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热工仪表及自动化

热工仪表及自动化. x ( t ). e ( t ). u ( t ). q ( t ). y ( t ). 调节器. 执行器. 对象. z ( t ). ＋. 测量变送. －. 自动控制系统的关键部件. 对象 √ 测量、变送 传感器、变送器、显示、报警、记录装置 调节器 执行器 执行机构、调节机构. 第四章 热工测量和仪表. 主要内容 测量与误差 温度测量和仪表 压力测量和仪表 流量测量和仪表 汽包水位测量和仪表 烟气分析和仪表 实验：热工仪表校验. §4-1测量与误差. 一、测量的基本概念与测量方法

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  1. 热工仪表及自动化

  2. x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) 调节器 执行器 对象 z (t) ＋ 测量变送 － 自动控制系统的关键部件 • 对象√ • 测量、变送 • 传感器、变送器、显示、报警、记录装置 • 调节器 • 执行器 • 执行机构、调节机构

  3. 第四章 热工测量和仪表 主要内容 测量与误差 温度测量和仪表 压力测量和仪表 流量测量和仪表 汽包水位测量和仪表 烟气分析和仪表 实验：热工仪表校验

  4. §4-1测量与误差 一、测量的基本概念与测量方法 • 测量：从客观事物中提取有关信息的认识过程，经整理后成为数据。 • 三要素：比值、单位、误差

  5. 测量方法 • 按测量和被测量的差值大小 • 非零法：弹簧压力表 • 零位法：天平 • 微差法：测量压力的U形管 • 接触法、非接触法 • 接触式 • 非接触式 • 静态和动态 • 静态：被测对象处于稳定状态下的测量 • 动态：被测对象处于不稳定状态下的测量

  6. 点测量和场测量 • 点参数测量：测量某点的被测量 • 场参数测量：测量多点的被测量 • 直接测量和间接测量 • 直接测量：无需对被测量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而直接得到的被测量的值 • 间接测量：直接测量的量与被测量之间有已知函数关系，而得到的被测量的值。

  7. 二、测量系统 • 测量系统：为完成测量任务而组合在一起的总体 • 测量设备：测量中使用的一切设备 • 传感器：测量系统与测量对象发生直接关系的部分 • 准确性和稳定性 • 灵敏性 • 负载小 • 经济性和耐腐蚀性

  8. 中间变换器：将传感器的输出信号进行远距离的发送、放大、线性化和转换成统一信号的装置中间变换器：将传感器的输出信号进行远距离的发送、放大、线性化和转换成统一信号的装置 • 准确地传输、放大、和转换信号，信号损失小， • 显示装置（测量终端）：向观察者显示被测参数的数值和量值的装置

  9. 绝对误差： • 相对误差： 三、测量误差 • 测量误差：测量结果与被测量的真值之差 • 真值无法测定，测量结果、误差

  10. 系统误差：在偏离规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差系统误差：在偏离规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差 • 在同一条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某种确定规律变化的误差 • 测量实际值＝测量读数＋修正值 • 修正值＝标准表读书值－仪表读数 • 随机误差：在测量条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号可以不可预定的方式变化的误差 • 疏忽误差：

  11. 系统误差、随机误差、疏忽误差 • 系统误差大、随即误差小 • 随机误差大、系统误差小 • 随机误差小、系统误差小，有疏忽误差

  12. 随机误差的特性及处理 • 当系统误差消除后，对一被测量进行无数次测量时，同一方法、同一仪表，测量次数无穷多时，总的算术平均就是被测参数的真值 • 最佳值（最优概值）：工程中n（测量次数）的数值不可能无穷大，所得的结果只是真值的近似。

  13. 测量结果的正态分布 • 概率密度为： • 分布函数为：

  14. 正态分布概率密度图 • 测量值均匀地分布在真值的两边，差别越大的点，出现的可能性越低 • 每个曲线下的面积为100%

  15. 标准偏差 • 作为单次测得值不可靠性的评定标准 • 越大，分散范围大 • 在一定条件下，测量列中随机误差的概率分布情况

  16. 对称性：绝对值相等的正负误差，在多次测量中出现的概率大致相等，对称性：绝对值相等的正负误差，在多次测量中出现的概率大致相等， • 以D＝0对称 • 在实际测量条件下，对同一量进行多次测量，其误差的算术平均值随着测量次数n的无限增大而趋于0 • 单峰性：绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的出现次数多 • 可以舍去出现概论为0的误差值

  17. 四、测量仪表的特性 • 仪表特性：包括静态特性和动态特性 • 静态特性：被测量在不随时间变换或变化极慢的情况下，用一组与时间无关的参数来描述测量仪表的特性 • 动态特性：被测量在随时间变化的情况下，用微分方程来描述测量仪表的输入、输出的动态关系 • 负载效应：被测量受到仪表干扰而产生的偏离

  18. 静态特性： • 测量范围： • 在允许的误差限内，测量仪表的被测量值的范围，上限、下限之差为量程 • 准确度等级 • 根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范围 • 引用误差 • 基本误差 • 允许误差

  19. 稳定度 • 灵敏度和灵敏阈 • 线性度和变差 • 温度误差

  20. 动态特性 • 动态特性：仪表对随时间变化的被测参数的响应特性 • 输出量随时间的变化曲线与被测参数随同一时间变化的曲线一致或比较接近 • 阶跃响应：仪表在输入阶跃信号时，输出信号能否立即跟随输入信号变化的能力 • 频率相应：由仪表的固有频率决定，固有频率高，频率特性好

