【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................................56 ...............................................................................................59 .............................................................................................60第5章誤差分析............................................................................................................62 ...................................................................................62 ...................................................................................64第6章結(jié)論與展望..........................................................................................................66 ......................................................................................................................66 ......................................................................................................................66參考文獻(xiàn)...............................................................................................................................68致謝. ............................................... ......................................................................................70第1章緒論 引言 “工欲善其事，必先利其器”，這是中國(guó)的一句古話，人們?cè)缇椭拦ぞ叩闹匾?。隨著以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)儀器儀表作用的認(rèn)識(shí)愈加深入。作為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具的自動(dòng)化儀表與控制裝置，在高新技術(shù)的推動(dòng)下，正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代。而溫度作為一個(gè)重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量的要求越來(lái)越高，而且測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣，對(duì)溫度的檢測(cè)技術(shù)的要求也越來(lái)越高。因此，溫度測(cè)量和溫度測(cè)量技術(shù)的研究也是一個(gè)重要的研究課題。 在冶金、化工、電力、機(jī)械和食品生產(chǎn)中都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。尤其是在煉鋼的過(guò)程中，溫度更是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到一爐鋼鐵能否練成，以及鋼鐵的內(nèi)部質(zhì)量的好壞。因此，合理的鋼水溫度范圍以及準(zhǔn)確地測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的鋼水溫度對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，降低消耗和實(shí)現(xiàn)冶金自動(dòng)化，均有積極作用。測(cè)量鋼水溫度的檢測(cè)環(huán)境極為惡劣，尤其是轉(zhuǎn)爐過(guò)程中，鋼鐵在融化狀態(tài)下，溫度可達(dá)15001700攝氏度，有時(shí)甚至超過(guò)1750攝氏度。而且在測(cè)量的過(guò)程中，鋼水液面不斷的激烈攪動(dòng)，強(qiáng)烈沖刷傳感器，這些都對(duì)鋼水溫度的測(cè)量產(chǎn)生了強(qiáng)大的干擾。因此，在類(lèi)似于鋼水溫度測(cè)量的特種溫度測(cè)量的場(chǎng)合中，對(duì)傳感器和測(cè)量?jī)x表都有嚴(yán)格的特殊要求。 隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測(cè)技術(shù)也不斷地進(jìn)步，目前的溫度檢測(cè)使用的溫度計(jì)種類(lèi)繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法[[2]0利用此原理制成的溫度計(jì)大致分成三大類(lèi):(1)玻璃溫度計(jì)，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測(cè)溫物質(zhì)(水銀、酒精、甲苯、煤 油等)受熱膨脹、遇冷收縮的原理進(jìn)行溫度測(cè)量的。 (2)雙金屬溫度計(jì)，它是采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固粘合在一起制成的 雙金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，一端固定的雙金屬片，由于兩 種金屬膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，自由端的位移通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針 指示出相應(yīng)溫度。 (3)壓力式溫度計(jì)，它是由感溫物質(zhì)(氮?dú)狻⑺y、二甲苯、甲苯、甘油和低 沸點(diǎn)液體如氯甲烷、氯乙烷等)隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化，用彈 簧管壓力表測(cè)出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測(cè)物質(zhì)的溫度值。 