項目二溫度測量

1、項目二 溫度測量項目二 溫度測量任務八 熱電偶溫度計任務九 熱電阻溫度計任務十 溫度顯示儀表測溫原理定理證明補償方法任務七 概述測溫原理動圈表顯示原理1 任務七 概述一、溫度的概念 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量，溫度的冷熱有物體內(nèi)部分子運動快慢來決定。從微觀上講，物體溫度的高低標志著組成物體的大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度，即對其分子平均動能大小的一種量度。二、溫標的概念 所謂“溫標”即衡量物體溫度高低的標尺。只有建立精確的溫標，才能準確地測取溫度。不同的溫標表示同一點的溫度只是數(shù)值不同。下面介紹四種溫標： 1、攝氏溫標 也叫百分溫標，利用水銀等物體體積的熱脹冷縮的性質(zhì)建立起來的。標準大氣壓下

2、，冰的融點為0，水的沸點為100，0到100之間分成一百等分，每份為1。 2、華氏溫標 在標準大氣壓下，冰的融點為32，水的沸點為212，中間分成180等分，每一等分為一華氏度，即1。攝氏溫標與華氏溫標之間的關(guān)系為 華氏溫度=(1.8t+32) 式中：t代表攝氏溫標的溫度示值。 華氏溫度單位在我國法定計量單位中已被淘汰 23、熱力學溫標 熱力學溫標是以熱力學第二定律為基礎(chǔ)的溫標，它已由國際權(quán)度大會采納作為國際統(tǒng)一的基本溫標。熱力學溫標又稱開氏溫標(以符號K表示)，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度(或稱最低理論溫度)。熱力學溫標是純理論的，不能付諸實用， 4、國際實用溫標 t = T -27

3、3.15 t為攝氏溫度，T為K氏溫度。3三、測溫儀表的分類1按使用范圍分(1)高溫計測量溫度在600以上；(2)溫度計測量溫度在600以下。2按測溫原理分(1)膨脹式溫度計；(2)壓力式溫度計；(3)熱電阻溫度計；(4)熱電偶高溫計；(5)輻射式高溫計。3按測量方式分(1)接觸式如膨脹式溫度計；(2)非接觸式如輻射式高溫計。45 任務八 熱電偶溫度計 熱電偶是由兩根不同材料的導體A和B焊接或絞接而成。焊接的一端稱作熱電偶的熱端或工作端，連接導線的一端稱為熱電偶的冷端或自由端。一、熱電偶測溫原理1、溫差電動勢(湯姆遜電動勢) 當一種均質(zhì)導體(N處處相等)其兩端溫度分別處于T T0時，由于導體兩端

4、電子擴散數(shù)量不等而最終造成兩端平衡了的電位差，這種電位差稱為溫差電動勢，也稱湯姆遜電動勢，用eA(T，T0)表示之。湯姆遜系數(shù)，表示單一導體兩端單位溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電勢，與材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)。 62、接觸電動勢（玻爾帖電勢） 當兩種不同材料的導體接觸時，由于它們的自由電子密度不同，形成電子在兩個方向上擴散速率不同從A 擴散到B 的自由電子比B到A的多，結(jié)果A帶正電B帶負電，在A和B的接觸面形成一靜電場，方向由A到B，這個靜電場阻礙電子繼續(xù)擴散，當擴散作用與阻礙作用平衡時形成一電勢稱為接觸電勢。計作eAB（t）。其中： k 波爾茲曼常數(shù): T 節(jié)點所處溫度； e 電子電荷: NA、N

5、B 導體A、B的電子濃度；7 3.回路總電勢：用小寫e表示接觸或溫差電勢，用大寫E表示回路總電勢，且 ，則如下圖所示，有：其中：導體A、B的湯姆遜系數(shù)；導體A在結(jié)點溫度為T、T0時的電子密度；導體B在結(jié)點溫度為T、T0時的電子密度；ABTT08 它與熱電偶的長短、粗細形狀無關(guān)。因此，只要測出熱電勢的大小，就能得到熱端溫度(被測溫度)的數(shù)值。這就是熱電偶的測溫原理。 不同材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的，可在分度表中查得，分度表中數(shù)據(jù)都是以t0=0的條件下進行分度的，配套使用的儀表也是以冷端為零度進行刻度的，如實際測溫時，t0不是0，則熱電勢與溫度間的關(guān)系可按下式進行計算： EA

