仪器仪表基础知识 第二节温度检测仪表

1、仪器仪表基础知识,温度检测仪表,仪器仪表基础知识,常见的检测仪表,温度检测仪表,压力检测仪表,流量检测仪表,物位检测仪表,机械量的测量,仪器仪表基础知识,温度的概念,温度是表示物质冷热程度的一个量，它反映,物质内部热运动的状况，任何一种物质都是由,大量的分子组成的，这些分子总是处于热运动,的状态，分子热运动越快，物质的温度越高,相反分子的热运动越慢，物质的温度越低,仪器仪表基础知识,温标,衡量物质温度的标尺，称为温标,1,摄氏温标,单位用来表示。它把标准大气压下冰的,熔点定为0，把水的沸点作为100，在,0100,之间划分,100,等份，每一等分为1,仪器仪表基础知识,2,开氏温标,开氏温标也

2、称绝对温标，单位用,K,来表示,开氏温标把冰的熔点定为,273.15K,把水的沸,点定为,373.15K,273.15373.15,之间划分,100,等分，每一等分为,1K,它与摄氏温标之间的换算,K=273.15+T,仪器仪表基础知识,3,华氏温标,单位用表示，它把冰的熔点定为32，把水,的沸点定为212，在,32212,之间划分,180,等分,每一等分为1,与摄氏温度的换算关系,1.8T +32,仪器仪表基础知识,温度检测仪表,1,主要温度检测方法,a,接触式,膨胀式：玻璃液体、双金属,压力式：压力式温度计,热电类：热电偶,热电阻：铂电阻、铜电阻、热敏电阻,仪器仪表基础知识,b,非接触式,

3、光纤类,光纤温度传感器、光纤辐射温度,辐射式,辐射式、光学式、比色式,仪器仪表基础知识,膨胀式温度计,1,玻璃管温度计,液体膨胀温度计是利用液体体积随温度升高,而膨胀的原理制成的,优点：反应迅速，结构简单，造价低廉,缺点：易碎，只能就地读数，不能远距离,传送,仪器仪表基础知识,1,安全包,2,标尺,3,毛细管,4,感温包,仪器仪表基础知识,2,双金属温度计,它是由两种膨胀系数相差很大的金属片紧密焊,接而成，受热时由于膨胀长度不同，使金属片发生,弯曲，偏转一个角度,仪器仪表基础知识,3,压力式温度计,压力式温度计主要是由温包、毛细管、弹簧,管压力计三个基本部分组成,工作原理,压力式温度计是利用感

4、温物质的压力随温度而,变化的特性工作的。当温包内的感温物质受到温,度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹,簧管的自由端产生位移,仪器仪表基础知识,压力式温度计组成,1,温包：温包是感受被测介质温度变化的敏感元件,2,毛细管：毛细管是由铜或钢的无缝管冷拉而成,其作用是传递压力,3,压力计：它是用来测量压力的变化并指示被测温,度,仪器仪表基础知识,根据工作介质的不同，压力式温度计有,充液体的、充蒸气的、充气体的三种型式,仪器仪表基础知识,热电阻温度计,工作原理,热电阻温度计是利用某些金属导体或半导体的电阻值,随温度的变化而改变的性质来进行工作的,在一定的温度范围内，电阻与温度的关系可用下式来,

5、表达,Rt=R0,1,t,Rt,温度为t时的电阻值,R0,温度为t0时的电阻值,t,温度的变化量,温度在t0 t之间，金属导体的平均,电阻温度系数,仪器仪表基础知识,热电阻温度计一般用来测量,200500的温度,优点：测量精度高，便于远传，不需要温度补偿,尤其是,在温度比较低时，比热电偶具有较高的灵敏度,和准确度,缺点：不能测量高温，体积大热惯性也大，并且不,能测量某一点的温度，只能测量某一区域的平均温度,在应用时需要供电，因而在爆炸危险的生产中使用受,到限制,仪器仪表基础知识,热电阻的结构,热电阻主要由四部分组成：电阻丝、支架、引出,线、保护套管,a,铜电阻,b,铂电阻,c,电阻体的外形,仪

6、器仪表基础知识,引出线,1,二线制,在热电阻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,仪器仪表基础知识,2,三线制,在热电阻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,仪器仪表基础知识,3,四线制,在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称,为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流,I,把,R,转换成电压信号,U,再通过另两根

7、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,仪器仪表基础知识,仪器仪表基础知识,标准化热电阻,1,铂电阻,优点,铂是一种贵金属，具有准确度高、稳定性好,性能可靠以及抗氧化性很强。在,259.3467,961.78,的温域内以铂电阻温度计作为标准仪器,缺点,铂电阻的电阻值与温度为非线性关系，电阻温,度系数,比较小,工业用铂电阻温度计的使用范围,200,850,分度号,Pt10,Pt100,返本节目录,返本章目录,仪器仪表基础知识,2,铜电阻,优点,价格低廉，具有较大的电阻温度系数，材料容,易提纯，具有较好的复制性，容易加工成绝缘的铜丝,铜的电

