柴油機測試技術02.ppt

1、第二章 溫度測量 基本概念(溫度、溫標) 膨脹式溫度計 電阻式溫度計 熱電偶溫度計 接觸式測溫技術 非接觸式溫度測量,柴油機溫度測量三種類型： 1)穩(wěn)定溫度測量： 溫度穩(wěn)定或變化緩慢. 如冷卻水進出口、機油進出口、燃油和環(huán)境溫度等. 2)零部件表面溫度測量： 如活塞、活塞環(huán)、氣缸壁、氣缸蓋、排氣閥及閥座等表面溫度. 3)瞬時溫度測量： 如燃氣溫度、排氣溫度等，溫度周期性變化。,常用溫度計：,第一節(jié) 概述 一、溫度 表征物體冷熱程度的物理量。 宏觀概念: 是建立在熱平衡的基礎上的,它是標志兩個物體(系統(tǒng))是否處于熱平衡狀態(tài)的一個宏觀物理量. 微觀概念: 是建立在統(tǒng)計物理學基礎之上的,即從分子運動

2、論的觀點看,物體溫度的高低反映了組成物體的大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度,是物體內部分子平均動能大小的一個量度標志.,二、溫標 用來量度溫度高低的尺度稱為溫標,它規(guī)定了溫度的零點和基本測量單位. 牛頓提出以一種(或兩種)單純物質的兩個相變點之間的溫度作為1,即作為溫標的分度依據(jù). 目前用得較多溫標: 華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標、國際溫標. 1、華氏溫標 1714年,法國華倫海特制成第1支玻璃水銀溫度計.規(guī)定冰水混合物的溫度為32,以水的沸點為212,中間溫度間隔分為180等分,每一等分代表溫度為1度,是華氏溫標,用表示.,2、攝氏溫標 1742年,瑞士 攝休斯提出,把冰的融點定為零度,水的沸

3、點定為100度,稱為攝氏百度溫標,用表示. 攝氏溫標與華氏溫標之間的關系為:,3、熱力學溫標 1848年,英國開爾文根據(jù)卡諾循環(huán)工作的熱機中工質在溫度T1時吸收熱量Q1,在溫度T2時放出熱量Q2,得出, 以此式建立只用一個溫度為基準點而能確定其他溫度的熱力學溫標,或稱開爾文溫標,單位為開爾文(K). 規(guī)定水的三相點(固液氣共存)的溫度為273.16K,即1K等于水的三相點熱力學溫度的1/273.16,熱力學溫標也叫絕對溫標. 另外,由于水的冰點與三相點的熱力學溫度相差0.01K,因此,絕對溫標T與攝氏溫標t的關系為:,4、國際溫標 為了使溫標得以實施和復現(xiàn),1927年采用國際實用溫標.經(jīng)多次修

4、改,1989年國際計量委員會通過了”1990國際溫標”(ITS-90). 國際溫標同時使用國際開爾文溫度和國際攝氏溫度,有17個定義基準點.,5、溫標的傳遞 國際溫標有關的基準儀器由國家規(guī)定機構保存,省市各級計量機構起傳遞作用. 國際溫標中溫度的正確數(shù)值傳遞到實用的測溫儀表,需要一個溫度傳遞系統(tǒng),傳遞過程為: 測溫儀表分為三類: 基準器(國家計量機構保存); 標準器(省市計量機構保存); 工作儀表(直接用于測量,應定期校驗).,三、溫度測量的基本原理 熱力學第零定律： “如果兩個系統(tǒng)中每一個系統(tǒng)都與第三個系統(tǒng)處于熱平衡,則該兩個系統(tǒng)彼此也處于熱平衡?！?感溫特性： 一些物質的某些物理屬性(如壓

