热电偶测温方法热电偶测温课件.ppt

1、2022-11-19热工仪表及其维护1一、测量的定义及方法一、测量的定义及方法热工测量基本知识热工测量基本知识1、测量的定义测量的定义：测量就是采用测量工具（或仪表），通过实验方法将被测量与同性质的标准量（即测量单位）进行比较，以确定出被测量是标准量多少倍数的过程。其所得倍数就是被测量值，即Lx/b 式中x-被测量；b-标准量（测量单位）；L-所得被测量值2、测量的方法测量的方法：根据获得测量结果的程序不同，测量可以分为根据获得测量结果的程序不同，测量可以分为 直接测量：即用被测量直接与标准量比较而得到测量值的测量方法。如用尺测量长度，用玻璃管水位计测量水位，用压力表测量容器中气体的压力等。此

2、法简单迅速。间接测量：已知被测量与某一个或若干个其他量具有一定函数关系，通过直接测量这些量值，用函数关系式计算出被测量值的测量方法。例如，通过测量长度和宽度求面积，通过测量导线电阻、长度及直径求电阻率。组合测量：组合测量是在测量出几组具有一定函数关系的量值基础上，通过解联立方程组求取被测量的方法。例如，在一定温度范围内求解铂电阻与温度的关系。2022-11-19热工仪表及其维护2 根据检测装置动作原理不同，测量可以分为根据检测装置动作原理不同，测量可以分为 直读法：被测量作用于仪表比较装置，使比较装置的某种参数按已知关系随被测量发生变化，由于这种变化关系已在仪表上直接刻度，故直接可由仪表刻度尺

3、读出测量结果。零值法（平衡法）：将被测量与一个已知量进行比较，当两者达到平衡时，仪表平衡指示器指零，这时已知量就是被测量值。微差法：当被测量尚未完全与已知量相平衡时，读取它们之间的差值，由已知量和差值可求出被测量值。如用不平衡电桥测量电阻。根据仪表是否与被测对象接触，测量可分为：根据仪表是否与被测对象接触，测量可分为：接触测量法和非接触测量法。二、热工测量仪表的组成及分类二、热工测量仪表的组成及分类1、热工测量仪表的组成热工测量仪表的组成：炼铁厂中的热工参数，多数不能直接测量，一般是借助一些物质的物理、化学性质的关联性把被测参数转变为其他便于直接测量的相关量，以间接得出被测参数的数值。从仪表的

4、各部分的功能和作用分为：感受部件、传输变换部件及显示部件。感受部件：感受部件：测量仪表中直接与被测对象发生关系的部件，它感受到被测量（被测信号）的大小，并产生一个相应的其他量（输出信号）输送至传输转换部件。传输变换部件：传输变换部件：传输变换部件接受感受部件送入的信号，并输送到显示部件。显示部件：显示部件：显示部件接受传输变换部件送入的信号并转变为测量人员可以辨识的信号，它是与人直接联系的部件。如果测量仪表的感受部件或变送器与显示部件相距较远，并各自成为一完整仪表，则习惯称为感受仪表（一次仪表）及显示仪表（二次仪表）2022-11-19热工仪表及其维护3 2022-11-19热工仪表及其维护4

5、2、热工测量仪表的热工测量仪表的分类分类：按被测参数不同；等以下略等以下略 三、三、测量误差测量误差绝对误差：绝对误差：=L-A0-绝对误差；L-测量值；A0-真实值；A0常用标准仪表的侧量值A（实际值）来代替。相对误差：相对误差：=/A100%=（LA）/A 100%折合误差：折合误差：=/量程100%误差的分类：误差的分类：1、系统误差：保持不变或以可预知方式变化的误差分量、系统误差：保持不变或以可预知方式变化的误差分量 来源来源:仪器固有缺陷仪器固有缺陷;实验理论近似或方法不完善；实验理论近似或方法不完善；实验环境、测量条件不合要实验环境、测量条件不合要求；求；操作者生理或心理因素。操作

