溫度測量常識

溫度測量的基本常識擔(dān)當(dāng)者:朱基千培訓(xùn)目的

培訓(xùn)要求

可以正確說明安裝在現(xiàn)場的各種溫度測量儀表的種類及原理.本教材主要幫助生產(chǎn)操作人員正確理解安裝在現(xiàn)場的各種溫度測量儀表的原理及工作的基本知識.儀表維護(hù)人員在溫度儀表的故障處理過程中,應(yīng)該以基本理論為基礎(chǔ),嚴(yán)格按照操作規(guī)程,正確處理.

目錄

1.概述2.按測量方法進(jìn)行分類3.感溫元件的種類4.熱電偶溫度計5.熱電阻溫度計6.半導(dǎo)體溫度計7.雙金屬溫度計8.充液式溫度計9.輻射式溫度計10.玻璃管液體溫度計附:熱電偶,熱電阻分度表

1.緒論溫度作為生產(chǎn)中的重要變量是反映生產(chǎn)狀態(tài)的最基本的參數(shù)之一.它不僅決定著介質(zhì)的狀態(tài),品質(zhì),反應(yīng)速度等等,還是反映生產(chǎn)是否正常的重要指標(biāo),也是對設(shè)備的安全產(chǎn)生重要影響的指標(biāo).尤其在精油化學(xué)工程中,溫度與壓力起著決定工程狀態(tài)的重要作用,所以準(zhǔn)確測量工程中各部位的溫度至關(guān)重要.溫度檢測從產(chǎn)業(yè)(工業(yè),醫(yī)學(xué),宇宙,資源探索,海洋開發(fā),防災(zāi))乃至民生,應(yīng)用范圍極廣,而且還在不斷擴(kuò)大.理想中的溫度檢測元件應(yīng)該是測溫范圍廣,精度高,體積小,價格低廉.但是這種溫度檢測元件在現(xiàn)實中并不存在,使用者只能按照用途選擇使用.

當(dāng)我們身體的一部分接觸到物體就會有或冷或熱的感覺,衡量冷熱程度的尺度就叫做溫度.其程度由物體所包含的熱量決定,與物質(zhì)中分子活動的活躍程度有關(guān).測量溫度數(shù)值的儀器我們稱為溫度計.任意兩個冷熱程度不同的物體相接觸,必然要發(fā)生熱交換現(xiàn)象,熱量將由受熱程度高的物體傳到受熱程度低的物體,直到兩物體的冷熱程度完全一致,即達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止.在工業(yè)測量儀表中,溫度儀表所占比例為45%,所占比例最大,流量約為20%,壓力占10%.溫度雖然在直觀上很好理解,但要定量使用卻很困難.例如:人的體溫為36℃,這些誰都可以判斷出,不過十個人集中在一起卻不會達(dá)到360℃.工業(yè)過程中測量對象的溫度在-200℃~2000℃范圍內(nèi),測量時由于環(huán)境條件的復(fù)雜,選型時我們要根據(jù)實際情況.1.1溫度的概念溫度的數(shù)值表示是溫標(biāo).它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(零點)和測量溫度的基本單位.各種溫度計的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定.在國際上,溫標(biāo)的種類很多,如攝氏溫標(biāo)(CELSIUS),絕對溫標(biāo)(KELVIN).1990年國際計量委員會(ICS)規(guī)定溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)(熱力學(xué)開爾文溫度,,熱力學(xué)攝氏溫度)與國際實用溫標(biāo)(國際開爾文溫度,國際攝氏溫度).1.2

溫度的單位把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點設(shè)為0℃

;把水的沸點定為100℃

的一種溫標(biāo),在0℃

到100℃

之間劃分一百等分,每一等分為攝氏一度.

現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛的溫度劃分

1742由

Celsius首先提出.1℃大小等于1K大小,溫度差用K或者℃

來表示.攝氏溫度

:℃攝氏溫度(Celsius)水的沸點(H2O)1000-273冰的融點(H2O)絕對零度(H2O)溫度轉(zhuǎn)換公式℉=(9/5℃)+32℃℃=5/9(℉-32℃)假設(shè)人的體溫為96度,當(dāng)時可得到的低溫(冰和鹽3:1混和的極限)為零

,中間劃分180等分,每分為1℉.華氏溫度在美國廣為使用.1714年由德國的Fahrenheit提出,是世界上最早的溫度劃分華氏溫度:℉華氏溫度(Fahrenheit)水的沸點(H2O)21232-460冰的融點(H2O)絕對零度(H2O)溫度轉(zhuǎn)換公式℉=(9/5℃)+32℃℃=5/9(℉-32℃)國際單位組織

(SI)將1K定義為水的三相點,熱力學(xué)溫度的

1/273.16.

是在學(xué)術(shù)上最為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏囟葎澐?1848英國人開爾文(Kelvin)定義的熱力學(xué)溫度.