5、力、體積、電阻和電勢等)具有隨溫度變化而相應發(fā)生改變的性質,稱為感溫特性。 利用這些物質的不同感溫特性可以制成不同類型的溫度計.當它與被測物體(或介質)處于同一系統(tǒng)而達到熱平衡時,溫度計上所顯示的數(shù)值就是被測物體(或介質)的溫度值。,四、溫度計種類 按測頭的測溫原理、測頭材料、測頭是否必須與被測介質接觸分類.,第二節(jié)、膨脹式溫度計 利用物質的體積隨溫度升高而膨脹的 特性制作溫度計,稱膨脹式溫度計。 玻璃管液體溫度計 組成：感溫包+毛細管 由于液體膨脹系數(shù)比玻璃大得多,當溫度 增高時,溫包里的液體膨脹而沿毛細管上 升,為防溫度過高時液體脹裂玻璃管,在 毛細管頂端留有一膨脹室。 特點: 測量準確、

6、讀數(shù)直觀、結構簡單、 價格低廉、使用方便,因此應用廣泛； 缺點: 易碎、信號不能遠傳,不能自動記錄等.,1、按所填充工作液體的不同,分為: 水銀溫度計、有機液體溫度計兩種。 前者不粘玻璃,不易氧化,容易獲得很高的精度,在相當大的溫度范圍內(-38356)保持液態(tài),在200以下,其膨脹系數(shù)幾乎和溫度成線性關系,所以普通水銀溫度計常用于-30300。 如果在水銀面上充以惰性氣體,測溫上限可以高達750。 如果需測-30以下溫度,可用酒精、甲苯等作為工作介質。,2、按用途分類： 標準、實驗室用、工業(yè)用、特殊用途等4類。 1)標準水銀溫度計: 用于精密測量或校準,分為一等、二等兩個等級. 一等標準每組

7、13支,每支刻度范圍2735不等, 最小分度0.05. 二等標準每組7支,每支刻度范圍為50左右, 最小分度0.1. 均為全浸入式(測值以下全部刻度浸入被測介質中). 2)實驗室用溫度計: 通常做成全浸入式、部分浸入兩種形式. 部分浸入式使用時只插入一定深度,外露部分處于規(guī)定溫度條件下.實驗室用溫度計要定期校驗. 3)工業(yè)用溫度計: 分為直形、900 角形、 1350角形, 誤差較大.,3、誤差和校正 水銀溫度計使用前檢查液柱有無斷開現(xiàn)象,如有,修復后使用. 玻璃溫包受熱變形會增加附加誤差,使用玻璃管液體溫度計應注意: 1)零點漂移: 玻璃熱脹冷縮引起零點位置的移動,定期校驗零點位置. 2)露

8、出液柱的校正: 使用時嚴格掌握溫度計插入深度.溫度標定時是液柱全部浸入介質中,部分浸入測量時,外露部分處于環(huán)境溫度中,對露出液柱進行修正,修正值： n為露出液柱所占的度數(shù); r為工作液體的膨脹系數(shù); t為溫度計指示值; t0為露出液柱的平均溫度。,二、壓力式溫度計 1、工作原理 根據(jù)在密封容器中的工作介質受熱后壓力發(fā)生變化的原理。 組成： 感溫包、傳壓毛細管、 表頭; 工作介質： 液體、氣體、 低沸點液體飽和蒸汽。,2、壓力式溫度計的分類： 按充入工作介質的不同分為三類： 1)充氣體壓力式溫度計 : 常用惰性氣體(氮氣、氦氣),刻度均勻,測溫范圍-80550; 缺點：熱慣性大。 2)充液體壓力

9、式溫度計 : 常用水銀、二甲苯、甲醇等,刻度均勻,測溫范圍-40200； 缺點:液體膨脹系數(shù)小,靈敏度低;精度易受環(huán)境影響. 3)充蒸汽壓力式溫度計: 利用低沸點液體飽和蒸汽壓力的變化. 常用低沸點液體:氯甲烷,氯乙烷,丙酮,乙醚等,靈敏度高(感溫包小),測溫范圍-20200. 缺點:測溫范圍小,刻度不均勻,易受環(huán)境影響 。,注意: 使用壓力式溫度計時,將感溫包全部浸入被測介質中,毛細管最常不超過6米.為保護毛細管,外部套金屬編織網(wǎng). 毛細管所處的環(huán)境溫度有較大波動時會對示值帶來 誤差,大氣壓的變化或安裝位置不當,會增加測量誤差. 這種儀表精度低.但使用簡便,且抗振動. 常用在柴油機和其它動力

