化工仪表第3章温度检测

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表内容提要内容提要n 概述概述n测温仪表的分类测温仪表的分类n温度检测的基本原理温度检测的基本原理n 热电偶温度计热电偶温度计n热电偶热电偶n补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿n 热电阻温度计热电阻温度计n 测温原理测温原理n 常用热电阻常用热电阻内容提要内容提要n 温度变送器温度变送器n电动温度变送器电动温度变送器n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器一、一、 概述概述一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种

2、物理和化学过程相联系。物理和化学过程相联系。温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的；温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的；温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处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，则它们具有相同的温度。于热平衡状态，则它们具有相同的温度。 接触式与非接触式接触式与非接触式 一、概述一、概述接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉量准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一

3、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）水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、结构简单、机械强度大、价价格低、能记录、报警与自格低、能记录、报警与自控控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量 ,量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限 -80 -80 600600压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控记录、报警与自控 精度低、测量距离较远时

4、精度低、测量距离较远时 ,仪仪表的滞后性较大、一般离开测表的滞后性较大、一般离开测量点不超过量点不超过 10米米 -30 -30 600 600 液体型液体型0 0 250 250 蒸汽型蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高 ,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控多点、集中测量和自动控制制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温 ,由由于体积大于体积大 ,测点温度较困难测点温度较困难 -200 -200 600 600 铂电阻铂电阻-50 -50 150 150 铜电阻铜电阻-50 -50 150150（180180）镍电阻）镍电阻-100 -100 200200（3

5、00300）热敏电阻）热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围广测温范围广 ,精度高精度高 ,便于便于远距离、多点、集中测量远距离、多点、集中测量和自动控制和自动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿 ,在低温段测在低温段测量精度较低量精度较低 0 0 13001300（16001600）铂铑）铂铑1010- -铂铂-50 -50 10001000（12001200）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度温时不破坏被测物体温度场场 测量时测量时 ,必须经过人工调整必须经过人工调整 ,有有人为误差

6、人为误差 ,不能作远距离测量不能作远距离测量 ,记录和自控记录和自控 700 700 32003200辐射高温辐射高温计计测温元件不破坏被测物体测温元件不破坏被测物体温度场温度场 ,能作远距离测量、能作远距离测量、报警和自控、测温范围广报警和自控、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,环境条件会影响测量精度环境条件会影响测量精度,连续连续测高温时须作水冷却或气冷却测高温时须作水冷却或气冷却 0 0 20002000）4接触式测温接触式测温 n 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。者温度相等。n 常用的接触式测温仪

7、表：常用的接触式测温仪表：(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。特点：特点：n 优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单。优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单。缺点：缺点： 由于敏感元件必须与被测对象接触，在接触过程中就由于敏感元件必须与被测对象接触，在接触过程中就可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。 有的测温元件不能和被测对象充分接触，不能达到充有的测温元件不能和被测对象充分接触，不能达到充

8、分的热平衡，使测温元件和被测对象温度不一致，也会带分的热平衡，使测温元件和被测对象温度不一致，也会带来误差。来误差。 在接触过程中，介质腐蚀性，高温时对测温元件的影在接触过程中，介质腐蚀性，高温时对测温元件的影响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。 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。交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。常用的非接触式测温仪表：常用的非接触式测温仪表：(1) (1) 辐射式温度计：基于普朗克定理辐射式温度计：基

9、于普朗克定理 光电高温计，辐射传感器，比色温度计。光电高温计，辐射传感器，比色温度计。(2) (2) 光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。 光纤温度传感器，光纤辐射温度计。光纤温度传感器，光纤辐射温度计。n 优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物 体为运动物体时尤为适用。体为运动物体时尤为适用。n 缺点：精度一般不高。缺点：精度一般不高。红外热像仪一、概述一、概述图3-52 双金属片图3-53 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 利用液体或固体受热时产生热膨胀的