水三相點:水,冰,蒸汽可以共存的溫度

,273.16K.攝氏溫度,華氏溫度,絕對溫度的關(guān)系K-273.15=℃=5/9(℉-32)絕對溫度

:K開爾文溫度(Kelvin)水的沸點(H2O)3732730冰的融點(H2O)絕對溫度(H2O)也有象玻璃管液體溫度計那樣的將測量端和顯示部分成為一體的.溫度計按其測量方法,測量端是否直接與被測物體接觸而分為接觸式和非接觸式.

2.按測量方法進(jìn)行分類測量端

:溫度檢測端顯示端

:將測量端感知的溫度直接或間接顯示的裝置測量通道

:由連接測量端和顯示端的導(dǎo)線或者管道構(gòu)成.溫度計結(jié)構(gòu)熱量是由高溫處向低溫處移動,當(dāng)兩個以上的物體接觸后,只要時間充足,相互接觸的物體的溫度就會相等,達(dá)到熱平衡狀態(tài).熱力學(xué)法則:任意兩個物體各自與第三物體達(dá)到熱平衡,則任意兩物體也能達(dá)到熱平衡狀態(tài).也就是使測量端與被測物體相接觸,當(dāng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時,通過測量測量端的溫度即可得到工業(yè)上需要的被測物體溫度.按這種方法進(jìn)行測溫,必須使測溫元件與被測介質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換,假如測量端與被測介質(zhì)無法接觸時,也就無法測量,由于接觸不充分也會產(chǎn)生較大的誤差.接觸式測溫儀表??????2.壓力式溫度計3.熱電偶溫度計4.雙金屬溫度計5.熱電阻溫度計2.1接觸式1.玻璃管液體溫度計感溫元件不與被測物體接觸的情況下,感知高溫被測物體輻射出的放射能即光和熱,利用感知溫度與放射能之間的一定關(guān)系測得溫度.非接觸式溫度計反應(yīng)速度比較快,不會破壞被測物體的溫度場.但受到物體的發(fā)射率,對象到儀表之間的距離,煙塵和水蒸氣等其它介質(zhì)的影響,其測量誤差較大.非接觸式測溫儀表1.輻射式溫度計2.比色式溫度計3.紅外線溫度計4.光學(xué)式溫度計5.熱電探測式溫度計2.2非接觸式溫度計鉑電阻感溫元件利用鉑的電阻值隨溫度變化而變化的原理,因為在感溫元件中精度最高,所以在-60~630℃范圍內(nèi)被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)檢測元件.大部分都是鎧裝使用,多用于需要精密測量的染色,化學(xué)工業(yè)等等,缺點是價格昂貴.熱敏感溫元件使用金屬氧化物制造,利用電阻隨溫度變化的特性,可分為負(fù)特性(NTC)和正特性(PTC)做為感溫元件是現(xiàn)今被應(yīng)用最為廣泛的,且價格便宜,體積小,缺點是:線性較差,靈敏度不高,不可做為基準(zhǔn)溫度計.NTC主要用于溫度感知,溫度補(bǔ)償,液位/風(fēng)速/真空檢測,防止過電流等PTC可用于發(fā)動機(jī)啟動,過電流保護(hù)等等由于技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出用于極低溫,低溫,高溫用的熱敏元件,并且它的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大.3.感溫元件的種類

熱電偶熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一.當(dāng)我們把兩種不同金屬一端焊接在一起,構(gòu)成閉合回路,當(dāng)冷熱兩端溫度不同時,回路中就會產(chǎn)生一定大小的電動勢,電動勢的大小與溫度成一定的關(guān)系.熱電偶的特點是測量精度高,測量范圍廣,構(gòu)造簡單,使用方便.輻射式溫度計是一種利用被測對象表面發(fā)生的熱輻射的非接觸式溫度計,受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增長.主要用于鋼鐵,陶瓷工業(yè),最近低溫輻射溫度計也得到了實用化,并逐漸替代熱電偶.IC溫度檢測元件彌補(bǔ)了其他溫度計在線性度,靈敏度,基準(zhǔn)性能上的缺點.它是利用半導(dǎo)體P-N結(jié)的電流電壓隨溫度變化而變化的特性,有電壓輸出型和電流輸出型.其它溫度計的種類很多,還有雙金屬,玻璃液體等等,不過大多精度不高,其應(yīng)用范圍上受到限制.3.1按照測量原理分類的各種溫度計熱電偶溫度計是一種利用兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的接點處產(chǎn)生的電動勢(熱電效應(yīng))來測量溫度的.工作端稱為熱端,與導(dǎo)線連接的一端稱為冷端.常用的熱電偶從-50~1600℃均可連續(xù)測量,某些特殊的熱電偶最低可測-269℃(金鐵-鎳鉻),最高可達(dá)2800℃(如鎢-錸).由于受使用場所和成本的限制,有必要注意,當(dāng)測量點距離儀表端較遠(yuǎn)時,就需要使用與熱電偶有相似特性的補(bǔ)償導(dǎo)線(compensatingleadwire)在電動勢較低時,補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差可能會左右測量結(jié)果.所以需要注意不能讓補(bǔ)償導(dǎo)線的溫度太高,對于補(bǔ)償導(dǎo)線的種類與接觸點的許用溫度差,KS對此有嚴(yán)格的規(guī)定.按熱電偶的用途不同,常制成以下幾種形式:.普通型熱電偶.鎧裝熱電偶.表面熱電偶.薄膜式熱電偶.快速消耗式熱電偶4.熱電偶溫度計4.1概要熱電偶作為一種工業(yè)常用的測溫元件,其結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,使用時間長,在多數(shù)場合測量是比較準(zhǔn)確的.在183℃~2500℃范圍內(nèi)其測量精度可達(dá)

