热工仪表及自动控制.ppt

热工仪表及自动控制,讲 义,主讲教师：靖金球,化学与材料工程学院,一、热工测量仪表,二、自动调节系统,三、自动调节仪表,四、热工参数的自动调节系统,总目录,热工测量仪表,重点难点： 热电偶的测温原理、冷端温度补偿及热电偶的校验；电子电位差计工作原理；光学高温计的原理及构造；非接触测温的特点；弹性式压力计的工作原理；节流装置测量流量的原理；硅酸盐工业烟气分析的目的。,下一页,热工测量仪表,下一页,硅酸盐工业主要的热工测量项目 1.温度测量：物料及制品温度、气体温度、 设备表面温度等。 2.压力测量：设备及管道内气体压力。 3.流速和流量的测量：流体的流速和流量、物料流量等。 4.物位测量：液位气体、料位和相界位置的测量。 5.气体成分分析：主要是烟气分析。,1-1 测量仪表分类及基本技术性能,1-2 温度测量仪表,1-3 压力测量仪表,1-4 流量测量仪表,1-5 物位测量仪表,1-6 气体成分分析仪表,第1章 目录,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-1 测量仪表分类及基本技术性能,测量仪表的分类,1、根据被测参数来分：温度计、压力表、流量计、物位计、成 分分析仪等；,2、根据仪表显示方式来分：指示型、数字显示型、记录型、累积型、信号型、调节型等；,3、按仪表的用途分：标准仪表、工业仪表、实验仪表、便携仪表等；,4、根据仪表是否安装于工艺对象分：就地仪表、远方仪表等。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,测量仪表的基本技术性能,1-1 测量仪表分类及基本技术性能,1、精确度（精度或准确度）,绝对误差：仪表的指示值xi与被测参数的真实间xt的差值。 即：xi-xtx-x0,相对误差：某测量点的绝对误差与标准仪表在该点的指示值 之比。 即：,相对百分误差：仪表的最大绝对误差与仪表量程百分比。 即：,一、热工测量仪表,下一页,章目录,测量仪表的基本技术性能,1-1 测量仪表分类及基本技术性能,2、恒定度（变差）,变差：在相同的外界条件下同一仪表读数的稳定程度。一般 用在同一被测参数值下，正、反程时仪表指示值的绝对 误差的最大值与仪表量程范围之比的百分数表示。 即：,造成变差的原因很多，如：传动机构的间隙，运动件间的摩擦，弹性件的弹性滞后影响等。,一、热工测量仪表,章目录,测量仪表的基本技术性能,1-1 测量仪表分类及基本技术性能,3、灵敏度,灵敏度：单位被测参数的变化引起仪表指示机构的角位移 或线位移。 即：,仪表的灵敏度反映了仪表对被 测参数变化的灵敏程度， 灵敏度越高，就越能观测微小的被测参数变化。要提高仪表 的灵敏度，可以采取增加放大系统的放大倍数的方法来实现。,仪表的其它技术性能如：分辨率、线性度、反应时间等从略,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、国际实用温标 以热力学温度为基本单位。,2、常用测温方法,热膨胀：固体、液体、气体的膨胀位移。,电阻变化：导体或半导体受热后电阻值发生变化。,热电效应：两种不同性质的导体（或半导体）构成闭合 回路，两接点温度不同时，回路中就产生电势。 （帕尔贴效应）,热辐射：物体的热辐射能随温度的变化而变化。,另外还有一些新型测温方法，如：射流测温、激光测温等。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,热电偶温度计,热电偶测温的特点： 1.能测量较高温度； 2.热电偶将温度信号转化为电信号，便于远传和记录，也利于集 中检测和控制； 3.性能稳定，结构简单，经济耐用，维护方便； 4.可做得很小很薄、热容和热惯性都很小，能测量点的温度或表 面温度，也能用于快速测温。,右图为热电偶测温系统组成： 1热电偶 2导线 3显示仪表,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,热电现象（热电效应或帕尔贴效应）：由两种不同的导体或半导体A、B组成的闭合回路中，如果使两个接点1、2处于不同的温度，回路就会出现电动势，这一现象即为热电现象。该电势即为热电势。,热电势由接触电势和温差电势组成。,高温一端为热端，低温的一端为 冷端或自由端。热端感测温度，冷端 连接仪表。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,温差电势：在同一导体 的两端因温度不同而产生的 电势。（汤姆逊效应）,当同一导体的两端温度不同时，热端的电子能量比冷端的大，电子从热端跑向冷端的数量比冷端跑向热端的多，结果热端带正电，而冷端带负电。从而在热端和冷端间形成一个从热端指向冷端的静电场，该电场阻止电子继续大量从热端跑向冷端，同时加速电子从冷端跑向热端，最后达到平衡。此时在导体的两端便形成一个电势，该电势就是温差电势。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,接触电势：当两种不同的 导体接触时，由于两种导体的 电子密度不同，电子在两个方 向上的扩散速度就不一样，从 密度高的向密度低的扩散数目多，高密度端带正电，低密度端带负电，因而在接触面上形成一静电场，该电场又将阻止电子的继续大量扩散，最终达到平衡状态，在接触面间就形成一电势，即为接触电势。,接触电势与两导体的性质及接触点的温度有关。,热电势为温差电势和接触电势的代数和。