温度检测技术(检定员培训20100503)

陕西电力科学研究院 生产技术部副主任王建平029 8576318813619203278wangjianping483 温度计量 1 概述 温度是国际单位制中7个基本物理量之一 温度是工业生产中的主要参数 在生产过程中 对液体 气体 蒸汽温度的检测是保证工艺要求 设备和人身安全并使设备安全运行的基本条件 温度是表征体系中物质内部大量分子 原子平均动能的一个宏观物理量 物体内部分子 原子平均动能的增加或减少 表现为物体温度的升高或降低 物质的物理化学特性 都与温度有密切的关系 温度是表征系统热平衡状态的物理量 是物体状态的一个基本参量 因此准确测量和控制温度 在科学实验中十分重要 1 1温度的概念 温度的宏观概念 是冷热程度的表示 或者说 互为热平衡的两物体 其温度相等 注 处于热平衡状态的所有热力学系统都具有共同的宏观性质 温度的微观概念 是大量分子运动平均强度的表示 注 分子运动愈激烈其温度表现越高 1 1温度的概念 1 概述 避免混乱 国际单位制 SI 长度质量时间电流热力学温度物质的量光量 SI基本单位 七个物理量单位 相互独立 m kg s A K mol cd 温度 不可叠加性 内涵量 热力学 绝对 温度 用热力学温标表示的温度 热力学 绝对 温标 精确的实验证明压强等于零时的温度应该是 273 15 273 15 零度温标 热力学温标或绝对温标 1 1温度的概念 1 2温标 1 2温标 摄氏温标华式温标开氏温标热力学温标国际温标理想气体温标国际温标的三要素是固定点 标准器 测量仪器 和内插方式 其具体内容是 1 物质不同相之间的可复现的平衡温度 固定点 2 在这些温度固定点上分度的有关计量标准仪器 标准器 3 确定各定义固定点温度间的计算公式 内插公式 经验温标 等价 测温质 要确定选择什么样的物质 这些物质的冷热状态必须能够明显地反映客观物体 欲测物体 的温度变化 而且这种变化具有复现性 如 水银 氢气或是电偶 2 测温特性 要知道该测温质的哪些物理量随着温度的改变将产生某种预期的改变 如 水银温度计是用水银做测温质 水银的体积随温度作线性变化 3 参考点 依据确定的数值作为基准 实现划分温度的间隔 经验温标 华氏温度 测温质 水银 测温特性 水银柱热胀冷缩 参考点 冰 水 氯化铵和氯化钠混合物的熔点定为零度 以0 F表示 把冰的熔点定为32 F把水的沸点定为212 F 在32 212的间隔内均分180等分 每份1华氏度 线性内插 华氏温标 华氏温度使用状况 欧美等英语国家 华伦海特 G D Fahrenheit 摄氏温度 测温质 水银测温特性 水银柱热胀冷缩 参考点 冰的熔点为零度 标以0 水的沸点为100度 标以100 在0度和100度之间均分成100等份 每一份也就是1摄氏度 这种规定办法就叫摄氏温标 使用国家 亚洲国家 非英语国家 A Celsiuas瑞典 摄氏温度与华氏温度的关系 同种测温质 水银 利用了同样的测温特性 水银柱热胀冷缩 但由于规定的参考点和分度单位不同 就造成了两种不同的温标 从而产生了两种不同的温度的数值 注 参考点 相同测温质 不同 温标也不完全一致 原因 不同测温质的物理性质随温度的改变在相同的范围内可能不会相同 经验温标 举例 五种温度计 测温质分别是氢气 空气 铂丝 电偶和水银 其测温的物理性质分别为气体的压强 电阻 电动势和水银的长度 基准点都是以冰的熔点和水的沸点为0度和100度 举例 五种温度计 测温质分别是氢气 空气 铂丝 电偶和水银 其测温的物理性质分别为气体的压强 电阻 电动势和水银的长度 基准点都是以冰的熔点和水的沸点为0度和100度 结论 对应同一个客观温度 假定以定容氢气温度计的指示数为标准 各种温度计的读数是不一样的 80 147 0 经验温标特点 由于测温物质和测温特性的选取不同 参考点和分度方法的选择不同 故可以有各式各样的温标 开氏温标 热力学温标 开尔文 1848年创立了一种不依赖任何测温质 当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质 的绝对真实的绝对温标 经验温标 热力学温标 开尔文 英国物理学家 热力学第二定律的创始人 热学 电磁学 流体力学 光学 地球物理 数学 工程 600论文 70发明专利 热力学温标 热力学温标是以卡诺循环为基础 卡诺定律指出 一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机 其效率只与热源和冷源的温度有关 假设热机从温度为T1的热源获得的热量为Q1 放给温度为T2的冷源的热量为Q2 则有 