温度测量与变送

温度测量与变送第1页，课件共27页，创作于2023年2月第二节膨胀式温度计物体热胀冷缩性质制成的仪表，液、气、固。玻璃管液体温度计：毛细管内液体体积Vt=Vt0（α-α’)(t-t0）(5-2)

α液体体积膨胀系数越大越好

α’盛液容器体积膨胀系数越小越好工业级、标准级、实验室级三种。压力式温度计：密闭容器内液体气体或者低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积变化压力变化的原理一定质量的气或液Pt-Pt0=α(t-t0）/β

β气体的压缩系数外部体积不变时，压力与温度成线性关系。温包、毛细管、弹簧管、表头组成。第五章温度测量与变送第2页，课件共27页，创作于2023年2月双金属温度计两种不同膨胀系数的金属片为主要敏感元件的仪表。膨胀系数差别越大越好。为提高灵敏度，双金属片作成螺旋状，加大变形量，总变形量为单圈弹簧管的n倍。选型和安装时注意轴向和径向结构的区别第五章温度测量与变送第3页，课件共27页，创作于2023年2月第三节热电偶温度计广泛使用、集中控制、远传记录、高精度可靠，结构简单、使用方便组成：热偶，连接导线，显示仪表原理：冷端：热偶的感受被测温度一端，工作端。热端：连接导线、仪表的端，自由端热点效应（现象）：热偶两端温度不同时，回路即产生电势的现象；电势叫热电势。包括温差电势、接触电势。温差电势：同一导体两端温度不同时，因高端电子的能量高，从高端移动到低端的电子比从低端移动到高端的电子多，结果电子的分配不平衡，形成带电现象。接触电势：不同导体的电子密度不同，密度高的向低的方向移动，结果电子的分配不平衡，形成电场，方向阻止电子的继续移动，待平衡时稳定，平衡时的电势为接触电势。第五章温度测量与变送热电偶原理图TT0AB热端冷端第4页，课件共27页，创作于2023年2月eAB（t）为A、B的接触电势eA（t，to）为A的温差电势eAB（t，to

）=eAB（t）-eAB（to

）eAB（t）=-eBA（t）两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。第五章温度

测量与变送

A

B

T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB第5页，课件共27页，创作于2023年2月结论

：热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB0(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NBB)=0，也即EAB(T，T0)=0。第五章温度测量与变送第6页，课件共27页，创作于2023年2月对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为T1、T2、

…、Tn，冷端温度为零度的热电势。其热电势为

E=EAB（T1）+EBC（T2）+…+ENA（Tn）

热电偶回路的性质均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。第7页，课件共27页，创作于2023年2月两点结论：l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：T023ABEABT1T2CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(b)C23T2T1AaBEABaA(a)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三种材料接入热电偶回路图第8页，课件共27页，创作于2023年2月电位计接入热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。

ET0T0T第9页，课件共27页，创作于2023年2月T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）第10页，课件共27页，创作于2023年2月EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0热电偶补偿导线接线图E对于冷端温度不是零度时，为热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0℃时，则：只要T1、T0不变，接入AˊBˊ后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A′、B′(如图)即引入所谓补偿导线时，当EAA΄(T2)=EBB΄(T2)，则回路总电动势为第11页，课件共27页，创作于2023年2月热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产。二、热电偶的常用材料与结构第12页，课件共27页，创作于2023年2月常用热电偶1铂铑30-铂铑6（分度为B）：长时间1600度，短时间1800度，冷端在40度以下时可不补偿。2铂铑10-铂（分度为s）：长时间1300度，短时间1600度。精度稳定。镍洛-镍硅（分度为K）：镍洛正极-镍硅负极、镍洛-镍硅长时间1000度，短时间1200度。精度稳定3镍铬（ge）康铜分度为E，测温范围-200—870度，热电势高，价格便宜4铜-康铜（分度为T），铜正，康铜负；-200—300度，廉价金属热偶中精度最高，低温测量灵敏度高，高温易氧化。5铁-康铜（分度为J）铁正，康铜负；-40—750度，硫对它腐蚀。第五章温度测量与变送第13页，课件共27页，创作于2023年2月热电偶结构：