10、系統(tǒng)上測量油溫、水溫.,3、壓力式溫度計的選用 1)測量范圍 選在滿量程的1/33/4.尤其充蒸汽溫度計,刻度不均勻,小于滿量程1/3以下時刻度誤差較大;上限留一定裕度,以免過載。 2)充蒸汽的壓力式溫度計安裝 感溫包須立裝,表頭位置高于感溫包,以免產(chǎn)生測量誤差(液體靜差)。 3)毛細管的保護,保持密封系統(tǒng)性能。 4)定期校驗。,三. 雙金屬溫度計 將膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片焊成一體,雙金屬片的一端固定,另一端自由,當溫度升高時,雙金屬片會產(chǎn)生彎曲變形,其偏轉角反映了被測溫度的數(shù)值. 測溫范圍: -60500. 特點: 抗振性能好,堅固, 但精度低. 常用在柴油機、廢氣渦輪增壓器、廢氣鍋爐前后

11、排氣溫度指示.,第三節(jié)、熱電偶溫度測量 一、熱電偶測溫原理及特點 利用不同導體(或半導體)間的熱電效應現(xiàn)象： 兩種不同導體(或半導體)組成閉合回路,結點溫度不同,則回路產(chǎn)生熱電流(熱電勢),該現(xiàn)象稱熱電效應(Seeback效應). 電流與兩導體的性質和溫度有關. 熱電偶:兩種不同材料(熱電極)構成的熱電變換元件。 兩結點:工作端(熱端);自由端(冷端) 1、熱電勢組成: 1)兩種導體的接觸電勢(綠色箭頭) 2)單一導體的溫差電勢（藍色箭頭）,1)接觸電勢 當兩種不同性質的導體或半導體材料相互接觸時,由于內部電子密度不同,如材料A的電子密度大于材料B,則一部分電子從A擴散到B,使A失去電子而呈正

12、電位,B獲得電子而呈負電位,最終形成由A向B的靜電場.靜電場的作用又阻止電子進一步地由A向B擴散. 當擴散力和電場力達到平衡時,材料A和B之間就建立起一個固定的接觸電勢. 接觸電勢的大小和方向主要取決于兩種材料的性質和接觸面溫度的高低。,E:單位電荷,4.80210-10絕對靜電單位. K:玻耳茲曼常數(shù),1.3810-23J/. N:材料A和B在溫度T時的電子密度.,2）溫差電勢 由于同一種導體或半導體材料其兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢.因材料兩端溫度不同,則兩端的電子具有的能量不同,溫度較高的一端電子有較高的能量,其電子將向溫度較低的一端運動,于是在材料兩端之間形成一個由高溫端 指向低溫端

13、的靜電場. 電子的遷移力和靜電場力達到平衡時所形成的電位差稱為溫差電勢. 溫差電勢的方向是由低溫端指向高溫端, 其大小與材料兩端溫度和材料性質有關。 導體兩端溫度為T、T0, 溫差電勢:,N材料的電子密度,是溫度的函數(shù) t沿材料長度方向的溫度分布,3)結論： (1) 熱電偶用兩不同材料構成。 如相同材料,雖兩端溫度不同,則總熱電勢仍為零。 (2) 兩結點溫度應不同。 如溫度相同,則回路中總熱電勢等于零。 (3)熱電勢大小只與材料和兩結點溫度有關。 熱電偶的材料確定后,若一結點溫度已知且恒定,則總熱電勢僅與另一結點溫度有單值函數(shù)關系. 工程上,E(t)-t關系繪制成表格,即為熱電偶分度表(冷端0

