Chapter 4 – Temperature and HeatFlux Measurement.ppt

2019 12 22 cary wang 1 chapter4 temperatureandheat fluxmeasurement temperatureisoneofthemostimportantofallphysicalquantitiesinindustry itsmeasurementplaysakeypartinindustrialqualityandprocesscontrol intheefficientuseofenergyandotherresources inconditionmonitoringandinhealthandsafety therearefewmaterialpropertiesoftechnologicalorengineeringimportancewhichdonotdependontemperaturetoagreaterorlesserextent 2019 12 22 cary wang 2 chapter4 temperatureandheat fluxmeasurement temperatureistobeusedfordescribingthehotnessandcoldnessofaobject 2019 12 22 cary wang 3 8 1temperaturestandardsandcalibration atemperaturescaleprovidesforthreeessentialaspectsoftemperaturemeasurement 1 thedefinitionofthesizeofthedegree 2 fixedreferencepointsforestablishingknowntemperatures 3 ameansforinterpolatingbetweenthesefixedtemperaturepoints 2019 12 22 cary wang 4 somehistoryoftemperaturescales 随着温度测量技术的发展 温标也经历了一个逐渐发展 不断修改和完善的渐进过程 从早期建立的一些经验温标 发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标 到现今使用具有较高精度的国际实用温标 其间经历了几百年时间 1 经验温标根据某些物质体积膨胀与温度的关系 用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标 2019 12 22 cary wang 5 somehistoryoftemperaturescales conceptfromclaudiusgalenus 1564 1642 伽利略 8mixturesofice boilingwater latintemperatura blending mixing atleftgalileo sflorentinethermographflorentinethermometer temperatureconcepts 2019 12 22 cary wang 6 florentinethermometer 2019 12 22 cary wang 7 somehistoryoftemperaturescales 1 fahrenheit 华氏温标 1650florentinestylethermometersdeveloped startedplayingabout1707 previousflorentinethermometershadarbitraryscaling fahrenheitusedfixed2 3pointreferencestoestablishscale ice salt 0 bodytemperature 96 2019 12 22 cary wang 8 somehistoryoftemperaturescales 1 fahrenheit 华氏温标 in1714gabrielfahrenheitstunnedtheworldbyproducingtwothermometersthatproducedthesamereadings recognizedtheneedfornon arbitrarytemperaturescales unlikenewtonputthatintopractice 2019 12 22 cary wang 9 2 celsius 摄氏温标 astronomeranderscelsius 1701 1744 choseice boilingwaterforscalewith100divisions during16thcenturyabout20differentscalesdeveloped 2019 12 22 cary wang 10 2 kelvin 理想热力学温标 lordkelvin 1824 1907 idealgases extrapolatedgasbehaviorandrecognizedzeropoint samescalingascelsius 2019 12 22 cary wang 11 kelvin 2019 12 22 cary wang 12 thermodynamicsdefinesatemperaturescalethathasanabsolutereference anddefinesanabsolutezerofortemperature thermodynamictemperaturescale 热力学温标 0k或叫絕對零度 在此溫度點 分子活動均停止 0k 273 16 2019 12 22 cary wang 13 themodernengineeringdefinitionofthetemperaturescaleisprovidedbyastandardcalledtheinternationaltemperaturescaleof1990 its 90 1 重申国际实用温标单位仍为k 1k等于水的三相点时温度值的1 273 16 2 把水的三相点时温度值定义为0 01 摄氏度 同时相应把绝对零度修订为 273 15 这样国际摄氏温度t90和摄氏度t90 和国际实用温度 k 关系为 its 90 国际温标 2019 12 22 cary wang 14 conversionformulaefortemperature of oc 9 5 32 oc of 32 5 9 k oc 273 15 2019 12 22 cary wang 15 thisstandardestablished17fixedpointsfortemperature andprovidesstandardproceduresanddevicesforinterpolatingbetweenfixedpoints theprimaryfixedpointsareshowninnextpage its 90 国际温标 把整个温标分成4个温区 其相应的标准仪器如下 0 65 5 0k 用3he和4he蒸汽温度计 3 0 24 5561k 用3he和4he定容气体温度计 13 803k 961 78 用铂电阻温度计 961 78 以上 用光学或光电高温计 2019 