油庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)熱電偶溫度傳感器設(shè)計(jì)分析.doc

1、安全檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目油庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)二（熱電偶溫度傳感器設(shè)計(jì)）學(xué)生學(xué)專業(yè)姓名號(hào)班級(jí)課程設(shè)計(jì)主要完成某油庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中熱電偶溫度傳感器的選型、應(yīng)用及接線等。要求運(yùn)用已學(xué)過各類傳感器的知識(shí)，完成安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器的原理、選型、廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線等內(nèi)容，將書本傳感器的理論知識(shí)與廠家具體產(chǎn)品對(duì)應(yīng)起來(lái)，使得可以真正理論聯(lián)系實(shí)際。要求熟悉相關(guān)傳感器的原理與硬件結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，具有初步設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬計(jì)件方案中傳感器部分的能力。內(nèi)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本要求如下：容1.熟悉油庫(kù)工藝流程、監(jiān)控目標(biāo)及監(jiān)控要求。與2.學(xué)會(huì)常用的各種傳感器（溫

2、度、流量、壓力、液位等）參數(shù)及使用，了解其工作原理。要3.課程設(shè)計(jì)中以熱電偶溫度傳感器為主，詳細(xì)介紹所選溫度傳求感器的工作原理、硬件組成、測(cè)量電路、使用時(shí)的注意事項(xiàng)。詳細(xì)介紹所選溫度傳感器的廠家產(chǎn)品參數(shù)、接線、特點(diǎn)等參數(shù)。4.完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，畫出原理圖。5.課程設(shè)計(jì)時(shí)間一周，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。起止時(shí)間2013年 6 月 17 日至2013年 6 月 23日指導(dǎo)教師簽名年月日系（教研室）年月日主任簽名學(xué)生簽名年月日目錄1緒論.11.1油庫(kù) .11.1.1油庫(kù)的分類 .11.1.2國(guó)內(nèi)外油庫(kù)的現(xiàn)狀 .11.2油庫(kù)的總體布局 .21.3油庫(kù)的工藝流程 .31.4計(jì)算機(jī)監(jiān)控及要求 .41.5

3、系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) .52溫度傳感器的選型 .62.1熱電偶溫度傳感器 .62.1.1熱電偶的工作原理 .62.1.2溫度傳感器的分類 .82.1.3熱電偶的技術(shù)特點(diǎn) .92.1.4熱電偶的結(jié)構(gòu)形成 .92.2溫度傳感器的選型 .102.2.1技術(shù)指標(biāo) .102.2.2儀表主要特點(diǎn) .112.2.3測(cè)溫范圍 .112.2.4結(jié)構(gòu)形式 .112.2.5接線盒形式 .123其他傳感器選型 .143.1壓力變送器 .143.2物位計(jì).153.3流量計(jì).163.4加速度傳感器 .184結(jié)論.19參考文獻(xiàn) .20I1 緒論1.1 油庫(kù)油庫(kù)指用以貯存油料的專用設(shè)備， 因油料具有的特異性用以相對(duì)應(yīng)的油庫(kù)

4、進(jìn)行貯藏。油庫(kù)是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國(guó)家石油儲(chǔ)備和供應(yīng)的基地，它對(duì)于保障國(guó)防和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。油庫(kù)是油氣運(yùn)輸過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 它直接關(guān)系到外輸原油的質(zhì)量， 其工藝特點(diǎn)是系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密、操作規(guī)程嚴(yán)格、系統(tǒng)運(yùn)行狀況復(fù)雜多變且系統(tǒng)過程中流程多變。所以采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其工藝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以有效的提高生產(chǎn)率、 減少事故發(fā)生率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著石油工業(yè)的進(jìn)步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高， 油庫(kù)的安全也越來(lái)越重要。 本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書以及相關(guān)資料， 運(yùn)用溫度傳感器設(shè)計(jì)油庫(kù)的日常生產(chǎn)和運(yùn)行的檢測(cè)系統(tǒng)。1.1.1 油庫(kù)的分類1)按油

