第二章-温度过程参数检测与变送课件.ppt

1、温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测的基本知识温度检测的基本知识温度：温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。程相联系。温度概念的建立及测量：温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的以热平衡为基础的，温度最本质的性质：温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。有相同的温度。测量方法：测量方法：接触式测温和非接触式测温接触式测温和非接触式测温温度

2、检测方法及仪表温度检测方法及仪表接触式测温接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。(1)(1)膨胀式温度计膨胀式温度计 (2)(2)热电阻温度计热电阻温度计 (3)(3)热电偶温度计热电偶温度计 (4)(4)其他原理的温度计其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单直观、可靠，测量仪表也比较简单特点非接触测温非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。能的大小来推算被测物体的温度。(1)(1

3、)辐射式温度计辐射式温度计 (2)(2)光纤式温度计：光纤式温度计：特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温 标摄氏温标 -是把标准大气压下纯水的冰融点定为是把标准大气压下纯水的冰融点定为0 0度，纯水的沸点定为度，纯水的沸点定为100100度的一种度的一种温标。在温标。在0 0度和度和100100度之间分成度之间分成100100等分，每一分为一摄氏度，符号为等分，每一分为一摄氏度，符号为。华氏温标华氏温标 -规定在大气压下，纯水的冰融点为规定在大气压下，纯水的冰融点为3232度，纯水的沸点

4、为度，纯水的沸点为212212度，中间划度，中间划分为分为180180等分，每一分为一华氏度，符号为等分，每一分为一华氏度，符号为。热力学温标热力学温标 -又称开尔文温标，单位为开尔文（又称开尔文温标，单位为开尔文（K K）。）。国际实用温标国际实用温标 -是一种符合热力学温标又使用简单的温标。是一种符合热力学温标又使用简单的温标。最新温标是最新温标是19901990年国际温标年国际温标 (ITS(ITS90)90)温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计玻璃温度计温度检

5、测方法及仪表温度检测方法及仪表压力式温度计温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表双金属温度计温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理在在0 0630.74630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 T R热电阻在在-50-50180180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为)1(0tRRt1 320CtBtAtRRt温度0时的电阻值 温度t时的电阻值 温度检测方法及仪表温度检测方法

6、及仪表热电阻温度计热电阻温度计 应用于应用于-200600-200600范围内的温度测量范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻的材料要求：热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 铂电阻电阻率较大，电阻电阻率较大，电

7、阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为工业用铂电阻分度号为PtPt100100和和PtPt1010 铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100100以上易被氧以上易被氧化化工业用铜热电阻的分度号为工业用铜热电阻的分度号为CuCu5050和和CuCu100100 热敏电阻（负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 NTC NTC）电阻温度系

8、数约为铂电阻的电阻温度系数约为铂电阻的4 49 9倍，且本身电阻值较高。半导体倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。热敏电阻体温表原理温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表456热电阻的结构温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 工业热电阻也有普通型和铠装型两种形式温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表插入深度要求插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道

9、中心线道中心线510mm510mm。流体流动方向插入方向要求插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交入，正交9090也可，但切勿与被测介质形成顺流。也可，但切勿与被测介质形成顺流。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热电效应测温应用热电效应测温 测量原理两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合回路构成闭合回路当两个接触端当两个接触端 T T T T0 0时，回路中会产生热电势时，回路中会产生热电势热电势由两种材料的热电势由两种材料的接触电势接触电势和单一材料的和单一材料的温差电势温差电势决定决定

10、热电极热电极热电偶的工作原理温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表闭和回路总电势 AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB),()(),()(),(0000ttttttttAABBABAB)()(0ttABAB温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 分分 度度 表表如果能使冷端温度如果能使冷端温度t t0 0 固定，则总电势就只与温度固定，则总电势就只与温度t t成单值函数关系成单值函数关系 CtttABAB)(),(0分度表分度表-热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格注：热电势与热端温度之间注：热电势与热端温度之间

11、 关系是非线性关系是非线性温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 补偿导线 问题引出 解决方法热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费造成浪费选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线补偿导线其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本其二是降低了成本。功 能热电偶补偿导