10、原理利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理, ,可以制成膨可以制成膨胀式温度计。胀式温度计。一、概述一、概述二、热电偶温度计二、热电偶温度计n 热电偶热电偶是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。图3-55 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。电偶和测量仪表的导线。 图3-56 热电偶示意图热电偶也叫温差电偶是最早出现的一种热电探测器件n 赛贝克（赛贝克（Seebeck）效应）效应(热电效应热电效应) 1821年赛贝克发现了年赛贝克发现了铜、铁铜、铁这两种金属的

11、温差电现象。这两种金属的温差电现象。即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接头的中一个即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接头的中一个加热即可产生电流。在冷接头处，电流从铁流向铜。由于加热即可产生电流。在冷接头处，电流从铁流向铜。由于冷、热两个端（接头）存在温差而产生的电势差冷、热两个端（接头）存在温差而产生的电势差e，就是温，就是温差热电势。差热电势。 这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装置称这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装置称为热电偶。为热电偶。a二、热电偶温度计二、热电偶温度计图3-57 热电现象n 热电偶：两种不同的金属热电偶：两种不同的金属A A和和B B构

12、成闭合回路，构成闭合回路，当两个接触端当两个接触端T TT T0 0时，回路中会产生热电势。时，回路中会产生热电势。 热电势由两种材料的接触电势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和单一材料的温差电势决定（1 1）接触电势）接触电势n 不同金属材料内部的自由电子密度不同，当不同金属材料内部的自由电子密度不同，当A A和和B B材料接触材料接触是，自由电子要从密度大的地方扩散到密度小的地方，从是，自由电子要从密度大的地方扩散到密度小的地方，从而产生自由电子扩散现象。而产生自由电子扩散现象。n 自由电子从自由电子从A A扩散到扩散到B B，扩散平衡时，扩散平衡时，A A失去电子带正电

13、荷，失去电子带正电荷，B B得到电子带负电荷，因此在得到电子带负电荷，因此在A A、B B接触处形成一定电位差，接触处形成一定电位差，即接触电势（帕尔帖电势）。即接触电势（帕尔帖电势）。接触电势接触电势帕尔帖电势大小为：帕尔帖电势大小为：BAABNNekTTeln)(k 玻耳兹曼常数；玻耳兹曼常数； K1.3810-23 T 接触面的绝对温度；接触面的绝对温度；e 单位电荷量；单位电荷量； e = 1.610-19CNA金属电极金属电极A的自由电子密度的自由电子密度NB金属电极金属电极B的自由电子密度的自由电子密度（2 2）温差电势）温差电势n 在同一金属材料在同一金属材料A A中，当中，当金

14、属材料两端的温度不金属材料两端的温度不同时，两端电子能量不同时，两端电子能量不同。温度高的一端电子同。温度高的一端电子能量大，则电子从高温能量大，则电子从高温端向低温扩散的数量多，端向低温扩散的数量多，直至平衡。直至平衡。n 即在即在A A两端形成一定电位两端形成一定电位差，即温差电势（汤姆差，即温差电势（汤姆逊电势）。逊电势）。温差电势温差电势（汤姆逊电势）（汤姆逊电势） 汤姆逊电势大小为：TTAdTTTe0),(0 汤姆逊系数，它表示温度为汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。的电动势值，它与材料的性质有关。 （3 3） 热电偶回路的总热电势热电偶回路的

15、总热电势 TTBABABAABABBABAABABdt)(NNln)TT(ek)T ,T(e)T ,T(e)T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(E000000000结论：结论： 热电势存在必须具备热电势存在必须具备两个条件：两个条件：n 两种不同的金属材料组两种不同的金属材料组成热电偶成热电偶它的两端存在温差。它的两端存在温差。图3-58 接触电势形成的过程 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的左图闭合回路中总的热电势热电势或或图3-59 热电偶原理二、热电偶温度计二、热电偶温度计 由于热电极的材料不同由于热电极的材料不同,

