温差电偶温度计:
是一种工业上广泛应用的测温仪器。
利用温差电现象制成。
两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端,另两端与测量仪表连接,形成电路。
把工作端放在被测温度处,工作端与自由端温度不同时,就会出现电动势,因而有电流通过回路。
通过电学量的测量,利用已知处的温度,就可以测定另一处的温度。
这种温度计多用铜—康铜、铁—康铜、镍铭—康铜、金钴—铜、铂—铑等组成。
它适用于温差较大的两种物质之间,多用于高温和低浊测量。
有的温差电偶能测量高达3000℃的高温,有的能测接近绝对零度的低温。
(4)高温温度计:
是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计,有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。
其测量范围为500℃至3000℃以上,不适用于测量低温。
(5)指针式温度计:
是形如仪表盘的温度计,也称寒暑表,用来测室温,是用金属的热胀冷缩原理制成的。
它是以双金属片作为感温元件,用来控制指针。
双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起,且铜片在左,铁片在右。
由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多,因此当温度升高时,铜片牵拉铁片向右弯曲,指针在双金属片的带动下就向右偏转(指向高温);
反之,温度变低,指针在双金属片的带动下就向左偏转(指向低温)。
(6)玻璃管温度计:
玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量的。
由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同,所以我们常见的玻璃管温度计主要有:
煤油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。
他的优点是结构简单,使用方便,测量精度相对较高,价格低廉。
缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。
且不能远传,易碎。
1.2.1常用的温度检测仪表
利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。
用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。
用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。
气体温度计是在容器里装有氢或氮气。
这种温度计有两种类型:
定容气体温度计和定压气体温度计。
定容气体温度计是气体的体积保持不变,压强随温度改变。
定压气体温度计是气体的压强保持不变,体积随温度改变。
图1—1是一种气体温度计
图1-1气体温度计
(2)电阻温度计:
根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。
最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件。
精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计,温度覆盖范围约为14~903K,其误差可低到万分之一摄氏度,它是能复现国际实用温标的基准温度计。
金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。
金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的;
半导体温度计主要用碳、锗等。
图1-2为电阻温度计。
图1-2电阻温度计
(3).热电偶温度计:
两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。
热电偶就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);
冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
图1—3为热电偶温度计。
图1-3热电偶温度计
(4)高温温度计:
指专门用来测量500℃以上的温度的温度计,有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。
高温温度计的原理和构造都比较复杂,这里不再讨论。
图1—4为高温温度计
图1-4高温温度计
1.3温度仪表的选型
1.3.1.工业中常用接触式温度计的选型
工业中常用接触式温度计选用原则:
①满足对测温范围的要求;
②满足对测温准确度的要求;
③满足对指示、记录和报警及温度控制方面的要求;
④满足对使用环境条件的要求;
⑤在满足上述前提下选用价格低廉,坚固耐用,维修方便的仪表。
(1)玻璃式温度计:
玻璃温度计一般使用范围0~300℃,分普通和精密两种,普通用温度计:
选用1.5级或l级。
精密测量用温度计:
应选用0.5级或0.25级。
线性度好,响应一般,仅作现场显示,不需要配其他仪表,带电接点的可作位控用。
结构简单、使用方便、价格便宜以及精度高等优点,但不便远距离测温,结构脆弱、易碎,不允许超过温度计上限,不能与记录和控制仪表连接。
组成:
主要由玻璃温包、毛细管、工作液体和刻度标尺等组成。
工作液:
一般采用水银和酒精作为工作液,其中水银与其它液体相比有许多优点,如不粘附玻璃、不易氧化、测量温度高、容易提纯、线性较好、准确度高。
应用:
玻璃管温度计是应用最广泛的一种温度计,其结构简单、使用方便、准确度高、价格低廉。
按用途分类,可分为工业、标准和实验室用三种。
标准玻璃温度计是成套供应的,可以作为检定其他温度计用,准确度可达0.05~0.1摄氏度;
工业用玻璃温度计为了避免使用是被碰碎,在玻璃管外通常由金属保护套管,仅露出标尺部分,供操作人员读数。
实验室用的玻璃管温度计的形式和标准的相仿,准确度也较高。
