自控仪表(温度).ppt

第第3 3节节 温度检测仪表温度检测仪表 1. 1.温度检测仪表分类温度检测仪表分类 温度检测仪表分类：温度检测仪表分类： 2.3温度检测仪表 2.3.1仪表分类 压力式双金属片弹簧管式 膨胀式热电偶 铜电阻铂电阻 热电阻 接触式 光学式比色式红外式 非接触式 2.2.膨胀式温度计膨胀式温度计 玻璃温度计玻璃温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 标准水银温度计主要用于温度量值的传递和精密测量。标准水银温度计主要用于温度量值的传递和精密测量。 目前，我国标准水银温度计的传递范围已延伸至目前，我国标准水银温度计的传递范围已延伸至6060 500500。标准水银温度计分为一等标准和二等标准两种，他们都。标准水银温度计分为一等标准和二等标准两种，他们都 是成套生产的，每套有若干支，传递范围均为是成套生产的，每套有若干支，传递范围均为3030300300， 但每支的测温范围都不大。但每支的测温范围都不大。 一等标准的水银温度计有一等标准的水银温度计有9 9支一套（支一套（0 0100100范围的最小范围的最小 分度值为分度值为0.050.05，其余范围的最小分度值为，其余范围的最小分度值为0.10.1）和）和1313支一套支一套 （最小分度值均为（最小分度值均为0.050.05）的两种。）的两种。 二等标准的水银温度计为二等标准的水银温度计为7 7支一套（最小分度值均为支一套（最小分度值均为0.10.1 ）。）。 标准水银温度计标准水银温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 水银温度计水银温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 双金属温度计双金属温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 双金属温度计双金属温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 双金属温度计特点双金属温度计特点 （1 1）可测温范围为）可测温范围为8080600600； （2 2）精度相对较低，一般有）精度相对较低，一般有1 1级、级、1.51.5级和级和2.52.5级几种；级几种； （3 3）结构简单、价格便宜、刻度清晰、耐振动。）结构简单、价格便宜、刻度清晰、耐振动。 实用中，用双金属温度计代替水银温度计既便于读数，又可避实用中，用双金属温度计代替水银温度计既便于读数，又可避 免免“ “汞害汞害” ”。 2.3温度检测仪表 2.3.2膨胀式温度计 2.2.压力式温度计压力式温度计 压力式温度计压力式温度计 2.3温度检测仪表 2.3.2压力式温度计 （1 1）测量范围是）测量范围是100100600600； （2 2）既可就地进行测量，又可根据其毛细管的长度，在温包所）既可就地进行测量，又可根据其毛细管的长度，在温包所 能达到的范围内进行远传测量（最大范围一般不超过能达到的范围内进行远传测量（最大范围一般不超过6060mm）；）； （3 3）结构简单，价格便宜，刻度清晰；结构简单，价格便宜，刻度清晰； （4 4）除电接点式以外，其他形式的压力式温度计不带任何电源）除电接点式以外，其他形式的压力式温度计不带任何电源 ，使用中不会产生火花，故具有防爆性能，适用于易燃，易爆，使用中不会产生火花，故具有防爆性能，适用于易燃，易爆 环境下测温；环境下测温； ； 压力式温度计特点：压力式温度计特点： 2.3温度检测仪表 2.3.2压力式温度计 （5 5）这类温度计的示值是由毛细管传递的，故其滞后时间较大）这类温度计的示值是由毛细管传递的，故其滞后时间较大 ； （6 6）由于这类温度计受安装高度、测量环境、温包在被测介质）由于这类温度计受安装高度、测量环境、温包在被测介质 中的浸入深度和压力表精度等的影响，其测量精度不高。中的浸入深度和压力表精度等的影响，其测量精度不高。 （7 7）毛细管的机械强度较差，易损坏，且损坏后一般不易修复）毛细管的机械强度较差，易损坏，且损坏后一般不易修复 。 压力式温度计特点：压力式温度计特点： 2.3温度检测仪表 2.3.2压力式温度计 3.3.热电偶式温度计热电偶式温度计 一、热电极、热电势一、热电极、热电势 导体导体A A、B B称为热电偶的两个热电极。称为热电偶的两个热电极。 热电势热电势E EAB AB的数值与组成热电极导体材料性质和两接点端 的数值与组成热电极导体材料性质和两接点端 的温度差有关，与热电极的长度和直径无关。的温度差有关，与热电极的长度和直径无关。