第3章_温度测量.ppt

1.接触法当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。特点：温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达到热平衡。接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度变化。膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计,2.非接触法利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法。特点：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。通常用来测定1000以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。例如：辐射式、红外式等。,一、液体膨胀式温度计1、玻璃液体温度计（1）测温原理（2）构造（3）分类2、工作用玻璃液体温度计3、水银做温度计工作液的优点：不沾玻璃、易提纯、液态范围广、200度以下体膨胀系数与T几乎成很好的线性关系。如何提高测温上限：水银液面上空加氮，采用热变形较小的石英做玻璃管，可使测温上限达600度。4、温度计使用注意事项,二、压力式温度计1、原理、结构2、类型：根据所充介质的不同（1）液体压力式温度计（2）气体压力式温度计（3）蒸汽压力式温度计（4）压力式温度计型号3、压力式温度计特点,图3-5WT型压力表式温度计的结构1-温包；2-毛细管；3-弹簧管；4-刻度盘；5-齿轮传动机构；6-示值指针；7-表壳,温包,毛细管,弹簧管,三、双金属温度计,（1）原理（2）分类（3）型号WS-,双金属温度计是采用金属片为感温元件的一种测量仪表，广泛用于机械、化工、轻纺、制药、食品、船舶等生产过程中的测量和控制。型号：WS-71WSX-71WSS-301WSS-311WSS-321WS-70WSS-401WSS-411WSSX-401WSSX-411WSSX-421WSS-401FWSS-411FWSSX-401FWSSX-411FWSS-421FWSSX-421FWSS-501WSS-511WSSX-501WSSX-511WSS-501FWSS-511FWSS-461WSS-561WSSX-461WSS-481WSS-581WSSX-48,WSS型双金属温度计的结构,主要内容一、热电偶测温原理、基本定律二、热电偶的连接、结构与类型三、常用热电偶标准化和非标准化四、热电偶的冷端温度补偿、检修问题五、热电偶的示值标定、安装注意事项,3.3热电偶温度计,1、热电偶测温原理2、热电偶的三条基本定律,一、热电偶测温原理、基本定律,热电偶特点：范围-27035000C,温度信号变成电信号，结构简单、性能稳定、容易制造，测量准确度高、动态特性好及远传。,热电偶测温原理1.热电偶：两种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路。A、B是热偶丝，也叫热电极。2.热电势：热电偶放在被测对象中，两端温度不同时，会产生的电动势3.热电流：回路中通过的电流。4.热端（工作端）、冷端（自由端）：感受温度变化的那端称为工作端或热端，另一端称为自由端或冷端（参考端）。热电现象（热电效应）热电偶的测温依据。测温原理：热电偶的冷端温度在保持不变的条件下，回路产生的热电势与热端温度有但只函数关系。,先看一个实验热电偶工作原理演示,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,热电偶的工作原理,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,上述现象称为热电现象，1821年赛贝克发现的，也称赛贝克效应,接触电势,k玻耳兹曼常数k=1.3810-23(J/K)；T接触面的绝对温度；e单位电荷量，e=1.610-19(C)；NA金属电极A的自由电子密度NA金属电极B的自由电子密度,接触电势帕尔帖电势,温差电势,汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。