检测技术与智能仪表设计第三专题2课件.ppt
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- 检测 技术 智能仪表 设计 第三 专题 课件
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1、温标温标 1、温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温标。它。它规定规定了温度的读数的起点了温度的读数的起点(即零点)(即零点)以及以及温度的单温度的单位位。各类温度计的刻度均由温标确定。各类温度计的刻度均由温标确定。2、国际上规定的温标有:、国际上规定的温标有:摄氏温标摄氏温标、华氏温标华氏温标、热力学温标热力学温标等。等。几种温标的对比几种温标的对比 正常正常体温为体温为37 C C,相当于相当于华氏温华氏温度多少度多少度?度?热力学温标(热力学温标(K K)热力学温标是建热力学温标是建立在立在热力学第二定律热力学第二定律基础上的基础上的最科学的温最科学的温标标,是由,是由开尔文
2、开尔文(Kelvin)根据热力根据热力学定律提出来的,因学定律提出来的,因此又称此又称开氏温标开氏温标。它。它的的符号是符号是T,单位是单位是开尔文(开尔文(K)。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵像开尔文勋爵像三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照温度传感器按照用途用途可分为基准温度计和可分为基准温度计和工业温度计;按照测量方法又可分为工业温度计;按照测量方法又可分为接触式接触式和和非接触式非接触式;按工作原理又可分为;按工作原理又可分为膨胀式膨胀式、电阻式电阻式、热电式热电式、辐射式辐射式等等;按输出方式等等;按输出方式分,有自发电型、非电测型等。分,有自发电型、非电
3、测型等。2023-1-175体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源,耐用;但不需要电源,耐用;但感温部件体积较大。感温部件体积较大。气体的体积与气体的体积与热力学温度成正比热力学温度成正比2023-1-176红外温度计红外温度计激光瞄准激光瞄准热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点 1、它属于、它属于自发电型自发电型传感器:测量时可以传感器:测量时可以不需外加电源,可直接驱动动圈式仪表;不需外加电源,可直接驱动动圈式仪表;2、测温范围广、测温范围广:下限可达:下限可达-180 C C,上限,上限可达可达28002800 C C以上;以上;3 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国
4、际计量委国际计量委员会员会的标准。的标准。先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论:结论:当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势。当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为:右端称为:自由端自由端(参考(参考端、端、冷冷端端)第二节第二节 热电偶的工作原理及分类热电偶的工作原理及分类 左端称为:左端称为:测量端测量端(工作(工作端、端、热热端端)热电极热电极B B热电势热电势AB从实验到理论:从实验到理论:热电效应热电效应 1821年,德国物理学家年,德国物理学家赛贝克赛贝克用两种不用两种不同金属组成同金属组成闭合回路闭合回路,并用酒精
5、灯,并用酒精灯加热其中加热其中一个接触点(称为结点),一个接触点(称为结点),发现放在回路中发现放在回路中的的指南针发生偏转指南针发生偏转。这说明什么?。这说明什么?1工作端工作端 2热电极热电极 3指南针指南针 4参考端参考端 2023-1-1710动画动画3:“结点结点”产生热电势的产生热电势的微观微观解解释释 两种不同的金属互相接触时,由于不同金属内两种不同的金属互相接触时,由于不同金属内自由电子的密度不同,在两金属自由电子的密度不同,在两金属A和和B的接触点处会的接触点处会发生自由电子的发生自由电子的扩散现象扩散现象。自由电子将从密度大的金。自由电子将从密度大的金属属A扩散到密度小的金
6、属扩散到密度小的金属B,使,使A失去电子带正电失去电子带正电,B得到电子带负电得到电子带负电,从而产生,从而产生热电势热电势。自由自由电子电子ABeAB(T T)T T热电偶的热电偶的图形符号图形符号自由电子浓度高,失去电子多,自由电子浓度高,失去电子多,带正电带正电自由电子浓度低,失去电子少自由电子浓度低,失去电子少得到电子多,带负电得到电子多,带负电以上演示得出的结论:以上演示得出的结论:有关热电偶热电势的讨论有关热电偶热电势的讨论 热电偶两结点所产生的总的热电偶两结点所产生的总的热电势热电势等于热端热电势等于热端热电势与冷端热电势与冷端热电势之差之差,是两个结点的,是两个结点的温差温差t
7、t 的函数:的函数:EAB(T,T0)=eAB(T T)-eAB(T T0 )结论:结论:热电势大致与热电势大致与两个结点的两个结点的温差温差T或或tt 成正比成正比2023-1-1712从实验到理论得到有关从实验到理论得到有关热电效应热电效应的结论的结论如果用两盏酒精灯如果用两盏酒精灯同时加热同时加热两个结点两个结点,指南,指南针的偏转角反而减小针的偏转角反而减小。这又说明什么?。这又说明什么?结论:结论:指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动。电流在回路中流动。热电流的强弱与两个结点的温差有关,而不热电流的强弱与两个结点的温差有关,而不
8、是与单一的一端结点的温度成正比是与单一的一端结点的温度成正比。热电偶的种类及结构热电偶的种类及结构 八种八种国际通用热电偶:国际通用热电偶:B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 、R:R:铂铑铂铑1313铂铂 、S:S:铂铑铂铑1010铂铂 、K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 、N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 、E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍、J:J:铁铁铜镍铜镍 、T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/mVB铂铑铂铑3
