核反应堆仪表8.课件.ppt

1、核科学与技术学院核科学与技术学院 School of Nuclear Science and Technology核反应堆仪表核反应堆仪表School of Nuclear Science and Technology2/641.绪论绪论2.测量的基本概念测量的基本概念3.堆芯外核检测仪表及系统堆芯外核检测仪表及系统4.堆芯内中子通量检测仪表及系统堆芯内中子通量检测仪表及系统5.核辐射剂量监测仪表核辐射剂量监测仪表6.射线探测器与放大器的连接射线探测器与放大器的连接7.温度检测仪表温度检测仪表8.压力和压差检测仪表压力和压差检测仪表9.流量检测仪表流量检测仪表10.液位检测仪表液位检测仪表11

2、.位置检测仪表位置检测仪表12.振动检测仪表振动检测仪表13.智能仪表和计算机在核反应堆中的应用智能仪表和计算机在核反应堆中的应用目录目录School of Nuclear Science and Technology3/64教材：教材：钱承耀主编钱承耀主编核反应堆仪表核反应堆仪表西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，1999.81999.8参考书：参考书：1 1、凌球，郭兰英等编著、凌球，郭兰英等编著核电站辐射测量技术核电站辐射测量技术 原子能出版社，原子能出版社，20012001年年2 2、刘国发，郭文琪编著、刘国发，郭文琪编著核电厂仪表与控制核电厂仪表与控制 原子能出版社，原子能出版社

3、，20102010年年教材及参考书教材及参考书School of Nuclear Science and Technology4/64压水反应堆压水反应堆School of Nuclear Science and Technology5/647.0 基本概念基本概念7.1 热电偶温度计热电偶温度计7.2 电阻温度计电阻温度计第第7 7章章 温度检测仪表温度检测仪表School of Nuclear Science and Technology6/647.0 基本概念基本概念温度：温度： 标志物体冷热程度的物理量标志物体冷热程度的物理量 温度的数值表示方法称为温度的数值表示方法称为温标温标 确定

4、选择什么样的物质（水银，氢气或电偶），能反映温度变化，确定选择什么样的物质（水银，氢气或电偶），能反映温度变化，具有复现性；具有复现性； 测温特性：测温质的哪些物理量随温度的改变而发生相应变化；测温特性：测温质的哪些物理量随温度的改变而发生相应变化； 选定该物理量的两个确定的数值作为基准点，进而规定划分温度选定该物理量的两个确定的数值作为基准点，进而规定划分温度间隔的方法。间隔的方法。 测温原理测温原理热平衡原理热平衡原理任何两个冷热程度不同的物体相接触，必然会发生热交换现象，热量将任何两个冷热程度不同的物体相接触，必然会发生热交换现象，热量将由受热程度高的物体向受热程度低的物体传递，直到两个

5、物体的冷热程由受热程度高的物体向受热程度低的物体传递，直到两个物体的冷热程度完全一致。度完全一致。School of Nuclear Science and Technology7/649FC325tt华氏温标：华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，度，水的沸点为水的沸点为212度，中间等分为度，中间等分为180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为0F它与摄氏温标的关系为：它与摄氏温标的关系为：7.0 基本概念基本概念热力学热力学 (开尔文或绝对开尔文或绝对)温标：温标：用用 T 表示，单位为表示，单位为K摄氏温标：摄氏温标：用用 t 表示

6、，单位为表示，单位为 基准点选取的原则基准点选取的原则水的三相点：水的三相点：0.01, 273.16K 15.273Tt两种温标的温差是相等的两种温标的温差是相等的水的沸点：水的沸点：100 School of Nuclear Science and Technology8/64测温仪表的分类：测温仪表的分类：7.0 基本概念基本概念 接触式测温仪表接触式测温仪表 玻璃液体温度计：液体热膨胀体积量随温度而变化玻璃液体温度计：液体热膨胀体积量随温度而变化 压力表式温度计：利用介质在定容条件下，压力随温度而变化压力表式温度计：利用介质在定容条件下，压力随温度而变化 双金属温度计：利用双金属片受热