,温差电势（汤姆逊电势）,热电偶的分度表,不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。供查阅使用，每10分档。中间值按内插法计算。,S型(铂铑10-铂)热电偶分度表,热电偶的四条基本定律,均匀导体定律、中间导体定律、中间温度定律、参考电极定律1.均匀导体定律1）定律内容：由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论温度如何分布，都不能产生电动势。2）定律推论（1)热电偶必须由两种不同材料组成（2)由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如回路有热电势，则材料不均匀,2中间导体定律1）定律内容：不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。2）定律推论及应用推论：在热电偶回路接入第三种导体，若第三种导体的两接点温度相同，对回路中总热电势无影响。应用：用任意导线焊接热电偶，开路热电偶测温等。,2.中间导体定律,在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。,测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路,2中间导体定律,EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)eAB(t0)=EAB(t,t0),1）第一种连接方式,EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若设tt1t0，则根据本定律有eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)0EABC(t,t1,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=EAB(t,t0),2）第二种连接方式,3中间温度定律1）定律内容：热电偶在两接点温度t1、t3时的热电动势等于接点温度分别为t1、t2和t2、t3的两支同性质热电偶的热电动势的代数和。,EAB(t1,t2)EAB(t2,t3)=eAB(t1)+eBA(t2)+eAB(t2)+eBA(t3)=eAB(t1)+eBA(t3)=EAB(t1,t3),2)定律的应用：1）为热电偶热电势温度关系分度奠定了理论基础。已知热电偶在某一给定冷端温度下，电压对应的温度值，另外冷端温度下，电压应对应什么温度？（修正解决）2）为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。1测温时，其冷端温度要求恒定（？），如直接满足此条件，热电偶冷端直接延伸放到恒温的地方，热电偶很长，价格较高。2用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降低造价。,分为补偿型和延伸型补偿型的材料与对应的热电偶不同，价格便宜，但在低温下热电性质相同延伸型的材料与对应的热电偶相同，但准确度要求略低4）使用补偿导线的注意事项（1）在一定的温度范围内使用（2）补偿导线与热电偶极热电性质相同（3）极性不能接反（4）接入点温度一致,3）补偿导线的分类,4.参考电极定律：如果两种导体A,B对另一种导体C的热电势已知，则这两种导体组成热电势=是它们对参考导体热电势的代数和。,参考电极定律用途：已知热电极与标准铂电极配对的热电势，任何两种热电极配对的热电势可知。,S型(铂铑10-铂)热电偶分度表,1、材料选择热电极稳定，不易被氧化和腐蚀1）物理性质稳定，其热电性质不随时间变化2）化学性质，电阻温度系数小3）灵敏度和线性度好4）电导率高材料及性质5）复制性好，以便交换6）价格便宜。目前材料无法满足全部要求，不同条件下使用不同的热电极材料。,二、热电偶的连接、结构和类型,2、热电偶的连接串联、并联和差接3、热电偶的结构和类型,组成：热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管等几个主要部分组成，其常见外形结构如图所示。,安装螺纹,安装法兰,1普通型热电偶本体是热电极，绝缘套，保护套管，接线端子。