1、中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 1 温度测量仪表课件温度测量仪表课件 第一章第一章 概述概述 第二章第二章 膨胀式温度计膨胀式温度计 第三章第三章 热电偶温度计热电偶温度计 第四章第四章 热电阻温度计热电阻温度计 第五章第五章 接触式温度计的安装接触式温度计的安装 本篇小结本篇小结 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 2 第一章第一章 概述概述 常用常用: 玻璃温度计玻璃温度计、压力温度计压力温度计、双金属温度计双金属温度计、 热电偶温度计热电偶温度计、热电阻温度计热电阻温度计等等。 返回 下一页 一、温度测量方法一、温度测量方法 1. 1. 接触式测温
2、接触式测温 任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然要发生任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然要发生 热交换热交换现象，热量将由温度高的物体传向温度低的物现象，热量将由温度高的物体传向温度低的物 体，直到两物体完全达到体，直到两物体完全达到热平衡热平衡状态为止。状态为止。 要求要求: 测温物体的物理性质必须是连续、单值地随温测温物体的物理性质必须是连续、单值地随温 度变化，并且复现性好度变化，并且复现性好。 需满足条件：需满足条件：感温部件与被测介质感温部件与被测介质充分接触充分接触； 保证保证热交换时间热交换时间。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 3 2. 2. 非接触
3、式测温非接触式测温 返回 测温元件的任何部位均不与被测物体相接触测温元件的任何部位均不与被测物体相接触。 目前多以目前多以辐射式辐射式为主，通过被测物体与感温元件之间为主，通过被测物体与感温元件之间 的的热辐射热辐射作用实现测温。作用实现测温。 特点：特点：不会破坏被测对象的温度场，可测移动或转不会破坏被测对象的温度场，可测移动或转 动物体的温度，可通过扫描的方法测得物体表面的温动物体的温度，可通过扫描的方法测得物体表面的温 度。反映速度较快，测温范围很广，原理上不受温度度。反映速度较快，测温范围很广，原理上不受温度 上限的限制。上限的限制。 受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等介受物体
4、发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等介 质的影响，准确性不高，通常用来测量质的影响，准确性不高，通常用来测量1000以上的以上的 移动、旋转或反应迅速的高温物体温度。移动、旋转或反应迅速的高温物体温度。 下一页 上一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 4 按测量方式：接触式和非接触两类按测量方式：接触式和非接触两类。 返回 二、温标二、温标 1. 1. 摄氏温标摄氏温标（用（用 t 表示，单位记为表示，单位记为。）。） 2. 2. 国际温标国际温标 热力学温度是基本温度，用热力学温度是基本温度，用 T 表示，单位表示，单位开尔文开尔文， 记为记为。 三、温度测量仪表的分类
5、三、温度测量仪表的分类 按工作原理：膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。按工作原理：膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。 规定规定: : 水的三相点热力学温度为水的三相点热力学温度为273.16273.16； 定义定义 1K=1273.16。 0 = 273.15K t T - 273.15 各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表4 4- -1 1- -1 1。 上一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 5 第二章第二章 膨胀式温度计膨胀式温度计 返回 第一节第一节 玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计 第二节第二节 压力式温度计压力式温度计
6、第三节第三节 双金属温度计双金属温度计 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 6 第一节第一节 玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计 测温原理测温原理 结构与分类结构与分类 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 7 一、测温原理一、测温原理 液体受热后体积膨胀和温度的关系可用下式表示：液体受热后体积膨胀和温度的关系可用下式表示： Vt 液体在液体在t时的体积时的体积; Vt0 液体在液体在t0时的体积时的体积; 液体的体积膨胀系数液体的体积膨胀系数; 盛液容器盛液容器的体积膨胀系数的体积膨胀系数。 返回 V Vt tV Vt0 t0( ( )(t)(tt t0
