《化工傳熱與控制技術》課件-項目12溫度測量及顯示儀表、安全控制方案

CaloriesChemicalIndustry12.1

溫度測量及顯示儀表化工傳熱與控制技術12.1

溫度測量及顯示儀表1.

溫度計的分類（一）溫度計的分類1.按測量范圍分高溫計（600℃以上）、溫度計（600℃以下）2.按用途分標準儀表、實用儀表3.按工作原理分膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計、輻射高溫計。4.按測量方式分接觸式溫度計、非接觸式溫度計12.1

溫度測量及顯示儀表2.

常用溫度計的種類及適用溫度(1)溫度計接觸式非接觸式膨脹式玻璃液體：-50~600℃雙金屬：-80~600℃液體：-30~600℃氣體：-20~600℃蒸汽：0~250℃鉑銠-鉑：0~1600℃鎳鉻-鎳硅：-50~1000℃鎳鉻-考銅：-50~600℃鉑：-200~600℃、銅：-50~150℃壓力式熱電偶熱電阻熱輻射：400~2000℃光輻射：700~3200℃比色：900~1700℃光電式：0~3500℃熱電式：200~2000℃輻射式紅外線12.1

溫度測量及顯示儀表2.

常用溫度計的種類及適用溫度(2)溫標將標準大氣壓下純水的冰點定為0度，沸點定為100度，在0~100之間分100等分，每一等分為1攝氏度，用符號t表示，單位為℃。攝氏溫度將標準大氣壓下純水的冰點定為32度，沸點定為212度，在32~212之間分180等分，每一等分為1華氏度，符號為T。華氏溫度換算關系：T=(1.8t+32)°F12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（1）膨脹式溫度計利用液體受熱膨脹并沿玻璃毛細管延伸而直接顯示溫度。玻璃液體溫度計（液體膨脹式）不同金屬受熱膨脹程度不同，雙金屬片在受熱情況下發生彎曲而顯示溫度。雙金屬溫度計（固體膨脹式）12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（2）壓力式溫度計利用液體蒸發或氣體膨脹而引起的壓力變化進行測量。基于封閉系統中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化的原理制成，通過壓力表測量這種變化來獲取溫度。工作原理組成部分溫包：直接與被測介質相接觸以感受溫度變化，用于傳熱、容納膨脹介質，要求具有高強度、低膨脹系數、高熱導率、抗腐蝕性等特性。毛細管：傳遞壓力變化，其直徑越細、長度越長，傳遞壓力的滯后現象越嚴重。彈簧管：壓力表使用的彈性元件，用于顯示壓力（溫度）。12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（3）輻射式高溫計基于物體熱輻射作用來測量溫度。工作原理廣泛用于測量高于800℃的溫度，在化工生產中，常與熱電偶和熱電阻配合使用進行溫度測量。應用場景12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（4）熱電偶溫度計以熱電效應為基礎，由兩種不同材料的導體A和B焊接而成。不同金屬電子密度不同，兩金屬接觸面因電子擴散產生電場（熱電現象），電子在擴散作用和電場力作用下最終達到平衡。接觸電勢差僅與兩金屬材料及接觸點溫度有關，溫度越高，金屬中自由電子越活躍，由A遷移到B的自由電子越多，接觸面電場強度增加，接觸電動勢增高。在熱電偶材料確定后，電勢僅與溫度有關，故稱熱電勢。若組成熱電偶回路的兩種導體材料相同，無論兩接點溫度如何，閉合回路總熱電勢為零；若熱電偶兩接點溫度相同，即便兩導體材料不同，閉合回路總熱電勢也為零。工作原理12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（4）熱電偶溫度計單位溫度變化的熱電勢大，且盡量接近線性關系；熱電性質穩定；化學穩定性好，高溫下抗氧化、抗腐蝕；具有較好的延展性，易于加工；復現性好，便于批量生產和互換。材質與選擇要求選擇時需考慮測量范圍、放大系數（以分度值表示）、測量精度、抗腐蝕能力、價格等因素。12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（4）熱電偶溫度計熱電極工作部分，為組成熱電偶的兩根熱偶絲，正負熱電極材料不同。絕緣子防止電極與電極、套管短路，材料選取由使用溫度范圍而定。保護套管保護熱電極不受化學腐蝕和機械損傷，要求耐高溫、耐腐蝕、能承受溫度劇變、有較好氣密性、高熱導系數。接線盒供熱電極和補償導線連線之用。12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（5）熱電阻溫度計熱電偶溫度計適用于測量500℃以上的較高溫度，對于500℃以下的中、低溫度，其輸出熱電勢小，對二次儀表的放大器、抗干擾措施等要求高，且冷端溫度變化引起的相對誤差突出，不易全補償，因此中、低溫度測量一般選用熱電阻溫度測量儀表。適用場景基于電阻的熱效應，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化，通過測量感溫熱電阻的阻值變化來確定被測溫度。測溫原理12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（5）熱電阻溫度計分類及比較電阻值和溫度近似滿足一定關系式，適用于