7、变形的性质双金属温度计：利用双金属片受热变形的性质 热电阻温度计：利用物体的电阻随温度变化的特性热电阻温度计：利用物体的电阻随温度变化的特性 热电偶温度计：利用导体或半导体的热电效应性质热电偶温度计：利用导体或半导体的热电效应性质 晶体管温度计：利用二极管的电压随温度变化的性质晶体管温度计：利用二极管的电压随温度变化的性质玻璃液体温度计玻璃液体温度计压力表式温度计压力表式温度计双金属温度计双金属温度计热电阻温度计热电阻温度计热电偶温度计热电偶温度计School of Nuclear Science and Technology9/647.0 基本概念基本概念测温时置于被测介质中，测温时置于被测

8、介质中，温包温包内的工作物质因温度升高体积内的工作物质因温度升高体积膨胀而导致压力增大，该压力膨胀而导致压力增大，该压力变化经变化经毛细管毛细管传给传给盘簧管盘簧管，并，并使其产生一定的变形，然后借使其产生一定的变形，然后借助助齿轮或杠杆传动机构齿轮或杠杆传动机构的传动的传动，由指针指出相应的温度。，由指针指出相应的温度。 压力表式温度计原理图压力表式温度计原理图School of Nuclear Science and Technology10/64测温仪表的分类：测温仪表的分类：7.0 基本概念基本概念 非接触式测温仪表非接触式测温仪表 辐射高温计辐射高温计 光学高温计光学高温计 声学和声

9、波测温装置声学和声波测温装置辐射温度计辐射温度计光学高温计测温原理：光学高温计测温原理：如果已知某物体亮度与其所处温度的对应关如果已知某物体亮度与其所处温度的对应关系，如果其他物体的亮度与之相等，他们的系，如果其他物体的亮度与之相等，他们的温度相等。温度相等。或：测出物体在某一波段上的辐射亮度，确或：测出物体在某一波段上的辐射亮度，确定被测物体的温度。定被测物体的温度。辐射温度计测温原理：辐射温度计测温原理：测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确定被测物体的辐射温度。定被测物体的辐射温度。斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼玻耳兹曼定律（四次方定律）定律（四次方定律）24

10、mW TEbbSchool of Nuclear Science and Technology11/647.0 基本概念基本概念基本原理是基于声波在气体介质中的传播速度是该基本原理是基于声波在气体介质中的传播速度是该气体组分气体组分和和绝对绝对温度温度的函数的函数 RCTm式中式中: C 声波的传播速度声波的传播速度, m/ s 气体绝热指数气体绝热指数(等于定压比热容与定等于定压比热容与定 容比热容之比容比热容之比) R 为气体常数为气体常数, 8. 314 J / (molK) m 气体摩尔量气体摩尔量, kg/ mol T 气体绝对温度气体绝对温度, K确定以下基本物理量：确定以下基本物

11、理量：(1) (1) 声波发射和接收装置之间的距离声波发射和接收装置之间的距离(2) (2) 被测气体的组成被测气体的组成 成分、状态参量成分、状态参量, ,从而确定气体的绝热指数和气体从而确定气体的绝热指数和气体常数常数(3) (3) 声波在发射、接收装置之间的传播时间声波在发射、接收装置之间的传播时间声学和声波测温装置声学和声波测温装置School of Nuclear Science and Technology12/64核反应堆测温仪表：核反应堆测温仪表：1. 镍铬镍铬-镍铝热电偶温度计：主要用于堆内温度的检测镍铝热电偶温度计：主要用于堆内温度的检测2. 铂电阻温度计：主要用于冷却剂温

12、度的检测铂电阻温度计：主要用于冷却剂温度的检测3. 声学和声波测温装置：高温气冷堆声学和声波测温装置：高温气冷堆7.0 基本概念基本概念School of Nuclear Science and Technology13/647.1 热电偶温度计热电偶温度计组成：组成： (1) 热电偶热电偶 (2) 电测仪表电测仪表 (3) 连接导线连接导线测温范围：测温范围：1001300 ，采用特殊材料时可测量更高或更低的温度，采用特殊材料时可测量更高或更低的温度热电偶热电偶是目前在科研和生产过程中进行温度测量是目前在科研和生产过程中进行温度测量时应用最普通、最广泛的测量元件，是利用不同时应用最普通、最广