7、 0) ) 与与差别越大，灵敏度越高差别越大，灵敏度越高。 (4(42 2- -1)1) 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 8 二、结构与分类二、结构与分类 1. 1. 按结构分为按结构分为 棒状温度计棒状温度计 内标尺式温度计内标尺式温度计 外标尺式温度计外标尺式温度计：毛细管固定在标尺板上，多用来：毛细管固定在标尺板上，多用来 测室温。测室温。 2. 2. 按用途分为按用途分为 标准温度计：标准温度计：有棒状、内标尺式的，分一等和二等，有棒状、内标尺式的，分一等和二等， 分度值为分度值为0.050.050.10.1。 工业用温度计工业用温度计 实验室用温度计：实验室用温
8、度计：形式与标准的相仿，精度较高。形式与标准的相仿，精度较高。 返回 一般为内标尺式。一般为内标尺式。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 9 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 10 第二节第二节 压力式温度计压力式温度计 结构结构 测温原理测温原理 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 11 一、结构一、结构 温包内充填的感温介质有温包内充填的感温介质有气体、液体及蒸发液体气体、液体及蒸发液体等。等。 毛细管容积毛细管容积温包容积温包容积，通常为铜或不锈钢冷拉无，通常为铜或不锈钢冷拉无 缝管，内径缝管，内径0.4mm左右，长度
9、左右，长度 50m。 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 12 二、测温原理二、测温原理 )( 0 0 ttpp tt 返回 液体压力温度计液体压力温度计 若忽略温包、毛细管和弹性元件组成的密封系统容若忽略温包、毛细管和弹性元件组成的密封系统容 积变化，积变化，对一定质量的液体，压力与温度的关系可表对一定质量的液体，压力与温度的关系可表 示为：示为： Pt工作液在工作液在t 时的压力时的压力; Pt0 工作液在工作液在t0时的压力时的压力; 工作液的体积膨胀系数工作液的体积膨胀系数; 工作液工作液的可压缩系数。的可压缩系数。 多以多以有机液有机液（甲苯、酒精、戊烷等）或
10、（甲苯、酒精、戊烷等）或水银水银作感温作感温 介质。介质。 tP 即：即： 下一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 13 第三节第三节 双金属温度计双金属温度计 测温原理测温原理 双金属温度计的结构双金属温度计的结构 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 14 一、测温原理一、测温原理 t d l Gx 2 x 双金属片自由端的位移；双金属片自由端的位移； l 双金属片的长度；双金属片的长度； d 双金属片的厚度；双金属片的厚度； t 双金属片的温度变化量；双金属片的温度变化量； G 弯曲率弯曲率 返回 两种膨胀系数不同的金属组成两种膨胀系数不同的金
11、属组成固体膨胀式固体膨胀式温度计。温度计。 测量范围测量范围 - -8080600600， 精度精度1 1、1.51.5、2.52.5级。级。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 15 二、双金属温度计的结构二、双金属温度计的结构 返回 下一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 16 返回 上一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 17 第三章第三章 热电偶温度计热电偶温度计 返回 第一节第一节 测温原理测温原理 第二节第二节 热电偶材料与结构热电偶材料与结构 第三节第三节 热电偶冷端温度的处理方法热电偶冷端温度的处理方法 第四节第四节
12、 热电偶测温线路及误差分析热电偶测温线路及误差分析 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 18 第一节第一节 测温原理测温原理 概述概述 温差电势温差电势 接触电势接触电势 热电偶的基本定律热电偶的基本定律 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 19 概概 述述 返回 两种不同导体或半导体连接成闭合回路，若两个两种不同导体或半导体连接成闭合回路，若两个 接点的温度不同，在该回路内就会产生热电动势，接点的温度不同，在该回路内就会产生热电动势， 此现象称此现象称热电效应热电效应。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 20 一、温差电势一、温差
