温度检测仪表.ppt

思考题 请举例说明减小或消除仪表非线性的方法 要求三种以上 作业 3 2温度检测仪表 冷热程度描述系统不同自由度之间能量分布状况的基本物理量与大量分子的平均动能相联系 反映内部分子运动的剧烈程度 温度的定义 温标 温度的数值表示方法温度数值化的一套规则和方法给出温度的测量单位常用温标经验温标 摄氏度t 华氏度t f 热力学温标 开尔文温标t k 国际实用温标 t k 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系 用实验方法或经验公式所确定的温标 摄氏温标把在标准大气压下水的冰点定为零度 把水的沸点定为100度的一种温标 中间100等分 单位符号为 华氏温标规定在标准大气压下水的冰点为32度 水的沸点为212度 中间划分为180等分 单位符号为0f 在我国已淘汰 经验温标 又称开尔文温标 符号为t 单位为 热力学温标是以热力学第二定律为基础的一种理论温标 由卡诺定理推导出来的 被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标 有一个绝对零度 低于零度的温度不可能存在 热力学温标是一种纯理论的理想温标 无法直接实现 热力学温标 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 规定了固定点温度 标准仪器 内插公式 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年会议通过了1990年国际温标its 90 its 90由0 65k向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度 its 90定义固定点 its 90 标准仪器第一温区为0 65k到5 00k之间 t90由3he和4he的蒸汽压与温度的关系式来定义 第二温区为3 0k到氖三相点 24 5661k 之间t90是氦定容气体温度计 气体体积不变 根据压力与温度之间关系 来定义 第三温区为氢三相点 13 8033k或 259 3467 到银的凝固点 961 78 之间 t90是由铂电阻温度计来定义 它使用一组规定的定义内插法来分度 银凝固点 961 78 以上的温区 t90是按普朗克辐射定律来定义的 复现仪器为光学高温计 内插公式每种内插标准仪器在n个固定点温度下分度 以此求得相应温度区内插公式中的常数 接触式和非接触式两大类 接触式检测仪表 膨胀式温度检测仪表 基于物体受热体积膨胀或长度伸缩性质的 如玻璃管水银温度计 双金属温度计 热电阻温度检测仪表 基于导体或半导体电阻值随温度变化的 铂电阻 铜电阻 热电偶温度检测仪表 基于热电效应 非接触式检测仪表利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系 主要有亮度法 全辐射法和比色法等 温度检测仪表的分类 一 热电偶温度计thermocouple 热电效应 eab t1 t2 热电偶 热端 工作端 冷端 自由端 接触电势 两种导体电子密度不同 在接触面上的扩散速度不同 接触电势原理图 na nb 温差电势 单一导体内自由电子在高温端具有较大的动能 因而向低温端扩散 形成静电场达到动态平衡时 在导体的两端便产生一个相应的电位差 温差电势表示为 热电偶回路热电势 由导体a b组成的热电偶闭合回路 当温度为t t0 na nb时 闭合回路总的热电势为 热电偶正常工作的两个必要条件 两种导体两个温度 与材料的粗细无关 与材料的长度无关 与温度的分布无关 eab t t0 eab t eab t0 热电偶的材料 理论上任何两种导体都可组成热电偶 但作为测温的热电偶需满足 物理 化学性稳定电极的电阻小 电阻的温度系数小电势值大 随温度单调上升 最好线性材料易获得 复制性好 价格低 热电偶丝 热电偶的基本定律 1 均质导体定律 同一导体闭合回路e 02 中间导体定律在a b构成的热电偶接入第三种导体c 并使ac和bc接触的温度均为t0 热电势的测量 讨论 eab t t0 eab t ebc t1 eca t2 eab t eba t0 热电偶的基本定律 3 中间温度定律热电偶a b在接点温度为t