6、者生理或心理因素。恒定性；恒定性；可用特定方法来消除或减小。可用特定方法来消除或减小。2022-11-19热工仪表及其维护52、随机误差：当设法消除了系统误差之后，在同一条件下反复测量同一量时，每次测量、随机误差：当设法消除了系统误差之后，在同一条件下反复测量同一量时，每次测量值仍会出现或大或小、或正或负的微小误差。值仍会出现或大或小、或正或负的微小误差。随机性；可通过多次测量来减小随机性；可通过多次测量来减小。3、粗大误差：由于操作人员操作错误和粗心大意造成。、粗大误差：由于操作人员操作错误和粗心大意造成。四、四、仪表的质量指标仪表的质量指标1 1、准确度：表征仪表示值与被测量实际值接近程度

7、的质量指标，用基本误差来表示。准确度：表征仪表示值与被测量实际值接近程度的质量指标，用基本误差来表示。基本误差=最大绝对误差（绝对值）/仪表量程 100%国家根据各类仪表的设计和制造质量不同，对每种仪表都规定了基本误差的最大允许值，即允许误差，允许误差去掉百分号的数值就是仪表的精确度等级。我国目前规定的准确度等级有0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等级别，数值越小，准确度越高。2 2、稳定性：稳定性：仪表示值不随时间和使用条件变化的性能。3 3、灵敏度：灵敏度：仪表输出信号的变化与产生该变化的被测信号变化之比，20

8、22-11-19热工仪表及其维护64 4、不灵敏区：不灵敏区：不能引起输出变化的被测信号的最大变化范围。能引起仪表响应的输入信号 的最小变化称为仪表的灵敏度限或分辨率。一般灵敏度限数值应不大于仪一般灵敏度限数值应不大于仪 表允许误差的一半。表允许误差的一半。5 5、变差：变差：在仪表全部测量范围内，被测量值上行和下行所得到的两条特性曲线之间的最 大偏差，指的是仪表正向特征与反向特征不一致的成度。仪表变差不应超过允仪表变差不应超过允 需误差值，在校验仪表时，一般应进行上、下行程的校验。需误差值，在校验仪表时，一般应进行上、下行程的校验。6 6、时滞：时滞：用仪表对参数进行测量时，由于仪表有惯性，

9、其指示值总要经过一段时间之后才 能正确的显示出被测参数，即指示值的变化总要落后于被测参数的变化。从测量 开始到仪表正确显示出被测量的这一段时间称为仪表的时滞或反应时间。7 7、重复性：重复性：指同一条件下对被测量物多次重复测量其示值不一致的程度本讲完本讲完2022-11-19热工仪表及其维护7一、一、温度温度测量的测量的基本概念基本概念温度测量仪表及其维护温度测量仪表及其维护 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数；从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志；温度与人们日常生活紧密相关。温度温度是表征物体冷热程度的

10、物理量。是表征物体冷热程度的物理量。2022-11-19热工仪表及其维护81 1、温标温标 为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。2022-11-19热工仪表及其维护9经验温标经验温标 华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。按照华氏温标，则水的冰点为32，沸点为212，中间线性等分180格，每格为12022-11-19热工仪表及其维护10经验温标经验温标摄氏温标 1740年瑞典人摄

11、氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。中间等分为100格，每格1 摄氏温度和华氏温度的关系为 T =9/5t+32 t =5/9(T 32)2022-11-19热工仪表及其维护11热力学温标热力学温标 热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度绝对零度与水的三相点温度分为27316份，每份为1 K(Kelvin)。2022-11-19热工仪表及其维护12国际温标国际温标 指

12、导思想：尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，制作较容易，性能稳定，使用方便；1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。2022-11-19热工仪表及其维护13 ITS一90基本内容为：重申国际实用温标单位仍为K；国际摄氏温度和国际实用温度关系为：把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器 如下：0.655.0K，用3He和4He蒸汽温度计；3.024.5561K，用3He和4He定容气体温度计；13.803K961.78，用铂电阻温度计；961.78以上，用光学或光电高温计；新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来