13、电势 同一导体中，因其两端温度不同而产生的热电势。同一导体中，因其两端温度不同而产生的热电势。 t t AA dttte 0 ),( 0 返回 （4 4- -3 3- -1 1） A A 导体的汤姆逊系数。表示 导体的汤姆逊系数。表示 温差温差1(1(或或1K)1K)所产生的电动势，所产生的电动势， 与材料性质及两端温度有关。与材料性质及两端温度有关。 温差电势只与导体材料性质和两端温度有关，与导温差电势只与导体材料性质和两端温度有关，与导 体长度、截面及沿导体长度上的温度分布无关。体长度、截面及沿导体长度上的温度分布无关。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 21 二、接触
14、电势二、接触电势 两种电子密度不同的导体接触时产生的热电势。两种电子密度不同的导体接触时产生的热电势。 B A AB N N e kt teln)( k 波尔兹曼常数；波尔兹曼常数； e 单位电荷；单位电荷； NA、NB温度为温度为t时时， A、B导体导体 的电子密度；的电子密度； t 接触点的温度接触点的温度。 返回 下一页 （4 4- -3 3- -2 2） 只与两种导体的性质和接触点温度有关。只与两种导体的性质和接触点温度有关。 若两导体材料一定若两导体材料一定，仅与其接点温度有关仅与其接点温度有关。 teAB(t) 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 22 热电偶回路
15、总电势热电偶回路总电势 EAB(t,t0)eAB(t) +eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) t t A Bt At t t B Bt At dt N N e kt dt N N e kt 0 0 0 0 lnln 0 eAB(t)-eBA (t) EAB(t,t0)-EBA(t,t0)-EAB(t0 ,t) 温差电势温差电势接触电势接触电势，则回路总电势，则回路总电势EAB(t,t0)的方向的方向 取决于取决于eAB(t)的方向的方向。脚标。脚标ABAB的顺序表示热电势的方向的顺序表示热电势的方向， 若顺序改变，则热电势符号也随之改变。即：若顺序改变，则热电势符号也随之改变。
16、即： 返回 ( (4 4- -3 3- -3 3) ) A A、B B导体材料确定，导体材料确定，t t0 0不变，总电势为不变，总电势为t t的单值函数。的单值函数。 不同热电极制成的热电偶，在相同温度下产生的热不同热电极制成的热电偶，在相同温度下产生的热 电势不同，见各热电偶电势不同，见各热电偶分度表分度表。 上一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 23 三、热电偶的基本定律三、热电偶的基本定律 eC(t1,t1)0 eBC(t1)-eCB(t1) eBA(t0)-eAB(t0) eA(t0,t)-eA(t,t0) eB(t,t1)+eB(t1,t0)eB(t,t0)
17、 上一页 下一页 返回 （一）中间导体定律（一）中间导体定律 EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t1)+eBC(t1)+eC(t1,t1) +eCB(t1)+eB(t1,t0)+eBA(t0)+eA(t0,t) 据温差和接触电势定义，可得据温差和接触电势定义，可得 则上式可整理为则上式可整理为 EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) EAB(t,t0) 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 24 上一页 下一页 返回 同理：同理：可证图可证图(b)(b)，回路中，回路中2 2、3 3 接点温度均为接点温度均为t
18、 t0 0 ，回路中总热，回路中总热 电势仍为电势仍为EAB(t,t0) 。 中间导体定律：中间导体定律：回路中引入第三回路中引入第三 种导体种导体C C时，只要保持导体时，只要保持导体C C两端两端 温度相同，则对总电势无影响。温度相同，则对总电势无影响。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 25 由一种均质导体组成的闭合回路由一种均质导体组成的闭合回路，无论导体截面无论导体截面、 长度以及各处温度分布如何长度以及各处温度分布如何，均不产生热电势均不产生热电势。 0ln)( 0ln)( 1 1 0 0 A A AA A A AA N N e kt te N N e kt t