第十一届国际计量大会 1960年 规定以纯水的三相点的温度定为开氏温标的参考点 规定其温度为273 16K 而不叫 度 1K等于水的三相点的热力学温度的1 273 16 热力学温标被定为基本温标 热力学温度被作为基本温度 符号是T 单位是开尔文 简写为开 以K表示之 热力学温标的零点叫绝对零度 0K 热力学温标 t T 273 15 参考点 水的三相点是指纯水以冰 水 蒸汽的平衡混合物的状态 只要在没有空气的密闭容器内 这个状态的温度就是确定不变的 它不依赖于压强 最客观的参考点 热力学温标 如果我们要测某一个物体的温度 可用任何一种工质的卡诺热机当作温度计 使卡诺热机运转于欲测物体 欲测其温度T 和273 16K的热库之间 测出吸收和放出的热量Q1和Q2之比 则温度为 热力学温标 一支 热力学温度计 就是可逆的卡诺热机 理论上通 技术上无法实现 热力学温标 理想气体温标 热力学理论证明 注 热力学温标可以借助理想气体温标付诸实施 热力学温标取得了现实意义 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 国际温标具备的条件 尽可能以当代科技水平接近热力学温标 复现精度高 各国都能以很高的准确度复现同意温标 确定温度量值的统一 用于复现温标的温度计 使用方便 性能稳定 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 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 1990年国际温标 a 温度单位 热力学温度是基本物理量 它的单位开尔文 定义为水三相点的热力学温度的1 273 16 使用了与273 15K 冰点 的差值来表示温度 因此现在仍保留这个方法 根据定义 摄氏度的大小等于开尔文 温差亦可用摄氏度或开尔文来表示 国际温标ITS 90同时定义国际开尔文温度 符号T90 和国际摄氏温度 符号t90 b 国际温标ITS 90的通则 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是这样制订的即在全量程 任何于温度采纳时T的最佳估计值 与直接测量热力学温度相比T90的测量要方便的多 而且更为精密 并且有很高的复现性 c ITS 90的定义 第一温区为0 65K到5 00K之间 T90由3He和4He的蒸汽压温度计来定义 第二温区为3 0K到氖三相点 24 5661K 之间 T90是3He和4He定容气体温度计定义 第三温区为平蘅氢三相点 13 8033K 到银的凝固点 961 78 1234 93K之间 T90是由铂电阻温度计 PRT 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 第四温区为银的凝固点 961 78 1234 93K以上 T90是由辐射温度计依据普朗克定律来定义 铂电阻 普朗克辐射定律 气体的原子运动随着温度的升高而加速 随着温度的降低而减速 当温度达到0K 273 15 时 原子的运动就停止了 并且从理论上讲 气体的体积应当是零 因此不可能有低于0K的温度 如图 在压力不变的情况下 图以砝码表示 如果温度下降 气体的体积就减小 与其0 时的体积相比 每下降1 其体积就减小1 273 绝对零度探索 常温 气体的原子速度1600km h 3K 1m h的 20nK 2 10 8K 原子运动速度慢得难以测量 物质呈现为液体状态 而非固体状态 更不是气体状态 而是聚集成唯一的 超原子 它表现为一个单一的实体 1绝对零度的意义 开尔文用热力学温标 即与任何测温物质无关的温标得到了绝对零度 因此 绝对零度这一重要概念对所有物质都成立 它和选用什么物质及什么物理性质无关 2无测温上限 不论何时 测量一个很高的温度时 一个更高的温度将存在 并且也有可能达到 3有测温下限 绝对零度无限接近 但终究不能达到 这是热力学第三定律的结论 4 绝对温标 和 绝对零度 中 绝对 的含义 前者是指开氏温标与任何测温质都没有关联 因而这种温标是 绝对 的 后者是指绝对零度是一个不可超越的界限 而且对所有物质都成立 因而这个度数是 绝对 的 开氏温度的意义 1 3测温方法及测温仪器 1 接触式测温 2 非接触式测温 测温方法 接触式测温仪器 非接触式测温仪器 1 接触式测温含义 测温元件直接与被测对象相接触 两者之间进行充分的热交换 最后达到热平衡 感温元件的某一物理参数的量值 热电动势 电阻 热膨胀等等 代表了被测对象的温度值 优点 直观可靠 准确度高 缺点 感温元件影响被测温度场的分布 