13、泛的测量元件，是利用不同导体间的导体间的“热电效应热电效应”现象制成的现象制成的n尺寸小尺寸小n测温范围宽、准确度较高测温范围宽、准确度较高n对辐射损伤相对不灵敏对辐射损伤相对不灵敏n可将温度转变为电信号，便于传输检可将温度转变为电信号，便于传输检测测六种热电偶：六种热电偶：镍铬镍铬- -镍铝镍铝，铁，铁- -康铜，铜康铜，铜- -康铜，铂康铜，铂- -铂铂10%10%铑，钨铑，钨- -铼，钨铼，钨- -钨钨26%26%铼铼6 6个月中，个月中，10101414n/(cmn/(cm2 2s)s)的热中子通量，可使的热中子通量，可使20%20%的铑转变为钯，的铑转变为钯，10%10%的铼转变为锇

14、，的铼转变为锇，0.5%0.5%的铜转变为镍和锌的铜转变为镍和锌School of Nuclear Science and Technology14/64塞贝克效应（热电效应）：塞贝克效应（热电效应）：由两种不同金属由两种不同金属A A、B B组成的闭合回组成的闭合回路中，如果接点路中，如果接点1 1、2 2保持在不同温度，回路中将有电流流动保持在不同温度，回路中将有电流流动7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应塞贝克效应示意图塞贝克效应示意图热电势：热电势：由由接触电势接触电势和和温差电势温差电势两部分组成。两部分组成。School of Nuclear Science and T

15、echnology15/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，例如材料例如材料A A的电子密度大于材料的电子密度大于材料B B，则会有一部分电子从，则会有一部分电子从A A扩散到扩散到B B，使得，使得A A失去电子更呈正电位，失去电子更呈正电位，B B获得电子而呈负电位获得电子而呈负电位式中：式中：e e为单位电荷，为单位电荷，4.802x 104.802x 10-10-10绝对静电单位绝对静电单位 K K为波尔兹曼常数，为波尔兹曼常数，1.38x

16、101.38x10-23-23J JK K N NA A和和 N NB B为金属为金属A A、B B在温度在温度T T时的电子密度时的电子密度( )( )ln( )AABBNTKTeTeNT接触电势：接触电势：n与与接头处温度的高低接头处温度的高低和和金属的种类金属的种类有关有关School of Nuclear Science and Technology16/64温差电势：温差电势：7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应n材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低

17、的一端运动子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动n由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为为汤姆逊效应汤姆逊效应，其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势，其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势n只与只与导体性质导体性质和和导体两端的温度导体两端的温度有关，而与导体长度，截面大小，沿导有关，而与导体长度，截面大小，沿导体长度上的温度分布无关体长度上的温度分布无关00( , )( )( )AAAet tetetSchool of Nuclear Science and Technology17/64A

18、B+ + + + +- - - - - -eAB(t)eB(t,t0)eA(t,t0)eAB(t0)t0t7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应回路的热电势：回路的热电势：0000( , )( )( , )( )( , )ABABBABAEt tetet tetet t 00000000( , )( )( )( )( )( )( ) ( )( )( )( )( )( ) ( )( )ABABBBABAAABBAABBAABABEt tetetetetetetetetetetetetftftn总的热电势总的热电势n分热电势分热电势0( , )( )ABABEt tftC热电势只与热电势

19、只与t有关，只要测出有关，只要测出EAB(t,t0)就可求出温度就可求出温度t的数值。的数值。School of Nuclear Science and Technology18/64小结：小结：n热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料热电偶的材料和和材料两端连接点材料两端连接点所处的温度所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。n只有用只有用两种不同性质的材料两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。路不会产生热电势。n热电偶

20、的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温热电偶两端接点的温度度有关。如果有关。如果T T0 0己知且恒定，则己知且恒定，则f(Tf(T0 0) )为常数。回路总热电为常数。回路总热电E EABAB(T (T，T T0 0) )只只是温度是温度T T的单值函数。的单值函数。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应00( , )( , )ABBAEt tEt t t工作端、测量端或热端工作端、测量端或热端自由端、参比端或冷端自由端、参比端或冷端0t00( , )( , )ABABEt tEt t ( )( )ABBAftft Scho

