温度测量及变送ppt课件

1、第五章第五章 温度测量及变送温度测量及变送概概 述述膨胀式温度计膨胀式温度计热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计小小 结结第一节第一节 概述概述常用常用: 玻璃温度计、压力温度计、双金属温度计、玻璃温度计、压力温度计、双金属温度计、 热电偶温度计、热电阻温度计。热电偶温度计、热电阻温度计。一、温度测量方法一、温度测量方法1. 接触式测温接触式测温 任意两个冷热程度不同物体相接触，均会发生热交换，热量将由温任意两个冷热程度不同物体相接触，均会发生热交换，热量将由温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体完全达到热平衡。度高的物体传向温度低的物体，直到两物体完全达到热平衡。要求要求: 测

2、温物体的物理性质必须连续、单值地随温度变化，测温物体的物理性质必须连续、单值地随温度变化， 且复现性好。且复现性好。需满足条件：感温部件与被测介质充分接触；需满足条件：感温部件与被测介质充分接触； 保证热交换时间。保证热交换时间。前往前往第一节第一节 概述概述2. 非接触式测温非接触式测温测温元件任何部位均不与被测物体相接触。测温元件任何部位均不与被测物体相接触。 多以辐射式为主，经被测物体与感温元件之间的热辐射多以辐射式为主，经被测物体与感温元件之间的热辐射作用实现测温。作用实现测温。 特点：不破坏被测的温度场，可测移动或转动物体及物特点：不破坏被测的温度场，可测移动或转动物体及物 体表面温

3、度。反映速度较快，测温范围广。体表面温度。反映速度较快，测温范围广。 受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等影响，受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等影响，精度不高，常用于测量精度不高，常用于测量1000以上移动、旋转或反应迅速以上移动、旋转或反应迅速的高温物体温度。的高温物体温度。前往前往第一节第一节 概述概述按测量方式：接触式和非接触式。按测量方式：接触式和非接触式。二、温标二、温标1. 摄氏温标用摄氏温标用 t 表示，单位记为表示，单位记为）2. 国际温标用国际温标用 T 表示，单位开尔文，记为）表示，单位开尔文，记为）三、温度测量仪表的分类三、温度测量仪表的分类按工作原理：膨

4、胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。按工作原理：膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。规定规定: 水的三相点热力学温度为水的三相点热力学温度为273.16定义：定义： 1K=1273.160 = 273.15Kt T - 273.15各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表5-1。前往前往第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计 原理：物体受热体积膨胀。原理：物体受热体积膨胀。 一、玻璃管液体温度计一、玻璃管液体温度计 体温计、水银温度计体温计、水银温度计 。优点：结构简单，精度较高，优点：结构简单，精度较高， 价格便宜。价格便宜。 缺陷：读数不便；玻璃易碎；缺陷：读

5、数不便；玻璃易碎； 不能远传。不能远传。 常用于实验室。常用于实验室。适用范围：适用范围：-200600。分为气体、液体、固体膨胀式。分为气体、液体、固体膨胀式。 前往前往第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计二、压力式温度计二、压力式温度计 由温包、毛细管和弹簧管由温包、毛细管和弹簧管构成封闭系统。构成封闭系统。 感温介质：感温介质： 液体水银或有机液体）液体水银或有机液体）气体氮气、氢气）气体氮气、氢气） 蒸汽低沸点丙酮、乙醚）蒸汽低沸点丙酮、乙醚） 一定质量液体或气体，容积一定，一定质量液体或气体，容积一定，那么那么)tt (PPtt00气、液体的体积膨胀系数；气、液体的体积膨胀系数；气

6、体的压缩系数。气体的压缩系数。 毛细管容积毛细管容积温包容积温包容积内径约内径约0.4mm，长度，长度 50m。前往前往第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计三、双金属温度计三、双金属温度计 两膨胀系数不同的金属片叠焊，一端固两膨胀系数不同的金属片叠焊，一端固定，一端自由。受热后产生弯曲变形。定，一端自由。受热后产生弯曲变形。 弯曲程度与温度成比例。弯曲程度与温度成比例。 tdlGx 2 x 双金属片自由端位移； l 双金属片长度； d 双金属片厚度； t 温度变化量； G 弯曲率。测量范围：测量范围：-80600精度：精度：1、1.5、2.5前往前往第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计前往

