化工仪表及自动化第3章物位检测仪表、温度检测仪表

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 2内容提要内容提要n 物位检测及仪表物位检测及仪表n概述概述n差压式液位变速器差压式液位变速器n电容式物位传感器电容式物位传感器n核辐射物位计核辐射物位计n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪n 温度检测及仪表温度检测及仪表n温度检测方法温度检测方法n热电偶温度计热电偶温度计n热电阻温度计热电阻温度计n电动温度变送器电动温度变送器3内容提要内容提要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n测温元件的安装测温元件的安装n 现代检测技术与传感器的发展现代检测技术与传感器的发展n软测量技术的发展软

2、测量技术的发展n现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展4第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表5第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表6如：合成氨铜洗塔如：合成氨铜洗塔第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表7第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表8第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表9一、直读式物位计一、直读式物位计n 用带有刻度的透明物质用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示连通管，可以直接显示容器内液位的高低。容器内液位的高低。第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表10第四节第四节

3、 物位检测及仪表物位检测及仪表二、浮力式物位计二、浮力式物位计n 利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。11第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表磁性液位控制器磁性液位控制器浮球液位控制器浮球液位控制器12第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表浮球液位控制器浮球液位控制器13第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表浮球式液位计浮球式液位计浮筒液位计浮筒液位计14第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表15第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表调整箱组件调整箱组件浮筒浮筒浮球浮球连杆连杆非导非导磁管磁管下限水下限水银开

4、关银开关磁钢磁钢上限水银开上限水银开关关16第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 翻版式液位计的翻版由极薄的导磁金属制成，两面涂以显著不同的颜色。当磁性浮子随液面升降时，带动翻版绕小轴翻转。两种颜色的分界点即为液位。翻版式液位计翻版式液位计17第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表翻板式液位计工作原理动画演示翻板式液位计工作原理动画演示18第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表浮筒式液位计的检测元件是浸浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒（或沉筒）。没于液体中的浮筒（或沉筒）。浮筒所受浮力随液位发生变化。浮筒所受浮力随液位发生变化。此浮力变化再以力或位移变化的此浮力变化再以

5、力或位移变化的形式，带动电动或气动元件发出形式，带动电动或气动元件发出信号给显示仪表以显示液位，也信号给显示仪表以显示液位，也可以实现液位的报警和调节。可以实现液位的报警和调节。 浮筒式液位计浮筒式液位计19第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 将一质量为m的浮筒悬挂在弹簧上，弹簧的下端被固定，当测量桶内无水时，浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，有：0Cxmg 当测量筒内有一定高度的液位H时，浮筒受到液体的浮力上浮，xhH)(0 xxCghAmg根据力平衡：20第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表一般 xhxgACH从而被测液位H可表示为即弹簧的位移量与液位成正比。弹簧的顶端连接有一铁

6、芯，铁芯随着弹簧的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。)(0 xxCghAmg21第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表三、压差式物位计三、压差式物位计n 利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量。系进行测量。液体密闭容器液体敞开容器固体称重仓22第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表四、电容式物位计四、电容式物位计电容式液位计电容式液位计电容（绳）式料位计电容（绳）式料位计主要用于测量不导电流体主要用于测量不导电流体23第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表五、电极式物位计五、电极式物位计n 利用物料的导利用物料的

7、导电性能测量高电性能测量高低液位。低液位。n 也可以用于导也可以用于导电性较弱的液电性较弱的液体和潮湿固体。体和潮湿固体。24第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表六、核辐射式物位计六、核辐射式物位计n 放射线通过介质时，其放射线通过介质时，其强度衰减与物质的吸收强度衰减与物质的吸收系数和介质层厚度有关：系数和介质层厚度有关：n 目前，工业上使用的放目前，工业上使用的放射线物位计有连续式和射线物位计有连续式和间断式两种。间断式两种。HeII025第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表七、超声波物位计七、超声波物位计n 利用声波在空气中传播速度不变利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过

