1-第5章 温度检测.ppt

1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第五章第五章 温度检测温度检测 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 概述概述 测温仪表的分类测温仪表的分类 温度检测的基本原理温度检测的基本原理 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶热电偶 补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿 热电阻温度计热电阻温度计 测温原理测温原理 常用热电阻常用热电阻 1 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 温度变送器温度变送器 电动温度变送器电动温度变送器 一体化温度变送器一体化温度变送器 智能式温度变送器智能式温度变送器 2 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概

2、述 一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之 间的热交换，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。 分类 按测量方式按测量方式 接触式与非接触式 3 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述 测温测温 方式方式 温度计温度计 种类种类 优点优点 缺点缺点 使用范围使用范围 接接 触触 式式 测测 温温 仪仪 表表 玻璃液体玻璃液体 温度计温度计 结构简单、使用方便、测量结构简单、使用方便、测量 准确、价格低廉准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只 能现场指示能现场指示 , ,不能记录与远

3、传不能记录与远传 - -100100100100（150150）有机液体）有机液体 0 0 350350（- -30 30 650650）水银）水银 双金属温双金属温 度计度计 结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价 格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量 , 量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限 0 0 300300（- -50 50 600600） 压力式温压力式温 度计度计 结构简单、不怕震动、具有结构简单、不怕震动、具有 防爆性、价格低廉、能记录、防爆性、价格低廉、能记录、 报警与自控报警与自控 精度低、测量

4、距离较远时精度低、测量距离较远时 ,仪仪 表的滞后性较大、一般离开测表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过量点不超过 10米米 0 0 500500（- -50 50 600600）液体型）液体型 0 0 100100（- -50 50 200200）蒸汽型）蒸汽型 电阻温度电阻温度 计计 测量精度高测量精度高 ,便于远距离、便于远距离、 多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温 ,由由 于体积大于体积大 ,测点温度较困难测点温度较困难 - -150 150 500500（- -200 200 600600）铂电阻）铂电阻 0 0 1001

5、00（- -50 50 150150）铜电阻）铜电阻 - -50 50 150150（180180）镍电阻）镍电阻 - -100 100 200200（300300）热敏电阻）热敏电阻 热电偶温热电偶温 度计度计 测温范围广测温范围广 ,精度高精度高 ,便于便于 远距离、多点、集中测量和远距离、多点、集中测量和 自动控制自动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿 ,在低温段测在低温段测 量精度较低量精度较低 - -20 20 13001300（16001600）铂铑）铂铑10 10- -铂 铂 - -50 50 10001000（12001200）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅 - -40 40 800

6、800（900900）镍铬）镍铬- -铜镍铜镍 - -40 40 300300（350350）铜）铜- -铜镍铜镍 非接非接 触式触式 测温测温 仪表仪表 光学高温光学高温 计计 携带用、可测量高温、测温携带用、可测量高温、测温 时不破坏被测物体温度场时不破坏被测物体温度场 测量时测量时 ,必须经过人工调整必须经过人工调整 ,有有 人为误差人为误差 ,不能作远距离测量不能作远距离测量 , 记录和自控记录和自控 900 900 20002000（700 700 20002000） 辐射高温辐射高温 计计 测温元件不破坏被测物体温测温元件不破坏被测物体温 度场度场 ,能作远距离测量、报能作远距离测

7、量、报 警和自控、测温范围广警和自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准, 环境条件会影响测量精度环境条件会影响测量精度,连续连续 测高温时须作水冷却或气冷却测高温时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000（50 50 20002000） 表表5 5- -1 1 各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围 4 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述 1 1. .应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 图5-1 双金属片 5 图5-2 双金属温度信号器 1双金属片；2调节螺钉； 3绝缘子；4信号灯 利用液体或固体受热时产生热膨胀的

8、原理,可以制成膨胀 式温度计。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述 2.2.应用压力随温度变化的原理测温应用压力随温度变化的原理测温 3.3.应用热阻效应测温应用热阻效应测温 4.4.应用热电效应测温应用热电效应测温 5.5.应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温 6 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 一、热电偶一、热电偶 7 热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。 图5-3 热电偶温度计测温系统示意图 1热电偶；2导线；3测量仪表 热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热 电偶和测量仪表的导线。 图5-

