熱工控制儀表緒論熱工控制儀表在工業過程控制中起著至關重要的作用，用于測量、調節和控制溫度、壓力、流量等關鍵參數，確保生產安全、穩定和高效。1.熱工控制儀表的基本概念定義熱工控制儀表主要測量、顯示、控制和調節工業生產過程中溫度、壓力、流量、液位等物理量。作用熱工控制儀表用于保證工業生產過程的安全、穩定、高效運行，提高產品質量，降低能耗。1.1熱工控制儀表的定義11熱工控制儀表是指測量、顯示、調節和控制工業生產過程中熱工參數的儀器設備。22熱工參數包括溫度、壓力、流量、液位等，是工業生產中不可或缺的控制指標。33熱工控制儀表可以實現對生產過程的自動控制，提高生產效率和產品質量。44熱工控制儀表在工業自動化領域應用廣泛，例如電力、化工、冶金等行業。1.2熱工控制儀表的特點高精度熱工控制儀表能準確測量和控制溫度、壓力、流量等參數。可靠性高熱工控制儀表通常采用先進的技術和材料，確保其在惡劣環境中也能穩定工作。響應速度快熱工控制儀表能快速響應被控參數的變化，及時進行調整和控制。自動化程度高熱工控制儀表可實現自動測量、控制和記錄，提高了生產效率和安全性。1.3熱工控制儀表在工程中的應用火力發電廠熱工控制儀表在火力發電廠中發揮著至關重要的作用，用于監控和調節鍋爐、汽輪機等設備的運行參數，確保發電效率和安全穩定運行。化工生產車間在化工生產車間，熱工控制儀表用于控制反應釜、分離器、蒸餾塔等設備的溫度、壓力和流量，保證生產工藝的安全和產品質量。大型煉油廠煉油廠中，熱工控制儀表用于監控和調節反應器、蒸餾塔、脫硫裝置等設備的運行參數，確保煉油過程的安全和效率。鋼鐵冶金廠鋼鐵冶金廠中，熱工控制儀表用于監控和調節高爐、轉爐、軋鋼機等設備的溫度、壓力和流量，確保冶煉過程的穩定性和產品質量。溫度的度量溫度是熱工控制儀表中最常見的測量參數之一。了解溫度的概念、單位和測量方法對于理解熱工控制系統至關重要。2.1溫度的概念物質狀態溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。分子運動溫度反映了物質內部微觀粒子運動的劇烈程度。熱量傳遞溫度是熱量傳遞的方向和程度的標志。2.2溫度單位及轉換溫度單位是用來表示溫度大小的單位。常用的溫度單位有攝氏度（℃）、華氏度（℉）、開爾文（K）等。0攝氏度以冰點為0度，沸點為100度的溫標。32華氏度以冰點為32度，沸點為212度的溫標。273.15開爾文以絕對零度為0度的溫標。不同溫度單位之間可以相互轉換，常用的轉換公式如下：℃=(℉-32)×5/9℉=℃×9/5+32K=℃+273.152.3常見的溫度測量原理熱電偶熱電偶利用兩種不同金屬導體形成回路，當回路中兩接點溫度不同時，就會產生電動勢，這種電動勢的大小與溫度差成正比。熱敏電阻熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，溫度升高時阻值下降，溫度降低時阻值升高。鉑電阻鉑電阻利用純鉑金屬的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，鉑電阻具有高精度、高穩定性、可重復性好的優點。3.壓力的測量壓力是作用在物體表面上的力，單位面積上的力稱為壓強。壓力測量是熱工控制儀表的重要組成部分，在工業生產過程中具有重要的應用價值。3.1壓力的概念壓力定義壓力是指作用于物體表面上的力，單位面積上的力稱為壓強。壓力的大小通常用帕斯卡(Pa)或千帕(kPa)表示。3.2常見的壓力測量原理壓力表通過彈性元件形變來測量壓力，并用指針指示刻度。壓力傳感器利用敏感元件的物理性質變化來測量壓力，例如電阻應變片、壓電式傳感器等。壓力計利用液體靜壓平衡原理來測量壓力，常用于測量微小壓力差。