化工仪表及自动化(精品)35第五节 温度检测及仪表

1、 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法温度检测方法 v应用热膨胀测温 v应用工作物质的压力随温度变化的原理测温 v应用热电效应测温 v应用热电阻原理测温 v应用热辐射原理测温 温度检测仪表温度检测仪表 v热电偶温度计 v热电阻温度计 v温度变送器 本节主要内容本节主要内容 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测的基本知识温度检测的基本知识 温度：温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。程相联系。 温度概念的建立及测量：温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的以

2、热平衡为基础的， 温度最本质的性质：温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。有相同的温度。 测量方法：测量方法：接触式测温和非接触式测温接触式测温和非接触式测温 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 接触式测温接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) (1) 膨胀式温度计膨胀式温度计 (2) (2) 热电阻温度计热电阻温度计 (3)(3)热电

3、偶温度计热电偶温度计 (4)(4)其他原理的温度计其他原理的温度计 直观、可靠，测量仪表也比较简单直观、可靠，测量仪表也比较简单特点 非接触测温非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射 能的大小来推算被测物体的温度。能的大小来推算被测物体的温度。 (1) (1) 辐射式温度计辐射式温度计 (2) (2) 红外线温度计：红外线温度计： 特点 不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。 缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到

4、平衡后才能测缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测 量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适 于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。 不适于直接对腐蚀性介质测量。不适于直接对腐蚀性介质测量。 缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。 红外线温度计红外线温度计 接接 触触 式式 测测 温温 仪仪 表表 玻璃液体

5、温玻璃液体温 度计度计 结构简单、使用方便、测量准结构简单、使用方便、测量准 确、价格低廉确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只 能现场指示能现场指示 , ,不能记录与远传不能记录与远传 -100-100100100（150150）有机液体）有机液体 0 0 350350（-30 -30 650650）水银）水银 双金属温度双金属温度 计计 结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价 格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量 ,量量 程与使用范围均有限程与使用范围均有限 0 0 300300（-50

6、 -50 600600） 压力式温度压力式温度 计计 结构简单、不怕震动、具有防结构简单、不怕震动、具有防 爆性、价格低廉、能记录、报爆性、价格低廉、能记录、报 警与自控警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时 ,仪表的仪表的 滞后性较大、一般离开测量点不滞后性较大、一般离开测量点不 超过超过 10米米 0 0 500500（-50 -50 600600）液体型）液体型 0 0 100100（-50 -50 200200）蒸汽型）蒸汽型 电阻温度计电阻温度计测量精度高测量精度高 ,便于远距离、多便于远距离、多 点、集中测量和自动控制点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结

7、构复杂、不能测量高温 ,由于体由于体 积大积大 ,测点温度较困难测点温度较困难 -150 -150 500500（-200 -200 600600）铂电阻）铂电阻 0 0 100100（-50 -50 150150）铜电阻）铜电阻 -50 -50 150150（180180）镍电阻）镍电阻 -100 -100 200200（300300）热敏电阻）热敏电阻 热电偶温度热电偶温度 计计 测温范围广测温范围广 ,精度高精度高 ,便于远距便于远距 离、多点、集中测量和自动控离、多点、集中测量和自动控 制制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿 ,在低温段测量精在低温段测量精 度较低度较低 -20 -20 1

8、3001300（16001600）铂铑）铂铑10 10- -铂 铂 -50 -50 10001000（12001200）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅 -40 -40 800800（900900）镍铬）镍铬- -铜镍铜镍 -40 -40 300300（350350）铜）铜- -铜镍铜镍 非接非接 触式触式 测温测温 仪表仪表 光学高温计光学高温计携带用、可测量高温、测温时携带用、可测量高温、测温时 不破坏被测物体温度场不破坏被测物体温度场 测量时测量时 ,必须经过人工调整必须经过人工调整 ,有人有人 为误差为误差 ,不能作远距离测量不能作远距离测量 ,记录记录 和自控和自控 900 900 2000

9、2000（700 700 20002000） 辐射高温计辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度测温元件不破坏被测物体温度 场场 ,能作远距离测量、报警和能作远距离测量、报警和 自控、测温范围广自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环境环境 条件会影响测量精度条件会影响测量精度,连续测高温连续测高温 时须作水冷却或气冷却时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000（50 50 20002000） 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温 标 摄氏温标 -是把标准大气压下纯水的冰融点定为是把标准大气压下纯水的冰融点定为0 0度，纯水的沸点定为度，纯水的沸点定