,普通装配型热电偶的结构放大图,接线盒,引出线套管,固定螺纹（出厂时用塑料包裹）,热电偶工作端（热端）,不锈钢保护管,2铠装热电偶铠装热电偶：金属套管、绝缘材料和热电极三者一体,优点：1）动态响应快；2）机械强度高，挠性好，耐高压、强烈震动和冲击；3）能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。,3薄膜热电偶由两种金属薄膜连接而成。1）特点：微小面积上的温度测量；动态响应快，可测瞬变的表面温度。2)应用：(1)如将热电极材料直接蒸镀到被测表面，可测微秒级变化的温度。(2)如制成针状，针尖为热端，可测量点的温度,标准化热电偶标准化热电偶：是指制造工业较成熟，应用广泛，能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶。标准化热电偶具有互换性。互换性是指：同一分度标准的热电偶可以互换使用。分度号相同的合格热电偶产品，它们输出的热电势与温度比值【曲线】是一致的，所以，可以互换而不会出现测量误差。,三、常用热电偶,1.几种标准化热电偶的性能和特点1）铂铑10-铂热电偶（S型）分度号为“S”，贵金属热电偶。常用直径0.5mm。正极：铂铑丝(铂90%，铑l0%)，负极：纯铂丝。长期使用最高温达1300，短期可达1600。特点：热电性能稳定，精度高，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作，在无合适的非金属保护套管时，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽中使用。缺点：高温下长期，铂电极易断，对污染敏感，导致热电势下降。它的热电势较小，灵敏度较低；价格昂贵。常用作标准热电偶或用于高温测量,价格贵，精度高，灵敏度低。,标准化热电偶,2）B型（铂铑30铂铑6）热电偶这是一种贵金属热电偶，它的特点是测温上限短时可达1800，测量精度高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。但不宜在还原气氛中使用，灵敏度较低，价格昂贵。3）T型（铜康铜）热电偶这是一种贱金属热电偶，测温范围为-200-350度，测量精度高，稳定性好，低温时灵敏度高，价格低廉。,4）镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶分度号为“K”，贱金属热电偶。常用直径0.30.32mm。正极：镍铬合金(镍90.5%，铬9.5%)，负极：镍硅(镍97.5%，硅2.5%)。长期使用最高温度可达1200，短期使用可达1300。在500以下可在还原性、中性、氧性气氛中可靠的工作，在500以上只能中性、氧性气氛中工作。此热电偶可用于温度很低的含氢或氨的气氛中，而不能用于氧化还原交替的气氛中，也不能用于含硫的气氛中，真空中只能短期使用。其热电势比铂铑10-铂热电偶大45倍，且线性好。,测温1200以下，贱金属，线性度好，灵敏度大。,5镍铬-康铜热电偶分度号为“E”。是一种贱金属热电偶，测温范围为-200900，常用直径0.33.2mm。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜55%，镍45%)。长期使用最高温度可达750，短期使用可达900。抗氧化及抗硫化物介质的能力较差适合在中性、氧性气氛中工作，其它气氛中使用所受的限制镍铬-镍硅热电偶相同。适合在0以下测温度，在高湿性气氛中不易腐蚀。其特点是每摄氏度下对应热电动势最高，因此经常被使用。,热电偶冷端温度的补偿问题,一、计算法二、冰点槽法三、补偿电桥法（冷端补偿器）四、多点冷端温度补偿法五、晶体管PN结温度补偿法六、机械零点调整法,一、计算法（热电势修正法、温度修正法）1.问题提出分度的冷端温度为0，如测温时热电偶是t0，不为0，不能用测得E(t,t0)直接查分度表求t。2.计算公式（热电势修正法）E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)用E(t,0)查表求t。3.温度修正法t=t+Kt0,例题（2种方法）：,用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。,反查K分度表T=701.5,二、冷端恒温法（冰点槽法、恒温炉法）冰点槽法冷端放入一个温度恒为0的冰点槽中举例：将水与冰屑混合放入保温瓶，在瓶盖上插入盛变压器油的试管，热电偶的冷端插入到试管中。