接触不良会带来测量误差 另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响 1 3测温方法及测温仪器 2 非接触式测温含义 感温元件不与被测对象相接触 而是通过辐射方式进行热交换 特点 可避免接触测温的缺点 不影响温场分布 具有较高的测温上限 非接触测温法热惯性小 可达千分之一秒 便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度 准确度低 1 3测温方法及测温仪器 1接触式仪器膨胀式温度计 包括液体和固体膨胀式温度计 压力式温度计 电阻式温度计 包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计 热电式温度计 包括热电偶和P N结温度计 2非接触式温度仪以光辐射为基础 也称为辐射温度计 如 辐射温度计 亮度温度计和比色温度计 红外热相仪 1 3测温方法及测温仪器 3按照温度测量范围划分的温度计超低温 低温 中 高温和超高温温度测量 超低温 0 10K低温指 10 800K中温指 800 1900K高温指 1900 2800K的温度超高温 2800K以上 1 3测温方法及测温仪器 常用的温度仪表 玻璃管液体温度计 双金属温度计 压力式温度计 特点 构造简单 使用方便 具有较高的准确度 温度测量范围宽 常用测温范围 50 1600 特殊材料 测温范围可扩为 180 2800 热惯性小 输出信号为电信号便于远传或信号转换 应用极为广泛 用来测量流体的温度 测量固体以及固体壁面的温度 微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量 1 4热电偶测温 一 工作原理 利用导体或半导体的热电效应将温度的变化转换成电动势的变化 热电偶产生热电势必须具备的条件 热电偶必须用两种不同材料的热电极组成 热电偶的两节点必须具有不同的温度 热电效应 接触电势 温差电势 热电偶回路的热电势 普通热电偶 铠装热电偶 二 结构 热电极 热端 绝缘子 保护管 接线盒 冷端 普通型热电偶结构示意图 均质导体定律 由一种金属导体 或半导体 组成的闭合回路 不论金属导体 或半导体 的截面和长度以及各处的温度分布如何 都不产生热电势 热电偶必须由两种不同性质的材料构成 热电势仅与两节点温度有关 而与长度 粗细 几何形状无关 也与沿热电极的温度分布及变化无关 由一种材料组成的闭合回路存在温差时 回路如产生热电势 便说明热电极是不均匀的 三 基本定律 中间导体定律 在热电偶回路中接入中间导体C后 不论中间导体接入回路的位置 只要中间导体两端温度相同 则中间导体的引入对回路的总电势没有影响 结论 热电偶回路可以接入各类显示仪表 调节器和转换开关 可以应用液态和固态金属表面温度的测量 为焊接热电偶提供理论依据 中间温度定律 测温范围宽 热电特性好 物理化学性质稳定 不易被氧化或腐蚀 电阻温度系数 比热 热导率应小 热电偶产生的热电势随温度的变化率大 良好的机械加工性能 复现性好 价格便宜 四 热电极材料及常用热电偶 热电极材料 工业常用热电偶的种类 两种材料组成的热电偶应输出较大的热电势 以获得较高的灵敏度 且要求电势和温度之间尽可能的成线性关系能应用于较宽的温度范围 物理和化学特性比较稳定 较好的耐热性 抗氧化 抗还原和抗腐蚀性 具有较高的导电率和较低电阻温度系数工艺性好 利于批量生产 1 热电偶的材料 2 常用热电偶 铂铑10 铂热电偶 分度号 S 镍铬 镍硅热电偶 分度号 K 镍铬 康铜热电偶 分度号 E 铂铑30 铂铑6热电偶 分度号 B 铜 康铜热电偶 分度号 T 铂铑13 铂热电偶 分度号 R 铁 铜镍 分度号 J 镍铬硅 镍硅 分度号 N 1988年1月1日起按IEC国际标准生产的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 优点 金属丝直径范围0 35 0 5mm 精度高 物理化学特性稳定 测温上限高 短期使用温度可高达1600 可以作为各等级标准热电偶 缺点 热电势小 灵敏度低 价格昂贵 2 常用热电偶 铂铑10 铂热电偶 分度号 S 正极 硬 负极 软 4 732 2 常用热电偶 镍铬 镍硅热电偶 分度号 K 特点 金属丝直径范围 0 5 3mm 价格低廉 灵敏度高 复现性好 高温下抗氧化能力强 工业与实验室广泛采用 在还原性或硫化物气氛中易被侵蚀 正极不亲磁 负极稍亲磁 22 776 2 常用热电偶 镍铬 康铜热电偶 分度号 E 特点 金属丝直径范围 0 5 3mm 价格最便宜 灵敏度高 