仪器仪表基础知识-第二节温度检测仪表课件.ppt

1、 温度检测仪表 温度的概念温度的概念 温度是表示物质冷热程度的一个量，它反映温度是表示物质冷热程度的一个量，它反映物质内部热运动的状况，任何一种物质都是由物质内部热运动的状况，任何一种物质都是由大量的分子组成的，这些分子总是处于热运动大量的分子组成的，这些分子总是处于热运动的状态，分子热运动越快，物质的温度越高，的状态，分子热运动越快，物质的温度越高，相反分子的热运动越慢，物质的温度越低。相反分子的热运动越慢，物质的温度越低。温标温标衡量物质温度的标尺，称为温标。衡量物质温度的标尺，称为温标。1.1.摄氏温标摄氏温标 单位用单位用来表示。它把标准大气压下冰的来表示。它把标准大气压下冰的熔点定为

2、熔点定为00，把水的沸点作为，把水的沸点作为100100，在，在01000100之间划分之间划分100100等份，每一等分为等份，每一等分为11。2.2.开氏温标开氏温标 开氏温标也称绝对温标，单位用开氏温标也称绝对温标，单位用K K来表示，来表示，开氏温标把冰的熔点定为开氏温标把冰的熔点定为273.15K273.15K，把水的沸，把水的沸点定为点定为373.15K373.15K，273.15373.15273.15373.15之间划分之间划分100100等分，每一等分为等分，每一等分为1K1K。它与摄氏温标之间的换算：它与摄氏温标之间的换算：K=273.15+T K=273.15+T 3.3

3、.华氏温标华氏温标 单位用单位用表示，它把冰的熔点定为表示，它把冰的熔点定为3232，把水，把水的沸点定为的沸点定为212212，在，在3221232212之间划分之间划分180180等分，等分，每一等分为每一等分为11。与摄氏温度的换算关系：与摄氏温度的换算关系：=1.8T+32=1.8T+32 a a、接触式、接触式膨胀式：玻璃液体、双金属膨胀式：玻璃液体、双金属压力式：压力式温度计压力式：压力式温度计热电类：热电偶热电类：热电偶热电阻：铂电阻、铜电阻、热敏电阻热电阻：铂电阻、铜电阻、热敏电阻b、非接触式、非接触式 光纤类：光纤类：光纤温度传感器、光纤辐射温度光纤温度传感器、光纤辐射温度

4、辐射式：辐射式：辐射式、光学式、比色式辐射式、光学式、比色式膨胀式温度计膨胀式温度计 1.1.玻璃管温度计玻璃管温度计 液体膨胀温度计是利用液体体积随温度升高液体膨胀温度计是利用液体体积随温度升高而膨胀的原理制成的。而膨胀的原理制成的。优点：反应迅速，结构简单，造价低廉。优点：反应迅速，结构简单，造价低廉。缺点：易碎，只能就地读数，不能远距离缺点：易碎，只能就地读数，不能远距离 传送。传送。1安全包 2标尺 3毛细管 4感温包2.双金属温度计双金属温度计 它是由两种膨胀系数相差很大的金属片紧密焊它是由两种膨胀系数相差很大的金属片紧密焊接而成，受热时由于膨胀长度不同，使金属片发生接而成，受热时由

5、于膨胀长度不同，使金属片发生弯曲，偏转一个角度。弯曲，偏转一个角度。3.3.压力式温度计压力式温度计 压力式温度计主要是由温包、毛细管、弹簧压力式温度计主要是由温包、毛细管、弹簧管压力计三个基本部分组成。管压力计三个基本部分组成。工作原理工作原理 压力式温度计是利用感温物质的压力随温度而压力式温度计是利用感温物质的压力随温度而变化的特性工作的。当温包内的感温物质受到温变化的特性工作的。当温包内的感温物质受到温度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹簧管的自由端产生位移。簧管的自由端产生位移。压力式温度计组成压力式温度计组成1.温包：温包是感受被测介质