0.1～1％,測量儀表簡單,并且配備了降低干擾的降噪電路.

熱電偶具有熱力學(xué)柔軟行性,所以可以按需要改變其形態(tài),考慮到相應(yīng)快,耐久性,回路的絕緣等問題,也做成普通熱電偶線使用,如果需要的話也有響應(yīng)時間為1ms,比頭發(fā)絲還細(xì)的熱電偶,但通常使用直徑為0.5～1mm的熱電偶絲制成,用金屬氧化物的粉末做絕緣填充材料,外部采用金屬管保護(hù).熱電偶實際上是起著把熱能轉(zhuǎn)換成電能的作用,有三種熱電效應(yīng)在熱電偶中起著作用.熱電效應(yīng)是用兩種不同材料的金屬構(gòu)成一個閉合回路,當(dāng)兩接點不存在溫差時,也就不存在電位差,存在溫差時,就會產(chǎn)生電位差,這時就會有電流在回路中流動.4.2熱電特性利用這種現(xiàn)象把其中一個接點設(shè)成穩(wěn)定的基準(zhǔn)點,把被測點與基準(zhǔn)點的溫差用相對應(yīng)的熱電勢來表示,從而把兩端的溫度變化轉(zhuǎn)換成工業(yè)上的溫度測量.這時置于恒定溫度中的接點稱為自由端,置于被測介質(zhì)中的接點稱為工作端

.熱電效應(yīng)就是將不同材料

的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來,構(gòu)成一個閉合回路,當(dāng)兩個接點之間存在溫差時,會在回路中形成一定大小的電流,兩者之間存在電動勢.熱電偶就是利用這個效果來測量溫度的.有關(guān)熱與電的關(guān)系,除了熱電效應(yīng),還能用珀耳帖效應(yīng)(PeltierEffect),湯姆遜效應(yīng)(ThomsonEffect)來解釋.珀耳帖效應(yīng)與熱電效應(yīng)剛好相反,當(dāng)電流流過兩種不同材料構(gòu)成的回路時,按其電流方向,一端散熱,一端吸熱的現(xiàn)象就是珀耳帖效應(yīng).利用熱電偶進(jìn)行測量時,高溫的工作端吸熱,低溫的自由端散熱,實際使用時,由自身的熱電流導(dǎo)致的溫度變化是極小的.當(dāng)電流以熱電效應(yīng)時的電流方向流過時,在高溫接點處吸熱,在低溫接點處散熱.PeltierEffect效應(yīng)是以電流經(jīng)過由兩個不同金屬構(gòu)成的回路中的接點時的熱量變化來定義的,只靠兩個導(dǎo)體的接觸是不會產(chǎn)生PeltierEffect的,電流的方向是由散熱或者吸熱來決定的,與形成接點的導(dǎo)體的形狀大小無關(guān),與導(dǎo)體的構(gòu)成材料與接點部位的溫度有關(guān).4.2.1珀耳帖效應(yīng)(PeltierEffect)SeebeckCurrentFlowA(+)B(-)T1T2T1<T2PeltierEffect湯姆遜效應(yīng)是指當(dāng)電流流過導(dǎo)線時,即使是一種金屬內(nèi)部,只要存在溫度差,當(dāng)電流經(jīng)過存在溫度差的部位就會產(chǎn)生吸熱,散熱現(xiàn)象,不過產(chǎn)生的影響較PeltierEffect小.關(guān)于Peltier

Effect,ThomsonEffect的研究僅僅做為理論研究結(jié)果,熱電效應(yīng)對熱電偶的解釋已經(jīng)很充分了.4.2.2湯姆遜效應(yīng)由均勻的金屬材質(zhì)的導(dǎo)體構(gòu)成的回路,不管其形式或溫度分布,即使加熱測量接點也不會產(chǎn)生熱電流.即熱電勢為零的定律,不僅可以通過熱力學(xué)考察來證明,還可以通過對只有一個熱電系數(shù)的回路的線積分評價.