8、检测声波发射和反的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低。到物位的高低。n 注意事项：注意事项：n 确保反射波能回到探头；确保反射波能回到探头；n 防止物料对声波的吸收（如表面防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）。泡沫漂浮）。26第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n 二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器图3-39 差压液位变送器原理图图3-40 压力表式液位计27第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表ppgHpp21将差压变送器的一端接液相，另一端接气相将差压变送器

9、的一端接液相，另一端接气相因此gHppp21 当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图也可以在容器底部安装压力表，如图3-403-40所示。所示。28第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表gHp01211pgHghp0222pghpghghgHpp2221121ghhgHp2121图3-41 负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，一般来说在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力实际应用中，正

10、、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为则29第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表30第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 改变变送器的零点。 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。31第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表图3-42 正负迁移示意图图3-43 正迁移示意图 某差压变送器的测量范某差压变送器的测量范围为围为0 050005000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到50005000Pa时，变送器时，变送器的输出将由的输出将

11、由4 4mA变化到变化到2020mA，这是无迁移的情况，这是无迁移的情况，如左图中曲线如左图中曲线a所示。负迁所示。负迁移如曲线移如曲线b所示，正迁移如所示，正迁移如曲线曲线c所示。所示。 32第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表KPahhggHP84. 7212max1max2121hhggHPKPahhggHP24.37212min1min33第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以

12、及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。 34第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n 三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器dDLCln2图3-45 电容器的组成1内电极；2外电极通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。体的分界面。 35第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表dDLCln200dDHLdDHCln2ln

13、203-46 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为电容为 HKdDHCCCiXln200对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为当液位上升为H时，电容量变为时，电容量变为电容量的变化为电容量的变化为36第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 电容量的变化与液位高度电容量的变化与液位高度H H成正比。该法是利用被成正比。该法是利用被测介质的介电系数测介质的介电系数与空气介电系数与空气介电系数0 0不等的原理进不等

14、的原理进行工作，（行工作，（- -0 0）值越大，仪表越灵敏。电容器两）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。极间的距离越小，仪表越灵敏。 37第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易于固体间磨损较大，容易“滞留滞留”，可用电极棒及容器壁，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。组成电容器的两极来测量非导电固体料位。dDHCXln201金属电极棒；2容器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。量料位

15、的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为图3-47 料位检测38第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。发生变化这种情况。39第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n 四、核辐射物位计四、核辐射物位计辐射源接收器0HII e40第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表41第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表n 五、称重式

16、液罐计量仪五、称重式液罐计量仪该计量仪既能将该计量仪既能将，又能反映出罐中，又能反映出罐中。21121MgLLAppgHpp12HKHMLAL112HAM0AMH0杠杆平衡时杠杆平衡时由于由于（3-64）代入（代入（3-643-64）（3-65）如果液罐是均匀截面如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）42第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表02MKLiAMLAAKKi11图3-49 称重式液罐计量仪1下波纹管；2上波纹管；3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器式中式中如果液罐的横截面积如果液罐的横截面积A为常数，得为常数，得将式（将式（3-673-

17、67）代入式（）代入式（3-653-65），得），得02MAKL （3-68）43第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表0HLH由于tcLH2故雷达式液位计示意图cHt02n六、雷达式液位计六、雷达式液位计雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定 雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。及连续波调频法两种方式。44七、物位测量仪表的选型七、物位测量仪表的选型n 1.液面和界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式液面和界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。仪表。

18、n 2.仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性来选择。仪表的结构形式及材质，应根据被测介质的特性来选择。n 3.仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。求确定。n 4.仪表量程应根据工艺对象实际需要显示的范围或实际变化仪表量程应根据工艺对象实际需要显示的范围或实际变化范围确定。范围确定。n 5.仪表精度应该根据工艺要求选择。仪表精度应该根据工艺要求选择。n 6.根据具体情况选用防爆结构或采取防爆措施。根据具体情况选用防爆结构或采取防爆措施。45第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 温度是化工过程中最普遍而重要的操作

19、参数。温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。n所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；n温度决定一些反应能否进行和反应方向；温度决定一些反应能否进行和反应方向；n温度决定一些反应的进程程度；温度决定一些反应的进程程度；n温度显示反应的能量变化。温度显示反应的能量变化。n 温度不能直接测量温度不能直接测量。温度的测量都是通过温度传递到。温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其敏感元件后，其物理性质随温度变化而进行物理性质随温度变化而进行的。的。 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以

