(2)--第二章温度测量过程检测技术及仪表.ppt

过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表第二章 温度测量2.1温标与测温方法2.2膨胀式与压力式温度计2.3热电偶温度计2.4热电阻温度计2.5接触式测温误差及对策2.6非接触式测温2.4热电阻温度计利用导体或半导体的阻值随温度变化这一现象测量温度。（RT特性）工作原理取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态电阻值只有40，二额定热态电阻值为484欧姆。升高了十几倍！4/66热电阻的内部结构骨架+金属线=热电阻体2.4热电阻温度计2.4热电阻温度计对材料的要求（1）相对温度系数要大提高灵敏度；（2）电阻率要大减小体积，提高动态性能；金属丝（3）符合传感器基本要求。（1）膨胀系数小；（2）机械强度高；绕线骨架（3）绝缘性能好；（4）耐高温、耐腐蚀。1、铂热电阻特点：Pt100：0时100欧姆，用较细铂丝绕制，用于650以下温区；厚膜铂电阻：铂浆料印刷在玻璃或陶瓷底板上，再经光刻而成，-70500；数学模型：-2000：0850：种类：2.4热电阻温度计2.4.1标准热电阻精度高、稳定性和复现性好；价格高、体积略大；测温范围：-200850。Pt10：0时10欧姆，用较粗铂丝绕制，主要用于650以上温区；2.4热电阻温度计2、铜热电阻特点：Cu100：0时100欧姆；种类：线性好、价格低、体积大；测温范围：-40140。Cu50：0时50欧姆；数学模型：3、标准热电阻的分度表分度表就是以列表的方式表示温度与热电阻阻值之间的关系。2.4热电阻温度计0=100.00=0.0038504、标准热电阻的结构装配式和铠装式热电阻结构示意图（a）装配式热电阻（b）铠装式热电阻1金属保护套管2热电阻元件3绝缘材料粉末4引线2.4热电阻温度计10/66普通专配式热电阻普通专配式热电阻5、接线方式用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路。热电阻与温度指示仪表相隔一段距离，因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。内部引线方式2.4热电阻温度计热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四线制三种。12/66实用连接方式这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。2.4热电阻温度计两线制接法热电阻与电桥配合使用时，可有效减小连线误差。电桥平衡时：设计时满足：2.4热电阻温度计三线制接法平衡电桥原理测电阻：四线制接法：此方法用于恒流源驱动、电位差计测量的情况。因为电位差计是高阻抗输入，故连线电阻r对电位差不产生影响。2.4热电阻温度计特别注意：无论三线制还是四线制，导线都必须从电阻感温体的根部引出，不要从端子处引出。2.4热电阻温度计6、热电阻的测温误差分析分度误差：材料纯度和工艺致使；通电发热误差（自升温）：无法消除，可用规定最大电流T2（热端温度）T3（过热器壁温）T4（省煤器壁温）T5（墙外气温）；有温差就有传热，Q1为烟气传给热电偶热端的热量；Q2为套管传给环境的热量；Q3、Q4为热端辐射给换热器冷表面的热量。热平衡时：Q1Q2+Q3+Q4正常工作时Q2、Q3、Q4散热永远存在，故Q1必然存在。所以T1不等于T2，测温误差永远存在。2.5 接触式测温误差及对策2.5.2导热误差及其对策以管道内高温流体温度测量为例导热误差是指被测对象通过传感器以导热方式向周围介质散热引起的测温误差，它是最常见的一种传热误差。1、2管道内外介质与传感器之间的换热系数1、2套管内外两段的导热系数U1、U2L1,L2两段的外圆周长A1、A2L1,L2两段的截面积L1、L2内插、外露长度T1T5，td必然存在，切不可消除，与测量仪表的精度无关；2.5 接触式测温误差及对策导热误差公式2.5 接触式测温误差及对策升高T5和增大b1L1，降低b2L2；插入段分析：应增大b1L1，需增大1、U1；降低1和A1；外露段分析：应降低b2L2，需降低2、U2；增大2和A2；减小导热误差必须从设计、制造、安装等多方面综合考虑。减小导热误差的具体措施td必然存在，除T1、T5外，b1、b2、L1、L2均影响误差值存在彼此矛盾和不合理之处，为制造方便，传感器保护套管的截面积尺寸和材料应保持一致，因此外露段的A2、U2、2不能变化，只有减小2和L2；外露部分尽可能短，同时加包保温材料。2.5 接触式测温误差及对策2.5.3辐射换热误差及消除方法传感器套管端部辐射黑度；0斯特芬波尔兹曼常数；1介质与传感器之间的换热系数。降低：保护套管表面光滑；1升高：插入中心、加大流速（同导热情况）；T3升高：传感器远离冷物体、加装遮热罩以烟道内高温烟气温度测量为例减小辐射换热误差的具体方法2.5 接触式测温误差及对策2.5.4表面温度测量的传热误差工程和科学研究等领域常需测量物体表面温度，如：电厂要测锅炉汽包壁温、过热器管壁温及汽缸壁温。可以采用接触式、非接触式测温方法。热电偶的测量端用焊接、铆接或压紧的方式与被测物体表面紧密接触。