-200~500℃范圍內的溫度測量，具有測量準確、穩定性好、性能可靠等特點，在過程控制領域應用極其廣泛。（1）金屬熱電阻溫度系數更大，常溫下電阻值更高（通常在數千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍僅為-50~300℃左右，大量用于家電和汽車的溫度檢測和控制。（2）半導體熱敏電阻12.1

溫度測量及顯示儀表3.

各類溫度計詳細介紹（5）熱電阻溫度計作為熱電阻的金屬材料需滿足溫度系數盡可能大且穩定、電阻率大、在使用溫度范圍內化學和物理性能穩定、復制性好、電阻值隨溫度變化為單值函數關系（最好呈線性關系）等要求。工業常用金屬熱電阻我國常用的鉑熱電阻有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等，分度號分別為Pt10、Pt100和Pt1000；銅熱電阻有R0=

50Ω和R0=100Ω兩種，分度號分別為Cu50和Cu100，其中Pt100和Cu50應用更為廣泛。12.1

溫度測量及顯示儀表4.

溫度檢測儀表的選用（1）就地指示雙金屬溫度計：精度不高。（2）熱電偶：適用于測量500~1800℃范圍的中高溫度，在線檢測。（4）輻射式溫度計：一般用于200℃以上的高溫測量。（3）熱電阻：適用于測量500℃以下的中低溫度，在線檢測。（5）注意事項：使用熱電阻、熱電偶時，需根據相應要求確定合適的分度號。CaloriesChemicalIndustry12.2

換熱器安全控制方案化工傳熱與控制技術引言：換熱過程與控制目標確保生產流程的安全、高效與穩定是換熱控制的根本宗旨。核心環節：換熱是能量交換的核心，直接影響產品質量和生產效率。控制關鍵：精確調控介質溫度是安全控制的關鍵，避免安全隱患或產品報廢。最終目標：保證出口溫度穩定，確保生產過程安全、高效、連續運行。核心控制策略：PID調節器比例(P)作用快速響應偏差，偏差越大，動作越迅速，如同“消防員”。積分(I)作用清除靜態誤差，確保溫度精確穩定，如同“清潔工”。微分(D)作用預測變化趨勢，提前抑制波動，如同“預言家”。三者協同工作，實現對溫度的快速、精準控制，是工業界的首選策略。無相變換熱器控制方案通過溫度傳感器檢測出口溫度，PID控制器根據偏差調節載熱體閥門開度以改變流量。優點是簡單可靠，但要求載熱體壓力穩定。調節載熱體流量接調節工藝流量或采用旁路分流。優點是響應快、克服滯后能力強，但需換熱器有足夠裕量，且載熱體需高負荷運行。調節工藝介質自身流量一側有相變換熱器控制方案第一類：利用冷凝潛熱加熱通過調節疏水閥改變冷凝液液位，從而改變有效傳熱面積。液位越高，傳熱面積越小，以此控制出口溫度。方案一：控制冷凝液排出量引入流量/壓力副回路，快速抑制蒸汽壓力波動等干擾，使主變量（出口溫度）控制更精準、更穩定。方案二：串級控制GC2

(s)GV(s)GP2(s)Gf2(s)GP1(s)Gf2(s)Gm2(s)Gm1(s)GC1(s)r1e1e2u2e2=u1--ym2ym1y2F2y1F1一側有相變換熱器控制方案其他類型這類換熱器通常使用液氮、液氨等介質，它們在汽化過程中會吸收大量熱量，從而為工藝介質提供低溫環境。其控制方案通常是通過調節節流閥的開度，來控制制冷劑的蒸發壓力和溫度，進而實現對工藝介質出口溫度的控制。第二類：利用汽化潛熱制冷再沸器是精餾塔的重要組成部分，用于將塔底液體部分汽化，產生上升蒸汽。其控制方案比較復雜，需要根據具體的工藝流程和操作條件進行設計，常見的有控制加熱蒸汽流量、控制塔底液位等方案。方第三類：再沸器當換熱器的兩側流體都發生相變時，例如用蒸汽加熱的蒸發器，其控制原理與一側有相變的情況類似，但由于兩個相變過程相互影響，系統會更復雜一些。兩側有相變換熱器控制方案通過調節蒸汽入