1、.1第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制在工业生产中有着重要的作用。在工业生产中有着重要的作用。一、温度检测方法一、温度检测方法(一一).温度不能直接测量温度不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之间只能借助于冷热不同物体之间的热交换的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。变化的特性来加以间接测量。(二二).温度计的分类温度计的分类按测温范围分按测温范围分:高温计高温计(600以上以上)和普通温度计和普通温度计;按测量方法分
2、按测量方法分:接触式和非接触式温度计接触式和非接触式温度计;按用途分按用途分:实用温度计和标准温度计实用温度计和标准温度计;按工作原理分按工作原理分:膨胀式温度计、压力式温度计、膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶热电偶温度计、热电阻温度计、温度计、热电阻温度计、辐射高温计。辐射高温计。.21.膨胀式温度计膨胀式温度计基于物体受热体积膨胀的性质制成。基于物体受热体积膨胀的性质制成。玻璃管温度玻璃管温度计计是属于液体膨胀式温度计是属于液体膨胀式温度计;双金属温度计双金属温度计是属于是属于固体膨胀式温度计。双金属温度计的感温元件是固体膨胀式温度计。双金属温度计的感温元件是两片线膨胀系数不同的金属片叠
3、焊在一起的。两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起的。金属片受热金属片受热两个金属片两个金属片膨胀长度不同膨胀长度不同弯曲弯曲温度越高弯曲的角度越大温度越高弯曲的角度越大这就是双金属温度计的这就是双金属温度计的测温原理。测温原理。.31.膨胀式温度计膨胀式温度计双金属温度计双金属温度计双金属双金属片制成螺旋形片制成螺旋形温度变温度变化时化时,螺旋的自由端绕中螺旋的自由端绕中心轴旋转心轴旋转带动指针偏带动指针偏转转在刻度盘上指示相在刻度盘上指示相应的温度。应的温度。.42.压力式温度计压力式温度计原理原理:在封闭系统中的液体、在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽气体或低沸点液体的饱和蒸汽
4、受热后体积膨胀或压力变化这受热后体积膨胀或压力变化这一原理制作的。是用压力随温一原理制作的。是用压力随温度的变化来测温的仪表。如图度的变化来测温的仪表。如图为压力式温度计。为压力式温度计。组成组成:温包、毛细管、弹簧管。温包、毛细管、弹簧管。温包温包:直接与被测物接触的感直接与被测物接触的感温元件温元件,它须有强度高它须有强度高,膨胀系膨胀系数小数小,热导率高热导率高,抗腐蚀等性能。抗腐蚀等性能。可用铜合金、钢或不锈钢制造。可用铜合金、钢或不锈钢制造。.52.压力式温度计压力式温度计毛细管毛细管:用来传递压力的变化。用铜或钢等冷拉成用来传递压力的变化。用铜或钢等冷拉成的无缝圆管制成。易破损的无
5、缝圆管制成。易破损,应加保护套管。在长度应加保护套管。在长度相同时相同时,越细仪表越灵敏。越细仪表越灵敏。弹簧管弹簧管:与弹簧管式压力表相同。与弹簧管式压力表相同。3.热电偶温度计热电偶温度计:利用不同材料的金属焊接在一起利用不同材料的金属焊接在一起,当温度发生变化时当温度发生变化时,会产生热电势会产生热电势,依靠热电势的测依靠热电势的测量来测温度。量来测温度。4.热电阻温度计热电阻温度计:利用导体或半导体材料的电阻值利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的原理测温。随温度的变化而变化的原理测温。5.热辐射温度计热辐射温度计:利用物体热辐射作用来测温度。利用物体热辐射作用来测温度。.6
6、二、热电偶温度计二、热电偶温度计原理原理:是以是以热电效应热电效应为基础的测温仪表。为基础的测温仪表。特点特点:测量范围广测量范围广(-501600),结构简单结构简单,使用方便使用方便,测量准确可靠测量准确可靠,便于信号的远传、自动记录和集中便于信号的远传、自动记录和集中控制。控制。组成组成:热电偶热电偶(1)(感温元件感温元件)、测量仪表、测量仪表(3)(动圈仪动圈仪表或电位差计表或电位差计)、连接热电偶和测量仪表的导线、连接热电偶和测量仪表的导线(2)(补偿导线及铜导线补偿导线及铜导线)。.71.热电偶热电偶是感温元件是感温元件,由两种不同材料的导体由两种不同材料的导体A和和B焊接而焊接
