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温度基础知识一、温度测量的基本概念温度是石油、化工较为普遍，又相当重要的热工参数之一，是各种物质的物理、化学变化的重要条件。除石油、化工以外，冶金、电力、国防等工业中均有温度测量。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，而用来量度物理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。目前国际上用得最多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。1、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等分，每等分为华氏1度，符号为。2、摄氏温标（）规定：在标准大气压下，冰的融点为零度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为。摄氏温度值t和华氏温度值tf 有如下关系：t=5/9*( tf32) 3、热力学温标：又称开尔文温标，或称绝对温标。它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。4、国际实用温标：是一个国际协议性温标，它与热力学温标相近，而且复现精度高，使用方便。我国自1994年1月1日开始全面实施ITS-90国际温标。二、温度测量仪表的分类温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮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。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。工业上常用的温度检测仪表有：1、玻璃液体温度计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。二等标准温度计（七支组）540mm 分度值0.1（-30+20、0-50 50-100 100-150 150-200 200-250 250-300）2、双金属温度计a、常用测温范围：80（）600（）b、优点：结构紧凑，牢固可靠。c、缺点：精度低，测量和适用范围有限。3、工业热电偶温度计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。4、工业热电阻温度计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,须注意环境温度的影响。三、热电偶测温原理及其应用 热电偶简介热电温度记录仪常以热电偶作为测温元件，它广泛用来测量 -200 1300 范围内的温度，特殊情况下，可测至 2800 的高温或 4K 的低温。它具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、 以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。在接触式测温法中，热电温度计的应用最普遍。热电偶测温原理1.定义: 由两种导体组合而成,将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。2. 测温原理 : 热电偶的测温原理基于热电效应。 将两种不同材料的导体 A 和 B 串接成一个闭合回路，当两个接点 1 和 2 的温 度不同时，如果 T T 0 （如上图 12-1热电效应）， 在回路中就会产生热电动势， 在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为 热电效应 。热电动势记为 EAB ，导体 A 、 B 称为热电极。接点 1 通常是焊接在一起的， 测量时将它置于测温场所感受被测温度，故称为测量端（或工作端，热 端）。接点 2 要求温度恒定，称为参考端（或冷端 3.热电效应导体 A 和 B 组成的热电偶闭合电路在两个接点处分别由eAB (T) 与 eAB (T0 )两个接触电势 ，又因为 T T0 ，在导体 A 和 B 中还各有一 个温差电势。所以闭合回 路总热电动势 EAB (T,T0 ) 应为接触电动势和温差电势的代数和，即： 4.闭合回路总热电动势对于已选定的热电偶，当参考温度恒定时，总热电动势就变成测量端温度 T 的单值函数，即 EAB ( , T 0 )= f ( T ) 。这就是热电偶测量温度的基本原理。 在实际测温时，必须在热电偶闭合回路中引入连接导线和仪表。热电偶的应用定则 1)均质导体定则 由同一种匀质导体(电子密度处处相同)组成的闭合回路中,不论导体的截面,长度以及各处的温度分布如何,均不产生热电势.这条定则说明:两种材料相同的热电极不能构成热电偶.2)中间导体定则 在热电偶回路中接入第三种导体,只要与第三种导体相连接的两端温度相同,接入第三种导体后,对热电偶回路中的总电势没有影响. 3)中间温度定则 它是指热电偶在两接点温度为T,T0时的热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T,Tn 和Tn,T0时相应热电势的代数和. 冷端温度处理 在热电偶的分度表中或分度检定时,冷端温度都保持在0;在使用时,往往由于环境和现场条件等原因,冷端温度不能维持在0(To0),使热电偶输出的电势值产生误差,因此需要对热电偶冷端温度进行处理.1)补偿导线法 一种类型的补偿导线只能同相应的热电偶配套使用。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t00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。