3.3壓力單位及轉換單位符號定義轉換關系帕斯卡Pa1牛頓力作用在1平方米面積上產生的壓力1Pa=1N/m2千帕kPa1000帕斯卡1kPa=1000Pa兆帕MPa1000000帕斯卡1MPa=1000kPa巴bar100000帕斯卡1bar=100kPa公斤力/平方厘米kgf/cm21公斤力作用在1平方厘米面積上產生的壓力1kgf/cm2=98.0665kPa大氣壓atm標準大氣壓，約為101325帕斯卡1atm=101.325kPa4.流量的測量流量是指在單位時間內通過管道或容器截面的流體體積或質量。流量測量是熱工控制系統中的重要組成部分，它可以幫助我們了解流體的流動狀態，從而控制流體的流速、流量和方向，并調節相關設備的運行狀態。4.1流量的概念11.流量定義流量是指單位時間內流過某一截面的流體體積或質量。22.流量單位常見的流量單位有立方米每秒（m3/s）、升每秒（L/s）、立方米每小時（m3/h）等。33.流量類型流量可以分為體積流量和質量流量，體積流量是指單位時間內流過某一截面的流體體積，質量流量是指單位時間內流過某一截面的流體質量。44.流量測量流量測量是熱工控制儀表中非常重要的一個環節，它廣泛應用于工業生產、科研等領域。4.2常見的流量測量原理差壓式流量測量利用流體流經節流裝置前后的壓差來測量流量，節流裝置可以是文丘里管、噴嘴或孔板等。渦街流量計當流體流過渦街流量計的測量管時，會在管內產生交替的渦流，利用渦流產生的頻率來測量流量。電磁流量計利用法拉第電磁感應定律，在磁場中運動的導電流體會在其兩端產生感應電動勢，根據感應電動勢的大小來測量流量。超聲波流量計利用超聲波在流體中的傳播時間差異來測量流量，分為時間差法和多普勒法兩種。4.3流量單位及轉換L/hm3/hm3/skg/ht/h流量單位常用L/h、m3/h、m3/s等，不同單位之間可以通過換算關系進行轉換。熱工參數的測量方法熱工參數測量是熱工控制儀表的重要組成部分，準確可靠的測量是實現精準控制的基礎。5.1熱工參數測量的一般要求準確性測量結果要與實際值相符，誤差要控制在允許范圍內。可靠性儀表能夠穩定地工作，不受環境因素的影響。靈敏度儀表能夠對微小的變化做出反應，確保測量結果的敏感性。響應速度儀表能夠及時地響應被測參數的變化，確保測量結果的及時性。5.2熱工參數測量的基本方法1直接測量直接測量是將測量元件直接接觸到被測對象，獲得熱工參數的直接測量方法。2間接測量間接測量是通過測量與熱工參數相關的其他參數，再根據相關公式進行計算，從而獲得熱工參數的測量方法。3組合測量組合測量是將直接測量和間接測量相結合，以提高測量精度和效率。5.3熱工參數測量的誤差分析系統誤差系統誤差通常由儀表本身的缺陷或校準誤差引起。例如，溫度傳感器可能存在偏差，導致測量結果偏高或偏低。系統誤差可以通過仔細校準儀表和使用高質量的傳感器來減少。隨機誤差隨機誤差是不可預測的誤差，通常由環境因素或測量過程中的隨機波動引起。例如，溫度變化、氣壓變化或測量過程中產生的噪聲都可能導致隨機誤差。隨機誤差可以通過重復測量并取平均值來減小。熱工控制儀表的基本組成熱工控制儀表由測量元件、信號處理單元和控制執行單元組成。這三個單元共同協作，實現對溫度、壓力、流量等參數的測量和控制。6.1測量元件11.溫度測量元件常用的溫度測量元件有熱電偶、熱電阻、雙金屬片等。22.壓力測量元件常用的壓力測量元件有彈簧管式壓力表、膜片式壓力表、差壓變送器等。33.流量測量元件常用的流量測量元件有孔板流量計、渦街流量計、電磁流量計等。44.液位測量元件常用的液位測量元件有浮子式液位計、電容式液位計、超聲波液位計等。6.2信號處理單元信號轉換將測量元件輸出的信號轉換為標準信號。信號放大放大信號，提高信號強度，降低干擾。信號濾波濾除信號中的噪聲，提高信號質量。信號處理對信號進行線性化、校正等處理，提高測量精度。6.3控制執行單元執行機構執行機構接受來自控制單元的信號，并驅動調節閥、電動機等設備，實現對過程變量的調節。執行機構種類執行機構類型多樣