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温度的检测设计知识第1页，共23页，编辑于2022年，星期日热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分类特征传感器名称超高温用传感器1500以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器10001500光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器5001000光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0500低温用传感器-2500极低温用传感器-270-250BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容测温范围温度传感器分类(1)第2页，共23页，编辑于2022年，星期日分类特征传感器名称测温范围宽、输出小测温电阻器、晶体管、热电偶半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计线性型测温范围窄、输出大热敏电阻指数型函数开关型特性特定温度、输出大感温铁氧体、双金属温度计测温特性温度传感器分类(2)第3页，共23页，编辑于2022年，星期日分类特征传感器名称测定精度0.10.5铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计温度标准用测定精度0.55热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值15测定精度温度传感器分类(3)第4页，共23页，编辑于2022年，星期日常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家偶两大类。所调用标准热电偶是指国家 标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶并有统一的标准分度表的热电偶,它它 有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准偶在使用范围或数量级上均不及标准 化热电偶化热电偶,一般也没有统一的分度表一般也没有统一的分度表,主要用于某主要用于某些特殊场合的测量。些特殊场合的测量。标准化热电偶标准化热电偶 我国从我国从1988年年1月月1日起日起,热电偶和热电偶和热电阻全部按热电阻全部按IEC国际标准生产国际标准生产,并指定并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。型热电偶。第5页，共23页，编辑于2022年，星期日热电偶的结构形式热电偶的结构形式 为了保证热电偶为了保证热电偶可靠、稳定地工作可靠、稳定地工作,对它的结构要求对它的结构要求如下：如下：组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;两个热电极彼此之间应很好地绝缘两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短以防短路路;补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠靠;保护套管应能保证热电极与有害介质充分保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。隔离。第6页，共23页，编辑于2022年，星期日EAB（T1,T0）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T0）ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿导热电偶补偿导线接线图线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0时，则：只要只要T1、T0不变，接入不变，接入AB后不管接点温度后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。引入补偿导线原理。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过不能超过100。EAB(T1，T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B(如图)即引入所谓补偿导线时，当EAA(T2)=EBB(T2)，则回路总电动势仍为第7页，共23页，编辑于2022年，星期日热电偶材料应满足：l物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；l热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l便于制造；l复现性好，便于成批生产。热电偶的常用材料与结构第8页，共23页，编辑于2022年，星期日 1铂铂铑热电偶(S型)分度号LB3工业用热电偶丝：0.5mm，实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600。特点：n材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。n在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵蚀，需要用保护套管。n材料属贵金属，成本较高。n热电势较弱。（一）热电偶常用材料（一）热电偶常用材料第9页，共23页，编辑于2022年，星期日 2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型)分度号EU2工业用热电偶丝：1.22.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.489.7镍、910铬，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。特点：u价格比较便宜，在工业上广泛应用。u高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。u复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。第10页，共23页，编辑于2022年，星期日3镍铬考铜热电偶(E型)分度号为EA2工业用热电偶丝:1.22mm，实验室用可更细些。正极：镍铬合金负极：考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度：长期600，短期800。特点：l价格比较便宜，工业上广泛应用。l在常用热电偶中它产生的热电势最大。l气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。第11页，共23页，编辑于2022年，星期日4铂铑30铂铑6热电偶(B型)分度号为LL2正极：铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。特点：l材料性能稳定，测量精度高。l还原性气体中易被侵蚀。l低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。l成本高。第12页，共23页，编辑于2022年，星期日（二）常用热电偶的结构类型1工业用热电偶下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝1234第13页，共23页，编辑于2022年，星期日(a)(b)(c)(d)132 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优 点 是 小 型 化（直 径 从12mm到0.25mm）、寿命、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。图3.2-12铠装式热电偶断面结构示意图1金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型第14页，共23页，编辑于2022年，星期日方法u冰点槽法u计算修正法u补正系数法u零点迁移法u冷端补偿器法u软件处理法冷端处理及补偿原因l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。第15页，共23页，编辑于2022年，星期日1.冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液冷端处理及补偿T0第16页，共23页，编辑于2022年，星期日2.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68。注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第17页，共23页，编辑于2022年，星期日例用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。3.零点迁移法应用领域：如果冷端不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。第18页，共23页，编辑于2022年，星期日4.冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。冷端补偿器的作用注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0Ua Uab EAB(T,T0)供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。第19页，共23页，编辑于2022年，星期日第20页，共23页，编辑于2022年，星期日5.软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。对于T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。第21页，共23页，编辑于2022年，星期日1.1.热电偶的选择、安装使用热电偶的选择、安装使用热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，图3.2-17是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可图3.2-17热电偶安装图通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。热电偶的选择、安装使用和校验第22页，共23页，编辑于2022年，星期日热电偶分度号校验温度/热电偶允许偏差/温度偏差温度偏差LB3600，800，1000，120006002.4600占所测热电势的0.4%EU2400，600，800，10004004400占所测热电势的0.75%EA2300，400，60003004300占所测热电势的1%2.2.热电偶的定期校验热电偶的定期校验校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。工业热电偶的允许偏差，见下表。工业热电偶允许偏差工业热电偶允许偏差第23页，共23页，编辑于2022年，星期日