  21. 五、热工仪表的质量指标 • 仪表的准确度 • 仪表的非线性误差 • 变差 • 重复性 • 不灵敏区 • 漂移

  22. §4-2温度测量及仪表 一、温度测量的基本概念 • 温度的定义：表征分子热运动的程度的物理量 • 温标：衡量温度大小的标尺 • 摄氏：℃ • 热力学：K • 华氏：℉

  23. 温度计的分类和形式 • 膨胀式温度计 • 玻璃温度计 • 压力式温度计 • 双金属温度计 • 热电偶温度计 • 热电阻温度计 • 辐射式温度计

  24. ET-IRMAN 温度安检门

  25. 二、膨胀式温度计 • 玻璃温度计 • 压力式温度计 • 双金属温度计

  26. 1、玻璃液体温度计 • 是膨胀式温度计之一种,利用液体受热膨胀的性质制成, 常用的液体有水银和酒精。广泛用于测量-200-500摄氏度范围内的温度。 • （1）优点和缺点 • 玻璃液体温度计是最常用,也是最简单,最便宜的温度计。 • 这种温度计主要优点是构造简单,使用方便,精度高和价格低廉。缺点是惰性大,能见度低, 不能自动记录及远距离传送。

  27. 玻璃管温度计

  28. （2）注意事项 • (1)温度计不宜平放和平装,保存与安装时都应使玻璃温度计直立, 而且测温泡在下部。如果倾斜安装也应使测温泡在下部。 • (2)使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是否含有气泡, 如果液柱脱离可以缓慢加热或微振动起来消除。 • (3)对于全浸式温度计,安装深度应满足要求,对于工业用玻璃管温度计,则应将尾部全部插入被测介质中。

  29. 注意事项 • (4)被测介质具有一定压力时,应在测温处焊上(或用螺丝旋紧)测温套管为减少热阻,测温套管壁不宜太厚(一般为1-2mm)。 • (5)测量流体温度时,温度计不能顺向安置,应逆向安放,或与流向垂直或有一定倾斜角,而且测温套管的插入深度要超过中心线。使测温泡刚好位于中心线上。

  30. 玻璃温度计

  31. 2、压力式温度计 • 压力式温度计的工作原理是当温度变化时,工质的体积或压力相应发生变化,以此制成温度计 • 这种温度计的主要优点是构造简单,防震可以远距离测量 , 并可制成自动记录式。主要缺点是损坏后很难修理,不能测点温和表面温度。 • 国产WTQ型式气体压力温度计,可用来指示货记录工业设备中气体, 蒸汽货液体的温度。测量范围:0-120,0-160,0-200,0-3009(单位摄氏度)工作压力:60kgf/cm^2,精度1.5与2.5级。

  32. 压力式温度计

  33. 3、双金属温度计 • (一)双金属温度计的工作原理： • 双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属片A和B将其焊接在一起并将一端固定。当温度发生变化时,膨胀悉数较大的金属片B伸长较多,故其未固定端(自由端)必然向膨胀系数较小的金属A一方弯曲变形。利用弯曲变形的大小不同,从而可表示出温度的高低不同。

  34. 双金属温度计 • (二).双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式不同,分为下列三种类型: • (1)轴项型 • (2)径向型 • (3)135度角型

  35. 双金属温度计

  36. mV 三、热电偶 1、热电偶的测温原理 • 热电势：两种不同的导体材料（或半导体）A，B组成的闭合回路。相接触时，存在电子的迁移，达到平衡时，在接触的两端形成电势 • 可用于点温度的测量 • 只与材料和温度 有关，与热电偶的长度、直径无关 • 接触电势和温差电势组成

  37. (1)接触电势 • 在一定温度下，如果从金属A扩散到金属B去的电子数等于从金属B吸向金属A的电子数时，就达到了动态平衡。这时金属A，B之间形成的电位差称为接触电势。 • 接触电势的大小与接头温度的高低和金属的种类有关，温度越高，两金属的自由电子密度差越大，则接触电势越大。

  38. (2)温差电势 • 温差电势：同一金属导体两端温度不同而产生的。 • 高温端流向低温端的自由电子与低温端被电场吸引流向高温端的自由电子达到了动态平衡， 这时的电位差称为温差电势 e， • 大小仅与金属材料及两端温差有关，而与几何尺寸及金属（导体）温度分布无关。e(t,t0)可用下面的函数差来表示 eA(t,t0)=eA(t)-eA(t0)

  39. (1)热电偶基本定律的内容 • 两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电级直径，长度和沿热电级长度上的温度分布无关，只与热电级材料和两端温度有关； • 热电势大小是两端温度的函数差，如果两端温度相等，则热电势为零。

  40. (2)热电偶基本定律的推论 • （1）热电偶必须用两种性质不同的热电级构成。 • （2）若热电级材料的性质不均匀，即当热电级温度分布不同时， 则热电偶将产生附加电势。 • 所以根据附加热电势检查热电极材料 是否均匀，从而衡量热电偶质量的高低。

  41. mV mV 金属 液态金属 (3)中间导体定律 • 在热电偶回路中接入第三种均质导体后，只要保证所接入导体两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。

  42. (4)中间温度定律与连接导体定律 • （1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行分度，只要引入适当修正，就可以在另外的冷端温度下使用。这就为制订热电偶的热电势－温度关系温度表奠定了理论基础。 • （2）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶的回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶的热电势。这就为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。

  43. 三. 标准化热电偶 1.铂铑10-铂热电偶(LB-3) 2.铂铑30-铂铑6(EU-2)热电偶 3.镍铬-镍硅(EU-2)热电偶 4.镍铬-考铜热电偶(EA-2) 5.铜-康铜热电偶(CK)

  44. 热工计量器具（R）

  45. 耐腐热电偶和耐磨热电偶

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