利用此技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。常用的熱電偶有以下幾種: (1)鎳鉻一鎳硅，型號(hào)為WRN，分度號(hào)為K，測(cè)溫范圍0900 0C，短期可測(cè) 1200 0C。 (2)鎳鉻一康銅，型號(hào)為WRK，分度號(hào)為F，測(cè)溫范圍。600 0C，短期可測(cè)800 ℃。 (3)鉑鍺一鉑，型號(hào)為WRP，分度號(hào)為S，在1300℃以下的溫度可長(zhǎng)期使用， 短期可測(cè)1600 0C。 (4)鉑鍺30一鉑鍺6，型號(hào)為WRR，分度號(hào)為B，測(cè)溫范圍30016000C，短期 可測(cè)1800 0C。 其他還有非常用的熱電偶。 用此技術(shù)制成的溫度計(jì)大致可分成以下幾種: (1)電阻測(cè)溫元件，它是利用感溫元件(導(dǎo)體)的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將 電阻的變化值用顯示儀表反映出來(lái)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。目前常用的有 鉑熱電阻(分度號(hào)為Pt100, Pt10兩種)和銅熱電阻(分度號(hào)有Cu50, Cu100 兩種)。 (2)導(dǎo)體測(cè)溫元件，它與熱電阻的溫阻特性剛好相反，即有很大副溫度系數(shù)， 也就是說(shuō)溫度升高時(shí)，其阻值降低。他們的關(guān)系為 式中R:一在溫度T(K)時(shí)的電阻值(Q)。 氣一在溫度To(K)時(shí)的電阻值(Q)。 e一自然對(duì)數(shù)的底。 B一常數(shù)，其值與半導(dǎo)體材料的成分和制作方法有關(guān)。(3)陶瓷熱敏元件 它的實(shí)質(zhì)是利用半導(dǎo)體電阻的正溫特性，用半導(dǎo)體陶瓷材料制作而成的熱 敏元件，常稱(chēng)為PCT或NCI39。熱敏元件。PCT熱敏元件分為突變型及緩變 型二類(lèi)。突變型PCT，元件的溫阻特性是當(dāng)溫度達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)，它的阻值突 然變大，有限流功能，多數(shù)用于保護(hù)電器。緩變型PCI，元件的溫阻特性 基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補(bǔ)償作用。NCI，元件特性與PCT 元件的突變特性剛好相反，即隨溫度升高，它的阻值減小。 輻射測(cè)溫在近年相對(duì)其他的測(cè)溫領(lǐng)域顯得活躍些，熱輻射高溫計(jì)通常分為兩種:一種是單色輻射高溫計(jì)，一般稱(chēng)光學(xué)高溫計(jì)。另一種是全輻射高溫計(jì)，它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過(guò)或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。熱輻射式高溫計(jì)就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的。 聲學(xué)法溫度檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，利用該技術(shù)，可以對(duì)爐內(nèi)的煙氣溫度測(cè)量值和火焰分布在線檢測(cè)，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制。聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)測(cè)量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測(cè)量方法。 紅外測(cè)溫技術(shù)是通過(guò)檢測(cè)物體表面能量來(lái)檢測(cè)物體溫度的。 科學(xué)的發(fā)展，往往是由于新的觀測(cè)手段的發(fā)現(xiàn)而獲得的。從今天進(jìn)入信息時(shí)代來(lái)看，儀器儀表是實(shí)現(xiàn)信息的獲得、轉(zhuǎn)化、存取、處理和揭示物質(zhì)活動(dòng)規(guī)律的必要工具，是當(dāng)今普遍稱(chēng)之為時(shí)代標(biāo)志的信息科技的三大支柱(信息獲得與處理，信息傳輸與通信，電子技術(shù)及計(jì)算機(jī))的必要手段，也是新技術(shù)革命的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在現(xiàn)代化建設(shè)中，人們對(duì)儀器儀表因其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量所起到的監(jiān)測(cè)作用，在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)行技術(shù)改造，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)，儀器儀表的裝備水平在很大程度上反映出一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化水平。 根據(jù)儀器儀表所采用的顯示方式和功能，可以將儀器儀表分為三代產(chǎn)品，即模擬儀器儀表，數(shù)字式儀器儀表和智能化儀器儀表。 這種儀器儀表至今仍在各種場(chǎng)合被廣泛地使用著。這種儀器儀表顯示部分地 基本結(jié)構(gòu)是利用電磁力相互作用原理，通過(guò)指針相對(duì)于標(biāo)尺的位移來(lái)顯示最 終測(cè)量讀數(shù)。 它具有遠(yuǎn)較模擬式儀器儀表為高的測(cè)量精度與響應(yīng)速度。這類(lèi)儀器儀表的基 本原理在于將代測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。今天數(shù)字化儀表的增長(zhǎng)速 度己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)模擬式儀器儀表。 這類(lèi)儀器儀表大致可以分為兩類(lèi):一類(lèi)內(nèi)含微處理器，稱(chēng)為“微機(jī)化儀表”， 另一類(lèi)，儀器本身與微型機(jī)在硬件結(jié)構(gòu)上是分開(kāi)的，但儀器由微型機(jī)控制進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集與處理，成為智能化儀器。