19、e ( (二二) )均质导体定律均质导体定律 上一页 下一页 返回 定律说明：定律说明：若两热电极分别由若两热电极分别由两种均质导体两种均质导体组成，则组成，则 热电势仅与两接点温度有关，与沿热电极的温度分布热电势仅与两接点温度有关，与沿热电极的温度分布 无关。无关。 用于衡量热电极材料的均匀性用于衡量热电极材料的均匀性。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 26 EABBA(t,tn,t0) = EAB(t,tn) + EAB(tn,t0) EAB(t,t0)= EAC(t,t0) - EBC(t,t0) = EAC(t,t0)+ ECB (t,t0) （三）中间温度定律（
20、三）中间温度定律 返回 （四）（四） 标准电极定律标准电极定律 若连接点温度为若连接点温度为tn，连接导体，连接导体A或或B的热电特性与的热电特性与A、 B相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的 代数和。即代数和。即 导体导体A、B分别与导体分别与导体C组成热电偶，测量端温度均组成热电偶，测量端温度均 为为t，参考端均为，参考端均为t0 ，则，则 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 27 第二节第二节 热电偶材料与结构热电偶材料与结构 返回 热电偶材料及特性热电偶材料及特性 热电偶的结构热电偶的结构 中国石油管道学院中国石
21、油管道学院 2021/2/24 28 下一页 （一）标准化热电偶（一）标准化热电偶 一、热电偶材料及特性一、热电偶材料及特性 1 1铂铑铂铑10 10铂 铂热电偶热电偶（分度号：（分度号：S） 2 2铂铑铂铑13 13铂 铂热电偶热电偶（分度号：（分度号：R） 3 3铂铑铂铑30 30铂铑 铂铑6 6热电偶热电偶（分度号：（分度号：B） 贵金属，用于精密温度测量及作为基准热电偶。贵金属，用于精密温度测量及作为基准热电偶。 01400，短期，短期1600。误差可为。误差可为1。 热电势比热电势比S热电偶大热电偶大15%左右，其它性能几乎相同。左右，其它性能几乎相同。 测温范围：测温范围：同同S
22、，误差，误差(10.25%t）。 高温热电偶。热电势小，冷端温度在高温热电偶。热电势小，冷端温度在4040以下使以下使 用时，一般不需进行冷端温度补偿。价格高。用时，一般不需进行冷端温度补偿。价格高。 01600，短期，短期1800。误差。误差0.25%t4。 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 29 4 4镍铬镍铬镍硅镍硅热电偶热电偶（分度号：（分度号：K） 5 5镍铬镍铬康铜康铜热电偶热电偶（分度号：（分度号：E） 6 6铜铜康铜康铜热电偶热电偶（分度号：（分度号：T） 返回 下一页 上一页 热电特性近似线性，热电势比热电特性近似线性，热电势比S热电偶高热电偶高3
23、34 4倍，倍， 复制性好，价格便宜。复制性好，价格便宜。 -2001000，短期，短期1300。误差。误差1.52.5。 灵敏度最高。价廉，湿度较大时较其它热偶耐腐蚀。灵敏度最高。价廉，湿度较大时较其它热偶耐腐蚀。 -200750，短期，短期870。误差。误差1.52.5。 在廉价金属热电偶中在廉价金属热电偶中精确度最高精确度最高，稳定性好，低，稳定性好，低 温测量灵敏度高。温测量灵敏度高。 -200300，短期，短期350。误差。误差0.51。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 30 下一页 返回 上一页 8 8镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅热电偶热电偶（分度号：分度号：N） 1
24、300以下以下，高温抗氧化能力强高温抗氧化能力强，稳定性及复现性稳定性及复现性 好好，耐核辐射及耐低温性能好耐核辐射及耐低温性能好。有取代廉价金属热电有取代廉价金属热电 偶与部分替代偶与部分替代S热电偶的趋势热电偶的趋势。 -2001200，短期，短期1300。误差。误差1.52.5。 9 9钨铼系列钨铼系列热电偶热电偶 钨铼钨铼5 5钨铼钨铼26 26热电偶 热电偶 分度号：分度号：WRe5-WRe26。 钨铼钨铼3 3钨铼钨铼25 25热电偶 热电偶 分度号：分度号：WRe3-WRe25。 用于用于1600以上以上高温。上限达高温。上限达2800， 最好最好2000以下以下使用。误差使用。
25、误差1%t。 热电特性曲线热电特性曲线 7 7铁铁康铜康铜热电偶热电偶（分度号：（分度号：J） 700700以下以下线性非常好线性非常好，具有较高的灵敏度。，具有较高的灵敏度。 -40700，短期，短期750，误差，误差1.52.5。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 31 ( (二二) )非标准化热电偶非标准化热电偶 上一页 返回 1 1镍铬镍铬金铁金铁热电偶热电偶 用于用于0273K低温，误差低温，误差0.5, , 是较理想的是较理想的低温低温 测量测量热电偶。热电偶。 2 2非金属热电偶非金属热电偶 热电势远大于金属热电偶；熔点高热电势远大于金属热电偶；熔点高, ,