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,均质导体定律：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论其截面积如何以及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。,结论： （1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成； （2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，则说明该材料是不均匀的。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,中间导体定律：由不同材料组成的闭合回路中，当各种材料接触点的温度都相同时，则回路中热电势的总和等于零。,结论： （1）在热电回路中加入第三种均质材料，只要其两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,结论： （2）如果两种导体A、B对另一种参考导体C的热电势为已知，则这两种导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。 参考电极通常为铂标准电极。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,连接温度或中间温度定义：接点温度为t1和t 3的热电偶的热电势等于接点温度分别为t1、t2和t2、t3的两支相同性质热电偶的热电势的代数和。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,结论： （1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要引入适当的修正，就可以在另外一个冷端温度下使用。,该结论是制订热电偶的热电势温度关系分度表的理论依据，同时为热电偶的冷端温度补偿提供理论支持。,（2）和热电偶具有相同热电性质的补偿导线可以引入热电偶的回路中，相当于延长了热电偶而不影响热电偶的热电势。,该结论为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,图为使用补偿导线的热电偶测温系统,t为热端； t0为热电偶原冷端； t0为新冷端； A、B为热电偶的热电极； A、B为补偿导线,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,1、热电现象和热电偶的基本定律,常用热电偶的补偿导线,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,对热电极材料的要求：,（1）物理稳定性要高，即在测温范围内其热电特性不随时间改变，以保证与其配套的显示仪表刻度的稳定。 （2）化学稳定性要高，即在高温下不受周围气氛的氧化和腐蚀而变质。 （3）电阻温度系数要小，导电率要高，组成热电偶后产生的热电势要大。 （4）热电势和温度成线性关系，或有简单的函数关系，这样可提高显示仪表的精度，刻度工作简单。 （5）复现性好。要求同种材料组成的热电偶其热电特性都相同，在使用中可以保证良好的互换性。 （6）具有一定的机械强度。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,标准热电偶：是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入工业标准化文件中的那些热电偶。,（1）铂铑30铂铑6热电偶： 分度号为LL-2（老）、B（新）， 1600以下可长期使用，短期可测1800。适于氧化及中性介质。 特点：产生的热电势小，价格贵，低温时热电势极小，故冷端温度在40以下时可不进行温度补偿而直接使用。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,（2）铂铑10铂热电偶： 分度号为LB-3（老）、S（新），1300以下可长期使用，短期可测1600。适于氧化及中性介质。 特点：耐高温、不易氧化、有较好的化学稳定性，具有较高的测量精度，可用于精密测量和用作标准热电偶；灵敏度较低，不能用于还原气氛及侵蚀性的气体中等。,（3）镍铬镍硅（镍铬镍铝）热电偶： 分度号为EU-2（老）、K（新），1000以下可长期使用，短 期可测1200。适于氧化及中性介质。 特点：材料复现性好，线性好，热电势大，灵敏度较高，价格便宜，精度较低。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,非标准热电偶也称为特殊热电偶，不能批量生产，只能定做，不能互换。,（1）钨铼（W-Re）系热电偶： 是一种较好的超高温热电偶，其最高使用温度受绝缘材料的限制，一般测量的最高温度为2400。国产钨铼5-钨铼20使用范围为300 2000 ，分度精度为1%。在氢气中连续使用100小时，氩气中50小时，真空中8小时。工作端损坏后可将原接点剪掉后重新制作新热接点。 与此类似的还有铱铑（Ir-Rh）系热电偶。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,（2）薄膜热电偶： 主要用于快速测量表面温度，通常是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料（金属）蒸镀到绝缘基板上，并牢固地结合在一起，形成薄膜状热接点。 