4.3熱電回路定律想要說明熱電偶回路的特性,就需要運用溫度與電動勢的理論關(guān)系被實際運用時的熱電效應(yīng)三定律,這些定律都是在實驗中推導(dǎo)出來的.4.3.1均質(zhì)回路定律V=Sa(T1+T2)+Sb(T2-T1)=0

結(jié)果為零的原因是a,b金屬擁有相同的熱電系數(shù).4.3.2中間導(dǎo)體定律由不同金屬構(gòu)成的回路中,當(dāng)整個回路都處在同一溫度下時,其熱電勢的代數(shù)之和為0,這就是中間導(dǎo)體定律.它是根據(jù)熱電偶的基礎(chǔ)原理,溫度均勻與不均勻的差別.

V=Sa(T1-T1)+Sc(T1-T1)+Sa(T1-T1)+Sb(T1-T1)=0用兩種不同材質(zhì)的均質(zhì)金屬構(gòu)成一個閉合回路,T1與T2為接點時,產(chǎn)生的電動勢為V12,T2與

T3為接點時產(chǎn)生的電動勢為

V23,

T1與T3為接點時產(chǎn)生的電動勢為

T12+T23這就叫中間溫度定律.V=Sa(T2-T1)+Sa(T3-T2)+Sb(T2-T3)+Sb(T1-T2)=Sab(T2-T1)+Sab(T3-T2)=V12+V234.3.3中間溫度定律如圖所示:將兩種不同材料的導(dǎo)體與半導(dǎo)體A,B焊接起來,當(dāng)兩個接點間存在溫差,就會產(chǎn)生熱電勢.會在回路中形成電流.這一原理是1821年美國科學(xué)家Seebeck在銅與銻之間發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象,這就是熱電效應(yīng).如下圖所示:將金屬A,B焊接起來,b,b’在同樣的溫度下與不同溫度的a連接,可以發(fā)現(xiàn)b,b’之間產(chǎn)生熱電勢,并且與a-b間的溫差有一定聯(lián)系.同時,產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬和兩接點間的溫差決定,不受金屬外形,過程中溫度變化的影響.4.4熱電偶4.4.1對熱電偶的要求產(chǎn)生的電動勢要大耐熱性,耐腐蝕性良好,機(jī)械強(qiáng)度高長時間使用熱電勢依然穩(wěn)定,熱電偶磨損小同種熱電偶擁有同樣的特性,有互換性電阻和溫度系數(shù)要小(測量高溫時)雖然沒有完全滿足上述條件的材料,但可以根據(jù)測量條件選擇使用比較接近的材料.S型熱電偶與其它熱電偶相比

,再現(xiàn)性要好,精度最高.在國際實用溫標(biāo)

630.74～1064.43℃的范圍內(nèi)被定為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶.熱電勢隨著銠含量的增加在同樣溫度下會更低一些,特別是低溫時更小,常溫下(0～100℃)自由端的溫度變化可以忽略不計.在氧化性環(huán)境下可以使用,還原性環(huán)境

(CO2,H2,H2S,SO2,GAS中溫度超過

1000℃時),較為勉強(qiáng),所以主要使用非金屬保護(hù)套管.4.5熱電偶特性B,R,S

熱電偶4.5.1B型熱電偶B型熱電偶是在純鉑里加入了銠,使得融點大大提高,比起R,S

型熱電偶耐熱性及機(jī)械強(qiáng)度要更好一些.純鉑的融點為1769℃,添加

3％的銠后融點為

1800℃,含有20％的銠,融點為1900℃,含有40％的銠,融點提高到1950℃左右.4.5.2R型熱電偶R型熱電偶為鉑銠-鉑

,名義上含鉑87％,銠13％.實際上含鉑87.3％,銠12.7％.主要用于現(xiàn)場測量,與S型熱電偶相比,電動勢,耐熱性都要好.4.5.3S型熱電偶K型熱電偶(又稱為CA型)使用的兩條金屬線都是以鎳為主的合金,在非金屬熱電偶中(K,E,J,T型熱電偶)可測量最高溫度,比較R,S型熱電偶可產(chǎn)生4.5倍的熱電勢,熱電特性幾乎是線性.為防止高溫下被氧化,+端金屬線在使用時鍍有一層氧化保護(hù)膜,與合金結(jié)合良好,可以保護(hù)內(nèi)部金屬.老化的進(jìn)程與氧化有著密切的關(guān)系.仔細(xì)觀察CA熱電偶的周圍環(huán)境,我們可以發(fā)現(xiàn),對于空氣,等一般的氧化物,熱電偶具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性,但對于還原性氣體熱電偶的化學(xué)穩(wěn)定性較弱一些.CA熱電偶使用直徑為3.25mm的熱偶絲,在710℃下經(jīng)過

1000小時后,熱電勢的變化大約為

1.5℃,由溫度引起的熱電勢變化在

260℃左右時誤差最大,可達(dá)3℃.同時如果想長時間保持其穩(wěn)定性,必須使用粗的熱偶絲.在氧化,惰性氣體等環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng),但在還原性環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性較差,電動勢會顯著下降,與R型熱電偶不同,對金屬蒸汽化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng),所以可以使用金屬保護(hù)管,K型熱電偶主要用于