13、实现整个热力学温标。9090273.15tT2022-11-19热工仪表及其维护14测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点 根据测温的物质（感温元件）是否与被测温物质（被测物体）相接触，通常可分成接触式和非接触式两大类。接触式温度测量 非接触式温度测量2022-11-19热工仪表及其维护15接触式温度测量接触式温度测量 测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低；由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。2022-11-19热工仪表及其维护16非接触式温度测量非接触式温度测

14、量 感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能（或亮度）随温度变化的原理测定物体温度;非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。（1000以上），非接触测温准确度低于接触法。2022-11-19热工仪表及其维护17 接触式与非接触式测温特点比较方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范

15、围 特别适合1200以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温，但1000以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为23秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温度

16、(需进一步转换)；不易组成测温、控温一体化的温度控制装置 2022-11-19热工仪表及其维护18 各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围2022-11-19热工仪表及其维护19 测温仪表的选用 1、根据工艺要求正确选用温度测量仪表的量程和精度，正常使用的测温范围一般为全量程的30%90%之间。2、用于现场进行接触式测温的仪表有玻璃温度计（用于指示精度较高和没有振动的场合）、压力式温度计（用于就地集中测量、要求指示清晰的场合）、双金属温度计（用于指示清晰、有振动的场合）、半导体温度计（用于间断测量固体表面温度的场合）3、用于远传接触式测温的有热电偶、热电阻。应根据工艺条件与测温范围选用适

17、当的规格品种、惰性时间、连接方式、补偿导线、保护管套与插入深度等。2022-11-19热工仪表及其维护20 测温仪表的选用 4、测量细小物体和运动物体的温度，或测量高温，或测量具有振动、冲击而又不能安装接触式测量仪表的物质的温度，应采用光学高温计、辐射高温计、光电高温计与比色高温计等非接触式温度计。5、用辐射高温计测温时，必须考虑现场环境条件，如受水蒸汽、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、臭氧、反射光等影响，并采取相应措施，防止干扰。2022-11-19热工仪表及其维护21热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法 玻璃温度计 压力温度计 双金属温度计2022-11-19热工仪表及其维护22 根据测温转换的原理

18、，接触式测温又可分为膨胀(包括液体和固体膨胀)式，热阻(包括金属热电阻和半导体热电阻)式、热电(包括热电偶和PN结)式等多种形式。膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。2022-11-19热工仪表及其维护23玻璃温度计玻璃温度计 玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9、测温上限为538。玻璃温度计特点：结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易

19、破损，测温值难自动远传记录。2022-11-19热工仪表及其维护24 玻璃温度计的分类：全浸式：测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸式：读数容易，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。V形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计2022-11-19热工仪表及其维护252022-11-19热工仪表及其维护262022-11-19热工仪表及其维护27注意事项 (1)温度计不宜平放和平装,保存与安装时都应使玻璃温度计直立,而且测温泡在下部。如果倾斜安装也应使测温泡在下部。(2)使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是否含有气泡,如果液柱脱离可以缓慢加热或微振动起来消除。(3)

20、对于全浸式温度计,安装深度应满足要求,对于工业用玻璃管温度计,则应将尾部全部插入被测介质中。2022-11-19热工仪表及其维护28注意事项(4)被测介质具有一定压力时,应在测温处焊上(或用螺丝旋紧)测温套管为减少热阻,测温套管壁不宜太厚(一般为1-2mm)。(5)测量流体温度时,温度计不能顺向安置,应逆向安放,或与流向垂直或有一定倾斜角,而且测温套管的插入深度要超过中心线。使测温泡刚好位于中心线上。2022-11-19热工仪表及其维护29压力温度计压力温度计 压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意