5、庫(kù)的管理體制和經(jīng)營(yíng)性質(zhì)可分為獨(dú)立油庫(kù)和企業(yè)附屬油庫(kù)兩大類。 獨(dú)立油庫(kù)是指專門從事接收、 儲(chǔ)存和發(fā)放油料的獨(dú)立經(jīng)營(yíng)的企業(yè)和單位。 企業(yè)附屬油庫(kù)是工業(yè)、交通或其它企業(yè)為滿足本部門的需要而設(shè)置的油庫(kù)。2)按主要儲(chǔ)油方式可分為地面（或稱地上）油庫(kù)、隱蔽油庫(kù)、山洞油庫(kù)、水封石洞庫(kù)和海上油庫(kù)等。地面油庫(kù)與其他類型油庫(kù)相比，建設(shè)投資省、周期短，是中轉(zhuǎn)、分配、企業(yè)附屬油庫(kù)的主要建庫(kù)形式，也是目前數(shù)量最多的油庫(kù)。3)油庫(kù)還可按照其運(yùn)輸方式分為水運(yùn)油庫(kù)、陸運(yùn)油庫(kù)和水陸聯(lián)運(yùn)油庫(kù)；按照經(jīng)營(yíng)油品分為原油庫(kù)、潤(rùn)滑油庫(kù)、成品油庫(kù)等。4)油庫(kù)按照油罐的總?cè)莘e劃分為小型油庫(kù)，其容積為一萬(wàn)立方米以下，中型油庫(kù)其容積為一萬(wàn)至五萬(wàn)立

6、方米，大型油庫(kù)其容積為五萬(wàn)立方米以上。1.1.2 國(guó)內(nèi)外油庫(kù)的現(xiàn)狀我國(guó)非常豐富的石油資源， 是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一， 無(wú)論是開發(fā)利用國(guó)內(nèi)石油資源， 還是利用國(guó)外石油資源， 它們都離不開儲(chǔ)備油庫(kù)。 在石油價(jià)格飆升的帶動(dòng)下， 目前全國(guó)范圍內(nèi)壓縮石油的需求也在急劇上升。 石油在城市中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 使得許多城市的油庫(kù)建設(shè)成為重點(diǎn)。 由于技術(shù)的原因， 目前我國(guó)城市用油以城市加油站為主。 在現(xiàn)在加油站不斷增多的情況下， 要求有更多的油庫(kù)盡1西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)快建成。全國(guó)各省市地方也在積極地興建新的油庫(kù)，改進(jìn)油庫(kù)建設(shè)技術(shù)，發(fā)展油庫(kù)，保證油庫(kù)安全， 這些都顯的極為重要。 國(guó)內(nèi)外

7、油庫(kù)建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者就油庫(kù)設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用前景及合作已進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的研究。 有關(guān)專家認(rèn)為， 管道局與國(guó)內(nèi)外壓縮機(jī)生產(chǎn)、科研及技術(shù)服務(wù)等單位的合作，必將推動(dòng)油庫(kù)建設(shè)效率、高穩(wěn)定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向發(fā)展。在國(guó)外，對(duì)大型石油石化公司的“低成本戰(zhàn)略”進(jìn)行了全方位、多角度的綜合分析，并提出了適合我國(guó)石油石化工業(yè)國(guó)情的“低成本戰(zhàn)略” 。 美國(guó)政府早在二戰(zhàn)時(shí)期就有國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的構(gòu)想，但直到 20 世紀(jì) 70 年代“石油危機(jī)”發(fā)生后，美國(guó)的戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備才開始正式建立。 70 年代前期，阿拉伯國(guó)家以石油為武器對(duì)西方國(guó)家實(shí)施禁運(yùn)，導(dǎo)致美國(guó)國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)品供應(yīng)緊缺， 價(jià)格飛漲，最終使美國(guó)經(jīng)濟(jì)

8、陷入長(zhǎng)時(shí)期的嚴(yán)重衰退。 美國(guó)前總統(tǒng)福特于 1975 年 12 月 22 日簽署了能源政策和儲(chǔ)備法，其中最重要的內(nèi)容之一就是決定建立戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備，目的是為了在此后發(fā)生類似事件時(shí)，可以對(duì)美國(guó)能源市場(chǎng)起到保護(hù)和緩沖作用。 美國(guó)政府從 1977 年 7 月 21 日正式開始儲(chǔ)備石油，當(dāng)時(shí)決定的儲(chǔ)備目標(biāo)是 10 億桶，后來(lái)最終形成的儲(chǔ)備能力為 7 億桶。1.2 油庫(kù)的總體布局油庫(kù)區(qū)域內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物、裝置、設(shè)備及所有設(shè)施的布置。合理確定油庫(kù)內(nèi)建筑設(shè)施的位置， 以保證油庫(kù)有一個(gè)固有的安全條件和環(huán)境， 使得油品的貯存運(yùn)轉(zhuǎn)以及收發(fā)作業(yè)能夠順利地進(jìn)行。 鐵路裝卸區(qū)鐵路收發(fā)棧橋應(yīng)為非燃燒體結(jié)構(gòu)， 盡可能地設(shè)在油庫(kù)