1000℃左右的高溫環(huán)境.隨著工業(yè)的發(fā)展,又出現(xiàn)了一些新的問題.4.5.4K型熱電偶(Chromel-Alumel)對于使用條件而言,在還原性條件下化學(xué)穩(wěn)定性很好,氫氣,一氧化碳等環(huán)境下也很穩(wěn)定.在氧化性環(huán)境或空氣中,溫度升至高溫,鐵會急劇發(fā)生氧化反應(yīng),在有水蒸氣的環(huán)境下,鐵的化學(xué)穩(wěn)定性也很差.區(qū)分熱電偶導(dǎo)線時,鐵的一側(cè)由于氧化,很容易辨別出.因為長期使用時會生出鐵銹,同時因為鐵為磁性體,使用磁石很容易辨別.J型熱電偶同K型熱電偶一樣,性能不高,但由于價格低廉,熱電勢較高,所以較為常用.由于J型熱電偶使用鐵,溫度升高容易氧化.其使用范圍的上線規(guī)定為熱電偶線3.2mm時不超過600℃,在空氣中的實驗特性為熱電偶線3.25mm時在600℃下連續(xù)暴露800小時輸出降低4℃.在還原性介質(zhì)中性質(zhì)是穩(wěn)定的,在常溫下,由于與碳的結(jié)合很微弱,所以也很穩(wěn)定.J型熱電偶主要安裝在有還原性介質(zhì)的石化裝置.4.5.5J型熱電偶(Iron-Constantan)由于銅的氧化性,在空氣中的溫度下線較低,為300℃,所以T型熱電偶在氧化性環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性很差,但在還原性環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性卻很好.由于銅的純度可以提煉的很高,所以可以得到很高的測量精度.工業(yè)上常用于-250℃的低溫測量.區(qū)別熱電偶的極性時,銅線是紅色,銅與鎳的合金處為帶有光澤的白銅色,所以很容易區(qū)別,長時間使用時,會帶有藍(lán)色.T型熱電偶的銅很容易被氧化,其常用界限定為熱電偶線為1.6mm時為300℃.如果使用與T型熱電偶相同的熱電線,就能互相替換了.4.5.6T型熱電偶(Copper-Constantan)?????-200℃0℃500℃1000℃1400℃R????K????E????J????T???????????Bi-metal???

???*??????????(RTD)?????Bearing??????????,????????????????(Thermocouple)???????.??/???1.?????????????熱電偶本身外徑小,使用熱容量小,熱電導(dǎo)率高的絕緣材料,根據(jù)其形態(tài)可測量微小的溫度變化.在不損傷功能的情況下,可隨意彎曲到任何角度,具有良好的加工性和高可靠性.由于機(jī)械強(qiáng)度高,內(nèi)部填充氧化鎂材料,即使不采用套管安裝,也不會被腐蝕.可承受最高500kg/cm2的壓力.外徑為0.2mm-12.7mm,其長度可達(dá)

300m.可測量

-200℃~1800℃的溫度..4.5.7鎧裝熱電偶(SHEATHED)4.5.7.1概述熱電偶感溫元件暴露在

Sheath外面,所以時間常數(shù)最小,即使很微小的溫度變化也能測量,氣密性,機(jī)械強(qiáng)度較低,所以在腐蝕性介質(zhì)或高溫高壓環(huán)境下不是適合時間使用.4.5.7.2鎧裝熱電偶的熱接點TYPE-I(接殼型)TYPE-II(絕緣型)TYPE-III(露頭型)熱電偶的前端直接與

Sheath的前端焊接在一起,所以時間常數(shù)小,適用于測量高溫高壓介質(zhì).由于感溫元件于

Sheath焊接在一起,不適合在危險場所或帶有雜波干擾的場所使用.熱電偶材料與Sheath完全絕緣,所以時間常數(shù)較接殼型大,但長期使用較穩(wěn)定.不受雜波干擾的影響,在危險場所也能安全使用.熱電偶的熱電勢是由熱端與冷端的溫度差而定.普通熱電偶冷端到接線端的距離都很遠(yuǎn),為了補(bǔ)償接線端與冷端的溫度變化,使用與熱電偶特性非常相似熱電特性的補(bǔ)償導(dǎo)線來連接冷端與接線端.熱電偶的連接接線有下面兩種方法:一種是直接使用熱電導(dǎo)線,另一種是使用與熱偶絲特性相似的補(bǔ)償導(dǎo)線.如下圖:4.6熱電偶的工作方法及補(bǔ)償導(dǎo)線當(dāng)形成溫度測量回路時,工作端顯示的并非是被測介質(zhì)的溫度,因為會受到熱電偶冷端或者溫度變送器周圍溫度變化會導(dǎo)致測量誤差,一測量溫度為基準(zhǔn),補(bǔ)償周圍溫度變化導(dǎo)致的誤差對測溫的影響,稱為溫度補(bǔ)償.所謂溫度補(bǔ)償,就是消除持續(xù)變化的除測量端以外的周圍溫度變化,自身不斷進(jìn)行補(bǔ)償,一旦周圍溫度變化導(dǎo)致誤差,則采取一定方法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?所以與周圍環(huán)境溫度無關(guān),補(bǔ)償導(dǎo)線具有自我持續(xù)補(bǔ)償?shù)哪芰?補(bǔ)償導(dǎo)線的功能如下圖a)所示,若補(bǔ)償接點的溫度為0℃,產(chǎn)生的電動勢E(t-0)=Et-0=Et.如果補(bǔ)償接點的溫度不是0,而是t℃,則產(chǎn)生的電動時為與