6、温度变化的敏感元件。温包：温包是感受被测介质温度变化的敏感元件。2.毛细管：毛细管是由铜或钢的无缝管冷拉而成，毛细管：毛细管是由铜或钢的无缝管冷拉而成，其作用是传递压力其作用是传递压力3.压力计：它是用来测量压力的变化并指示被测温压力计：它是用来测量压力的变化并指示被测温度。度。根据工作介质的不同，压力式温度计有：根据工作介质的不同，压力式温度计有：充液体的、充蒸气的、充气体的三种型式。充液体的、充蒸气的、充气体的三种型式。热电阻温度计是利用某些金属导体或半导体的电阻值热电阻温度计是利用某些金属导体或半导体的电阻值随温度的变化而改变的性质来进行工作的。随温度的变化而改变的性质来进行工作的。在一

7、定的温度范围内，电阻与温度的关系可用下式来在一定的温度范围内，电阻与温度的关系可用下式来表达：表达：RtRt=R0=R0（1+1+t t）RtRt-温度为温度为tt时的电阻值时的电阻值 R0-R0-温度为温度为t0t0时的电阻值时的电阻值 t-t-温度的变化量温度的变化量 -温度在温度在t0 tt0 t之间，金属导体的平均之间，金属导体的平均 电阻温度系数电阻温度系数a)铜电阻 b)铂电阻 c)电阻体的外形 引出线：引出线：1、二线制、二线制 在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连的方式叫二线制：这种引线

8、方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合度较低的场合2、三线制、三线制 在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。3.四线制四线制 在热电阻的根

9、部两端各连接两根导线的方式称在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把把R转换成电压信号转换成电压信号U，再通过另两根引线把，再通过另两根引线把U引引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。1）铂电阻 优点优点：铂是一种贵金属，具有准确度高、稳定性好、性能可靠以及抗氧化性很强。在259.3467961.78的温域内以铂电阻温度计作为标准仪器。缺点缺点：铂电阻的电阻值与温度为非线性关系，电阻

10、温度系数比较小，。工业用铂电阻温度计的使用范围：200850分度号：Pt10、Pt100返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录2）铜电阻 优点优点：价格低廉，具有较大的电阻温度系数，材料容易提纯，具有较好的复制性，容易加工成绝缘的铜丝，铜的电阻值与温度的关系在测量范围内几乎是线性的。缺点缺点：易氧化，氧化后即失去其线性关系。工业用铜电阻温度计的使用范围：50150 分度号：Cu50、Cu100 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录热电效应热电效应：把两种不同材料的金属导体（或半导体）A和B连接成闭合回路，若两个接点温度t与t0不相等，则回路中就会产生热电动势，这一现象称为热电效应。参比端

11、（冷参比端（冷端或自由端）端或自由端）热电势热电势热电极热电极A A热热电极电极B B 测量端测量端（热端或工（热端或工作端）作端）（1）温差电动势）温差电动势：tUA(t)t0 UA(t0)UA(t,t0)返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录（2）接触电动势 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录（3）热电偶回路的总电动势)()(),(00ABtftfttE 总电动势总电动势 E EABAB（t t，t0t0）=E EABAB（t t）+E EB B （t t，t0t0）-E EABAB（t0t0）-E EA A （t t，t0t0）温差电动势与接触电动势相比要小的多，因此在总电动势中

12、，温差电动势与接触电动势相比要小的多，因此在总电动势中，接触电动势起决定性的作用，一般会忽略温差电动势的影响，接触电动势起决定性的作用，一般会忽略温差电动势的影响，则总电动势为：则总电动势为：E EABAB（t t，t0t0）=E EABAB（t t）-E EABAB（t0t0）热电极的材质序号序号 材质材质 分度号分度号 测温范围测温范围 特性及用途特性及用途1 铜铜-康铜康铜 T -2003502 镍铬镍铬-康铜康铜 E -200750 灵敏度高，价廉，适用于还原性及中性介质灵敏度高，价廉，适用于还原性及中性介质3 镍铬镍铬-镍硅镍硅 K -2001200 复现性好，热电势大，线性好，价廉

