温度检测仪表

1、思考题请举例说明减小或消除仪表非线性的方法，要求三种以上。作业3.2温度检测仪表温度检测仪表 冷热程度冷热程度 描述系统不同自由度之间能量分布描述系统不同自由度之间能量分布状况的基本物理量状况的基本物理量 与大量分子的平均动能相联系，反与大量分子的平均动能相联系，反映内部分子运动的剧烈程度映内部分子运动的剧烈程度 温度的定义温 标温度的数值表示方法温度的数值表示方法温度数值化的一套规则和方法温度数值化的一套规则和方法给出温度的测量单位给出温度的测量单位常用温标常用温标经验温标（摄氏度经验温标（摄氏度t， ；华氏度；华氏度t,f）热力学温标（开尔文温标热力学温标（开尔文温标t,k）国际实用温标（

2、国际实用温标（t,k） 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标实验方法或经验公式所确定的温标； 摄氏温标摄氏温标 把在标准大气压下水的冰点定为零度，把水的沸点定把在标准大气压下水的冰点定为零度，把水的沸点定为为100度的一种温标。度的一种温标。中间中间100等分，单位符号为等分，单位符号为 华氏温标华氏温标 规定在标准大气压下水的冰点为规定在标准大气压下水的冰点为32度，水的沸点为度，水的沸点为212度，中间划分为度，中间划分为180等分，单位符号为等分，单位符号为 0f。在在我国我国已已淘淘汰。汰。经验温标 又称

3、开尔文温标，又称开尔文温标，符号为符号为t，单位为。单位为。 热力学温标是以热力学温标是以热力学第二定律热力学第二定律为基础的一为基础的一种理论温标，由卡诺定理推导出来的种理论温标，由卡诺定理推导出来的，被，被国国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。 有一个绝对零度，低于零度的温度不可能存有一个绝对零度，低于零度的温度不可能存在。在。 热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。直接实现。热力学温标国际实用温标 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

4、方便。接近，而且复现精度高，使用方便。 规定了规定了固定点温度；标准仪器；内插公式固定点温度；标准仪器；内插公式。 国际计量委员会在国际计量委员会在18届国际计量大会第七号届国际计量大会第七号决议授权予决议授权予1989年会议通过了年会议通过了1990年国际温标年国际温标its-90。 its90由由0.65k向上到普朗克辐射定律使用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。单色辐射实际可测量的最高温度。 its-90定义固定点its-90标准仪器标准仪器第一温区为第一温区为0.65k到到5.00k之间，之间，t90由由3he和和4he的蒸汽的蒸汽压与温度的关系式来定义。压与温度的

5、关系式来定义。第二温区为第二温区为3.0k到氖三相点（到氖三相点（24.5661k）之间）之间t90是是氦氦定容气体温度计（气体体积不变，根据压力与温度之间关系）定容气体温度计（气体体积不变，根据压力与温度之间关系）来定义。来定义。第三温区为氢三相点（第三温区为氢三相点（13.8033k或或-259.3467 ）到银的）到银的凝固点（凝固点（961.78）之间，）之间，t90是由是由铂电阻温度计铂电阻温度计来定义，来定义，它使用一组规定的定义内插法来分度。它使用一组规定的定义内插法来分度。银凝固点（银凝固点（961.78）以上的温区，）以上的温区，t90是按普朗克辐是按普朗克辐射定律来定义的，

6、复现仪器为射定律来定义的，复现仪器为光学高温计光学高温计。内插公式内插公式 每种内插标准仪器在每种内插标准仪器在n个固定点温度下分度，以此求得个固定点温度下分度，以此求得相应温度区内插公式中的常数。相应温度区内插公式中的常数。 接触式和非接触式两大类接触式和非接触式两大类； 接触式检测仪表接触式检测仪表： 膨胀式温度检测仪表膨胀式温度检测仪表：基于物体受热体积膨胀或基于物体受热体积膨胀或长度伸缩性质的（如玻璃管水银温度计、双金属长度伸缩性质的（如玻璃管水银温度计、双金属温度计）；温度计）； 热电阻温度检测仪表热电阻温度检测仪表：基于导体或半导体电阻值基于导体或半导体电阻值随温度变化的随温度变化