7、而成成,焊接的一端插入被测介质中焊接的一端插入被测介质中,感受被测温度感受被测温度,称称为为工作端或热端工作端或热端,另一端与导线相连另一端与导线相连,称为称为冷端或冷端或自由端自由端,导体导体A和和B称为称为热电极热电极。.8(1).热电现象及测温原理热电现象及测温原理热电现象热电现象:取两根不同材料金属导线取两根不同材料金属导线A和和B,将其两将其两端焊在一起端焊在一起,组成一个闭合回路组成一个闭合回路,如将其中的一如将其中的一端端(1)加热加热,即即t t0,在此闭合回路中就有热电势产在此闭合回路中就有热电势产生生,这种现象称为热电现象。这种现象称为热电现象。如将金属如将金属B断开接入毫
8、伏计断开接入毫伏计,如图如图(b);如如在在t0接头处断开接入毫伏计接头处断开接入毫伏计,如图如图(c)。毫伏计有指示。毫伏计有指示。.9热电势热电势:包括包括接触电势接触电势和和温差电势温差电势。接触电势接触电势eAB(t)的产生的产生:设设A电子密度大于电子密度大于B电子密电子密度度,当当A.B两种金属接触时两种金属接触时,电子从密度大的扩散到电子从密度大的扩散到密度小的中密度小的中,即从即从A扩散扩散B,A中剩下正电荷中剩下正电荷,B中得到中得到电子而带电电子而带电,形成静电场形成静电场,阻碍电子扩散运动阻碍电子扩散运动,当达到当达到平衡时形成电势差平衡时形成电势差eAB(t),称为接触
9、电势。方向为称为接触电势。方向为A B。接触电势接触电势与两金属的与两金属的材料材料和接触点的和接触点的温度温度有有关。当材料确关。当材料确定后只与接触点定后只与接触点的温度有关。的温度有关。eAB(t)=-eBA(t)。.10tt0AB+-+eA(t,t0)eB(t,t0)温差电势温差电势eA(t,t0)的产生的产生:对于同一金属对于同一金属A(或或B),由由于其两端温度不同于其两端温度不同,自由电子具有不同的动能自由电子具有不同的动能,就就产生一个电动势产生一个电动势,称为温差电势称为温差电势eAB(t0)。它远小于。它远小于接触热电势接触热电势,则忽略不计则忽略不计,即即eA(t,t0)
10、0,eB(t,t0)0。把金属的两端闭合时把金属的两端闭合时,形成闭合回路。在两个接形成闭合回路。在两个接点处形成接触热电势点处形成接触热电势eAB(t)和和eAB(t0)。温差电势忽。温差电势忽略不计略不计,金属金属A.B的等效电阻为的等效电阻为R1.R2,则图则图(a)可等可等效为图效为图(b)。此闭合回路中总的热电势。此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：应为：E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或或E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0).11此闭合回路中总的热电势此闭合回路中总的热电势E(t,t0)应为：应为：E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或或E(t,t
11、0)=eAB(t)+eBA(t0)测温原理测温原理:热电势与两接点温度热电势与两接点温度.热电极材料有关。热电极材料有关。当热电极材料确定后当热电极材料确定后,热电势是两接点温度的函数热电势是两接点温度的函数之差之差,当冷端温度当冷端温度t0保持不变保持不变,即即eBA(t0)为常数为常数,热电热电势与热端温度成单值的函数关系。所以通过测量势与热端温度成单值的函数关系。所以通过测量热电势的大小可以测温度的高低。热电势的大小可以测温度的高低。注注:如果两个热电极材料相同如果两个热电极材料相同,两点温度不同两点温度不同,则总则总热电势热电势E(t,t0)=0;如果两个热电极材料不同如果两个热电极材
12、料不同,两点两点温度相同温度相同,则总热电势则总热电势E(t,t0)=0。不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。的热电势是不同的。.12(2).插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题用热电偶测温时用热电偶测温时,需接仪表来测热电势需接仪表来测热电势,而仪表要远而仪表要远离测温点离测温点,这就需接第三种导线这就需接第三种导线C。热电偶回路中接。热电偶回路中接入连接导线入连接导线C,就构成新的接点就构成新的接点,但不影响热电偶的但不影响热电偶的总热电势。总热电势。.13(2).插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题:如右如右(a)