13、，用途广泛复现性好，热电势大，线性好，价廉，用途广泛4 铂铑铂铑10-铂铂 S 01300 测量准确，复现性好，但价格昂贵测量准确，复现性好，但价格昂贵5 铂铑铂铑30铂铑铂铑6 B 016006 铂铑铂铑13铂铂 R 0-1100 7镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 N -40-1100 8铁铁康铜康铜 J -40-750 普通型热电偶基本结构图铠装热电偶 冷端的温度问题 在热电偶的工作原理中，为使热电偶的总电动势只与被测温度成单一关系，需把冷端温度固定好，一般固定在0。我们在应用热电偶时，只有把冷端温度保持在0，才能得到准确的测量结果。但是在实际生产当中，冷端是暴漏在大气环境当中的，受环境影响较大，因

14、此需要冷端补偿。1）冰浴法 2）恒温箱法 3）恒温室法 用热电偶测温时，若t0=tn0，要使指示值不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温度tn的位置。应用于应用于：一些精度要求不高、冷端温度不经常变化的情况下补偿导线法：补偿导线的作用是将热电偶的冷端延长，使之延长至距离热源较远的地方或温度比较稳定的地方。A t0 A t0 t B t0 B t0 例：用镍铬镍硅热电偶测量某一实际为1000的对象温度。所配用仪表在温度为20的控制室里，设热电偶冷端温度为50。当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线连接时，测得温度各为多少?又与实际温度相差多少?解：解：查K型热电偶分度表，得E(10

15、00,0)=41.269mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。若用补偿导线，仪表测得热电动势值为E(1000,20)=E(1000,0)E(20,0)=40.471mV查分度表得对应的温度为979.6若用铜导线，仪表测得热电动势值为E(1000,50)=E(1000,0)E(50,0)=39.247mV查分度表得对应的温度为948.4两种方法测得的温度相差31.2，测量误差分别为20.4和51.6。例：用镍铬镍硅热电偶测量某一实际为1000的对象温度。所配用仪表在温度为20的控制室里，设热电偶冷端温度为50。当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线连接时，测得温

16、度各为多少?又与实际温度相差多少?补偿导线：按照其材料性能，可分为两种：一种是：其材料与热电偶相同，称为延伸型补偿导线，一般用于廉金属热电偶。用X表示另一种是：其材料不同于热电偶的热电极材料，称为补偿型补偿导线，通常适用于贵金属热电偶和某些非标准热电偶。用C表示 各种补偿导线的正极绝缘层均为红色，可以根据负极绝缘层的颜色初步判各种补偿导线的正极绝缘层均为红色，可以根据负极绝缘层的颜色初步判断补偿导线的类型断补偿导线的类型 1）冰浴法 2）恒温箱法 3）恒温室法 用热电偶测温时，若t0=tn0，要使指示值不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温度tn的位置。应用于应用于：一些精度要求不

17、高、冷端温度不经常变化的情况下 1）冰浴法 2）恒温箱法 3）恒温室法 用热电偶测温时，若t0=tn0，要使指示值不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温度tn的位置。应用于应用于：一些精度要求不高、冷端温度不经常变化的情况下 1）冰浴法 2）恒温箱法 3）恒温室法 用热电偶测温时，若t0=tn0，要使指示值不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温度tn的位置。应用于应用于：一些精度要求不高、冷端温度不经常变化的情况下结论：结论：1.将两种不同材质的金属导线一端焊接在一起，当将两种不同材质的金属导线一端焊接在一起，当首尾处于不同的温度时，则热端和冷端便产生热首尾处于不同的温

18、度时，则热端和冷端便产生热电势。电势。2.热电偶的总电动势只和两端的温度及所用的材质热电偶的总电动势只和两端的温度及所用的材质有关，与材质的粗细长短无关。有关，与材质的粗细长短无关。3.若在热电偶中加上第三种金属导线，只要第三种若在热电偶中加上第三种金属导线，只要第三种导线两端的温度相同，则不改变热电偶的总电动导线两端的温度相同，则不改变热电偶的总电动势。势。安装安装1.固体表面温度的测量（1）热电偶与被测表面的接触形式 2.管道中流体温度的测量主要误差主要误差：导热误差。（1）感温元件的安装要求）感温元件的安装要求 1）把感温元件的外露部分用保温材料包起来。2）感温元件应逆着介质流动方向倾斜