21、图2022-11-19热工仪表及其维护30 这类压力温度计其毛细管细而长(规格为160m)它的作用主要是传递压力，长度愈长，则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐腐蚀性较差等特点。电接点压力式温度电接点压力式温度计计2022-11-19热工仪表及其维护312022-11-19热工仪表及其维护32双金属温度计双金属温度计 固体长度随温度变化的情况可用下式表示：基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件当温度变化时，因双金属片的两种不同材料

22、线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。下图是双金属温度计原理图：10101LLk tt2022-11-19热工仪表及其维护33双金属温度计原理图2022-11-19热工仪表及其维护34 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80600，精度等级通常为1.5级左右。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。2022-11-19热工仪表及其维护352022-11-19热工仪表及其维护36双金属温度计2022-11-19热工仪表及其维护37热电偶测温方法热电偶测温方法 热电偶测温：热电偶是工

23、业和武备试验中温度测量应用最多的器件，它的特点是测温范围宽-2712800；性能稳定、准确可靠、测量精度高；输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制，且动态响应较好；结构简单；可适应各种测量对象的要求，如快速、小尺寸、点测温等。2022-11-19热工仪表及其维护38测温原理测温原理 热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，由于这种热电效应现象是1821年塞贝克（Seeback）首先发现提出，故又称塞贝克效应（如图所示）。2022-11-19热工仪表及其维护39 热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：温差电

24、势和接触电势。温差电势是指同一热电极两端因温度不同而产生的电势。热电偶接触电势是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度，而热电极接点接触面处就产生自由电子的扩散现象，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定电势差。2022-11-19热工仪表及其维护40 热电偶两热电极分别叫 A（为正极）和B（为负极），两端温度分别为 且 ；则热电偶回路总电势为：0TT、0TT 0000ABABABABETTETETETTETT，在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得：2022-11-19热工仪表及其维护41EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T

25、0)=EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T，0)-EAB(T0，0)热电偶的热电势，等于两端温度分别为热电偶的热电势，等于两端温度分别为T 和和零度以及零度以及T0和零度的热电势之差。和零度的热电势之差。2022-11-19热工仪表及其维护42结论结论(四点四点)：1、热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。2、只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。3、只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同,

26、热电偶的两导体材料不热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。同时才能有热电势产生。4、导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使温度有关。如果使E EAB(AB(T T0)=0)=常数，则回路热电势常数，则回路热电势E EAB(AB(T T，T T0)0)就只与温度就只与温度T T有关，而且是有关，而且是T T的单值函数，这就是利的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。用热电偶测温的原理。2022-11-19热工仪表及其维护43对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为T1、T2、Tn，冷端温度为零度的热电势。其热电势为

27、 E=EAB（T1）+EBC（T2）+ENA（Tn）由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。二、热电偶回路的性质1.均质导体定律2022-11-19热工仪表及其维护44 E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2.中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为接的接点温度相同，则此回路

28、各接点产生的热电势的代数和为零。零。如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则2022-11-19热工仪表及其维护45两点结论：l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三种材料接入热电偶回路图2022-11-19热工仪表及其维护

29、46ET0T0TET0T1T1T电位计接入 热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。2022-11-19热工仪表及其维护47 EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：2022-11-19热工仪表及其维护483.中间温度定律 如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分

30、别为T1、T2(如图所示)时,则其热电势为EAB(T1,T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2,T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为EAB(T1,T3)，则BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）2022-11-19热工仪表及其维护49EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EA B（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿导线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0时，则：只要T1、T0不变

31、，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B(如图)即引入所谓补偿导线时，当EAA(T2)=EBB(T2)，则回路总电动势为2022-11-19热工仪表及其维护50热电偶材料应满足：l 物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；l 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l 便于制造；l 复现性好，便于成批生产。热电偶的常用材料与结构2022-11-19热工仪表及其维护51热电偶分类及特性热电偶分类及特性