9、4 热电偶示意图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 8 1.1.热电现象及测温原理热电现象及测温原理 图5-5 热电现象 图5-6 接触电势形成的过程 00 00 , , tetettE tetettE BAAB ABAB 左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势 或或 图5-7 热电偶原理 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 注意注意 由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不 同,因此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。 热电偶一般都是在自由端温度为0时进行分度的, 因此,若自由端温度

10、不为0而为t0时,则热电势与温度 之间的关系可用下式进行计算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 9 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 举例举例 例5-1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转 化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800,自由端 (冷端)温度为30,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。 解：由附录三可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) - E(30,0)=32.074 ( mV) 10

11、化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的 实际温度。 解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV) 代入式(5-3)变换得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV) 再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400。 11 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 注意：注意：由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都 是非线性的 (当然各种热电

12、偶的非线性程度不同), 因此在自由端温度不为零时,将所测热电势对应的 温度值加上自由端温度,并不等于实际的被测温度。 12 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 13 2.2.插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题 利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势 的数值，见下图。的数值，见下图。 00 teteteE CABCABt 总的热电势 （5-4） 000 000 0 tetete tetete CABCAB CABCAB 能量守恒原理 （5-5） 0 teteE ABABt （5-6） 将式（5-

13、5）5代入式（5-4） 图3-58 热电偶测温系统连接图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 说明：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶 所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两 端的温度相同。端的温度相同。 14 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 图5-9 开路热电偶的应用 15 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 16 3.3.常用热电偶的种类常用热电偶的种类 工业工业 上对上对

14、 热电热电 极材极材 料的料的 要求要求 在测温范围内其热电性质要稳定在测温范围内其热电性质要稳定, ,不随时间变化不随时间变化; ; 在测温范围内要有足够物理、化学稳定性在测温范围内要有足够物理、化学稳定性, ,不易不易 被氧化或腐蚀被氧化或腐蚀; ; 电阻温度系数要小电阻温度系数要小, ,电导率要高电导率要高, ,组成热电偶后产组成热电偶后产 生的热电势要大生的热电势要大, ,其值与温度成线性关系或有简单其值与温度成线性关系或有简单 的函数关系的函数关系; ; 复现性要好复现性要好, ,这样便于成批生产这样便于成批生产, ,而且在应用上也而且在应用上也 可保证良好的互换性可保证良好的互换性

15、; ; 材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性, ,便于加工成丝。便于加工成丝。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 17 热电偶名称热电偶名称 代号代号 分度号分度号 热电极材料热电极材料 测温范围测温范围/ 新新 旧旧 正热电极正热电极 负热电极负热电极 长期使用长期使用 短期使用短期使用 铂铑铂铑30 30- -铂铑 铂铑6 6 铂铑铂铑10 10- -铂 铂 镍铬镍铬- -镍硅镍硅 镍铬镍铬- -铜镍铜镍 铁铁- -铜镍铜镍 铜铜- -铜镍铜镍 WRRWRR WRPWRP WRNWRN WREWRE WRFWRF WRCWRC B B S S K

16、 K E E J J T T LLLL- -2 2 LBLB- -3 3 EUEU- -2 2 - - - - CKCK 铂铑铂铑30 30合金 合金 铂铑铂铑10 10合金 合金 镍铬合金镍铬合金 镍铬合金镍铬合金 铁铁 铜铜 铂铑铂铑6 6合金合金 纯铂纯铂 镍硅合金镍硅合金 铜镍合金铜镍合金 铜镍合金铜镍合金 铜镍合金铜镍合金 30030016001600 - -202013001300 - -505010001000 - -4040800800 - -4040700700 - -400400300300 18001800 16001600 12001200 900900 750750

17、350350 表表5 5- -2 2 常用热电偶常用热电偶 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 18 4.4.热电偶的构造及结构形式热电偶的构造及结构形式 图5-10 热电偶的结构 热电极热电极 绝缘管绝缘管 保护套管保护套管 接线盒接线盒 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 19 二、补偿导线与冷端温度补偿二、补偿导线与冷端温度补偿 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质

