儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件

溫度檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表1常見的檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表壓力檢測(cè)儀表流量檢測(cè)儀表物位檢測(cè)儀表機(jī)械量的測(cè)量

常見的檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表2溫度的概念溫度是表示物質(zhì)冷熱程度的一個(gè)量，它反映物質(zhì)內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的狀況，任何一種物質(zhì)都是由大量的分子組成的，這些分子總是處于熱運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，分子熱運(yùn)動(dòng)越快，物質(zhì)的溫度越高，相反分子的熱運(yùn)動(dòng)越慢，物質(zhì)的溫度越低。溫度的概念3溫標(biāo)衡量物質(zhì)溫度的標(biāo)尺，稱為溫標(biāo)。1.攝氏溫標(biāo)單位用℃來(lái)表示。它把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0℃，把水的沸點(diǎn)作為100℃，在0~100之間劃分100等份，每一等分為1℃。溫標(biāo)42.開氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)也稱絕對(duì)溫標(biāo)，單位用K來(lái)表示，開氏溫標(biāo)把冰的熔點(diǎn)定為273.15K，把水的沸點(diǎn)定為373.15K，273.15~373.15之間劃分100等分，每一等分為1K。它與攝氏溫標(biāo)之間的換算：K=273.15+T℃2.開氏溫標(biāo)53.華氏溫標(biāo)單位用℉表示，它把冰的熔點(diǎn)定為32℉，把水的沸點(diǎn)定為212℉，在32~212之間劃分180等分，每一等分為1℉。與攝氏溫度的換算關(guān)系：

℉=1.8T℃+323.華氏溫標(biāo)6溫度檢測(cè)儀表1、主要溫度檢測(cè)方法

a、接觸式●膨脹式：玻璃液體、雙金屬●壓力式：壓力式溫度計(jì)●熱電類：熱電偶●熱電阻：鉑電阻、銅電阻、熱敏電阻溫度檢測(cè)儀表1、主要溫度檢測(cè)方法7b、非接觸式◆光纖類：光纖溫度傳感器、光纖輻射溫度

◆輻射式：輻射式、光學(xué)式、比色式b、非接觸式8膨脹式溫度計(jì)

1.玻璃管溫度計(jì)液體膨脹溫度計(jì)是利用液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制成的。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。

缺點(diǎn)：易碎，只能就地讀數(shù)，不能遠(yuǎn)距離傳送。

膨脹式溫度計(jì)91—安全包2—標(biāo)尺3—毛細(xì)管4—感溫包儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件102.雙金屬溫度計(jì)它是由兩種膨脹系數(shù)相差很大的金屬片緊密焊接而成，受熱時(shí)由于膨脹長(zhǎng)度不同，使金屬片發(fā)生彎曲，偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。2.雙金屬溫度計(jì)113.壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)主要是由溫包、毛細(xì)管、彈簧管壓力計(jì)三個(gè)基本部分組成。工作原理壓力式溫度計(jì)是利用感溫物質(zhì)的壓力隨溫度而變化的特性工作的。當(dāng)溫包內(nèi)的感溫物質(zhì)受到溫度的作用后，密閉系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生變化，使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。3.壓力式溫度計(jì)12壓力式溫度計(jì)組成1.溫包：溫包是感受被測(cè)介質(zhì)溫度變化的敏感元件。2.毛細(xì)管：毛細(xì)管是由銅或鋼的無(wú)縫管冷拉而成，其作用是傳遞壓力3.壓力計(jì)：它是用來(lái)測(cè)量壓力的變化并指示被測(cè)溫度。壓力式溫度計(jì)組成13根據(jù)工作介質(zhì)的不同，壓力式溫度計(jì)有：充液體的、充蒸氣的、充氣體的三種型式。根據(jù)工作介質(zhì)的不同，壓力式溫度計(jì)有：充液14熱電阻溫度計(jì)工作原理熱電阻溫度計(jì)是利用某些金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而改變的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行工作的。在一定的溫度范圍內(nèi)，電阻與溫度的關(guān)系可用下式來(lái)表達(dá)：

