过程检测技温度测量PPT课件.ppt

3.4温度测量,3.4.1概论温度是表征物体冷热程度的物理量，是测量中最常见、最基本的参数之一。工业生产中物体的任何化学或物理变化都与温度有关，因此，温度测量就显得尤为重要。温度测量方法可分为接触式测温法和非接触式测温法两种。测温仪表从原理上可以分为以下几类：利用物体的热膨胀来测温；利用导体（半导体）的热电效应来测温；利用电阻随温度变化而变化的特性来测温；利用物体的表面辐射与其温度的关系来测温。,1,3.4.2热膨胀式温度计液体膨胀式温度计最常见的是玻璃管式液体温度计，它是一种应用最早的测温仪器。这种温度计具有结构简单、直观、使用方便、灵敏度高、价格便宜而且测量范围广等优点，但它易碎、难于自动纪录和信号远传。工作液体的选择主要取决于测温范围。如果在玻璃管中充入低凝固点液体，最低可将量程扩展道-200。使用时应注意玻璃管插入深度。,2,固体膨胀式温度计常用的金属温度计是由两种线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成。条形金属片一端固定，一端可以自由移动。若下面金属线膨胀系数大，则当温度升高时，双金属片向上弯曲。为了使双金属片长而紧凑，常制成螺旋形，一端固定，一端与指针连接。温度变化后，双金属片自由端产生位移，利用指针偏转角度可以测出温度。双金属温度计测量范围一般在80600之间，精度最高可达0.5级。它抗振兴能好，工业上已逐渐代替水银温度计。,3,测温传感器08.10.7,掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念掌握三类热电式传感器的基本工作原理掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方法、使用热电偶的测温方法掌握热电阻的内部结构及其适用场合掌握热敏电阻的电阻温度特性,4,热电偶测温仪表：它是基于热电效应原理制成的测温仪器。它由热电偶、电测仪表和连接导线组成，其核心元件是热电偶。它具有以下特点：测量精度高，性能稳定；结构简单、易于制造、产品互换性好；将温度信号转换成电信号，便于信号远传和实现多点切换测量；测温范围广，可达-2002000；形式多样，适用于各种测温条件。,3.4.3热电偶测温仪表,5,热电偶传感器1.热电偶测温原理热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。,6,热电效应温差电势,7,热电偶回路,温差电势,eAB(T),接触电势,eAB(T0),EAB(t,tO):热电偶回路中的总电动势；eAB(t):热端接触电势；eB(t,tO):B导体温差电势；eAB(tO):冷端接触电势；eA(t,tO):A导体温差电势。,8,9,10,影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关两热电极相同时，总电动势为0两接点温度相同时，总电动势为0对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，,只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。,11,2.热电偶基本定律,均质导体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。“匀质”仅指导体的成分、材质相同，与其外形无关。该定律可得出以下两个结论：1、热电偶必然由两个不同质的材料组成2、同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否均匀。,均质导体定律：,12,在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。,中间导体定律,应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。,13,测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路,14,中间温度定律,eAB(t,t0)=eAB(t,tn)+eAB(tn,t0),在热电偶测温回路中，tn为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t,t0)等于热电偶AB在接点温度t、tn和tn、t0时的热电势eAB(t,tn)和eAB(tn,t0)的代数和，即,15,中间温度定律,16,标准导体（电极）定律,17,标准导体定律的意义,通常选用高纯铂丝作标准电极只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。,18,热电偶一般做得较短，一般为3502000mm。在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。,热电偶补偿导线,解决办法：工程中采用一种补偿导线。在0100温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性，廉价。,3、热电偶测温系统,19,测量某一点的温度,图示电路的总电势,由补偿导线的性质,20,特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。,21,测量两点间温度差（反向串联）,22,测量平均温度（并联）,特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。,23,优点：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，且避免了热电偶并联线路存在的缺点，可立即可以发现有断路。缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。,正向串联测量温度和,24,4、热电偶的冷端温度的影响及处理当热端温度为t时，所对应的理论热电势eAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式：,eAB(t,0)=eAB(t,t0)+eAB(t0，0),由此可见，eAB(t0，0)是冷端温度t0的函数，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。,25,在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。,(1)冷端0恒温法,26,当冷端温度t0不等于0，需要对热电偶回路的测量电势值eAB（t，t0）加以修正。当工作端温度为t时，分度表可查eAB(t,0)与eAB(t0,0)。根据中间温度定律得到：,eAB(t,0)=eAB(t,t0)+eAB(t0，0),(2)冷端温度修正法,27,例子用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV,求加热炉温度。解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203mV。可得,eAB（t，0）=eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV,由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8。,28,为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有：普通型热电偶特殊热电偶铠装型热电偶,热电偶的结构形式,29,普通型热电偶结构,30,优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。,铠装型热电偶,31,薄膜热电偶,特点：热接点可以做得很小（m），具有热容量小、反应速度快（s）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。,32,3.4.4热电阻测温仪表热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻、热敏电阻。热电阻广泛用来测量200850范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。,33,电阻丝采用双线并绕法绕制在云母、石英或陶瓷塑料支架上，支架起支撑和绝缘作用。,当温度每升高1，大多数金属导体电阻将升高0.4%0.6%，而半导体电阻将减小2%6%。,34,（1）测温原理金属热电阻与温度的关系：,分别表示温度为,时的阻值；A、B、C均为常数，只与热电阻材料性质有关。常用温度系数和电阻比来表征热电阻的电阻温度特性：,称,为,下的温度系数，,越大，测温灵敏度也就越高。,35,电阻比,是指在100和0下的电阻值的比值，,越大，,也就越大。纯金属的电阻温度特性最好，测温灵敏度最高，因此测温电阻一般应采用纯金属制作。半导体热电阻又称为热敏电阻，与金属热电阻不同之处在于阻值随温度升高而减小，与金属热电阻相比，优点是电阻温度系数高、测温灵敏、电阻率高、体积小。但它互换性差、复现性差、阻值与温度的关系不太稳定。,36,2.常用热电阻对用于制造热电阻材料的要求：具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率R-t关系最好成线性物理化学性能稳定复现性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。,37,铂热电阻铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准，铂热电阻的使用温度范围为-200850。,铂热电阻性能可靠、精确度高，在氧化、高温条件下物理、化学性能非常稳定，一般作为标准仪表。但在还原性条件中易变脆，且价格高。,38,铜热电阻的优点是阻值与温度几乎成线性关系，但它高温下易被氧化，测量精度不高，适用于测量准确度要求不高、温度较低的场合。镍热电阻的最大特点是温度系数较大，测温灵敏度高，当温度系数在200时产生特殊变化，因此，测温范围低于200。,39,铜热电阻的特点,铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较差，在100以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。,40,热敏电阻,热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。,41,热敏电阻的电阻温度特性,大多数：负温度系数。热敏电阻有明显的非线性。热敏电阻具有很高的负电阻温度系数，特别适用于：100300之间测温。,42,43,3热电阻的结构,P108表3-4,44,3.4.5测温仪表的选用选用测温仪表应考虑测量范围、仪表使用要求、测量环境、仪表的可维修性及成本