假设被测物体温度高于周围介质温度，被测物体就会以导热的方式向热电偶的测量端传热，然后大部分能量从测量端沿热电偶向其冷端以导热方式传递，最终把热量传给周围介质（散热），由此会产生导热误差。以热电偶为例：2.5 接触式测温误差及对策影响因素分析热电极直径越大，导热误差越大；测量端附近气流速度大，导热误差越大；被测物体面积大、壁厚，其热容量大，导热误差越小；被测物体材料的导热系数大，则热量损失易得到补充，导热误差就小。热电偶与被测物体表面的安装敷设方式对导热误差也影响很大。典型安装方式2.6 非接触式测温运用场合：高温测量（冶金、铸造、耐火材料生产等），不适于接触式测量的场合。测温范围：常温（红外）到900以上的高温区。特点测量准确性受环境及对象性质影响较大。不干扰被测对象温度场；不会受到被测对象的腐蚀和毒化；不必与被测对象同温，测量上限不受限制；不必与被测对象达到热平衡，动态特性好；依据物体的辐射能量与其温度之间的函数关系。2.6 非接触式测温2.6.1辐射测温物理基础单色辐射出射度：在波长（，+d）范围内的辐射出射度。热辐射：物体处于0K以上任何温度，其内部带电粒子的热运动会发出不同波长的电磁波，这种现象称为热辐射（或温度辐射）。辐射能Q：以辐射的形式发射传播或接收的能量，单位为焦耳J。辐射通量：辐射能随时间的变化率（或辐射率），单位为瓦特W。辐射出射度（M）：若辐射源表面上的元面积dA在半个空间的总辐射通量为d，则元面积的辐射出射度为：2.6 非接触式测温实际物体：物体(,T)的随波长的改变而变化，则这种物体称为实际物体。绝对黑体：在任何温度下，对投射到其上的任何波长的热辐射均能全部吸收的物体。单色辐射黑度（光谱发射率）：物体在温度T时，单色辐射出射度M(,T)与同温度、同波长的绝对黑体的单色辐射出射度之比。灰体：若物体的(,T)不随波长的改变而变化，则这种物体称为灰体。全辐射黑度（全发射率）：2.6 非接触式测温基本定律（1）普朗克定律（单色辐射强度定律）：绝对黑体的单色辐射出射度与波长和温度的关系：式中：C13.741810-16Wm2普朗克第一常数。C21.438810-12mK普朗克第二常数。维恩公式：当1时，普朗克公式简化成维恩公式：当T3000K且可见光范围内，常用此公式。简化1893年,威廉维恩提出基于对实验数据的经验总结，从理论上得出维恩公式，即关于黑体辐射能量按波长分布的公式。2.6 非接触式测温马克斯普朗克于1900年建立了黑体辐射定律的公式。其目的是改进由威廉维恩提出的维恩近似在短波范围内和实验数据相当符合，但在长波范围内偏差较大；普朗克得到的公式则在全波段范围内都和实验结果符合得相当好。威廉维恩马克斯普朗克2.6 非接触式测温（2）斯蒂芬玻耳兹曼定律（全辐射定律）：绝对黑体的总辐射出射度与表面温度之间符合：斯蒂芬玻耳兹曼常数，5.6696110-3W（m2K4）辐射测温仪表的种类单色辐射光学高温计光电高温计比色高温计红外测温仪全辐射辐射高温计部分辐射温度计普朗克定律积分2.6 非接触式测温分类：隐丝式光学高温计、恒定亮度式光学高温计2.6.2典型非接触测温仪表1.光学高温计原理用已知温度的灯丝亮度与被测物体亮度相比，当二者相等时，用灯丝温度反映被测温度。可测量8003200。亮度温度：当实际物体在某一波长下的单色辐射亮度与绝对黑体在同一波长下的单色辐射亮度相等时，黑体的温度称为实际物体的亮度温度。34/662.6 非接触式测温红色滤光片：使亮度比较在0.66微米波段进行（保证单色、可见）；吸收玻璃：保证灯丝不过热的条件下增大光学高温计的测量范围（似墨镜）。主要部件及作用结构及原理35/662.6 非接触式测温WGG2-201（700-2000）光学高温计上海自动化仪表三厂WGG2-201型的实物2.6 非接触式测温调节目镜，清晰看到灯丝；调节物镜，清晰看到物体；调节刻度电阻使灯丝隐灭，读出亮度温度。调整亮度时灯丝隐灭情况（a）灯丝亮度较低；（b）灯丝亮度较高；（c）灯丝亮度与被测物体亮度相等操作方法2.6 非接触式测温非黑体辐射的影响已知物体黑度可计算修正，否则创造人工黑体环境；误差分析中间吸收介质的影响如雾里车灯，不易修正，应选择测点位置；火焰及其它发光体的影响加装观测管；环境温度影响在灯丝上造成温度梯度引起误差，固定环境温度；读数误差主观 4。仪表按黑体刻度，读数为亮度温度，黑度修正后才得实际温度。2.6 非接触式测温2.辐射高温计测出全辐射出射度Mb(T)对应出温度。可测量4002000,需要冷却！黑体：实际物体：辐射温度：当实际物体辐射出射度与绝对黑体的辐射出射度相等时，黑体的温度称为实际物体的辐射温度。原理仪表按黑体刻度，读数为辐射温度，黑度修正后才得实际温度。2.6 非接触式测温显示仪表：mV表，动圈表、电位差计等。传感器：光学系统（透射式、反射式、混合式）+辐射变换系统（光电变换式、热变换器）结构及原理40/66WFT-202型的实物WFT-202（400-2000）辐射高温计上海自动化仪表三厂2.6 非接触式测温重型轻型2.6 非接触式测温1云母基片2受热靶面3热电偶丝4引出线5补偿片6双金属片123456（a）热电堆示意图（b）补偿元件示意图误差分析：黑度影响；中间介质影响；距离、目标大小影响；环境温度影响等。热电堆及其冷端补偿谢谢观看谢谢观看