特点：其接点很薄（0.010.1mm），尺寸很小，故热容量很小，反应时间很快（几ms），可用来测量瞬变的温度及极小物体的表面温度。目前国内主要有铁-镍、铁-康铜、铜-康铜三类，测温范围为-200300，反应时间通常为10ms 到1s。,图为铁-镍薄膜热电偶 1热端； 2衬架； 3Fe膜； 4Ni膜； 5Fe丝； 6Ni丝； 7接头夹具,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,（3）非金属热电偶： 利用石墨和难熔化合物制成的高温热电偶。通常有碳石墨，石墨（c轴）石墨（a轴），石墨碳化硅等。 特点：热电势比金属高得多，熔点很高，稳定，可测量超高温。复现性极差，脆性大，石墨易吸潮而改变其热电特性。,（4）铠装热电偶（套管热电偶）： 由金属套管、绝缘材料、热电极丝一起复合拉伸成型，将端部接点焊成光滑球状结构。 特点：反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,2、标准热电偶及非标准热电偶,图为铠装热电偶热接点形式 （a）-碰底型；（b）-不碰底型；（c）-露头型；（d）-帽型,图为铠装热电偶断面结构 1金属套管；2绝缘材料；3热电极,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,3、热电偶的结构,常用热电偶组成：热电极、绝缘管、保护套管、接线盒,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,3、热电偶的结构,热电极直径由材料价格、强度、导电率及用途、测温范围等决定： 贵金属d=0.30.65mm，廉金属d=0.53.2mm。 其长度根据工作端在介质中的插入深度来决定，工业热电偶一般为3502000mm。 其焊接形式有三种：见下图；对焊接点的要求为：焊点直径不超过两倍的热电极直径，以减少传热误差和滞后。,(a)-点焊；(b)-对焊；(c)-绞接点焊,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,3、热电偶的结构,绝缘材料： 其作用是：防止电极短路。其材料的选用根据测温范围确定。 常用绝缘材料下表。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,3、热电偶的结构,保护套管： 作用是：使热电偶不受化学腐蚀和机械损伤。 要求：不渗透气体，耐高温，能承受温度剧变，不怕氧化和还原气氛，导热率高，耐酸碱，在高温下不会分解出对热电偶有害的气体。常用材料见下表。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,3、热电偶的结构,接线盒： 作用：供连接热电偶和补偿导线。材料一般为铝合金，有普通式和密封式两种。,铠装热电偶组成为：金属套管、绝缘材料、热电极,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶自由端（冷端）温度补偿,冷端补偿的原因： （1）、只有当热电偶的冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。 （2）、热电偶在生产厂家分度时是在冷端温度为0时进行的，而实际使用时是不可能使其为0的。因此，实际 测量时，测量值必定小于真实值而带来客测量误差。所以要对其进行冷端温度补偿。,冷端温度补偿的方法： 查表法（计算法或冷端温度修正法）、冷点槽法（冷端温度保持为0 的方法）、机械零点调整法、补偿电桥法等。,另外还有多点冷端温度补偿法（补偿热电偶法）。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶自由端（冷端）温度补偿,查表法： 理论依据是“中间温度定律”。即：(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0) 该方法是利用热电偶的分度表来进行计算而得到温度值的，主要适用于实验室测温。,冷点槽法： 将冷端置于0的冰水混合物中以维持其温度恒为0。该法难用于工业应用中，只能用于实验室测温。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶自由端（冷端）温度补偿,仪表机械零点调整法： 先测定冷端温度，后切断仪表电源和讯号，将仪表机械零点调至指示冷端温度的刻度处即可。,补偿电桥法： 是利用不平衡电桥产生的电压来补偿冷端温度变化而引起的热电势的变化。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶自由端（冷端）温度补偿,多点冷端温度补偿： 为了节省显示仪表，在同一设备或同一车间，利用多点切换开关把几支甚至几十支同一分度的热电偶接到一块仪表上，这时，只需要共用一个冷 端补偿器。,多点冷端温度补偿连接线路 切换开关；铜导线；显示仪表,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶的定期校验,对热电偶进行定期校验的必要性： 热电偶在使用过程中，由于热端受到氧化、腐蚀、毒化、高温下热电偶材料发生重结晶等作用，引起热电特性发生变化，使测量误差增大。所以必须进行定期校验。