13、图图:新的接点为新的接点为3点和点和4点点,两点的温度相同为两点的温度相同为t1,则总热电势则总热电势E(t,t0)为：为：E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBC(t1)-eBC(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBA(t0)=eAB(t)-eAB(t0)可见可见,与没有接入第三种导线时与没有接入第三种导线时总热电势相等。总热电势相等。.14(2).插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题:如图如图:新接点为新接点为2和和3点点,两点的温度相同为两点的温度相同为t0,则总热则总热电势电势E(t,t0)为为:E(t,t0)=eAB
14、(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若若A.B.C组成闭合回路组成闭合回路,各点温度相同各点温度相同(t0)时时,根据能根据能量守恒原理量守恒原理,闭合回路内的总电势等于零。闭合回路内的总电势等于零。则则eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0，eBC(t0)+eCA(t0)=-eAB(t0)E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0)则则,与没有接入第三种导线时与没有接入第三种导线时,总热总热电势相等。但必须保证引线两端的电势相等。但必须保证引线两端的温度相同。同理温度相同。同理,如果回路中串接多如果回路中串接多种导线种导线,只要引线两端的温度相同只
15、要引线两端的温度相同,就不影响热电偶所产生的热电势值。就不影响热电偶所产生的热电势值。.15(3).常用热电偶的种类常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求:热电极对温度反应灵热电极对温度反应灵敏敏(温度每增加温度每增加1时产生的热电势要大时产生的热电势要大),热电势与热电势与温度尽量成线性关系温度尽量成线性关系,物理稳定性高物理稳定性高,化学稳定性高化学稳定性高,材料组织均匀材料组织均匀,有韧性有韧性,易加工成丝易加工成丝;复现性好复现性好,且有且有良好的互换性良好的互换性,便于成批生产。便于成批生产。铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电偶热电偶(双铂铑双铂铑)(分度号为分度
16、号为B):测量范测量范 围为围为300-1600,短期可测短期可测1800。铂铑铂铑10-铂热电偶铂热电偶(分度号为分度号为S):测量范围测量范围-20-1300,短期可测短期可测1600。作标准偶。作标准偶。镍铬镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶(分度号为分度号为K):测量范围测量范围-50-1000,短期可测短期可测1200。镍铬镍铬-考铜热电偶考铜热电偶(分度号为分度号为XK):测量范围测量范围-50-600,短期可测短期可测800。.16(4).热电偶的结构热电偶的结构按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。普通型热电偶普通型热电偶:包括热电极包括热
17、电极,绝缘管绝缘管,保护套管及保护套管及接线盒。接线盒。热电极热电极:是热电偶的两根热偶丝。是热电偶的两根热偶丝。贵金属的偶丝直径为贵金属的偶丝直径为0.3-0.65mm,普通金属的偶丝直径为普通金属的偶丝直径为0.5-3.2mm,长度由安装条件及插入深度而定长度由安装条件及插入深度而定,一般为一般为350-2000mm。绝缘管绝缘管(绝缘子绝缘子):防止两根热电极短防止两根热电极短路。有单孔管、双孔管及四孔管。路。有单孔管、双孔管及四孔管。保护套管保护套管:保护热电极不受化学腐保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。蚀和机械损伤。.17普通型热电偶普通型热电偶接线盒接线盒:是供热电极和补偿导线连接
