温度测量仪表1.ppt.ppt

温度测量基本知识 烯烃厂仪表车间 2 四热电阻 主要内容 一温度测量基本概念 二温度测量仪表的分类 三热电偶 五一体化温度变送器 3 1 1温度测量基本概念 温度是表征物体冷热程度的物理量 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量 而用来量度物体温度数值的标尺叫温标 它规定了温度的读数起点 零点 和测量温度的基本单位 摄氏温标 规定 在标准大气压下 冰的熔点为0度 水的沸点为100度 中间划分100等份 每等分为摄氏1度 符号为 4 1 1 1温度测量基本概念 华氏温标 规定 在标准大气压下 冰的熔点为32度 水的沸点为212度 中间划分180等份每等份为华氏1度符号为 热力学温标 符号t 又称开尔文温标 符号k 或绝对温标 它规定分子运动停止时的温度为绝对零度 华氏温标与摄氏温标之间的关系式 5 1 1 1温度测量基本概念 5 9 32 9 5 32 开氏温标与摄氏温标之间的关系式 k 273 15 国际温标 p1435 2 6 1 1 1温度测量基本概念 国际温标 国际实用温标是一个国际协议性温标 它与热力学温标相接近 而且复现精度高 使用方便 目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的 1968年国际实用温标 1975年修订版 记为 ipts 68 rev 75 但由于ipts 68温度存在一定的不捉 国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过1990年国际its 90 its 90温标替代ips 68 我国自1994年1月1日起全面实施its 90国际温标 测温方法分类 7 1 1 2温度测量仪表的分类 1 应用热膨胀原理测温2 应用压力随温度变化的原理测温3 应用热阻效应测温4 应用热电效用测温5 应用热辐射效应测温 仪表分类 接触式和非接触式 8 1 1 2温度测量仪表的分类 1 通常来说接触式测温仪表比较简单 可靠 测量准确度较高 但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换 需要一定的时间才能达到热平衡 所以存在测温的延迟现象 同时受耐高温材料的限制 不能应用于很高的温度测量 2 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的 测温元件不需与被测介质接触 测温范围广 不受测温上限的限制 也不会破坏被测物体的温度场 反应速度一般也比较快 但受到物体的发射率 测量距离 烟尘和水气等外界因素的影响 其测量误差较大 分类 接触式和非接触式 9 1 1 2温度测量仪表的分类 金属热电阻 铂 铜 镍半导体热敏电阻 锗 碳 热敏 接触式非接触式 热膨胀 热电阻 热电偶 固体膨胀 双金属液体膨胀 玻璃气体膨胀 压力式 廉金属 铜 康铜 t 镍铬 镍硅 k 贵金属 铂铑30 铂铑6 铂铑10 铂铑 s 难熔金属 钨铼系 钨钼系非金属 石墨系 硅化物系 碳 硼化物系 热辐射 辐射法 辐射温度计 部分辐射温度计亮度法 光学高温计比色法 比色温度计 1 玻璃液体温度计 10 1 1 2温度测量仪表的分类 a 常用测温范围 50 600 b 优点 结构简单 使用方便 测量准确 价格低廉 c 缺点 测量上限和精度受玻璃质量的限制 易碎 不能记录和远传 2 压力式温度计 11 1 1 2温度测量仪表的分类 a 常用测温范围 80 400 b 优点 结构简单 机械强度高 不怕震动c 缺点 测温范围有限制 相应时间较慢 难于修理 只能更换 3 双金属温度计 12 1 1 2温度测量仪表的分类 a 常用测温范围 80 600 b 优点 价格低 结构紧凑 牢固可靠 c 缺点 精度低 测量和适用范围有限 4 工业热电偶温度计 13 1 1 2温度测量仪表的分类 a 常用测温范围 铂铑 铂 0 1600 镍铬 镍铝 0 900 镍铬 康铜 0 600 b 优点 测温范围广 精度高 结构简单 使用方便 便于远距离 多点集中测量和自动控制 c 缺点 需冷端温度补偿 在低温段测量精度较低 5 工业热电阻温度计 14 1 1 2温度测量仪表的分类 