t-t1相當(dāng)?shù)?/p>

E(t-t1)=Et-Et1,就會產(chǎn)生

Et1的誤差.

圖中的電動勢為于

t-t1相當(dāng)?shù)?/p>

Et-Et1,t1-t2的電動勢為

Et1-Et2(采用補(bǔ)償導(dǎo)線或熱電導(dǎo)線),所以與

t-t2相當(dāng)?shù)碾妱觿莸暮涂梢匀缦卤硎?(Et-Et1)+(Et1-Et2)=Et-Et2=Et-0=Et所以使用補(bǔ)償導(dǎo)線或者熱電導(dǎo)線可補(bǔ)償周圍溫度變化導(dǎo)致的誤差,使用補(bǔ)償導(dǎo)線時,從測量端至自由端就形成等價回路,與使用熱電導(dǎo)線有著同樣的效果.J:鐵-銅與鎳的合金K:鎳鉻-鎳硅T:銅-康銅R:鉑-鉑+13%銠S:鉑-鉑+10%銠熱電偶的電動勢特性表(ThermoelectricVoltageCurves)鎧裝(SHEATHED)

熱電偶一般的熱電偶溫度測量元件

Thermocouple2-1金屬保護(hù)管熱電偶

種類

和測量范圍

K:Type-200℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type-200℃~350℃E:Type-200℃~800℃保護(hù)管材料

SUS304,SUS316SUS310,INCONEL600其它特殊鋼保護(hù)管外徑

10mm,12mm15mm,22mmPT/PF螺栓

-1/8~1inch

種類和溫度

B:Type-600℃~1700℃R:Type0℃~1600℃S:Type0℃~1600℃C:Type800℃~2300℃材料

PT-0

PT-1SiC

Zirconia

保護(hù)管外徑

6mm,8mm,10mm13mm,15mm,17mm20mm,26mm,40mm,

帶保護(hù)管測溫元件種類和溫度

K:Type-200℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type-200℃~350℃E:Type-200℃~800℃N:Type-200℃~1200℃Sheath鎧裝材料

SUS316,SUS310SUS446,INCONEL600Sheath外徑

0.5mm,1.0mm,1.6mm2.3mm,3.2mm,4.8mm6.4mm,8.0mm,12.7mm連接

PT/PF1/8~1inchRF/FF10A~125A防爆[d2G4]

其他形式熱電偶種類和測量溫度

C:Type800℃~2300℃B:Type600℃~1700℃R:Type0℃~1600℃S:Type0℃~1600℃Sheath材料

鉭(Tantalnum

)forMax.2300℃

鉬(Molybdenum)forMax.2200℃

鉑合金(PlatinumAlloy)forMax.1650℃Sheath外徑

1.6mm,3.2mm,6.4mm用途

真空,熱處理

Max.2300℃國外最新[Exotic]熱電偶種類和測量溫度

K:Type0℃~1200℃N:Type0℃~1200℃R:Type0℃~1600℃外徑

1.6mm,3.2mm,6.4mm特殊形式熱電偶種類和測量溫度

K:Type0℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type0℃~350℃E:Type0℃~800℃Sheath材料

SUS316

哈氏合金Hastelloy

特殊鋼

高壓用熱電偶一體化溫度計ModelTTSeries輸入信號

K,J,T,E,TypeRTDPt100ohm/1000ohmRTDNi120ohm/Cu10ohm

輸出

4~20mADC.