Rt=R0（1+ɑ△t）

Rt-------溫度為t℃時(shí)的電阻值R0--------溫度為t0℃時(shí)的電阻值△t-------溫度的變化量

ɑ--------溫度在t0~t℃之間，金屬導(dǎo)體的平均電阻溫度系數(shù)熱電阻溫度計(jì)15熱電阻溫度計(jì)一般用來(lái)測(cè)量-200~500℃的溫度。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)傳，不需要溫度補(bǔ)償，尤其是在溫度比較低時(shí)，比熱電偶具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度。缺點(diǎn)：不能測(cè)量高溫，體積大熱慣性也大，并且不能測(cè)量某一點(diǎn)的溫度，只能測(cè)量某一區(qū)域的平均溫度，在應(yīng)用時(shí)需要供電，因而在爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)中使用受到限制。儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件16熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻主要由四部分組成：電阻絲、支架、引出線、保護(hù)套管。a)銅電阻b)鉑電阻c)電阻體的外形

熱電阻的結(jié)構(gòu)a)銅電阻b)鉑電阻17引出線：1、二線制在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合引出線：182、三線制在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。2、三線制193.四線制在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。3.四線制20儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件21標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻

1）鉑電阻優(yōu)點(diǎn)：鉑是一種貴金屬，具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠以及抗氧化性很強(qiáng)。在–259.3467～961.78℃的溫域內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。缺點(diǎn)：鉑電阻的電阻值與溫度為非線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)α比較小，……。工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍：–200～850℃分度號(hào)：Pt10、Pt100返本節(jié)目錄返本章目錄標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻1）鉑電阻優(yōu)點(diǎn)：鉑是一種貴金屬，具有準(zhǔn)確度高222）銅電阻優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉，具有較大的電阻溫度系數(shù)，材料容易提純，具有較好的復(fù)制性，容易加工成絕緣的銅絲，銅的電阻值與溫度的關(guān)系在測(cè)量范圍內(nèi)幾乎是線性的。缺點(diǎn)：易氧化，氧化后即失去其線性關(guān)系。。工業(yè)用銅電阻溫度計(jì)的使用范圍：–50～150℃分度號(hào)：Cu50、Cu100返本節(jié)目錄返本章目錄2）銅電阻優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉，具有較大的電阻溫度系數(shù)，材料容易23熱電偶的測(cè)溫原理熱電效應(yīng)：把兩種不同材料的金屬導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B連接成閉合回路，若兩個(gè)接點(diǎn)溫度t與t0不相等，則回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。參比端（冷端或自由端）

熱電勢(shì)熱電極A熱電極B

測(cè)量端（熱端或工作端）

熱電偶熱電偶的測(cè)溫原理熱電效應(yīng)：把兩種不同材料的金屬導(dǎo)體（或半導(dǎo)體24

（1）溫差電動(dòng)勢(shì)

：

tUA(t)t0

UA(t0)UA(t,t0)t>t0

UA(t,t0)=UA(t)-UA(t0)返本節(jié)目錄返本章目錄（1）溫差電動(dòng)勢(shì)：tt0UA(t,t0)t>t0

U25（2）接觸電動(dòng)勢(shì)

返本節(jié)目錄返本章目錄（2）接觸電動(dòng)勢(shì)返本節(jié)目錄返本章目錄26（3）熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)

（3）熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)27

總電動(dòng)勢(shì)

△EAB（t，t0）=△EAB（t）+△EB

（t，t0）-△EAB（t0）-△EA

（t，t0）溫差電動(dòng)勢(shì)與接觸電動(dòng)勢(shì)相比要小的多，因此在總電動(dòng)勢(shì)中，接觸電動(dòng)勢(shì)起決定性的作用，一般會(huì)忽略溫差電動(dòng)勢(shì)的影響，則總電動(dòng)勢(shì)為：△EAB（t，t0）=△EAB（t）-△EAB（t0）總電動(dòng)勢(shì)28熱電極的材質(zhì)序號(hào)材質(zhì)分度號(hào)測(cè)溫范圍特性及用途銅-康銅T-200~350℃鎳鉻-康銅E-200~750℃靈敏度高，價(jià)廉，適用于還原性及中性介質(zhì)鎳鉻-鎳硅K-200~1200℃復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大，線性好，價(jià)廉，用途廣泛鉑銠10-鉑S0~1300℃測(cè)量準(zhǔn)確，復(fù)現(xiàn)性好，但價(jià)格昂貴鉑銠30~鉑銠6B0~1600℃鉑銠13—鉑R0-1100℃鎳鉻硅—鎳硅N-40-1100℃鐵—康銅J-40-750℃熱電極的材質(zhì)序號(hào)材質(zhì)分度號(hào)29普通型熱電偶鎧裝熱電偶