适用于中性或还原性气氛中 铂铑30 铂铑6热电偶 分度号 B 特点 价格昂贵 测量温度上限可达1800 测量精度高 适应于氧化或中性气氛中使用 灵敏度低 铜 康铜热电偶 分度号 T 特点 直径 0 1 1 6mm 适用于 200 400 测量精度高 稳定性好 低温时灵敏度高 价格低廉 3 典型结构 工业用 氧化铝或工业陶瓷 1000度 热电极 保护套管 绝缘套管 引线盒 减小热惯性 铠装式热电偶 热电极 耐高温金属粉末 如氧化铝 不锈钢套管三者一起拉细而组成一体 外径0 25 12mm不等 如图 3 典型结构 科研用 特点 惯性小 性能稳定 结构紧凑 力学性能良好 抗振 可挠等特点 3 典型结构 科研用 真空蒸镀或化学涂层 镍铬 镍硅铜康 铜 极薄 0 01 0 1 m 云母或浸渍酚醛塑料60mm 6mm 0 2mm 工艺 特点 响应速度快 ms 测温范围 300度 热电偶的安装 测量端应处于能够正确代表被测介质温度的地方 应有足够的插入深度 外径的15 20倍 尽可能保持垂直 尽量避开热源 磁场 电场的干扰 高压 负压或有害气体时 必须密封 安装要牢固 出线孔应该向下 安装位置应便于维修和更换 A B 为补偿导线 四 热电偶冷端温度补偿 补偿导线法 注 型号的第一个字母与配用热电偶的分度号对应 型号第二个字母C 补偿型 X 延长型 常用的几种补偿导线 不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同 连接补偿导线时要注意区分正负极 使其分别与热电偶的正负极一一对应 补偿导线连接端的工作温度不能超出 0 100 否则会给测量带来误差 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度 使用补偿导线后 还需进行其他温度补偿和修正 使用补偿导线注意问题 冰浴法 仪表机械零点校正法 补偿电桥法 计算法 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 1 冰点法 3 冷端补偿器法 4 补偿导线法 2 热电势修正法 热电偶测温原理 只有参比端温度恒定时 回路总热电势EAB T T0 才是温度T的单值函数 热电偶分度表 p171 中 热电势 温度的对应值以 0 为基础 不稳定 补偿方法 T0 0 C 精度最高 1 冰点法 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 2 热电势修正法 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 查表 EAB 实际测量 查表 T T0 0 C T0 恒温 中间温度定律 T 举例 s偶参比端温度温为30 测量的热电势为6 526mV 试问此时真实的温度应为多少 查表 EAB 实际测量 查表 T 解 查表 0 173 740 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 3 冷端补偿器法 0 C 恒温 T0 f 时间 环境 不平衡电桥 R1 R2 R 1 锰铜丝 R4 铜丝 Rg 限流 当T0 0 C时 四壁电阻相等 电桥平衡 桥路输出电压 Uba 0 指示仪表总的热电势为 R4 1 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 3 冷端补偿器法 说明 当T0变化时 由于冷端补偿器的接入 仪表所指示的总电势E仍保持为E T 0 相当于热电偶冷端自动处于0 C 当 R4 a点电位 Uba 同时 T0 由于T0 EAB T T0 调整Rg电阻 Uba E T 0 E T T0 总电势不随T0而变 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 4 补偿导线法 恒温 易干扰 补偿导线 0 100 C E EAB T T0 热电势修正法 材料 热电性质与热电偶相近 0 100 C EAB T0 T0 EA B T0 T0 根据连接导体定律 回路电势 E EAB T T0 EA B T0 T0 4 补偿导线法 1 2 4热电偶的参比端 冷端 温度补偿 中间温度定律 恒温 热电偶标准化 形成补偿导线标准系列 常用的热电偶补偿导线技术数据见表 热电偶补偿导线 举例 利用补偿导线法进行测温 热电偶为K偶 补偿导线为铜 康铜 热电偶输出热电势为41 092mV 补偿导线输出热电势为2 478mV 恒温端温度为20 试问此时真实的温度应为多少 解 根据补偿导线法E EAB T T0 EA