a 常用测温范围 铂电阻温度计 200 500 铜热电阻温度计 50 150 热敏电阻温度计 50 300 b 优点 测温精度高 便于远距离 多点集中测量和自动控制 c 缺点 不能测量高温 需注意环境温度的影响 1 1 3 热电偶测温原理 15 热电偶 两种不同导体a和b串接成一个闭合回路 若结合点1和2出现温差 则回路中就会有电流产生 这种因温差而产生热电势的现象叫 热电效应 这种不同导体的组合称为热电偶 热电偶测温原理 16 1 1 3热电偶 热电效应产生的电动势称为热电势 它与温度有一定的函数关系 利用此关系就可测量温度 这种现象包含的原理有 帕尔帖定理 不同材料结合在一起 在其结合面产生电势 接触电势 汤姆逊定理 由温差引起的电势 温差电动势 热电偶测温原理 17 1 1 3热电偶 当组成热电偶的导体材料均匀时 其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关 只与导体材料的成分及两端的温度有关 因此 用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶 以满足不同温度对象测量的需要 均匀导体定律 热电偶测温原理 18 1 1 3热电偶 若在热电偶回路中插入中间导体 则只要中间导体两端温度相同 就对热电偶回路的总热电势无影响 利用热电偶测温时 连接导线 显示仪表和插件等都可以看成中间导体 只要保证其两端温度相同 则对热电势没有影响 中间导体定律 1 1 3 热电偶 19 热电极材料满足如下基本要求 1 材料的热电性能不随时间而变化 即热电性能稳定2 电极材料有足够的物理 化学稳定性 不易被氧化和腐蚀 3 产生热电势要足够大 热电灵敏度高 1 1 3 热电偶 20 热电极材料满足如下基本要求 4 热电势与温度关系要具有单调性 最好呈线性关系5 材料便于大批生产和更换 6 材料组织均匀 机械性能好 易加工成丝 7 材料的电阻温度系数小 电阻率要低 1 1 3 热电偶 21 其优点是 测量精度高 因热电偶直接与被测对象接触 不受中间介质的影响 测量范围广 常用的热电偶从 50 1600 均可边续测量 某些特殊热电偶最低可测到 269 如金铁镍铬 最高可达 2800 如钨 铼 构造简单 使用方便 热电偶通常是由两种不同的金属丝组成 而且不受大小和开头的限制 外有保护套管 用起来非常方便 热电偶的结构 22 1 1 3热电偶 热电偶是有两根不同导体 或称电极 构成的 这两根导体一端焊接在一起 成为热端 或称工作端 测温时将此端处于被测介质中 另一端称为冷端 或自由端 接入二次仪表 显示仪表 或电测设备 热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠 稳定地工作 对它的结构要求如下 23 1 1 3热电偶 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固 两个热电极彼此之间应很好地绝缘 以防短路 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离 热电偶的分类 24 1 1 3热电偶 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类 热电偶的分类 25 1 1 3热电偶 标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系 允许误差 并有统一的标准分度表的热电偶 它有与其配套的显示仪表可供选用 我国从1988年1月1日起 热电偶和热电阻全部按iec国际标准生产 并指定s b e k r j t七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶 热电偶的分类 26 1 1 3热电偶 非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶 一般也没有统一的分度表 主要用于某些特殊场合的测量 27 1 1 3热电偶 种类 目前生产的热电偶主要有8种 名称分度号测量范围 铂铑30 铂铑6b0 1800铂铑13 铂铑1r0 1300铂铑10 铂铑s0 