【正文】 max時，ΔP=ΔPmax，這時變送器輸出為20mADC。但時有遷移時，根據(jù)式214，由于固定差壓的存在，當(dāng)H=0時，變送器輸出將小于4mADC。H=Hmax時，變送器輸出必定小于20mADC，為了使儀表的輸出能正確反映液位的高低，必須設(shè)法抵消固定差壓值的作用，使得當(dāng)H=0時，變送器的輸出仍然回到4mADC； 而當(dāng)H=Hmax時，變送器輸出仍為20mADC。采用的方法是在儀表上加一遷移裝置， 以抵消固定差壓的作用，我們稱這種方法為遷移。遷移的實(shí)質(zhì)就是改變測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍平移，它不改變量程的大小。例如，某電動差壓變送器的測量范圍為0~5000Pa，當(dāng)差壓由0變化到5000Pa時，這是無遷移情況，如圖45曲線b所示。當(dāng)有遷移時，假定固定差壓為2000Pa，那么H=O時，根據(jù)式（214）有：ΔP= 2000Pa，這時變送器的輸出將為4mADC，H為最大時，ΔP = （5000 2000）=3000Pa。這時的變送器輸出達(dá)到20mADC如圖45曲線a所示。也就是說，差壓從2000Pa變化到+3000Pa時，變資本家器的輸出從4mADC變化到 20mADC。它維持原來的量程不變，只是從負(fù)方向遷移了一個固定差壓值 。這種情況我們稱之為“負(fù)遷移”。有時測量條件不同，也會出現(xiàn)“正遷移”的情況，圖45表示正遷移的情況，被測容器為敞口容器，同理，可測得差壓變送器的輸入差壓為： ΔP =Hρg+hρg當(dāng)H=0時，ΔP = +hρg，即正壓室多了一項固定差壓hρg。假定ΔP =+2000Pa，這時的變送器輸出4mADC，H為最大時ΔP=(5000+2000)Pa=7000Pa，這時變送器輸出應(yīng)為20mADC，變送器的量程大小不變，只是向正方向遷移了一個固定差壓值。綜上所述，所謂零點(diǎn)遷移，就是把變送器零點(diǎn) (如上例中輸出為4mADC)所對應(yīng)的被測差壓，遷移到某一不為零的數(shù)值上。在差壓變送器規(guī)格中，一般都注有是否帶正、負(fù)遷移裝置。型號后面加A為“正遷移。加B的為“負(fù)遷移“。必須根據(jù)現(xiàn)場要求正確選用。 (三)用法蘭式差壓變送器測量液位為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大，易疑固等液體液位及引壓管線被腐蝕、被堵的問題，而專門生產(chǎn)了法蘭式差壓變送器。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，如圖47所示。作為敏感元件的測量頭(金屬膜盒)，經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細(xì)管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，并使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與變送器。用法蘭式差壓變送器測量液位時，同樣存在零點(diǎn)遷移問題，不可忽視。+ ——==+Hhρ氣圖46正遷移情況ρ+ ——==+312圖47法蘭式液位變送器測液位法蘭 毛細(xì)管 變送器差壓變送器也可用來測量不同液體的分界面。至此，我們可知差壓變送器能用來連續(xù)測量變送差壓、液位或分界面、流體的流量等工藝參數(shù)。第五章 溫度的測量與變送第一節(jié) 概述 溫度是石油化工生產(chǎn)中既普遍而又十分重要的參數(shù)之一。任何一個石油化工生產(chǎn)過程，都伴隨著物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，都必然有能量的轉(zhuǎn)化和交換，而熱交換則是這些能量轉(zhuǎn)換中最普遍的交換形式。因此，在很多石油化工反應(yīng)的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應(yīng)過程正常進(jìn)行與安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)；它對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高都有很大的影響。例如石油化工生產(chǎn)中的精餾塔操作，常常用溫度的控制來保證精餾產(chǎn)品的質(zhì)量。溫度是表示物體冷熱程度的物理量。溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些物理特性值 (如液體的體積、導(dǎo)體的電阻等)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，通過對這些特性值的測量間接地獲得。石油化工生產(chǎn)過程中，所要測量的溫度范圍極為寬廣，有的處于接近絕對零度的低溫，有的達(dá)幾千度高溫，這樣寬的測溫范圍，需要用各種不同的測量方法和測溫儀表。溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同，測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質(zhì)相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由于測溫元件要與被測介質(zhì)接觸進(jìn)行充分的熱交換才能達(dá)到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象，而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應(yīng)用于很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質(zhì)接觸，因而其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由于它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，測溫速度也較快，但是這種方法受到被測介質(zhì)至儀表之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質(zhì)的影響，因此測量量精度較低。