12 22 cary wang 16 2019 12 22 cary wang 17 2019 12 22 cary wang 18 2019 12 22 cary wang 19 fixedpointtemperaturesandinterpolation considerthedefinitionofthetriplepointofwaterashavingavalueof0 01forourtemperaturescale celsiusscale thisprovidesforanarbitrarystartingpoint fixedpointsaretypicallydefinedbyphase transitiontemperaturesorthetriplepointofapuresubstance suchasthepointatwhichpurewaterboilsatonestandardatmpressure forourpurposes assignthisavalueof100 2019 12 22 cary wang 20 thesizeofthedegree sincewehavetwofixedpointsonourtemperaturescale boilingpointandfreezingpoint wecanseethatthedegreeis1 100thofthetemperaturedifferencebetweentheboilingpointandfreezingpoint 2019 12 22 cary wang 21 thecalibrationofatemperaturemeasurementdeviceentailsnotonlytheestablishmentoffixedpoints butanytemperaturebetweenfixedpoints theprocessofestablishinganytemperaturewithoutafixedpointcalibrationiscalledinterpolation 2019 12 22 cary wang 22 标定方法对温度计的标定 有标准值法和标准表法两种方法 标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点 恒温 作标准值 把被标定温度计 或传感器 依次置于这些标准温度值之下 记录下温度计的相应示值 或传感器的输出 并根据国际温标规定的内插公式对温度计 传感器 的分度进行对比记录 从而完成对温度计的标定 被定后的温度计可作为标准温度计来测温度 更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计 传感器 与已被标定好的更高一级精度的温度计 传感器 紧靠在一起 共同置于可调节的恒温槽中 分别把槽温调节到所选择的若干温度点 比较和记录两者的读数 获得一系列对应差值 经多次升温 降温 重复测试 若这些差值稳定 则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量 就成了对被标定温度计的标定 2019 12 22 cary wang 23 接触式与非接触式测温特点比较 2019 12 22 cary wang 24 各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围表 2019 12 22 cary wang 25 8 2thermal expansionmethods liquid in glassthermometers 玻璃液体温度计 pressurethermometers 压力式温度计 bimaterialthermometres 双金属温度计 2019 12 22 cary wang 26 themannerinwhichathermometeriscalibratedneedstocorrespondtohowitused undernormalcircumstances youcangetaccuracyfrom 0 2to 2 c 1 liquid in glassthermometers thermometrybasedonthermalexpansion 热膨胀温度计 2019 12 22 cary wang 27 temperaturemeasurementsusingliquid in glassthermometercanprovideaccuraciestounderverycarefullycontrolledconditions however suchextraneousvariablesaspressureandchangesinbulbvolumeover timecanintroducesignificanterrorsinscalecalibration 2019 12 22 cary wang 28 玻璃液体温度计简称玻璃温度计 是一种直读式仪表 水银是玻璃温度计最常用的液体 其凝固点为 38 9 测温上限为538 对于较低温度测量 可以用其它有机液体 如酒精下限为 62 甲苯下限为 90 而戊烷则可达 20l 玻璃温度计具有结构简单 制作容易 价格低廉 测温范围较广 安装使用方便 现场直接读数 一般无需能源 易破损 测温值难自动远传记录等特点 2019 12 22 cary wang 29 liquid in glassthermometer prosveryinexpensivegiveareadingquicklysimple socanmaintainaccuracyforlongperiodsoftimeusefulincalibratingothertemperaturemeasurementdevices consneedtomakesureliquidiscontinuousincolumnandtheglassenvelopeisfreeofcrackshumanperceptionofreadingsresultsininaccuracies 2019 12 22 cary wang 30 2 pressurethermometers 压力式温度计 压力温度计是根据一定质量的液体 气体 蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的 压力温度计的典型结构示意图如图所示 2019 12 22 cary wang 31 它由充有感温介质的感温包 传递压力元件 毛细管 及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构 指针和读数盘组成 测温时将其温包置入被测介质中 温包内的感温介质 为气体或液体或蒸发液体 因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减 压力的变化经毛细管传给弹簧管使其产生变形 进而通过传动机构带动指针偏转 指示出相应的温度 这类压力温度计其毛细管细而长 规格为1 60m 它的作用主要是传递压力 长度愈长 则使温度计响应愈慢 在长度相等条件下 管愈细 则准确度愈高 压力温度计和玻璃温度计相比 具有强度大 不易破损 读数方便 但准确度较低 耐腐蚀性较差等特点 压力温度计测温范围下限能达 100 以下 