6、B(t，t0)=EAB(t，0)-EAB(t0，0)9 二、熱電偶的基本定律及其應用1均質(zhì)導體定律 由一種均質(zhì)導體A組成的熱電偶回路，無論兩接點溫度如何，也不論其幾何尺寸如何，總熱電勢 EAB(T，T0)=0。 因為它們的電子密度都是NA。如果有熱電勢產(chǎn)生，即說明熱電極是不均勻的或不相同的， 應用:檢查熱電極的不均勻性。推論：(1)不同材質(zhì)導體A和B組成的熱電偶回路，兩端溫度相同，總熱電勢仍為零，因兩端接觸電勢相同，方向相反而互相抵消。(2)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與材質(zhì)及兩端接點溫度有關(guān)，而與熱電極的長短、粗細、形狀以及中間溫度分布無關(guān)，所以材質(zhì)相同的熱電偶可以互換。 102中間導體定律 熱電偶回

7、路中接入第三種材料的導線，只要第三種材料導線的兩端溫度相同，就不會影響熱電偶的熱電勢，熱電偶測溫系統(tǒng)就是這一原理的實際應用，第三種材料C把熱電偶和表頭連接起來的。同理，在回路中接入更多的導體，只要保證引入的同一種導體兩端溫度各自相同，就不會影響熱電偶的熱電勢值。 112 中間導體定律證明在熱電偶回路中插入第三中導體不會改變原回路的電勢大小.123中間溫度定律 熱電偶絲A和B在接點溫度t、t0時的熱電勢等于熱電偶絲A和B在接點溫度為t、tn和tn、t0時的熱電勢總和。 用公式表示 EAB(t，t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)(25) 中間溫度定律為補償導線和分度表的應用提供了理論

8、依據(jù)。13證明：E=E1+E2即得：當T0=0時，有：其中，Tn稱為中間溫度。14 三、常用熱電偶的種類目前為國際上公認的、已經(jīng)標準化的有下列幾種。1鉑銠10-鉑熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶分度號為S，原分度號為LB3。2鎳鉻一鎳硅熱電偶鎳鉻一鎳硅熱電偶分度號為K，原分度號為EU2。3鎳鉻一考銅熱電偶鎳鉻一考銅熱電偶分度號為E，原分度號為EA2。4鉑銠30-鉑銠6熱電偶鉑銠30-鉑銠6熱電偶新分度號為B，原分度號為LL2。15 四、熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式1熱電偶的構(gòu)造 1-熱電極 2-絕緣子 3-保護管 4-接線盒。 162熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)它的用途和安裝位置的具體情況來決定

9、的。除上述帶有保護套管的形式外，還有薄膜式、熱套式和鎧裝型熱電偶。 17 五、熱電偶的冷端溫度補償1冰點法 如果把冷端置入于溫度為O的環(huán)境中，就不需要加以冷端溫度的補償，直接利用分度表獲知熱端溫度，因為分度表是基于冷端溫度為O時計算出來的。冰點槽很容易提供溫度為0的環(huán)境。冰點法具有實現(xiàn)方便、測量準確的優(yōu)點，但這種方法只能局限于實驗室中，在線測量一般不會采用。182計算法 如果冷端溫度為t0時測得的熱電勢為EAB(t，t0)，那么就可以采用下式求出EAB(t，0)，再查表得出熱端溫度t。E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)19 3. 儀表機械零點調(diào)整法將實線取掉留下虛線部分就構(gòu)成了實際的