表29列出了常用測溫儀麥的測溫原理、測溫范圍和主要特點(diǎn)。表中所列的各種溫度計，機(jī)械式的大多只能就地指示，幅射式的精度較差，只有電的測溫儀表精度高，且測溫元件很容易與溫度變送器配用，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行遠(yuǎn)傳，以實(shí)現(xiàn)對溫度的自動記錄和調(diào)節(jié)。因此，在生產(chǎn)過程控制中應(yīng)用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)僅介紹這兩種溫度計。表29 常用溫度計的測溫原理、測溫范圍和主要特點(diǎn)測溫方式溫度計種類測溫原理測溫范圍℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式玻璃液體溫度計液體受熱產(chǎn)生熱膨脹 100~100有機(jī)液體 0~350水銀結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、測量準(zhǔn)確、價格低易破損、只能現(xiàn)場指示、不能遠(yuǎn)傳雙金屬溫度計固體受熱產(chǎn)生熱膨脹0~300結(jié)構(gòu)簡單，價格低，能記錄、報警與自控精度低、量程與使用范圍均有限壓力式溫度計封閉在固定體積中的氣體、液體或蒸汽受熱時，其壓力受溫度變化的性質(zhì)0~150℃充二乙醚蒸汽， 0~500充氮?dú)饨Y(jié)構(gòu)簡單，防爆、價格低，能記錄、報警與自控、不怕振勸精度低、測量距離較遠(yuǎn)時，儀表滯后較大、一般超過測量點(diǎn)不超過10米熱電阻溫度計導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)200~650鉑電阻50~150銅電阻100~200熱敏電阻測量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動控制不能測量高溫?zé)犭娕紲囟扔嫙犭娦?yīng)200~2300測量范圍廣、精度高、便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動控制需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測量精度較低非接觸式光學(xué)高溫計亮度法、受熱 物體的單色輻射強(qiáng)度（在可見光范圍）隨溫度升高而增強(qiáng)900~2000攜帶用，可測高溫，測量時不破壞被測溫度的溫度場。測量時，必須經(jīng)人工工為調(diào)整，有人為誤差，不能作遠(yuǎn)距離測量、記錄和自控輻射高溫計全幅射法，根據(jù)物體的熱 幅射效應(yīng)測量物體的表面溫度100~2000測量元件不破壞被測溫度的溫度場。能作遠(yuǎn)距離測量、報警和自控，測溫范圍廣。低溫段測溫不準(zhǔn)，環(huán)境條件會影響測量精度，連續(xù)測高溫時，感溫器須作冷卻。 第二節(jié) 溫度測量儀表一、熱電偶溫度計熱電偶溫度計由熱電偶、電測部份 (動圈儀表、電位差計或DCS)及連接導(dǎo)線組成，如圖51 所示。由于熱電偶的性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量范圍廣、有較高的準(zhǔn)確度，且能方便地將溫度信號轉(zhuǎn)換為電勢信號，便于信號的遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)集中測量，因而在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。熱電偶是由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料(如圖52中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端 (自由端)。組成熱電偶的兩根導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產(chǎn)設(shè)備中，冷端置于生產(chǎn)設(shè)備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會產(chǎn)生熱電勢E。該熱電勢E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關(guān)。如果保持t。不變，則熱電勢E只是被測溫度t的函數(shù)。用電測儀表測得E的數(shù)值后，便知道被測溫度t的大小。（一）熱電偶測溫的基本原理 1．熱電效應(yīng)與熱電勢的產(chǎn)生 把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成如圖51所示的閉合回路，它們的兩個接點(diǎn)溫度各為t及t。(假設(shè)tt。)，則該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢 (簡稱熱電勢)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。ABtt0ee圖52熱電偶回路231圖51熱電偶溫度計測量線路熱電偶 連接導(dǎo)線 電測儀表t0t0tAB為什么會產(chǎn)生熱電勢呢?，分析如下。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B接觸時，由于兩者有不同的電子密度 (分別為NA、NB，且NANB)，則電子在兩個方向上的擴(kuò)散速率就不同，即從A跑到B的電子數(shù)要比從B跑到A的為多。