7、前往第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计一、测温原理一、测温原理 热电效应：两种不同均质导体组成闭合回路，两端存在温热电效应：两种不同均质导体组成闭合回路，两端存在温 差时，回路中有电流通过。即：存在热电势。差时，回路中有电流通过。即：存在热电势。 热电势包括温差电势和接触电势。热电势包括温差电势和接触电势。 1. 温差电势温差电势 在同一导体的两端因其温度不同而产生在同一导体的两端因其温度不同而产生的电势。的电势。 eA(t, t0) 大小只与导体材料和导体两端点温度大小只与导体材料和导体两端点温度t、t0有关。与导体长度、截面及沿长度的有关。

8、与导体长度、截面及沿长度的温度分布情况无关。温度分布情况无关。热电偶温度计由热电偶、导线、显示仪表组成。热电偶温度计由热电偶、导线、显示仪表组成。前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计2. 接触电势接触电势 由两种电子密度不同的导体相互接触所由两种电子密度不同的导体相互接触所产生的电势。产生的电势。 eAB(t) 大小取决于两导体材料及接触点温度。大小取决于两导体材料及接触点温度。材料一定，只与接触点温度有关。材料一定，只与接触点温度有关。回路中总电势可表示为：回路中总电势可表示为： )t , t (e)t (e)t , t (e)t (e)t , t (E0B0AB0AAB0AB 因

9、温差电势因温差电势接触电势，可略，则回接触电势，可略，则回路总电势可近似为：路总电势可近似为： )t (e)t (e)t , t (EABABAB00前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计讨论：讨论：(1) EAB(t, t0)取决于两种材料及两端温度，与导体粗细长取决于两种材料及两端温度，与导体粗细长短及沿长度的温度分布情况无关；短及沿长度的温度分布情况无关； (2) 材料选定，固定冷端温度材料选定，固定冷端温度t0，测得，测得EAB(t, t0)可知可知t ；(3) 若两种材料相同或两接点温度相同，若两种材料相同或两接点温度相同，EAB(t, t0)=0 ；)t (e)t (eBA

10、AB(4) EAB(t, t0)脚标脚标AB表示热电势方向，表示热电势方向，A为正极，为正极，B为负极，为负极， t 为高温端，为高温端，t0为低温端；为低温端；)t ,t (E)t , t (E)t , t (EABBAAB000)t (e)t (e)t , t (EABABAB00若次序改变，则热电势前面符号也随之改变。若次序改变，则热电势前面符号也随之改变。前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计二、第三导体定律二、第三导体定律 热电偶回路接入第三种导体，只要与第三种导体相接的热电偶回路接入第三种导体，只要与第三种导体相接的两接点温度相同，则对回路中电势无影响。两接点温度相同，则对

11、回路中电势无影响。 前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计1. 铂铑铂铑30-铂铑铂铑6 分度号分度号: B测温范围测温范围01600，短期可达，短期可达1820；精度高；精度高；热电势小。热电势小。700：2.431mV三、常用热电偶三、常用热电偶 2. 铂铑铂铑10-铂铂 分度号分度号: S测温范围测温范围-501300，短期，短期1600；精度高，可用于精；精度高，可用于精密测量，可作基准热电偶；密测量，可作基准热电偶；价格高；电势较小，价格高；电势较小，500：4.234mV。 3. 镍铬镍铬-镍硅镍硅分度号分度号: K测温范围测温范围-501000，短期，短期1200；价廉；

12、热电势较大，；价廉；热电势较大，近似线性。热电势比近似线性。热电势比S高高3-4倍，倍，500：20.64mV。 前往前往5. 铜铜-康铜康铜 分度号：分度号：T 廉价金属热电偶中精确度最高，稳定性好；廉价金属热电偶中精确度最高，稳定性好；低温测量灵敏度高。低温测量灵敏度高。-200300，短期，短期350。误差。误差0.51。6. 铁铁-康铜康铜 分度号：分度号：J 700以下线性非常好，具有较高的灵敏度。以下线性非常好，具有较高的灵敏度。-40700，短期，短期750，误差，误差1.52.5。4. 镍铬镍铬-康铜康铜 分度号分度号: E 测温范围测温范围-200750，短期，短期870；价

13、格便宜；价格便宜；热电势大，比热电势大，比K型高近倍。型高近倍。500：37mV； 第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计各热电偶热电特性曲线各热电偶热电特性曲线前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计 EAB(t, t0)取决于两导体材料及接触点温度取决于两导体材料及接触点温度t、t0。当两种材料一定。当两种材料一定时时 ，只与，只与t、t0有关。有关。四、分度表四、分度表 分度表：分度表：t0=0时，热电势时，热电势E(t, 0)与温度与温度t的对应关系。的对应关系。 相同分度号的热电偶可共用同一分度表。相同分度号的热电偶可共用同一分度表。)t , t (f)t , t (EAB00

