【文章內(nèi)容簡介】 本系統(tǒng)要對設(shè)備進(jìn)行選型，主要可分為五大部分。第一部分是溫度檢測裝置的選擇，包括熱電偶、熱電阻和紅外測溫儀；第二部分是壓力檢測裝置的選擇，包括正壓計和負(fù)壓計的選擇；第三部分是變送器的選擇，主要包括溫度變送器、壓力 變送器、流量變送器和電流變送器；第四部分是執(zhí)行器的選擇，就是各種控制閥門的選擇；第五部分是其他設(shè)備的選擇，包括電磁流量計、光譜分析儀、超聲波料位儀、電流互感器和變頻器。 溫度檢測裝置的選擇 溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元 件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度 第 10 頁 一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。如本設(shè)計所涉及的熱電偶及熱電阻就屬于接觸式儀表，而紅外測溫儀則屬于非接觸式測溫儀表。 還原帶熱電偶的選擇 還原帶的溫度在 600～ 750 攝氏度之間，我們用熱電偶來測量它的溫度。 （ 1）熱電偶的測溫原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體 A 和 B 的兩個執(zhí)著點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生 電動勢 ,因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的 。 （ 2）熱電偶的特點： 1）測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 2）測量范圍廣。常用的熱電偶從 50～ +1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到 269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃（如鎢 錸）。 3）構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。 （ 3）熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償及使用注意問題：由于熱電偶的材料一般都 比較貴重（特別是采用貴 金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度 t0≠ 0℃時對測溫的影響。 在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100℃。 （ 4）選擇 ：這里我們選擇上海南浦儀表廠生產(chǎn)的 420 型裝配式熱電偶 。它的技術(shù)參數(shù)如表 。 表 熱電偶的技術(shù)參數(shù) 熱電偶類別 代號 分度號 最高溫度 測量溫度 允許偏差 △ t℃ 鎳鉻 鎳硅 WRN K 01300℃ 0～ 1100℃ 177。 ℃或177。 %t 第 11 頁 燃燒室紅外測溫儀的選擇 燃燒室的溫度比較高，在 10001110 攝氏度左右，我們選用紅外測溫儀這種非接觸測溫的方法對他進(jìn)行測量。 （ 1）紅外測溫儀的工作原理 紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng) 匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。 在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布 —— 與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。 黑體是一種理想化的輻射 體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為 1 。但是，自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體，為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱 黑體輻射定律 。 所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物體，必 須引入一個與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于 1 的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。 當(dāng)用紅外輻射測溫儀測量目標(biāo)的溫度時首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標(biāo)的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。 （ 2）選擇紅外測溫儀要注意的問題 第 12 頁 測溫范圍 ： 測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標(biāo)。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過窄，也不要過寬。一般來說，測溫范圍越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高，精度可靠性容易解決。測溫范圍過寬，會降低測溫精度。 目標(biāo)尺寸 ： 為了獲得精確的溫度讀數(shù)，測溫儀與測試目標(biāo)之間的距離必須在合適的范圍之內(nèi)，所謂 “ 光點尺寸 ” （ spot size ）就是測溫儀測量點的面積。 你 距離目標(biāo)越遠(yuǎn)，光點尺寸就越大。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的 50%為好。 距離系數(shù)（光學(xué)分辨率） ： 距 離系數(shù)由 D ： S 之比確定，即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離 D 與被測目標(biāo)直徑之比。 D ： S 比值 越大， 光學(xué)分辨率越高，測溫效果就越好，但 測溫儀的成本也越高 。 