18、用的是供热电极和补偿导线连接用的,常用铝合常用铝合金制成。连接热电极和补偿导线的螺丝必须拧紧金制成。连接热电极和补偿导线的螺丝必须拧紧,以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确度。以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确度。铠装热电偶铠装热电偶:由金属套管、绝缘材料、热电偶丝由金属套管、绝缘材料、热电偶丝一起经过复合拉伸成型。一起经过复合拉伸成型。表面型热电偶表面型热电偶:利用真空镀膜法将两电极材料蒸利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶。镀在绝缘基底上的薄膜热电偶。快速热电偶快速热电偶:是测量高温熔融物体一种专用热电是测量高温熔融物体一种专用热电偶。偶。在热电偶选型时在热电偶选型
19、时,注意三个方面注意三个方面:热电极材料热电极材料;保护套保护套管的结构管的结构.材料及耐压强度材料及耐压强度;保护套管的插入深度。保护套管的插入深度。.182.补偿导线的选用补偿导线的选用当热电偶的冷端温度保持不变时当热电偶的冷端温度保持不变时,热电势才是被测热电势才是被测温度的单值函数。但实际应用时温度的单值函数。但实际应用时,冷端离工作端近冷端离工作端近且暴露在空间且暴露在空间,易受周围环境温度影响易受周围环境温度影响,冷端温度难冷端温度难保持恒定。为了使热电偶的冷端温度保持恒定保持恒定。为了使热电偶的冷端温度保持恒定,就就将热电偶做很长将热电偶做很长,使冷端远离工作端使冷端远离工作端,
20、这就需要许多这就需要许多贵金属贵金属,不经济的。用补偿导线将冷端远离工作不经济的。用补偿导线将冷端远离工作端。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。端。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。补偿导线的要求补偿导线的要求:由两种不同性质的金属材料制成由两种不同性质的金属材料制成,在一定温度范围内在一定温度范围内(0-100)与所连接的热电偶具与所连接的热电偶具有相同的热电特性有相同的热电特性,并是廉价金属。并是廉价金属。.19使用补偿导线的注意事项使用补偿导线的注意事项:与热电偶的型号相配与热电偶的型号相配,极极性不能接错性不能接错,热电偶与补偿导线连接处的温度不应热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过超
21、过100。与热电偶所配套的补偿导线如表。与热电偶所配套的补偿导线如表3-7。补偿导线示例补偿导线示例:E(t,t0).203.热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿热电偶的温度热电偶的温度-热电势关系曲线是要求冷端温度保热电势关系曲线是要求冷端温度保持在持在0C时得到的时得到的,仪表的刻度线是根据温度仪表的刻度线是根据温度-热电热电势关系曲线进行刻度的。热电偶使用时冷端在操势关系曲线进行刻度的。热电偶使用时冷端在操作室作室,但操作室的温度一般高于但操作室的温度一般高于0C,且不稳定。这且不稳定。这时热电偶的热电势必然偏低。测量值将随着冷端时热电偶的热电势必然偏低。测量值将随着冷端温度的变化而变化
22、温度的变化而变化,就会引起测量误差。因此用热就会引起测量误差。因此用热电偶测温时电偶测温时,只有将冷端温度保持为只有将冷端温度保持为0C,或进行一或进行一定的修正才能得到准确的测量结果。这种做法就定的修正才能得到准确的测量结果。这种做法就称为称为热电偶冷端温度补偿。热电偶冷端温度补偿。.21热电偶冷端温度补偿方法：热电偶冷端温度补偿方法：(1).冷端温度保持为冷端温度保持为0的方法的方法:把热电偶的两个冷端分别插入盛有绝缘油的试管把热电偶的两个冷端分别插入盛有绝缘油的试管中中,然后放入装有冰水混合物的容器中然后放入装有冰水混合物的容器中,常用在实常用在实验室中验室中,如图。如图。.22(2).
23、冷端温度修正方法冷端温度修正方法:冷端温度不是冷端温度不是0,而是而是t1时时,这就引起测量误差这就引起测量误差,必必须进行修正。如某一设备的实际温度为须进行修正。如某一设备的实际温度为t,热电偶热电偶的冷端温度为的冷端温度为t1,这时测得的热电势为这时测得的热电势为E(t,t1),求实求实际温度际温度t,利用下式进行修正利用下式进行修正,即即:E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0),因因:E(t,t1)=E(t,0)-E(t1,0)修正方法修正方法:是把测得的热电势是把测得的热电势E(t,t1),加上热端为室加上热端为室温温t1,冷端为冷端为0时的热电偶的热电势时的热电偶的热电势E(t