26、复现性差，机复现性差，机 械强度较低。械强度较低。 (1)(1)石墨石墨碳化钛碳化钛热电偶（热电偶（CTiC ) ) 含碳气氛、中性气氛中可测含碳气氛、中性气氛中可测2000高温高温。 (2)WSi2MoSi2热电偶热电偶 含碳气氛、中性和还原性气氛中含碳气氛、中性和还原性气氛中,可达可达2500。 (3)(3)碳化硼碳化硼石墨石墨热电偶热电偶（B4CC） 6002000范围内线性好，热电势大，为钨铼热范围内线性好，热电势大，为钨铼热 电偶的电偶的1919倍，倍，最适宜作控制信号最适宜作控制信号。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 32 返回 标准化热电偶的热电特性曲线标准
27、化热电偶的热电特性曲线 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 33 二、热电偶的结构二、热电偶的结构 下一页 返回 1.1.普通型热电偶普通型热电偶 热电极热电极: 贵金属贵金属D=0.30.65mm， 普通金属普通金属D=0.53.2mm。 长度由安装条件及插入深度而定，一般长度由安装条件及插入深度而定，一般3502000mm。 绝缘子绝缘子: : 材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等，材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等， 结构有单孔、双孔和四孔之分。结构有单孔、双孔和四孔之分。 保护套管：保护套管：有金属、非金属和金属陶瓷三类。有金属、非金属和金属陶瓷三类。 接线盒：接线盒：用于
28、导线用于导线 与热电极连接。与热电极连接。 常用连接方式：常用连接方式： 螺纹螺纹或或法兰连接法兰连接 返回 上一页 下一页 固定螺纹锥形保护管连接固定螺纹锥形保护管连接 高强度结构，用于高强度结构，用于P30MPa、流速、流速80m/s的测量。的测量。 螺纹连接螺纹连接或或法兰连接法兰连接 用于用于P10MPa的测量。的测量。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 35 上一页 2.2.铠装热电偶铠装热电偶 将热电极与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工将热电极与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工 艺加工而成的艺加工而成的可弯曲坚实组合体可弯曲坚实组合体。 标准铠装型标准铠装型
29、: : 外径外径0.58mm，热电极直径，热电极直径0.1 1.3mm，套管壁厚为，套管壁厚为0.0751mm，长度，长度500m。 动态特性好，铠装型动态特性好，铠装型10s，普通型普通型=10240s，适用适用 于温度变化频繁及热容量较小、结构复杂的对象。使用于温度变化频繁及热容量较小、结构复杂的对象。使用 温度低、寿命短。温度低、寿命短。 返回 下一页 非标准化极细型：非标准化极细型：铠装热电偶的外径铠装热电偶的外径0.250.34mm。 铠装热电偶铠装热电偶 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 36 返回 上一页 下一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2
30、/24 37 3 3高性能实体热电偶高性能实体热电偶 保护管壁厚是普通热电偶保护管壁厚是普通热电偶 的的1.11.11.31.3倍倍； 即相当于厚壁粗偶丝的即相当于厚壁粗偶丝的 大铠装热电偶大铠装热电偶。 特点：特点：耐高温、寿命长、响应速度快。兼有铠装热电耐高温、寿命长、响应速度快。兼有铠装热电 偶与普通热电偶的优点偶与普通热电偶的优点。 新型热电偶新型热电偶（SolidpakSolidpak） 返回 上一页 下一页 高温下热电极不易氧化，高温下热电极不易氧化， 且导热性能大大提高，响应且导热性能大大提高，响应 速度比普通型快速度比普通型快6 61010倍。倍。 中国石油管道学院中国石油管道
31、学院 2021/2/24 38 4 4其它类型热电偶其它类型热电偶 （1 1）薄膜薄膜热电偶热电偶 0.01S，用于用于-200300快速变化的物体快速变化的物体表面温表面温 度测量度测量。 （2 2）热套式热套式热电偶（图热电偶（图4 4- -3 3- -1515） （3 3）高温耐磨高温耐磨热电偶热电偶 返回 上一页 由两种金属薄膜在绝缘由两种金属薄膜在绝缘 基板上连接而成的一种特基板上连接而成的一种特 殊结构的热电偶。殊结构的热电偶。 用于用于高速流体测量高速流体测量，防止冲刷折断弯曲。，防止冲刷折断弯曲。 采用耐磨合金电焊、等离子喷涂或热喷涂合金法制采用耐磨合金电焊、等离子喷涂或热喷涂