,三、补偿电桥法（冷端补偿器）原理：冷端波动热电势由不平衡电桥的输出补偿。具体方法:1）设计不平衡电桥,电桥与热电偶冷端温度相同。桥臂电阻R1=R2=R3=1（不变），Rcu是铜导线的补偿电阻（随温度变化）,是E(4v)桥路直流电源，Rs限流电阻。,2.具体方法,Rs,热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。,Rs,1）Rs的作用：改变Rs，改变桥臂电流，与不同热电偶配合。2）补偿电桥法补偿冷端到平衡温度（1）如平衡电桥的温度为20，则配接的动圈表机械零点应调到20（2）与热电偶配接的温度变送器及电子电位差计中，它们可自动利用其内部温度补偿电路将热电偶冷端温度补偿到0。,3.使用中注意问题,四、多点冷端温度补偿法(1)用一个公共的冷端补偿器。利用多点开关，把几支甚至几十支同一分度的热电偶接到一块仪表上。(2)把所有热电偶的冷端引入到一个接线盒中，同时盒中放补偿热电偶的热端。由于补偿热电偶与测温热电偶通过切换开关和仪表串联，冷端温度变化得到补偿。此时仪表的零点应调到补偿热电偶的冷端温度。如补偿热电偶的冷端放到恒温器中，仪表的机械零点应调到恒温箱的温度。,五、晶体管PN结温度补偿法1.方法：用温敏二级管或温敏晶体管构成热电偶冷端温度补偿器，其灵敏度和准确度很高。2.工作原理:在环境温度中，将一个相应的PN结上的电压引入热电偶回路。,六、仪表机械零点调整法将仪表机械零点调至冷端温度处，该方法适用于冷端温度较稳定的情况。要注意冷端温度变化后，必须及时重新调整机械零点。在冷端温度经常变化的情况下，不宜采用这种方法。测量系统漏电的原因：绝缘不良。采取的措施是：屏蔽。,热电偶检修,（一）热电偶的检查外观、内部（二）热电偶的故障分析,（1）热电偶测温误差分析1）分度误差2）冷端温度引起的误差3）补偿导线的误差4）热交换所引起的误差5）测量线路和显示仪表的误差6）其他误差（2）热电偶极性的判断方法（3）仪表指示值不稳定的原因分析及消除方法,热电偶热电势误差大的原因分析及消除方法,原因分析：(1)热电极材料不符合要求和材料均匀性差产生分度误差或热电极老化变质。(2)补偿导线型号与热电偶型号不一致。(3)安装位置或插入深度不符合要求。(4)热电偶冷端温度变化较大。(5)补偿导线老化变质。,消除方法：,(1)更换成合格的热电偶；(2)更换成与热电偶型号一致的补偿导线。(3)按照安装规定要求进行保护套管的安装。(4)热电偶冷端更换成补偿导线。(5)对老化的补偿导线进行更换。,防范措施：,(1)选用合格的热电偶。(2)加强现场元件的检查维护。(3)按照安装规定要求进行保护套管的安装。(4)定期对补偿导线进行检查维护。,五、热电偶的示值检定、安装注意事项,1、热电偶的检定方法2、热电偶的常规检定3、热电偶的自动检定4、热电偶的安装注意事项,热电偶的检定为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，比较法和定点法。用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较法。定点法：在国际温标规定的定点温度（如锌、金、银等金属的相平衡点温度）下进行校验。定点法精度高，但设备复杂，校验点数小，只用于对高精度的铂铑-铂热电偶的校验。,1影响热电偶检验周期的因素(1)热电偶使用的环境条件。环境条件恶劣的，检验周期应短些；环境条件较好，周期可长些。(2)热电偶使用的频繁程度。连续使用的，检验周期应短些；反之，可长些。(3)热电偶本身的性能。稳定性好的，检验周期长；稳定性差的，检验周期短。,2热电偶的检验项目(1)外观检查。热电偶装配质量和外观应满足以下要求：1)测量端焊接应光滑、牢固、无气孔和夹灰等缺陷，无残留助焊剂等污物；2)各部分装配正确，连接可靠，零件无损、缺；3)保护管外层无显著的锈蚀和凹痕、划痕；4)电极无短路、断路，极性标志正确。(2)允许误差检验。允许误差检验一般采用比较法，即将被检热电偶与比它准确度高一等的标准热电偶同置于检定用的恒温装置中，在检验点温度下进行热电势比较。,第四节电阻温度计,工业上广泛应用电阻温度计来测量200500之间的温度。电阻温度计的特点是准确度高；在中低温下（500以下）测温,它的输出信号比热电偶的要大得多,故灵敏度高；电阻温度计的输出是电信号，因此便于信号的远传和实现多点切换测量。