下图为一种密度式的玻璃棒温度计。
图1-5玻璃仪表温度计
(2)压力式温度计:
压力式温度计一般使用范围0~125℃,分气体式和液体式两种,气体式使用范围为-100~500℃,1.0~1.5%精度,液体式使用范围为-50~500℃,1.0~2.5%精度。
结构简单,价格一般,抗震性好,可近距离远传测量设备内气体、液体、蒸汽温度,仪表刻度清晰,带电接点的可作位控用,对环境条件要求不高,但仪表时间常数大,准确度不是太高,避免使用标尺前1/3的位置,不能与记录和控制仪表连接。
下图为一种压力式温度计。
图1-6压力式温度计
(3)双金属温度计:
双金属温度计适合测量中、低温的现场检测工业仪表,可用来直接测量气体、液体、和蒸汽的温度。
线性度好,响应慢,准确度低,只做作现场显示,不能与记录和控制仪表连接,带电接点的可作位控用。
他们与工业水银温度计相比较,具有无汞害,易读数,坚固和耐振等优点,可代替工业玻璃水银温度计。
下图为双金属温度计。
图1-7双金属温度计结构图
1-表玻璃;
2-指针;
3-刻度盘;
4-表壳;
5-安装压帽;
6-金属保护管;
7-指针轴;
8-双金属螺旋;
9-固定端
双金属片是由两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件。
利用两种膨胀系数不同的金属元件的膨胀差异测量温度。
双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使自由端产生弯曲变形,弯曲的程度与温度的高低成正比。
双金属温度计应用:
仪表精度等级达到1.0级,仪表上壳采用防腐材料,其耐温性可以高达200℃,最低为-40℃。
广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等工业。
双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。
可以直接测量各种生产过程中的-80℃-+500℃范围内液体蒸汽和气体介质温度。
现场显示温度,直观方便安全可靠,使用寿命长;
抽芯式温度计可不停机短时间维护或更换机芯。
轴向型、径向型、135&
ordm;
型、万向型等品种齐全,适应于各种现场安装的需要。
1.4热电偶
热电偶是温度测量仪表中常用的一种测温元件,是一种仪表。
它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。
两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。
根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;
分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。
对热电偶的热电势,应注意如下几个问题:
1)热电偶的热电势是热电偶工作端与冷端两端温度函数的差,而不是热电偶冷端与工作端,两端温度差的函数;
2)热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无关,
3)当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差有关;
若热电偶冷端的温度保持一定,这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。
当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
1.4.1普通热电偶温度计
(1)测量原理:
热电效应。
热电偶能将温度转换成毫伏级热电势信号输出。
特点:
测温范围广,性能稳定,结构简单,测量精度高,输出信号便于远传,应用极为广泛。
图1-8热电偶温度计结构图
1—出线孔密封圈;
2-出线孔压紧螺母;
3-防掉链;
4-接线盒盖;
5—接线柱;
6-密封圈;
7-接线盒座;
8-接线绝缘座;
9-保护套管;
10—绝缘管;
11-热电极
(2)普通型热电偶的组成
①热电极感温元件,热端焊接,冷端连接在接线盒内接线柱上,与外部接线连接。
贵金属热电极的直径为0.015~0.5mm,普通金属热电极的直径为0.2~3.2mm。
长度一般为0.35~2m左右。
②绝缘管套在热电极上防止热电极短路。
绝缘管的材料一般用耐火陶瓷(1200℃以下)、氧化铝Al2O3(1600℃以下)和氧化镁MgO(2000℃以下)。
③保护管使热电极与被测介质隔离,免受化学侵蚀和机械损伤。
材料如不锈钢1Cr18Ni9Ti(900℃)、高温钢Cr25Ti(1000℃)、高温不锈钢CH40(1200℃)、氧化铝Al2O3(1600℃)、氧化镁MgO(2000℃)和氧化锆ZrO2(2400℃)。
④接线盒普通防溅型、防水型、防爆型等。
1.4.2特殊热电偶
(1)铠装热电偶
图1-9铠装热电偶
1-接线盒;
2-保护管;
3-固定装置;
4-绝缘材料;
5-热电极
体积小,热容量小,动态响应快;
可挠性好,具有良好柔软性;
强度高,耐压、耐震、耐冲击。
外径最细能达0.25mm,长度可达100m以上。
(2)薄膜型热电偶
图1-10薄膜型热电偶
测量端厚度约为几个微米左右,热容量小,响应速度快,便于敷贴。
适用于测量微小面积上的瞬变温度。
1.4.3热电偶温度计应用
热电偶温度计应用:
采用双金属温度计引与热电偶/热电阻一体的方式,既满足现场测温需求,亦满足远距离传输需求,可以直接测量各种生产过程中的-80-+500℃范围内液体、蒸气和气体介质以及固体表面测温。
用途 用于测量各种温度物体,测量范围极大,远远大于酒精、水银温度计。
它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区,也可测量液态氢、液态氮等低温物体。
1.4.4热电偶的选型原则
选择热电偶要根据使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合考虑。
1)测量精度和温度测量范围的选择
使用温度在1300~1800℃,要求精度又比较高时,一般选用b型热电偶;