B T0 T0 EAB T0 T0 EA B T0 T0 2 478mV EAB T T0 41 092mV EA B T0 0 EA B 20 0 EAB 20 0 0 789mV E E T 0 41 092 2 478 0 789 44 359 T f 44 359 1180 44 359 现用一只K型热电偶 测量小氮肥厂中转化炉的温度 已知热电偶工作端温度为800 自由端 冷端 温度为30 求热电偶产生的热电势E 800 30 解 E 800 0 33 277 mV E 30 0 1 203 mV E 800 30 E 800 0 E 30 0 32 074 mV 例题1 热电偶一般适用于测量500 以上的较高温度 对于500 以下的中 低温度 热电偶就难以实现精确测量 所以在测量中 低温度 通常用热电阻温度计来进行测量 1 2 5热电偶测温回路 方法 测量两处的温差 T1 T2 的一种方法 两个热电偶同型号配用相同的补偿导线冷端温度相同两者反接而成 则热电势为 1 热电偶反接 差动热电势 1 2 5热电偶测温回路 2 热电偶并联 测量平均温度 方法 热电偶型号相同 冷端温度相同 串联均衡电阻R1 R2 R3 回路总热电势为 缺点 一支坏 不易察觉 1 2 5热电偶测温回路 低温或小温变时 热电势 串联 特点 一支烧坏 立即察觉 3 热电偶串联 热电堆 1 2 5热电偶测温回路 1 2 6热电偶的校验与分度 校验 对热电偶热电势和温度的已知关系进行校核 检查其误差的大小 分度 确定热电势和温度的对应关系校验原因 热电偶经过一段时间使用之后 由于氧化 腐蚀 还原 高温下再结晶等因素的影响 使它与原分度值或标准分度表的偏离越来越大 以至产生较大误差 测量精度下降 IPTS68 1 2 6热电偶的校验与分度 0 03级 1 2 7热电偶测温系统误差分析 1 热电偶分度误差 1 由于热电偶材质不均 匀使得其热电特性与统一分度表之间存在差值 该项误差不能超过热电偶允许误差的范围 否则应重新校验 如 铂铑 铂 在600 以上 允许误差为 0 25 t 镍铬 镍硅 在400 以上 允许误差为 0 75 t 2 补偿导线误差 2 补偿导线与热电偶热电特性不同而带来的误差 如 铂铑 铂 100 补偿范围内 其补偿导线允差为 0 023mV 如 镍铬 镍硅 100 补偿范围内 其补偿导线允差为 0 105mV 3 冷端补偿器误差 3 只能在平衡点和计算点的温度值得到完全补偿 在其他温度时因不能完全得到补偿所造成的误差 如 铂铑 铂 0 04mV 如 镍铬 镍硅 0 16mV 4 测量仪表误差 4 该误差由仪表精度等级所决定 如XCZ 101动圈测温仪表为 举例 如若采用镍铬 镍硅热电偶按图所示组成测温系统 测量仪表XCZ101的量程为1000 若仪表上显示被测温度为800 且该测温系统的误差 解 误差的来源分别为 1 2 7热电偶测温系统误差分析 热电偶分度误差 1 补偿导线误差 2 冷端补偿器误差 3 测量仪表误差 4 测温系统的最大误差为 1 3热电阻测温 基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的电阻值随温度变化的性质 将电阻值的变化转换为电信号 从而达到测温的目的 一 热电阻的测温原理 电阻温度系数要大 电阻率尽可能大 热容量要小 在测量范围内 应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性 电阻与温度的关系最好接近于线性 应有良好的可加工性 且价格便宜 目前 应用最广泛的热电阻材料是铂和铜 二 热电阻材料 三 常用金属热电阻 普通热电阻 四 热电阻结构 1 热电阻感温元件 2 4 引线 3 接线盒 5 显示仪表 图三线制接法 五 热电阻的接法 三线制与两线制的对比 原理利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而改变的性质来测量温度 实验证明多数金属导体在温度升高1 时 阻值变化0 4 0 6 多数具有负温度系数的半导体在温度升高1 时 阻值变化3 6 1 3热电阻测温 测温范围 200 500 特殊范围 测量低温端可达平衡氢的三相点 13 8K 铟电阻温度计 3 4K 碳电阻温度计 1K 特点 精度高 在低温段下测温灵敏度高 输出信号便于远传 测量或自动控制 1 3热电阻测温 1 3 1热电阻的材料 电阻温度系数要大 单位1 定义为 注 越大 制成的温度计的灵敏度越高 测量结果越准确一般非常数 不同温度数值不同 f T 材料越纯 越大 要求有较大的电阻率 因为电阻率越大 