电阻温度计由热电阻、显示仪表和连接导线组成，热电阻由电阻体、绝缘管和保护套管等主要部件组成。,1)原理：通过测阻值变化反应温度。2）分类：电阻是测量温度的敏感元件，包括导体和半导体两种。3）测温范围：200+5000C,优点：准确度高。灵敏度高。中低温下（5000C以下），输出信号比热电偶大。输出电信号,便于远传和切换。,测温原理,一、对金属测温电阻的要求测温热电阻材料必须满足：1）电阻温度系数大：温度变化10C时电阻值的相对变化量2）在测温范围内物理及化学性质稳定。3）有较大的电阻率。（电阻体积小）。4）线性度好。5）复现性好，6）价格便宜。,工业用的热电阻材料有铂、铜、铁、镍。铁难提纯，我国目前只生产铂、铜、镍,二、标准化热电阻,1、铂电阻特点：稳定性好、准确度高、性能可靠。原因：铂在氧化气氛、甚至高温下物理、化学性质非常稳定测温范围：13.8033K-961.780C应用：广泛应用于工业和实验室中注意：铂在还原性气氛尤其在高温还原性气氛中，容易被污染，导致铂丝变脆，并改变电阻与温度间的关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害气氛隔离,Pt50和Pt100。,2铜电阻Cu50、Cu100特点：电阻值与温度关系几乎线性，电阻温度系数较大，材料易提纯，价格较便宜。测温范围：50-1500C应用范围：测量准确度要求不是很高，温度较低的场合。缺点：2500C以上容易氧化，故只能在低温及没有腐蚀的介质中应用，铜的电阻率较小，=0.017.mm2/m，铜的热电阻体积较大。,国产热电阻有二线制，三线制，四线制。（1）两线制：在热电阻的电阻丝两端各连接一根导线的引出线方式。这种热电阻测温时都存在引出线电阻变化产生的附加误差。(2)三线制：在热电阻体的电阻丝的一端连接两根引出线，另一端连接一根引出线。测温时它可以消除引出线电阻的影响，故测温准确度高于两线制电阻。(3)四线制:在热电阻体的电阻丝两端各连出两根引出线。测温时，它不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。四线制多用在标准铂电阻的引出线上。,3引出线,二铠装热电阻1)工艺：将电阻体（感温元件)焊到由金属保护套管，绝缘材料和金属导线三者拉伸而成的细管导线上形成的，然后再外面再焊一段短管做保护套管，在热电阻体与保护套管之间填满绝缘材料，最后焊上封头。,2）优点：1)尺寸小，响应速度快。2）机械性能好，耐震动和冲击。3）除感温元件外，其它部分可弯曲，适合复杂结构。4)不易侵蚀，寿命长,二、半导体热敏电阻的结构和应用1结构：有珠形、圆片形、棒形。2工业测量主要用珠形。将珠形热敏电阻烧结在两根铂丝上，外面涂敷玻璃层，并用杜美丝与铂丝相接引出，外面再用玻璃管作保护套管，保护套管外径在3-5mm之间，若把热敏电阻配上不平衡电桥和指示仪表，则成为半导体点温度计。,3测温范围：-100+3000C4特点：与金属热电阻相比1）优点：（1)灵敏度高。（2）电阻率很大，体积很小，连接导线电阻变化的影响可忽略。（3）结构简单，可测量点的温度。（4）热惯性小，响应快。,二、半导体热敏电阻的结构和应用,2）缺点,（1）互换性差,（2）电阻和温度的关系不稳定，随时间变化,热电阻使用注意事项热电阻的检修（检查+故障分析）纯度检定电站测温专用热电偶和热电阻,第五节温度变送器温度变送器与测温元件配合使用将温度信号转换成为统一的标准信号420mADC或15VDC，以实现对温度的自动检测或自动控制。温度变送器还可以作为直流毫伏变送器或电阻变送器使用，配接能够输出直流毫伏信号或电阻信号的传感器，实现对其他工艺参数的测量。温度变送器可分为以DDZ温度变送器为主流的模拟温度变送器和智能化温度变送器两大类。在结构上，温度变送器有测温元件和变送器连成一个整体的一体化结构及测温元件另配的分体式结构。,DDZ温度变送器主要有三种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。其原理和结构形式大致相同。直流毫伏变送器是将直流毫伏信号转换成420mADC电流信号，而热电偶、热电阻温度变送器是将温度信号线性地转换成420mADC电流信号。这三种变送器均属安全火花防爆仪表，采用四线制连接方式，都分为量程单元和放大单元两部分，它们分别设置在两块印刷电路板上，用接插件相连接，其中，放大单元是通用的，而量程单元随品种、测量范围的不同而不同。