9、030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬(铝铝)-2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康康 铜铜)270800 C C5种热电偶的种热电偶的测温范围测温范围与与热电势热电势各有什么特点?各有什么特点?几种常用热电偶的热电势与温度的几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析关系曲线分析 哪几种热电哪几种热电偶的测温上限较偶的测温上限较高?高?哪几种热电哪几种热电偶的线性较差?偶的线性较差?哪一种热电
10、哪一种热电偶的灵敏度较高?偶的灵敏度较高?哪一种热电哪一种热电偶的灵敏度较低?偶的灵敏度较低?为什么所有的曲线均过原点(零度点)?为什么所有的曲线均过原点(零度点)?热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差,多数情况下采用查表法热电偶的线性较差,多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规定的定的“1990年国际温标年国际温标”(简称(简称ITS-90)的新)的新标准。按此标准,制定了标准。按此标准,制定了相应的分度表相应的分度表,并且,并且有相应的有相应的线性化集成电路与之对应线性化集成电路与之对应。直接从热电偶的分度表查温度与热电势的
11、直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是:关系时的约束条件是:自由端(冷端)温度必自由端(冷端)温度必须为须为0 0 C C。本教材的本教材的附录附录D D列出了列出了工业中常用的工业中常用的镍铬镍铬-镍硅(镍硅(K)热电偶)热电偶的的分度表分度表。如何利用热电偶的分度表如何利用热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度假设热电偶的冷端温度为为0 0 C C,请工业中常用的请工业中常用的镍铬镍铬-镍硅(镍硅(K)热电偶的热电偶的分度表分度表,查出查出-100-100、0 0、100 100 时的热电势。时的热电势。数字式温度表数字式温度表温度上限温度上限设定值设定值温度上限值温度上限值
12、设定键设定键K热电偶热电偶的分度表的分度表 比较比较查出的查出的3 3个个热电势,热电势,可以看出可以看出热电势是热电势是否否线性?线性?2023-1-1719如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值 设设冷端为冷端为0 0 C C,根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示示值值及及K热电偶的热电偶的分度表,分度表,查出查出热端的温度热端的温度tx 。2023-1-1720装配型装配型热电偶的外形热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通普通装配型装配型热电偶的热电偶的结构结构放大图放大图 接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹(出厂时用塑料
13、包裹)(出厂时用塑料包裹)热电偶工作端(热端)热电偶工作端(热端)不锈钢不锈钢保护管保护管 铠装型热电偶铠装型热电偶 铠装热电偶的制造工艺:铠装热电偶的制造工艺:把热电极材料与高温绝把热电极材料与高温绝缘材料预置在缘材料预置在金属保护管金属保护管中、运用同比例压缩延伸工中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体,制成各种直径、规格的铠装艺、将这三者合为一体,制成各种直径、规格的铠装偶体,再截取适当长度、将偶体,再截取适当长度、将工作端焊接密封工作端焊接密封、配置、配置接接线盒线盒即成为即成为柔软、细长柔软、细长的铠装热电偶。的铠装热电偶。铠装热电偶特点:铠装热电偶特点:内部的热电偶丝与外界空
14、气隔内部的热电偶丝与外界空气隔绝,有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗绝,有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细,机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细,能解决能解决微小、狭窄场合微小、狭窄场合的测温问题,且具有抗震、的测温问题,且具有抗震、可弯曲、可弯曲、超长超长等优点。等优点。2023-1-1723铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管(铠体)(铠体)BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面隔爆隔爆型热电偶型热电偶 结构特点结构
15、特点:隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防:隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构,它的接线盒是经过爆的特殊结构,它的接线盒是经过压铸压铸而成的,而成的,有一有一定的厚度定的厚度、隔爆空间,、隔爆空间,机构强度机构强度较高;采用螺纹隔爆较高;采用螺纹隔爆接合面,并接合面,并采用密封圈进行密封采用密封圈进行密封,因此,当接线盒内,因此,当接线盒内一旦放弧时,一旦放弧时,不会与外界环境的危险气体传爆不会与外界环境的危险气体传爆,能达,能达到预期的防爆、隔爆效果。到预期的防爆、隔爆效果。使用场合:使用场合:工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工化学工业业自控系统中(由于在化工生
16、产厂、生产现场常伴有自控系统中(由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽,如果用普通热电各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽,如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸环境气体爆炸)。)。2023-1-1725隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线2023-1-1726其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K型热电偶型热电偶第三节第三节 热电偶冷端的延长热电偶冷端的延长 采用相对采用相对廉价廉价的补偿导线,可的补偿导线,可延长热电偶的延长热电偶的冷冷端端,使之远离高温区;可节约大量贵金属;易弯曲
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