32、合金法制 备保护管。提高保护管耐热冲击及耐磨损性能。备保护管。提高保护管耐热冲击及耐磨损性能。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 39 第三节第三节 热电偶冷端温度热电偶冷端温度 处理方法处理方法 补偿导线延伸法补偿导线延伸法 冰点法冰点法 计算修正法计算修正法 仪表零点校正法仪表零点校正法 补偿电桥法补偿电桥法 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 40 一、补偿导线延伸法一、补偿导线延伸法 返回 补偿导线：补偿导线：两种不同两种不同 导体材料制成导体材料制成，在一在一 定温度定温度( (100 以下以下) ) 范围与所连接的热电范围与所连接的热电
33、偶偶热电特牲相同或十热电特牲相同或十 分相近分相近，材料廉价材料廉价。 注意：与热电偶分度号相匹配，且极性不能接错注意：与热电偶分度号相匹配，且极性不能接错。 补偿型补偿型(C)：AA, BB，用于贵金属热电偶；，用于贵金属热电偶； 延伸型延伸型( (X)：A=A, B=B，用于廉价金属热电偶。，用于廉价金属热电偶。 补偿型必须保持热电偶与导线连接处的温度补偿型必须保持热电偶与导线连接处的温度0， E(t,t0) RCuUa UbUab 因补偿是一种因补偿是一种近似补偿近似补偿，通常电桥取在，通常电桥取在2020时平衡。时平衡。 显示仪表的零位应调到显示仪表的零位应调到2020处。处。 即即
34、Uab = E(t0 ,0) 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 45 二、热电偶测量误差分析二、热电偶测量误差分析 返回 上一页 （一）（一）热电偶本身的误差热电偶本身的误差 （二）二）热交换引起的误差热交换引起的误差 热辐射损失和导热损失所致热辐射损失和导热损失所致。 （四）（四）显示仪表的误差显示仪表的误差 （三）（三）补偿导线引入的误差补偿导线引入的误差 2热电特性变化引起的误差热电特性变化引起的误差: 产生产生“蜕变”误差“蜕变”误差 或“漂移”。或“漂移”。 1分度误差分度误差: 校验时的误差。校验时的误差。 对热电偶进行对热电偶进行定期检查和校验可消除定期检查和
35、校验可消除。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 46 第四章第四章 热电阻温度计热电阻温度计 返回 第一节第一节 测温原理测温原理 第二节第二节 材料与结构材料与结构 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 47 第一节第一节 热电阻的测温原理热电阻的测温原理 测温原理测温原理 材料与温度的关系材料与温度的关系 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 48 一、测温原理一、测温原理 返回 基于金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关基于金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关 系的原理。系的原理。 金属导体电阻金属导体电阻 RtRt01(t
36、 -t0) Rt 一温度为一温度为t的电阻值的电阻值; Rt0一温度为一温度为t0的电阻值的电阻值; 一电阻一电阻温度系数。温度系数。 半导体电阻半导体电阻 RT AeB/T RT一温度为一温度为T的电阻值的电阻值; T一绝对温度，；一绝对温度，； e一自然对数的底，一自然对数的底，2.71828; A、B一常数一常数，与材料有关。，与材料有关。 温度每上升温度每上升1:1: 导体电阻增大导体电阻增大0.360.360.68%0.68%；半导体电阻下降半导体电阻下降3 36%6%。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 49 二、热电阻材料与温度的关系二、热电阻材料与温度的关系
37、 电阻温度系数：电阻温度系数：温度变化温度变化1时电阻值的相对变化量。时电阻值的相对变化量。 t R RttR RR tt tt 00 0 1 )( 0 Rt、Rt0 在在t或或t0时的电阻值。时的电阻值。 一般导体电阻与温度为非线性，一般导体电阻与温度为非线性，对任意温度下对任意温度下 dt dR Rt R Rt t 11 lim 0 0 代表相对灵敏度，以材料纯度衡量，用电阻比表示代表相对灵敏度，以材料纯度衡量，用电阻比表示 Wt=Rt / Rt0 令令t0=0，t=100，则则 W100=R100/R0 返回 （4 4- -4 4- -3 3） W100 材料纯度材料纯度 。国际温标规定