精確度(Accuracy)0.25℃at25℃

0.5℃at25℃

輸出阻抗

<250ohm5-3冷端補(bǔ)償器

ColdjuntionCompensator4.7熱電偶的特點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)械強(qiáng)度高,堅固,誤差較小.可測量大范圍溫度(0℃-2500℃)感溫元件小巧,可在很小的環(huán)境下測量,且響應(yīng)時間較快.可把溫度轉(zhuǎn)換成電動勢并檢測出來,因此適合遠(yuǎn)傳,且不受中間過程溫度的影響.價格低廉,容易購買.缺點需要冷端溫度補(bǔ)償要考慮補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差.由于輸出較小,對傳送線路的阻抗等要求較高.在高溫下或者長時間使用時,會縮短使用壽命.熱電勢的產(chǎn)生要求冷熱兩端溫度不同,在理論計算時,冷端溫度是在0攝氏度進(jìn)行的,而實際上冷端溫度并不為0攝氏度,因此必須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償.(1)室溫式冷端將儀表端子等作為冷端,測量冷端溫度4.7.1冷端及溫度補(bǔ)償A.補(bǔ)償電橋B.電位差式補(bǔ)償C.冰點式冷端(2)補(bǔ)償式冷端

(圖

A,B)這是常用的溫度補(bǔ)償方法,使用室內(nèi)補(bǔ)償電路自動補(bǔ)償

.(3)固定冷端

(圖

C)將冷端溫度固定在一定的溫度上,最具代表性的就是零點式冷端,只在精度要求較高時使用

.冷端補(bǔ)償回路因為理論上冷端溫度是在

0℃進(jìn)行分度的,所以就要求將冷端溫度維持在零度,或者用某種方法測量冷端溫度,然后再用熱電勢補(bǔ)償那一部分溫度.補(bǔ)償元件用多種,目前都已達(dá)到實用化.4.7.2信號傳送熱電偶的信號傳送主要方式:接收器變送器傳送器接收器儀表控制室現(xiàn)場補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線一般導(dǎo)線熱電偶的信號傳送一種是將補(bǔ)償導(dǎo)線從現(xiàn)場延伸到控制室后再進(jìn)行轉(zhuǎn)換,另一種是使用現(xiàn)場傳送器直接轉(zhuǎn)換為

4~20mADC

標(biāo)準(zhǔn)信號后

,使用一般導(dǎo)線進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?4.7.2使用補(bǔ)償導(dǎo)線的理由使用熱電偶測量溫度時,原則上是熱電偶直接與儀表連接最為理想,不過測量端與儀表距離過遠(yuǎn)時,用熱偶材料延長到儀表,價格將非常昂貴.所以我們使用與熱電偶具有同樣或者相類似熱電特性的導(dǎo)體來替代熱偶絲,這種導(dǎo)體就叫補(bǔ)償導(dǎo)線.補(bǔ)償導(dǎo)線有兩種:

同材質(zhì)型和代用合金型.同材質(zhì)型使用與熱偶相同的材料,所以在很大范圍內(nèi)都能維持很高的精確程度,缺點是價格昂貴.

合金型的優(yōu)點是價格低廉,但是畢竟與熱電偶材質(zhì)不同,所以在很大范圍內(nèi)很難保證高精度,測量范圍受到限制是它的缺點.

4.7.3補(bǔ)償導(dǎo)線的種類和規(guī)格

補(bǔ)償導(dǎo)線的顏色和規(guī)格

(ThermocoupleandExtensionwireColorcodes)5.熱電阻熱電阻同熱電偶是接觸式感溫元件中最為常用的感溫元件.鉑電阻是其中穩(wěn)定性最好,測量范圍較廣,所以主要用于測量精度較高的場合,其結(jié)構(gòu)有:線圈型,厚膜型,薄膜型.5.2熱電阻的工作原理眾所周知,物質(zhì)的電阻是隨著溫度而變化的,金屬具有電阻隨溫度幾乎成正比增加的溫度系數(shù),金屬的純度越高,溫度系數(shù)就越大.熱電偶使用鉑,銅,鎳等純金屬,也就是利用金屬電阻值的溫度依存性,只要測出金屬的電阻就能知道溫度了.5.1概要

優(yōu)點穩(wěn)定性最好測量精度高靈敏度好Pt100Ω時,每

1℃的電阻值變化量約為

0.4Ω,如果讓

2mA的電流通過,則得到0.8mV/℃的輸出電壓.這相當(dāng)于K型元件20℃的熱電勢.不需要熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償回路,只要求出電阻值就能得到溫度.從簡單的附加回路中得到線性輸出缺點電阻元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所以外型較大.響應(yīng)較慢,不適合在狹窄場所進(jìn)行測量.不能測量高溫.最高使用溫度低于600℃.耐受震動,沖擊性能較差.價格昂貴.5.3鉑電阻的特性鉑電阻的最大特點就是已經(jīng)實用化的溫度檢測元件中穩(wěn)定性最好,測量精度最高.5.4熱電阻的種類鉑熱電阻是已經(jīng)實用化的感溫元件中穩(wěn)定性能最好,測量精度最高的感溫元件,除了工業(yè)測量外,還被作為國際實用溫標(biāo)(IPTS)基準(zhǔn)器.線徑

0.05mm的鉑電阻被使用的最多,低溫時場合使用更細(xì)的線徑,高溫領(lǐng)域時選用更粗的線徑.鉑的純度可以相當(dāng)高,為99.00%以上,通常其純度的基準(zhǔn)用100℃的電阻值與0℃時的電阻值之比