10、为100100度的一种度的一种 温标。在温标。在0 0度和度和100100度之间分成度之间分成100100等分，每一分为一摄氏度，符号为等分，每一分为一摄氏度，符号为。 华氏温标华氏温标 -规定在大气压下，纯水的冰融点为规定在大气压下，纯水的冰融点为3232度，纯水的沸点为度，纯水的沸点为212212度，中间划度，中间划 分为分为180180等分，每一分为一华氏度，符号为等分，每一分为一华氏度，符号为。 热力学温标热力学温标 -又称开尔文温标，单位为开尔文（又称开尔文温标，单位为开尔文（K K）。）。 国际实用温标国际实用温标 -是一种符合热力学温标又使用简单的温标。是一种符合热力学温标又使用

11、简单的温标。 最新温标是最新温标是19901990年国际温标年国际温标 (ITS(ITS90)90) 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理 物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计 膨胀式温度计膨胀式温度计 双金属片 双金属片温度计 双金属温度信号器 1-双金属片 2-调节螺钉 3-绝缘子 4-信号灯 感温元件:两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的. 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 压力式温度计压力式温度计 利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀利用密闭系统中的液体、

12、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀 或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度 u 工作介质是气体、液体或蒸气工作介质是气体、液体或蒸气 u 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 u 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅 速变化的温度速变化的温度 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广 泛的温度测量元件。泛的温度测量元件。 它将温度信号转换成

13、电势（它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫）信号，配以测量毫 伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的 转换。转换。 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、 性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优 点。点。 它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测 量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。 并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传

14、输、并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、 自动记录和控制等。自动记录和控制等。 1 热电偶 热电现象热电现象 u 接触电势的大小和方向主要取决于接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触两种材料的性质（电子密度）和接触 面温度的高低面温度的高低。 u 温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越 大。大。 u 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 闭和回路总电势 A B )( 0 te

15、AB ),( 0 tteB ),( 0 tteA )(teAB ),()(),()(),( 0000 ttetettetett AABBAB )()( )()( 0 0 tete tete BAAB ABAB 00 ( , )( )( ) tABAB EE t tetet闭合回路中总热电势 热电势热电势E(t,tE(t,t0 0）等于热）等于热热电势的代数和热电势的代数和 当当A A、B B材料固定后，如果材料固定后，如果t t0 0保持不变保持不变, ,则则e eAB( AB(t t0 0) )为常数，有： 为常数，有： 0 ( ,)( )( ) t EE t tf tCt 测出测出E EA

16、B AB(t,t (t,t0 0) )就可以测算出就可以测算出t t 分分 度度 表表 如果能使冷端温度如果能使冷端温度t t0 0 固定，则总电势就只与温度固定，则总电势就只与温度t t成单值函数关系成单值函数关系 Cttt ABAB )(),( 0 分度表分度表-热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格 注：热电势与热端温度之间注：热电势与热端温度之间 关系是非线性关系是非线性 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 如果断开冷端，接入第三种导体如果断开冷端，接入第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温接触处的温 度均为度均为t

17、t0 0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: : 000 ( , )( )( )( ) tABCABBCCA EEt tetetet 当当t tt t0 0时，有时，有 00000 ( , )( )( )( )0 ABCABBCCA Et tetetet 于是可得于是可得 000 ( , )( )( )( , ) tABCABABAB EEt tetetEt t 000 ( )( )( ) ABBCCA etetet 热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律” 热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律” 根据根据热电偶的热电偶的“中

18、间导体定律中间导体定律”可知：可知： 热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两接点处热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两接点处 的温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第的温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第 三种导体时热电偶所产生的总热电势相同；三种导体时热电偶所产生的总热电势相同； 同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温 度相同，也度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回因此热电偶回 路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。路可以接入各种显示仪表、

19、变送器、连接导线等。 根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只 要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电不影响热电 偶所产生的热电势值。偶所产生的热电势值。 热电偶的种类 热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热 电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互电势与温度尽可能成线