16、 ,所产生的接触热电势亦不所产生的接触热电势亦不同同, ,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。同时温差电势远小于接触电势，生的热电势是不同的。同时温差电势远小于接触电势，常常忽略不计。常常忽略不计。 热电偶一般都是在自由端温度为热电偶一般都是在自由端温度为00时进行分度的时进行分度的, ,因此因此, ,若自由端温度不为若自由端温度不为00而为而为t t0 0时时, ,则热电势与温度则热电势与温度之间的关系可用下式进行计算之间的关系可用下式进行计算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 二、热电偶

17、温度计二、热电偶温度计举例例例1 1 今用一只镍铬今用一只镍铬- -镍硅热电偶镍硅热电偶, ,测量小氮肥厂中转测量小氮肥厂中转化炉的温度化炉的温度, ,已知热电偶工作端温度为已知热电偶工作端温度为800,800,自由端自由端( ( 冷 端冷 端 ) ) 温 度 为温 度 为 3 0 ,3 0 , 求 热 电 偶 产 生 的 热 电 势求 热 电 偶 产 生 的 热 电 势 E(800,30)(800,30)。 解：由附录四可以查得解：由附录四可以查得 E(800,0)=33.277(800,0)=33.277(mV) ) E(30,0)=1.203(30,0)=1.203(mV) ) 将上述数

18、据代入将上述数据代入, ,即得即得E(800,30)=(800,30)=E(800,0) -(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)(30,0)=32.074 ( mV)二、热电偶温度计二、热电偶温度计例例2 2 某支铂铑某支铂铑1010- -铂热电偶在工作时，自由端温度铂热电偶在工作时，自由端温度t0 0= = 30,30,测得热电势测得热电势 E( (t, ,t0 0mV，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。解解: :由附录二可以查得由附录二可以查得 E(30,0)=0.173(30,0)=0.173(mV) )代入式变换得代入式变换得 E( (t,0)=,0)

19、=E( (t,30)+,30)+E(30,0)=0.173+7.172=7.345(30,0)=0.173+7.172=7.345(mV) )再由附录一可以查得再由附录一可以查得7.345mV7.345mV对应的温度对应的温度t为为800800。二、热电偶温度计二、热电偶温度计注意：注意：由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都是由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都是非线性的非线性的 ( (当然各种热电偶的非线性程度不同当然各种热电偶的非线性程度不同),),因此在因此在自由端温度不为零时自由端温度不为零时, ,将所测热电势对应的温度值加上自将所测热电势对应的温度值加上自由端温度由端温度, ,并

20、不等于实际的被测温度。并不等于实际的被测温度。标准化热电偶热电势和温度的关系标准化热电偶热电势和温度的关系 二、热电偶温度计二、热电偶温度计利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。的数值，见下图。 00teteteECABCABt总的热电势总的热电势 0000000teteteteteteCABCABCABCAB能量守恒原理能量守恒原理（3-70） 0teteEABABt（3-71）将式（将式（3-703-70）代入式（）代入式（3-693-69）可得）可得图图3-60 3-60 热电偶测温系统连接图热电偶测温系统连接

21、图（3-69）二、热电偶温度计二、热电偶温度计说明：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。 中间导体定律中间导体定律-此定律具有特别重要的实用意义，此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时因为用热电偶测温时必须接入仪表必须接入仪表( (第三种材料第三种材料) )，根，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致( (T T0 0 ) )，根据中间导体定律，仪表的接入就不会影响

22、热电势。根据中间导体定律，仪表的接入就不会影响热电势。二、热电偶温度计二、热电偶温度计在测温范围内其热电性质要稳定在测温范围内其热电性质要稳定, ,不随时间变化不随时间变化; ;在测温范围内要有足够物理、化学稳定性在测温范围内要有足够物理、化学稳定性, ,不易被不易被氧化或腐蚀氧化或腐蚀; ;电阻温度系数要小电阻温度系数要小, ,电导率要高电导率要高, ,组成热电偶后产组成热电偶后产生的热电势要大生的热电势要大, ,其值与温度成线性关系或有简单其值与温度成线性关系或有简单的函数关系的函数关系; ;复现性要好复现性要好, ,这样便于成批生产这样便于成批生产, ,而且在应用上也而且在应用上也可保证