8、阻值与温度的关系在测量范围内几乎是线性,的,缺点,易氧化，氧化后即失去其线性关系,工业用铜电阻温度计的使用范围,50,150,分度号,Cu50,Cu100,返本节目录,返本章目录,仪器仪表基础知识,热电偶的测温原理,热电效应,把两种不同材料的金属导体（或半导体,A,和,B,连接成闭合回路，若两个接点温度,t,与,t,0,不相等，则回路中就,会产生热电动势，这一现象称为热电效应,参比端（冷,端或自由端,热电势,热电极,A,热电极,B,测量端,热端或工,作端,热电偶,仪器仪表基础知识,1,温差电动势,t,U,A,t,t,0,U,A,t,0,U,A,t,t,0,tt,0,U,A,t,t,0,U,A,

9、t)-U,A,t,0,返本节目录,返本章目录,仪器仪表基础知识,2,接触电动势,返本节目录,返本章目录,仪器仪表基础知识,3,热电偶回路的总电动势,0,0,A,B,t,f,t,f,t,t,E,仪器仪表基础知识,总电动势,E,AB,t,t0,E,AB,t,E,B,t,t0,E,AB,t0,E,A,t,t0,温差电动势与接触电动势相比要小的多，因此在总电动势中,接触电动势起决定性的作用，一般会忽略温差电动势的影响,则总电动势为,E,AB,t,t0,E,AB,t,E,AB,t0,仪器仪表基础知识,热电极的材质,序号,材质,分度号,测温范围,特性及用途,1,铜,康铜,T -200350,2,镍铬,康铜

10、,E -200750,灵敏度高，价廉，适用于还原性及中性介质,3,镍铬,镍硅,K -2001200,复现性好，热电势大，线性好，价廉，用途广泛,4,铂铑,10,铂,S 01300,测量准确，复现性好，但价格昂贵,5,铂铑,30,铂铑,6 B 01600,6,铂铑,13,铂,R 0-1100,7,镍铬硅,镍硅,N -40-1100,8,铁,康铜,J -40-750,仪器仪表基础知识,普通型热电偶,铠装热电偶,普通型热电偶基本结构图,铠装热电偶,热电偶的结构形式,仪器仪表基础知识,冷端的温度问题,在热电偶的工作原理中，为使热电偶的总电,动势只与被测温度成单一关系，需把冷端温度固,定好，一般固定在0

11、,我们在应用热电偶时，只有把冷端温度保持,在0，才能得到准确的测量结果。但是在实际,生产当中，冷端是暴漏在大气环境当中的，受环,境影响较大，因此需要冷端补偿,热电偶的冷端温度补偿,仪器仪表基础知识,热电偶冷端温度补偿方法,计算校正法,根据补偿原理计算修正；适用于实验室中用直,流电位差计来测温的情况,冷端恒温法,一般仅用于实验室,1,冰浴法,2,恒温箱法,3,恒温室法,机械调零法,用热电偶测温时，若,t,0,t,n0,要使指示值,不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温,度,t,n,的位置,应用于,一些精度要求不高、冷端温度不经,常变化的情况下,补偿电桥法,利用参比端温度补偿器产生的不

12、平衡电势去补,偿热电偶因温度变化而引起的热电势,变化值,仪器仪表基础知识,补偿导线法,补偿导线的作用是将热电偶的冷端延长，使之,延长至距离热源较远的地方或温度比较稳定的地方,A t,0,A,t,0,t,B t,0,B,t,0,仪器仪表基础知识,例：用镍铬,镍硅热电偶测量某一实际为,1000,的对象温度。所配用仪表在温度为,20,的控制室里，设热电偶冷端温度为,50,当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线,连接时，测得温度各为多少,又与实际温度相差,多少,仪器仪表基础知识,解,查,K,型热电偶分度表，得,E,1000,0)=41.269mV,E,50,0)=2.022mV,E,20,0)=0.