要求精度不高,气氛又允许可用钨铼热电偶,高于1800℃一般选用钨铼热电偶;
使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用s型热电偶和n型热电偶;
在1000℃以下一般用k型热电偶和n型热电偶,低于400℃一般用e型热电偶;
250℃下以及负温测量一般用t型电偶,在低温时t型热电偶稳定而且精度高。
2)使用气氛的选择
s型、b型、k型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用,j型和t型热电偶适合于弱氧化和还原气氛,若使用气密性比较好的保护管,对气氛的要求就不太严格。
3)耐久性及热响应性的选择
线径大的热电偶耐久性好,但响应较慢一些,对于热容量大的热电偶,响应就慢,测量梯度大的温度时,在温度控制的情况下,控温就差。
要求响应时间快又要求有一定的耐久性,选择铠装偶比较合适。
4)根据温度测量范围及精度,选用相应分度号的热电偶
使用温度在1300~1800℃,要求精度又比较高时,一般选用B型热电偶;
使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶;
在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶,低于400℃一般用E型热电偶;
250℃下以及负温测量一般用T型电偶,在低温时T型热电偶稳定而且精度高。
5)型式的选择
装配式热电偶适用于一般场合;
铠装式热电偶适用于要求耐振动或耐冲击,以及要求提高响应速度的场合。
6)耐久性及热响应性的选择
线径大的热电偶耐久性好,最高使用温度上限相对高,但响应较慢一些,对于测量梯度大的温度时,控温就差。
7注意热电偶的型号与补偿导线的型号一致,保护管根据使用环境及温度详细选择。
1Cr18Ni9Ti-200∽800℃具有高温耐蚀性,通常作为一般耐热钢使用
304-200∽800℃低碳含量,具有良好耐晶间腐蚀性,通常作为一般耐热钢使用
GH30300∽1100℃镍基高温合金钢具有优良抗氧化性,耐腐蚀性,通常作为耐热钢使用
1.4.5检测热电偶
检出(测)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
必须配二次仪表,其优点是:
量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶最低可测到—269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨—铼)。
③构造简单,使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.5热电阻
(1)热电阻的概述
工业用热电阻作为测量温度的变送器,通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用,它可以直接测量各种生产过程中从-200~+850℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面的温度、防爆结构适用于防爆场合。
在工业应用中,热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。
对于500℃以下的中、低温度,热电偶的输出的热电势很小,这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高,否则难以实现精确测量;
而且,在较低温区域,冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。
所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。
(2)热电阻优点
①通常和显示仪表、记录仪表、电子计算等配套使用。
直接测量各种生产过程中的-200℃~500℃范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。
②毋须补偿导线,节省费用;
③机械强度高,耐压性能好
③口薄膜电阻元件,性能可靠稳定。
(3)热电阻的结构
装配式热电阻主要由接线盒、保护管、接线端子、绝缘瓷珠和感温元件组成基本结构,并配以各种安装固定装置组成。
结构见下图
图1-11热电阻的结构图
(4)测量原理:
利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质测量温度。
由热电阻、连接导线和显示仪表构成。
测量范围:
﹣200~+850℃。
热电阻测量:
常用电桥电路。
三线制:
可消除环境温度造成引线电阻变化产生的测量误差。
(5)测量范围及允差
表一温度测量范围及允差
型号
分度号
测温范围
精度等级
允许误差
WZPPt10
Pt100
-200-+500
A级
±
(0.15+0.002ltl)
B级
(0.30+0.005ltl)
WZCCu50
Cu100
-50-+100
(0.30+0.006ltl)
(6)四线制依靠电路可以完全消除误差,而三线制可以近似消除误差,两线制的误差一般用于精度要求不高的地方。
1.5.1热电阻的类型
主要分类
1)普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
下图为一种普通热电阻。
图1-12普通热电阻结构
1—电阻体;
2—绝缘管;
3—保护套管;
4—安装固定件;
5—接线盒;
6—接线端子;
7—盖;
8—出线口
2)铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。
与普通型热电阻相比,它有下列优点:
①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;
②机械性能好、耐振,抗冲击;
③能弯曲,便于安装④使用寿命长。
引线和保护管做成一体,具有较好的挠性,便于使用安装,电阻体密封,不易受有害介质的侵蚀。
反应速度快,有良好的机械性能、耐振性和冲击性。