21、ol of Nuclear Science and Technology19/64由一种均质材料组成的闭合回路不论沿由一种均质材料组成的闭合回路不论沿材料的截面积如何以及各处温度分布如材料的截面积如何以及各处温度分布如何，都不能产生热电势何，都不能产生热电势tt07.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律1. 1. 均质导体定律：均质导体定律：推论：推论：n热电偶必须由两种不同性质的材料构成热电偶必须由两种不同性质的材料构成n由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热电势由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热电势则说明该材料是不均匀的则说明该材料是不均

22、匀的应用：检查热电极材料的均匀性应用：检查热电极材料的均匀性School of Nuclear Science and Technology20/64由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。同，则回路中热电势的总和等于零。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律2. 2. 中间导体定律中间导体定律: :ABCtttABtt( )( )0ABABABEftft( )( )( )0ABCABBCCAEftftftSchool of Nuclear Science and Te

23、chnology21/64在热电偶回路中加入第三、四在热电偶回路中加入第三、四种均质材料，只要加入导体种均质材料，只要加入导体两端温度相等，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。两端温度相等，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律推论一推论一: :ABCtt0t0ABCtt0t1Bt100( )( )( )ABCABBCCAEftftft000( )( )( )0ABBCCAftftft00( )( )( , )ABCABABABEftftEt t应用：仪表的接入对热电势没有影响应用：仪表的接入对热电势没有影响School of Nu

24、clear Science and Technology22/64如果两种导体如果两种导体A A、B B对另一种参考导体对另一种参考导体CC的热电势为已知，则这两种的热电势为已知，则这两种导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律推论二推论二: :应用：采用标准电极，简化热电偶的选配工作应用：采用标准电极，简化热电偶的选配工作ABtt0=ACtt0+CBt0t0( )( )ACACACEftft0( )( )BCBCBCEftft( )( )( )0ABBCCAft

25、ftft000( )( )( )0ABBCCAftftft000( )( )( )( )( )( )ACCBACACBCBCABABABEEftftftftftftESchool of Nuclear Science and Technology23/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律例：已知，例：已知，E E铜铂铜铂(100,0)=0.75mv(100,0)=0.75mv， E E康铜铂康铜铂(100,0)=-0.35mv(100,0)=-0.35mv； 求：求：E E铜康铜铜康铜(100,0)(100,0)。School of Nuclear Scienc

26、e and Technology24/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律3. 3. 中间温度定律中间温度定律: :热电偶在接点温度为热电偶在接点温度为t， t0时热电势等于该热电偶在接点温度分别为时热电势等于该热电偶在接点温度分别为t、tn和和tn 、t0时相应的热电势的代数和。时相应的热电势的代数和。000( ,)( , )( )( )( , )ABnABnABABABEt tEt tftftEt tt0tt0tnt( ,)( )( )ABnABABnEt tftft00( , )( )( )ABnABnABEt tftft00( ,)( , )( , )A

27、BnABABnEt tEt tEt t( ,)( ,0)( ,0)ABnABABnEt tEtEt只要有了参比端为只要有了参比端为 0 0 的热的热电偶分度表，可求出参比端电偶分度表，可求出参比端为任意温度的热电偶电势为任意温度的热电偶电势School of Nuclear Science and Technology25/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律1.1.思考一：哪些情况可能导致回路中的电思考一：哪些情况可能导致回路中的电势为零？势为零？2.2.思考二：仪表线是否可以接很长？思考二：仪表线是否可以接很长？ABCtt0t0School of Nucle

28、ar Science and Technology26/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理p根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势E(t,t0)为两端为两端温度温度t和和t0的函数。的函数。p为了便于使用，通常总是使热电势成为温度为了便于使用，通常总是使热电势成为温度t的单值函数。这就的单值函数。这就需要冷端温度需要冷端温度t0为为0或为某一定值或为某一定值，使热电势只随温度，使热电势只随温度t变化，变化，即：即：EAB(t,t0)f(t)或或EAB(t,t0)f(t)C；p但由于冷端温度受周围环境温度

29、的影响，难以自行保持为但由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为0 或某一定值。或某一定值。为减小测量误差，需对热电偶的冷端人为采取措施，使其温度恒定，为减小测量误差，需对热电偶的冷端人为采取措施，使其温度恒定，或用其它方法进行校正和补偿。或用其它方法进行校正和补偿。n计算法（热电势修正法）计算法（热电势修正法）n仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法n补偿导线法补偿导线法n参比端恒温法参比端恒温法n参比端温度补偿器参比端温度补偿器n辅助热电偶法辅助热电偶法n多点参比端温度补偿多点参比端温度补偿School of Nuclear Science and Technology27/647.