20、间接测量。 46第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 温度的定义：表征分子热运动的温度的定义：表征分子热运动的程度的物理量程度的物理量n 温标：衡量温度大小的标尺温标：衡量温度大小的标尺n摄氏：摄氏：n热力学：热力学：K Kn华氏：华氏： ET-IRMAN 温度安检门温度安检门47第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度是表征物体冷热程度的物理量。温度温度标志着物质内部大量分子标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。 模拟图模拟图：在一个密闭

21、的空间里：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！度比低温时快！48第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80 -80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30 -30

22、600600-20 -20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电偶偶铂铑铂铑- -铂铂镍铬镍铬- -镍镍硅硅镍铬镍铬- -考考铜铜0 0 16001600-50 -50 10001000-50 -50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200 -200 600600

23、 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 2000200

24、0测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 49第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 高温计、温度计标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、辐射高温计和热电偶温度计、热电阻温度计 接触式与非接触式 50第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表玻璃液体温度计玻璃液体温度计一、膨胀式温度计一、膨胀式温度计51第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(1)玻璃管温度计玻璃管温度计52第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表玻璃温度计玻璃温度计53利用水银的热胀冷缩和水银的

25、导利用水银的热胀冷缩和水银的导电性。电性。功能功能:(:(1 1）指示温度，）指示温度， （2 2）恒温自动控制。）恒温自动控制。 电接点式温度计电接点式温度计第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表54第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表55水银温度计的特点水银温度计的特点 （1）水银不易氧化；）水银不易氧化； （2）不沾玻璃；）不沾玻璃； （3）易提纯；）易提纯； （4）能在很大温度范围内（）能在很大温度范围内（-36365）保持液态；）保持液态； （5）特别是在）特别是在200以下它的体积膨胀与温度几乎以下它的体积膨胀与温度几乎呈线性关系。呈线性关系。第五节第五节 温度检测及仪表

26、温度检测及仪表56第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(2)双金属温度计双金属温度计n 双金属温度计的工作原理：双金属温度计的工作原理：双金属温度计是利用两种不同膨胀双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属片系数的金属片A A和和B B将其焊接在一将其焊接在一起并将一端固定。当温度发生变起并将一端固定。当温度发生变化时化时, ,膨胀悉数较大的金属片膨胀悉数较大的金属片B B伸伸长较多长较多, ,故其未固定端故其未固定端( (自由端自由端) )必然向膨胀系数较小的金属必然向膨胀系数较小的金属A A一一方弯曲变形。利用弯曲变形的大方弯曲变形。利用弯曲变形的大小不同小不同, ,从而可表示出温度

27、的高从而可表示出温度的高低不同。低不同。 57第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表58第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表59二、压力式温度计二、压力式温度计第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表60第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表三、辐射式温度计三、辐射式温度计61第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表携带式红外辐射温度计携带式红外辐射温度计 IR-TA IR-TA Fluke 60 Fluke 60 系列手持式红外温度计系列手持式红外温度计 62第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表四、热电偶温度计四、热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应

28、为基础的测温仪表。n不同金属具有不同的电子密度；不同金属具有不同的电子密度；n两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场热电现象；热电现象；n电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；n电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。+-扩散作用电场作用金属A金属B63第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表1、热电偶的测温原理、热电偶的测温原理n 热电势：两种不同的导体材料（或半导体）热电势：两种不同的导体材料（或半导体）A，B组成的闭组成的闭合回路。相接触时，合

29、回路。相接触时， A，B间存在电子的迁移，达到平衡时，间存在电子的迁移，达到平衡时，在接触的两端形成电势在接触的两端形成电势n 可用于点温度的测量可用于点温度的测量n 只与材料和温度只与材料和温度 有关，与热电偶的长度、直径无关有关，与热电偶的长度、直径无关n 接触电势和温差电势组成接触电势和温差电势组成ABBA热电偶示意图A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)热电现象64第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表热电偶温度计65第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表热电偶的工作原理66第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(1)接触电势接触电势 n 在一定温