图1-13铠装热电阻
3)端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。
它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
图1-14端面热电阻
4)隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。
隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
图1-15隔爆型热电阻
热电阻温度计应用:
用于测量各种温度物体,测量范围极大,远远大于酒精、水银温度计。
它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区,也可测量液态氢、液态氮等低温物体
5)薄膜热电阻
尺寸小,可粘贴测量局部温度,具有热容量小、反应快的特点。
图1-16薄膜热电阻
1.6温度变送器
温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。
主要用于工温度参数的测量和控制。
变送器如果由两个用来测量温差的传感器组成,输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系,故称为温度变送器。
变送器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系(通常为线性函数),早期生产的变送器其输出信号与温度传感器的电阻值(或电压值)之间呈线性函数关系。
标准化输出信号主要为0mA~10mA和4mA~20mA(或1V~5V)的直流电信号。
不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。
温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制。
带传感器的变送器通常由两部分组成:
传感器和信号转换器。
传感器主要是热电偶或热电阻;
信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成(由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的,因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器),有些变送器增加了显示单元,有些还具有现场总线功能。
变送器有电动单元组合仪表系列的(DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型)和小型化模块式的,多功能智能型的。
前者均不带传感器,后两类变送器可以方便的与热电偶或热电阻组成带传感器的变送器。
变送器和传感器本是热工仪表的概念。
传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器。
变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件,或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。
根据需要还可将模拟量变换为数字量。
传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。
不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。
①与接受标准信号显示仪表配套的测量或控制系统,可选用具有模拟信号输出功能或数字信号输出功能的变送器。
②一般情况应选用现场型变送器。
1.6.1一体化温度变送器
WZPB一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合,以十分简捷的方式把-200~+1600℃范围内的温度信号转换为二线制4~20mADC的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、DCS等,实现对温度的精确测量和控制。
一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品,是集散系统、数字总线系统的必备产品。
下图为一种一体化温度变送器。
图1-17一体化温度变送器
一体化温度变送器的特点:
(1)超小型(模块φ44×
18)一体化,通用性强
(2)二线制4~20mADC输出。
传输距离远,抗干扰能力强。
(3) 冷端、温漂、非线形自动补偿。
(4)测量精度高,长期稳定性好。
(5)温度模块内部采用环氧树脂浇注工艺,适应于各种恶劣和危险场所使用。
(6)一体化设计,结构简单合理,可直接替换普通装配式热电偶、热电阻。
机械保护IP65。
(7)采用热电偶温变,可免用补偿导线,降低成本
液晶、数码管、指针等多种指示功能方便现场适时监控。
现场环境温度>
70℃时,变送器和现场显示仪表可采用分离(隔离)式安装。
如条件不允许可采用延长保护管长度的方法以达到保护温度变送器的目的。
防爆等级:
dIIBT4、dIIBT5、CT4.CT6
防护等级:
IP54,IP65
1.7二次仪表
一次仪表与二次仪表是仪表安装工程的习惯用语。
确切名称应为测量仪表和显示仪表。
测量仪表是与介质直接接触,是在室外就地安装的,显示仪表多在控制室盘上安装的。
为了区分一套系统中的仪表,把现场就地安装的仪表简称一次仪表,将盘装的显示仪表简称二次表。
1.7.1二次仪表的选用原则
二次仪表选用原则:
①根据生产过程及生产工艺对仪表的要求选用。
了解在特定的热处理工艺对温度和控温的具体要求是什么?
其中包括热处理工件的材质、热处理类型、加热温度范围以及工件热处理时间和各种性能指标对温度的敏感程度等因素,确定热处理工艺温度的允许变动范围,以便为选择仪表的测量和控制精度提供最基本的数据。
②根据生产过程自动化程度对仪表的要求来选择。
为了提高产品质量,减轻工人劳动强度,应尽可能选用自动测量、自动控制和连续调节的仪表。
③根据工业生产中需要测温和控温的范围来选择合