9、的邊緣地區(qū)， 避免與庫(kù)內(nèi)道路交叉； 應(yīng)布置在輔助作業(yè)區(qū)的上風(fēng)， 并與其他建( 構(gòu) ) 筑物保持一定的距離。鐵路作業(yè)線的中心線至圍墻的距離一般采用 10m，以便布置消防通道。輕油作業(yè)線應(yīng)與潤(rùn)滑油作業(yè)線保持大于 10m的距離，輕油裝卸線與桶裝油共用的作業(yè)線保持 5665m距離，裝卸臺(tái)的邊緣與相鄰鐵路中心線應(yīng)距離 175m，站臺(tái)地坪標(biāo)高比軌跡高出 11m。對(duì)于設(shè)置兩股或單股作業(yè)線的中小型油庫(kù)，可將輕油作業(yè)線放在鐵路岔道的始端， 將粘油作業(yè)線放在岔道的終端。 作業(yè)線路與外部鐵路應(yīng)絕緣，可在鐵軌連結(jié)處的魚尾板中夾一層石棉墊等絕緣材料，采取路軌接地措施，每 100m一個(gè)接地。汽車收發(fā)作業(yè)區(qū)應(yīng)布置在油庫(kù)出入

10、口附近，接近公路干線。 應(yīng)筑有實(shí)體圍墻與油庫(kù)其他區(qū)域分開，以免提油車輛、人員深入庫(kù)區(qū)。裝卸油品的碼頭與其他客、化運(yùn)的碼頭及橋梁等建筑應(yīng)離開一定的距離，盡可能設(shè)置在下游地帶。 船位間保持一定的安全距離。油庫(kù)罐區(qū)在布局時(shí)必須考慮油罐的呼吸閥和測(cè)量孔、在檢修和灌裝轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的油蒸氣擴(kuò)散撲油罐發(fā)生著火石油品燃燒產(chǎn)生的熱輻射撲油品的突沸特性撲油罐類型撲救條件等因素。防火堤應(yīng)采用不燃材料建造。堤高宜為1 1 16m。用土質(zhì)建造的防火堤頂寬不小于05m。防火堤應(yīng)能承受油罐破裂后相當(dāng)于流出油品的靜壓力。2西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)地上油罐或半地下油罐的外擘到防火堤的內(nèi)側(cè)基腳線的距離應(yīng)有利于滅火。 防火堤內(nèi)的平地，從

11、油罐基礎(chǔ)向堤內(nèi)側(cè)基腳線應(yīng)有一定的排水坡度。 堤內(nèi)構(gòu)成的空間容積， 應(yīng)不小于堤內(nèi)地上油罐總貯量的 12，且不小于最大罐的地上部分貯量。灌油間灌油柱的相互距離為 2m左右，灌油柱上閥門裝在高 15m左右。灌裝輕質(zhì)油的灌油間，其建筑耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)， 其余油品的灌油間建筑耐火等級(jí)不低于三級(jí)。 灌油間內(nèi)應(yīng)用不發(fā)火地坪， 地面應(yīng)坡向集油溝及集油井。 灌裝輕質(zhì)油品和重質(zhì)油品， 應(yīng)分別設(shè)置在單獨(dú)的灌油間內(nèi)或設(shè)置防火墻隔開。 灌區(qū)內(nèi)防火間距和消防設(shè)施及通道均應(yīng)符合規(guī)范要求。1.3 油庫(kù)的工藝流程圖 1-1 油庫(kù)工藝流程1）分離器流程。從各個(gè)采油隊(duì)輸送過來(lái)的原油首先通過計(jì)量器計(jì)量后又進(jìn)入聯(lián)合站的油氣水三相分

12、離器，在這里實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離。原油從分離器一端進(jìn)入，然后天然氣從另一端上部流出進(jìn)行天然氣外輸， 而油水混合的液體從下部流出進(jìn)入一次沉降罐。2）油罐區(qū)流程。油罐區(qū)的儲(chǔ)罐主要的任務(wù)是進(jìn)行油水分離，分離器將油水混合液體輸入沉降罐， 沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集， 而將水輸?shù)轿鬯畢^(qū)，進(jìn)行污水處理， 然后原油進(jìn)入加熱爐加熱和脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水3西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)后的原油進(jìn)入凈化油罐，等待外輸。3）加熱爐流程。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來(lái)的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。4）原油外輸流程。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原

