温度测量技术详解课件.ppt

1、第七章 温度测量 温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力和推力那么重要，但仍有许多难题，如燃气温度、冷却套内的瞬时温度等 测温变换器有其独特性，一般不可构成多种传感器测不同的参数，测温变换器一般只识别温度1、热电偶的原理及基本热点规律A、热电效应热电效应：两种不同材料的导体两端结合在一起构成闭合回路时，若两端处于不同的温度，在回路中便产生了热电势，电势大小EAB=f(T1)-f(T2)，与材料和T1、T2有关系，而与直径大小、长短、沿导线的温度分布无关。注意：EAB是两点温度的函数，而不是两点温度差的函数。一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在一个标准温度下，称之为自由端（冷端）

2、。热电势的函数关系一般用表格给出。B、热电偶的基本规律i）均质电路规律由单一均匀的材料构成的闭合回路中，单由加热作用不能产生热电势，用它可检验热电材料的均匀性加热不产生电势：材料均匀加热产生电势：材料不均匀，不能作为热电材料ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四种金属材料，只要插入材料的两端温度相同，则对回路热电势没有影响。因这一规律，在热电偶中接入串联导线及仪表，只要T3=T4（对a）或T2=T3（对b），不影响热电势大小。对图b若T2T3，图a若T3T4，则不能用，否则会产生附加电势。iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电偶，其接点温度分别为T1、T2。所产生的热电势

3、等于同一热电偶一接点温度为T1，另一接点温度为T3的热电势与一接点温度为T3，另一接点温度为T2的热电势之代数和：EAB(T1,T2)=EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时计算热电势，热电偶的热电势数据表是以自由端为0C给出的，若实测环境下自由端的温度不是0C，可由此规律计算热电势。如：镍铬合金镍铝热电偶：工作端400 C，自由端0 C，热电势16.4mV，工作端45 C，自由端0 C，热电势1.82mV，问工作端400 C，自由端45 C的热电势？iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势等于由材料A

4、与C组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势与由材料C与B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势之代数和。例：t1=100 C，t2=0 C铜（A）+铂（C）EAC=0.75mV康铜（B）+铂（C）EBC=-3.5mV则：EAB（t1,t2）=EAC（t1,t2）+ECB（t1,t2）=0.75+3.5=4.25mV 在选配热电偶材料时，查看各种材料与铂组成热电偶时的热电偶。计算所选的热电极材料产生的热电势作参考。若想得到较高的热电势输出，选与铂配时，一个为正，一个为负。C、热电偶的组成与选用：一般按被测温度范围选择热电偶 低于1100 C，用普通材料，如镍铬-镍硅，1100

5、-1600 C，用贵金属，如铂铑-铂，大于 大于1600 C，用耐热合金，如钨-铼。选择要求：a 热电性能稳定，不随时间变化 b 价格合理，能准确复制，便于互换 c 导电性好，材料本身电阻温度系数小 d 热电势大，并且线性关系好 e 适合所测温度一般来说以上要求难以全部满足常用的热电偶：a 镍铬-镍铝热电偶：工业上多用，长期使用1000 C，短期可达1300 Cb 铜-康铜热电偶：易自制、线性好，用于400 C以下，长期300 C，短期可达500 Cc 镍铬-考铜热电偶：长期使用600 C，短期可达800 Cd 铂铑-铂热电偶：1300-1600 Ce 钨铼热电偶：长期使用2000 C，短期可

6、达2800 CD、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很小（mV级），热电偶本身及导线有电阻，不能用于普通电压表测量，一般用毫伏计或电位差计1）毫伏计：所示电压：一般这种仪表都规定 值为多少。使用时必须满足。eRtMtEIRReeRRtMtMtE RUEIRRReRtR 延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在热电偶冷端为0 C的条件下度数，一般实际的冷端不是0 C，可改变Rt大小，使电桥输出相当于fab(t2,t0)。一般热电偶可用本身材料延伸到远离的地方，但对于贵金属或工业上的标准产品，要用延伸电极。要求：延伸电极在可能温度范围内（0-100 C）与主热电偶性能一致。如：对铂铑-铂，