R100/R0來表示,鉑經(jīng)過加工之后,電阻值會下降.5.4.1鉑熱電阻5.4.2銅熱電阻銅電阻價格低廉,是除鉑電阻外純度最高的熱電阻,是一種熱電特性穩(wěn)定的感溫元件.但是由于銅的固有電阻較小,需要很長的銅線,所以比鉑電阻體積大.高溫下銅容易被氧化.因此,缺點是使用范圍小.銅在250℃左右被氧化產(chǎn)生電阻變化,所以使用溫度控制在

120℃以下.銅電阻的用途為測量發(fā)電機(jī)軸承溫度的上升或者用于各種溫度補(bǔ)償回路的感溫元件,其中代表性的例子為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償.5.4.3鎳熱電阻鎳線與鉑相比較價格低廉,電阻溫度系數(shù)大.不過由于無法得到均勻的特性,所以在電阻元件中串連或并聯(lián)電阻來增加溫度系數(shù).同時在340℃附近線性變化,限制了它的使用范圍.使用溫度范圍為-50℃~300℃主要用于測量常溫附近的溫度,亦用于冷端溫度補(bǔ)償

.

測溫元件是裝入保護(hù)管里使用的,電阻與保護(hù)端子之間的內(nèi)部連線也由于受溫度變化而產(chǎn)生電阻變化,這一變化與熱電阻特性相加,也就隨之產(chǎn)生誤差.需要進(jìn)行精密測量時,可采用四線制.5.4.4陶瓷型鉑電阻

(CERAMICTYPER.T.DELEMENT)5.4.5云母型鉑熱電阻

(MICATYPER.T.DELEMENT)5.4.6薄膜型熱電阻

(MICATYPER.T.DELEMENT)5.4.7玻璃骨架鉑熱電阻

(GALSSTYPER.T.DELEMENT)5.4.8鎧裝(Sheath)熱電阻5.4.9熱電阻的注意事項5.4.9.1配線電阻導(dǎo)致的誤差熱電阻的內(nèi)部導(dǎo)線如圖所示優(yōu)二線制,三線制,四線制三種類型備注:(1)⊙為端子,S為電阻元件,連接端子與電阻元件的線是內(nèi)部導(dǎo)線.(2)A,B為端子記號.表面黏附工藝介質(zhì),結(jié)焦;插入深度不夠;高速氣流都會引起誤差,要充分注意.5.3.9.2安裝方法導(dǎo)致的誤差測溫電阻的內(nèi)部導(dǎo)線5.4.9.3注意介質(zhì)氣體導(dǎo)致的熱化熱電阻材料周圍介質(zhì)氣體導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱,電阻溫度系數(shù)降低,特別是H2,H2S,金屬氣體影響最大,應(yīng)給予重視.5.3.9.4自身發(fā)熱導(dǎo)致的誤差利用熱電阻測量溫度時,通常使用閉合回路,流過熱電阻的電流越大,測量的靈敏度越高,但由于熱電阻自身發(fā)熱會產(chǎn)生測量誤差.所以不同精度的熱電阻使用的電流是不同的.0.15級或0.2級時規(guī)定使用2mA.5.4.9.5注意事項由被測流體導(dǎo)致的保護(hù)管的腐蝕或者磨損,振動引起的共振,彎曲導(dǎo)致的破損等等要給予重視.熱電阻鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻的測量端由高純度的鋁粉充填著,同時由金屬保護(hù)管包著,即使微小的溫度變化也能迅速傳送.除了感溫元件末端

60mm的部位,鎧裝熱阻可彎曲至2倍外徑.由于使用高純度的鉑,測量精度可以達(dá)到很高.可制造

?3.2mm~?8.Omm,長度達(dá)150m的熱電阻測溫范圍廣,可測量

-200‘c～500“C的溫度.

感溫元件-熱電阻

R.T.D種類

Pt100ohmat0℃保護(hù)管材料

SUS304

其他用途特殊鋼

保護(hù)管外徑

8mm,15mm連接

PT/PF螺栓

-1/8~1inch金屬保護(hù)管電阻體ModelTS-001[ROOM]種類

Pt100ohmat0℃測溫范圍

-50℃~70℃外觀塑膠

ModelTS-002[DUCT]種類

Pt100ohmat0℃測量溫度

-50℃~200℃外觀

鋁質(zhì)外殼室內(nèi)溫度感測元件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格長度

:90cm

2~3Wire

StyleA7.0cm×6.4cmLStyleB6.4cm×6.4cmLStyleC3.2cm×7.6cmL軸承溫度感測元件種類

:Pt100ohmat0℃Cu10ohmat25℃Ni120ohmat0℃測量溫度:-50℃~260℃感測電機(jī)定子溫度,插入使用,柔軟性好,抗震動,耐高壓,堅固耐用.種類

Pt100ohmat0℃Cu10ohmat25℃Ni120ohmat0℃外觀材料

Epoxyglassfor155℃PolyesterGlassfor180℃耐壓實驗