響應(yīng)時間 ： 響應(yīng)時間定義為到達(dá)最后讀數(shù)的 95% 能量所需要的時間，表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)，確定響應(yīng)時間主要根據(jù)目標(biāo)的運動速度和目標(biāo)的溫度變化速度。如果目標(biāo)的運動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時，要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀，否則達(dá)不到足夠 的信號響應(yīng)，會降低測量精度。 環(huán)境 因素 ： 測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測溫儀，實現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。在密封的或危險的材料應(yīng)用中（如容器或真空箱），測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行 觀察，因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。 （ 3）選擇：這里我們選擇 廣州市宏誠集業(yè)電子科技有限公司生產(chǎn)的非接觸式DT8859 在線紅外測溫儀。它的技術(shù)指標(biāo)如表 第 13 頁 表 紅外測溫儀 DT8859 技術(shù)指標(biāo) (D:S=50:1) 溫度范圍 50～ 1600℃ 距離比 50:1 基本精確度 177。 % 分辯率 ℃ /℉ 響應(yīng)時間 1秒 發(fā)射率可調(diào) ～ （步長 ) 光譜響應(yīng) 8～ 14um 相對濕度 1095%RH（不結(jié)露，環(huán)境測溫 30℃ ) 激 光瞄準(zhǔn) 1mW 650nm激光等級 Ⅱ 級 預(yù)熱帶和水箱梁熱電阻的選擇 預(yù)熱帶的溫度大約在 100120 攝氏度之間，而水箱梁的溫度在 100 攝氏度以內(nèi)，都是比較的的溫度，用熱電阻測量他們的溫度比較合適。 與熱電偶相比，電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 （ 1）熱電阻測溫原理及材料 熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材 料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 （ 2）熱電阻測溫系統(tǒng)的組成及需要注意的問題 熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點： 1）熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致。 2）為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。 （ 3）熱電阻的分類： 精通型熱電阻：必須采用三線制或四線制來消除引出線電阻的影響。 鎧裝熱電阻：體積小，滯后小，機(jī)械性能好便于安裝，使用壽命長。 端面熱電阻：適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。 隔爆型熱電阻 ：可用于 Bla~B3c 級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。 第 14 頁 （ 4）選擇：對測量水箱梁溫度的熱電阻我們選擇的是沈陽傳感技術(shù)研究所的 DPSWZ/T Z 系列熱電阻，它的技術(shù)指標(biāo)如表 。 對測量爐頂廢氣溫度的熱電阻我們選擇的是沈陽傳感技術(shù)研究所的DPSWZ/T Z 系列熱電阻，它的技術(shù)指標(biāo)如表 DPSWZ/T Z 熱電阻的技術(shù)規(guī)格如表 表 DPSWZ/T Z 熱電阻技術(shù)規(guī)格 技術(shù)規(guī)格 基本誤差： 177。 0． 1％ 輸出信號： 420mADC 負(fù)載電阻：≤ 600Ω 供電電源： 24VDC177。 10％，最高 30V。 溫 漂：環(huán)境溫度每 10℃變化，輸出變化量不超過基本誤差的絕對值 。 表 DPSWZ/T Z 型銅電阻基本技術(shù)指標(biāo) 型號 測溫元件 分度號 測量范圍 (℃ ) DPSWZ/T Z 銅電阻 Cu50 0～ 100 表 DPSWZ/T Z 型鉑電阻基本技術(shù)指標(biāo) 型號 測溫元件 分度號 測量范圍 (℃ ) DPSWZ/T Z 鉑電阻 Pt100 00～ 500 壓力檢測裝置的選擇 本系統(tǒng)涉及到許多壓力檢測裝置的選擇，主要是加熱煤氣壓力、還原煤氣壓力、壓縮空氣壓力和爐頂負(fù)壓。其中，加熱煤 氣壓力的范圍大約為 個大氣壓，還原煤氣壓力約為 ，壓縮空氣的德壓力約為 個大氣壓，爐頂負(fù)壓約為 5080KP。 真空計的選擇 工程上 ,一般用表壓值作為被測壓力的絕對值 ,以帕（ Pa）為單位 ,常用的單位的兆帕（ MPa）。如果被測壓力低于大氣壓力 ,稱為負(fù)壓或真空。測量表壓力的儀表叫壓力 計 ,測量負(fù)壓的儀表叫負(fù)壓 計 或真空 計 。 第 15 頁 （ 1）真空計測壓原理（以以 U 型管真空計為例）： U型管真空計是利用液柱的重力與被測壓力相平衡 ,從而用液柱高度來表示被測壓力數(shù)值的儀表。這種 儀表在實驗室和生產(chǎn)上被廣泛地用于測量氣體和液柱的低壓力和負(fù)壓表壓。 如圖 所 示 是 U 型 真空計 的結(jié)構(gòu)圖。 U型管內(nèi)充以一半高度的工作液體 (如水銀 )（標(biāo)尺的零位）。測量壓力時 ,管的一端通入被測介質(zhì) ,另一端通大氣。 U型管內(nèi)的液面就會一端升高 ,另一端降低。若被測介質(zhì)端液柱降低 ,所測得的壓力為正壓 。反之為負(fù)壓。液柱高度差等于一測刻度零點以上與另一側(cè)零點以下兩個讀數(shù)總和。若管徑一致 ,由為一側(cè)刻度的兩倍。 其壓力計算公式如公式（ 1）。 p = p0 ρ gh (1) 式中， p —— 待測壓力， p0—— 環(huán)境大氣壓力， h —— 兩液面高度差，ρ —— 工作液密度， g —— 重力加速度。 因在一定條件下液體的重度 r是不變的 ,故所測壓力在過去還有用工作液柱的高度來計 。 圖 開式 U形管真空計 其他類型的真空計原理與此類似，這里不再列舉。 （ 2）真空計的特點： 1)測量壓力范圍寬， 105～ lO14P