24、1,0),得到实得到实际温度下的热电势际温度下的热电势E(t,0)。适用于实验室或临时测温适用于实验室或临时测温,在连续测量中不使用。在连续测量中不使用。.23例例:用镍铬用镍铬-铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势的热电势E(t,t1)=66982V,而自由端的温度而自由端的温度t1=30,求被测的实际温度。求被测的实际温度。解解:查表得查表得:E(30,0)=1801V,则则:E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=66982+1801=68783V查表得查表得:E(900,0)=68783V,即实际温度为即实际温度为t=900。而不是而不是6
25、6982V对应的温度对应的温度t再加上再加上30。E(870,0)=66473V,E(880,0)=67245V 66982V对应的温度对应的温度tt=870+(66982-66473)/(67245-66473)10=876.6 E(876.6,0)=66982Vt 876.6+30=906.6.24(3).校正仪表零点校正仪表零点一般仪表未工作时指针应指在零位一般仪表未工作时指针应指在零位(机械零点机械零点),若若测温元件为热电偶测温元件为热电偶,且冷端不为零度且冷端不为零度,则将仪表的则将仪表的零点调至室温零点调至室温(冷端所在的温度冷端所在的温度)。常用在工业上。常用在工业上,但在测温
26、要求不高的场合上。如动圈表使用时需但在测温要求不高的场合上。如动圈表使用时需要校正仪表机械零点要校正仪表机械零点;电子电位差计则自动调零。电子电位差计则自动调零。.25(4).补偿电桥法补偿电桥法:利用不平衡电桥产生的电势利用不平衡电桥产生的电势,来补来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。电桥在电桥在20(或或0)时平衡时平衡,则把仪表的机械零位调则把仪表的机械零位调到到20(或或0)。E(t,t1)=E(t,0)-E(t1,0)+Uab.26(5).补偿热电偶法补偿热电偶法:用多支热电偶配用一台测温仪表。为了用多支热电偶配用一台测温仪表。
27、为了使多支热电偶的冷端温度恒定使多支热电偶的冷端温度恒定,设置补偿热电偶且恒温设置补偿热电偶且恒温(t0)。补偿热电偶的材料可与测温偶相同补偿热电偶的材料可与测温偶相同,也可与补偿导线相也可与补偿导线相同同,将补偿偶的工作端插入将补偿偶的工作端插入2-3m地下或放在恒温器中地下或放在恒温器中,补补偿偶和测温偶的冷端都接在温度为偿偶和测温偶的冷端都接在温度为t1的同一接线盒中。的同一接线盒中。这时这时,测温仪表的指示值为测温仪表的指示值为E(t,t0)所对应的温度。所对应的温度。.27例题例题:用用K分度号热电偶与显示仪表配合测炉温分度号热电偶与显示仪表配合测炉温,热电偶自由端的温度为热电偶自由
28、端的温度为t0=30C,测得热电势为测得热电势为E(t,t0)=39.17mV,求炉温为多少度？求炉温为多少度？解解:根据题意求炉温即应求根据题意求炉温即应求E(t,0)查查K热电偶分度表可知热电偶分度表可知:E(30,0)=1203V,由由E(t,t0)=39170V,则则:E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)所以所以E(t,0)=39170+1203=40373V 查查K分度好的热电偶可知分度好的热电偶可知,对应的温对应的温977C。.28三、热电阻温度计三、热电阻温度计原理原理:利用金属导体的电阻随温度的变化而变化利用金属导体的电阻随温度的变化而变化的原理来测温。的原理来测温。特
29、点特点:在在300下的灵敏度高于热电偶下的灵敏度高于热电偶,在中、低温在中、低温(-200650)的测量中得到了广泛应用。的测量中得到了广泛应用。组成组成:热电阻热电阻(感温元件感温元件).显示仪表显示仪表(不平衡电桥或不平衡电桥或平衡电桥平衡电桥).连接导线。连接导线采用连接导线。连接导线采用三线制接法三线制接法。1.测温原理测温原理:测温元件测温元件(金属导体金属导体)的电阻随温度的的电阻随温度的变化而变化的特性来测温的变化而变化的特性来测温的,电阻值与温度关系：电阻值与温度关系：Rt=Rto1+(t-t0),Rt=Rt0t Rt,Rto-分别为温度分别为温度t,t0(通常为通常为0)时的
30、电阻值；时的电阻值；-电阻温度系数电阻温度系数;Rt-电阻变化量电阻变化量;t-温度变化量；温度变化量；.292.工业常用热电阻工业常用热电阻热电阻材料的要求热电阻材料的要求:电阻温度系数电阻温度系数.电阻率大电阻率大;热容量小热容量小;物物理稳定性高理稳定性高;化学稳定性高化学稳定性高;复现性好复现性好;电阻随温度的变化尽电阻随温度的变化尽量成线性关系量成线性关系,广泛应用的热电阻材料是铂广泛应用的热电阻材料是铂(Pt)和铜和铜(Cu)。(1).铂电阻铂电阻(WZP新型号新型号,WZB旧型号旧型号):在氧化性介质和高在氧化性介质和高温下性质稳定温下性质稳定,测量精度高。在测量精度高。在065