13、油輸送出聯(lián)合站。 污水處理工藝流程。 在這一流程里， 從一次沉降罐過來(lái)的污水首先進(jìn)入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進(jìn)行收集。1.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控及要求計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)時(shí)一門綜合性的技術(shù)。他是計(jì)算機(jī)及技術(shù) （包括軟件技術(shù)， 接口技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)）、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用。 任何一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)基本上由六階段組成的。既：可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)施、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)然，這六個(gè)階段并不是完全按照直線順序進(jìn)行的。 在任何一個(gè)階段出現(xiàn)了問題都可以返回到前面的階段進(jìn)行修改。所謂計(jì)算機(jī)監(jiān)控就是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對(duì)象中的物理參量（如溫度、壓

14、力、流量、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量，并且在計(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來(lái)， 從而時(shí)操作人員能夠直觀而迅速的了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過程。 通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)， 可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝， 提高產(chǎn)品質(zhì)量， 降低能源和原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。還可以降低勞動(dòng)這的強(qiáng)度，并且提高管理水平，從而帶來(lái)極大的社會(huì)效益。正因?yàn)槿绱擞?jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以在各個(gè)領(lǐng)域都有所發(fā)展。圖 1-2計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以由一下幾個(gè)部分組成：計(jì)算機(jī)（含可視話的人機(jī)界面）、輸入輸出裝置（板卡），監(jiān)測(cè)、變松機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)原則有可靠性原則、使用方便原則、開放性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、開發(fā)周期短原則。圖 1-2 就是一個(gè)典

15、型的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組4西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)成原理圖。1.5 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)根據(jù)油庫(kù)的流程圖，先要列出統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)如表 1-3 所示 . 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)通過列表的形式列舉如下表。序號(hào)設(shè)備名稱總點(diǎn)數(shù)控制量AI AODIDO1 個(gè)水室的液位、壓力、溫度31三相分離器8油室的液位、壓力、溫度3油室、水室液位恒定控制221 個(gè)4罐的液位、壓力、溫度3緩沖罐罐的壓力恒定控制141個(gè)分餾塔3塔的液位、壓力、溫度351個(gè)沉降罐3罐的液位、壓力、溫度371個(gè)柴油罐3罐的液位、壓力、溫度381個(gè)天然氣罐2罐的壓力、溫度291個(gè)汽油罐3罐的液位、壓力、溫度3107

16、個(gè)電磁閥7閥的開、關(guān)控制72 個(gè)泵的前后壓力411外輸泵8泵的起、停2泵運(yùn)行狀況顯示24 個(gè)泵的前后壓力812中輸泵16泵的起、停4泵運(yùn)行狀況顯示4136個(gè)流量計(jì)3監(jiān)控個(gè)反應(yīng)器前的流量6合計(jì)60383 613表 1-3油庫(kù)系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表5西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)2 溫度傳感器的選型2.1 熱電偶溫度傳感器熱電偶是一種熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì) (mV) 信號(hào)，配以測(cè)量信號(hào)的儀表或變換器， 便可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換熱。 電偶是接觸法測(cè)溫常用的傳感器之一。自 1821 年塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)起，熱電偶的發(fā)展已經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在此期間曾有 300 余種

17、熱電偶問世， 但應(yīng)用較廣的熱電偶僅有四、五十種，國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 對(duì)其中被國(guó)際公認(rèn)、性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的七種 制定標(biāo)準(zhǔn)，即 IEC584-1 和 684 2 中所規(guī)定的。 S 分度號(hào) (鉑銠 10 一鉑 )；B 分度號(hào)（鉑銠 30 一鉑銠 6 )； K 分度號(hào) ( 鎳鉻一鎳硅 )；T 分度號(hào)（銅一康銅 )； E 分度號(hào) (鎳鉻一康銅 );J 分度號(hào) (鐵一康銅 );R 分度號(hào) (鉑銠 13 一鉑 ) 等熱電偶。2.1.1 熱電偶的工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體 （稱為熱電偶絲材或熱電極） 兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)， 在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)， 這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)， 而這種電動(dòng)