上限最高可达600 常用于汽车 拖拉机 内燃机 汽轮机的油 水系统的温度测量 2019 12 22 cary wang 32 3 bimetallicthermometers ifyoutaketwometalswithdifferentthermalexpansioncoefficientsandbondthemtogether theywillbendinonedirectionifthetemperaturerisesabovethetemperatureatwhichthebodingwasdoneandintheotherifitgetsless 2019 12 22 cary wang 33 bimetallicthermometers 2019 12 22 cary wang 34 thephysicalbasisfortherelationshipbetweentheradiusofcurvatureandtemperatureisgivenas 2019 12 22 cary wang 35 bimetallicexample 2019 12 22 cary wang 36 invarisoftenusedasoneofthemetals sinceits thebimetallicsensorisusedinmanytemperaturecontrolsystems andisthe primaryelementinmostdialthermometers theuncertaintiesis 1 forsteels 2 10 5to20 10 5m m 2019 12 22 cary wang 37 目前实际采用的双金属材料及测温范围 100 以下 通常采用黄铜与34 镍钢 150 以下 通常采用黄铜与因瓦合金 250 以上 通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与34 42 镍钢 双金属温度计不仅可用于测量温度 而且还可方便地用作简单温度控制装置 尤其是开关的 通 断 控制 2019 12 22 cary wang 38 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类 其测温范围大致为 80 600 精度等级通常为1 5级左右 其既可测温又可作恒温控制 可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问题 所以在测温和控温精度不高的场合 双金属温度计应用范围不断扩大 双金属片常制成螺旋管状来提高灵敏度 双金属温度计抗振性好 读数方便 但精度不太高 只能用做一般的工业用仪表 2019 12 22 cary wang 39 bimetallicthermometer 2019 12 22 cary wang 40 bimetallicthermometerexample 2019 12 22 cary wang 41 8 3thermoelectricsensors 热电式 thermocouples 热电偶 seebeckeffect 塞贝克效应 iftwowiresofdissimilarmetalsarejoinedatbothendsandoneendisheated currentwillflow ifthecircuitisbroken therewillbeanopencircuitvoltageacrossthewires voltageisafunctionoftemperatureandmetaltypes forsmall t s therelationshipwithtemperatureislinearforlarger t s non linearitiesmayoccur 2019 12 22 cary wang 42 thermocouples 热电偶 athermocoupleconsistsoftwoelectricalconductorsthataremadeofdissimilarmetalsandhaveatleastoneelectricalconnection junction theoutputofathermocouplecircuitisavoltage thermocouplesensoratjunctionvoltagegeneratedbytheseebeckeffectreallythesumofthepeltiereffect junction andthethompsoneffect temperaturegradient 2019 12 22 cary wang 43 thermocouples 热电偶 ift1andt2arenotequal afiniteopen circuitelectricpotential emf1electromotiveforce 热电势 willbemeasured 2019 12 22 cary wang 44 thecharacteristicbehaviorofthesefreeelectronsresultsinausefulrelationshipbetweentemperatureandemf therearetwokindsofemfintheclosedcircuitofthermocouple 热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成 温差电势 又称汤姆逊电势 和接触电势 又称珀尔帖电势 thepeltiereffect 珀尔帖电势 thethomsoneffect 汤姆逊电势 2019 12 22 cary wang 45 1 peltiereffect 接触电势 considerthetwoconductorshavingacommonjunction showninthefollowingfigure 2019 12 22 cary wang 46 foranyportionofeitheroftheconductors theenergyremovalraterequiredtomaintainaconstanttemperatureisi2r ristheresistancetoacurrentflow thedifferenceini2randtheamountofenergygeneratedbythecurrentflowingthroughthejunctionisduetothepeltiereffect thepeltierheatisthequantityofheatinadditiontothequantityi2rthatmustberemovedfromthejunctiontomaintainthejunctionataconstanttemperature 2019 12 22 cary wang 47 thisamountofenergyisproportionaltothecurrentflowingthroughthejunction theproportionalityconstantisthepeltiercoefficient andtheheattransfer requiredtomaintainaconstanttemperatureis 2019 12 22 cary wang 48 k 