結(jié)果A因失去電子帶正電荷，B因得到電子帶負(fù)電荷，在A、B的接觸面上便形成了一個從A到B的靜電場 (如圖53所示)。這個電場將阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行，同時加速電子向相反方向轉(zhuǎn)移，使從B到A的電子增多，最后達(dá)到動態(tài)平衡。此時，A、B之間形成一電位差，這個電位差稱接觸電勢 eAB。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)和接點(diǎn)的溫度。溫度越高，導(dǎo)體中的自由電子就越活躍，由A擴(kuò)散到B的自由電子就越多，致使接觸面處所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度也增加，因而接觸電勢也增高。在導(dǎo)體A、B材料已經(jīng)確定的情況下，所產(chǎn)生的接觸電勢的大小只和接點(diǎn)溫度有關(guān)，故稱為熱電勢，記作eAB（t），下標(biāo)符號A表示正極導(dǎo)體，B表示負(fù)極導(dǎo)體。若下標(biāo)次序改為BA，則1前面的符號亦應(yīng)作相應(yīng)的改變，即： eAB(t)= eBA(t)綜上所述，由兩種不同導(dǎo)體A、B形成的閉合回路中，因兩接點(diǎn)的溫度不同(tt。)，則在兩接點(diǎn)處產(chǎn)生了兩個大小不等、方向相反的接觸電勢 eAB(t)和eAB(t。)，且eAB(t) eAB(t。) 如圖54所示.A B eA(t,t)0) eB(t，t0 ） eAB(t0 ） eAB(t ） NA NB+ 圖53接觸電勢形成靜電場圖54,熱電偶回路電勢分析此外，對于同一導(dǎo)體A(或B)，由于其兩端溫度不同，也會產(chǎn)生一個相應(yīng)的電位差，這個電位差稱為溫差電勢。 (圖54中的eA(t，t。)和 eB(t，t。))。但由于溫差電勢 遠(yuǎn)少于接觸電勢，因而可以忽略不計。這樣，熱電偶回路中總電勢EAB(t，t。)為：EAB(t，to)=eAB（t）eAB（t0） （ 式215）式215說明熱電勢EAB(t，to)等于熱電偶兩接點(diǎn)的接觸電勢的代數(shù)和。當(dāng)A、B材料確定后，熱電勢是接點(diǎn)溫度t和to的函數(shù)之差。若冷端溫度to保持不變，即eAB（t。）為常數(shù)，則熱電勢EAB(t，to))就成為熱端溫度的單值函數(shù)了，而和熱電極的長短及直徑無關(guān)。這樣，熱端溫度t就是被測溫度，那么只要測出熱電勢的大小，就能判斷被測溫度的高低，這就是熱電偶測溫的基本原理。不難理解，如果組成熱電偶回路的兩導(dǎo)體材科相同，則無論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，回路的總電勢為零；如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，回路的總熱電勢也為零。應(yīng)當(dāng)指出，由于熱電極的材料不同，所產(chǎn)生的接觸電勢亦不同，因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的，這在各種熱電偶的分度表中可以查到。熱電偶的熱電勢與披測溫度的關(guān)系，都是規(guī)定熱電偶冷端溫度為零度（t0=0℃）進(jìn)行分度的，并按熱電偶的不同種類，分別列成表格形式，這些表格就稱為熱電偶的分度表。因此，只有冷端溫度為零度時，可用測得的EAB(t。)去查分度表得到被測溫度t，或已知t查得相應(yīng)的EAB(t,0)值。然而，若冷端溫度不是零度，而是大于零度（t0℃）,這時就不能用測得的EAB(t，t。)，去查分度表而得到t，或己知t去查相應(yīng)的EAB(t，t。)值，而應(yīng)根據(jù)下式進(jìn)行計算。EAB(t，to)=EAB(t，0)一EAB（to，0） (式216 )或 EAB(t，0)=EAB(t，to)+EAB（to，0） (式217 )式中EAB（to，0）)為t0℃冷端溫度應(yīng)加的校正值，相當(dāng)于熱端溫度為t。時，而冷端溫度為0℃時產(chǎn)生的熱電勢，其值可從分度表中查得。 [例1] 用一支鎳鉻 鎳硅熱電偶，測量轉(zhuǎn)化爐的溫度，已如熱電偶工作端溫度為800℃，冷端溫度為30℃ ，求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢 EK(800，30)為多少毫伏?由電勢表查得: Ek(800， 0)= Ek(30， 0)=解 ∵Ek(800， 0)= Ek(30， 0)= 把上述數(shù)字代入（式216），即得：Ek(800，30)= Ek(800， 0) Ek(30， 0)==[例 2] 有一支鎳鉻 鎳硅熱電偶在工作時， 冷端溫度為30℃，測得熱電勢EAB(t，to) =，求被測介質(zhì)的實(shí)際溫度? (由電勢表查得: Ek(30， 0)=)解 ∵ 　Ek(30， 0)= 　 EAB(t，to) =∴ 　Ek(t，0)= + = mV℃，即所求的被測介質(zhì)的實(shí)際溫度為977℃。熱電偶測溫回路中接入第三種導(dǎo)體的問題 利用熱電偶測溫時，必須要用電測儀表來測量熱電勢的數(shù)植，而電測儀表往往遠(yuǎn)離測溫點(diǎn)，這就需要將熱電偶回路的冷端斷開，接入連接導(dǎo)線C，形成閉合回路，如圖2~59所示。那么，當(dāng)電偶通路中接入第三種導(dǎo)體C后，對熱電偶熱電勢數(shù)值有無影響呢?Ct0t0tABCt0t0Ctt0t0t連接管熱 電偶熔融金屬絕緣管保護(hù)管ab圖55 第三種導(dǎo)線材料的接入圖56開路熱電偶的使用 假設(shè)接入導(dǎo)體C后，電路中構(gòu)成的接點(diǎn) (圖259)處溫度相同且等于to，則測溫回路總熱電勢為: EABC（t，to）=eAB(t)十eBC(to)+eCA(t。) (218)