18、的金属材料制成，在一定温 度范围内（0100）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。 1.1.补偿导线补偿导线 图5-11 补偿导线接线图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 101 teteteteE CADCBDAB 假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜镍记 为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响 (因其两端温度均为t0)，则图5-11所示回路的总热电势为 (5-7) 0 1111 teteteteE CADCBDAB 1111 tetetete CABDDCAB 如果假定各接点温度全为t1，代入式(5-7)

19、，则有 (5-8) (5-9) 或 由于t1一般是在100以下,在此温度范围内,根据补 偿导线的性质,有 111 tetete DCCDAB (5-10) 20 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 0 11 tete CABD 将此式代入式(5-9) (5-11) 00 teteteteE CDABDCAB 将式(5-11)代入式(5-7),便有 (5-12) 00 tete CDAB 因为 0 teteE ABAB 故 (5-13) 21 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电

20、偶补偿导线时，要注意型号相配。 热电偶名称热电偶名称 补偿导线补偿导线 工作端为工作端为100，冷端为，冷端为00 时的标准热电势时的标准热电势mVmV 正极正极 负极负极 铂铑铂铑10-铂铂 镍铬镍铬-镍硅镍硅 镍铬镍铬-铜镍铜镍 铜铜 铜铜 镍铬镍铬 铜镍铜镍 铜镍铜镍 铜镍铜镍 0.640.030.03 4.104.100.150.15 6.956.950.300.30 表表5 5- -3 3 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线 22 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 注意 使用补偿导线时,应当注意补偿导线的正、 负极必须与热电偶的正、负极各端对

21、应相接。 此外,正、负两极的接点温度t1应保持相同,延伸 后的冷端温度 t0应比较恒定且比较低。对于镍 铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,则可 用其本身材料作补偿导线,将冷端延伸到环境温 度较恒定的地方。 23 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 2.2.冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或 者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就 称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。 图5-12 热电偶冷端温度保持 的方法 （1 1）热电势的修正方法）热电势的修正方

22、法 在实际生产中，冷端 温度往往不是0，而是某 一温度t0，这就引起测量误 差。因此，必须对冷端温 度进行修正。 24 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 0 ,0 , 00 tEtEttE ABABAB 实际生产中，其冷端温度为实际生产中，其冷端温度为t0 0，即有，即有 0 ,0 , 00 tEttEtE ABABAB 或或 由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势 EAB（t，t0），加上热端为室温，加上热端为室温t0，冷端为，冷端为00时的热电时的热电 偶的热电势偶的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度

23、下的热电，才能得到实际温度下的热电 势势EAB（t，0）。 25 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 举例举例 例例5 5- -3 3 用铂铑用铂铑10 10- -铂热电偶进行温度检测 铂热电偶进行温度检测, ,热电偶的热电偶的 冷端温度冷端温度t0=30，显示仪表的温度读数显示仪表的温度读数 ( (假定此仪假定此仪 表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的) )为为 985985，试求被测温度的实际值。，试求被测温度的实际值。 26 解解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表 (附录一)查 出985时的热电势值为9.

24、412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV, 又从分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。将此两 个数值代入式 (5-14),得 E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV) 再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000,这 就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 （2 2）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不 偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：注意： 只能在测温要求不太高的场合下应用。

25、 （3 3）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端 温度变化而引起的热电势变化值。 27 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 由于电桥是在由于电桥是在2020时平衡时平衡 的，所以采用这种补偿电桥时的，所以采用这种补偿电桥时 须把仪表的机械零位预先调到须把仪表的机械零位预先调到 2020处。如果补偿电桥是在处。如果补偿电桥是在 00时平衡设计的（时平衡设计的（DDZDDZ- -型型 温度变送器中的补偿电桥），温度变送器中的补偿电桥）， 则仪表零位应调在则仪表零位应调在00处。处。 注意！注意！ 图5-13 具有补偿电桥的热电偶 测

26、温线路 28 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 29 （4 4）补偿热电偶法）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用， 常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 图5-14 补偿热电偶连接线路 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 30 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温 度的测量较为适宜。度的测量较为适宜。 热电阻温度计是由热电阻，显示仪表以及连接导 线所组成。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 00 1ttRRt 对于线性变