2)计算修正法 当用补偿导线把热电偶冷端延长到某一温度T0 处以后,由于To通常是环境温度且有 To0,因此还需要对冷端温度进行修正.假设被测温度为T,热电偶冷端温度为T0,所测得的电势值为EAB(T,T0).根据中间温度定则有:利用热电偶分度表先查出EAB(T0,0)的数值,就可以计算出真实电势EAB(T,0)的数值,按照该值再查询分度表,即可得出被测温度T. 例 用K型热电偶在冷端温度为25时,测得热电势为34.36mV,求热电偶热端的实际温度.解:查K型热电偶分度表知EAB(25,0)=1.00 mV,测得EAB(T,25)=34.36mV,则再查询分度表知,35.36mV所对应的实际温度为851.(温度区间内查表按线性插值公式计算) 习题_1, 室温20,采用K型热电偶测量某物体温度.与其相配的显示仪表无冷端补偿功能.当仪表指示为100时,求被测物体的温度T .(已知:E(20,0)=0.798mV; E(80,0)=3.266mV; E(100,0)=4.095mV; E(120,0)=4.919mV). 119_2, 室温20,采用K型热电偶测量某物体温度.与其相配的显示仪表具有冷端补偿功能。当仪表指示为100时,此时用万用表测量热电偶的实测热电势为多少 (已知:E(20,0)=0.798mV; E(80,0)=3.266mV; E(100,0)=4.095mV; E(120,0)=4.919mV). 3.297 mV四、常用热电偶 适于制作热电偶的材料有300多种，其中广泛应用的有4050种。 国际电工委员会向世界各国推荐 8 种热电偶作为标准化热电偶. 我国标准化热电偶也有 8 种。分别是：铂铑 10- 铂（分度号为 S）、 铂铑 13- 铂 (R) 、铂铑 30- 铂铑 6(B) 、镍铬 - 镍硅 (K) 、镍铬-康铜 (E)、铁-康铜(J)、铜-康铜(T)和镍铬硅-镍硅(N)。下面简要介绍其中几种：五、几种常用的热电偶1、铂铑 10- 铂热电偶 1. 组成：由0.5mm 的纯铂丝和直径相同的铂铑丝制成，分度号为 S 。铂铑丝为正 极 , 纯铂丝为负极。 2. 特点：热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用 。 长期适用 的温度为 1400 ，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶 粒增大。短期使用温度为 1600 。在所有的热电偶中，它的准确度等级最 高 ,通常用作标准或测量高温的热电偶，其使用温度范围广（ 01600 ）， 均质性及互换性好。其缺点是价格昂贵 , 热电势较小，需配灵敏度高的显示仪表 2、 镍铬 - 镍硅 ( 镍铝 ) 热电偶 1.组成：镍铬为正极，镍硅为负极，分度号为K。 2.特点： 使用温度范围宽（501300），高温下性能较稳定， 热电动势和温度的关系近似线性，价格便宜，因此是 目前用量最大的一种热电偶。它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期使用温 度为1200，长期使用温度为10003、镍铬 康铜热电偶 1. 组成：镍铬为正极，康铜为负极，分度号为 E 2. 特点：它的最大特点是在常用热电偶中 热电动势最大 ，即灵 敏度最高， 适宜在250870范围内的氧化性或惰性 气氛中使用 ,尤其适宜在0以下使用。在湿度大的情 况下,较其他热电偶耐腐蚀。 4、铜 - 康铜热电偶 1. 组成：纯铜为正极，康铜为负极，分度号为 T 。2. 特点：在金属热电偶中准确度最高，热电丝均匀性好，使用温度范围 为 -200 350 。 此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系列及非金属热电偶等等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。其中铂热是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。1热电阻测温原理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。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。2热电阻的结构（1）精通型热电阻从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装使用寿命长。（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。3热电阻测温系统的组成热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式：1二线制：在的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合 2三线制：在的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。 3四线制：在的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。欧姆定律I=U/R 采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量的电路一般是不平衡电桥。作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从接线处到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。工业上一般都采用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信号，不存在这个问题。 电桥的概念：用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（2），