电阻体积越小 热容量和热惯性越小 温度变化的响应越快 在测温范围内 要求物理化学性质稳定 复现性好 复制性强 易得到纯净物质 电阻值与温度的关系近似为线性关系 便于测温的分度和读数 价格低 综上所述 铂 铜 铁 镍 和一些半导体材料比较适合做热电阻 1 3 1热电阻的材料 特点 精度高 稳定性好 性能可靠 易于提纯 复制性好 具有良好的工艺性 可以制成极细的铂丝 电阻率较高 在0 C以上 其电阻与温度的关系接近于直线 其电阻温度系数为3 9 10 3 C 作用 工业测量 温度的基准 标准仪器 ITS 90国际温标规定 在13 81K 961 78 的标准仪器为铂电阻温度计 缺点 电阻温度系数小 在还原气氛中 特别是在高温下 易被污染变脆 价格昂贵 常用铂电阻分度号 Pt1000 Pt100和Pt10 1 3 2热电阻的类型 1 铂热电阻 优点 线性度好 电阻温度系数大 价格低 精度适中 缺点 100 时 易被氧化 测温范围 50 150 常用铜电阻分度号 Cu100和Cu50 1 3 2热电阻的类型 2 铜热电阻 1 3 2热电阻的类型 表示 时的电阻值 1 普通型热电阻 感温元件 保护套管 接线盒 与热电偶类似 1 3 3热电阻的结构类型 铂热电阻 1 3 3热电阻的结构类型 玻璃烧结式 陶瓷架式 云母管架式 昂贵 双线无感绕制 铜电阻 1 3 2热电阻的结构类型 双线无感绕制 1 3 2热电阻的结构类型 铠装热电阻 力学性好 热电阻 保护套管 绝缘材料 封装 1 3 2热电阻的结构类型 薄膜热电阻 陶瓷 铂 真空镀膜法 热惯性小 厚膜 7 m 薄膜 2 m 1 工业用常用线路 两线制 1 3 5热电阻测温电桥 Rac 2 Rr r r Rt 热电阻Rt 引线r 连接导线r 调整电阻Rr 不平衡电桥 1 工业用常用线路 两线制 特点 接入一个桥臂 引线与连接导线随环境温度变化全部加入到热电阻的变化之中 简单 仍有应用引出线的电阻值特性 铜 0 2 R0 铂 0 1 R0 1 3 5热电阻测温电桥 Rac 2 Rr r r Rt 1 工业用常用线路 三线制 方法一 热电阻有三个引线其中两根 连接导线的电阻分别加到电桥相临两桥臂中第三根接到电源线上 电源与电桥的连接点a从仪表内部的桥路上移到热电阻附近效果 引线与连接导线电阻变化影响减小 Rac Rt r r RrRad R1 r r Rr 1 3 5热电阻测温电桥 1 工业用常用线路 三线制 Rac Rt 2r r RrRad R1 r Rr 方法二两根引线三根连接导线两根连接导线的电阻分别加到电桥相邻的两桥臂中第三根接到电源对角线上 电源的接点a移到热电阻传感器内的接线柱上效果 连接导线r影响减小引线电阻r 影响依存在 1 3 5热电阻测温电桥 2 实验室精密测温线路 四线制 1 3 5热电阻测温电桥 4引线 2 实验室精密测温线路 四线制 电源E 向标准电阻RH 热电阻Rt 经a c 调节电阻Rr和电流表回路供电 电流I 调节Rr 使得回路电流I调整到热电阻的规定值3 4mA 电流测量线 与a和c相连电位测量线 与b和d相连转换开关K 先后测量标准电阻RH和热电阻Rt上的电压降UH和Ut 1 3 5热电阻测温电桥 精密 2 实验室精密测温线路 四线制 特点 利用电位差计平衡读数时 电位差计不取电流 热电阻的电位测量线没有电流通过 因此 热电阻引线电阻r 连接导线电阻r无论怎样变化也不会影响热电阻Rt的测量 可完全消除Rt以外电阻的影响 1 3 5热电阻测温电桥 1 4接触式测温技术与误差分析 理想 接触式测温的感温元件输出能反映对象真实温度 必须满足如下条件 热力学平衡的条件动态响应速度快 实际 温度计 被测对象 周围环境 热交换 热交换 负误差 正误差 如热电偶的热接点的温度 近似 测温元件安装注意事项 插入深度要求测量端应有足够的插入深度 应使保护套管的测量端超过管道中心线5 10mm 插入方向要求保证测温元件与流体充分接触 最好是迎着被测介质流向插入 正交90 也可 但切勿与被测介质形成顺流 压力式温度计 工作原理 该温度计的原理是基于密闭测温系统内气体 液体或低沸点液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系 而进行温度测量的 当温包感受到温度变化时 密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力 引起弹性元件曲率的变化 使其自由端产生位移 再由齿轮放大机构把位移变为指示值 压力式温度计主要由以下三部分组成 1 温包 温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件 