27、化的热电阻来说，其电阻值与温度关 系如下式 tRR tt 0 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量- -200200+500+500范围内液体、范围内液体、 气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。 一、测温原理一、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来 进行温度测量的。进行温度测量的。 31 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 二、工业常用热电阻二、工业常用热电阻 作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是： 电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小； 在整个测温范围内

28、，应具有稳定的物理、化学性质 和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性； 价格便宜。 32 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 33 1.1.铂电阻铂电阻 金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理 化学稳定性,有良好的复制性。但价格较贵。 要确定 Rtt的关系,首先要确定 R0的大小。R0不 同, Rtt的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表, 用分度号来表示。 工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100 ,它的 R0 = 100,其分度表见附录四。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 34 2.2.铜电阻

29、铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数 很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50 +150内，具有很好的稳定性。 tRRt1 0 在-50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是 线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对 应的分度号为Cu50。另一种是R0100，对应的分度号 为Cu100。 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 一、电动温度变送器一、电动温度变送器 35 电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的 一种模拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和 热电阻配合使用,将某点的温度或某两点的温差转换 成相应的标准直流电流

30、信号输出。 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-型温度 (温差)变送器是电动单元组合仪 表中的一个变送单元。 根据输入信号的不同，DDZ-型温度变送器主 要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫 伏变送器三种类型。 36 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结 构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路 和反馈电路,其原理框图如图5-15所示。 温度检测元件温度检测元件 输入电路输入电路 放大电路放大电路 反馈电路反馈电路 被测温度被测温度 输出电流输出电流I0 0 图

31、5-15 温度变送器原理框图 37 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 二、一体化温度变送器二、一体化温度变送器 38 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专 用接线盒内的一种温度变送器。用接线盒内的一种温度变送器。 图5-16 一体化温度变送器 结构框图 结构结构 测温元件和变送器模块 常用的变送器芯片常用的变送器芯片： AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等 变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度 -20+80 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 三、智能式

32、温度变送器三、智能式温度变送器 39 以以SMART公司的公司的TT302温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。 优点优点 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻；质量轻； 安装维护方便。安装维护方便。 结构结构 由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 温度变送器温度变送器 输入板输入板 主电路板主电路板 液晶显示器液晶显示器 信号输入信号

33、输入 信号输出信号输出 图5-17 TT302温度变送器基本构成框图 40 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 举例举例 1.1.用分度号为用分度号为K的镍铬的镍铬- -镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度, ,在没有采在没有采 取冷端温度补偿的情况下取冷端温度补偿的情况下, ,显示仪表指示值为显示仪表指示值为500,500,而而 这时冷端温度为这时冷端温度为60,60,试问实际温度应为多少试问实际温度应为多少? ?如果热端如果热端 温度不变温度不变, ,设法使冷端温度保持在设法使冷端温度保持在20,20,此时显示仪表的此时显示仪表的 指示值应为多少指示值应为多少? ? 解：解：显

34、示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显 示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热 电偶产生的,即 E(t,t0) = 20.64 (mV) 由附录三同样可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 41 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 由式 (5-14)可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV) 由23.076mV,查附录三,可得 t557 即被测实际温度为557。 当热端为557,冷端为20时,由于E(20 ,0) = 0.798mV, 故有

35、E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV) 由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约为538.4。 由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于 被测温度实际值。 42 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 2.2.如果用两支铂铑如果用两支铂铑10 10- -铂热电偶串联来测量炉温 铂热电偶串联来测量炉温, ,连接方式连接方式 分别如图分别如图5 5- -18(a)18(a)、(b)(b)、(c)(c)所示。已知炉内温度均匀所示。已知炉内温度均匀, ,最最 高温度为高温度为1000,1000,试分别计算

36、测量仪表的测量范围试分别计算测量仪表的测量范围 ( (以最以最 大毫伏数表示大毫伏数表示) )。 图5-18 炉子温度测量 43 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 解解: : (a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对 应于1000时的热电势可以由附录一查得 E(1000 ,0) = 9. 585 (mV) 两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为 Emax = 29.585 = 19.17 (mV) 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。 (b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷 端温度(30),而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的 接线盒内的温度(100)对热电势的影