,1）直流毫伏变送器直流毫伏变送器作用是把直流毫伏信号Ei转换成420mADC电流信号。直流毫伏变送器的构成框图如图4-13所示。它把由检测元件送来的直流毫伏信号Ei和桥路产生的调零信号VZ以及同反馈电路产生的反馈信号Vf进行比较，其差值送人前置运放进行电压放大，再经功率放大器转换成具有一定带负载能力的电流信号，同时把该电流调制成交流信号，通过1：1的隔离变压器实现隔离输出。,图4-13直流毫伏变送器构成框图,2）热电偶温度变送器热电偶温度变送器与热电偶配合使用，要求将温度信号线性地转换为420mADC电流信号或15VDC电压信号。由于热电偶测量温度的两个特点，一是需冷端温度恒定，二是热电偶的热电势与热端温度成非线性的关系，故热电偶温度变送器线路需在直流毫伏线路的基础上做两点修改：(1)在量程单元的桥路中，用铜电阻代替原桥路中的恒电阻，并组成正确的冷端补偿回路；,(2)在原来的反馈回路中，构造与热电偶温度特性相似的非线性反馈电路，利用深度负反馈电路来实现温度与热电偶温度变送器输出电流成线性关系。热电偶温度变送器的构成框图如图4-14所示。,图4-14热电偶温度变送器的构成框图,需要注意的是，由于不同分度号热电偶的热电特性不相同，故与热电偶配套的温度变送器中的非线性反馈电路也是随热电偶的分度号和测温范围的不同而变化的，这也正是热电偶温度变送器量程单元不能通用的原因。热电偶温度变送器接线端子如图4-15所示。“A”、“B”分别代表热电偶正、负极连接端；“+”、“-”为24VDC电源的正、负极接线端；“4”、“5”为热电偶温度变送器的15VDC电压输出端；“7”、“8”为热电偶温度变送器的420mADC电流输出端；有零点和量程调节螺钉。,图4-15热电偶温度变送器接线端子,3）热电阻温度变送器热电阻温度变送器与热电阻配合使用，要求将温度信号线性地转换为420mADC电流信号或15VDC电压信号。由于热电阻传感器的输出量是电阻的变化，故需引入桥路，将电阻的变化转换成电压的变化。又由于热电阻温度特性具有非线性，故在直流毫伏线路的基础上需引入线性化环节。热电阻温度变送器的构成框图如图4-16所示。,图4-16热电阻温度变送器构成框图,需要注意的是，热电阻温度变送器的线性化电路不同于热电偶温度变送器。它采用的是热电阻两端电压信号正反馈的方法，使流过热电阻的电流随电压增大而增大，即电流随温度的增高而增大，从而补偿热电阻引线电阻由于环境温度增加而导致输出变化量减小的趋势，最终使热电阻两端的电压信号与被测温度成线性关系。由于热电阻温度变送器本质上测量的是电阻的变化，故它引线电阻的要求较高，一般采用三线制接法。,热电阻温度变送器接线端子如图4-17所示。“A”、“B”、“H”分别代表热电阻连接端；“+”、“-”为24VDC电源的正、负极接线端；“4”、“5”为热电阻温度变送器的15VDC电压输出端；“7”、“8”为热电阻温度变送器的420mADC电流输出端；有零点和量程调节螺钉。,图4-17热电阻温度变送器接线端子,4）DDZ温度变送器防爆措施DDZ温度变送器安全火花防爆措施有三条：在输入、输出及电源回路之间通过变压器而相互隔离；在输入端设有限压和限流元件；在输出端及电源端装有大功率二极管及熔断丝。以上三条措施使DDZ温度变送器能适用于防爆等级为He的场所。,第六节接触测温方法的讨论,锅炉过热器后测量烟温装置管内流体温度测量壁面温度测量（热电偶导热误差、接点导热误差）高温气体温度测量,测温实例,主要内容1管内流体温度测量2壁面温度测量3高温气体温度测量,1管内流体温度测量,一、误差产生的原因：t3tg,(传导散热）t2(辐射换热忽略）,L1,L2,tg,t1,t2,a2,a1,t3,如管内流过的介质是气(汽）体，测温管附近无低温冷壁，管道外敷有绝热层，管道内壁温度较高，tg不太高,式中：a1,a2管内外介质对测温管之间的放热系数，1,2管内外两段测温管的热导率，1=2,U1,U2两段测温管的截面周长U1=U2=d1，F1,F2管内外两段测温管的截面积F1=F2，L1,L2管内外测温的长度,一、误差产生的原因：,二、减少误差的方法增加流体与传感件的换热，减少散热1)在测温管向外散热的情况下，误差不可能等于零2）感受件放在管道流体速度最高的地方，即管道中心的轴线上。a1放热系数增加，b1增加。3）使测温管做成外形细长而壁厚很薄的形状。壁厚小，外径d1小，U1/F1增加使b1增加。