19、安装，至少应正交，切不可顺流安装。3）感温元件应有足够的插入深度。4）感温元件应与被测介质充分接触。5）应使测温管或保护管的壁厚和外径尽量小一些。（2）应用实例分析 返本节目录返本节目录返本章目录返本章目录3.高温气体温度的测量（1）主要误差：热辐射误差（辐射散热误差）（2）感温元件的安装要求 热辐射式温度计热辐射式温度计 在温度比较高的情况下，一般的热电偶测温就在温度比较高的情况下，一般的热电偶测温就受到了一定的限制，在高温下热电偶的电极材料受到了一定的限制，在高温下热电偶的电极材料的物理和化学稳定性会大大降低，很快就会变质的物理和化学稳定性会大大降低，很快就会变质和损坏。热辐射温度计就是为

20、了解决高温的测量和损坏。热辐射温度计就是为了解决高温的测量而发展起来的。而发展起来的。任何物体受热之后，就有一部分热能转化为任何物体受热之后，就有一部分热能转化为辐射能，例如有辐射能，例如有X X光、紫外线、红外线、可见光、光、紫外线、红外线、可见光、电磁波等等，它们被物体吸收后，辐射能又可电磁波等等，它们被物体吸收后，辐射能又可以转化为热能，所以称这些辐射能为热辐射能。以转化为热能，所以称这些辐射能为热辐射能。热辐射式温度计就是利用这部分热辐射能来工热辐射式温度计就是利用这部分热辐射能来工作的。作的。常见的非接触式测温仪表：常见的非接触式测温仪表：1 1、光学高温计、光学高温计2 2、光电高

21、温计、光电高温计3 3、全辐射高温计、全辐射高温计4 4、比色高温计、比色高温计5 5、前置反射器辐射高温计、前置反射器辐射高温计热轧带钢表面温度的测量从辐射测温的角度来观察热轧带钢生产有如下特点：特点：1）轧制速度高。2）被轧制材料温度变化很大，一般为5001300。3）由于轧制和冷却多次反复进行，所以被轧材料的黑度经常变化，周围的水蒸气浓度大而且也经常变化。4）带钢表面某些局部经常有水膜，而且水膜的大小和地点变化无常，也常有鳞片状的锈、渣和灰尘附着在带钢的表面。选用：硅光电池光电高温计选用：硅光电池光电高温计 1、仪表系列温度变送器、仪表系列温度变送器特点：特点：需要24V直流供电，变送器

22、内无电源电路。输出信号有420mA.DC和15V.DC两种，可根据需要选用。采用集成电路运算放大器件。除直流毫伏输入的品种之外，热电偶输入和热电阻输入的品种都有线性化功能。兼有安全栅作用，可以用于防爆系统。直流毫伏、热电偶、热电阻这三种输入信号的量程单元各不相同，但其后所接的放大单元相同，可以互换。1.直流毫伏变送器量程单元：具有输入、调零、反馈三个作用2.热电偶温度变送器量程单元热电偶温度变送器的量程单元必须有冷端温度补偿功能及线性化功能。调零、调满功能。3.热电阻温度变送器的量程单元采用三线制接法，也要线性化功能。调零、调满功能。2一体化温度变送器一体化温度变送器配热电偶配热电偶的SBWR型又分为不同的分度号，例如有E、K、S、B、T等。配热电阻配热电阻的SBWZ型又分为Cu50、Cu100、Pt100等。按输出信号输出信号有无线性化又分为两种。一种是输出信号与被测温度呈线性关系的；另一种是输出信号与输入电信号（热电动势或电阻值）呈线性关系的。返本章目录返本章目录