玻耳兹曼常数 e 电子电荷量 t 接触处的温度na nb 分别为导体a和b的自由电子密度 2019 12 22 cary wang 49 2 thomsoneffect 温差电势 considertheconductorshowninfigure whichissubjecttoalongitudinaltemperaturegradient andalsosubjecttoapotentialdifference suchthatthereisaflowofcurrentandheatintheconductor 2019 12 22 cary wang 50 tomaintainaconstanttemperatureintheconductor aquantityofenergydifferentthanthejouleheat mustberemovedfromtheconductor thisenergyisexpressedintermsofthethomsoncoefficient as 2019 12 22 cary wang 51 实践证明 在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势 温差电动势只占极小部分 可以忽略不计 故可以写成 t为热端 t0称为自由端 也称参考端 或冷端 冷端t0固定 2019 12 22 cary wang 52 thermocouplelaws 1 lawofhomogeneousmaterials 均质导体定律 athermoelectriccurrentcannotbesustainedinacircuitofasinglehomogeneousmaterialbytheapplicationofheatalone regardlessofhowitmightvaryincrosssection a a 根据这个定律 可以检验两个热电极材料成分是否相同 称为同名极检验法 也可以检查热电极材料的均匀性 2019 12 22 cary wang 53 ifyoubreakyourthermocoupleandaddsomethingofanothermaterial itwillhavenoeffectaslongasbothendsofthenewmaterialareatthesametemperature 2 lawofintermediatematerials 中间导体定律 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义 它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器 也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量 2019 12 22 cary wang 54 3 lawofintermediatetemperatures 中间温度定律 ifyougetemf1whenthetwotemperaturesaret1andt2 andyougetemf2whenyouhavet2andt3 youwillgetemf1 emf2whenthetemperaturesaret1andt3 中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据 它表明 若热电偶的热电极被导体延长 只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同 且它们之间连接的两点温度相同 则总回路的热电动势与连接点温度无关 只与延长以后的热电偶两端的温度有关 2019 12 22 cary wang 55 bymeasuring fromtable 2019 12 22 cary wang 56 lawofstandardpoles 标准电极定律定律 iftheemfofmetalsaandciseacandthatofmetalsbandcisebc thentheemfofmetalsaandbiseac ecb 例如 热端为100 冷端为0 时 镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2 95mv 而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为 4 0mv 则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为2 95mv 4 0mv 6 95mv 2019 12 22 cary wang 57 bymeasuring fromtable 2019 12 22 cary wang 58 makingthermocouplebeads soldering silver soldering buttorspotorbeadedgaswelding crimping andtwistingareallok thethirdmetalintroduceddoesn teffectresultsaslongasthetemperatureeverywhereinthebeadisthesame weldingshouldbedonecarefullysoastonotdegradethemetals ifyouconsistentlywillneedalotofthermocouples youcanbuyathermocouplewelder youstickthetwoendsintoahole hitabutton andtheweldingisdone 2019 12 22 cary wang 59 thermocouplejunctiontypes 熱電偶的封裝圖 barewirebeaded groundedjunction insulatedjunction 2019 12 22 cary wang 60 2019 12 22 cary wang 61 thermopile 熱電堆圖 thermopileisatermusedtodescribeamultiple junctionthermocouplecircuitthatisdesignedtoamplifytheoutputofthecircuit 2019 12 22 cary wang 62 designations 型号 2019 12 22 cary wang 63 2019 12 22 cary wang 64 分度表 2019 12 22 cary wang 65 thermocoupleoutput e t j k r s n 2019 12 22 cary wang 66 分度表 2019 12 22 cary wang 67 2019 12 22 cary wang 68 2019 12 22 cary wang 69 thermocouplecalibration 2019 12 22 cary wang 70 typicalthermocouples 2019 12 22 cary wang 71 thermocoupleprosandcons proseasytouserelativelycheapsimple