18、勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的， 其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端） ，另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端） ；冷端與顯示儀表或配套儀表連接， 顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。 當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)， 熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化， 將熱電勢(shì)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理， 即可得到溫度值。圖 2-1 兩種道題構(gòu)成的熱電偶由理論分析知道， 熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì) E AB（ T,T 0 ）是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。（ 1）接觸電勢(shì)產(chǎn)生的原因：我們知道，所有金屬導(dǎo)體都具有自由電子， 而不同的金屬材料中自由電子的濃度不同。當(dāng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體接觸時(shí)， 在接觸

19、面上因自由電子的濃度不同而發(fā)生電子擴(kuò)散。如果導(dǎo)體 A 的自由電子的濃度大于導(dǎo)體 B 的自由電子濃度，那么在單位時(shí)間內(nèi)，由導(dǎo)體 A 擴(kuò)散到導(dǎo)體 B 中去的電子數(shù)要比導(dǎo)體 B 擴(kuò)散到導(dǎo)體 A 去的電子數(shù)多，因而導(dǎo)體 A 失去電子而帶正電，導(dǎo)體 B 因獲得電子而帶負(fù)電。于是，在接觸表面上便形成了電場(chǎng)，如圖 2-2 所示。6西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)圖 2-2該電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散作用的進(jìn)一步進(jìn)行，當(dāng)擴(kuò)散作用和阻礙作用相等時(shí)，接觸面上的自由電子的擴(kuò)散便達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在這種平衡狀態(tài)下，A 和 B 兩導(dǎo)體之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢(shì)。它的數(shù)值取決于兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸處的溫度而與導(dǎo)體的形狀及尺寸無(wú)關(guān)。根據(jù)物理學(xué)可知，

20、兩個(gè)接點(diǎn)的接觸電勢(shì)分別為e AB (T)=U AT -U BT = kTlnN AT(1)ekT0N BTe AB (T 0 )=U AT0 -U BT0 =NAT0(2)elnNBT0為接觸處的絕對(duì)溫度（ K ）;N A 、N B 為導(dǎo)體 A 、式中： k 為波爾茲曼常數(shù)； T、T 0B 的自由電子濃度； e 為電子的電荷量。（ 2）溫差電勢(shì)產(chǎn)生的原因：對(duì)于任何金屬導(dǎo)體， 當(dāng)其兩端溫度不同時(shí)， 兩端的自由電子濃度不同， 溫度高的一端的自由電子濃度大，具有的動(dòng)能較大；溫度低的一端的自由電子濃度小，圖 2-3動(dòng)能也小。因此，高溫端的自由電子要向低溫端擴(kuò)散，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，高溫端失去電子而帶正

21、電，低溫端獲得電子而帶負(fù)電，從而在兩端形成溫差電勢(shì)。如圖2-3所示。溫差電勢(shì)的大小可表示為7西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)Te A (T,T 0 )=AdT（ 3）T0Te B (T,T 0 )=BdT（4）T0式中： e A (T,T 0 )、e B (T,T 0 )分別為導(dǎo)體 A 、B 兩端溫度為 T、 T 0 時(shí)形成的溫差電勢(shì)；A、 B 為湯姆遜系數(shù)。對(duì)于由導(dǎo)體 A 與 B 組成的熱電偶，如圖3 所示。當(dāng)溫度 T T 0 時(shí)，回路總的熱電勢(shì)為E AB (T ,T0 ) eAB (T )eAB (T0 )eA (T ,T0 )eB (T ,T0 )= k (T T0 ) ln N ATA ) d

22、T(5)( BeN BT0綜上所述，可得出有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論：1）如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，即則無(wú)論兩結(jié)點(diǎn)的溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零。AB,NANB,2）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，即 T T0 ,則盡管導(dǎo)體 A 、B 的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)也為零。因此，熱電偶兩結(jié)點(diǎn)必須存在溫差。3）熱電偶 A 、B 的熱電勢(shì)的大小與導(dǎo)體 A 、B 材料的中間溫度無(wú)關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。在金屬導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度，所以在同一種導(dǎo)體內(nèi)的溫差電勢(shì)極小，可以忽略。因此，在一個(gè)熱電偶回路中起決定作用的是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的與材料性質(zhì)

23、和該點(diǎn)溫度有關(guān)的接觸電勢(shì)。所以（5）式可以改寫成EAB (T ,T0)k (TT0 ) ln N AEAB (T ) EAB(T0)(6)eN B由（ 6）式可以看出，回路的總熱電勢(shì)是隨溫度 T 和 T0 變化的。在實(shí)際使用中很不方便，為此，在標(biāo)定熱電偶時(shí)，使 T0 為常數(shù)（通常是 T0 =0 0C ），即E （T） 常數(shù)AB0則（ 6）式可以改寫為EAB (T,T0 )EAB (T)C(T)（7）式（ 7）表明，當(dāng)熱電偶回路的自由端保持溫度不變時(shí)，熱電偶回路的總熱電勢(shì)只隨工作端的溫度變化而變化。兩個(gè)端點(diǎn)的溫差越大，回路中的總熱電勢(shì)也就越大。2.1.2 溫度傳感器的分類常用溫度傳感器熱電偶可分