13、798mV,若用补偿导线，仪表测得热电动势值为,E,1000,20),E,1000,0,E,20,0)=40.471mV,查分度表得对应的温度为,979.6,若用铜导线，仪表测得热电动势值为,E,1000,50),E,1000,0,E,50,0)=39.247mV,查分度表得对应的温度为,948.4,两种方法测得的温度相差,31.2,测量误差分别为,20.4,和,51.6,仪器仪表基础知识,例：用镍铬,镍硅热电偶测量某一实际为,1000,的对象温度。所配用仪表在温度为,20,的控制室里，设热电偶冷端温度为,50,当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线,连接时，测得温度各为多少,又与实际温度相

14、差,多少,仪器仪表基础知识,补偿导线,按照其材料性能，可分为两种,一种是：其材料与热电偶相同，称为延伸型补偿导线，一般用于廉金属热电偶。用,X,表示,另一种是：其材料不同于热电偶的热电极材料，称为补偿型补偿导线，通常适用于,贵金属热电偶和某些非标准热电偶。用,C,表示,各种补偿导线的正极绝缘层均为红色，可以根据负极绝缘层的颜色初步判,断补偿导线的类型,仪器仪表基础知识,热电偶冷端温度补偿方法,计算校正法,根据补偿原理计算修正；适用于实验室中用直,流电位差计来测温的情况,冷端恒温法,一般仅用于实验室,1,冰浴法,2,恒温箱法,3,恒温室法,机械调零法,用热电偶测温时，若,t,0,t,n0,要使指

15、示值,不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温,度,t,n,的位置,应用于,一些精度要求不高、冷端温度不经,常变化的情况下,补偿电桥法,利用参比端温度补偿器产生的不平衡电势去补,偿热电偶因温度变化而引起的热电势,变化值,仪器仪表基础知识,热电偶冷端温度补偿方法,计算校正法,根据补偿原理计算修正；适用于实验室中用直,流电位差计来测温的情况,冷端恒温法,一般仅用于实验室,1,冰浴法,2,恒温箱法,3,恒温室法,机械调零法,用热电偶测温时，若,t,0,t,n0,要使指示值,不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温,度,t,n,的位置,应用于,一些精度要求不高、冷端温度不经,常变化

16、的情况下,补偿电桥法,利用参比端温度补偿器产生的不平衡电势去补,偿热电偶因温度变化而引起的热电势,变化值,仪器仪表基础知识,热电偶冷端温度补偿方法,计算校正法,根据补偿原理计算修正；适用于实验室中用直,流电位差计来测温的情况,冷端恒温法,一般仅用于实验室,1,冰浴法,2,恒温箱法,3,恒温室法,机械调零法,用热电偶测温时，若,t,0,t,n0,要使指示值,不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温,度,t,n,的位置,应用于,一些精度要求不高、冷端温度不经,常变化的情况下,补偿电桥法,利用参比端温度补偿器产生的不平衡电势去补,偿热电偶因温度变化而引起的热电势,变化值,仪器仪表基础知识,

17、结论,1,将两种不同材质的金属导线一端焊接在一起，当,首尾处于不同的温度时，则热端和冷端便产生热,电势,2,热电偶的总电动势只和两端的温度及所用的材质,有关，与材质的粗细长短无关,3,若在热电偶中加上第三种金属导线，只要第三种,导线两端的温度相同，则不改变热电偶的总电动,势,仪器仪表基础知识,安装,选择有代表性的测温点位置，测温元件有足,够的,插人深度,热电偶的,接线盒的出线孔应朝下,以免积水,及灰尘等造成接触不良，防止弓入扰动信号,检测元件应避开热辐射强烈影响处,热电偶的补偿导线有正负极之分，正负极不可接,错,仪器仪表基础知识,接触式测温实例,1,固体表面温度的测量,1,热电偶与被测表面的接

18、触形式,仪器仪表基础知识,2,管道中流体温度的测量,主要误差,导热误差,1,感温元件的安装要求,1,把感温元件的外露部分用保温材料包起来,2,感温元件应逆着介质流动方向倾斜安装，至少应正交,切不可顺流安装,3,感温元件应有足够的插入深度,4,感温元件应与被测介质充分接触,5,应使测温管或保护管的壁厚和外径尽量小一些,仪器仪表基础知识,2,应用实例分析,返本节目录,返本章目录,仪器仪表基础知识,3,高温气体温度的测量,1,主要误差：热辐射误差,辐射散热误差,2,感温元件的安装要求,仪器仪表基础知识,热辐射式温度计,在温度比较高的情况下，一般的热电偶测温就,受到了一定的限制，在高温下热电偶的电极材

19、料,的物理和化学稳定性会大大降低，很快就会变质,和损坏。热辐射温度计就是为了解决高温的测量,而发展起来的,仪器仪表基础知识,任何物体受热之后，就有一部分热能转化为,辐射能，例如有,X,光、紫外线、红外线、可见光,电磁波等等，它们被物体吸收后，辐射能又可,以转化为热能，所以称这些辐射能为热辐射能,热辐射式温度计就是利用这部分热辐射能来工,作的,仪器仪表基础知识,常见的非接触式测温仪表,1,光学高温计,2,光电高温计,3,全辐射高温计,4,比色高温计,5,前置反射器辐射高温计,仪器仪表基础知识,非接触式测温实例,热轧带钢表面温度的测量,从辐射测温的角度来观察热轧带钢生产有如下,特点,1,轧制速度高,2,被轧制材料温度变化很大，一般为,500,