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 当热电极导体材料和其中一个接点端温度当热电极导体材料和其中一个接点端温度 t t 0 0 一定时（该接一定时（该接 点端称为参考端或冷端），则热电势点端称为参考端或冷端），则热电势 E EAB AB 只是另一个接点端（只是另一个接点端（ 称为工作端或热端）温度称为工作端或热端）温度 t t 的单值函数，即的单值函数，即 二、热电偶测温原理二、热电偶测温原理 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 三、热电偶基本定律三、热电偶基本定律 在由一种均匀导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截在由一种均匀导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截 面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不 能产生势电势。能产生势电势。 由此定律可知，热电偶必须采用两种不同的导体或半导体由此定律可知，热电偶必须采用两种不同的导体或半导体 制成；如果热电极本身的材质不均匀，由于温度梯度的存在，制成；如果热电极本身的材质不均匀，由于温度梯度的存在， 将会产生附加热电势而造成温度测量的不准确。将会产生附加热电势而造成温度测量的不准确。 1.1.均质导体定律均质导体定律 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 在热电偶回路中接入中间导体在热电偶回路中接入中间导体C C后，只要中间导体两端温后，只要中间导体两端温 度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。 同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每 种导体的两端温度相同，则对热电偶的总热电势也没有影响。种导体的两端温度相同，则对热电偶的总热电势也没有影响。 2.2.中间导体定律中间导体定律 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 正是由于此性质，热电偶才能作为实用的感温元件与二次正是由于此性质，热电偶才能作为实用的感温元件与二次 仪表等配套，组成工业上广泛应用的热电偶温度计，如图所示仪表等配套，组成工业上广泛应用的热电偶温度计，如图所示 。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 热电偶回路中，两接点温度为热电偶回路中，两接点温度为t t、t t 0 0 时的热电势，等于接点时的热电势，等于接点 温度为温度为t t、t t n n 与与t t n n 、t t 0 0 时，两支同性质热电偶的热电势的代数和时，两支同性质热电偶的热电势的代数和 。 3.3.中间温度定律中间温度定律 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 中间温度定律数学表达式：中间温度定律数学表达式： 在热电偶测温中，常常遇到热电偶冷端温度不为在热电偶测温中，常常遇到热电偶冷端温度不为t t 0 0 ，而是而是 处于某一中间温度处于某一中间温度t t n n 。这时，可利用中间温度定律，以这时，可利用中间温度定律，以E EABAB（t t n n ，t t 0 0 ）作为修正值，对测得的热电势作为修正值，对测得的热电势E EABAB（t t，t t n n ）进行修正。进行修正。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 为了使热电偶具有足够的稳定性、灵敏度、可互换性和一为了使热电偶具有足够的稳定性、灵敏度、可互换性和一 定的机械强度、较宽的测量范围等性能，对热电极的材料必须定的机械强度、较宽的测量范围等性能，对热电极的材料必须 进行选择。进行选择。 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）对被公认性能优良的材料制定了对被公认性能优良的材料制定了 统一的标准，共七种。我国已决定标准热电偶采用统一的标准，共七种。我国已决定标准热电偶采用IECIEC标准。标准。 标准热电偶有一定的允许误差、统一的热电势标准热电偶有一定的允许误差、统一的热电势温度分度表温度分度表 和统一的配套二次仪表和统一的配套二次仪表 四、热电偶的选择与标准四、热电偶的选择与标准 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 温度() 热电动势(mv) 0102030405060708090 0 00.5911.1921.8012.4193.0473.6834.3294.9835.646 100 6.3176.9967.6838.3779.0789.78710.50111.22211.94912.681 200 13.41914.16114.90915.66116.41717.17817.94218.7119.48120.256 300 