38、：。国际温标规定： 标准铂热电阻温度计，标准铂热电阻温度计，W W100 1001.39250 1.39250。 基本参数基本参数 （4 4- -4 4- -4 4） 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 50 第二节第二节 热电阻材料与结构热电阻材料与结构 金属热电阻金属热电阻 半导体热电阻半导体热电阻 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 51 一、金属热电阻一、金属热电阻 （1)1)电阻温度系数大，即灵敏度高；电阻温度系数大，即灵敏度高； （2)2)物理化学性能稳定，能长期适应较恶劣的测温物理化学性能稳定，能长期适应较恶劣的测温 环境，互换性好；环境
39、，互换性好； (3)(3)电阻率要大，以减小电阻体积，减小热惯性；电阻率要大，以减小电阻体积，减小热惯性； (4)(4)电阻与温度近似为线性关系，测温范围广；电阻与温度近似为线性关系，测温范围广； (5)(5)价格价格低廉，复制性强，加工方便低廉，复制性强，加工方便。 返回 下一页 （一）热电阻材料要求（一）热电阻材料要求 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 52 1.1.铂热电阻铂热电阻 测温范围测温范围-200850。分度号。分度号: Pt10 、Pt100。 返回 下一页 上一页 -2000范围内范围内，电阻与温度关系为：电阻与温度关系为： Rt=R01+At+Bt2+
40、C(t-100)t3 (4(44 4- -7)7) 0850范围内范围内 Rt=R0(1AtBt2） (4(44 4- -8)8) R00时的阻值；分别为时的阻值；分别为R0=10和和R0=100。 A3.9080210-3 1/; B-5.8019510-7 1/2 ; C-4.2735010-12 1/4 。 平均温度系数为平均温度系数为3.8510-3 1/。 RtR0(1+t) Pt10热电阻电阻丝较粗，主要热电阻电阻丝较粗，主要用于用于600以上以上的测量。的测量。 特点：特点：精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化学精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化学 性能稳定。性能稳定。 中国石
41、油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 53 3 3、镍热电阻、镍热电阻 2 2、铜热电阻、铜热电阻 上一页 返回 下一页 测温范围测温范围-50150。分度号：。分度号：Cu50、Cu100。 特点：特点：电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜， 电阻率低。电阻率低。 RtR0(1+At+Bt2+Ct3) （4 4- -4 4- -9 9） A4.2889910-3 1/； B-2.13310-7 1/2 ； C1.23310-9 1/3 。 R0分别为分别为50和和100。 RtR0(1+t) 电阻温度系数电阻温度系数 4.284.28101
42、0- -3 3 1/ 1/。 -60300。分度号：。分度号：Ni100、Ni300和和Ni500 Rt=100+0.548t+0.66510-3t2+2.80510-9t4 比铂电阻大比铂电阻大1.51.5倍，因不易提纯，互换性差。倍，因不易提纯，互换性差。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 54 （二）热电阻结构（二）热电阻结构 1 1、普通型热电阻、普通型热电阻 电阻体：电阻体：直径直径0.010.010.07mm0.07mm电阻丝，在绝缘骨架上绕电阻丝，在绝缘骨架上绕 制而成。制而成。 采用采用双线无感绕制双线无感绕制方法，消除因测量电流变化或外方法，消除因测量电流
43、变化或外 界交变磁场而产生的感应电势。界交变磁场而产生的感应电势。 内引线：内引线：铂电阻高温用镍丝，中、低温用银丝；铂电阻高温用镍丝，中、低温用银丝； 铜、镍电阻均采用其本身材料。直径铜、镍电阻均采用其本身材料。直径 工业工业用用1mm，标准或实验室用，标准或实验室用0.30.5mm。 保护管：保护管：同热电偶保护管，材质有金属或非金属等。同热电偶保护管，材质有金属或非金属等。 导线连接方式：导线连接方式：为减少或避免导线电阻对测量的影响，为减少或避免导线电阻对测量的影响， 采用采用三线制三线制或或四线制四线制连接方式。连接方式。 返回 下一页 上一页 结构图结构图 中国石油管道学院中国石油