24、為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶， 一般也沒有統(tǒng)一的分度表， 主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度8西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)傳感器熱電偶我國(guó)從 1988 年 1 月 1 日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型溫度傳感器熱電偶。2.1.3 熱電偶的

25、技術(shù)特點(diǎn) 測(cè)量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響； 測(cè)量范圍廣。 常用的溫度傳感器熱電偶從 -50+1600均可邊續(xù)測(cè)量， 某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測(cè)到 -269（如金鐵鎳鉻） ，最高可達(dá) +2800（如鎢 -錸）； 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。溫度傳感器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(lái)非常方便。2.1.4 熱電偶的結(jié)構(gòu)形成各種熱電偶盡管外形各有不同，但其基本結(jié)構(gòu)式一樣的。普通熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管、接線盒等四部分組成。如CAD 圖所示。（ 1）熱電極組成熱電偶的兩根細(xì)絲成為熱電極。熱電偶通常以熱電極材料種

26、類來(lái)命名。從理論上講，凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以組成熱電偶， 用來(lái)測(cè)量溫度。但實(shí)際上并不是所有的材料都可以組成熱電偶。 一般來(lái)說(shuō)，熱電極材料應(yīng)滿足一下要求：a) 在測(cè)量范圍內(nèi)，熱電性能穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化而變化；b) 在測(cè)量范圍內(nèi)，有足夠的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；c) 電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高；d) 組成熱電偶測(cè)溫時(shí)，產(chǎn)生熱電勢(shì)大，且希望熱電勢(shì)與被測(cè)溫度變化成單值線性或接近線性關(guān)系；e) 由足夠的機(jī)械強(qiáng)度及較好的耐振動(dòng)、耐、沖擊性；f) 材料復(fù)制性好、工藝性好，可制成標(biāo)準(zhǔn)分度，制作工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。但是，實(shí)際上沒有一種材料能滿足上述全部要求。 因此，在設(shè)計(jì)選用熱電偶

27、的電極材料時(shí)，要根據(jù)測(cè)溫的具體條件來(lái)加以選擇。（ 2）絕緣材料套管絕緣材料套管又稱為絕緣子，用來(lái)防止兩根熱電極短路。絕緣子一般呈橢圓形或圓形，中間有一個(gè)、兩個(gè)或四個(gè)小孔，孔德大小由熱電極的直徑?jīng)Q定。（ 3）保護(hù)管保護(hù)管的作用是使電極和待測(cè)溫度介質(zhì)隔離，使之免受化學(xué)的侵蝕和機(jī)械損傷。9西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)對(duì)保護(hù)管的要求是必須具有優(yōu)良的傳熱性能，能經(jīng)久耐用。前者指的是具有良好的導(dǎo)熱性，以改善熱電極對(duì)被測(cè)溫度變化的響應(yīng)速度，減少滯后；后者指的是耐高溫、耐急冷急熱、耐腐蝕，不分解出對(duì)電極有害的氣體，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。具體使用時(shí)應(yīng)根據(jù)熱電偶的類型、測(cè)溫范圍和使用條件來(lái)選擇保護(hù)管材料。（ 4）接線盒接

28、線盒供熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接之用。接線盒固定在熱電偶保護(hù)管上，一般用鋁合金制成，分為普通式和密封式兩種。2.2 溫度傳感器的選型本次設(shè)計(jì)溫度變送器采用的是江蘇恒大儀表 WRZ 系列一體化溫度變送器。江蘇恒大儀表的 WRZ 系列一體化溫度變送器熱電阻、熱電偶與變送器的完美結(jié)合，以十分簡(jiǎn)捷的方式把 -200 1300的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)420mA電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度精確測(cè)量與控制。WZR溫度變送器可與顯示儀、控制系統(tǒng)、記錄儀等調(diào)節(jié)器配套使用，并被廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電、醫(yī)藥、紡織、鍋爐等工業(yè)領(lǐng)域。圖 2-3 一體化溫度變送器2.2.1 技術(shù)指標(biāo)1) 基本誤差： 1.0%、 0.5%、 0.25%；