30、度下，如果从金属在一定温度下，如果从金属A扩散到金属扩散到金属B去的电子数等于去的电子数等于从金属从金属B吸收金属吸收金属A的电子数时，就达到了动态平衡。这时的电子数时，就达到了动态平衡。这时金属金属A，B之间形成的电位差称为接触电势。之间形成的电位差称为接触电势。n 接触电势的大小与接头温度的高低和金属的种类有关，温度接触电势的大小与接头温度的高低和金属的种类有关，温度越高，两金属的自由电子密度差越大，则接触电势越大。越高，两金属的自由电子密度差越大，则接触电势越大。 67第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(2)温差电势温差电势n 温差电势：温差电势：同一金属导体两端温度不同而产生的

31、。同一金属导体两端温度不同而产生的。n 高温端流向低温端的自由电子与低温端被电场吸引流高温端流向低温端的自由电子与低温端被电场吸引流向高温端的自由电子达到了动态平衡，向高温端的自由电子达到了动态平衡， 这时的电位差这时的电位差称为温差电势称为温差电势 e，n 大小仅与金属材料及两端温差有关，而与几何尺寸及大小仅与金属材料及两端温差有关，而与几何尺寸及金属（导体）温度分布无关。金属（导体）温度分布无关。e(t,t0)可用下面的函数差可用下面的函数差来表示来表示n eA(t,t0)=eA(t)-eA(t0) 68第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t

32、0)eB(t,t0)0000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet 69第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(3)中间导体定律中间导体定律n 在热电偶回路中接入第三种均质导体后，只要保证所接入在热电偶回路中接入第三种均质导体后，只要保证所接入导体两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。导体两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。 70第五节第五节 温度检测及仪表温度检测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

33、C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温度均为接触处的温度均为t t0 0，则回路中的总热电势等于，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( ,)( )()()ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000( ,)( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，

34、只要保证两个接点的温度相同就可以和连接导线，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不影响热电偶的输出。对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。 tt0ABCC毫伏计71第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表例：求热电偶回路的电势。例：求热电偶回路的电势。 已知：已知：e eABAB(240)=9.747mV(240)=9.747mV，e eABAB(50)=2.023mV(50)=2.023mV，e eACAC(50)=3.048mV(50)=3.048mV， e eACAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。 解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+

35、eBCBC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)， 而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E= e E= eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中间导体定律解二：利用中间导体定律 E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBABA(50)+e(50)+eACAC(50)+e(50)+eCACA(10)(10) = e = eABAB(240) +e(240) +e

36、CACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV (50)=10.181 mV 。 72第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表(4)等值替代定律和补偿导线等值替代定律和补偿导线如果热电偶如果热电偶ABAB在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶CDCD在同在同一温度范围内所产生的热电势相等，一温度范围内所产生的热电势相等，即即 ，则这两支热电偶在该温度范围，则这两支热电偶在该温度范围内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。内是可以相互替换的，这就是所谓的热电偶等值替代定律。 00( ,

37、)( , )ABCDEt tEt tt0tAAABBBDCtt0tctc例例 如左图，设如左图，设 ，证明该回路的总热电势为证明该回路的总热电势为 00( , )( , )ABcCDcEt tEt t0( , )ABEt t73把冷端温度延伸到控制室，变为把冷端温度延伸到控制室，变为t t0 0，恒定，恒定t t0 0比较容易比较容易此时，测得的热电势为此时，测得的热电势为00( , )( , )( , )ABcABcABEt tEt tEt tDC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB如果选用一组较廉价的材料（如果选用一组较廉价的材料（C C

38、、D D），且），且CDCD在一定温度范围内所在一定温度范围内所产生的热电势与热电偶产生的热电势与热电偶ABAB在同一温度范围内所产生的热电势相等，在同一温度范围内所产生的热电势相等，就可以用就可以用CDCD来替代来替代ABAB的延伸段。的延伸段。00( , )( , )( , )ABcCDcABEt tEt tEt tCDCD即为热电偶即为热电偶ABAB的补偿导线，通常的补偿导线，通常CDCD采用比热电偶采用比热电偶电极材料更廉价的两种金属材料做成，电极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在一般在0 0100100范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有范围内要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有