7、的（铂电阻、铜电阻）（铂电阻、铜电阻）； 热电偶温度检测仪表热电偶温度检测仪表：基于热电效应基于热电效应； 非接触式检测仪表非接触式检测仪表 利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，主要有亮度法、全辐射法和比色法等主要有亮度法、全辐射法和比色法等温度检测仪表的分类温度检测仪表的分类一、 热电偶温度计 thermocouple 热电效应abt1t2eab(t1,t2)热电偶热端（工作端）冷端（自由端）接触电势p 两种导体电子密度不同，在接触面上的扩散两种导体电子密度不同，在接触面上的扩散速度不同速度不同 baabnnlnektte接触电势原理图（接触电

8、势原理图（nanb）温差电势p单一导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散 ，形成静电场p达到动态平衡时，在导体的两端便产生一个相应的电位差温差电势p表示为： ttaadttte00,热电偶回路热电势p由导体由导体a a、b b组成的热组成的热电偶闭合回路，当温电偶闭合回路，当温度为度为 t tt0t0，na na nb nb 时，闭合回路总的时，闭合回路总的热电势为热电势为 0000,ttettetetettebaabababttabbtatbtattnnektnnekt000dlnln0 00,tetetteababab热电偶正常工作的两个必要条件两种导体两种导体两个温度两个

9、温度与材料的粗细无关与材料的长度无关与温度的分布无关eab(t,t0)=eab(t)-eab(t0)abtt0热电偶的材料理论上任何两种导体都可组成热电偶，但作为测温的热电偶需满足： 物理、化学性稳定 电极的电阻小，电阻的温度系数小 电势值大，随温度单调上升，最好线性 材料易获得，复制性好，价格低热电偶丝热电偶的基本定律1 1、均质导体定律、均质导体定律 ：同一导体闭合回路：同一导体闭合回路e e=0=02 2、中间导体定律、中间导体定律 在在a a、b b构成的热电偶接入第三种导体构成的热电偶接入第三种导体c c，并使并使acac和和bcbc接触的温度均为接触的温度均为t0t0 ttbtta

10、cabcababcdtdttetetette00000, ttbacabcabdttetete000ttbaatctctbtbtatdtnnnnektnnekt00000lnlnln0ttbatatbbtatdtnnektnnekt000lnln0ttbabttabtatdtnnektnnekt000lnln0 ttabababdttete000,tteab热电势的测量(讨论)abtct2t1eab(t,t0)=eab(t)+ebc(t1)+eca(t2)=eab(t)+eba(t0)t0热电偶的基本定律3 3、中间温度定律、中间温度定律 热电偶热电偶a a、b b在接点温度为在接点温度为t

11、t，t t0 0时的热电势等于时的热电势等于热电偶热电偶a a、b b在接点温度为在接点温度为t t、t tc c 和和tctc、t t0 0的热电的热电势势e eabab（t t，t tc c）和）和e eabab（t tc c，t t0 0）的代数和，即：）的代数和，即：00,ttettettecabcabababtt0e(t,t0)abt0e(t0,0)e(t,0)=e(t,t0) + e(t0,0) actt0bc tt0abtt0eac(t,t0)ebc(t,t0)eab(t,t0)=? 00,tetetteababab0000lnln0atctctbtbtctctatnnnnekt

12、nnnnekt00lnln0atbtbtatnnektnnekt 0000,)(ttettetetetetebcacbcbcacac热电偶的基本定律4 4、标准导体（电极）定律、标准导体（电极）定律 已知已知 和和则则0,tteac),(),(,000ttettettebcacab0,ttebc标准化热电偶标准化热电偶铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，通常选用铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，通常选用高纯铂丝作为标高纯铂丝作为标准电极准电极 热电偶的使用标准化热电偶常见热电偶热电特性曲线u eab(t,t0)= eab(t)-eab(t0) =eab(t)-cabtt0

13、t0=0，eab(t,0) 分度表分度表热电偶自由端温度的处理 用热电偶测温时，要求热电偶的自由端的温度保持恒定（最好为0）； 热电偶安装位置与集中控制室距离较长。由于热电偶一般是贵金属做成，直接把电极拉长引至控制室成本太高； 一般选用一种价格比较便宜，而热电势与热电偶的电势相近的特殊导线来代替。这种导线为“补偿导线”。热电偶的使用热电偶的使用补偿导线e=eab(t,t0)+eab(t0,t0)= eab(t,t0)+eab(t0,t0)=eab(t,t0)现场控制室使用补偿导线的注意事项 补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为0100）与热电偶的热电势相