12、线的外形图温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应正负极一一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（补偿导线连接端的工作温度不能超出（01000100），否则），否则会给测量带来误差。会给测量带来误差。使用补偿导线注意问题热电偶温度计温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 问题引出 冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为热电偶的分度表所表征

13、的是冷端温度为00时的时的热电势热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。表就是根据这一关系进行刻度的。解决方法0恒温法恒温法 冷端温度修正法冷端温度修正法 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 补偿电桥法补偿电桥法 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 0恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表冷端温度修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测温度为）被测温度为 t t 修正公式修正公式)0,(),()0,(0

14、0tEttEt冷端 t0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势给显示仪表输入了电势E(tE(t0 0,0),0)温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表由分度表查得由分度表查得 E(20,0)=0.113 mvE(20,0)=0.113 mv 则则 E(t,0)=E(t,tE(t,0)=E(t,t0 0)+E(t)+E(t0 0,0),0)=7.32+0.113 =7.32+0.113 =7.434 mv =7.434

15、mv 再查分度表得其对应的被测温度再查分度表得其对应的被测温度t=808t=808例用用S S型热电偶测温，热电偶的冷端温度型热电偶测温，热电偶的冷端温度t t0 0=20=20，测得热电势，测得热电势为为7.32 mv7.32 mv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t。解温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点注意补偿温度的起点 在在2020平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 20 在在00平衡，须把显示仪表的机械零点预

16、先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到00补偿是相对的，以此有一定误差补偿是相对的，以此有一定误差温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的管也是必不可少的。1.1.普通型装配式结构普通型装配式结构2.2.柔性安装型铠装结构柔性安装型铠装结构 在炼钢厂中有时直接将廉价在炼钢厂中有时直接将廉价热电极热电极(易耗品，例如镍铬易耗品，例如镍铬-镍镍硅热偶丝，时

17、间稍长即熔化硅热偶丝，时间稍长即熔化)插插入钢水中测量钢水温度，如图入钢水中测量钢水温度，如图所示：试说明所示：试说明 1)为什么不必将工作端焊在为什么不必将工作端焊在一起一起?2)要满足哪些条件才不影响要满足哪些条件才不影响测量精度测量精度?采用上述方法是利用采用上述方法是利用了热电偶什么定律？了热电偶什么定律？3)如果检测物不是钢水，而如果检测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？为什么？是熔化的塑料行吗？为什么？温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表二二 非接触式测温（辐射式测温）非接触式测温（辐射式测温）1.1.非接触式测温及其特点非接触式测温及其特点 原理原理：载热体：载热体热能热能辐射能辐

18、射能受体温度受体温度。特点特点：无媒介，无上限，测速快，对热场无干扰，用于运动物体、腐蚀：无媒介，无上限，测速快，对热场无干扰，用于运动物体、腐蚀 性介质的测温；性介质的测温；缺点缺点：测量误差大、标定难结构复杂、价格贵：测量误差大、标定难结构复杂、价格贵2.常用元件及共性常用元件及共性 高温辐射计、低温辐射计、光电温度计；：热辐射高温辐射计、低温辐射计、光电温度计；：热辐射 透镜（反射透镜（反射 镜）镜）热电堆（热敏电阻、硅光电池）热电堆（热敏电阻、硅光电池）电信号。电信号。（1 1）.高温辐射计：光学玻璃透镜高温辐射计：光学玻璃透镜（光波长（光波长0.70.71.1m1.1m）与硅光电池与

19、硅光电池(700(700200020mV)200020mV)组成；组成；误差：误差：15001500，0.7%;0.7%;15001500，1%1%；响应时间响应时间1 1毫秒毫秒（2 2）.低温辐射计：锗透镜与半导体热敏电阻组成；接收低温辐射计：锗透镜与半导体热敏电阻组成；接收215m红外红外波；范围：波；范围：0200；误差：误差：1%；响应时间响应时间2毫秒，毫秒，信号需放大。信号需放大。（3 3）光电温度计：光透镜（）光电温度计：光透镜（光波长光波长0.60.62.7m2.7m ）流化铅光敏电阻；范）流化铅光敏电阻；范围：围：400400 800800；误差：误差：1%1%；响应时间响