31、0的温度范围内的温度范围内,铂铂电阻与温度的关系为：电阻与温度的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)Rt,R0分别为温度分别为温度t,0时的电阻值；时的电阻值；A,B,C是常数是常数,由实验求得。由实验求得。A=3.95010-3/B=-5.85010-7/()2,C=-4.2210-22/()3 工业上用的铂电阻有两种工业上用的铂电阻有两种,R0=10(Pt10);R0=100(Pt100)。电阻比电阻比(R100/R0):表示热电阻的纯度表示热电阻的纯度(1.385工业工业).30(2).铜电阻铜电阻(WZC新型号新型号,WZG旧型号旧型号)价格便宜价格便宜,电阻温度系数大电阻温
32、度系数大,与温度呈线性关系。与温度呈线性关系。稳定性好。用于测量精度不高稳定性好。用于测量精度不高,温度较低的场合。温度较低的场合。在在-50+150的温度范围内的温度范围内,铜电阻与温度的关铜电阻与温度的关系为系为:Rt=R01+(t-t0)-铜电阻温度系数铜电阻温度系数(4.25 10-3/)工业上用的铜电阻有两工业上用的铜电阻有两种种,R0=50(Cu50);R0=100(Cu100)。电阻比电阻比(R100/R0=1.428):表示热电阻的纯度。表示热电阻的纯度。.313.热电阻的结构热电阻的结构:普通型、铠装型和薄膜型。普通型、铠装型和薄膜型。(1).普通型热电阻普通型热电阻:电阻体
33、、保护管、接线盒组成。电阻体、保护管、接线盒组成。电阻体电阻体:电阻丝双线无感的绕制在具有一定形状的电阻丝双线无感的绕制在具有一定形状的支架上支架上,这个整体称为这个整体称为电阻体。电阻体。支架有平板形支架有平板形(铂电铂电阻体阻体)、圆柱形、圆柱形(铜电阻体铜电阻体)、螺旋形、螺旋形(标准或实验用标准或实验用铂电阻体铂电阻体)。保护管和接线盒保护管和接线盒:与热电偶相同。与热电偶相同。.32(2).铠装型热电阻铠装型热电阻:将电阻体预先拉制成型并与绝将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护管连成一体。特点体积小、抗震性缘材料和保护管连成一体。特点体积小、抗震性强、可弯曲、使用寿命长。强、可弯曲
34、、使用寿命长。(3).薄膜热电阻薄膜热电阻:将热电阻材料通过真空镀膜法将热电阻材料通过真空镀膜法,直直接蒸镀到绝缘基底上。特点体积小、灵敏度高。接蒸镀到绝缘基底上。特点体积小、灵敏度高。四、电动温度变送器四、电动温度变送器DDZIII型温度变送器的特点型温度变送器的特点 线路上采取安全火花防爆措施线路上采取安全火花防爆措施,用于危险场合。用于危险场合。在结构上采用线性化电路在结构上采用线性化电路,使变送器输出信号和使变送器输出信号和 被测温度信号成线性关系。被测温度信号成线性关系。在线路中采用了集成电路在线路中采用了集成电路,因而提高了变送器的因而提高了变送器的 可靠性及稳定性。可靠性及稳定性
35、。.33温度变送器类型：温度变送器类型：热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏温度变送器。伏温度变送器。1.热电偶温度变送器热电偶温度变送器热电偶温度变送器与热电偶配套使用热电偶温度变送器与热电偶配套使用,将温度转换将温度转换成成4-20mA和和1-5V的统一标准信号。再与显示单元的统一标准信号。再与显示单元或控制单元配合或控制单元配合,实现对温度的显示或控制。实现对温度的显示或控制。组成组成:输入桥路、放大电路及反馈电路。如下图。输入桥路、放大电路及反馈电路。如下图。Et输入电桥输入电桥放大电路放大电路反馈电路反馈电路e-+ef输出温度输出温度
36、I0420mA热电偶热电偶t被测温度被测温度.34(1).输入桥路输入桥路:作用是冷端温度补偿、调整零点。作用是冷端温度补偿、调整零点。如图如图,RCu与热电偶的冷端安装在一起与热电偶的冷端安装在一起,当当TRCu,I1恒恒定定,产生附加电压产生附加电压I1RCu,可调可调RCu值值,使使E(t1,0)=I1RCu冷端温度补偿冷端温度补偿:E(t,t1)+I1RCu=E(t,0)-E(t1,0)+I1RCu=E(t,0)但热电偶的温度特性是非线性的但热电偶的温度特性是非线性的,铜电阻的特性是线性的铜电阻的特性是线性的,则不可能完全补偿则不可能完全补偿,在冷端温度变化不大时可补偿。在冷端温度变化