14、等或相近；）与热电偶的热电势相等或相近； 不同型号的热电偶需要用不同的补偿导线；不同型号的热电偶需要用不同的补偿导线； 热电偶和补偿导线的二个接点要保持同温；热电偶和补偿导线的二个接点要保持同温； 补偿导线有正负极，分别与热电偶的正负极补偿导线有正负极，分别与热电偶的正负极相连相连补偿导线合金丝e=ek(t,tc)+ek(tc,t0)热电偶温度计热电偶温度计热电偶的使用热电偶的使用自由端温度补偿1、计算修正定律定律3：中间温度定律：中间温度定律e(t,0)=e(t,t0) + e(t0,0) abtt0例：例：s型热电偶在工作时自由端温度型热电偶在工作时自由端温度t0=30 ,现测得现测得热电

15、势为热电势为7.5mv,求被测介质实际温度求被测介质实际温度t。e(t,30) = 7.5mve(t,30) = 7.5mve(t,0) = e(t,30)+e(30,0) = 7.5+0.173=7.673mve(t,0) = e(t,30)+e(30,0) = 7.5+0.173=7.673mv查分度表得，查分度表得，t = 830 t = 830 e(t,t0)abt0e(t0,0)热电偶分度表的使用？ 例：用k型热电偶测炉温时，测得参比端温度t138；测得测量端和参比端间的热电动势e(t, t1)29.90 mv，试求实际炉温。 解：由k型分度表查得e(38，0)1.53 mv，根据中

16、间温度定律，可得到： e(t，0)e(t, t1 ) + e(t1, 0 )29.90 +1.53= 31.43 mv再查k型分度表，得到实际炉温755 。 (1)若参比端不作修正，直接查表测量误差有多大？ (2)如果直接将查表所得加上参比端温度是否可以，为什么？利用中间温度定律测温利用中间温度定律测温1. 以冷端为0 ，建立热端温度与热电动势之间的关系表e(t,0)2. 测量工作时的热电动势值e(t,t1)3. 根据已知t1,查表得到e(t1,0)4. 利用中间温度定律计算e(t,0)=e(t,t1)+e(t1,0)5. 查表得到被测温度t热电偶的使用热电偶的使用自由端温度补偿2、恒温法t0

17、=0 在工业应用时，一般把补偿导线的末端在工业应用时，一般把补偿导线的末端(即热电即热电偶的自由端偶的自由端)引至恒温器中，使其维持在某一恒引至恒温器中，使其维持在某一恒定的温度。定的温度。 通常一个恒温器可供多支热电偶同时使用。通常一个恒温器可供多支热电偶同时使用。 在实验室及精密测量中，通常把自由端放在盛在实验室及精密测量中，通常把自由端放在盛有有绝缘油绝缘油的试管中，然后再将其放入装满的试管中，然后再将其放入装满冰水冰水混合物混合物的容器中，以使自由端温度保持为的容器中，以使自由端温度保持为0，这种方法称为这种方法称为冰浴法冰浴法热电偶的使用热电偶的使用自由端温度补偿3、电桥自动补偿法e

18、(t,0)=e(t,t0) + uab=e(t,t0) + e(t0,0)e(t,t0)uabuab =e(t0,0)e=ek(t,tc)+ek(tc,t0)+ek(t0,0)=ek(t,t0)+ek(t0,0)=ek(t,0)热电偶的使用热电偶的使用检测系统u 热电偶、补偿导线、补偿热电偶、补偿导线、补偿器和变送器（显示仪表）器和变送器（显示仪表）配套使用配套使用热电偶的结构热电偶的结构铠装热电偶铠装热电偶 铠装热电偶又称缆式热电偶，是由铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者结合而成一个镁）和金属保护管三者结合而成一个坚实的整体。坚实的整体。 露头型、接壳型和绝缘型三种基本露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。形式。薄膜热电偶薄膜热电偶u 薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法，将热电极沉积薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。其结构如上图所示。在绝缘基板上而成的热电偶。其结构如上图所示。采用蒸镀工镀工艺，热电偶做得很薄，而且尺寸可采用蒸镀工镀工艺，热电偶做得很薄，而且尺寸可做得很小。做得很小。u 它