14、 若将若将t0作参考点冷端），保持不变，作参考点冷端），保持不变，则则EAB(t, t0)只与接触点只与接触点 t (测温端或热端测温端或热端) 温度有关。即温度有关。即: E = ft）常用分度表见本章附表常用分度表见本章附表。分度表可由分度表可由 t E(t, 0) 或或 E(t, 0) t 。分度表分度表前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计五、补偿导线五、补偿导线 补偿导线：补偿导线： 两种廉价导体材料的导线。两种廉价导体材料的导线。在一定温度范围内热电特性与在一定温度范围内热电特性与热电偶相同或十分相近。热电偶相同或十分相近。BA0t0t现场控制室)t , t (EE)t ,

15、 t (EE00若若A，B为普通导线，则为普通导线，则E=EAB(t, t0 ) 。 t0为现场环境温度，不稳定。为现场环境温度，不稳定。补偿型补偿型C）：）： AA, BB，用于贵金属热电偶；，用于贵金属热电偶；延伸型延伸型X）：）： A=A, B=B，用于廉价金属热电偶。，用于廉价金属热电偶。补偿型必须将热电偶与补偿导线连接处温度补偿型必须将热电偶与补偿导线连接处温度 0时：时：t0 Rcu R0 Uab热电偶回路中热电势：热电偶回路中热电势：t0 E(t, t0)适当选择桥路参数，使适当选择桥路参数，使Uab = E(t0 ,0)，达到自动补偿。，达到自动补偿。 Ex前往前往第三节第三节

16、 热电偶温度计热电偶温度计七、热电偶结构七、热电偶结构 1. 普通型热电偶普通型热电偶热电极热电极: 贵金属贵金属D=0.30.65mm， 普通金属普通金属D=0.53.2mm。 长度一般长度一般3502000mm。绝缘子绝缘子: 聚四氟乙烯、石英、陶聚四氟乙烯、石英、陶 瓷等材料。瓷等材料。 结构有单孔、双孔和四孔。结构有单孔、双孔和四孔。保护套管：有金属、非金属和金属陶瓷三类。保护套管：有金属、非金属和金属陶瓷三类。接线盒：用于导线与热电极连接。接线盒：用于导线与热电极连接。 前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计固定螺纹锥形保护管连接，高强度结构。固定螺纹锥形保护管连接，高强度结

17、构。用于用于P 30MPa、流速、流速 80m/s的测量。的测量。 常用连接方式：常用连接方式：螺纹连接或法兰连接，用于螺纹连接或法兰连接，用于P10MPa的测量。的测量。 前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计2. 铠装热电偶铠装热电偶 热电极与绝缘材料及金属套管经热电极与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸而成的可弯曲的坚实整体复合拉伸而成的可弯曲的坚实组合体。组合体。标准铠装型标准铠装型: 外径外径0.58mm，热电极，热电极0.11.3mm， 套管壁厚套管壁厚0.0751mm，长度，长度500m。 动态特性好。动态特性好。10s。寿命短。套管壁薄，热电极细。寿命短。套管壁薄，热电极

18、细。前往前往 适用于温度变化频繁、热容量较小、适用于温度变化频繁、热容量较小、结构复杂对象。结构复杂对象。第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计八、热电偶测温系统的组成八、热电偶测温系统的组成 BA0t0t现场控制室E1. 热电偶热电偶: 测温元件测温元件 2. 导线导线: 补偿导线补偿导线 3. 显示仪表显示仪表(输入输入mV，带冷端补偿，带冷端补偿) 模拟、数显或控制仪表、计算机模拟、数显或控制仪表、计算机 。（一温度显示或控制（一温度显示或控制 （二热电偶（二热电偶-变送器变送器-显示或控制显示或控制1. 热电偶热电偶: 测温元件测温元件 2. 导线导线: 补偿导线补偿导线 3. 温度变

19、送器温度变送器(输入输入mV，带冷端补偿，带冷端补偿) 4. 显示仪表显示仪表(输入输入4-20mA) 模拟、数显或控制仪表、计算机。模拟、数显或控制仪表、计算机。 前往前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计3. 显示仪表显示仪表(输入输入4-20mA) 数显仪表、计算机。数显仪表、计算机。 （三一体化温度变送器（三一体化温度变送器-显示或控制显示或控制1. 一体化温度变送器热电偶与变送器一体化）一体化温度变送器热电偶与变送器一体化） 不需补偿导线。不需补偿导线。2. 导线导线: 普通导线普通导线前往前往一体化温度变送器一体化温度变送器热电偶热电偶第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计前往