1300镍铬 镍硅 镍铬 镍铝 k 200 1200镍铬 康铜e 200 900铁 康铜j 200 750铜 康铜t 200 350镍铬硅 镍铬n 200 1300其中 b r s属于贵金属热电偶 k e n j属于廉金属热电偶 t型热电偶用于测量低温 28 热电势与温度的关系 热电偶的结构 29 1 1 3热电偶 普通热电偶的结构主要包括热电极 保护套管 绝缘件 接线盒和安装固定件等 热电偶的结构分类 30 1 1 3热电偶 a 普通型热电偶 是应用最多的 主要用来测量气体 蒸汽和液体等介质的温度 根据测温范围及环境的不同 所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同 但因使用条件基本类似 所以这类热电偶已标准化 系列化 按其安装时的连接方法可分为螺纹连接合法兰连接两种 热电偶的结构 31 1 1 3热电偶 b 铠装热电偶 又称缆式热电偶 是由热电极 多数采用的是铂丝 也有用镍丝的 绝缘材料 通常为氧化镁粉末 和金属保护管三者结合 经拉制而成一个坚实的整体 铠装热电偶有单支 双芯 和双支 四芯 之分 其测量端有露头型 接壳型和绝缘型三种基本形式 p1465 25 变径型 铠装热电偶的结构 32 1 1 3热电偶 铠装热电偶的参比端 接线盒 形式有简易式 防水式 防溅式 接插式和小接线盒式等 铠装热电偶具有体积小 精度高 反应迅速 耐震动 耐冲击 机械强度高 可绕性好 寿命长 便于安装等优点 外形尺寸有 5 6 8多种 长度为10 1000mm 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 33 1 1 3热电偶 热电偶比实际值小 a 热电极短路找出短路原因 如因潮湿所至 则需要进行干燥 如因绝缘端子损坏所至 则需更换绝缘子b 热电偶的接线柱处积灰 造成短路清扫积灰c 补偿导线线间短路找出短路点 加强绝缘或更换补偿导线d 热电偶热电极变质在长度允许的情况下 剪去变质段重新焊接 或更换新热电偶 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 34 1 1 3热电偶 热电偶比实际值小 e 补偿导线与热电偶极性接反重新接正确f 补偿导线与热电偶不配套更换相配套的补偿导线g 热电偶安装位置不当或插入深度不符合要求重新按规定安装h 热电偶冷端温度补偿不符合要求调整冷端补偿器i 热电偶与显示仪表不配套更换热电偶或显示仪表使之相配 4 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 35 1 1 3热电偶 热电偶比实际值大 a 热电偶与显示仪表不配套更换热电偶或显示仪表使之相配b 补偿导线与热电偶不配套更换相配套的补偿导线c 有直流干扰信号进入排除直流干扰 4 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 36 1 1 3热电偶 热电势输出不稳定 a 热电偶安装不牢或外部震动紧固热电偶 消除震动或采取减震措施b 热电极将断未断修复或更换热电偶c 外界干扰 交流漏电 电磁感应等 查出干扰源 采取屏蔽措施 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 37 1 1 3热电偶 热电偶热电势误差大 a 热电极变质更换热电极b 热电偶安装位置不当改变安装位置c 保护管表面积灰清除积灰 热电偶安装及注意事项 38 1 1 3热电偶 热电偶的安装应能正确反映被测温度热电偶的安装应确保安全可靠 热电偶安装及注意事项 39 1 1 3热电偶 a 在管道安装中 感温元件的工作端应置于管道中流速最大处 热电偶的保护套管的末端应越过流束中心线5 10mm b 感温元件与被测介质形成逆流 应迎着气流流向插入 至少应与被测介质流束方向成90 特别情况下也不能顺流安装测温元件 否则会产生测温误差 热电偶安装及注意事项 40 1 1 3热电偶 c 插深一般不应小于300mm 如果插入深度不够 外露部分又空气流通 这样所测出的温度比实际温度低3 4度 d 在测温元件安装时 应防止电磁场干扰的引入而影响准确测量 热电偶冷端的温度补偿 41 1 1 3热电偶 