智能儀器儀表以微電子器件代替常規(guī) 電子線路，以微處理器為核心，具有信息采集，顯示，處理，傳輸及優(yōu)化控 制等功能，甚至具有輔助專(zhuān)家進(jìn)行推斷分析與決策的能力。智能化儀器儀表 一出現(xiàn)就顯示了它的強(qiáng)大生命力，現(xiàn)已成為80年代來(lái)儀器儀表發(fā)展的一個(gè)主 要方向。 近年來(lái)，在溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測(cè)原理與技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已取得了重大進(jìn)展。新一代溫度檢測(cè)元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。 半導(dǎo)體溫度檢測(cè)元件是具有代表性的溫度檢測(cè)元件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大1 }2個(gè)數(shù)量級(jí)，二級(jí)管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高?；谏鲜鰷y(cè)溫原理已研制了各種溫度檢測(cè)元件。 利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系(即半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度特性)進(jìn)行溫度檢測(cè)，并把測(cè)溫、激勵(lì)、信號(hào)處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即構(gòu)成了集成電路溫度檢測(cè)元件。目前，國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了生產(chǎn)。 所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場(chǎng)中時(shí)，當(dāng)與靜磁場(chǎng)垂直方向加以電磁波，會(huì)發(fā)生對(duì)某頻率電磁的吸收現(xiàn)象。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢測(cè)器，稱(chēng)為核磁共振溫度檢測(cè)器。這種檢測(cè)器精度極高，可以測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測(cè)器。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之用。 它的原理是利用熱電阻元件產(chǎn)生的噪聲電壓與溫度的相關(guān)性。其特點(diǎn)是: (a)輸出噪聲電壓大小與溫度是比例關(guān)系。 偽)不受壓力影響。 (e)感溫元件的阻值幾乎不影響測(cè)量精確度。 所以它是可以直接讀出絕對(duì)溫度值而不受材料和環(huán)境條件限制的溫度檢測(cè)器。 它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來(lái)制作的。它利用uP技術(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償石英晶片的非線性，測(cè)量精度較高，℃，所以可作標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)之用。 在常規(guī)辦法無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合，光纖測(cè)溫得到較快發(fā)展。光纖溫度檢測(cè)器是目前光纖傳感器中發(fā)展較快的一種，已開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)式溫度檢測(cè)器、輻射式溫度檢測(cè)器等多種實(shí)用型的品種。 (1)利用雙折射光纖的傳輸光信號(hào)滯后量隨溫度變化的原理制成的雙折射光纖 溫度檢測(cè)器，檢測(cè)精度在士1℃以?xún)?nèi)，測(cè)溫范圍可以從絕對(duì)0}20000C a (2)利用喇曼反向散射效應(yīng)測(cè)量溫度分布用以檢測(cè)埋于地下的油、氣管線的泄 漏。 (3)利用熒光衰減時(shí)間法測(cè)溫。 激光測(cè)溫特別適于遠(yuǎn)程測(cè)量和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。用氦氖激光源的激光作反射計(jì)可測(cè)得很高的溫度，精度達(dá)1%。用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測(cè)器可測(cè)量更高的溫度，上限可達(dá)30000C，專(zhuān)門(mén)用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。 采用微波測(cè)溫可以達(dá)到快速測(cè)量高溫的目的。它是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測(cè)器的靈敏度為250kHZ/ 0C，精度為士1%左右，檢測(cè)范圍為201400 0C o 由兩種純金屬組成的熱電偶，因其材料均勻性遠(yuǎn)優(yōu)于合金材料，因而穩(wěn)定性好的多。在鉑鍺合金熱電偶(S, R型)的不確定度已很難提高之后，人們開(kāi)始尋找由純貴金屬組成的熱電偶，以代替S和R型熱電偶，作為傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)代的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是信息技術(shù)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化后出現(xiàn)的新一代的自動(dòng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表(溫度檢測(cè)儀表是其中一種)均接到現(xiàn)場(chǎng)總線上。在這樣的系統(tǒng)中，通常不應(yīng)使用各有不同輸出的溫度計(jì)，必須將輸出轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的電信號(hào)，這樣“溫度計(jì)”就變成了“溫度變送器”。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的溫度變送器主要是熱電偶變送器和熱電阻變送器，也有輻射溫度變送器。目前，對(duì)鋼水的溫度測(cè)量主要有間斷法測(cè)溫和連續(xù)測(cè)溫兩種方法[[3]0 國(guó)內(nèi)所