30、1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理1. 1. 计算法计算法式中式中 E(t,0)E(t,0)表示参比端为表示参比端为00的热电势；的热电势； E(t,t E(t,t0 0) )表示参比端为表示参比端为t t0 0而热端为而热端为tt时的热电势；时的热电势；实测值实测值 E(t E(t0 0,0),0)表示参比端为表示参比端为t t0 0时应加以校正值，相当于时应加以校正值，相当于 同一支热电偶在参比端为同一支热电偶在参比端为00，热端为，热端为tt时的热电势时的热电势。00( ,0)( , )( ,0)ABABABEtEt tEtn需要查询并计算，不方便需

31、要查询并计算，不方便n一般要求参比端温度恒定一般要求参比端温度恒定School of Nuclear Science and Technology28/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理2. 2. 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法n将仪表的机械零点从将仪表的机械零点从t0调至调至tn处，相当于输入电势处，相当于输入电势E (tn,t0) ,则则输入仪表的电势输入仪表的电势E (t,t0) = E (t,tn) + E (tn,t0) ， 则仪表的指针就则仪表的指针就能指出热端的温度；能指出热端的温度；n参比端温度经常变化，不宜采用，一般用于准确

32、度要求不高的参比端温度经常变化，不宜采用，一般用于准确度要求不高的地方。地方。例：用分度号为例：用分度号为K的热电偶和动圈式仪表组成测温回路，把动圈式的热电偶和动圈式仪表组成测温回路，把动圈式仪表的机械零位调到仪表的机械零位调到20， 但热电偶的参比端温度但热电偶的参比端温度t0=50，试，试求出仪表示值为求出仪表示值为425时的被测温度时的被测温度School of Nuclear Science and Technology29/64解：解：E(425，0)=热电偶实际值热电偶实际值+仪表补偿仪表补偿E(20，0)查查K分度表得：分度表得：E(20，0)=0.798mV E(425，0)=

33、17.455mV所以：所以： E(t，t0)= E(t，50)=17.455-0.798 =16.657(mV)又：又： E(t0，0)=E(50，0)= 2.023mV则则E(t，0)=E(t，t0)+E(t00) =16.657+2.023 =18.68(mV) 查分度表得查分度表得t=453.97.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理School of Nuclear Science and Technology30/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理3. 3. 补偿导线法补偿导线法p生产过程用的热电偶一般

34、是直径和长度一定，结构固定生产过程用的热电偶一般是直径和长度一定，结构固定p生产现场又往往需要把热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度生产现场又往往需要把热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度较稳定的场合，以免冷端温度受到被测介质的干扰，但这种方法较稳定的场合，以免冷端温度受到被测介质的干扰，但这种方法安装使用不方便安装使用不方便p要耗费大量的贵金属材料要耗费大量的贵金属材料因此，一般是采用一种特殊的导线因此，一般是采用一种特殊的导线( (称为称为补偿导线补偿导线) )代替部分热电偶丝代替部分热电偶丝作为热电偶的延长。作为热电偶的延长。三个条件三个条件： （1 1）热电特性在）热电特性在00100

35、100范围内应与所取代的热电偶丝的热电持性范围内应与所取代的热电偶丝的热电持性基本一致基本一致（2 2）电极丝）电极丝CC和和A A，B B和和D D相接的两个接点温度须相同相接的两个接点温度须相同（3 3）价格便宜）价格便宜School of Nuclear Science and Technology31/64ABtt0t0CDt1t1101( )( )( )( )ABCDABBDDCCAEftftftft1111( )( )( )( )0ABBDDCCAftftftft101( )( )( )( )ABCDABABDCDCEftftftft11( )( )ABCDftft00( )( )

36、ABCDftft热电性质相同热电性质相同7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理0( , )ABCDABEEt tSchool of Nuclear Science and Technology32/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理注意：注意：p补偿导线接线时，应注意正负极，接错将造成不易估计的误补偿导线接线时，应注意正负极，接错将造成不易估计的误差差p为何不直接将补偿导线替代热电极材料？为何不直接将补偿导线替代热电极材料？p与中间导体定律推论一的区别？与中间导体定律推论一的区别？School of Nucle