39、几乎完全相同的热电性质。几乎完全相同的热电性质。在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，配，注意极性不能接错，热电偶与补偿导线连接处热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于的温度一般不能高于100100。 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表74第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表（5）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定

40、性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。证良好的互换性。 75第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，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：

41、 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、复制性和互换性好势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。 附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准规定，热电偶的分度表是以是以t t0 000为基准进行分度的。为基准进行分度的。当当t t00时，所有型号热电偶产生的热电势为时

42、，所有型号热电偶产生的热电势为0mV0mV；当当t0t0时，热电势为负值。时，热电势为负值。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S S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。即：。即：00( , )()ABEt tK tt76第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表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

43、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- - -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-

44、40-40800800-40-40700700-400-40030030018001800160016001200120090090075075035035077第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表（6）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶图3-59 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接线盒保护套管绝缘管热电偶安装法兰引线口78第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表接线盒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）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 79普通装配型普通

45、装配型热电偶的外形热电偶的外形安装安装螺纹螺纹第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表80第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表材 料工作温度/橡皮、绝缘漆珐琅 玻璃管石英管瓷管纯氧化铝管 80 150 500120014001700表表3-5 3-5 常用绝缘子材料常用绝缘子材料表表3-6 3-6 常用保护套管常用保护套管材 料e4工作温度/无缝钢管不锈钢管石英管瓷管Al2O3陶瓷管 600100012001400 1900以上贵重金属热电极的直径一般为贵重金属热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属热电极的直，普通金属热电极的直径一般为径一般为0.50.53.

46、2mm3.2mm；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为一般为3503502000mm2000mm。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81第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 铠装热电偶铠装热电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。 82第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表

47、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铠装型热电偶是由热电极、绝缘材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料和金属套管三者经过拉伸加工成型的型的金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等温合金等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。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2 28mm8mm，在使用中可以随测量，在使用中可以随测量需要任意弯曲。需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、

48、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用广泛。 83铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达长达上百米上百米薄壁金属薄壁金属 保保护套管（铠护套管（铠体）体） BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶横截铠装型热电偶横截面面第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表84第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。测量高温熔融物体一种专用热电偶。 热电偶的结构形式可根据它的用途和安装位置来确定。在热电偶选型时，要注意三个方面：热电极的材料；保护套管的结构，材料及耐压强度；保护套管的插入深度。 主要由测

49、温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合成一整体，不可拆卸，故为一次性使用。 85第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表SWK-2 SWK-2 表面温度计表面温度计 具有数字显示、读数直具有数字显示、读数直观、精度高、操作简单之特点。观、精度高、操作简单之特点。数显仪内设有热电偶冷端自动补数显仪内设有热电偶冷端自动补偿电路，开机测量，无需调整。偿电路，开机测量，无需调整。 MXM1310 MXM1310 表面温度计表面温度计 1310 1310数字温度计是

50、一起具有较数字温度计是一起具有较高性能的温度计，配用分度热电偶。高性能的温度计，配用分度热电偶。采用反馈式线性补偿电路，测量精度采用反馈式线性补偿电路，测量精度高，测量范围宽。高，测量范围宽。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。 86第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表2、补偿导线的选用、补偿导线的选用图3-61 补偿导线接线图 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既采用一种专用导线，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。能保证热电偶冷端温度

51、保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。见左图。 87第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表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100，冷端为，冷端为00时的标准热电势时的标准热电势/mV/mV正极正极负极负极材料材料颜色颜色材料材料颜色颜色铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜铜红红红红红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍绿绿蓝蓝棕棕白白0.6450.0370.0374.0954.0950.1050.105

52、6.3176.3170.1700.1704.2774.2770.0470.047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88热电偶补偿导线的外形图第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表89第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表3、冷端温度的补偿、冷端温度的补偿 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为。一般采用下述几种方法。（1 1）冷端温度保持为）冷端温度保持为的方法的方法图3-61 热电偶冷端温度保持的方法n 在精密测温中在精密测温中,一般要求热电偶温度保一般要求热电偶温度保持为持为0摄氏度，通常采用冰