,调压变压器；管式电炉；标准热电偶；被校热电偶；冰点槽；切换开关；直流电位差计；镍块；试管,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,、热电偶的定期校验,校验方法和步骤： 将被校验热电偶与标准热电偶的热端放到管式电炉的恒温区中测量温度，比较两者的测量结果，以确定被校误差。 为保证被校与标准热电偶的热端处于同一温度，可以把两热电偶的热端放在金属镍块中，再将镍块放于恒温区。 热电偶放入炉中后，炉口应用石棉绳堵严。热电偶插入炉中的深度一般为300mm，最小不小于150mm。热电偶的冷端置于冰点槽中，用调压器调节炉温。当炉温达到校验温度点10范围内，且每分钟变化不超过0.2时，就可用电位差计测量热电偶的热电势。在每一被校温度点上对其读数不得少于四次，然后求平均值，并查分度表，最后通过比较得出被校热电偶在各校验温点上的温度误差，计算时标准热电偶热电势的误差也需计入。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的毫伏计方法,毫伏计（动圈式指示仪）工作原理： （略）,其特点： 能与热电偶配套使用、构造简单、成本低、一般用作指示仪。若添加一些附加装置，也能实现简单的自动控制。,右图为动圈测量机构中可动部分 动圈；指针；平衡锤；平衡杆；张丝,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的毫伏计方法,2.动圈仪表的内阻问题： 动圈电阻必须是一个固定值，否则会引起很大误差。动圈由铜线绕成，其电阻值会随温度的升高而增大，误差也会增大，因此，为保证仪表的精度，必须对动圈电阻进行温度补偿。 动圈仪表通常采用热敏电阻作温度补偿。热敏电阻的特点是，当温度升高时，其阻值减小，这正好与动圈电阻的变化相反。,热敏电阻的阻值与温度变化是一个指数关系，如在热敏电阻上并联一锰电阻，就可以使其阻值近于线性。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的毫伏计方法,R串的作用是：1）提高测量机构的输入电阻，减少线路电阻变化对测量结果的影响。2）可通过改变R串阻值的大小来改变仪表的量程。,3.动圈仪表与热电偶的配套使用：,配套使用时要注意： 1）仪表的标尺是按各种热电偶的分度表而刻成温度示值的，使用时必须正确配套，热电偶的分度号应与仪表的分度号一致。 2）各种热电偶的分度表都是在冷端温度为零度时得到的，使用时若冷端温度不为零度，则要进行修正。 3）与热电偶配套的动圈仪表的外阻总和就为15，不足时要凑足。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,电位差计测量电势的工作原理：用一个已知的标准电压与被测电势相比较，平衡时差值为零。,产生标准直流电压的常用电路有：分压线路和桥式线路两种。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,电位差计测量法特点是：在读数时通过热电偶及其连接导线的电流等于零。因而热电偶及其连接导线的电阻值既使有些变化，也不会影响测量结果，使测量准确性大为提高。,1.手动电位差计,电路是工作电路，包括直流电源E、可变电阻RJ、检查电阻RG、测量电阻R和开关K1。,电路是标准电池电路，有一汞-隔标准电池ES、在20时的电电势为1.0186V。电路是热电偶测量电路。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,1.手动电位差计,工作过程： 1）整定工作电流I。将K2置于1位，使检流计接入电路中，然后合上K1接通电路，调节RJ使IG=0，此时ES=IRG=常数。,2）测量。将K2置于2位，接通测量电路，调节R上触点C的位置，使IG=0，则：,其中 为可变电阻R上bc段的电阻值。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,组成：由测量桥路、放大器、可逆电机、指示及记录机构、调节装置等组成。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,1）测量桥路,桥路分上支路（由RG、Rp、R4构成）和下支路（由R2、R3构成），上支路电流I1=4mA，下支路电流I2=2mA。,当电子电位差计与热电偶配套使用时，必须考虑热电偶的冷 端温度补偿。在测量桥路中，引入了下支路后，就能很好地进行冷端温度补偿。,工作原理,XW系列仪表测量桥路原理图,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,1）测量桥路,工作原理,XW系列仪表测量桥路原理图,优点： 、测量的起始值不仅可以从零电位或正电位开始，而且可以从负电位开始。 、可以实现热电偶冷端温度补偿。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,1）测量桥路,桥路中各电阻的作用和要求：,桥臂电阻R2：与热电偶配套使用时，作为冷 端温度补偿电阻（RCu) 。在下支路电流为2mA的桥路中，配用镍铬-镍硅热电偶时，RCu=5.33；配用镍铬-考铜热电偶时， RCu=8.92；配用铂铑-铂热电偶时， RCu=0.74。当不配用热电偶时，R2则必须用锰铜绕 制。,限流电阻R3：为一固定电阻，与R2一起，使下支路的工作电流为2mA。其值可用欧姆定律计算（标准工作温度取25 ）。该电阻准确度要求较高。