普通型熱電偶基本結(jié)構(gòu)圖鎧裝熱電偶

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式普通型熱電偶普通型熱電偶基本結(jié)構(gòu)圖鎧裝熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)形30冷端的溫度問題在熱電偶的工作原理中，為使熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)只與被測(cè)溫度成單一關(guān)系，需把冷端溫度固定好，一般固定在0℃。我們?cè)趹?yīng)用熱電偶時(shí)，只有把冷端溫度保持在0℃，才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。但是在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，冷端是暴漏在大氣環(huán)境當(dāng)中的，受環(huán)境影響較大，因此需要冷端補(bǔ)償。熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償冷端的溫度問題熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償31熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法計(jì)算校正法：根據(jù)補(bǔ)償原理計(jì)算修正；適用于實(shí)驗(yàn)室中用直流電位差計(jì)來(lái)測(cè)溫的情況。冷端恒溫法：一般僅用于實(shí)驗(yàn)室；1）冰浴法2）恒溫箱法3）恒溫室法機(jī)械調(diào)零法：用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于熱電偶冷端溫度tn的位置。應(yīng)用于：一些精度要求不高、冷端溫度不經(jīng)常變化的情況下補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償熱電偶因溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件32補(bǔ)償導(dǎo)線法：補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)，使之延長(zhǎng)至距離熱源較遠(yuǎn)的地方或溫度比較穩(wěn)定的地方。

At0‘A’t0tBt0‘B’t0

補(bǔ)償導(dǎo)線法：33

例：用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量某一實(shí)際為1000℃的對(duì)象溫度。所配用儀表在溫度為20℃的控制室里，設(shè)熱電偶冷端溫度為50℃。當(dāng)熱電偶與儀表之間用補(bǔ)償導(dǎo)線或普通銅導(dǎo)線連接時(shí)，測(cè)得溫度各為多少?又與實(shí)際溫度相差多少?例：用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量某一實(shí)際為1000℃的對(duì)象溫度34解：查K型熱電偶分度表，得E(1000,0)=41.269mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。若用補(bǔ)償導(dǎo)線，儀表測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值為E(1000,20)=E(1000,0)–E(20,0)=40.471mV查分度表得對(duì)應(yīng)的溫度為979.6℃若用銅導(dǎo)線，儀表測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值為E(1000,50)=E(1000,0)–E(50,0)=39.247mV查分度表得對(duì)應(yīng)的溫度為948.4℃兩種方法測(cè)得的溫度相差31.2℃，測(cè)量誤差分別為–20.4℃和–51.6℃。解：查K型熱電偶分度表，得E(1000,0)=41.269m35

例：用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量某一實(shí)際為1000℃的對(duì)象溫度。所配用儀表在溫度為20℃的控制室里，設(shè)熱電偶冷端溫度為50℃。當(dāng)熱電偶與儀表之間用補(bǔ)償導(dǎo)線或普通銅導(dǎo)線連接時(shí)，測(cè)得溫度各為多少?又與實(shí)際溫度相差多少?例：用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量某一實(shí)際為1000℃的對(duì)象溫度36補(bǔ)償導(dǎo)線：按照其材料性能，可分為兩種：一種是：其材料與熱電偶相同，稱為延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線，一般用于廉金屬熱電偶。用X表示另一種是：其材料不同于熱電偶的熱電極材料，稱為補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線，通常適用于貴金屬熱電偶和某些非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。用C表示