21.03321.81422.59723.38324.17124.96125.75428.54927.34528.143 400 28.94329.74430.54631.3532.15532.9633.76734.57435.38236.19 500 36.99937.80838.61739.42640.23641.04541.85342.66243.4744.278 600 45.08545.81946.69747.50248.30649.10949.91150.71351.51352.312 700 53.1153.90754.70355.49856.29157.08357.87358.66359.45160.237 800 61.02261.80662.58863.36864.14764.29465.766.47367.24568.015 900 68.78369.54970.31371.07571.83572.59373.3574.10474.85775.608 1000 76.358 热电偶材料：镍铬铜镍（康铜）；热电偶材料：镍铬铜镍（康铜）； 热电偶分度号：热电偶分度号： ； 参考端温度为摄氏度参考端温度为摄氏度 五、热电偶的结构五、热电偶的结构 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 普通工业热电偶普通工业热电偶 锴装热电偶锴装热电偶 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 锴装热电偶测量结构形式锴装热电偶测量结构形式 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 六、热电偶补偿导线六、热电偶补偿导线 由热电偶的测温原理可知，只有当热电偶冷端温度保持由热电偶的测温原理可知，只有当热电偶冷端温度保持 不变时，热电势才是被测温度的单一函数关系。但在实际测不变时，热电势才是被测温度的单一函数关系。但在实际测 温时，热电偶安装在现场的管道或设备上，受热源和环境温温时，热电偶安装在现场的管道或设备上，受热源和环境温 度的影响，热电偶的冷端温度很难保持恒定。度的影响，热电偶的冷端温度很难保持恒定。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 为使测量准确，应将热电偶的冷端延伸，并连同显示仪表为使测量准确，应将热电偶的冷端延伸，并连同显示仪表 一起放置在恒温或温度波动较小的地方（如集中控制室）。一起放置在恒温或温度波动较小的地方（如集中控制室）。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 一般是采用一种称为一般是采用一种称为“ “补偿导线补偿导线” ”的特制导线将热电偶的冷的特制导线将热电偶的冷 端延伸出来。这种导线是由廉价金属制成的，并且在端延伸出来。这种导线是由廉价金属制成的，并且在0 0100100 温度范围内具有和所连接的热电偶相同的电性能。温度范围内具有和所连接的热电偶相同的电性能。 若用与热电偶电极材料相同的贵重金属来延伸热电偶冷端若用与热电偶电极材料相同的贵重金属来延伸热电偶冷端 ，要多耗费许多贵重金属，是极不经济的。，要多耗费许多贵重金属，是极不经济的。 7.7.热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿 热电偶的热电势热电偶的热电势E E（t t，t t 0 0 ）与温度与温度t t的关系表称为热电偶的的关系表称为热电偶的 分度表。在编制分度表时，通常是以热电偶的冷端温度为分度表。在编制分度表时，通常是以热电偶的冷端温度为 t t 0 0 = = 0 0进行的。测温时，可通过实测进行的。测温时，可通过实测E E（t t，0 0）值，再查分值，再查分 度表得到被测介质温度度表得到被测介质温度 t t 值；或直接通过与热电偶配套使用的值；或直接通过与热电偶配套使用的 二次仪表读取温度值。所以使用热电偶测温时，应使热电偶的二次仪表读取温度值。所以使用热电偶测温时，应使热电偶的 冷端温度为冷端温度为 0 0，否则会给测量带来误差。，否则会给测量带来误差。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 由前述可知，补偿导线只能将热电偶冷端延至环境温度较由前述可知，补偿导线只能将热电偶冷端延至环境温度较 恒定的地方，它并不能消除冷端温度不为零的影响。因此，在恒定的地方，它并不能消除冷端温度不为零的影响。因此，在 使用中还需进一步采取措施，将冷端温度修正到使用中还需进一步采取措施，将冷端温度修正到 0 0。这一工。这一工 作称为热电偶冷端温度的补偿。热电冷端温度补偿通常有以下作称为热电偶冷端温度的补偿。热电冷端温度补偿通常有以下 几种方法。几种方法。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 1.1.