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,1）测量桥路,桥路中各电阻的作用和要求：,起始值电阻RG：是决定仪表刻度的起始值的电阻，其值越大，仪表起始值越大。通常RG由RG和rg串联而成，rg作为微调，既可保证整体精度，又可降低对RG的精度要求。,限流电阻R4：与Rnp（等效电阻）及RG相串联，使上支路电流为4mA。其精度要求不高。,滑线电阻Rp:其质量影响仪表的误差、变差、灵敏度以及运行的平稳性等 。对材料的耐磨、抗氧化、绝缘性要求较高。对其线性度要求更高，同时还要求接触可靠。通常采用双滑线结构。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,1）测量桥路,桥路中各电阻的作用和要求：,附加滑线电阻 ：与滑线电阻Rp平等布置，不属于桥路构件，只起引出导线作用。与Rp材料相同，利于触点的平滑移动，利于接触电势的抵消。,工艺电阻RB:因滑线电阻很难绕制得很精确，且不便于用增减电阻丝圈数的方法来调整阻值。所以，给滑线电阻并联一个电阻RB，使其总阻值为一固定值，便于成批生产和调整，提高生产精度。,量程电阻RM：是决定仪表量程的电阻。其值越大，仪表量程就越大。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,2）晶体管放大电路（JF-12型）,作用：把测量桥路部分来的微弱偏差信号放大到足以推动可逆电机旋转的程度，以带动测量桥路中滑线电阻的滑动触点移动，使测量桥路的电动势与被测电动势相互补偿，测量系统达到平衡。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,2）晶体管放大电路-变流器原理,变流器起调制作用：即将直流电变为交流。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,2）晶体管放大电路-电压放大级,其作用是将微弱的交流信号放大到足以驱动功率放大级。它是决定放大器的增益、稳定性和动态特性的关键。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,2）晶体管放大电路-功率放大级,其作用是将电压放大级送来的交流电放大到足以驱动可逆电机。分为变压器耦合和无耦合变化器两种。,3）电子电位差计与热电偶的配套使用,仪表的标尺是刻成温度的，所以热电偶的分度就与仪表分度号相同。 仪表能自动补偿冷 端温度，不必考虑冷端温度补偿问题。 因冷端温度补偿电阻在仪表上，所以要用补偿导线将热电偶的冷端移到仪表处，以使热电偶的冷端温度与冷端补偿电阻的温度一样。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,干扰信号：由于电磁场、漏电流或其它因素的影响，在放大器输入端出现一个干扰电子电位差计正常工作的附加信号。,其影响大致有： 、示值误差增大和不稳定； 、灵敏度下降，不灵敏区增大； 、指针运行缓慢，全行程时间增加； 、附有位式调节器的电位差计由于指针在给定点附近摆动，会引起电磁继电器跳动不停。,干扰类型：横向干扰、纵向干扰,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,横向干扰：是由于种种外因，在仪表输入端之间出现的交流信号干扰，其电压值在几mV到几十mV的范围内。 其来源： 、源于交变磁场； 、由于热电偶在带电体上引起的干扰。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,交变磁场的干扰,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,热电偶焊在通过电流的导体上引入干扰,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗横向干扰的措施： 、在热电偶连接导线外面加屏蔽，以防止电磁场和静电场的影响；,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗横向干扰的措施： 、热电偶的连接导线应远离强磁场，也不要离动力线太近，更不允许把连接导线与动力线平行地放在一起或穿在同一根铁管之内。信号线与电源线也不能由同一孔进入仪表。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗横向干扰的措施： 、在仪表输入端加滤波电路，以便使混杂在有用信号中的交流干扰信号大大衰减，消除它对仪表的影响。,三级L型RC滤波器,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,纵向干扰：由于某种原因，仪表任一输入端与地之间产生交流的干扰信号。其幅度一般在几伏到几十伏之间。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,干扰来源： 、最常见的是在测量电炉温度时引入的干扰；,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,干扰来源： 、不同的地电位引入的干扰；,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,干扰来源： 、高压电场的干扰。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗纵向干扰的措施： 、热电偶“悬空”。安装热电偶时不要使其与耐火砖接触。