32、为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有以下性能：(1)优良的热电特性；(2)良好的物理性能；(3)优良的化学性能；(4)优良的机械性能；(5)足够的机械强度和长的使用寿命；(6)制造成本低，价值比较便宜。2022-11-19热工仪表及其维护52 工业用热电偶工业用热电偶 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝12342022-11-19热工仪表及其维护53(a)(b)(c)(d)132铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型

33、化（直径从12mm到0.25mm）、寿命、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。图3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图 1 金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型2022-11-19热工仪表及其维护542022-11-19热工仪表及其维护55快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.010.lm)4123快速反应薄膜热电偶1热

34、电极;2热接点;3绝缘基板;4引出线因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁镍、铁康铜和铜康铜三种,尺寸为 6060.2mm;绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300以下；反应时间仅为几ms。2022-11-19热工仪表及其维护56快速消耗微型热电偶 下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为0.050.lmm的铂铑10一铂铑30热电偶装在U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要注意它的动态标定，测量精度可达土57。14235678 91110快

35、速消耗微型 1刚帽；2石英；3纸环；4绝热泥；5冷端；6棉花；7绝缘纸管；8补偿导线；9套管；10塑料插座；11簧片与引出线2022-11-19热工仪表及其维护57 1铂铂铑热电偶(S型)分度号S工业用热电偶丝：0.5mm，实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600。特点：n 材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶 或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n 测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。n 在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵 蚀，需要用保护套管。n 材料属贵金属，成本较

36、高。n 热电势较弱。热电偶常用材料热电偶常用材料2022-11-19热工仪表及其维护58镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型)分度号K工业用热电偶丝：1.22.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.489.7镍、910铬，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。特点：u 价格比较便宜，在工业上广泛应用。u 高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。u 复现性好，热电势大。2022-11-19热工仪表及其维护59铂铑30铂铑6热电偶(B型)分度号为B正极：

37、铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。特点：l 材料性能稳定，测量精度高。l 还原性气体中易被侵蚀。l 低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。l 成本高。2022-11-19热工仪表及其维护60 工业用热电偶测温范围2022-11-19热工仪表及其维护61热电偶的选择、安装使用热电偶的选择、安装使用 热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，下图是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用或与电子

38、电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也以热电偶安装图通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。2022-11-19热工仪表及其维护62热电偶使用注意事项1、根据测量的范围与对象，合理选择适当的热电偶的型号、规格和保护管材料；2、选择合适的“冷端温度补偿”方法和所需用的器材，包括补偿导线、冷端温度补偿器等。3、热电偶的安装地点应避免在炉旁或加热设备距离过近之处。热电偶的冷端（接线盒处）的温度不应超过100，并尽量保持稳定不变。4、热电偶插入炉内的深度，可按实际需要决定，但工作端与发热体接触的距离不得小于100mm，它的接线盒不可碰到炉壁。2022-11-19热工仪表及其

39、维护635、带瓷管保护套管的热电偶，应尽可能避免忽冷忽热，以防瓷管破裂，并应安装在不妨碍被测加热物移动之处，以免碰断瓷管。6、除不带保护管的热电偶和表面热电偶外，不允许把热电偶从保护套管中抽出，直接与被测介质接触。7、使用中应经常检查热电偶保护管的状况，如果保护管的壁厚小于1.5mm，或发现焊缝处和表面有侵蚀情况，应及时更换。2022-11-19热工仪表及其维护648、打开接线盒对热电偶接线完毕后，应盖上接线盒并密封。在线路连接时，应注意补偿导线的极性，不可接反。9、要保护补偿导线，避免受到机械损伤和外磁场的干扰。10、每支电偶不可同时与多只毫伏计连接。2022-11-19热工仪表及其维护65