53、点槽。用清摄氏度，通常采用冰点槽。用清洁的水制成冰屑与清洁的水相混合盛洁的水制成冰屑与清洁的水相混合盛于冰点槽的保温瓶内，并使其达到平于冰点槽的保温瓶内，并使其达到平衡而保持恒定的衡而保持恒定的0摄氏度摄氏度, 使用时将热使用时将热电偶冷端放在插入冰点槽的试管底部电偶冷端放在插入冰点槽的试管底部n 恒温法是准确度很高的冷端处理方法，恒温法是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较麻烦然而使用比较麻烦,需要保持冰水两相。需要保持冰水两相。90第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法 在实际生产中，冷端温度往往不是0，而是某一温度t1，这就引起测量误差。

54、因此，必须对冷端温度进行修正。 0 ,0 ,11tEttEtE某一设备的实际温度为某一设备的实际温度为t，其冷端温度为，其冷端温度为t1 1，这时测得的，这时测得的热电势为热电势为E（t，t1）。为求得实际。为求得实际t 的温度，可利用下的温度，可利用下式进行修正，即式进行修正，即 0 ,0 ,11tEtEttE因为因为91第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势 E（t，t1），加上热端为室温，加上热端为室温t，冷端为，冷端为00时的热电时的热电偶的热电势偶的热电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热

55、电，才能得到实际温度下的热电势势E（t，0）。 用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，在连续测量中显然是不实用的。时测温，在连续测量中显然是不实用的。 92第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表VE18010 ,30例例6 6 用镍铬用镍铬- -铜镍热电偶测量某加热炉的温度。铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势测得的热电势E（t，t1）66982V，而自由端，而自由端的温度的温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。 解解由附录三可

56、以查得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则再查附录三可以查得68783V对应的温度为900。 93第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电势对应的温度值加上自由端的温度，并不等于实际的被测温度。 譬如在上例中，测得的热电势为66982V，由附录三可查得对应温度为876.6，如果再加上自由端温度30，则为906.6，这与实际被测温度有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。 94第五节第五节 温度检测及仪表温度

57、检测及仪表（3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法注意：注意：只能在测温要求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。n 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时仪表的机械零点为仪表输入电势为零时,指针停留的刻度点指针停留的刻度点, 也就是仪表的起始点。若预知热电偶冷端温度为也就是仪表的起始点。若预知热电偶冷端温度为t0,在此时在此时相当于人为给仪表输入热电势相当于人为给仪表输入热电势EAB(t0, 0),在接通测温回路后在接通测温回路后,输入仪表的热电势为：输入仪表的热电势为：n EAB(t,t0) + EAB(t0,0) = EAB(t,0) n 使仪表指针指示热端温度使仪表指针指示

58、热端温度t值。值。n 仪表机械零点调整法比较简单仪表机械零点调整法比较简单, 如热电偶冷端温度波动频如热电偶冷端温度波动频繁繁,变化较大变化较大,不宜采用此法不宜采用此法95第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0(, )Et t0(, )Et t+96第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表00( ,)()abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t97第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 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

59、种补偿电桥时须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3-62 具有补偿电桥的热电偶测温线路98第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表（5 5）补偿热电偶法）补偿热电偶法图3-63 补偿热电偶连接线路n 在工业生产中为了有效利用控制盘和节省显示仪表，常通过多在工业生产中为了有效利用控制盘和节省显示仪表，常通过多点切换开关把几只甚至几十只同一分度号的热电偶接到一块表点切换开关把几只甚至几

60、十只同一分度号的热电偶接到一块表上。这时可将各热电偶的冷端用补偿导线引至温度变化比较小上。这时可将各热电偶的冷端用补偿导线引至温度变化比较小的地方，然后共用一个桥式补偿器进行冷端温度补偿。的地方，然后共用一个桥式补偿器进行冷端温度补偿。99第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表五、热电阻温度计五、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。测量较为适宜。 是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。 图3-64 热电阻温度计100第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表：金属热