10、溫度測量儀表,盡管熱電偶輸入給儀表的是電壓,但顯示的是溫度數(shù)字.注意:由于儀表實際上就是將表格簡化后制成表盤,所以測量要求和表格相同,冷端溫度必須為零,否則會出現(xiàn)誤差.調(diào)整指針在沒有電壓輸入時就指向20,相當于永遠給回路增加了EAB(20,0)電勢.1.8734.2347.345204. 補償導線法 無論那種測量方法都希望冷端溫度不要變化，最好等于0，但實際使用中，冷端離管道比較近時，受管道溫度波動影響比較大，容易變化，如果延長熱電偶長度，由于熱電偶材料非常昂貴，經(jīng)濟不劃算。能否為熱電偶尋找”替身”，要求在低溫下能代替即可.補償導線(目標:延長熱電偶)。補償導線也有型號區(qū)分。215.補償電橋法

11、 補償電橋(又稱冷端溫度補償器)法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來補償熱電偶因冷端溫度變化引起的熱電勢變化值，從而達到等效地使冷端溫度恒定的一種自動補償法。 22 任務九 熱電阻溫度計一、測溫原理熱電阻是使用金屬材料制作而成的電阻。 實驗證明：大多數(shù)金屬在溫度每升高1時，其電阻值要增加0.40.6；而半導體的電阻值卻隨著溫度的升高而減小，在20左右，溫度每變化1，其電阻值要變化-2-6。若能設(shè)法測出電阻值的變化，就可相應地確定溫度的變化，達到測溫的目的。 熱特性:溫度升高阻值增加，溫度降低阻值減小。利用這種變化制作專門顯示儀表顯示溫度。 由此可知，熱電阻溫度計和熱電偶溫度計的測量原理是不同的

12、。熱電偶溫度計是把溫度的變化通過測溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為熱電勢的變化來測量溫度的，而熱電阻溫度計則是把溫度的變化通過測溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來測量溫度的。2324二、常用熱電阻 常用的標準熱電阻有鉑電阻和銅電阻。鉑電阻測量范圍寬且精度高，一般可以作為真值使用。銅電阻由于外層為漆包線，所以測量溫度范圍小。251鉑熱電阻 鉑電阻的特點是精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，但是在還原性介質(zhì)中，特別是高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸氣所玷污而變脆，并改變電阻與溫度間關(guān)系。為了克服上述缺點使用時熱電阻芯應裝在保護套管中。在0630.74范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示Rt=R0(1+At+Bt2

13、)中Rt溫度為t時熱電阻的電阻值；R0溫度為t0時熱電阻的電阻值。IPTS-68規(guī)定，A常數(shù)，A=3.9684710-3-1，B常數(shù)，B=-5.84710-7-1。 我國常用的工業(yè)鉑電阻Ptl00分度號取R0=100，Pt50分度號取R0=50，標準或?qū)嶒炇矣勉K電阻的R0為10或30。 測溫范圍：-259.34630.74。2627282銅熱電阻 工業(yè)上常用銅熱電阻來測量-50+150范圍的溫度，銅容易提純，價格比鉑便宜很多，電阻溫度關(guān)系是線性的，用公式Rt=R0(1+t)表示，。=(4.254.28)10-3。但是銅的電阻率比鉑的電阻率約小56，所以制成一定電阻值的熱電阻時，與鉑相比，若電阻

14、絲的長度相同時，則銅電阻絲就很細，機械強度降低，若線徑相同，長度則增高許多倍，體積增大。此外，銅在100以上容易氧化，抗腐蝕性能又差，所以工作溫度不超過150。分度號Cu100，Cu50。29三、熱電阻的技術(shù)特性 鉑熱電阻的精度等級：（0時電阻的允許誤差為0.05%）（0時電阻的允許誤差為0.1%）。銅熱電阻的精度等級：（0時電阻的允許誤差為0.05%）（0時電阻的允許誤差為0.1%）兩級。四、熱電阻的故障 熱電阻的故障常見的是斷路，可先找出斷線處重新焊好，即可繼續(xù)使用。修理后的熱電阻必要時應重新校驗。30 任務十 溫度顯示儀表1、XCZ-101配接熱電偶的動圈表312） XCZ-102（和熱電阻配套使用的動圈表）能測量電壓的儀表323334英語小知識Combustion chamber soot blower燃燒室吹灰器 Convection heating surface