37、ar Science and Technology33/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理ABtt0t0CDt1t1ABtt0t0CCt1t10( , )ABCDABEEt t1( , )ABCCABEEt t中间导体定律推论一中间导体定律推论一补偿导线法补偿导线法School of Nuclear Science and Technology34/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理4. 4. 参比端恒温法参比端恒温法（1 1）冰点槽）冰点槽n比较麻烦，限用于实验室中的精确测量比较麻烦，限用于实验室中的

38、精确测量School of Nuclear Science and Technology35/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理（2 2）恒温箱）恒温箱n环境温度需低于恒温箱的工作温度环境温度需低于恒温箱的工作温度School of Nuclear Science and Technology36/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理5. 5. 参比端温度补偿器（补偿电桥法）参比端温度补偿器（补偿电桥法）利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参比端温度变化而引起利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参比端温度

39、变化而引起的热电势的变化。的热电势的变化。n当参比端温度当参比端温度t0离开补偿温度，离开补偿温度，变为变为t0时，热电偶输出的热电时，热电偶输出的热电势要减小势要减小E(t0, t0)n铜电阻随温度升高而增大，电铜电阻随温度升高而增大，电桥失去平衡，输出电压桥失去平衡，输出电压UcdSchool of Nuclear Science and Technology37/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理5. 5. 参比端温度补偿器参比端温度补偿器123CuCu123CuCu()()abRRRRRRRRRRRssabEIRR1211123CuCu1C

40、u()24ssRRRIIIRRRRRRRabsRR3CuCu1Cu2123CuCu1Cu()24ssRRRRRIIIRRRRRRR121114CucdacadCuCuCusabRREUUUI RI RRRRRR （）School of Nuclear Science and Technology38/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理1001( , )4CucdCusabRREE t tURRRR 1100(4) ( , )CusabCuRR ERRRRE t tCuCuRRt1100(4) ( , )saCubuCRERRRREtt tR11Cu

41、RR 1144CuRRR1abR 4VE 0000() 1 ( )( , )sRttE t t在参比端温度补偿电阻一定的在参比端温度补偿电阻一定的情况下，只能在某一特定温度情况下，只能在某一特定温度完全补偿。完全补偿。缺点：缺点：School of Nuclear Science and Technology39/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理6. 6. 辅助热电偶法辅助热电偶法1100( , )+ ( , )= ( , )EE t tE t tE t t1010( , )- ( , )= ( , )EE t tE t tE t t参比端恒温法

42、参比端恒温法热端恒温法热端恒温法主热电偶与辅助热电偶热电性质相同主热电偶与辅助热电偶热电性质相同School of Nuclear Science and Technology40/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理7. 7. 多点参比端温度补偿多点参比端温度补偿School of Nuclear Science and Technology41/64 例例1：如图所示，：如图所示，C、D为热电偶为热电偶AB的补偿导线，试回答以下问题：的补偿导线，试回答以下问题：（1）当补偿导线）当补偿导线CD的型号正确，与热电偶的极性接反，的型号正确，与热电偶的

43、极性接反，t1t2、t3t4时，输出电势如何表达？时，输出电势如何表达？（2）当补偿导线）当补偿导线CD的型号正确，与热电偶的极性也正确，的型号正确，与热电偶的极性也正确，t1t2、t3=t4时，说明输出电势的变化情况，并予以论证。时，说明输出电势的变化情况，并予以论证。（3）当补偿导线）当补偿导线CD的型号不正确，即与热电偶不配套，而此时的型号不正确，即与热电偶不配套，而此时t1=t2=t3=t4时，说明输出电势会如何变化？时，说明输出电势会如何变化？7.1 热电偶温度计热电偶温度计School of Nuclear Science and Technology42/64 例例2 2：某测量

44、者采用某测量者采用S S型热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通型热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通铜导线将热电偶的输出延伸至显示仪表端，连接点的温度及显示仪表输铜导线将热电偶的输出延伸至显示仪表端，连接点的温度及显示仪表输入端的电势参见下图。试计算出被测温度场的温度。如果简单地通过入端的电势参见下图。试计算出被测温度场的温度。如果简单地通过E(t,0)=EoutE(t,0)=Eout查表求得被测温度值，结果将会出现多大的误差？查表求得被测温度值，结果将会出现多大的误差？7.1 热电偶温度计热电偶温度计School of Nuclear Science and Technology43