23、良好的互换性可保证良好的互换性; ; 材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性, ,便于加工成丝。便于加工成丝。 二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铁铁- -铜镍铜镍铜铜- -铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2

24、- - -CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350（1 1）铂铑）铂铑3030- -铂铑铂铑6 6（B B型）型）n 为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为0.5mm，正极（正极（

25、BP）和负极（）和负极（BN）的名义化学成分均为铂铑合）的名义化学成分均为铂铑合金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。长期最高使用温度为长期最高使用温度为1600，短期最高使用温度为，短期最高使用温度为1800。n 优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽中；参比端不需进行冷端补偿，因为在汽中；参比端不需进行冷端补偿，

26、因为在040范围范围内热电势小于内热电势小于3V。n 缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵。抗污染能力差，贵金属材料昂贵。（2 2）铂铑）铂铑1010- -铂热电偶（铂热电偶（S S型）型）n 贵金属热电偶。电极线径规定为贵金属热电偶。电极线径规定为0.5mm0.5mm，正极（正极（SPSP）的名义化学成分为铂铑合金）的名义化学成分为铂铑合金负极（负极（SNSN）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。长期最高使用温度为长期最高使用温度为13001300，短期最高使用温度为，短期最高使

27、用温度为16001600。n 优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命长，优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。化和惰性气氛中。n 缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。（3 3）镍铬）镍铬- -镍硅热电偶（镍硅热电偶（K K型）型）n 使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和使用量最大的廉金属热电偶，用量为其

28、他热电偶的总和正极（正极（KPKP）的名义化学成分为：）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10Ni:Cr=90:10，负极（负极（KNKN）的名义化学化学成分为）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3Ni:Si=97:3。其使用温度为其使用温度为-50-5010001000。n 优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。惰性气氛中。n K K型热电偶不能在高温下直接用于硫、还原性或还原、型热电偶不能在高温下直接用于硫、还原性或还原

29、、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。（4 4）镍铬）镍铬- -铜镍热电偶（铜镍热电偶（E E型）型）n 称为镍铬称为镍铬- -康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。其正极（其正极（EPEP）为镍铬）为镍铬1010合金，化学成分与合金，化学成分与KPKP相同，负极相同，负极（ENEN）为铜镍合金，名义化学成分为）为铜镍合金，名义化学成分为55%55%的铜、的铜、45%45%的镍以的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。及少量的钴、锰、铁等元素。n 该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所

30、有标准热电偶之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。n E E型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。还原性气氛中。 二、热电偶温度计二、热电偶温度计图3-61 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒普通装配型热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）

31、热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 柔性安装型铠装结构柔性安装型铠装结构它可以做得很细很长它可以做得很细很长, , 使用中随需要能任意弯曲。使用中随需要能任意弯曲。测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲；测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲；可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护保护套管（铠体）套管（铠体） BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面n 表面热电偶：适用于表

32、面温度瞬间测量表面热电偶：适用于表面温度瞬间测量n微细铠装热电偶微细铠装热电偶小形小形K K型热电偶型热电偶隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线隔爆型热电偶结构特点：结构特点：n 隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过构，它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一定的厚而成的，有一定的厚度、隔爆空间，度、隔爆空间，机构强度机构强度较高；较高；n 采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封; ;当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险当接线盒内一

33、旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。 使用场合：使用场合：n 工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。二、热电偶温度计二、热电偶温度计n 补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这采用一种专

34、用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温的金属材料制成，在一定温度范围内（度范围内（0 0100100）与所）与所连接的热电偶具有相同的热连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金电特性，其材料又是廉价金属。见左图。属。见左图。 图3-62 补偿导线接线图二、热电偶温度计二、热电偶温度计 101teteteteECADCBDAB 假设将镍铬记为假设将镍铬记为A、镍硅记为、镍硅记为B、铜记为、铜记为C、铜镍记、铜镍记为为D, ,并考虑到引入铜导线对回路