由于热电偶的材料一般都比较贵重 特别是采用贵金属时 而测温点到仪表的距离都很远 为了节省热电偶材料 降低成本 通常采用补偿导线把热电偶的冷端 自由端 延伸到温度比较稳定的控制室内 连接到仪表端子上 必须指出 热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极 使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上 它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响 不起补偿作用 因此 还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0 0 时对测温的影响 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配 极性不能接错 补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100 热电偶冷端的温度补偿 42 1 1 3热电偶 一般情况下 冷端温度均高于0 热电势总是偏小 常用的消除或补偿损失的方法有如下几种 1 补偿导线法2 冷端恒温法3 计算修正法4 补偿电桥法 热电偶为什么需要进行冷端补偿 43 1 1 3热电偶 热电偶热电势的大小与其两端的温度有关 其温度 热电势曲线是在冷端温度为0 时分度的 在实际应用中 由于热电偶冷端温度不能保持在0 不再 也不能固定在某个温度不变 而热电偶电势既决定于热端温度 也决定于冷端温度 冷端温度的变化会引起测量误差 为了消除这种误差 必须进行冷端温度补偿 44 1 1 4热电阻 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器 它的主要特点是测量精度高 性能稳定 其中铂热电阻的测量精确度是最高的 它不仅广泛应用于工业测温 而且被制成标准的基准仪 热电阻测温原理 45 1 1 4热电阻 是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理来测量温度热电阻是中低温区常用的一种温度检测器 热电阻由感温元件 连接导线和显示仪表构成 热电阻大都由纯金属材料制成 目前应用最多的是铂和铜 此外 现在已开始采用镍 锰和铑等材料制造热电阻 1 1 4热电阻温度计 46 1 1 4热电阻 热电阻 利用其电阻值与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的感温元件 三 铂电阻的结构 47 1 1 4热电阻 铂电阻由感温元件 外套管和接线盒组成 感温元件主要由电阻丝 骨架 绝缘物质 如云母 陶瓷等 引线组成 三 铂电阻的分类 48 1 1 4热电阻 a 按骨架分 陶瓷 云母 石英 玻璃 对标准铂电阻而言 由不锈钢 石英 b 按引出线分 二线制 三线制 四线制二线制有引线误差 但通常生产厂家已将这种误差在生产过程中给予修正 故二线制的热电阻 其测量值中包括内引线的电阻值 四线制彻底消除了引线误差 标准铂电阻均采用四线制 c 按装配形式分 套管性 铠装型 特殊型 如防爆 防水等 热电阻测温系统常见故障原因及处理方法 49 1 1 4热电阻 仪表显示值比实际值低或示值不稳定 原因 保护管内有金属屑 灰尘 接线柱间赃污及热电阻短路 水滴等 措施 除去金属屑 清扫灰尘 水滴等 找到短路点 加强绝缘等 热电阻测温系统常见故障原因及处理方法 50 1 1 4热电阻 显示值无穷大 原因 热电阻或引出线断路及接线端子松开等措施 更换电阻体 或焊接及柠紧接线螺丝等 热电阻测温系统常见故障原因及处理方法 51 1 1 4热电阻 阻值与温度关系有变化 原因 铂电阻丝材料受腐蚀变质措施 更换热电阻丝 热电阻测温系统常见故障原因及处理方法 52 1 1 4热电阻 仪表显示值为零或有负值 原因 显示仪表与热电阻接线有错 或热电阻短路措施 改正接线 或找出短路处 加强绝缘 铂电阻的修理及应注意的几个问题 53 1 1 4热电阻 a 铂丝很细 0 03 0 07mm 修理是要耐心 细心 修理时把铂丝从保护套管中轻轻抽出 当铂丝和陶罐内壁相碰时不能硬拉出来 b 打开扎线后 