20、应时间1.51.5毫秒毫秒,信号需放大。信号需放大。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表DDZ-温度变送器温度变送器分类：分类：热电偶变送器热电偶变送器 热电阻变送器热电阻变送器 直流毫伏变送器直流毫伏变送器功能：功能：热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 零点调整零点调整 零点迁移零点迁移 量程迁移量程迁移 线性化线性化2.2.2 2.2.2 典型模拟式温度变送器典型模拟式温度变送器一一.DDZ-.DDZ-型温度变送器型温度变送器1.DDZ-型温度变送器的构成及特点型温度变送器的构成及特点(图图221）说明说明:1):1)输入回路可实现热电偶冷端补偿、热电阻三线制引入、零输入回路可实现热电偶

21、冷端补偿、热电阻三线制引入、零点调整与迁移、量程调整；点调整与迁移、量程调整；2 2）反馈回路可实现非线性校正；）反馈回路可实现非线性校正；温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表特点特点：1 1）集成运放：可使仪表的精确性、可靠性、稳定性及技术指标集成运放：可使仪表的精确性、可靠性、稳定性及技术指标符合国标；符合国标；2 2）通用模块与专用模块相结合，使用灵活。方便；通用模块与专用模块相结合，使用灵活。方便；3 3）反馈反馈线性化保证输入线性化保证输入/输出关系的线性化；输出关系的线性化；4 4）统一集中供电，二线制接线方统一集中供电，二线制接线方式；式；5 5）采用安全火花防爆措施采用安全火花

22、防爆措施实例实例 某测温仪表的量程为某测温仪表的量程为0 0500500，输出信号为输出信号为4 420mA20mA ，现欲测量现欲测量20020010001000应如何调整？应如何调整？2.1.4 2.1.4 变送器的构成原理变送器的构成原理1.1.模拟式变送器的构成（图模拟式变送器的构成（图2 29 9）测 量 部 分iK零 点 迁 移x放 大 器K反 馈 回 路fKy0zizfz011zKKKxKKKKyffi1 1）原理说明原理说明2)2)输入输入/输出关系输出关系理想线性特性理想线性特性01,1zKxKKyKKffii温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表2.2.3 2.2.3 智能式

23、变送器智能式变送器温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表二二.实例（实例（TT302)TT302)1.TT3021.TT302概述。概述。2.2.硬件构成：硬件构成：（图（图2 22828）输入模版、）输入模版、主板、显示器主板、显示器（1 1）输入模版：多路转换器、信号调理电路、输入模版：多路转换器、信号调理电路、A/DA/D转换和隔离；功能。转换和隔离；功能。（2 2）主板：微处理器系统、通信控制器、信号整形、本机调整、和电源；功能。主板：微处理器系统、通信控制器、信号整形、本机调整、和电源；功能。3.3.软件构成：系统程序、功能模块软件构成：系统程序、功能模块2.2.3 2.2.3 智能式

24、变送器智能式变送器一一.特点与结构特点与结构（1 1）通用性强。通用性强。（2 2）使用灵活。使用灵活。（3 3）多种补偿校正功能。多种补偿校正功能。（4 4）具有控制功能。具有控制功能。（5）具有通信功能。（6 6）具有自诊断功能具有自诊断功能1.1.特点特点2.2.结构结构（1 1）硬件：微处理器、输入硬件：微处理器、输入/输出电路、人输出电路、人/机界面机界面（2 2）软件：系统程序和用户程序软件：系统程序和用户程序温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表一体化温度变送器现在有一种装配式热电偶，直接制成“一体化温度变送器”。这种温度变送器具有参比端温度补偿功能，并装在接线盒中，因而不需要补偿导线，输出信号为420mA或010mA标准信号，适用于-20100的环境温度，精确度可达0.2，配用这种装置可简化测温电路设计。DDZ 010mADDZ 420mA 15 V