14、). 已知恒定溫度接點: 冷端、參考端; 被測溫度接點: 熱端、測量端。 不同電極材料的熱電偶具有不同的分度表,以不同的代號表示,這些代號稱為分度號. 與熱電偶配套的儀表,必須根據(jù)分度號進行匹配.,二、熱電偶回路的性質 實際測溫時,熱電偶回路要引入測量熱電勢的顯示儀表和連接導線,掌握熱電偶測溫原理之后還要掌握熱電偶的基本性質. 熱電偶的基本性質可歸納為幾條基本定律. 1.均質材料定律 2.中間導體定律 3.標準電極定律 4.中間溫度定律 5.連接導體定律,1.均質材料定律： 由一種均質材料組成的閉合回路,不論各處溫度如何分布,回路中不產(chǎn)生熱電勢; 反之,若回路有熱電勢,則材料必為非均質的. 該

15、定律用于檢驗熱電極材料的均勻性. 該定律要求組成熱電偶的兩種材料必須都是均質的;否則會由于沿熱電偶長度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢,從而因熱電偶材料不均勻引入誤差.,2.中間導體定律： 熱電偶回路中插入第三種 (或多種)均質材料,只要所 插入材料的兩端連接點溫度 相同,則不影響原回路的熱 電勢。 該定律表明: 熱電偶回路中可接入測量儀表,只要儀表處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度,則不影響原回路的熱電勢; 熱電偶的接點可以焊接而成,也可借助均質等溫的導體加以連接; 可采用開路熱電偶對金屬壁面進行溫度測量,只要保證兩熱電極插入處的溫度一致.,3.標準電極定律： 不同材料導體A、B分別與另一種導體C組成熱電偶的

16、 熱電勢 和 均已知,則導體A、B組成熱電偶的熱 電勢 為兩者代數(shù)和。,按該定律可找一個公用材質導體C,如測出導體C與其它各種材料分別組成熱電偶的熱電勢,即可得知其它材料相互組成熱電偶的熱電勢. 利用此結論可以建立通用分度關系,簡化了熱電偶的選配。 金屬C稱為標準電極,通常用純鉑絲制成(理化性能穩(wěn)定,易提純，熔點高)。,4.中間溫度定律： A和B組成的熱電偶回路,其接點溫度為T、T0時的總 熱電勢等于以中間溫度(Tn)分別作為兩個熱電偶的 冷端和熱端,以原熱端溫度和原冷端溫度作為這兩個熱 電偶的熱端和冷端溫度所產(chǎn)生的兩個熱電勢之代數(shù)和.,該定律是制定和使用熱電偶分度表的理論基礎. 若冷端溫度不

17、為0,只要測得E(T,T0),且T0已知,仍可采用熱電偶分度表,求得被測溫度.,5.連接導體定律： 熱電偶兩電極A和B分別與另外兩連接導線A和B相連接,則回路的總熱電勢等于熱電偶(A和B)兩端處于溫度T和Tn的熱電勢與連接導線(A和B)兩端處于溫度Tn和T0的熱電勢的代數(shù)和. 中間溫度定律和連接導體定律是工業(yè)上應用補償導線的理論依據(jù)。 熱電偶與補償導線所形成的熱電勢可以求代數(shù)和疊加.,三、熱電偶材料要求,為保證測溫的可靠性和測量精度,材料要求: 1)測溫范圍內熱電性能穩(wěn)定,不隨時間而變化。 2)測溫范圍內有足夠的理化穩(wěn)定性,不易氧化或腐蝕。 3)電阻溫度系數(shù)小,導電率高。 4)輸出熱電勢要大,