冰浴法冰浴法 1 1冰水混合物；冰水混合物；2 2冰点恒温槽；冰点恒温槽；3 3水银；水银；4 4蒸馏水；蒸馏水； 5 5试管；试管；6 6盖；盖；7 7铜导线；铜导线；8 8显示仪表显示仪表 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 2.2.计算法计算法 如果被测介质的温度为如果被测介质的温度为t t，用热电偶测量时，其冷端温度为用热电偶测量时，其冷端温度为 t t n n ，测得的热电势为测得的热电势为E E（t t，t t n n ）。）。这时可利用该热电偶的分度表这时可利用该热电偶的分度表 先查出先查出t t n n 作为热端时的热电势值作为热端时的热电势值E E（t t n n ，0 0），），再根据中间温再根据中间温 度定律，将度定律，将E E（t t n n ，0 0）作为修正值，由下式计算合成热电势作为修正值，由下式计算合成热电势 E E（t t，0 0）= = E E（t t，t t n n ）+ +E E（t t n n ，0 0） 实际值实际值 测量值测量值 修正值修正值 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 3.3.机械零点调整法机械零点调整法 预先测知热电偶冷端预先测知热电偶冷端t t n n ，然后将仪表的机械零点从然后将仪表的机械零点从0 0调至调至 t t n n 处。这相当于输入热电偶电势之前就给仪表输入了电势处。这相当于输入热电偶电势之前就给仪表输入了电势 E E（t t n n ，0 0），），使测量时输入仪表的电势相当于使测量时输入仪表的电势相当于 E E（t t，t t n n ）+E+E（t t n n ，0 0）= E= E（t t，0 0） 从而仪表的指针就指出被测介质的温度。从而仪表的指针就指出被测介质的温度。 此法在工业上常被采用。应该注意，当冷端温度变化时，此法在工业上常被采用。应该注意，当冷端温度变化时， 需要重新调整仪表的机械零点。需要重新调整仪表的机械零点。 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 4.4.补偿电桥法补偿电桥法 1 1热电偶；热电偶；2 2补偿导线；补偿导线；3 3补偿电桥；补偿电桥；4 4测温仪表测温仪表 2.3 温度检测仪表 2.3.3 热电偶温度计 4.4.电阻式温度计电阻式温度计 工作原理与工作原理与常用常用材料材料 电阻式温度计是根据组成热电阻的金属或半导体电阻值随电阻式温度计是根据组成热电阻的金属或半导体电阻值随 温度的变化而变化的性质来测量温度的。温度的变化而变化的性质来测量温度的。 热电阻感受被测介质温度后，通过测量电路，由显示仪表热电阻感受被测介质温度后，通过测量电路，由显示仪表 就可直接读取与热电阻值对应的被测介质温度。就可直接读取与热电阻值对应的被测介质温度。 热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。常用的热热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。常用的热 电阻有铂电阻、铜电阻、镍电阻、半导体热敏电阻等电阻有铂电阻、铜电阻、镍电阻、半导体热敏电阻等 2.3 温度检测仪表 2.3.4热电阻温度计 铂电阻的特点是精度高，在氧化性环境中具有很高的稳定铂电阻的特点是精度高，在氧化性环境中具有很高的稳定 性，易于提纯，具有良好的复制性和工艺性，可以制成极细的性，易于提纯，具有良好的复制性和工艺性，可以制成极细的 铂丝（直径达铂丝（直径达0.020.02mmmm）或极薄的铂箔；但它的电阻温度系数较或极薄的铂箔；但它的电阻温度系数较 小，在高温下，易受还原性介质损伤，使质地变脆。尽管铂有小，在高温下，易受还原性介质损伤，使质地变脆。尽管铂有 其不足之处，但目前仍是一种较为理想的热电阻材料。其不足之处，但目前仍是一种较为理想的热电阻材料。 铂电阻铂电阻 2.3 温度检测仪表 2.3.4热电阻温度计 工业标准化的铂电阻有工业标准化的铂电阻有R R 0 0 （表明热电阻（表明热电阻0 0时阻值的标记时阻值的标记 符号）为符号）为5050和和100100的两种规格，其相应热电阻的分度号（表的两种规格，其相应热电阻的分度号（表 明热电阻材料和明热电阻材料和0 0时阻值标记的符号）分别为时阻值标记的符号）分别为Pt100Pt100和和Pt50Pt50。 与此相应的有两种与此相应的有两种RtRttt分度表。分度表。 工业铂电阻温度计的温度范围是工业铂电阻温度计的温度范围是200200850850。 铂电阻铂电阻 2.3 温度检测仪表 2.3.4热电阻温度计 在在0 0850850范围内，铂电阻与温度的关系为范围内，铂电阻与温度的关系为 铂电阻铂电阻 在在2002000 0范围内，铂电阻与温度的关系为范围内，铂电阻与温度的关系为 2.3 温度检测仪表 2.3.4热电阻温度计 铜电阻的特点是其阻值与温度呈线性关系，电阻温度系数铜电阻的特点是其阻值与温度呈线性关系，电阻