测试与检测技术基础(7热电阻)_385901110.ppt

1 复习 第二章热工参数测量技术 2 1温度测量1990国际温标 ITS 90 温度国家基准 基准温度计 一等标准温度计 二等标准温度计 实验室 工业等温度计 2 1 1热电偶测温原理 E接触 E温差 与温度梯度无关 热电势热电偶回路性质热电势只与材料性质和两接点温度有关 均质 不同性质材料才能组成热电偶 2 测点 t 200 2000 热电偶 T 现场 tn 30 80 补偿导线接头 变送器 现场柜或测控室10 50 冷端补偿器变送器 测量仪表20 40 毫伏或4 20mA A B A B Cu Cu 均质材料定律2 中间导体定律应用 回路中可接入测量热电势的仪表 接点可以焊接 3 中间温度定律EAB t t0 EAB t tn EAB tn t0 应用 查分度表时应用 t0 0oC的情况 4 连接导体定律应用 与中间温度定律一起构成热电偶回路中利用补偿导线的依据 3 RD随环境温度变化 应补偿 电阻RB和RT起温度补偿作用 Rs 200 1000W RD 60W Rp 600W热电偶与动圈仪表 XCZ 101 组成测量系统注意 与补偿盒相匹配 分度号与极性 机械零点调整至补偿盒的平衡点 0或20oC 一支热电偶配用一台动圈仪表 冷端补偿器 4 2 直流电位差计1 手动电位差计工作原理电位比较 随动平衡方式测量时 测量 回路工作 Et其与UAB比较若G 0 则Et UABB点位置可代表Et的大小手动电位差计的精确度决定于 I的稳定性RN RAB的精确性G的高灵敏性 确定工作电流 I 确定RAB大小 确定热电势 与动圈仪表最大区别 热电偶回路没有电流 5 2 自动电子电位差计与手动电位差计的主要区别 用电子放大器代替检流计用可逆电机代替手动操作结合以下问题 自学教材 重点测量回路 测量桥路中各电阻 R6起始 R5量程 Rp滑线测量 RL冷端补偿 的作用 RL如何实现冷端补偿 思考 输入信号短路时 Et 0 自动电子电位差计的示值是什么 输入回路短路 即输入电阻R 0 I 如果E 0 因此Et 0 6 7 六 热电偶校验必要性 1 长期使用 热电特性变化 精度下降 须校验2 建立热电势 温度关系 对非标准热电偶 或对精度要求高 须分度 校准 方法 温度源标准温度计热电势测量仪表校验与分度方法同 在规定温度点进行比较式校验 或校准 设备 调压器 管式电炉 冰点槽 切换开关 直流电位差计和标准热电偶等 步骤 按校验规程进行 基本步骤见教材p76 作业问题 习题二 4 有一测温线路如图2 1所示 热电偶的分度号为K 仪表示值为758 冷端温度为30 后发现用了不同分度号的补偿盒 EE 30 20 0 609mV 试求被测介质的实际温度 5 用分度号为S的热电偶及电子电位差计测温 但未用补偿导线 见图2 2 将仪表输入端短路时 仪表示值为28 此时测得热电偶冷端温度为42 试问仪表示值为885 时 示值误差是多少 9 2 1 2热电阻测温特点 精度高 稳定性好 灵敏度高 测平均温度 体积大 动态特性差 指标准热电阻 常用的热电阻元件1 铂热电阻铂电阻 温度关系 Rt R0 1 At Bt2 Ct3 t 100 200 t 0 Rt R0 1 At Bt2 0 t 500 A 3 9684 10 3B 5 847 10 7C 4 22 10 12铂丝纯度决定温度计精度 常用R100 R0表示 纯度高 稳定性好 精度高 标准铂电阻 R100 R0不小于1 3925工业用 R100 R0为1 391 10 分度表与分度号工业铂电阻主要有三种 其分度号分别为Pt50 R0 50 Pt100 R0 100 Pt300 R0 300 附表4 3列出Pt100的分度表 Pt50可按Pt100分度值的1 2计特点 精度高 稳定性 复现性好 测温范围较大 但不适于还原性气氛 11 2 铜热电阻铜电阻 温度关系 Rt R0 1 At Bt2 Ct3 50 t 150 A 4 28899 10 3B 2 133 10 7C 1 23 10 9分度表与分度号 工业铜电阻主要有二种 其分度号分别为Cu50 R0 50 Cu100 R0 100 特点 信号大 线性好 测温范围 50 150 体积大 动特性差 高温下易氧化 多用于100 以下 12 3 半导体热敏电阻电阻 温度关系 B与材料有关 其值约为1500 5000K特点 负温系数 灵敏度高 3 6 一般热电阻为0 4 0 6 测温范围 100 300 电阻率大 体积小 动特性好性能不稳定 精度低 非线性 互换性差 13 热电阻测量基本方法 工业上 不平衡电桥 Rx固定 自动平衡电桥实验室中 平衡电桥 调整Rx 电位差计1 动圈式温度指示仪 XCZ 102 原理利用不平衡电桥 将热电阻随温度变化 电桥输出 指针变化 XCZ 102由三部分组成 1 稳压电源 二级稳压 温度补偿 高稳定度 高精度 4V2 不平衡电桥3 表头 14 例 用Cu50铜电阻测温 在规定条件下铜导线电阻r 5 示值400C 若环境温度变化100C 采用两线制产生的误差约20C 不平衡电桥 二线制 15 不平衡电桥 三线制 16 2 自动电子平衡电桥平衡电桥工作原理R3 R4调整Rx 使G 0则有Rx Re Rt ReRx