【文章內容簡介】 本系統(tǒng)要對設備進行選型，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需要進行充分的熱交金剛，幫需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時受耐高溫材料的限制，不能應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體或半導體 A 和 B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體 A 和 B 的兩個執(zhí)著點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便產生 電動勢 ,因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的 。 （ 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 +2800℃（如鎢 錸）。 3）構造簡單，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，外有保護套管，用起來非常方便。 （ 3）熱電偶的冷端溫度補償及使用注意問題：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，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導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，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 t0≠ 0℃時對測溫的影響。 在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導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的 420 型裝配式熱電偶 。它的技術參數如表 。 表 熱電偶的技術參數 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行測量。 （ 1）紅外測溫儀的工作原理 紅外測溫儀由光學系統(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。光學系統(tǒng) 匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號經過放大器和信號處理電路，并按照儀器內療的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。 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系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。 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。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及表面狀態(tài)有關的比例系數，即發(fā)射率。該系數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 的數值之間。根據輻射定律，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、理化結構和材料厚度等。 當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例；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。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。 目標尺寸 ： 為了獲得精確的溫度讀數，測溫儀與測試目標之間的距離必須在合適的范圍之內，所謂 “ 光點尺寸 ” （ spot size ）就是測溫儀測量點的面積。 你 距離目標越遠，光點尺寸就越大。建議被測目標尺寸超過視場大小的 50%為好。 距離系數（光學分辨率） ： 距 離系數由 D ： S 之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離 D 與被測目標直徑之比。 D ： S 比值 越大， 光學分辨率越高，測溫效果就越好，但 測溫儀的成本也越高 。 響應時間 ： 響應時間定義為到達最后讀數的 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)的時間常數有關。紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適應，確定響應時間主要根據目標的運動速度和目標的溫度變化速度。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時，要選用快速響應紅外測溫儀，否則達不到足夠 的信號響應，會降低測量精度。 環(huán)境 因素 ： 測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環(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)境影響并保護測溫儀，實現準確測溫。在確定附件時，應盡可能要求標準化服務，以降低安裝成本。在密封的或危險的材料應用中（如容器或真空箱），測溫儀通過窗口進行觀測。材料必須有足夠的強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的非接觸式DT8859 在線紅外測溫儀。它的技術指標如表 第 13 頁 表 紅外測溫儀 DT8859 技術指標 (D:S=50:1) 溫度范圍 50～ 1600℃ 距離比 50:1 基本精確度 177。 % 分辯率 ℃ /℉ 響應時間 1秒 發(fā)射率可調 ～ （步長 ) 光譜響應 8～ 14um 相對濕度 1095%RH（不結露，環(huán)境測溫 30℃ ) 激 光瞄準 1mW 650nm激光等級 Ⅱ 級 預熱帶和水箱梁熱電阻的選擇 預熱帶的溫度大約在 100120 攝氏度之間，而水箱梁的溫度在 100 攝氏度以內，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，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。 （ 1）熱電阻測溫原理及材料 熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材 料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用甸、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件的端面溫度。 隔爆型熱電阻 ：可用于 Bla~B3c 級區(qū)內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研究所的 DPSWZ/T Z 系列熱電阻，它的技術指標如表 。 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研究所的DPSWZ/T Z 系列熱電阻，它的技術指標如表 DPSWZ/T Z 熱電阻的技術規(guī)格如表 表 DPSWZ/T Z 熱電阻技術規(guī)格 技術規(guī)格 基本誤差： 177。 0． 1％ 輸出信號： 420mADC 負載電阻：≤ 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 型銅電阻基本技術指標 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 型鉑電阻基本技術指標 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 ,稱為負壓或真空。測量表壓力的儀表叫壓力 計 ,測量負壓的儀表叫負壓 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值的儀表。這種 儀表在實驗室和生產上被廣泛地用于測量氣體和液柱的低壓力和負壓表壓。 如圖 所 示 是 U 型 真空計 的結構圖。 U型管內充以一半高度的工作液體 (如水銀 )（標尺的零位）。測量壓力時 ,管的一端通入被測介質 ,另一端通大氣。 U型管內的液面就會一端升高 ,另一端降低。若被測介質端液柱降低 ,所測得的壓力為正壓 。反之為負壓。液柱高度差等于一測刻度零點以上與另一側零點以下兩個讀數總和。若管徑一致 ,由為一側刻度的兩倍。 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