35、的总热电势没有影响并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响 ( (因其两端温度均为因其两端温度均为t0) )，则图，则图3-603-60所示回路的总热电势所示回路的总热电势为为 01111teteteteECADCBDAB 1111teteteteCABDDCAB如果假定各接点温度全为如果假定各接点温度全为t1，代入上式，则有，代入上式，则有或或 由于由于t1 1一般是在一般是在100100以下以下, ,在此温度范围内在此温度范围内, ,根据补根据补偿导线的性质偿导线的性质, ,有有 111teteteDCCDAB二、热电偶温度计二、热电偶温度计 011teteCABD将此式代入式将此式代入

36、式 00teteteteECDABDCAB便有便有 00teteCDAB因为因为 0teteEABAB故故 01111teteteteECADCBDAB二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100100，冷端为冷端为00时的标准热时的标准热电势电势mVmV正极正极负极负极铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍0.640.640.030.034.104.100.150.156.956.950.300.30表表3-7 3-7 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线二、热电偶温度计

37、二、热电偶温度计注意注意 使用补偿导线时使用补偿导线时, ,应当注意补偿导线的正、应当注意补偿导线的正、负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。 此外此外, ,正、负两极的接点温度正、负两极的接点温度t1应保持相同应保持相同, ,延伸后的冷端温度延伸后的冷端温度t0 0应比较恒定且比较低。应比较恒定且比较低。 对于镍铬对于镍铬- -铜镍等一类用廉价金属制成的热铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶电偶, ,则可用其本身材料作补偿导线则可用其本身材料作补偿导线, ,将冷端延伸将冷端延伸到环境温度较恒定的地方。到环境温度较恒定的地方。 二、热电偶温度计二、热电偶温

38、度计 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为称为。一般采用下述几种方法。一般采用下述几种方法。图3-63 热电偶冷端温度保持的方法（1 1）冷端温度保持为）冷端温度保持为00的方法的方法 在实际生产中，冷端在实际生产中，冷端温度往往不是温度往往不是00，而是某，而是某一温度一温度t0 0，这就引起测量误，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温差。因此，必须对冷端温度进行修正。度进行修正。 二、热电偶温度计二、热电偶温度计0 ,0 ,00tE

39、tEttEABABAB实际生产中，其冷端温度为实际生产中，其冷端温度为t0 0，即有，即有 0 ,0 ,00tEttEtEABABAB或或 由此可知，冷端温度修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度修正方法是把测得的热电势 EAB（t，t0），加上热端为室温，加上热端为室温t0，冷端为，冷端为00时的热电偶时的热电偶的热电势的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度下的热电势，才能得到实际温度下的热电势EAB（t，0）。 （2 2）冷端温度修正法）冷端温度修正法二、热电偶温度计二、热电偶温度计例例 用铂铑用铂铑1010- -铂热电偶进行温度检测铂热电偶进行温度检测, ,热电偶的冷端温热电偶

40、的冷端温度度t0=30，显示仪表的温度读数显示仪表的温度读数 ( (假定此仪表是不带假定此仪表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的冷端温度自动补偿且是以温度刻度的) )为为979979，试求，试求被测温度的实际值。被测温度的实际值。 解：由分度号为解：由分度号为S S的铂铑的铂铑1010- -铂热电偶分度表铂热电偶分度表 ( (附录二附录二) )查查出出979979时的热电势值为时的热电势值为9.343mV9.343mV。也就是。也就是E(t,t0)=9.343mV,=9.343mV,又从分度表中查得又从分度表中查得 E(t0。将此两个数值代入式。将此两个数值代入式EAB(t,t0) = E

41、AB(t,0) -EAB(t0,0)，得得 E(t,0)mVmV=9.516(=9.516(mV) ) 再查分度表可知再查分度表可知, ,对应于对应于9.516mV9.516mV的温度的温度t=994,t=994,这这就是该支铂铑就是该支铂铑1010- -铂热电偶所测得的温度实际值。铂热电偶所测得的温度实际值。 二、热电偶温度计二、热电偶温度计（3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：注意：只能在测温要求