这种方法可以切断漏电流进入的途径，抗干扰效果好。仅适用于垂直安装的热电偶。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗纵向干扰的措施： 、放大器“浮空”，同时采用等电位屏蔽法。,将放大器与与仪表壳体（大地）绝缘，切断干扰电流的泄漏途径，使干扰电流无法进入。但放大器对地存在分布电容和漏电阻，所以同时还得用等电位屏蔽法。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗纵向干扰的措施： 、采用三线热电偶。,在热电偶允许的情况下，从热电偶的热端引出一根金属线接地，干扰电压形成短接使热电偶与地几乎处于同一电位，有利于消除纵向干扰。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗纵向干扰的措施： 、热电偶保护套管接地。将能导电的保护套管接地，干扰电流沿保护管通地，不再进入热电偶。如保护套管是绝缘体，则外加耐热钢管或碳化硅管后接地。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,测量热电势的电位差计方法,2.电子电位差计,4）电子电位差计的抗干扰问题,抗纵向干扰的措施： 、采用旁路电容等。,在补偿导线的一端，通过一个容量足够大的电容接地，以降低干扰电压。干扰不太强时，有一定效果，但干扰电压较高时，效果不显著。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,其特点：准确度高；输出信号比热电偶大得多；输出信号为电信号，便于远传及集中控制。,1 工作原理 是利用某些金属导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的性质来进行工作的。 其数学表达式为：Rt=R0(1+t) 其中: 为电阻温度系数，即温度每升高一度时，材料电阻相对变化的数值。大多数金属，温度每升高一度，其阻值增加0.40.6%，而半导体则降低0.30.6%。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,2 热电阻的材料和构造,（1）热电阻的材料 作为热电阻材料的要求： 电阻温度系数要大。 越大，热电阻的灵敏度就超高，测温时越易得到准确的结果。材料的纯度超高，越大；杂质越多，越小且不稳定；纯金属比合金的高且易复制；电阻丝在制成热电阻体时必须进行退火和老化，以消除内应力的影响。 在测温范围内要求物理及化学性质稳定。 要有较大的电阻率。电阻率越大，电阻体的体积越小，热容量和电阻值与温度的关系要近似线性，以便分度和读数。 价格便宜。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,2 热电阻的材料和构造,（2）常用热电阻,铂电阻,特点：准确度高，稳定性好，性能可靠。在氧化气氛中即使是高温下，其物理、化学性质都非常稳定。 在还原气氛下，高温时很易被还原性气体污染，材质变脆，改变其电阻与温度间的关系，此时应用保护套管。,铜电阻,特点：电阻值与温度几乎是线性关系，较大，材料易提纯，价格便宜。100以上易氧化。电阻率较小，体积较大，热惯性大。 主要用于测量精度要求不高，低温及没有侵蚀性的介质中。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,2 热电阻的材料和构造,（3）其它热电阻,铟电阻：是一种高准确度低温热电阻，熔点为156，在4.215K范围内灵敏度很高，比铂电阻高10倍。测温范围为4.2K室温，材料很软，复制性很差。 锰电阻：在263K低温范围内，电阻随温度变化很大，灵敏度很高；不受磁场影响；质，难拉成丝。 碳电阻：很适合作液氮温域（约04.55K）的温度计，在超低温下灵敏度很高，热容量小，对磁场不敏感，价格便宜，操作简便，热稳定性差。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,3 热电阻的构造,由电阻丝、支架、引出线、保护套管四部分组成。 （1）、电阻丝： 铂：旧分度号为BA1（R046）、BA2（R0100）；现统一分度号为Pt50、Pt100。实验室或标准仪表用R010或R030。 铜：旧分度号为G（R053）；现统一为Cu50或Cu100。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,3 热电阻的构造,（2）、支架： 要求：耐高温，膨胀系数小，绝缘性好，有一定的机械强度。 主要材料：塑料、用于铜电阻100以下；云母：用于铂电阻500以下；石英或陶瓷：用于铂电阻500以上。,（3）、引出导线： 要求：对电阻丝不产生有害影响； 与电阻丝及连接导线间不产生较大的热电势； 化学稳定性要好。 （4）、保护套管： 与热电偶的基本相同。（略）,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,4 热电阻的校验,校验步骤： 按下图连接线路，并检查是否正确；,1加热恒温器；2被校难电阻体；3标准温度计；4毫伏计；5标准电阻；6分压器；7切换开关；8电位差计。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,4 热电阻的校验,校验步骤： 将电阻体放入恒温器内，使之达到校验点温度并保持恒温，然后调节分压器使毫伏计读数约为4mA，切换开关切向标准电阻RN一边，读出电位差计读数UN；然后立即将切换开关切向被校验电阻体一边，读出电位差计读数Ut。