18、與溫度成單值線性或近于線性的關系。 5)材料復制性好,可制成標準分度,機械強度高,制造工藝簡單,價格便宜。,指出: 不論是純金屬、合金、半導體,都難以滿足全部要求. 純金屬易復制,但熱電勢小; 合金的熱電勢不大且復制困難; 半導體的熱電勢很大,但其電阻溫度系數(shù)太小,復制較難. 目前常用熱電偶是純金屬與合金相配,或合金與合金相配. 我國從1988年1月1日起全部按IEC國際標準生產(chǎn)標準化熱電偶,并指定S、B、K、T、E、R、J七種標準熱電偶為統(tǒng)一設計型熱電偶.,四、常用熱電偶,1）鉑銠10-鉑 熱電偶 分度號：S 優(yōu)點:精度高、理化性能穩(wěn)定、測溫上限高,適于氧 化或中性介質. 缺點：不適于高溫還

19、原性介質,熱電勢小、靈敏度 低、價格高. 直徑0.350.35的金屬絲制成. 用于工業(yè)或實驗室，以及各等級標準熱電偶. 2）鉑銠30-鉑銠6 熱電偶 分度號：B 優(yōu)點：測溫上限高(1800),精度高,適于氧化介質或中性介質. 缺點：靈敏度低、價格高 直徑0.30.5mm的金屬絲制成，用于工業(yè)或實驗室.,3）鎳鉻-鎳硅 熱電偶 分度號：K 特點： 價低、靈敏度高、復現(xiàn)性好、高溫抗氧化能力強,在還原性介質或硫化物介質易被侵蝕. 直徑一般0.53mm或更細的金屬絲制成 多用于工業(yè)或實驗室 4）鎳鉻-康銅 熱電偶 分度號：E 特點： 在常用熱電偶中靈敏度最高、價格最低,適于中性或還原性介質,不適于氧化

20、或硫化物介質.,1)工業(yè)熱電偶： 主要用于測量液體和氣體溫度。 由于使用條件基本相似,此類熱 電偶已制成標準形式。 組成: 熱電極+絕緣套管+保護套管+接線盒; 絕緣體一般用氧化鋁或工業(yè)陶瓷管. 保護套管根據(jù)測溫條件來確定： 測量1000以下溫度一般用金屬套管； 測量1000以上溫度用工業(yè)陶瓷套管.,五、熱電偶的結構形式：,2)鎧裝熱電偶(纜式熱電偶)： 由熱電極、絕緣體和金屬保護套組成一體。 可制成雙芯或單芯,保護管與熱電極之間的絕緣是用 金屬氧化物粉末如氧化鎂、三氧化二鋁或氧化鈹?shù)忍?料實現(xiàn)的。 特點： 結夠緊湊,熱容量小， 熱慣性小,動態(tài)響應 快,揉性好,強度高， 抗震性好,適于普通熱電

21、偶不能測量的空間溫度。,六、熱電偶的測溫接點的三種安裝形式,1. 露頭型： 用于要求響應快而靈敏,又有一定強度的場合； 2. 絕緣型： 用于高溫及防止熱電偶與介質接觸而質變的場合； 3. 接地型： 用于熱電偶不能與介質直接作用而又要求響應快而靈敏的場合; 當殼本身是熱電偶一極或需要減小外部電磁干擾的情況下,也用這種型式。,七、熱電偶冷端溫度補償,熱電偶測溫基本方程式: EAB(t,t0)=f(t)-f(t0) 為便于使用,使熱電勢為溫度t的單值函數(shù).需要冷端 溫度為0或某一定值,使熱電勢只隨被測溫度t變化； 但由于冷端受周圍環(huán)境溫度影響而難以自行保持為 0或某一定值,為減小測量誤差,須采取措施

