第7讲 热电偶

1、化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 一、定义：一、定义： 表征物体冷热程度的物理量。表征物体冷热程度的物理量。18n 二、温度的单位：二、温度的单位： 国际单位为国际单位为热力学温标(K)。 其他温标有其他温标有华氏温标( )、摄氏温标() T = 1.8t + 32 （t为摄氏温度数，为摄氏温度数，T为华氏温度数）为华氏温度数） 381.8+32=100.4 K=+273.15 三、各种温度：三、各种温度：化学工业出版社化学工业出版社 n

2、第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 特殊温度特殊现象特殊温度特殊现象n 非金属材料在低温下也能表现出磁性非金属材料在低温下也能表现出磁性 n 空气在空气在-190时会变成浅蓝色液体，时会变成浅蓝色液体，n -140：液氮低温加工橡胶品：液氮低温加工橡胶品 n -130：地球：地球最低气温最低气温 ，南极南极最高峰最高峰文森峰文森峰 n -110：酒精温度计，温度计中红色的液体是：酒精温度计，温度计中红色的液体是酒精酒精，酒精，酒精在在-117才会凝结。才会凝结。 n -90：地球陆地最低温：地球陆地最低温 n -80：SARS病毒病毒仍可存活仍可存活 n -70：北极北极最低气温最低

3、气温 n -52.3：中国最冷气温，世界上最不怕冷的花，是出产：中国最冷气温，世界上最不怕冷的花，是出产在中国的在中国的雪莲雪莲， 化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 40：人体自身的温度极限：人体自身的温度极限 n 5060：地球现最热温度：地球现最热温度 n 70：人类味觉最宜的温度：人类味觉最宜的温度 n 500：聚光式太阳灶聚光式太阳灶 n 700：烟头的温度：烟头的温度 n 800：火山熔岩温度：火山熔岩温度 n 1000：钻石钻石的形成，的形成， 在地下在地下100至至300公里深；温度接公里深；温度接近近1000的地底形成的地底形成 。

4、化学工业出版社化学工业出版社 n 高温计（600以上）、温度计（600以下） 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式 n 四、温度检测方法四、温度检测方法 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间接测量。 任何两种冷热程度不同的物体接触时间足够长，则温度从高温体向低温体传递，最终趋于平衡，此现象称为热平衡。化学工业出版社化学工业出版社 n 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

5、，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 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

6、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 -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

7、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 20002000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 19化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表图3-50 双金属片

8、00图3-51 双金属温度信号器201双金属片；2调节螺钉；3绝缘子；4信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。Lt=lt01+(t-t0)化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表21 它是根据在封闭系统中的液体、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。图3-52 压力式温度计结构原理图 1传动机构；2刻度盘； 3指针；4弹簧管；5连杆；6接头；7毛细管；8温包；9工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度

9、的变化来测温的仪表叫。 Vt=Vt01+(t-t0)化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 温包 毛细管 弹簧管（或盘簧管） 22注意事项注意事项 温包必须为高强度、小膨胀系数、高热导率、抗腐蚀性材料，长度不宜过长。化学工业出版社化学工业出版社 n 是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表n 二、热电偶温度计二、热电偶温度计23是以热电效应为基础的测温仪表。图3-53 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

10、量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。 图3-54 热电偶示意图化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表24图3-55 热电现象图3-56 接触电势形成的过程图3-57 热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或化学工业出版社化学工业出版社 n 两导体自由电子密度两导体自由电子密度NANB化学工业出版社化学工业出版社 n NA=NB，则，则化学工业出版社化学工业出版社 n 3、中间导体理论：、中间导体理论：4、中间温度定律、中间温度定律化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第

11、五节 温度检测及仪表温度检测及仪表30（4 4）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化学工业出版社化学工业出版社 n 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31化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五

12、节 温度检测及仪表温度检测及仪表32 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。 优点优点 反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。化学工业出版社化学工业出版社 n 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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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

13、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。33化学工业出版社化学工业出版社 n 常用热电偶分类：常用热电偶分类：1、热电偶材料应满足的条件：、热电偶材料应满足的条件： （1）灵敏度尽量高。（几十毫伏）灵敏度尽量高。（几十毫伏） （2）物理化学性能要稳定。）物理化学性能要稳定。 （3）E与与t有线性关系。有线性关系。 （4）电阻温度系数要小。）电阻温度系数要小。 Rt=Rt01+(t-t0) （5）便于加工成丝。）便于加工

14、成丝。 （6）复现性好。）复现性好。化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表常用热电偶常用热电偶 测量范围测量范围 名称名称 分度号分度号 （长期）（短期）（长期）（短期）1、铂铑铂铑1010- -铂铂 S 1300 1600S 1300 16002、镍铬、镍铬-镍硅镍硅 K 1000 12003、镍铬、镍铬-铜镍铜镍 E 600 800化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表铂（铂（Platinum）：化学符号为）：化学符号为Pt，熔点，熔点1773。延展性强，。延展性强，可拉成很细的铂丝，可拉成很细的铂丝，化学性质化学

15、性质极其稳定，不溶于强酸强碱，极其稳定，不溶于强酸强碱，在在空气空气中不氧化。纯白金硬度较低，首饰用的白金为中不氧化。纯白金硬度较低，首饰用的白金为Pt900、Pt950等。等。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表镍（镍（nickel）：）：化学符号Ni，可用来制造货币等，镀在其他金属上可以防止生锈。熔点1455 。（金川镍）铬（铬（chromium）：）：化学符号Cr,银白色金属，质极硬，耐腐蚀。熔点185720，铬镀在金属上可以防锈，铬用于制不锈钢，不锈钢中的主要合金元素是Cr（铬），只有当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性。 镍铬合金：镍铬合金：

16、耐腐蚀，价格低廉，常用烤瓷牙材料。 化学工业出版社化学工业出版社 n n 热电偶分度表（热电偶分度表（mV /V）化学工业出版社化学工业出版社 n n 三种常用热定偶性能比较三种常用热定偶性能比较灵敏度最高的是E，最低为S。测量范围相反。化学工业出版社化学工业出版社 n 化学工业出版社化学工业出版社 n 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表34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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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