45、/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型对热电极材料的要求：对热电极材料的要求：p物理性能稳定，能在较宽的温度范围内使用，其热电特物理性能稳定，能在较宽的温度范围内使用，其热电特性不随时间变化性不随时间变化p化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透p热电势和热电势率要大（温度变化热电势和热电势率要大（温度变化1引起的热电势变引起的热电势变化），热电势与温度间呈线性关系化），热电势与温度间呈线性关系p复制性好，以便互换复制性好，以便互换p价格便宜，加工方便价格便宜，加工方便在不同的测温条件下，要用不同的热电极材料在不同的测温条件下，要

46、用不同的热电极材料School of Nuclear Science and Technology44/64p 纯金属电极：热电极容易复制，热电势率小；当两电极是由纯金属电极：热电极容易复制，热电势率小；当两电极是由两种纯金属组成时，热电势率平均为两种纯金属组成时，热电势率平均为2020 V/,V/,所以热电偶的所以热电偶的两电极很少均采用纯金属。两电极很少均采用纯金属。p 非金属电极：电势率大（可达非金属电极：电势率大（可达10001000 V/V/，熔点高，复现性，熔点高，复现性和稳定性较差。和稳定性较差。p 合金电极：热电性质和工艺性能介于两者之间。合金电极：热电性质和工艺性能介于两者之

47、间。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型只有满足上述要求的材料才能制成热电偶。但实际上，很难找到只有满足上述要求的材料才能制成热电偶。但实际上，很难找到全部满足上述要求的电极材料，只能根据所使用的条件范围，选全部满足上述要求的电极材料，只能根据所使用的条件范围，选择合适的热电极材料。择合适的热电极材料。常用的热电偶一般是用常用的热电偶一般是用纯金属与合金纯金属与合金相配，或是相配，或是合金与合金合金与合金相配相配镍铬镍铬- -镍铝镍铝，铁，铁- -康铜，铜康铜，铜- -康铜，铂康铜，铂- -铂铂10%10%铑，钨铑，钨- -铼，钨铼，钨- -钨钨26%26%铼铼School

48、 of Nuclear Science and Technology45/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（1 1）铂铑）铂铑1010- -铂热电偶铂热电偶 分度号分度号LB-3LB-3优点优点: :p便于复制，精确度高便于复制，精确度高p物理化学稳定性好，宜在氧化性及中性气氛中使用物理化学稳定性好，宜在氧化性及中性气氛中使用p熔点高，测温上限较高，熔点高，测温上限较高，1000-13001000-1300缺点：缺点：p热电势较小热电势较小p价格贵价格贵p易受污染和侵蚀而变质易受污染和侵蚀而变质p热电性质非线性性较大，高温下热电势不稳定热电性质非线性性较大，高温下热

49、电势不稳定School of Nuclear Science and Technology46/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（2 2）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅( (镍铬镍铬- -镍铝镍铝) )热电偶热电偶 分度号分度号EU-2EU-2优点优点: :p抗氧化性和抗腐蚀性较强，化学稳定性好抗氧化性和抗腐蚀性较强，化学稳定性好p复制性好，热电势较大复制性好，热电势较大p热电极材料便宜热电极材料便宜p核工业部门应用最广泛，可长期连续应用于核工业部门应用最广泛，可长期连续应用于10001000缺点：缺点：p500500以上温度下和还原性介质及硫，硫化物的气氛中使用易以上温

50、度下和还原性介质及硫，硫化物的气氛中使用易被腐蚀被腐蚀p精度比铂铑精度比铂铑- -铂热电偶低铂热电偶低School of Nuclear Science and Technology47/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（3 3）镍铬）镍铬- -考铜热电偶考铜热电偶 分度号分度号EA-2EA-2优点优点: :p热电势较大热电势较大p价格便宜价格便宜缺点：缺点：p不能用于高温，测温上限不能用于高温，测温上限600600p易受氧化而变质易受氧化而变质School of Nuclear Science and Technology48/647.1 热电偶温度计热电偶温度计