44、管道学院 2021/2/24 55 （1 1）三线制连接三线制连接 返回 下一页 上一页 与桥路配合使用。与桥路配合使用。 桥路平衡时：桥路平衡时： R2（Rt + r）= R1（R3 + r） r R rR R RR r R rRR Rt 2 1 2 31 2 31 )( 桥路设计时，若桥路设计时，若满足满足R1=R2 ，则，则r r可完全消去可完全消去。 只有只有Rt=R3电桥平衡时电桥平衡时才是如此，否则不可能完全消才是如此，否则不可能完全消 除导线电阻的影响，但会使影响大大减少。除导线电阻的影响，但会使影响大大减少。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 56 （2）四
45、线制连接四线制连接 用于电压或电势输入用于电压或电势输入 的自动平衡式仪表。的自动平衡式仪表。 电位差计测得电位差计测得U，可得，可得 Rt=U/I 导线电阻对测量均无影响。导线电阻对测量均无影响。 只要恒流源电流只要恒流源电流I稳定稳定， 此方法不受任何条件的限制，可消除连接导线电阻对测此方法不受任何条件的限制，可消除连接导线电阻对测 量的影响。量的影响。 无论三线制或四线制，若需准确测量，则无论三线制或四线制，若需准确测量，则 返回 下一页 上一页 导线均须由电阻体根部引出。导线均须由电阻体根部引出。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 57 2 2、铠装热电阻、铠装热电
46、阻 返回 上一页 结构及特点与铠装热电偶相似。结构及特点与铠装热电偶相似。 外径为外径为2 28mm8mm，个别可制成，个别可制成1mm1mm。 优点优点: : 外型尺寸小，响应速度快；抗震、可挠，适于外型尺寸小，响应速度快；抗震、可挠，适于 结构复杂部位的测量。结构复杂部位的测量。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 58 二、半导体热电阻二、半导体热电阻 2 1 T B dT dR R 返回 半导体热电阻温度系数为：半导体热电阻温度系数为： B热敏指数。描述材料物理特性的常数，取决材料热敏指数。描述材料物理特性的常数，取决材料 组成及烧结工艺，组成及烧结工艺，BRTS 大
47、多数半导体热电阻：大多数半导体热电阻：T ，此种电阻称，此种电阻称 负温度系数的负温度系数的NTC型热敏电阻型热敏电阻。 常用结构常用结构 正温度系数的正温度系数的PTC型热敏电阻型热敏电阻。 还可制成临界型还可制成临界型CTR型热敏电阻型热敏电阻，负温度系数类型，负温度系数类型， 在某温度范围内阻值急剧下降，灵敏度极高。在某温度范围内阻值急剧下降，灵敏度极高。 PTC型和型和CTR型型适用于位式温度传感器；适用于位式温度传感器； NTC型型适作连续测量。适作连续测量。 温度特性温度特性 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 59 普通型热电阻普通型热电阻 返回 中国石油管道学
48、院中国石油管道学院 2021/2/24 60 常用结构及特性常用结构及特性 返回 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 61 第五章第五章 接触式温度计的安装接触式温度计的安装 返回 第一节第一节 测温元件的安装测温元件的安装 第二节第二节 连接导线连接导线的安装的安装 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 62 第一节第一节 测温元件的安装测温元件的安装 返回 一、一、正确选择测温点正确选择测温点 有利于热交换，不应装于死角区域。有利于热交换，不应装于死角区域。 二、测温元件应与被测介质充分接触二、测温元件应与被测介质充分接触 1 1保证足够的插入深度保证足够
49、的插入深度 水银温度计应使水银球中心置于管中心线上；水银温度计应使水银球中心置于管中心线上； 双金属温度计插入长度必须大于敏感元件的长度；双金属温度计插入长度必须大于敏感元件的长度； 压力式温度计的温包中心应与管中心线重合；压力式温度计的温包中心应与管中心线重合； 热电偶热电偶温度计保护管末端温度计保护管末端应过管中心线应过管中心线510mm； 热电阻热电阻温度计的插入深度应为温度计的插入深度应为(d(d保护管直径保护管直径):): 电阻体长度电阻体长度+ +1520d金属电阻金属电阻(非金属非金属1015d) 无论多粗无论多粗管道，插入深度管道，插入深度=300mm=300mm已足够已足够。
50、 下一页 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 63 2 2保证充分的热交换保证充分的热交换 返回 选择测温元件选择测温元件 插入深度插入深度l 时，还时，还 应考虑安装连接应考虑安装连接 头长度头长度H。 下一页 上一页 安装图安装图 测温元件应测温元件应迎着流向插入迎着流向插入，至少与流向成正交，至少与流向成正交, , 不不 得顺流安装。得顺流安装。 管径较细时管径较细时 （D80mm） 可加扩大管或可加扩大管或 装在弯头处。装在弯头处。 中国石油管道学院中国石油管道学院 2021/2/24 64 返回 三、避免热辐射、减少热损失三、避免热辐射、减少热损失 必要时测温点加装