先检查云母片是否损坏 再查铂丝引出与引出线连接处是否良好 如铂丝断路 可用电压6 8v的电弧焊焊好 如铂丝与银引出线连接处断开 可用电压10 14v的电弧焊焊好 焊好后予以检查是否符合标准并剪去多余部分 以免阻值变化造成测量准确性 铂电阻的修理及应注意的几个问题 54 1 1 4热电阻 c 电阻短路故障较少 容易处理 只要找出短路点 用耐热绝缘材料 云母片 加以衬垫绝缘 并用少许漆片胶固 即可修复 d 如果要改变电阻体长度 只准改变引出线的长度 不允许改变电阻体部分长度 e经修理恢复后的铂电阻 要经过检定合格后才可再使用 热电阻的安装与注意事项 55 1 1 4热电阻 e 在管道上安装时 热电阻的感温元件应与被测介质形成逆流 至少应与被测介质流束方向成90 角 同时 应将感温元件总长的1 2放置在最高流速的位置 铂电阻的护套管末端应越过流束中心线50 70mm f 热电阻的插入深度 一般不得小于套管外径的8 10倍 一般不应小于300mm 如果插入深度不够 外露部分又空气流通 这样所测出的温度比实际温度低3 4度 g 为避免液体 灰尘渗入电阻的接线盒内 应将其接线盒盖朝上 出线孔螺栓朝下 尤其是在有雨水溅洒的场所应特别注意 56 1 1 4热电阻 电阻值与温度的关系 近似线性铂 rt r0 1 0 00385t 式中rt r0为温度t和0 时的电阻值 例如 分度号为pt100的铠装铂热电阻 我们装置中最常用的热电阻 最大测温范围为 200 850 接线方式为三线制 其r0为100 分度号为pt10的热电阻其r0为10 另外 铜 rt r0 1 0 00428t cu100的热电阻其r0为100 cu50的热电阻其r0为50 57 1 1 5一体化温度变送器 主要特点 1 节省漏热电偶补偿导线或延长线的投资 只需要两根普通导线连接 2 由于其连接导线中为较强的信号4 20ma 比传递微弱的热电动势具有明显的抗干扰能力 3 体积小巧紧凑 通常为直径几十毫米的扁圆形 安装在热电偶或热电阻套管接线端子盒中 不必占额外空间 4 不需要调整维护 因为全部采用硅橡胶或树脂密封结构 适应现场生产环境 但损坏后只能整体更换 58 1 1 6温度仪表的选择 1 就地温度仪表的选择在满足测量范围 工作压力 精度要求的情况下 应优先选用双金属温度计 对于 80 以下的低温 无法近距离观察 有振动以及对精确度要求不高的场合可以选用压力式温度计 玻璃温度计由于易受机械损伤造成汞害 一般不推荐使用 59 1 1 6温度仪表的选择 2 温度检测元件的选择热电偶适合一般场合 热电阻适合要求测量精度高无振动的场合根据对测量响应速度的要求选择 热电偶 600s100s20s热电阻 90 180s30 90s10 30s 10s 60 1 1 6温度仪表的选择 3 根据环境条件选择温度计接线盒普通式 条件较好场所 防溅式 环境条件较好但防水要求较高场所防爆式 易燃 易爆场所 61 1 1 6温度仪表的选择 4 特殊场合下的温度计选择温度 870 氢含量大于5 的还原性气体 惰性气体及真空场所所宜选用吹起热电偶或钨铼热电偶 设备 管道外壁 转动物体表面温度测量可选用表面热电偶 热电阻或铠装热电偶 热电阻测量含坚固体颗粒场所可选用耐磨热电偶 62 温度测量 常见的热电偶 热电阻 63 温度测量 常见的热电偶 热电阻 热电偶 热电阻 64 1 1 6相关试题 1 在热电偶测温回路中 只要显示仪表和连接导线两端温度相同 热电偶 总电势值 不会因他们的接入而改变 这是根据 中间导体 定律而得出的结论 2 摄氏100 相当与华氏 212 3 常用的温标有 摄氏温标 温标 华氏温标 温标 开氏温标 温标三种 4 热电偶产生热电势的条件是 两热电极材料相异 两接点温度相异 热电偶的热电特性由 电极材料化学成分和物理性能 所决定 热电势的大小与 组成热电偶的材料 和 两端的温度 有关 与热偶丝 长短 和 粗细 无关 65 1 1 6相关试题 5 某热电偶测温回路如下 试比较a b两表的指示大小a b 66 1 1 6相关试题 6 铠装热电偶是把 热电偶丝 绝缘材料 和金属套管三者加工在一起的坚实缆状组合体 答案 热电偶丝绝缘材料7 铠装热电偶可以做得很细 国产铠装热电偶最细的为 直径1mm 最短的铠装热电偶为50mm 最长的为 15