22、將冷端 溫度恒定,或進行校正和補償。 4種處理方法： 1)冷端恒溫法 2)熱電勢修正法 3)補償導線法 4)冷端補償器法,1)冷端恒溫法： 實驗室試驗中,通常將 冷端接點置于保溫容器的 冰水混合物中,保持0恒 定.該方法精度最高。 也可將冷端接點置于放油的容器內,利用油的熱惰性保持冷端近似于室溫。,2)熱電勢修正法(冷端溫度校正法) 熱電偶的分度是在冷端為0時進行的.實際使用條件 下若冷端溫度t0不為0,則工作狀態(tài)和分度時產(chǎn)生的 熱電勢不同。 需要實測EAB(t,t0),已知冷端溫度t0用分度表查得 EAB (t0,0),求和后,得到EAB (t,0),再反查分度表,得到 被測量溫度t。,例

23、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,參考端溫度t0=25,儀表測得熱電勢E(t,t0)=28.55mV,求實際被測溫度t. 解 先查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表,得 E(t0,0)=1.00mV 則: E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=28.55+1.00=29.55mV 所得29.55mV正是熱電偶工作端溫度t,參考端溫度為0的熱電勢,再查熱電偶分度表,得到工作端溫度t=710.,3)補償導線法(延引熱電極法) 熱電偶直徑和長度一定,結構固定.在生產(chǎn)現(xiàn)場若需要將熱電偶的冷端移到離被測介質較遠且溫度較穩(wěn)定處,維持冷端溫度恒定. 采用補償導線代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長.,該方法須滿足兩條件：

24、 1)在0100范圍內,延引熱電極與熱電偶的熱電極 有相同或相近的熱電特性; 2)延引熱電極與熱電偶的兩結點有相等的溫度。 使用延引熱電極時注意： 1)不同的熱電偶所配用的延引熱電極導線不能用錯。 2)使用時注意電極的色標,不要接錯極性。 3)熱電偶與延引線連接端所處的溫度不超過100, 以免產(chǎn)生測量誤差.,4)冷端補償器法(補償電橋法) 很多工業(yè)生產(chǎn)過程沒有長期保持0或冷端恒溫的條件,熱電偶參考端溫度t0隨時間和所處環(huán)境而變化. 這種情況下采用冷端補償器來自動補償t0的變化。 冷端補償器是一個不平衡電橋,橋臂電阻R1=R2=R3=1 用錳銅絲無感繞制,其電阻溫度系數(shù)趨于零;橋臂電阻R4(補償

25、電阻)用銅或鎳絲繞制,其電阻溫度系數(shù)較大, 在20,R4=1 ;,Rg為調整電阻(限流電阻),其阻值因熱電偶不同而不同,用來調整橋壓以改變補償量的大小. 橋臂電阻與冷端處于相同環(huán)境溫度,當周圍溫度為20時,電橋處于平衡狀態(tài),a、b兩點電位相等,則補償電橋對溫度計的讀數(shù)無影響；,當冷端溫度t0和周圍環(huán)境溫度改變時,由于電阻R4隨溫度而變,因此電橋失去平衡,a、b兩點出現(xiàn)電位差E1; 補償導線冷端溫度t0相同變化引起的附加電動勢E2與E1大小相等、方向相反,冷端溫度變化造成的影響被抵消. 使用不同分度號的熱電偶要配用不同型號的補償器,并在使用中保持電橋電源電壓的恒定,以減小輸出電壓隨電橋電源電壓波

26、動的影響.,八、熱電偶測溫系統(tǒng)的誤差分析 由熱電偶、補償導線、冷端補償器、動圈式溫度指示儀等組成的測溫系統(tǒng)的測量誤差有： 1、傳熱誤差 測溫時,被測介質高于或低于環(huán)境溫度,會通過熱電偶進行熱量交換,則熱電偶感受的溫度就不能正確反映被測介質溫度,引起測量誤差.溫差越大,誤差越大. 測點布置和測溫方法也是導致傳熱誤差的重要原因. 為了減小這個誤差,采取適當措施減少測溫元件與周圍環(huán)境的熱量傳遞.,2、分度誤差 任何一種熱電偶的通用分度表都是統(tǒng)計結果,由于熱電極材料成分不符合要求或材料均勻性差等原因,某一具體熱電偶的數(shù)據(jù)與通用分度表會存在一定偏差.這個誤差有規(guī)定值, 例如鉑銠鉑熱電偶在600以上使用時