37、响。 44 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 假定补偿导线 C、D与热电偶 A、B本身在100以 下的热电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为 E(30 ,0) = 0.173 (mV) 在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认 为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶 相当于热电偶在100时形成的热电势,即 E(100 ,0) = 0.645 (mV) 由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势 方向是相反的,所以这时总的热电势为 E max = 2E(1000 ,0) - E(100 ,0) - E(30 ,0) = 29.585 - 0.645 -

38、0.173 = 18.352 (mV) 45 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。在这种情况 下,如果炉旁边接线盒内的温度变化,会以测量产生较大的 影响,造成较大的测量误差。 (c)由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离 炉子处,冷端温度为30,故总的热电势为 Emax = 2E(1000 ,0) - 2E(30 ,0) = 29.585 - 20.173 = 18.824 (mV) 由此可知,在同样都是用两支热电偶串联来测量炉温 时,由于接线不同,产生的热电势也是不相同的,在选择测 量仪表时,一定要考虑这种情况。 46 化学工业出版社化学工

39、业出版社 例题分析例题分析 3.3.在上题所述三种情况时在上题所述三种情况时, ,如果由测量仪表得到的信号都如果由测量仪表得到的信号都 是是1515mV, ,试分别计算这时炉子的实际温度。试分别计算这时炉子的实际温度。 解：解：在(a)情况时,由于2E(t,0) =15mV,即E(t,0) = 7.5mV, 查表(附录一)可得实际温度约为814.3。 在(b)情况时,由于 2E(t,0) = 15 + E(30 ,0) + E(100 ,0) =15 + 0.173 + 0.645 = 15. 818 ( mV) E(t,0) = 7. 909 ( mV) 查表可得实际温度约为851.2。 4

40、7 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 在(c)情况时,由于 2E(t,0) = 15 + 2E(30 ,0) = 15 + 20. 173 = 15.346 (mV) 即 E(t,0) = 7. 673 (mV) 查表可得实际温度约为830。 由上述例子可以看出,虽然采用了补偿导线,但并不 能完全克服冷端温度变化对测量的影响。补偿导线只是 将冷端由温度变化比较剧烈的地方移至温度变化较小的 地方。如果这时冷端的温度仍不为 0,那么还必须考 虑如何进行冷端温度补偿的问题。 48 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 4.4.在用热电偶测量温度时在用热电偶测量温度时, ,除了

41、要考虑冷端温度的影响外除了要考虑冷端温度的影响外, , 还要注意热电偶极性不能接错还要注意热电偶极性不能接错; ;热电偶与补偿导线要配套热电偶与补偿导线要配套; ; 热电偶分度号与指示仪表要配套等问题。在用热电阻测量热电偶分度号与指示仪表要配套等问题。在用热电阻测量 温度时温度时, ,同样要考虑热电阻分度号与测量仪表配套、三线同样要考虑热电阻分度号与测量仪表配套、三线 制接法等制接法等, ,下面给出几个思考题及其结论下面给出几个思考题及其结论, ,请大家自行证明请大家自行证明 ( (或说明或说明) )。 (1)如果热电偶热端为600,冷端为30,仪表的机械零 点为0,没有加以冷端温度补偿。问该

42、仪表的指示值将高于 还是低于600? (低于600)。 49 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 (2)采用镍铬-镍硅热电偶测量温度,将仪表机械零点调至 25,但实际上室温 (冷端温度为 10) ,问这时仪表指示 值将偏高还是偏低? (偏高)。 (3)有 S分度号动圈仪表一台,错接入 K分度号热电偶,问 指示值偏高还是偏低? (偏高)。 (4)铂铑10-铂热电偶,错接入铜-铜镍补偿导线 (铂铑10 与铜相接,铂与铜镍相接) ,问指示值将偏高还是偏低? (偏 高)。 (5)当热电偶补偿导线极性接错时,指示值偏高还是偏低? (偏低)。 50 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 (6)当热电偶短路、断路及极性接反时,与之配套的 自动电子电位差计的指针各指向哪里? (室温或指示值 偏低、断偶前的温度、始端)。 (7)当热电阻短路或断路时,与之配套的动圈仪表指 针将指向哪里? (始端、终端)。 (8)当用热电阻测温时,若不采用三线制接法,而连接 热电阻的导线因环境温度升高而增加时,其指示值将偏 高还是偏低? (偏高)。 51 化学工业出版社化学工业出版社