20、性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互 换性好等要求换性好等要求 在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶中，相同温度条件下B B型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。如果把型最大。如果把 各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的。 热电偶的结构热电偶的结构 热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500以上较高 温度的测量。 根据用途和安装位置不同： 普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构 热电偶选型注

21、意事项热电偶选型注意事项: : (1)(1)热电极的材料热电极的材料 (2)(2)保护套管的结构保护套管的结构 (3)(3)材料及耐压强度材料及耐压强度 (4)(4)保护套管的插入深度保护套管的插入深度 1.普通型热电偶; 2.铠装热电偶; 3.表面型热电偶-利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上;测 量物体的表面温度 4.快速热电偶-测量高温熔融物体的一种专用热电偶 普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。 绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路 保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和

22、机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤 普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式 接线盒 保护套管 绝缘管 热电偶 安装法兰 引线口 铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型制得。铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型制得。 金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等 热电极 绝缘材料 金属套管 热电极 绝缘材 料 铠装型热 电偶断面 结构 保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，

23、常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。 铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为1 18mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。 铠装热电偶的特点铠装热电偶的特点 热响应时间少，减小动态误差；热响应时间少，减小动态误差； 可弯曲安装使用；可弯曲安装使用； 测量范围大；测量范围大； 机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好； 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 补偿导线 问题引出 解决方法 热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响 热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电极长度有限，冷端受到被

24、测温度变化的影响 把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费造成浪费 选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线 补偿导线 其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移； 其二是降低了成本其二是降低了成本。 功 能 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同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 正负极一一对应正

25、负极一一对应 补偿导线连接端的工作温度不能超出（补偿导线连接端的工作温度不能超出（01000100），否则），否则 会给测量带来误差。会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问题 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 问题引出 冷端温度补偿 热电偶的分度表所表征的是冷端温度为热电偶的分度表所表征的是冷端温度为00时的时的 热电势热电势- -温度关系，与热电偶配套使用的显示仪温度关系，与热电偶配套使用的显示仪 表就是根据这一关系进行刻度的。表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法 0恒温法恒温法 冷端温度修正法冷端温度修正法 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 补偿电桥法补偿电桥法 补偿热电偶法补

26、偿热电偶法 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 0恒温法 适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 冷端温度修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测温度为）被测温度为 t t 修正公式修正公式 )0 ,(),()0 ,( 00 tEttEt 冷端 t0的热电势 测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就处，相当于在输入热电偶热电势之前就 给显示仪表输入了电势给显示

27、仪表输入了电势E(tE(t0 0, 0) , 0) 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例5-3 用铂铑10-铂热电偶进行温度检测,热电偶的冷 端温度t0=30，显示仪表的温度读数 (假定此仪表 是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为 985，试求被测温度的实际值。 解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表 (附录一)查 出985时的热电势值为9.412mV。也就是 E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。将此两个数值代入式 (5-14),得 E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV) 再查分度

28、表可知,对应于9.585mV的温度t=1000,这 就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。 补偿电桥法 补偿电桥法是利用不平蘅电桥产生的电势，来补偿热电偶 因冷端温度变化引起的热电势变化值。 不平衡电桥由R1、R2、R3（铝铜丝绕制）和Rt(铜丝绕制)四个桥臂和稳压电源所组成 ，串联在热电偶测量回路中，其中Rt与热电偶的冷端放在一起，感受相同的温度。 通常电桥取在20时处于平衡，即R1=R2=R3= Rt20 此时，对角线a、b两点电位相等，即Uab=0。 0 0 000 011111 2 ( ,) 20( ,20)0( ,20) 20( ,)( ,20)( ,20) (4) 0 AB

29、ab ABAB ABABAB ta b abab EEt tU tEEtEt tEt tEtEt tRII RUVI R IU UUU 总 总 时， 时， 不变不变 通过适当选择桥臂电阻和电流的数值，使得： 0 00 (,20) ( ,)( ,20)(,20) ( ,20) ABab ABabABABab AB EtU EEt tUEtEtU Et 总 则 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 使用补偿电桥注意问题 根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点注意补偿温度的起点 在在2020平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示