按 计算出Rt。同一点反复测多次取平均值，看其误差是否在允许范围内。 再取测温范围内10%、50%、90%的温度作校验点重复上述校验，如均合格，则校验完毕。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,电阻温度计,5 接触式测温元件的安装,（1）测温元件应与被测介质形成逆流，切勿与被测介质形成顺流。,（2）感温点应选在能代表被测介质温度的地方。,（3）测温元件露在外面的部分应尽可能短（保证最大允许插入深度）。,（4）加保温层使电极与连接导线连接处温度低于100。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,黑体的热辐射强度与其温度有单值函数关系。因此测量其辐射强度即可知道其温度，利用此方法测温时，传感件不需与被测介质相接触，故称为非接触式测温方法。 其特点：测温元件不直接与被没介质相接触，因此测温传感件不会破坏被测对象的温度场，也不受被测介质的腐蚀和毒化等影响。 传感器不必与被测介质达到热平衡，其温度可以大大低于被 测介质的温度，故测温上限不受限制。 动态特性较好，可以测量处于运动状态的对象温度和变化着的温度。 仪表的滞后小，辐射温度计的输出信号大，灵敏度高，准确度高。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,1 热辐射测温基本原理,是利用被测温物体的热辐射能量与其温度有一定关系，通过测量热辐射能量来显示被测物体温度。 普朗克定律：黑体的单色辐射强度M0与波长和温度T之间的关系。 M0C15（e -1）-1 kcal/m2.h.m C1=3.1710-16kcal.m2/h （普朗克第一辐射常数） C2=1.438810-2m.k （普朗克第二辐射常数） 维恩公式：M0=C1-5e- （用于3000k以下的温度）是光学高温计的理论依据。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,1 热辐射测温基本原理,普朗克定律和维恩公式是黑体的理论公式，实际存在的物体并非黑体,其辐射强度M0对波长的分布与普朗克定律不同，上两式不适用，必须加以修正： M（）M0 其中（）为物体的光谱发射率（单色辐射黑度）。其值在0与1之间，它与温度，物体的性质和表面情况，有关，其数值由实验方法测定。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,物体在高温状态会发光，具有一定亮度，其亮度和辐射强度成正比，即 LCM C为比例常数。 由于M与T有关，所以受热物体的亮度大小也反映了物体温度的高低，但因为各种物体的黑度是不同的，因此即使它们的亮度相同，其温度也是不相同的，这就使得按某一物体的温度刻度的光学高温计不可以用来测量黑度不同的另一物体的温度，为解决此问题，仪表按黑体的温度刻度，当测量实际物体的温度时，所测量出的结果，不是物体的真实温度，而是相当黑体的温度，即物体的亮度温度，然后通过修正求得被 测物体的真实温度。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,亮度温度：当物体在辐射波长为，温度为T时的亮度L，和黑体在辐射波长为，温度为Ts时的亮度L0相等，则将TS称为该物体在波长为时的亮度温度。,令其亮度相等，则：,其中，为单色辐射波长，通常用0.65m的红光；C2为普朗克第二辐射常数；()为黑度系数。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,WGG-2型光学高温计的结构,1-物镜；2-灰色吸收玻璃；3-高温计灯泡；4-皮带；5-目镜；6-红色滤光镜；7-目镜定位螺母；8-零位调节器；9-滑线电阻盘；10-测量仪表；11-刻度盘；12-干电池；13-按钮开关,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,（1）钨丝亮度较暗；（2）钨丝亮度较亮；（3）钨丝与物体亮度相等,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,使用注意事项： 非黑体的影响：由于被测物体不是绝对黑体，而且物体的单色辐射黑度系数不是常数，它与波长、物体的表面情况以及温度高低都有关。 有时变化很大，对测量会带来不利影响。 中间介质的影响：光学高温计和被测物体之间如有灰尘、烟雾和CO2等介质时，对热辐射会有吸收作用，因而产生误差。所以测量距离不能太远，一般不要超过3m。 光学高温计要尽量做到不在反射光强的地方进行测量，否则要产生误差。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,光学高温计测量时要手动平衡亮度，要用人眼来判断亮度平衡状态，所以光学高温计不是连续测温仪表，应用受到一定限制。 光电高温计可自动平衡亮度，它是在光学高温计的基础上发展起来的自动连续测温仪表。 光电高温计用光电器件作为仪表的传感器，代替人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，此信号经电子放大器后被测量，其大小则相应于被测物体的温度。 为减小光电器件、电子元件参数变化和电源电压波动对测量的影响，光电高温计来用负反馈原理进行工作。