4)测温管常用导热性质不良的材料如陶瓷，不锈钢等来制造。测温材料的热导率1小，则b1增加。（但这类材料增加导热阻力，使动态测量误差增加）5）把露出管道外面的部分用保温材料包起来。使管道中流体与管外介质的温差tg-t3减小。6）L1增加，误差减小，L2减少，误差减小。,测温实例：壁面温度测量,较多采用热电偶测壁面温度。因为热电偶有较宽的测温范围，较小的测量端，能测点的温度，准确度较高。但热电偶也是接触式测温法，破坏了被测表面的温度场，因此产生误差。一、热电偶导热误差二、热电偶的接点的导热误差,一、热电偶导热误差,1热电偶与被测表面的接触方式：a)点接触，热电偶的热端直接与被测表面接触。b)面接触，热电偶的热端与导热性能良好的铜片焊接在一起，金属片与被测面接触。c)等温线接触，热电偶的热端与被测表面直接接触，热电极从热端引出时沿表面等温敷设一段距离（约50倍热电极直径）后引出，热电极与表面用绝缘材料隔开。d)分立接触，两热电极分别与被测表面接触，通过被测表面构成回路。,2四种接触方式的导热误差(1)将热量集中在一点散失，d）将热量分散在两点上，b)散失的热量由金属片和接触表面一起分摊。(2)故在相同外界条件下，a）的导热误差最大，d）次之，b）较小，c）的两热电极的散热量虽然也集中在较小的区域，但由于热电极已与被测表面等温敷设一段距离后才引出，散热量主要由等温敷设段供给的，热端的温度梯度比另外三种小的多，所以测量误差最小。,3误差还与被测表面的导热能力有关。如被测固体壁面材料为玻璃、陶瓷等导热性差的物质，采用1）误差大，采用2）误差小，因为金属片的导热性能好。当金属片有较大的面积时，导走相同的热量所需的温差会大大减小，热电偶的温度不会降太多。4热电偶直径粗，散热损失大，热端温度改变大，直径细，热端温度改变小。5壁面上方气流速度增大热端温度改变大。6测量管壁厚度增大，测量误差小。热电极导出的热量，很快由管壁的其它部分补充了。,二、热电偶的接点的导热误差,热电偶固定在被测表面的三种方法球型焊，交叉焊（重叠焊），平行焊(1)球形焊：将热电偶球形热端的两热电极与被测表面焊在一起。缺点：一个点上有两个热电极同时导热，有较大的导热误差减小此误差的方法：热电极要细，焊点尽量小，必要时可把焊点压平。,（2）交叉焊（重叠焊）：导热性好的热电极与被测表面焊在一起，然后将导热性差的热电极交叉叠焊在焊点表面上，再次焊接。两热电极交叉处的温度为指示温度t2，t2和表面温度t1有差值。如将导热性能较好的热电极紧靠在被测表面，可使t2比较接近t1。交叉焊的导热误差比球形焊小。,（3）平行焊：将两热电极分别平行焊在被测表面上，在两焊点之间保持一段距离（对等温导体表面一般约为15）。适用于等温表面温度测量。平行焊两电极分两点焊在固定体表面，没有交叉点离开壁面的问题，故没有接点导热误差。测温相对误差：球形焊最大，交叉焊次之，平行焊最小,3高温气体温度测量,测量锅炉的烟气温度，测温管会向附近的低温受热面辐射散热，造成的测量误差。一、降低沿测温管传导散热采取的措施：选择合适的安装位置，确保烟气扫过测温管装在烟道内的整个部分。提高测温管装设地点的烟气内壁的壁温,如也让烟气流过。测温管装设部位外壁要敷较厚的绝缘层，使沿测温管的散热量减小。,采取上述措施后，可认为沿测温管传导散热而造成的误差接近零。,测量误差主要有测温管辐射给管壁造成的，称为热辐射误差。（例子中过热器后烟气的温度的误差可达-2430C）1.热辐射误差的数学描述式中：C1=T为辐射散热系数，为全辐射体的斯忒藩波耳兹曼常数，等于5.67032*10-8，T为测温表面的总辐射发射率，a1为管内介质和测温管之间的放热系数，T2为管壁的热力学温度。,二、降低测温管辐射误差,1）热辐射产生的误差很大：如测量过热器后烟气的温度，温度计读数为5000C，附近冷表面平均温度为4000C，烟气对测温管的对流放热系数是29.1W/(m2.0C)，测温表面的辐射散热系数是4.65*10-8W(m2.K4)，利用上式算得烟气的温度，误差达-2430C。2）被测介质温度越高，此误差越达。实际上，公式中各参数不好确定，无法用上述方法修正误差。,二、降低测温管辐射误差,2误差大小的举例,1.热辐射误差与四次方差成正比，因此减少T1,T2之间的差别，(1)如加隔离罩，把测温管和冷的管壁隔离开。原因：a烟气直接流过并加热隔离罩的内外壁，隔离罩承担了对冷壁面辐射的任务。b另外隔离罩的壁面温度比冷壁面高得多，测温管和隔离罩的直接的温度差减小了。