1普通型0.3—0.65mm，0.1贵重金属丝；0.5—3.2mm金属丝。

2铠装型可弯曲外径0.25—12mm，热电级直径0.025—1.3mm，偶长达100米，相应时间短，时间常数小于10s3薄膜型响应时间短，时间常数小于0.01S4热套型外部结构强度第五章温度测量与变送第14页，课件共27页，创作于2023年2月热电偶的冷端温度补偿热电偶的热点是只有在冷端温度恒定时才与被测温度呈单值对应关系。一般在100度范围内，取电特性基本相近的廉价金属为补偿导线。补偿导线分为补偿型C和延长型X；补偿型用于贵重金属热偶，不同材质；延长型采用同种材质，廉价金属热偶。无论延长型还是补偿性，补偿导线本身不能补偿热电偶的冷端温度变化，只能起到冷端延伸作用，改变冷端位置。补偿办法：冰点法，计算修正法，仪表零点校正法第15页，课件共27页，创作于2023年2月热电偶的冷端温度补偿冰点法:将热电偶的冷端分别插入盛有冰水混合物的保温容器内，使之保持冷端温度为0度。计算修正法：E(t,0)=E(E(t,t0)+E(t0,0)E(t0,0)为冷端为0热端为t0,时的热电势查表可得E(t0,0)的值，代入公式可求出E(t,0)的值，在查表可得到温度值。例：仪表零点校正法:冷端温度相对稳定时，可采用此法，先将冷端形成的热电势加到仪表上，以此作为仪表的零点开始计算，调零。如1.5mv，那么以1.5mv对应的温度值作为仪表的起始点。补偿电桥法：将一只阻值随温度变化的电阻接入稳压供电的电桥中，作为一支臂，将桥路的输出串联接入电偶的输出回路中，将冷端的温度变化一温变电阻的变化，由转换成电桥的输出变化，弥补冷端非零的测量误差。第16页，课件共27页，创作于2023年2月第四节热电阻温度计在零下200度到零上500度范围内常采用热电阻测温。但是动态特性不如热电偶，慢。测温原理：金属：电阻温度系数，在一定温度范围内，近似为常数。非金属：T绝对温度kA、B位于半导体材料结构有关的系数测量：特定热电阻测温计的阻值与温度有对应关系，测得阻值即可知道温度值，实现测温。第17页，课件共27页，创作于2023年2月负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性NTC的电阻—温度关系的一般数学表达式为：RT、RT0——温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值；

BN——NTC热敏电阻的材料常数。

由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于450℃），都能利用该式，它仅是一个经验公式。如果以lnRT、1/T分别作为纵坐标和横坐标，则上式是一条斜率为BN，通过点(1/T，lnRT)的一条直线。

第四节热电阻温度计第18页，课件共27页，创作于2023年2月第四节热电阻温度计要求：电阻温度系数高，灵敏度高；物理化学特性稳定，长期使用；电阻率高，体积小；线性，精度高；便宜。镍、铂、铜、铁等常用热电阻：普通型：铂丝0.07，铜0.1，双绞绕在绝缘子上，外引线一般为1mm直径。铠装型：小、快、方便、2—8毫米，或1毫米。常用热电阻：铂丝，电阻率高，电阻温度系数小，测温范围为-200---850度-200---0时0---850度时A=3.908X10-31/ºC

B=3.908X10-71/ºC2C=3.908X10-121/ºC2平均温度系数3.85X10-31/ºC。Pt100，Pt10两种，0度时100，10欧姆。后者粗用于600度以上温度测量。第19页，课件共27页，创作于2023年2月第四节热电阻温度计铜电阻线性度高，温度系数大，便宜；易氧化阻值与温度的关系：a=4.25---4.28X10-31/ºC

国内有Cu50，Cu100两种，0度时分别为50，100欧姆。第20页，课件共27页，创作于2023年2月半导体热电阻/热敏电阻热敏电阻的特点铁锰钼钛等氧化物1．电阻温度系数的范围甚宽有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大10～100倍左右。多为负温度系数。

2．材料加工容易、性能好可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为0.2mm。

3．阻值在1～10M之间可供自由选择使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。

4.电阻度系数：第21页，课件共27页，创作于2023年2月半导体热电阻/热敏电阻的

特性与外形半导体热电阻/热敏电阻的缺点：电阻的复现性较差，互换性较差，非线性严重，随时间变化，测量精度不高灵敏性高(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)65432112D0.2~0.5A型B型(j)第22页，课件共27页，创作于2023年2月测温元件的安装热敏电阻的安装(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)油测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式第23页，课件共27页，创作于2023年2月测温元件的连接热电偶采用对应的补偿导线，极性，导线阻值满足仪表的要求少接头，少故障；远高压，少干扰；注意导线的保护，走管，走槽非