consvoltagemeasurementmustbemadewithnocurrentflowconnectionsresultinadditionaljunctionsvoltagedependsoncompositionofmetalsinthewires 2019 12 22 cary wang 72 selectingathermocouple sensitivitylinearityofoutputstabilityandcorrosionresistancetemperaturerangecost 2019 12 22 cary wang 73 typerandsareexpensiveandresistanttocorrosionandhightemperatures butaren tverysensitivetypetareinexpensiveandverysensitivebutaren tverytemperatureandcorrosionresistanttypekaremostpopularbeingmoderatelypriced andreasonablytemperatureandcorrosionresistant 2019 12 22 cary wang 74 热电偶的选用除了考虑被测对象的温度范围外 还需考虑热电偶使用环境的气氛 通常被测对象的温度范围在 200 300 时可优选t型热电偶 因为它在贱金属热电偶中精度最高 或选e型热电偶 它是贱金属热电偶中热电势最大 灵敏度最高的热电偶 当上限温度 1000 可优先选k型热电偶 其特点为使用温度范围宽 上限最高可达1300 高温性能较稳定 价格较满足该温区的其它热电偶低 当上限温度 1300 可选n型或k型 当测温范围为1000 1400 时 可选s或r型热电偶 当测温范围为1400 1800 时 应选b型热电偶 当测温上限大于1800 应考虑选用还属非国际标准的钨锦系列热电偶 其最高上限温度可达2800 但超过2300 其准确度要下降 要注意保护 因为钨极易氧化 必须用惰性或干燥氢气把热电偶与外界空气严格隔绝 不能用于含碳气氛 或非金属耐高温热电偶 国内还未商品化 2019 12 22 cary wang 75 在氧化气氛下 且被测温度上限小于1300 应优先选用抗氧化能力强的贱金属n型或k型 当测温上限高于1300 应选s r或b型贵金属热电偶 在真空或还原性气氛下 当上限温度低于950 时 应优先选用j型热电偶 它不仅可在还原气氛下工作 也可在氧化气氛中使用 高于此限 或选钨铼系列热电偶 或非贵金属系列热电偶 或选采取特别的隔绝保护措施的其它标准热电偶 2019 12 22 cary wang 76 reference junctionconsideration 1 useofisothermalblockforconnectionensuresformationofreferencejunction 冷端恒温法 a ice bathreference junction 0 恒温器 将热电偶的冷端置于温度为0 的恒温器内 如冰水混合物 使冷端温度处于0 这种装置通常用于实验室或精密的温度测量 2019 12 22 cary wang 77 thermocouplescan tmeasureasingletemperature butcanonlytellusthedifferenceintemperaturebetweentwopoints ifwecanputoneofthosepointsataknowntemperature weareset 2019 12 22 cary wang 78 reference junctionconsideration manythermocouplesdon thaveonecopperwire shownbelowisa typej thermocouple ifthetwoterminalsaren tatthesametemperature thisalsocreatesanerror 2019 12 22 cary wang 79 b isothermalblockreference junction 其他恒温器 将热电偶的冷端置于各种恒温器内 使之保持温度恒定 避免由于环境温度的波动而引入误差 这类恒温器可以是盛有变压器油的容器 利用变压器油的热惰性恒温 也可以是电加热的恒温器 这类恒温器的温度不为0 故最后还需对热电偶进行冷端温度修正 theblockisanelectricalinsulatorbutgoodheatconductor thiswaythevoltagesforj3andj4cancelout thermocoupledataacquisitionset upsincludetheseisothermalblocks ifweeliminatetheice bath thentheisothermalblocktemperatureisourreferencetemperature 2019 12 22 cary wang 80 thermocoupletables typee chromel constantantypej iron constantantypek chromel alumeltypen nicrosil nisiltypes platinum 10 rhodium platinumtypet copper constantan 2019 12 22 cary wang 81 2019 12 22 cary wang 82 2019 12 22 cary wang 83 example saywehookajtypethermocoupletoavoltmeterandread0 507mv anindependenttemperaturemeasurementattheconnectiontothevoltmetertellsusthatthetemperaturethereis20 c whatisthetemperatureatthethermocouplejunction emftableisrelativeto0 c noticethatthevoltageatthattemperatureiszero at20 c thevoltagefromthetableis1 019mv soourvoltagerelativeto0 cisthemeasuredvoltageplusthe20 value 1 019 0 507 1 526 goingbacktothetable thiscorrespondsto29 79 c 2019 12 22 cary wang 84 extensionleads 补偿导线法 2019 12 22 cary wang 85 extensionleads 补偿导线法 热电偶由于受到材料价格的限制不可能做得很长 而要使其冷端不受测温对象的温度影响 必须使冷端远离温度对象 采用补偿导线就可以做到这一点 所谓补偿导线 实际上是一对材料化学成分不同的导线 在0 150 温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性 但价格相对要便宜 若我们利用补偿导线 将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所 如仪表室 其实质是相当于将热电极延长 