因此要求它具有高的强度 小的膨胀系数 高的导热率以及抗腐蚀等性质 根据所充工作介质和被测介质的不同 温包可用铜合金 钢或不锈钢来制造 2 毛细管 它是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管 用来传递压力的变化 3 弹簧管 它就是一般压力表用的弹性元件 压力式温度计 压力式温度计特点 具有温包体积小 反应速度快 灵敏度高 读数直观等特点 几乎集合了玻璃棒温度计 双金属温度计 气体压力温度计的所有优点 它可以制造成防震 防腐型 并且可以实现远传触点信号 热电阻信号 0 10mA或4 20mA信号 是目前使用范围最广 性能最全面的一种机械式测温仪表 1 适于测量 80 600 的温度 允许基本误差不超过1 5 或2 5 2 可以做成指示型 记录型 并且很容易做成温度信号器和温度调节器 3 可以远距离测量温度 4 构造简单 价格便宜 5 不怕振 可以不用电源 6 距离较远时 仪表的滞后性较大 压力式温度计 优点 可以远传 一般不超过60m 结构简单 价格便宜 读数方便清晰 适用于安全防爆环境 缺点 精度不高 热惰性较大 压力式温度计 压力式温度计按感温介质的不同分类 一 液体压力表式温度计 二 气体压力表式温度计 三 蒸汽压力表式温度计普通型和防爆型压力式温度计的误差压力式温度计除了由于制造中的尺寸不准确 传动间隙和摩擦等会引起误差外 下列一些因素也会引起误差 1 感温部分浸入深度的影响 2 环境温度的影响 3 液柱高度的影响 压力式温度计 主要技术指标 测温范围 0 100 C20 120 C 精度等级 1 5级 1 0级 2 5级分度值0 5 20 C 防爆等级 d BT4 d CT5 d BT6 CT6 绝缘等级 F级 环境温度 20 45 C 相对温度 小于90 海拔高度 小于2000M 热电阻精度级 B级 时间常数 34S 压力式温度计使用注意事项 温饱的插入深度 全浸 环境温度的影响 位置变化影响 温饱与指示表处于同一水平位置 消除压差 大气压力变化带来的影响 滞后影响 注意保护毛细管和弹簧管 压力式温度计使用维护注意事项 1 使用前应先检查温度计的有效期限 若已过期则需要重新检验 2 温度计应使用在周围空气温度 10 55 和相对湿度不大于80 的环境中 3 温度计应垂直安装在没有震动的安装板上 Z型温度计尽可能和温包装处保持同一水平位置 以减少由于静液柱作用所起的附加误差 4 温包必须全部浸入在被测介质中 并尽可能使温包插入最大深度 以减少由于温包安装螺栓散热引起的误差 被测介质需经常流动 5 安装时 毛细管应引直 每相隔不大于300毫米的距离用轧头固定起来 毛细管的弯曲半径不应小于50毫米 6 温度计经常的工作温度应在测量范围的1 2 3 4处 7 在任何情况下 无论搬运 安装或作用等 温度计应避免震动 碰撞和冲击等 8 如测量对铜和铜合金有腐蚀作用的液体 气体和蒸汽时 选用具有防腐蚀保护管的温度计 数字温度计 概述 温度调节仪从最早的传统的动圈式 经历了电子模拟式 数显式 智能型几个阶段 从发展趋势方面而言 智能型温度调节仪是未来发展的主流 无论从功能 精度 使用控制等方面看都是以上其它几种温度调节仪无法比拟的 温度调节仪可广泛应用于冶金 化工 轻工 纺织 塑料机械 家用电器 烘烤箱 实验室 制冷 医疗等诸多行业领域作 200 1800 范围内的温度测量和高精度控制 如配相应的传感器也可拓展到压力 流量 液位等物理量的显示和控制 特点 读数准确 直观醒目 不易产生读数误差 仪表内无机械部件 因而测量精度高 动态特性好 一般精度在0 05 0 5级 测量速度快 易于实现多点巡回检测 工作可靠 体积小 重量轻 寿命长 可实现与微机通讯 以上微机联网 提高自动化水平 数字温度表工作原理 数字温度表分类 按温度设定方法分类 1 电位器设定 2 电位器和指示表头 或数字显示 相配合设定 3 拨码开关直接设定 4 按键设定按控制模式的信号输出 1 断续的开关信号 如继电器触点 2 连续的电流信号 如0 10mA 0 20mA来控制按调节方式规律 1 二位式调节 2 三位式调节 3 时间比例调节 4 连续移相触发可控硅调节 5 过零触发调节 6 PID调节方式按报警方式 1 无报警 2 上限最高温度报警 3 下限最低温度报警 使用注意事项 1 温度调节仪在通电使用前应仔细检查接线是否正确 传感器的选择和安装位置是否满足调节仪的测试要求 2 在实际使用时 应注意不要将传感器引线和调节仪电源线 继电器控制线和其他电流导线捆扎或绞在一起 以防止相互干扰 