27、允許誤差為0.25； 鎳鉻鎳硅熱電偶為0.75。 因此,每個熱電偶在使用前要進行校驗,長期使用后也應定期校驗.,3、補償導線誤差 多數(shù)熱電偶的補償導線材料并非熱電偶本體材料,熱電特性不完全相同,因此存在誤差. 各種熱電偶補償導線的允許誤差也不一樣, 對于鉑銠鉑熱電偶在0100補償范圍內,誤差為0.023mV； 對于鎳鉻鎳硅熱電偶為0.15mV; 鎳鉻康銅熱電偶為0.30mV.,4、參考端誤差 對于應用補償電橋法補償?shù)膮⒖级藴囟?除平衡點和計算點兩個溫度值得以完全補償外,冷端補償器在其他各溫度值均不能完全得到補償,其偏差如下： 鉑銠鉑熱電偶為0.04mV; 鎳鉻鎳硅熱電偶為0.16mV; 鎳鉻康

28、銅熱電偶為0.18mV. 對于應用定點法補償?shù)?，由于各參考端溫度的測量不準確也會導致工作端測溫誤差。,5、顯示儀表的基本誤差 該誤差由儀表的精度等級確定.如果顯示儀表沒有在規(guī)定工況下工作,還會產(chǎn)生附加誤差. 6、熱線電阻誤差 熱電偶與動圈式顯示儀表配套測溫時,兩者之間連接導線的電阻都有規(guī)定的數(shù)值,線路電阻不完全符合這一規(guī)定數(shù)值時會引起測溫誤差.,第四節(jié)、熱電阻溫度計 1、熱電阻測溫原理 利用導體或半導體電阻隨溫度變化的特性做成測溫 敏感元件,即熱電阻溫度計或半導體熱敏電阻溫度計. 多數(shù)導體的電阻值與溫度的關系： R0:0 時的電阻值; a，b，c是與金屬材料有關的系數(shù). 多數(shù)半導體具有負溫度系

29、數(shù),電阻值與熱力學溫度T的 關系: :T0時的電阻值; B:與半導體材料有關的系數(shù) 注：導體電阻隨溫度增加而增加； 半導體電阻隨溫度增加而降低。,2.熱電阻材料要求 1)測溫范圍內,物理和化學特性穩(wěn)定. 2)復現(xiàn)性好. 3)電阻溫度系數(shù)大,以提高靈敏度。 4)電阻率大,可以得到小體積元件. 5)電阻溫度特性盡可能接近線性. 6)價格低. 特點: 測量精度高,響應快,整個測溫范圍內呈線性關系,不存在冷端補償問題,可以實現(xiàn)遠距離顯示和自動記錄. 工業(yè)中在-200500范圍內廣泛使用.,二、常用的熱電阻 1.鉑熱電阻 采用高純度鉑絲繞制成的鉑電阻具有測溫精度高、 性能穩(wěn)定、復現(xiàn)性好、抗氧化性強等優(yōu)點

30、。 缺點：電阻率低,高溫易氧化. 標準或實驗室用的鉑電阻,為10或30左右. 國產(chǎn)工業(yè)鉑電阻溫度計主要有3種,分別為Pt50、Ptl00、Pt300.（0時的電阻值R0分別為50 、100 、 300 ）. 2.銅熱電阻 電阻值與溫度近于呈線性關系,電阻溫度系數(shù)也較大,且價格便宜,在一些測量準確度要求不是很高的場合應用. 我國統(tǒng)一生產(chǎn)的銅熱電阻溫度計有Cu50和Cu100兩種。,3.半導體熱敏電阻: 最大優(yōu)點是具有大的負電阻溫度系數(shù)-(36),因此靈敏度高. 半導體材料電阻率遠比金屬材料大得多,故可做成體積小而電阻值大的電阻元件,使得熱慣性小、可測量點溫度和動態(tài)溫度. 缺點： 同種半導體熱敏電