29、2) 輸出信號(hào)： 420mA；3) 負(fù)載電阻： 250 允許范圍為 0500 ；4) 供電電源： 24V DC 允許范圍為 18 30VDC ；5) 溫度漂移： 0.015%/；6) 環(huán)境溫度： -2560、相對(duì)濕度： 95%；7) 防爆等級(jí)： dIIBT4 。10西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)2.2.2 儀表主要特點(diǎn)二線制輸出、無(wú)需補(bǔ)償導(dǎo)線；抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)傳性能好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理安裝方便；小型化、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)；三線制、二線制輸入方法通用；液晶顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度，清晰度高，無(wú)視覺誤差。2.2.3 測(cè)溫范圍品測(cè)溫材料分度號(hào)測(cè)溫范圍名熱鎳鉻-康銅E01000范圍內(nèi)任選電鎳鉻-鎳硅K01300范圍內(nèi)任

30、選偶鉑銠 10- 鉑S01600范圍內(nèi)任選鉑銠 30- 鉑銠 6B01800范圍內(nèi)任選熱鉑熱電阻Pt100-200 600范圍內(nèi)任選電銅熱電阻Cu50-50 150范圍內(nèi)任選阻銅熱電阻Cu100-50 150范圍內(nèi)任選表 2-4注： 1、在測(cè)溫范圍 800以下、隔爆型機(jī)電一體化溫度變送器的防爆性能有效；2、可按用戶要求特殊設(shè)計(jì)、生產(chǎn)其它型號(hào)的變送器。2.2.4 結(jié)構(gòu)形式11西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)圖 2-52.2.5 接線盒形式12西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)圖 2-613西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)3 其他傳感器選型3.1 壓力變送器本次設(shè)計(jì)壓力變送器采用的是上海自動(dòng)化儀表四廠YSG-2/3/4 系

31、列電感壓力變送器。YSG 系列壓力變送器為電感壓力（微壓）變送器，主要適用于工業(yè)生產(chǎn)過程和測(cè)量系統(tǒng)中用以測(cè)量各種非結(jié)晶和非凝固的對(duì)鋼或鐵及其合金不起腐蝕作用的流體介質(zhì)的壓力或負(fù)壓。本儀表既能將被測(cè)介質(zhì)的壓力值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流的電流信號(hào)，以便于較長(zhǎng)距離傳送測(cè)量值，而最終能在中央控制室中與二次儀表進(jìn)行配套，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)檢測(cè)與控制，又具有機(jī)械式指針直接指示壓力值的特點(diǎn)，以便于現(xiàn)場(chǎng)工藝檢查和調(diào)校。圖 3-1 YSG 電感壓力變送器測(cè)量范圍：表 3-214西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)使用條件：1)使用環(huán)境條件： -1055相對(duì)濕度不大于85；2)溫度影響：使用溫度偏離205，其溫度附加誤差不大于0.7

32、5%/10。3.2 物位計(jì)本次設(shè)計(jì)物位計(jì)采用上海質(zhì)諾電子有限公司的 VEGACAP系列物位測(cè)量?jī)x表。這種電容式物位測(cè)量?jī)x表幾乎可以廣泛的用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 傳感器和容器組成一個(gè)電容器。物位的變化會(huì)造成電容的變化， 電容的變化可以通過電子部分進(jìn)行分析處理， 并轉(zhuǎn)換成一個(gè)開關(guān)命令。電容物位儀表非常堅(jiān)固耐用， 且免維護(hù)，可以用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 全絕緣型的傳感器特別適用于測(cè)量液體， 半絕緣的傳感器適用于測(cè)量固體介質(zhì)。 而且測(cè)量粘附性或腐蝕性的介質(zhì)絕對(duì)沒有問題。 由于電容式儀表對(duì)于安裝沒有特殊的要求， 所以很多應(yīng)用上可以改用 VEGACAP60系列。圖 3-3電容式物位計(jì)產(chǎn)品選型：VEGACAP62典型

33、應(yīng)用：固體，不導(dǎo)電液體類型：棒式，半絕緣，同軸套管絕緣： PTFE長(zhǎng)度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）VEGACAP6315西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)典型應(yīng)用：導(dǎo)電液體類型：棒式，全絕緣，同軸套管絕緣： PE,PTFE長(zhǎng)度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）VEGACAP64典型應(yīng)用：粘附性導(dǎo)電液體類型：棒式，半絕緣絕緣： PTFE長(zhǎng)度： 0.26M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50130過程壓力： -164bar（ -