40、参比端处理参比端处理 我们经常使用的热电偶分度表，都是以热电偶参比端为0条件下制作的。在工业测温现场一般不能使参比端保持0。现在由于计算机尤其是微处理器和单片机推广普及，因而，智能化测温仪普遍按下述以软件为主的补偿方式：当热电偶的测量端和参比端温度分别为t、，假定，则热电动势0110ABABABEttEttEtt，2022-11-19热工仪表及其维护66 例6.1：用K型热电偶测炉温时，测得参比端温度t138；测得测量端和参比端间的热电动势E(t,38-1)29.90 mV，试求实际炉温。解 由K型分度表查得E(38，0)1.53 mV，由式(6-11)可得到：E(t，0)E(t,t1)+E(

41、t1,0)29.90+1.53=31.43 mV 再查K型分度表，由31.43 mV查得到实际炉温755。2022-11-19热工仪表及其维护67上述例子，若参比端不作修正，则按所测测量端和参比端间的热电动势E(t,32)29.90 mV查K型分度表得对应的炉温718，与实际炉温755相差37，由此产生的相对误差约为5%。由此可见，如果不考虑参比端温度修正、补偿有时将产生相当大的（温度）测量误差。2022-11-19热工仪表及其维护68 补偿导线 补偿导线的作用是把热电偶的冷端离热源较远及环境温度较稳定的地方；也就是用来延伸热电极即移动热电偶的冷端，与显 示仪表联接构成测温系统。补偿导线的优点

42、：改善热电偶测温线路的机械与物理性能 降低测量线路的成本 节省贵金属材料，便于安装与敷设；若用直径粗、电导系数大的补偿导线，还可减少测量回路电阻。2022-11-19热工仪表及其维护69 补偿导线使用须注意事项如下：各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；补偿导线与热电偶连接点的温度，不得超过规定的使用温度范围；由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此两连接点温度必须相同；在需高精度测温场合，处理测量结果时应加上补偿导线的修正值，以保证测量精度。2022-11-19热工仪表及其维护701.冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰

43、水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液冷端处理及补偿T02022-11-19热工仪表及其维护712.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV

44、对应的热端温度T=68。注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)2022-11-19热工仪表及其维护723.补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即 式中：T为未知的被测温度；T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH室温；k为补正系数，其它参数见下表。例 用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为11.348mV查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查

45、出，对应于1150的补正系数k=0.53。于是，被测温度 T=1150+0.5335=1168.3（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14。T T k T H2022-11-19热工仪表及其维护73例 用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。4.零点迁移法应用领域：如果冷端不是

46、0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。2022-11-19热工仪表及其维护745.冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。冷端补偿器的作用注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0

47、T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。2022-11-19热工仪表及其维护756.软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。对于T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷

48、端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。2022-11-19热工仪表及其维护76热电偶分度号校验温度/热电偶允许偏差/温度偏差温度偏 差S600，800，1000，120006002.4600占所测热电势的0.4%K400，600，800，10004004400占所测热电势的0.75%E300，400，60003004300占所测热电势的1%热电偶的定期校验热电偶的定期校验 校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规

49、定允许值为不合格。图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。工业热电偶的允许偏差，见下表。工业热电偶允许偏差工业热电偶允许偏差2022-11-19热工仪表及其维护7778564321稳压电源220V热电偶校验图 1-调压变压器；2-管式电炉；3标准热电偶；4-被校热电偶；5-冰瓶；6-切换开关；7-测试仪表；8-试管2022-11-19热工仪表及其维护782022-11-19热工仪表及其维护79热电阻式测温方法热电阻式测温方法 铂电阻测温 铜电阻和热敏电阻测温2022-11-19热工仪表及其维护80热电阻测温热电阻测温 热电阻温度计广泛应用于测量-200-850 范围内温度，

50、热电阻温度计由热电阻（感温部件）、连接导线及电阻测量仪表（显示仪表）组成。它的测量精度高，国际实用温标630.74 以下的温标内插就是采用标准铂电阻温度计复现的。由于热电阻输出的是电阻信号，所以便于远距离显示或传送。炼铁厂中，500 以下的测温点，一般采用热电阻。2022-11-19热工仪表及其维护81 基于热电阻原理测温是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性。热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传、无需参比温度；金属热电