42、不太高的场合下应用。只能在测温要求不太高的场合下应用。（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。温度变化而引起的热电势变化值。 n 利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值端温度变化而引起的热电势的变化值 000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值二、热电偶温度计二、热电偶温度计 由于电桥是在由于电桥是在2020时平衡时平衡的，所以采用这种补偿电桥时的，所以采用这种补偿电桥时须

43、把仪表的机械零位预先调到须把仪表的机械零位预先调到2020处。如果补偿电桥是在处。如果补偿电桥是在00时平衡设计的（时平衡设计的（DDZ-DDZ-型型温度变送器中的补偿电桥），温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在则仪表零位应调在00处。处。图3-64 具有补偿电桥的热电偶测温线路二、热电偶温度计二、热电偶温度计（5 5）补偿热电偶法）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 图3-65 补偿热电偶连接线路三、三、 热电阻温度计热电阻温度计 在中、低温区，一般是使用

44、热电阻温度计在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。来进行温度的测量较为适宜。 是由热电阻，显示仪表以及是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。连接导线所组成。 三、热电阻温度计三、热电阻温度计n 利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器。传感器叫做热电阻式传感器。n 应用：对温度和与温度有关的参量进行检测。应用：对温度和与温度有关的参量进行检测。n 测温范围：中、低温区域（测温范围：中、低温区域（-200 -650-200 -650）n 低温方面也应用于低温方面也应用于1K-3K1K-3

45、K的温度测量，高温也有用于的温度测量，高温也有用于1000 1000 -1300 -1300 n 测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。三、热电阻温度计三、热电阻温度计001ttRRt 对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式系如下式 tRRtt0 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。 1 1、测温原理、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来利用热电阻的

46、电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。进行温度测量的。 三、热电阻温度计三、热电阻温度计 2 2、工业常用热电阻、工业常用热电阻 电阻温度系数，以提高热电阻的灵敏度；电阻温度系数，以提高热电阻的灵敏度； 电阻率要大，以便减小电阻体尺寸；电阻率要大，以便减小电阻体尺寸； 热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性； 应有良好的可加工性，价格便宜。应有良好的可加工性

47、，价格便宜。 实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其中主要应用的是铂是比较适合的材料，其中主要应用的是铂和铜。和铜。 铂是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制铂是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。 铜可用来制造铜可用来制造-50-50150150范围内工业用电阻温度外，特范围内工业用电阻温度外，特点是价格低廉，缺点是电阻率低，且容易氧化，一般用在较点是价格低廉，缺点是电阻率低，且容易氧化，一般用在较低温度和没有水分和浸蚀性的介质之中。低温度和没有水

48、分和浸蚀性的介质之中。 三、热电阻温度计三、热电阻温度计 金属铂容易提纯金属铂容易提纯, ,在氧化性介质中具有很高的物理在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性化学稳定性, ,有良好的复制性。但价格较贵。有良好的复制性。但价格较贵。 要确定要确定 Rtt的关系的关系, ,首先要确定首先要确定R0的大小。的大小。R0不不同同, , Rtt的关系也不同。这种的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表的关系称为分度表, ,用分度号来表示。用分度号来表示。 工业上使用的铂电阻主要有分度号为工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100 , ,它的它的 R0 = 100, ,其分度表见附录五。其分度表见附录五

49、。 当温度当温度t在在0 t 650时：时： )1 (320CttBtARRtu 铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出很稳定。铂电阻的输出- -输入特性接近线性，且测量精度输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。u按国际温标按国际温标IPTS-68IPTS-68规定，在规定，在-259.34-630.73-259.34-630.73温域内，温域内，以铂电阻温度计作基准器。以铂电阻温度计作基准器。三、热电阻温度计三、热电阻温度计n 应应 用：

50、用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：测量范围：-50-50150150n 优优 点：点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。纯、加工，价格便宜，复制性能好。n 缺缺 点：点：易于氧化，一般只用于易于氧化，一般只用于150150以下的低温测量和没有水以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。热惯性较大，稳定性较差，在热惯性较大，稳定性较差，在