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,2 光学高温计,光电高温计的优点： （1）能自动测量温度，使用方便，可避免操作者的主观误差。（2）其计数可自动记录和传递，有利于参数的集中控制（检测）。 （3）其光电器件可接受可见光也可接受红外光，这使高温计的测温范围不受人眼光谱敏感度的限制，可向低温方面扩展。 光电高温计使用注意事项： 除光学高温计注意事项外，由于反馈灯及光电器件等元件特性的分散性大，元件的互换性很差，在更换反馈灯或光电器件时必须对整个仪表重新进行调整和刻度。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（1）测温工作原理,普朗克定律只给出了绝对黑体单色辐射强度随温度变化的规律，若要得到波长从0之间的全部辐射能量的总和，可将M0对进行积分即全辐射能量为：,Kcal/m2 h,其中： 为：斯蒂芬玻尔兹曼常数（4.9610-8kcal/h m2 k4）,此式称为绝对黑体全辐射定律（斯玻定律）。它说明绝对黑体全辐射能量和绝对温度的四次方成正比。,对于实际物体必须进行修正 为全辐射黑度（物体的发射率）。其值在01之间。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,WFT-202型全辐射感温器,1-对物透镜；2-外壳；3-补偿光栏；4-座架；5-热电堆；6-接线柱；7-穿线套；8-盖；9-目镜,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,热电堆,热电堆由云母环、靶心、引出线和热电偶组成。按辐射高温计的起点不同，热电堆分别由16对或8对直径为0.050.07mm的镍铬-考铜热电偶串联而成，每对热电偶的热端焊在瓣形镍箔上，其冷端由考铜箔串联起来，最后一端由考铜箔带作引出线，整个热电堆固定在环形云母架上。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,全辐射高温计是将被测物体的全辐射能量通过热电堆转换为热电势，然后送入显示仪表。物体的全辐射能量由物镜聚焦后经光栏使焦点落在热电堆上。热电堆测量端感受热量，热电堆输出热电势送到二次仪表，由二次仪表指示或记录被测物体的温度。 光栏是用来拦除外界杂散光，并对热电堆的冷端温度实现自动补偿，它是采用控制孔径的装置，它由四个补偿片和四个双金属片组成。当环境温度升高时，双金属片的自由端因升温向四周伸展，带动四片补偿片各自向外移动，于是光栏孔扩大，辐射到热电堆上的能量增加，使输出热电势不致因冷端温度升高而减小，起到了补偿作用。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,全辐射高温计是按黑体被测对象进行刻度的。在测量实际物体时必有误差。,辐射温度：当被测物体的真实温度为T时，其辐射出射度（全辐射能量）M等于黑体在温度Tp时的辐射出射度M0，温度Tp称为被测物体的辐射温度。,式中：全辐射黑度（发射率），其值随物体的化学成分，表面状态，温度和辐射条件不同而不同，且难准确测定，测量误差较大。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,使用注意事项： 使用时应尽可能准确地确定被测物体的黑度，或人为地创造黑体辐射的条件。安装时正对着砌在炉膛侧壁内封底陶瓷管的底部，以提高测量准确度。测量时要使高温计的铂箔片正好被整个被测对象的像覆盖，否则测量值是不准确的。 全辐射高温计和被测物体之间的中间介质如水蒸汽、CO2等会吸收辐射能量，使高温计接收到的辐射能减少而引起误差。由于中间介质对不同波段辐射能的吸收程度不同，中间介质吸收全辐射能比吸收单色辐射能要多，所以全辐射高温计受中间介质的影响更大些。为了减小误差，高温计与被测物体之间的距离不可太大。,一、热工测量仪表,章目录,1-2 温度测量仪表,辐射测温和仪表,3 全辐射高温计,（2）全辐射高温计,全辐射高温计与被测物体间的距离往往较小，高温计在物体热辐射的影响下温度逐渐升高，会使其中热电偶冷端温度升高，增加测量误差。故，当环境温度过高时（100），则需在高温计外装设冷却水套，以降低仪表工作温度。,对不同型号的全辐射高温计，要求被测物体的直径D和被测物体与高温计之间的距离L之比有一定限制。当D/L太小时，被测物体在热电堆平面上成像太小，全辐射能不能完全充满热电堆十字平面，指示值偏低。而且距离太远，中间介质的影响增大，温度的指示值也偏低。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-3 压力测量仪表,压力测量仪表,液柱式压力计： 是根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度，主要有：U形管，单管，斜管等。 弹性式压力计： 是根据弹性件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。 电气式： 是将被测压力转换成各种电量，依据电量的大小而实现压力的间接测量。 活塞式： 是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积进行校验和刻度。,一、热工测量仪表,下一页,章目录,1-3 压力测量仪表,压力测量仪表,弹性式压力计,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质的压力作用下产生弹性变形的程度（一般