,二、降低热辐射误差,3采取的措施,由于测量误差为：隔离罩内壁要做得特别光亮，以减小C1,（2）采用隔离罩的注意事项：,上例中，隔离罩的直径为测温管的10倍，隔离罩内壁是光亮的镀镍表面，测温管与隔离罩内壁的辐射换热系数C1减小到0.349*10-8W(m2.K4)，隔离罩与冷壁面的辐射换热系数C3为4.65*10-8W(m2.K4)，气体对隔热罩和测温管的对流放热系数为29.1W(m2.K)。估算结果，此时误差可减小到100C。为近一步减小误差可加装第二层隔离罩。应指出，装设隔离罩的困难：装设隔离罩后要保证气流顺利流过测温管隔离罩使用过程中会被污染加大表面粗糙度，使表面发射率增加，误差逐渐加大。,（3）加隔离罩的效果：上例误差可减小到100C,2.减小C1，即减小测温管的总辐射发射率T（C1=T,为常量）,不同测温材料T不同。陶瓷保护套管的大，耐热合金刚的较小，因高温下多用陶瓷保护套管，所以误差较大。,在短时间测温，可直接把铂铑铂热电极裸露使用,3.采用双热电偶测温（粗细不同的两对热电偶），用计算方法消除辐射误差。4.增加气流和测温管之间的对流放热系数a1。将测量元件放在中心轴线上,如图所示为测两点温度差的线路。两支型号相同的热电偶配用相同的补偿导线，并反串连接，使两热电势相减，从而测出T1和T2的温度差。（课后习题22）,热电偶测温差的线路,第七节非接触式测温1.黑体辐射定律辐射测温的理论基础是黑体辐射定律，黑体是指能对落在它上面的辐射能量全部吸收的物体。自然界中任何物体只要其温度在绝对零点以上，就会不断地向周围空间辐射能量。温度愈高，辐射能量就愈多。黑体辐射满足下述各定律。,1）普朗克定律当黑体的温度为T(K)时，它的每单位面积向半球面方向发射的对应于某个波长的单位波长间隔、单位时间内的辐射能量与波长、温度的函数关系为,（4-24）,式中Eb(，T)为黑体在温度T、波长、单位时间、单位波长间隔辐射的能量，W(cm2m)；C1为普朗克第一辐射常数，C1=3.741310-12Wm/cm2；C2为普朗克第二辐射常数，C2=1.4388cmK；为辐射波长，m；T为黑体表面的绝对温度，K。,2）维恩位移定律黑体对应最大辐射能量的波长随温度的升高，而向短波方向移动，其关系为,（4-25）,式中:m为对应黑体辐射能量最大值的波长，m；T为黑体表面的绝对温度，K。式(4-25)称为维恩位移定律。可见，对于温度较低的黑体，其辐射能量主要在长波段。当它的温度升高时，辐射能量增加。对应最大辐射能量的波长向短波方向移动。,3）斯忒藩玻耳兹曼定律在一定的温度下，黑体在单位时间内单位面积辐射的总能量为,（4-26）,式中，为斯忒藩一玻耳兹曼常数，=5.6710-12W(cm2K4)。上述各定律只适用于黑体。实际物体都是非黑体，它们的辐射能力均低于黑体。实际物体的辐射能量与黑体在相同温度下的辐射能量之比称为该物体的比辐射率或黑度，记为，则,（4-27）,2.辐射测温方法1）亮度测温法亮度温度的定义是：某一被测体在温度为T、波长为时的光谱辐射能量，等于黑体在同一波长下的光谱辐射能量。此时，黑体的温度称为该物体在该波长下的亮度温度(简称亮温)。由普朗克定律可以得到,（4-28）,式中:e为有效波长；为有效波长e的比辐射率；T为被测体的真温；TL为被测体的亮温。,2）比色测温法比色温度的定义是：黑体在波长1和2下的光谱辐射能量之比等于被测体在这两个波长下的光谱辐射能量之比，此时黑体的温度称为被测体的比色温度(简称色温)。由普朗克定律可求得被测体的温度与其色温的关系为,（4-29）,式中:Tc为被测体的色温；T为被测体温度；1、2分别为被测体对应于波长1和2的比辐射率。当比辐射率1、2为已知时，根据式(429)可由测得的色温求出被测体的真温。,3）全辐射测温法全辐射测温的理论依据是斯忒藩玻耳兹曼定律。全辐射温度的定义是：当某一被测体的全波长范围的辐射总能量与黑体的全波长范围的辐射总能量相等时，黑体的温度瓦就称为该被测体的全辐射温度。此时有,（4-30）,当被测体的全波比辐射率为已知时，可由式(4-30)校正后，求得真温T。,由上述三种测温原理可知，比色测温与亮度测温都具有较高的精度。比色测温的抗干扰能力强，在一定程度上可以消除电源电压的影响和背景杂散光的影响等。全辐射测温容易受背景干扰。从三种辐射测温原理可见,辐射法测温并非直接测得物体的真温，每种方法都需要由已知的比辐射率校正后求出真温。这样，由于比辐射率的测量