37、不大时可补偿。调整零点调整零点:R1,R2为高电阻为高电阻,则则I2.I1为为定值定值,R4上电压可抵消上电压可抵消RCu上的起始电压上的起始电压,可改变电可改变电桥输出的零点。桥输出的零点。热电势为热电势为0时时,输出为输出为4mA。.35(2).反馈电路反馈电路为了使变送器的输出信号与被测温度成线性关系为了使变送器的输出信号与被测温度成线性关系,在反馈在反馈回路加入线性化电路回路加入线性化电路,对热电偶的非线性给予修正。对热电偶的非线性给予修正。方法方法:以以反馈电路的非线性补偿热电偶的非线性反馈电路的非线性补偿热电偶的非线性,使输出使输出电流与温度成线性关系。但使用时电流与温度成线性关系
38、。但使用时,量程变换时量程变换时,重新调重新调整反馈的非线性特性。整反馈的非线性特性。.36(3).放大电路放大电路:用特殊的低漂移、高增益集成运算放大器。用特殊的低漂移、高增益集成运算放大器。热电偶产生较小的热电势热电偶产生较小的热电势(几十或十几毫伏几十或十几毫伏)大电压大电压(运运放放大电压放放大电压)电流电流(功率放大器将电压转换电流功率放大器将电压转换电流)。2.热电阻温度变送器热电阻温度变送器热电阻温度变送器与热电阻配套使用热电阻温度变送器与热电阻配套使用,将温度转换成将温度转换成4-20mA和和1-5V的统一标准信号。再与显示仪表或控制的统一标准信号。再与显示仪表或控制仪表配合仪
39、表配合,实现对温度的显示或控制。实现对温度的显示或控制。组成组成:输入电桥、放大电路及反馈电路。放大电路与热电输入电桥、放大电路及反馈电路。放大电路与热电偶温度变送器的放大电路通用。如下图。偶温度变送器的放大电路通用。如下图。重点介绍输入电桥和线性化电路。重点介绍输入电桥和线性化电路。输入电桥输入电桥放大电路放大电路反馈电路反馈电路e-+ef输出电流输出电流I0420mA热电阻热电阻t被测温度被测温度.37(1).输入电桥输入电桥:如下图是测量电桥和线性化作用的实现。如下图是测量电桥和线性化作用的实现。Rt上的压降为输入信号上的压降为输入信号,Vf引出一个正反馈引出一个正反馈,一个负反馈一个负
40、反馈,正反馈起线性化作用。电位器正反馈起线性化作用。电位器W是实现调零作用。是实现调零作用。.38(2).线性化回路线性化回路:一种在放大环节之前加一个线性化电路一种在放大环节之前加一个线性化电路;一种在反馈回路中引入正反馈。采用后者一种在反馈回路中引入正反馈。采用后者,如图如图3-72。从理想放大器的同相端看从理想放大器的同相端看:设计时取设计时取R2 Rt,RF Rt,则：则：从理想放大器的反相端看从理想放大器的反相端看:则：则：因因V正正=V负负,得：得：2ttftFtRRVEVRRRR 正正2ttfFRRVEVRR 正正003000.fssfffsffsfRWWrWrrWVEVRWrR
41、WrWrRWrWr 负负fVEV 负负2-tftFRRVERR .39 若若 和和 时时,T时时,Rt，Vf 即即Vf与与 Rt 之间为下凹形的函数关系之间为下凹形的函数关系;而而Rt 与与t之间为上凸之间为上凸形的函数关系形的函数关系,则则Vf与与t之间为之间为直线函数直线函数关系。关系。变送器的输出信号变送器的输出信号I0与反馈信号与反馈信号Vf的关系为的关系为:I0=5Vf,即即I0与与Vf成线性关系。则成线性关系。则t与与I0成线性关系成线性关系,即热电阻温度变送器的输出信号即热电阻温度变送器的输出信号I0与输入信号与输入信号t成成线性关系。线性关系。t2RR tFRR .40接触式温
42、度计的选择接触式温度计的选择1.确定仪表测量范围及量程确定仪表测量范围及量程 根据工艺测温要求选择测温范围根据工艺测温要求选择测温范围,在满足工艺要在满足工艺要求的前提下尽可能缩小范围求的前提下尽可能缩小范围,但测温上限应稍高于但测温上限应稍高于工艺要求的上限工艺要求的上限。2.选取仪表的精度选取仪表的精度 根据生产上允许的最大测量误差来确定仪表的根据生产上允许的最大测量误差来确定仪表的精度等级精度等级,在在满足工业要求满足工业要求的情况下尽可能选用精的情况下尽可能选用精度较低、经济实用的测温元件。度较低、经济实用的测温元件。3.仪表类型的确定仪表类型的确定 考虑被测介质、现场条件和工艺要求。
43、考虑被测介质、现场条件和工艺要求。.41五、测温元件的安装五、测温元件的安装正确选择测温元件和二次仪表后正确选择测温元件和二次仪表后,如不正确安装测温元如不正确安装测温元件件,仍然不能保证测量精度。仍然不能保证测量精度。1.测温元件的安装要求测温元件的安装要求(1).在测管道温度时在测管道温度时,应保证测温元件与流体充分接触应保证测温元件与流体充分接触,以以减少测量误差。测温元件应迎着被测介质流向插入减少测量误差。测温元件应迎着被测介质流向插入,如如图图,应选图应选图a和图和图b。(2).测量元件的感温点应处于管道中流速最大处。热电测量元件的感温点应处于管道中流速最大处。热电偶、铂电阻、铜电阻