31、阻的電阻溫度特性分散性大,非線性嚴重,元件性能不穩(wěn)定,因此互換性差,精度較低。 熱電偶溫度計與熱電阻溫度計的表頭外形常制成一種式樣,易混淆. 區(qū)別方法： 表盤上的標記符號有兩種金屬(熱電偶溫度計); 表盤上的標記符號只有一種金屬(熱電阻溫度計).,三、熱電阻測溫系統(tǒng)的誤差分析 熱電阻測溫系統(tǒng)由熱電阻、顯示儀表或變送器、調節(jié)器、連接導線等組成, 測量誤差有： 1、傳熱誤差 測溫時,被測介質高于或低于環(huán)境溫度,會通過測溫元件進行熱量交換,則熱電阻感受的溫度就不能正確反映被測介質溫度,引起測量誤差.溫差越大,誤差越大. 測點布置和測溫方法也是導致傳熱誤差的重要原因. 為了減小這個誤差,采取適當措施減

32、少測溫元件與周圍環(huán)境的熱量傳遞.,2、分度誤差 標準化的熱電阻分度表是對同一型號熱電阻的電阻-溫度特性統(tǒng)計分析的結果,而對具體所用的熱電阻體因材料純度、制造工藝而有所差異,這就形成了熱電阻分度誤差. 分度誤差的大小不能超過技術指標規(guī)定的數(shù)值. 3、自熱誤差 測量熱電阻阻值時要通過一定的電流,使電阻體產(chǎn)生溫升而引起溫度測量的附加誤差.它與電流大小和傳熱介質有關. 我國工業(yè)用熱電阻限制電流一般不超過6mA(一般為3mA),此時將熱電阻置于冰點槽中,則熱電阻的自熱誤差不超過0.1. 測量溫度越低,自熱誤差越大,工作電流應取得更小.,5、線路電阻變化帶來的誤差 熱電阻與顯示儀表或變送器配套測溫時,兩者

33、之間連接導線的電阻都有規(guī)定的數(shù)值,線路電阻不完全符合這一規(guī)定數(shù)值時會引起測溫誤差. 環(huán)境溫度變化時,導線電阻發(fā)生變化,該誤差必然存在. 實際測量電路采取措施減小或消除這一影響,如附加調整電阻. 6、顯示儀表的基本誤差 該誤差由儀表的精度等級確定.,四、熱電阻溫度計的選用 熱電阻與顯示儀表配套使用,為熱電阻選用配套 顯示儀表時應考慮： 1)顯示儀表的分度號與熱電阻的分度號一致。 2)為提高測量精度,使被測溫度最大值接近顯示儀表的最大量程。 3)根據(jù)實際測量要求,選擇儀表的精度等級. 4)測量電路的總電阻值應等于顯示儀表注明的外接電阻值。,第五節(jié)、接觸式測溫技術 一、測溫元件的傳熱情況 測溫元件的

34、接受熱量來自兩方面: 1)被測介質傳給測溫元件的導熱、輻射和對流換熱； 2)由于測溫元件阻擋了流動介質而在測溫元件附近發(fā)生氣流絕熱壓縮,使流體的動能轉變?yōu)闊崮?這種現(xiàn)象在測量高速流體的溫度時應當重視. 測溫元件的散熱途徑有兩種: 1)由測溫元件周圍冷壁的輻射散熱和傳熱; 2)沿測溫元件向外部介質的傳導散熱(包括測溫元件露在外部介質中的部分輻射散熱),其在靜態(tài)或低速流動介質中測量時引起誤差較大.,二、測溫元件的安裝 1、安裝的基本要求 1)測溫元件應逆被測介質流向, 若不能逆流插入,可采用逆流斜插 的方式,至少與被測介質流向垂直, 應避免與被測介質形成順流. 2)安裝時,要使測溫元件處于管道中心,即應使它處 于