根据中间温度定律 只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致 是不会影响热电动势输出的 下面举例说明补偿导线的作用 2019 12 22 cary wang 86 采用镍铬 镍硅热电偶测量炉温 热端温度为800 冷端温度为50 为了进行炉温的调节及显示 必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室 仪表室的环境温度恒为20 首先由镍铬 镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0 热端温度为800 时的热电动势为e 800 0 33 275mv 热端温度为50 时的热电动势为e 50 0 2 023mv 热端温度为20 时的热电动势为e 20 0 0 798mv 如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接 根据中间导体定律 输入仪表的热电动势为 e 800 50 e 800 0 e 50 0 33 277 2 022 mv 31 255mv 相当于751 如果热电偶与仪表之间用补偿导线连接 相当于将热电偶延伸到仪表室 输入仪表的热电动势为 e 800 20 e 800 0 e 20 0 33 277 0 798 mv 32 479mv 相当于781 与炉内的真实温度相差分别为 751 800 49 781 800 19 可见 补偿导线的作用是很明显的 补偿导线的类型表可在热电偶使用有关书查到 2019 12 22 cary wang 87 所谓补偿导线就是用热电性质与热电偶相近的材料制成导线 用它将热电偶的参比端延长到需要的地方 而且不会对热电偶回路引入超出允许的附加测温误差 随着热电偶的标准化 补偿导线也形成了标准系列 国际电工委员会也制定了国际标准 适合于标准化热电偶使用 2019 12 22 cary wang 88 softwarecompensation howcanwefindthetemperatureoftheblock useathermisterorrtd oncethetemperatureisknown thevoltageassociatedwiththattemperaturecanbesubtractedoff thenwhyusethermocouplesatall thermocouplesarecheaper smaller moreflexibleandrugged andoperateoverawidertemperaturerange mostdataacquisitionsystemshavesoftwarecompensationbuiltin touselabview you llneedtoknowifyouhaveathermisterorrtd 2019 12 22 cary wang 89 hardwarecompensation withhardwarecompensation thetemperatureoftheisothermalblockagainismeasured andthenabatteryisusedtocanceloutthevoltageofthereferencejunction thisisalsocalledan electronicicepointreference withthisreference youcanuseanormalvoltmeterinsteadofathermocouplereader youneedaseparateice pointreferenceforeverytypeofthermocouple 2019 12 22 cary wang 90 计算修正法电桥补偿法 2019 12 22 cary wang 91 热电偶并联线路有些大型设备 需测量多点的平均温度 可以通过热电偶并联的测量电路来实现 如图5 2 5所示 将n支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路称并联测量线路 如果n支热电偶的电阻均相等 则并联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势的平均值 即 5 2 3 热电偶并联线路中 当其中一支热电偶断路时 不会中断整个测温系统的工作 图5 2 5热电偶并联图5 2 5热电偶串联 2019 12 22 cary wang 92 热电偶串联线路将n支同型号热电偶依次按正负极相连接的线路称串联测量线路 如图5 2 6所示 串联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势之和 即 5 2 4 串联线路的主要优点是热电动势大 仪表的灵敏度大为增加 缺点是只要有一支热电偶断路 整个测量系统便无法工作 图5 2 5热电偶并联图5 2 5热电偶串联 2019 12 22 cary wang 93 热电偶结构 1 普通工业用热电偶 2 铠装热电偶 2019 12 22 cary wang 94 sheathingandsle 铠装热电偶 speciallimitsoferror wirecanbeusedtoimproveaccuracy sheathingofwiresprotectsthemfromtheenvironment fracture oxidation etc andshieldsthemfromelectricalinterference thesheathshouldextendcompletelythroughthemediumofinterest outsidethemediumofinterestitcanbereduced sometimesthebeadisexposedandonlythewireiscoveredbythesheath inharsherenvironments thebeadisalsocovered thiswillincreasethetimeconstant platinumwiresshouldbesheathedinnon metallicsheathssincetheyhaveaproblemwithmetallicvapordiffusionathightemperatures 2019 12 22 cary wang 95 sheathing cont 2019 12 22 cary wang 96 铠装热电偶的结构原理是由导体 高绝缘氧化镁 外套1cr18ni9ti不锈钢保护管 经多次一体拉制而成 铠装热电偶产品主要由接线盒 接线端子和铠装热电偶组成基本结构 并配以各种安装固定装置组成 铠装热电偶分绝缘式和接壳式两种 1 接壳式热电偶的测量端与金属套管接触并焊接在一起 适用于测量温度高 压力高 腐蚀性较强的介质 2 绝缘式热电偶的测量端焊接后填以绝缘材料再与金属套管焊接 适用范围同接壳式 特点是偶丝与保护金属套管不接触 具有电气绝缘性能 3 圆接插式金属套管端头部分的直径为原直径的一半 故时间常数更小 4 扁接插式分为接壳型和绝缘型两种 其时间常数最小 反应速度更快 铠装热电偶冷端连接补偿导线的接线盒的结构 根据不同的使用条件 有不同的式 如简易式 带补偿导线式 插座式等 这里不作详