30、仪表的机械零点预先调整到20 20 在在00平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到00 补偿是相对的，以此有一定误差补偿是相对的，以此有一定误差 同样，当 , 也存在类似规律 结论：无论 如何变化， E总恒为EAB(t,20),即将冷端温度自动补 偿至20。（补偿到0 时处理方法类似） 0 20t时 0 t 补偿热电偶法 如图所示，将一支补偿热电偶的工作端扦入2-3m的地下，或者放在其他 横温器中，使其温度横为t0，而冷端与多支热电偶的冷端都接在温度为t1 的同一接线盒中。这时测温仪表的指示值测为E (t, t0)所对应的温度，而 不受接线盒处的温度t1变

31、化的影响。 图3-63 补偿热电偶连接线路 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用 选用原则：较高温度选用原则：较高温度热电偶热电偶 中低温区中低温区热电阻热电阻 一般以一般以500500为分界，但不绝对为分界，但不绝对 原因有两点：原因有两点： (1)(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求 很高。很高。 (2)(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差 就很突出。就很突出。 另外，还应注意工作环境，如环境

32、温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀 性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。 热电阻温度计热电阻温度计 2021-7-13 第四章 非电量的电测技术 34 工作原理 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内 部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出 电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电 阻值与温度的变化趋势相同。 取一只取一只 100W/220V 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态 阻

33、值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484484 。 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理 T R 热电阻 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200500范围内液体、气体、蒸汽及固体表范围内液体、气体、蒸汽及固体表 面的温度；具有远传、自动记录和实现多点测量等优点。热电阻输出信面的温度；具有远传、自动记录和实现多点测量等优点。热电阻输出信 号大，测量准确号大，测量准确 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 热电阻温度

34、计热电阻温度计 应用于应用于-200600-200600范围内的温度测量范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒 热电阻的材料要求：热电阻的材料要求： 电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测电阻温度系数要大；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；电阻与温度的关系最量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最 好接近于线性；好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 铂电阻 电阻率较大，电阻电阻率较大，电阻-

35、 -温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高， 且材料易提纯，复现性好且材料易提纯，复现性好 在还原性介质，高温下，易被沾污，使铂丝变脆，并改变了其与在还原性介质，高温下，易被沾污，使铂丝变脆，并改变了其与 温度间的关系温度间的关系 工业用铂电阻分度号为工业用铂电阻分度号为PtPt100 100和 和PtPt10 10 在在0 0650650范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 1 32 0 CtBtAtRRt 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 铜电阻 （1 1）电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，）电

36、阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大， （2 2）其材料易提纯，价格比较便宜）其材料易提纯，价格比较便宜 （3 3）测温范围为）测温范围为-50150 -50150 内，具有很好的稳定性内，具有很好的稳定性 （4 4）缺点在）缺点在150150以上易被氧化以上易被氧化 （5 5）电阻率较小，为绕一定的电阻值，铜电阻必须较细，长度较长，）电阻率较小，为绕一定的电阻值，铜电阻必须较细，长度较长， 铜电阻体就较大，机械强度降低铜电阻体就较大，机械强度降低 工业用铜热电阻的分度号为工业用铜热电阻的分度号为CuCu50 50和 和CuCu100 100 在在-50-50180180范围内，金属

37、铜的电阻值与温度的关系为范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为 )1 ( 0 tRRt 温度0时的电阻 值 温度t时的电阻值 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 4 5 6 分为: (1) 普通型热电阻 (2) 铠装热电阻 (3) 薄膜热电阻 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 2021-7-13 40 薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜 技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经 过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及 较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。 薄膜铂热电阻薄膜铂热电

38、阻 陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 当 0124 ( , ) ABCu eEt tI RI R 124 ( ,0)(0) ABCu eEtI RCI R 4 (0) Cu RCR 事先选择 ( ,0) AB eEt 12124 10, Cu IIRRKRR 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 当 00 ( , )( ,0)( ,0) ABABAB Et tEtEt 0 ( ,0) AB Et 102411024 ( )(0)(0) CuCuCu I Rt

39、I RI RCI RCtI R 减少了 而 增加了 10 (0) Cu I RCt 通过选择 (0) Cu RC 值，使 100 (0)( ,0) CuAB I RCtEt 则 0124 011024 ( , ) ( ,0)( ,0)(0)(0) ( ,0) ABCu ABABCuCu AB eEt tI RI R EtEtI RCI RCtI R Et 当 结论：无论 ( ,0) AB Et 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 1 4 2 (600,0)(0) ABCu EI RC R I 4 R 当 124 (600,0)(0)0 ABCu eEI RCI R 4 R 温度检测方法及仪表