3 使用热电偶尽可能使热电偶本体与调节仪相连接 且极性勿接反 避免采用普通导线连接影响其显示精确度 4 在使用热惯性较大的场合中 如电炉丝加热 为避免温度过冲现象一般可将设定值设定在所需值的90 左右 待开机几次 再将设定值设定到所需值上 5 调节仪如采用可控硅为加热控制器件时 要保证可控硅器件有良好的散热条件 从而使可控硅正常工作 如加在负载两端电压有抖动 则应将线端子输出线对调 6 调节仪如显示出现溢出 则可能传感器有断路发生 7 调节仪工作前应检查是否符合要求 切忌将调节仪工作电源接入信号输入端 以免损坏调节仪 8 调节仪使用现场不应有腐蚀性气体 双金属温度计 概述是一种适合测量中 低温的现场检测仪表 可用来直接测量气体 液体 和蒸汽的温度 该温度计从设计原理及结构上具有防水 防腐蚀 隔爆 耐震动 直观 易读数 无汞害 坚固耐用 使用和维护方便等特点 广泛应用于石油 化工 机械 船舶 发电 纺织 印染等工业和科研部门 双金属温度计 工作原理 是利用二种不同温度膨胀系数的金属 一端焊接在固定点 另一端当温度变化时扭曲变形 将其转换成指针偏转角度 指示温度 抽芯式是指双金属感温元件可以从外保护管内抽出更换 是使用最广泛的现场指示温度计 双金属热电阻 偶 一体化温度计 变送器 和电接点抽芯防护型双金属热电阻 偶 一体化温度计与变送器 它是在双金属温度计系列产品的基础上在套管内同时平行装入铠装热电阻 偶 的一种仪表 使用此表既可现场清晰地看到指示值 又可把信号远传到控制室 传到控制室信号有铂电阻Pt10 K型E型热电偶信号 也有经过变送为4 20mA标准信号 起到了一表两用的作用 使用此表在管道上可以少开一个孔 少了一个泄漏点 因事故常出在开孔处 它的价格比用两只表的价格便宜 所以说 此表既有实用价值 又有经济价值 铂热电阻也有非铠装式 双金属温度计 特点 1 现场显示温度 直观方便 安全可靠 使用寿命长 2 多种结构形式 可满足不同要求 主要技术指标 标度盘公称直径 60 100 150精度等级 1 0 1 5测量范围 80 40 40 80 0 50 0 100 0 120 0 150 0 160 0 200 0 250 0 300 0 350 0 400 0 450 0 500 0 550 0 600 适应的工作介质 液体 蒸汽和气体 双金属温度计使用和维护 1 双金属温度计在保管 安装 使用及运输过程中 应尽量避免碰撞保护管 切勿使保 护管弯曲 变形 安装时 严禁扭动仪表外壳 2 仪表应在 30 80 的环境温度内正常工作 3 仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1 2 3 4处 玻璃液体温度计 工作原理 玻璃液体温度计是一种膨胀式温度计 是根据物质的热胀冷缩原理制造的 它利用作为介质的感温液体随温度变化而体积发生变化与玻璃随温度变化而体积变化之差来测量温度 温度计所显示的示值即液体体积与玻璃毛细曾体积变化的差值 组成 感温泡 玻璃毛细管和刻度标尺常用的感温液体 水银 甲苯 乙醇 煤油优点 结构简单 使用方便 测量精度相对较高 价格低廉 缺点 测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制 且不能远传 易碎 玻璃液体温度计 误差来源主要有 读数误差 标尺位移 弯月面顶部位移 修正的误差 零点位移 露出液柱的存在 顶部压力的影响 测量变动温度时示值的停留 热惰性 温度计本身的温度失真 目前温度专业常用的检定规程 工业过程测量记录仪检定规程 代替JJG706 1990 JJG74 1992 JJG74 1992标准铂铑10 铂热电偶检定规程JJG75 1995标准铜 铜镍热电偶检定规程JJG115 1999二等标准水银温度计检定规程JJG128 2003工作用玻璃液体温度计检定规程JJG130 2004电接点玻璃水银温度计检定规程JJG131 2004工作用贵金属热电偶 代替JJG141 1988 JJG290 1982 JJG141 2000标准铂电阻温度计检定规程代替JJG160 JJG716 JJG859 JJG160 2007一等标准水银温度计JJG161 1994标准铂铑30 铂铑6热电偶检定规程JJG167 1995动圈式温度指示 指示位式调节仪表检定规程JJG186 1997双金属温度计检定规程JJG226 2001工业铂 铜热电阻检定规程JJG229 1998带时间比例 比例积分微分作用的动圈式温度指示调节仪表检定规程JJG285 1993压力式温度计检定规程JJG310 2002镍铬 金铁热电偶检定规程JJG344