34、1006400kPa）BEGACAP65典型應(yīng)用：不導(dǎo)電液體類型：纜式，半絕緣絕緣： PTFE長(zhǎng)度： 0.432M過程連接：螺紋從G3/4A過程溫度： -50200過程壓力： -164bar（ -1006400kPa）3.3 流量計(jì)本次設(shè)計(jì)采用江蘇華清儀表有限公司的HQ-HLUG系列流量計(jì)。 HQ-HLUG 系列帶溫壓補(bǔ)償一體式渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。 一體式渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大 ,精度高 ,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高 ,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。一

35、體式渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器 ,可靠性高 ,可在 -20 +250的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的16西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)流量。一體式渦街流量計(jì) VSF 輸出的脈沖頻率信號(hào)不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。 但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測(cè)質(zhì)量流量， 這時(shí)流量計(jì)的輸出信號(hào)應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度，流體物性和組分對(duì)流量計(jì)量還是有直接影響的。渦街流量計(jì)便是依據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測(cè)量的新型流量計(jì)。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能

36、力， 無(wú)需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測(cè)量蒸汽、 空氣、氣體、水、液體的工況體積流量， 配備溫度、壓力傳感器可測(cè)量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量， 是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。圖 3-4 一體式渦街流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)：氣體、液體、蒸氣；口徑規(guī)格：法蘭卡裝式口徑選擇25,32,50,80,100；法蘭連接式口徑選擇： 100,150,200；流量測(cè)量范圍：正常測(cè)量流速范圍雷諾數(shù) 1.5 104 4106；氣體 550m/s; 液體 0.57m/s；測(cè)量精度： 1.0 級(jí) 1.5 級(jí)；高溫： 25 150 -25 250；輸出信號(hào)：脈沖電壓輸出信號(hào)高電平 810V 低電平 0.71.3V ；脈沖占空比：約50%,傳

37、輸距離為 100m；脈沖電流遠(yuǎn)傳信號(hào)： 420 mA,傳輸距離為 1000m；儀表使用環(huán)境：溫度 :-25 +55 濕度 :590% RH50；材質(zhì)：不銹鋼 , 鋁合金；17西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)電源： DC24V 或鋰電池 3.6V；防爆等級(jí)：本安型EX iaIIbT3-T6 ；防護(hù)等級(jí)： IP65。3.4 加速度傳感器本次設(shè)計(jì)采用康泰電子 ULT 系列加速度傳感器。 IEPE 加速度傳感器 , 是在傳感器內(nèi)部集成了微型集成電路放大器 (mini IC) 的壓電加速度傳感器 ,將傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體 , 能直接與采集或記錄儀器連接 , 簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng) , 提高了測(cè)試精

38、度和可靠性 , 同時(shí)具有低阻抗輸出、抗干擾、噪聲小、性價(jià)比高、安裝方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。圖 3-5 IEPE壓電加速度傳感器IEPE 壓電加速度傳感器指標(biāo)：? 恒流源供電： 220mA, 典型值： 4mA( 信號(hào)調(diào)理器供電電壓范圍 :1830VDC,典型值： 24VDC) ；? 線性 1%；? 橫向靈敏度 5%，典型值 3%；? 輸出偏壓： 8-12Vdc；? 輸出阻抗： 150；? 放電時(shí)間常數(shù)： 0.2秒；? 溫度范圍： -40+120；? 安裝力矩：約 2030Kgf.cm(M5 螺紋 ) 。18西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)4 結(jié)論為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。 在這次的課程設(shè)計(jì)中， 不僅檢驗(yàn)了我們所

39、學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我們?nèi)绾稳グ盐找患虑?，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。使我們深深懂得了許多測(cè)試?yán)碚摵头椒ㄖ挥型ㄟ^實(shí)際驗(yàn)證才能加深理解并真正掌握。實(shí)驗(yàn)就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)， 掌握各類典型傳感器、 記錄儀器的基本原理和適用范圍；課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。 在設(shè)計(jì)過程中我們自學(xué)了很多知識(shí)， 同時(shí)也著重復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識(shí)， 了解了如何確定方案， 加強(qiáng)了我們動(dòng)手、 思索和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題， 但經(jīng)過一次有一次的思考， 一遍又一遍的檢查，終于找出了原因所在， 也暴露除了前期我在這方面的知識(shí)的欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。 實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手設(shè)計(jì)， 使我