t0时的热电势等于热电偶a b在接点温度为t tc和tc t0的热电势eab t tc 和eab tc t0 的代数和 即 e t t0 e t 0 e t t0 e t0 0 eac t t0 ebc t t0 eab t t0 热电偶的基本定律 4 标准导体 电极 定律已知和则 标准化热电偶 铂的物理 化学性质稳定 熔点高 易提纯 所以 通常选用高纯铂丝作为标准电极 热电偶的使用 标准化热电偶 常见热电偶热电特性曲线 eab t t0 eab t eab t0 eab t c t0 0 eab t 0 分度表 热电偶自由端温度的处理 用热电偶测温时 要求热电偶的自由端的温度保持恒定 最好为0 热电偶安装位置与集中控制室距离较长 由于热电偶一般是贵金属做成 直接把电极拉长引至控制室成本太高 一般选用一种价格比较便宜 而热电势与热电偶的电势相近的特殊导线来代替 这种导线为 补偿导线 热电偶的使用 补偿导线 e eab t t0 ea b t0 t0 eab t t0 eab t0 t0 eab t t0 现场 控制室 使用补偿导线的注意事项 补偿导线只能在规定的温度范围内 一般为0 100 与热电偶的热电势相等或相近 不同型号的热电偶需要用不同的补偿导线 热电偶和补偿导线的二个接点要保持同温 补偿导线有正负极 分别与热电偶的正负极相连 补偿导线合金丝 e ek t tc ek tc t0 热电偶温度计 热电偶的使用 自由端温度补偿 1 计算修正 定律3 中间温度定律 e t 0 e t t0 e t0 0 例 s型热电偶在工作时自由端温度t0 30 现测得热电势为7 5mv 求被测介质实际温度t e t 30 7 5mve t 0 e t 30 e 30 0 7 5 0 173 7 673mv查分度表得 t 830 e t t0 热电偶分度表的使用 例 用k型热电偶测炉温时 测得参比端温度t1 38 测得测量端和参比端间的热电动势e t t1 29 90mv 试求实际炉温 解 由k型分度表查得e 38 0 1 53mv 根据中间温度定律 可得到 e t 0 e t t1 e t1 0 29 90 1 53 31 43mv再查k型分度表 得到实际炉温755 1 若参比端不作修正 直接查表测量误差有多大 2 如果直接将查表所得加上参比端温度是否可以 为什么 利用中间温度定律测温 以冷端为0 建立热端温度与热电动势之间的关系表e t 0 测量工作时的热电动势值e t t1 根据已知t1 查表得到e t1 0 利用中间温度定律计算e t 0 e t t1 e t1 0 查表得到被测温度t 热电偶的使用 自由端温度补偿 2 恒温法t0 0 在工业应用时 一般把补偿导线的末端 即热电偶的自由端 引至恒温器中 使其维持在某一恒定的温度 通常一个恒温器可供多支热电偶同时使用 在实验室及精密测量中 通常把自由端放在盛有绝缘油的试管中 然后再将其放入装满冰水混合物的容器中 以使自由端温度保持为0 这种方法称为冰浴法 热电偶的使用 自由端温度补偿 3 电桥自动补偿法 e t 0 e t t0 uab e t t0 e t0 0 e t t0 uab uab e t0 0 e ek t tc ek tc t0 ek t0 0 ek t t0 ek t0 0 ek t 0 热电偶的使用 检测系统 热电偶 补偿导线 补偿器和变送器 显示仪表 配套使用 热电偶的结构 铠装热电偶 铠装热电偶又称缆式热电偶 是由热电极 绝缘材料 通常为电熔氧化镁 和金属保护管三者结合而成一个坚实的整体 露头型 接壳型和绝缘型三种基本形式 薄膜热电偶 薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法 将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶 其结构如上图所示 采用蒸镀工镀工艺 热电偶做得很薄 而且尺寸可做得很小 它的特点是热容量小 响应速度快 适合于测量微小面积上的瞬变温度 思考题 作业题 1 根据热电偶的基本定律 在图2 32 原书31 所示的热电偶回路中 当发生下列情况时 该回路中总电势如何变化 增大 减少 不变 不确定 t升高 t0不变 t不变 t0升高 t和t0同时升高相