40、温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 r R rRR R rRRrRR t t 2 31 312 )( )()( 热电偶温度变送器量程单元热电偶温度变送器量程单元 (1) (1) 具有热电偶参比端温度补偿功能具有热电偶参比端温度补偿功能 (2) (2) 具有零点迁移、调整及量程迁移功能具有零点迁移、调整及量程迁移功能 (3) (3) 具有线性化功能具有线性化功能 热电阻温度变送器量程单元热电阻温度变送器量程单元 (1)(1)三线制接法三线制接法 (2)(2)线性化功能线性化功能 直流毫伏变送器量程单

41、元直流毫伏变送器量程单元 输入信号为直流毫伏输入信号为直流毫伏 使用温度变送器时应注意的问题：使用温度变送器时应注意的问题： (1) (1) 使用前都要进行量程迁移和零点迁移使用前都要进行量程迁移和零点迁移 (2) (2) 温度变送器要与输入信号类型相符，分度号的匹配、接线等温度变送器要与输入信号类型相符，分度号的匹配、接线等 热电偶温度变送器：热电偶温度变送器： (1) (1) 分度号一致分度号一致 (2) (2) 热电偶的参比端要与变送器上的补偿电阻感受相同温度热电偶的参比端要与变送器上的补偿电阻感受相同温度 热电阻温度变送器：热电阻温度变送器： (1)(1)分度号一致；分度号一致； (2

42、)(2)金属热电阻采用三线制接法，半导体热敏电阻不用金属热电阻采用三线制接法，半导体热敏电阻不用 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 图3-70 一体化温度变送器 结构框图 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 )( 11WCuti RRKIKEKUIo 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 智能式温度变送器 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻； 安装维护方便。 由硬件部分和软件部分两部分构成。 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 技术提要 数字液晶显示 (可选) 通过现场

43、总线通讯进行组态，如使用PC机 或本地调整(带显示) 调用/删除功能块 自诊断功能 防爆、防水，本质安全 主站功能 精度：0.02% 双通道 可接受多种输入方式，如热电偶、热电阻 (RTD)、毫伏(m V)、电 阻(Ohm) 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 (a)逆流 (b)正交 (d)弯头 图3-56 温度检测元件的安装示意图 第六节 现代检测技术与传感器的发展 一、 软测量技术的发展（Soft-Sensing Technique） 二、 现代传感器技术的发展 1. 新材料、新功能的开发，新加工技术的使用 2. 多维、多功能化的传感器 3. 微型化、集成化、数值化和智能化 4. 新型网

44、络传感器的发展 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例题分析 1.用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采 取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500,而 这时冷端温度为60,试问实际温度应为多少?如果热端 温度不变,设法使冷端温度保持在20,此时显示仪表的 指示值应为多少? 显示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显 示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热 电偶产生的,即 E(t,t0) = 20.64 (mV) 由附录三同样可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 41 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例题分析 由

45、式 (5-14)可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV) 由23.076mV,查附录三,可得 t557 即被测实际温度为557。 当热端为557,冷端为20时,由于E(20 ,0) = 0.798mV, 故有 E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV) 由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约为538.4。 由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于 被测温度实际值。 42 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例题分析 2.如

46、果用两支铂铑10-铂热电偶串联来测量炉温,连接方式 分别如图5-18(a)、(b)、(c)所示。已知炉内温度均匀,最 高温度为1000,试分别计算测量仪表的测量范围 (以最大 毫伏数表示)。 图5-18 炉子温度测量 43 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例题分析 解: (a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对 应于1000时的热电势可以由附录一查得 E(1000 ,0) = 9. 585 (mV) 两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为 Emax = 29.585 = 19.17 (mV) 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。 (b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷 端温度(30),而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的 接线盒内的温度(100)对热电势的影响。 44 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 例题分析 假定补偿导线 C、D与热电偶 A、B本身在100以 下的热电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为 E(30 ,0) = 0.173 (mV) 在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认 为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶 相当于热电偶在100时形成的热电势,即 E(100 ,0) = 0.645 (mV) 由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势 方向是相反的,所以这时总的热电势为