20、前往第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计一、测温原理一、测温原理 利用某些物质自身电阻随温度发生变化的特性。利用某些物质自身电阻随温度发生变化的特性。金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系。金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系。金属导体电阻金属导体电阻Rt=Rt01(t -t0) Rt 一温度为一温度为t的电阻值的电阻值; Rt0一温度为一温度为t0的电阻值的电阻值;一电阻温度系数。一电阻温度系数。半导体电阻半导体电阻RT =AeB/TRT一温度为一温度为T的电阻值的电阻值;T一绝对温度，；一绝对温度，； e一自然对数的底，一自然对数的

21、底，2.71828;A、B一常数，与材料有关。一常数，与材料有关。一般温度每上升一般温度每上升1: 导体电阻增大导体电阻增大0.360.68%；半导体电阻下降；半导体电阻下降36%。前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计二、常用金属热电阻二、常用金属热电阻 1. 铂热电阻铂热电阻测温范围：测温范围：-200850。分度号。分度号: Pt10 、Pt100。-2000范围：范围： Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t30850范围：范围： Rt=R0(1AtBt2）R00阻值；分别为阻值；分别为R0=10和和100。A=3.9080210-3 1/; B=-5.8019510-

22、7 1/2 ;C=-4.2735010-12 1/4 。平均电阻温度系数平均电阻温度系数=3.8510-3 1/。Pt10电阻丝较粗，主要用于电阻丝较粗，主要用于600以上温度测量。以上温度测量。特点：精度高、性能稳定可靠、抗氧化性好。特点：精度高、性能稳定可靠、抗氧化性好。 RtR0(1+t) 前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计2. 铜热电阻铜热电阻测温范围：测温范围：-50150。分度号：。分度号：Cu50、Cu100。特点：电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，特点：电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜， 电阻率低。电阻率低。R0分别为分别为50和和100。RtR0(1+

23、t) 平均电阻温度系数平均电阻温度系数=4.2810-3 1/。3. 热电阻结构热电阻结构（1普通型热电阻普通型热电阻电阻体：电阻体： 0.010.07mm电阻丝双线无感绕制而成。电阻丝双线无感绕制而成。 消除电流变化或外界交变磁场产生的感应电势。消除电流变化或外界交变磁场产生的感应电势。结构图结构图 若有温度梯度存在，检测值为感温元件所在范围内介质的平均温度。若有温度梯度存在，检测值为感温元件所在范围内介质的平均温度。 前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计内引线：工业用内引线：工业用 1mm，标准或实验室用，标准或实验室用 0.30.5mm。 保护管：同热电偶保护管，材质有金属或非

24、金属等。保护管：同热电偶保护管，材质有金属或非金属等。导线连接方式：为减少导线电阻对测量的影响，导线连接方式：为减少导线电阻对测量的影响， 采用三线制或四线制连接方式。采用三线制或四线制连接方式。 三线制连接三线制连接与测量桥路配合使用。与测量桥路配合使用。桥路平衡时：桥路平衡时： R2Rt + r）= R1R3 + r）rRrRRRRrR)rR(RRt 21231231桥路设计若满足桥路设计若满足R1=R2 ，则，则r可完全消去。可完全消去。前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计R0 = R3 初始固定电阻。初始固定电阻。RRR0tIrtfIrRIrRRIRIrRUUUttbcaca

25、b2)()2()2()2(00 )(tfR tRrr0R Uab不仅与被测温度不仅与被测温度t有关，且与有关，且与导线电阻导线电阻r有关，即与导线长度、环境温度等因素有关。有关，即与导线长度、环境温度等因素有关。改进前采用二线制有导线电阻影响：改进前采用二线制有导线电阻影响： tRrrr0R改进后采用三线制克服导线电阻影响：改进后采用三线制克服导线电阻影响： ItfRIIRRrIIrRrIIrRUUUttbcacab)()(2)(2)(00 前往前往 四线制连接四线制连接 与电压或电势输入的自动与电压或电势输入的自动平衡式仪表配合使用。平衡式仪表配合使用。电位差计测得电位差计测得U ，可得，可得 Rt=U/I 只要恒流源电流稳定，此方法不受任何条件限制，能消只要恒流源电流稳定，此方法不受任何条件限制，能消除连接导线电阻对测量的影响。除连接导线电阻对测量的影响。第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计前往前往第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计（2铠装热电阻铠装热电阻结构及特点与铠装热电偶相似。结构及特点与铠装热电偶相似。外径为外径为28mm，个别可制成，个别可制成1mm。优点优点: 外型尺寸小，响应速度快；外型尺