各種補(bǔ)償導(dǎo)線的正極絕緣層均為紅色，可以根據(jù)負(fù)極絕緣層的顏色初步判斷補(bǔ)償導(dǎo)線的類型補(bǔ)償導(dǎo)線：各種補(bǔ)償導(dǎo)線的正極絕緣層均為紅色37熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法計(jì)算校正法：根據(jù)補(bǔ)償原理計(jì)算修正；適用于實(shí)驗(yàn)室中用直流電位差計(jì)來(lái)測(cè)溫的情況。冷端恒溫法：一般僅用于實(shí)驗(yàn)室；1）冰浴法2）恒溫箱法3）恒溫室法機(jī)械調(diào)零法：用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于熱電偶冷端溫度tn的位置。應(yīng)用于：一些精度要求不高、冷端溫度不經(jīng)常變化的情況下補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償熱電偶因溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件38熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法計(jì)算校正法：根據(jù)補(bǔ)償原理計(jì)算修正；適用于實(shí)驗(yàn)室中用直流電位差計(jì)來(lái)測(cè)溫的情況。冷端恒溫法：一般僅用于實(shí)驗(yàn)室；1）冰浴法2）恒溫箱法3）恒溫室法機(jī)械調(diào)零法：用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于熱電偶冷端溫度tn的位置。應(yīng)用于：一些精度要求不高、冷端溫度不經(jīng)常變化的情況下補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償熱電偶因溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件39熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法計(jì)算校正法：根據(jù)補(bǔ)償原理計(jì)算修正；適用于實(shí)驗(yàn)室中用直流電位差計(jì)來(lái)測(cè)溫的情況。冷端恒溫法：一般僅用于實(shí)驗(yàn)室；1）冰浴法2）恒溫箱法3）恒溫室法機(jī)械調(diào)零法：用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于熱電偶冷端溫度tn的位置。應(yīng)用于：一些精度要求不高、冷端溫度不經(jīng)常變化的情況下補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償熱電偶因溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。儀器儀表基礎(chǔ)知識(shí)-第二節(jié)溫度檢測(cè)儀表課件40結(jié)論：1.將兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)線一端焊接在一起，當(dāng)首尾處于不同的溫度時(shí)，則熱端和冷端便產(chǎn)生熱電勢(shì)。2.熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)只和兩端的溫度及所用的材質(zhì)有關(guān)，與材質(zhì)的粗細(xì)長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。3.若在熱電偶中加上第三種金屬導(dǎo)線，只要第三種導(dǎo)線兩端的溫度相同，則不改變熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)。結(jié)論：41安裝①選擇有代表性的測(cè)溫點(diǎn)位置，測(cè)溫元件有足夠的插人深度。②熱電偶的接線盒的出線孔應(yīng)朝下，以免積水及灰塵等造成接觸不良，防止弓入擾動(dòng)信號(hào)。③檢測(cè)元件應(yīng)避開熱輻射強(qiáng)烈影響處。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極之分，正負(fù)極不可接錯(cuò)。

安裝42接觸式測(cè)溫實(shí)例1.固體表面溫度的測(cè)量（1）熱電偶與被測(cè)表面的接觸形式接觸式測(cè)溫實(shí)例1.固體表面溫度的測(cè)量（1）熱電偶與被測(cè)表面的432.管道中流體溫度的測(cè)量主要誤差：導(dǎo)熱誤差。（1）感溫元件的安裝要求

1）把感溫元件的外露部分用保溫材料包起來(lái)。2）感溫元件應(yīng)逆著介質(zhì)流動(dòng)方向傾斜安裝，至少應(yīng)正交，切不可順流安裝。3）感溫元件應(yīng)有足夠的插入深度。4）感溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)充分接觸。5）應(yīng)使測(cè)溫管或保護(hù)管的壁厚和外徑盡量小一些。

2.管道中流體溫度的測(cè)量主要誤差：導(dǎo)熱誤差。44（2）應(yīng)用實(shí)例分析返本節(jié)目錄返本章目錄（2）應(yīng)用實(shí)例分析返本節(jié)目錄返本章目錄453.高溫氣體溫度的測(cè)量（1）主要誤差：熱輻射誤差（輻射散熱誤差）（2）感溫元件的安裝要求

3.高溫氣體溫度的測(cè)量（1）主要誤差：熱輻射誤差（輻射散熱46熱輻射式溫度計(jì)在溫度比較高的情況下，一般的熱電偶測(cè)溫就受到了一定的限制，在高溫下熱電偶的電極材料的物理和化學(xué)穩(wěn)定性會(huì)大大降低，很快就會(huì)變質(zhì)和損壞。熱輻射溫度計(jì)就是為了解決高溫的測(cè)量而發(fā)展起來(lái)的。

熱輻射式溫度計(jì)47

任何物體受熱之后，就有一部分熱能轉(zhuǎn)化為輻射能，例如有X光、紫外線、紅外線、可見光、電磁波等等，它們被物體吸收后，輻射能又可以轉(zhuǎn)化為熱能，所以稱這些輻射能為熱輻射能。熱輻射式溫度計(jì)就是利用這部分熱輻射能來(lái)工作的。任何物體受熱之后，就有一部分熱能轉(zhuǎn)化為輻48

常見的非接觸式測(cè)溫儀表：1、光學(xué)高溫計(jì)2、光電高溫計(jì)3、全輻射高溫計(jì)4、比色高溫計(jì)5、前置反射器輻射高溫計(jì)常見的非接觸式測(cè)溫儀表：49非接觸式測(cè)溫實(shí)例熱軋帶鋼表面溫度的測(cè)量從輻射測(cè)溫的角度來(lái)觀察熱軋帶鋼生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：

1）軋