44、保护套管的末端应分别过中心线偶、铂电阻、铜电阻保护套管的末端应分别过中心线5-10mm、50-70mm、25-30mm。.42(3).测温元件应有测温元件应有足够的插入深度足够的插入深度,以减小测量误差。以减小测量误差。则测温元件应斜则测温元件应斜插或在弯头处安插或在弯头处安装。如图装。如图3-74。(4).若工艺管道过小若工艺管道过小(直径直径小于小于80 mm),安装测温元安装测温元件处应接装扩大管。如件处应接装扩大管。如图图3-75。.43(5).热电偶、热电组的热电偶、热电组的接线盒面盖应向上接线盒面盖应向上,以以避免雨水或其他液体、避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响脏物进入接线
45、盒中影响测量。如图测量。如图3-76。(6).为防止热量散失为防止热量散失,测温元件应插在有保温层的管测温元件应插在有保温层的管道或设备处。道或设备处。(7).测温元件安装在负压管道中时测温元件安装在负压管道中时,必须保证其密封必须保证其密封性性,以防外界空气进入以防外界空气进入,使读数降低。使读数降低。.442.布线要求布线要求(1).按照规定型号配用热电偶的补偿导线按照规定型号配用热电偶的补偿导线,注意热电注意热电偶的正偶的正.负极与补偿导线的正负极与补偿导线的正.负极相接负极相接,不要接错。不要接错。(2).热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的
46、要求。要求。(3).为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤损伤,应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板。槽板。(4).导线应尽量避免有接头导线应尽量避免有接头,应有良好的绝缘。禁止应有良好的绝缘。禁止与交流输电线合用一根穿线管与交流输电线合用一根穿线管,以免引起感应。以免引起感应。(5).导线应尽量避开交流动力电线。导线应尽量避开交流动力电线。(6).补偿导线不应有中间接头补偿导线不应有中间接头,否则应加装接线盒。否则应加装接线盒。最好与其他导线分开敷设。最好与其他导线分开敷设。.45练习题练习题:用铂铑用铂铑
47、10铂热电偶与显示仪表配合测炉铂热电偶与显示仪表配合测炉温温,热电偶自由端的温度为热电偶自由端的温度为t0=30C,显示仪表显示显示仪表显示的温度为的温度为985C,求炉温为多少度？并计算由于自求炉温为多少度？并计算由于自由端引入的误差大小和方向。由端引入的误差大小和方向。.46(1).热电现象及测温原理热电现象及测温原理热电现象热电现象:取两根不同材料的金属导线取两根不同材料的金属导线A和和B,将其两端将其两端焊在一起焊在一起,组成一个闭合回路组成一个闭合回路,如将其中的一端如将其中的一端(1)加热加热,此闭合回路中就有热电势产生此闭合回路中就有热电势产生,这种现象称为热电现象这种现象称为热
48、电现象.该电势包括该电势包括接触电势接触电势eAB(t),eAB(t0)(大大)和和温差电势温差电势eA(t,t0),eB(t,t0)(小小)。一般来说。一般来说,温差电势很小温差电势很小,可以忽略。可以忽略。BeAB(t0)AeAB(t)t2eA(t,t0)eB(t,t0)NANB，tt0+-+-+-+-1t0.47 采用采用三线制接法三线制接法:因为热电阻在生产现场因为热电阻在生产现场,而显而显示仪表在控制室示仪表在控制室,在热电阻接入前电桥应平衡在热电阻接入前电桥应平衡,但此时未考虑连接导线引入的电阻对电桥的但此时未考虑连接导线引入的电阻对电桥的影响影响,另外另外,连接导线同样具有电阻温度系数连接导线同样具有电阻温度系数,温度的变化会导致电桥电阻的变化从而使电温度的变化会导致电桥电阻的变化从而使电桥再次失去平衡桥再次失去平衡,为了消除这类影响为了消除这类影响,在热电阻在热电阻接入时采用接入时采用三线制接法三线制接法,由由热电阻一端引出两热电阻一端引出两根线根线,其中其中一线一线接电桥的一接电桥的一桥臂桥臂,另一线另一线接电源接电源的的负极负极,热电阻热电阻另一端的一根线另一端的一根线接热电阻所在接热电阻所在的的桥臂桥臂,为了尽量减小误差为了尽量减小误差,三线电阻维持稳定。三线电阻维持稳定。