51、100 100 以上时容易氧化，以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。)(100ttRRt 在在-50-50+150+150的范围内，铜电阻与温度的的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即关系是线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为，对应的分度号为Cu50。另一种。另一种是是R0100，对应的分度号为，对应的分度号为Cu100。TSP系列铂电阻温度传感器系列铂电阻温度传感器铂金电阻温度传感器铂金电阻温度传感器铂金电阻温度传感器铂金电阻温度传感器Pt100核级电阻温度传感器核级电阻

52、温度传感器 ：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为： 式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 A A、B B是取决于半导体材料和结构的常数是取决于半导体材料和结构的常数 tRB ttRAe：热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有5050300300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于测量金属热电阻一般适用于测

53、量200200500500范围内的温度测量，其范围内的温度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛。极其广泛。四、四、 温度变送器温度变送器 DDZ-III型温度型温度 ( (温差温差) )变送器是电动单元组合仪变送器是电动单元组合仪表中的一个变送单元。表中的一个变送单元。 根据根据输入信号的不同输入信号的不同，DDZ-III型温度变送器主型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。伏变送器三种类型。 电动温度变送器是工业生产过

54、程中应用最广泛的电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模拟式温度变送器一种模拟式温度变送器, ,它能与常用的各种热电偶和它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用热电阻配合使用, ,将某点的温度或某两点的温差转换将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信号输出。成相应的标准直流电流信号输出。 四、温度变送器四、温度变送器DDZ-DDZ-III型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路路和反馈电路, ,其原理框图如图所示。其原理框图如图所示。

55、温度检测元件温度检测元件输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路被测温度被测温度输出电流输出电流I0 0 图图 温度变送器原理框图温度变送器原理框图四、温度变送器四、温度变送器2、一体化温度变送器、一体化温度变送器 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。接线盒内的一种温度变送器。变送器模块和测温元件形变送器模块和测温元件形成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号准信号4 420mA20mA。图3-73 一体化温度变送器结构框图测温元件和变送器模块测温

56、元件和变送器模块AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等-20+8011()itCuwUEI RRoiIKU11()tCuwK EI RR四、温度变送器四、温度变送器3、智能式温度变送器、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；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；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；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻；质量轻； 安装维护方便。安装维护方便。 四、温度变送器四、温度变送器输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器信号输入信号输入信号输出信号输出图 TT30

57、2温度变送器基本构成框图由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。输入板包括多路转换器输入板包括多路转换器、信号调理电路、信号调理电路、AD转换器和隔离部分转换器和隔离部分，作作用是将输入信号转换为用是将输入信号转换为二进制的数字信号，传二进制的数字信号，传送给送给CPUCPU，实现输入板与实现输入板与主电路板的隔离。主电路板的隔离。 用于热用于热电偶的电偶的冷端温冷端温度补偿度补偿 核心采样核心采样、计算计算( (控控制制) )、输出、输出 产生并输产生并输出满足出满足FFFF标准的数标准的数字信号字信号 显示显示 例题分析例题分析举例1.1.用分度号为用分度号为K K

58、的镍铬的镍铬- -镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度, ,在没有采在没有采取冷端温度补偿的情况下取冷端温度补偿的情况下, ,显示仪表指示值为显示仪表指示值为500,500,而而这时冷端温度为这时冷端温度为60,60,试问实际温度应为多少试问实际温度应为多少? ?如果热端如果热端温度不变温度不变, ,设法使冷端温度保持在设法使冷端温度保持在20,20,此时显示仪表的此时显示仪表的指示值应为多少指示值应为多少? ? mV, ,由于这个电势是由热电偶产生的由于这个电势是由热电偶产生的, ,即即 E(t, t0) = 20.64 (mV) 由附录四同样可以查得由附录四同样可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 例题分析例题分析 由式可以得到由式可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV)mV, ,查附录四查附录四, ,可得可得 t557 即被测实际温度为即被测实际温度为557557。 当热端为当热端为557,557,冷端为冷端为2020时时, ,由于由于,