7、使用铜-铜镍在0-100内0.64mV，与主热电偶相同。2）电位差计：可测量、标定、核准热电偶 基于电压平衡原理 基本电路如下：R1：调节电流大小R2：标准电阻R：读数电阻，S：换向开关EP：辅助电阻，ES：标准电源G：光电检流计，Et：被测热电势电路分为三个回路：（1）EPR1R2RS1（2）ESR2GS2(n)ES（3）EtRGS2(m)Et第（1）回路产生I，第（2）、第（3）回路不同时接通。i）合S1，S2n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I=ES/R2（为标定工作电流）ii）S2m，调R，使G=0，则RI=Et=ESR/R2（求出Et），其中ES和R2精密定值，R按电位差值刻度

8、读出，故称电位差计 由于G=0，则第（3）回路中无电流，所测为电势值，不受热电偶电阻影响。2、电阻温度变换器电阻温度计 原理：金属或半导体电阻随温度变化的特性 Rt=R0(1+t)，R0：0 C时的电阻值，：电阻温度系数，t：t上升，金属电阻升高，半导体电阻低 可测-200 C到+500 C的温度范围 结构：极细的金属丝绕在骨架上，体积较大，测平均温度，希望温度系数大，所以采用纯金属，如铜：0.425%/C，镍：0.66%/C，铂：0.39%/C 1）铜电阻温度计：R0=53，=0.425%/C，用0.1mm绝缘铜丝双线绕在骨架上，大约32cm长，外加防护套管。R100/R0=1.42800.

9、0020优点：a）电阻与温度成线性关系 b）电阻温度系数高 c）容易提纯，价格便宜缺点：体积大2）铂电阻温度计：用0.03-0.05mm铂丝绕在平板云母骨架上R0=10、25、46、100a)铂电阻大、丝短、体积小b)精度与纯度有关，温度系也较大工业：R100/R01.389实验室：R100/R01.3923）半导体热敏电阻：某些金属氧化物（镁、镍、锰）按一定比例混合后烧结成棒、球形等形状用作热敏电阻，原理：半导体电阻随温度升高而降低的特性 =(dR/R)/dt=-B/T2 RT=RT0eB(1/T-1/T0)B（在一定温度范围内）为常数，T为绝对温度值特点：a)比纯金属大8-10倍，灵敏度高

10、b)比电阻大，可以做得很小c)负温度系数d)误差大，重复性不好，复制性差一般用来感受微小温度差和温度变化，可达0.001 C4）电阻的测量：因电阻是温度的函数，确定电阻后可得温度值测电阻的方法：P99、100a 不平衡电桥b 平衡电桥自己看！3、其它测温方法：温度压力气动式测量温度变形力、材料法、双金属片温度热辐射法4、温标：温度数值的表示方法摄氏华氏热力学温标国际实用温标（IPTS-68）P81、82 自己看！5、热电偶的安装（壁温）：1）良好贴合2）贴壁敷设一段减小热传导损失加防护措施问题：1）若冷端不是0 C，该如何计算热电势？Et=Ei+E0，E0：工作端t0，冷端0 C的电势，Ei：工作端t1，自由端t0的电势2）如何标定（难以用温度场直接标定）？采用实体标定，若用电流型记录仪表，电流在线形成压降，可用mV数标。把热电偶的两端同时放入恒温区，没有热电势产生 接入一个RS，调整RP使RS上产生一定电位差，代替热电势，利用电势表分档标出温度值 工作时把标定电源和电位差计拆掉，记录的电流可代表温度（与标定相比较）或在RS处不接RS而直接接恒压标准源标定 对高阻抗仪表可以用恒压源输入相应的mV数作温度刻度6、非接触测温：光学测温法