溫度的測(cè)量與控制

關(guān)于溫度的測(cè)量與控制第1頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度的定義表示物體的冷熱程度的物理量。目前通用的溫度主要有攝氏度、華氏度、開氏度等三種溫度標(biāo)準(zhǔn)。

攝氏度在世界上應(yīng)用得比較廣泛，它是由18世紀(jì)瑞典天文學(xué)家攝爾維斯提出來的。把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰時(shí)的溫度定義為100攝氏度，把水結(jié)冰和融化的臨界溫度定義為0攝氏度，然后把中間平均分為100份，每份就是1攝氏度。我國目前主要使用攝氏度。攝氏度的符號(hào)是℃。

華氏度主要在歐美國家使用，符號(hào)是一個(gè)小圓圈加上字母F。它是由GabrielD.Fahrenheir定義。GabrielD.Fahrenheir在華氏度中，把水的結(jié)冰點(diǎn)定義為31華氏度，沸點(diǎn)定義為212華氏度。而華氏度與攝氏度的轉(zhuǎn)換公式是：F=32+1.8C，其中F代表華氏度，C代表攝氏度。

開氏度：開氏度在日常生活中很少用到。第2頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度的測(cè)量膨脹式測(cè)量法（略）熱電偶測(cè)量法：利用熱電效應(yīng)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)，再輸入二次儀表進(jìn)行顯示。熱電阻測(cè)量法：利用金屬的電阻隨溫度變化的原理，將溫度量轉(zhuǎn)化為電阻值送入二次儀表進(jìn)行顯示。輻射測(cè)量法：其它測(cè)量法：（略）第3頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三熱電偶將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體兩個(gè)接觸點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：

①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。

③構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

第4頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三熱電偶外觀第5頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三K型熱電偶分度表鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶分度表（分度號(hào)：K）（參考端溫度為0攝氏度)

0102030405060708090

000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.853.2663.681

1004.0594.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3887.737

2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.5610.96911.38111.739

30012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974

40016.39516.82817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.244

50020.6421.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.0524.476

60024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28829.709

70029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.866

80033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.925

90037.32537.72438.12238.51938.91539.3139.70340.09640.48840.789

100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729

110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462

120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.9951.34451.69752.049

130052.39852.74753.09353.43953.78254.46654.46654.807————

第6頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻熱電阻常用型號(hào)有Pt100,Cu50.

第7頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三熱電阻外觀第8頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三Pt100熱電阻分度表第9頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度的顯示傳感器送來的電信號(hào)，經(jīng)過儀表內(nèi)部處理，可通過下面幾種方式來顯示：一刻度盤顯示二指針顯示三LED數(shù)碼管顯示五LCD液晶屏顯示★顯示單位：℃或℉第10頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度的控制原理簡單說，就是測(cè)量溫度（PV）與設(shè)定溫度（SV）在儀表內(nèi)比較，如SV>PV，則儀表輸出控制信號(hào)使執(zhí)行器加溫；如PV>SV，則儀表輸出控制信號(hào)使執(zhí)行器停止加溫。因此它是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)框圖

誤差信號(hào)測(cè)量值設(shè)定值溫度控制儀表執(zhí)行器控制對(duì)象溫度傳感器第11頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度控制方式開關(guān)（ON/OFF）控制最簡單的控制方式。缺點(diǎn)是控制精度差。原理如下圖：第12頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度控制方式比例（P）控制儀表根據(jù)PV和SV差值大小，成比例輸出控制量，使控溫平穩(wěn)，減小振蕩和過沖現(xiàn)象，但仍有穩(wěn)態(tài)誤差（OFFSET）。如下圖所示：第13頁，講稿共16頁，2023年5月2日，星期三溫度控制方式PID控制較理想的一種控制方式，建立在PID自動(dòng)控制理論之上的一種先進(jìn)控制方式，真正實(shí)現(xiàn)控制的理想境界“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”。具體參考《常規(guī)PID設(shè)置指南》第14頁，講稿共16頁，20