Rt故 可由Rx Rt精度高 与手动电位差计类同 l 自动平衡电桥以放大器代替检流计 可逆电机代替手操 实现自动平衡 与电子电位差计在外形 放大器 记录等方面相同 测量桥路 供电回路不同 为交流 特点 精度0 5 可指示 可记录 17 热电阻校验与误差1 热电阻校验二种方法 温度源标准温度计热电阻测量比较法 在规定温度点进行比较式校验 或校准 设备 恒温源 冰点槽 恒温水槽 恒温油槽和恒温盐槽等 直流电桥或直流电位差计等步骤 按校验规程进行 二点法 校验其R0和R100 R0两个参数 设备 冰点槽和水沸点槽 直流电桥或直流电位差计等2 热电阻的自热对标准热电阻I 6mA对微小热电阻I 1mA或必须更小 18 1 热电阻静态校验和测量稳态温度实验 温度源标准温度计热电阻测量仪表 RN 19 2 热电阻测温系统误差分析热偶测温系统的基本误差源分度误差D1 自热误差D2 电流流过热电阻回路 电阻体产生温升而引起温度测量的附加误差 与电流大小和传热介质有关 线路电阻变化带来的误差D3 显示仪表的基本误差D4以上可按随机误差之极限误差合成传热误差 速度误差 动态响应误差 可按系统误差合成 2 1 3 其他接触式测温仪表玻璃温度计双金属温度计压力式温度计 20 2 1 4接触式测温技术与误差分析一 管道中流体温度测量导热误差分析管道内流体温度测量问题的简化模型简化假设 tf较低 不考虑辐射影响 流速低 不考虑速度误差 式中 tr tf tw分别是温度传感器 流体 管壁温度 肋片导热问题Ch 双曲函数 21 减小导热误差的措施欲减小导热误差 提高测量精度 可从两方面进行 1 温度计的安装方式 tw tf 办法 管道和套管外露部分一起进行保温 l 增大插入深度 减小外露 利用弯头或斜插 a 迎着气流方向插入 感头部置于管道中心线 2 温度传感器材料和结构l 用低导热系数的材料作套管 但导热系数过低会增加测温动态误差 A 在强度允许条件下采用薄壁或小直径的套管 22 例 教材p100 图4 38 正确安装 选材 误差可减12 如图所示为压力为3MPa 流速30m s 温度tf 386 的蒸汽流过管道 采用五种不同的安装方法进行测温 各温度计的示值如下 1 采用铂电阻温度计 安装在管道拐弯处 有足够插入深度 温度计迎着气流管道及套管外露部分保温 此情况下温度计示值如tr1 386 2 采用玻璃水银温度计 垂直气流方向插入 温包处于管道中心位置 外露部分短且套管的外露部分保温 温度计示值为tr2 385 3 除温度计套管直径更大 管壁更厚外 其他条件同2 示值tr3 384 4 与2基本相同外 只是插入深度较浅 示值为tr4 371 5 采用铂电阻温度计 垂直流方向插入管道中心 外露部分较长且管道及外露部分均未保温 温度计示值为tr5 341 其误差达 45 23 高温气体温度测量辐射误差分析特点 辐射换热相对于对流 导热换热所占比例增大 辐射误差为主导 过热器后高温烟气温度测量误差分析简化假设 忽略导热误差 传感器对冷壁面的辐射视为 小物体完全被大物体包围 典型情况的辐射 忽略气体对传感器的辐射 1 辐射误差稳态情况下 辐射误差可表示 24 当tg 750 ts 400 a 30W m2k 0 8辐射误差约近 250 可见辐射误差严重 2 减小辐射误差的方法途径 Ts4 Tr4 Ts a 方法 1 加遮热罩 相当于提高了Ts 遮热罩高温烟气换热 使其温度T s Ts 温度传感器对温度高的遮热罩辐射散热 减少了测温误差 一般加装2 3层遮热罩 上例误差可降至 10 20 25 2 抽气式热电偶原理 使压缩空气通过喷嘴 造成负压 将高温气体高速抽走 热偶热端处于该流速下 提高了 减少了辐射误差 抽气式热电偶 加装2 3层遮热罩 可使上例误差降至 50C 能耗大 用于工业试验 26 3 双热电偶 原理 两支材料相同 丝径不同 裸露的热电偶同时插入被测气流中 若热电偶直径dl d2 示值为TI T2 可按下式计算气体温度 主要依据a Kdm 1 满足条件 4 d1 d2 2 T14 Ts4 T24 Ts4m 高温烟气m 0 37 0 41间 空气或淡烟气m 0 5 4 零直径外推法 原理 多支材料同 丝径di d1T2 Tn 画出di Ti曲线 当d 0 T Tg故可利用实验曲线外推出测高温气体的温度 27 高速气流温度测量速度误差分析1 气流总温与静温静温是气体分子无规热运动平均动能的反映 记为T0动温是气体分子有规定向运动动能的反映 记为总温总温 静温测量都很重要 静温反映气体热力学状态 计算机组效率需总温 静温测量 需使测温传感器随同流体以相同速度运动 相对速度为零 实际不可能 只能使传感器静止于高速气流中 必有相对速度 传感器测得的不是静温 总温测量 理想情况下 动能全部转换为热能 可认为T Tr 有效温度 传感器指示值 总温可测 28 此时 若M已知 可由式求静温T0 当M0 3时 误差不能忽略 T 与T0有明显区别 2 速度误差一般情况 气流在传感器周围非完全绝热滞止 动能到热能的转换亦不完全 因此传感器既不能直接指示静温 也不是总温 传感器示值T0 Tr T 称DT速 Tr T 为速度误差 定义恢复系数 表示气流被传感器滞止恢复为内能的能力 29 则在已知M r时 可由Tr求得T0