化工仪表及自动化检测仪表与传感器温度检测讲稿.ppt
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1、化工仪表及自动化检测仪表与传感器温度检测1第一页,讲稿共四十三页哦温标温标(1 1)摄氏温标摄氏温标:以水的冰点为:以水的冰点为“0 0”,水的沸点为,水的沸点为“100100”,中间,中间等分为等分为100100份,每份为份,每份为1 1度,以度,以O OC C表示。表示。(2 2)华氏温标华氏温标:冰水融体为:冰水融体为“3232”,水的沸点为,水的沸点为“212212”,中间,中间等分为等分为180180份,每份为份,每份为1 1度,以度,以O OF F表示。表示。(3 3)热力学温标热力学温标 -又称开尔文温标,单位为开尔文(又称开尔文温标,单位为开尔文(K K)。)。(4 4)国际实
2、用温标国际实用温标 -是一种符合热力学温标又使用简单的温标。是一种符合热力学温标又使用简单的温标。最新温标最新温标是是19901990年国际温标年国际温标 (ITSITS9090)2第二页,讲稿共四十三页哦测温方式可分为测温方式可分为接触式接触式和和非接触式非接触式两大类。两大类。接触式:接触式:温度敏感元件与被测对象接触,经过换热后两者温度相温度敏感元件与被测对象接触,经过换热后两者温度相等。等。比较比较简单简单、可靠可靠,测量精度较高测量精度较高;但因充分的热交;但因充分的热交换换,需要,需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象延迟现象,
3、同时,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触测温:非接触测温:温度敏感元件不与被测对象接触,而是通过辐射温度敏感元件不与被测对象接触,而是通过辐射能量进行热交换,由辐射能的大小来推算被测物体的温度。能量进行热交换,由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1)(1)辐射式温度计辐射式温度计 ,(2)(2)光纤式温度计。不与被测物体接触,不破光纤式温度计。不与被测物体接触,不破坏原有的温度场。精度一般不高坏原有的温度场。精度一般不高。一、一、温度测量的主要方法温度测量的主要方法温度的测量:以热平衡为基础的温度的测量:以热平衡为基础的。温
4、度最本质的性质:当两个冷热温度最本质的性质:当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热,换热结束后两物体处于程度不同的物体接触后就会产生导热换热,换热结束后两物体处于热平衡状态,则它们具有相同的温度。热平衡状态,则它们具有相同的温度。3第三页,讲稿共四十三页哦常用温度计的种类及适用温度4第四页,讲稿共四十三页哦1、膨胀式温度计t=t0t t0l玻璃液体玻璃液体温度计利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度。l双金属双金属温度计不同金属受热膨胀不同,双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度。5第五页,讲稿共四十三页哦2、压力式温度计l利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行测量。
5、温包:传热、容纳膨胀介质;毛细管:传递压力;弹簧管:显示压力(温度)。6第六页,讲稿共四十三页哦二、二、热电偶测温热电偶测温热电偶测温系统可实现远距热电偶测温系统可实现远距离温度自动测量。离温度自动测量。它的测温范围为:它的测温范围为:v-270-270+1800+1800。是广泛应用的温度检测系统是广泛应用的温度检测系统.常用来测量中高温。常用来测量中高温。-7第七页,讲稿共四十三页哦1、工作原理与热电效应、工作原理与热电效应将两种不同的导体或半导体两端相接将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路,当两接点分别置于两组成闭合回路,当两接点分别置于两种不同的温度时,则在回路中产生热种不同的
6、温度时,则在回路中产生热电势,形成回路电流电势,形成回路电流.这种现象称这种现象称塞塞贝克效应贝克效应,即,即热电效应热电效应.热电偶回路产生的热电势由热电偶回路产生的热电势由接触电势接触电势和和温差电势温差电势两部分组成。两部分组成。测温时,将焊接的一端置于被测温度场中,称为测量端测温时,将焊接的一端置于被测温度场中,称为测量端(或工作端、热端)。另一段一般要求恒定在某一温度,称为(或工作端、热端)。另一段一般要求恒定在某一温度,称为参考端(或自由端、冷端)。参考端(或自由端、冷端)。-8第八页,讲稿共四十三页哦热电势的产生热电势的产生扩散作用电场作用+-金属A金属Bv不同金属具有不同的电子
7、密度;v两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场热电现象;v电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡;v电子的扩散与温度相关,温度越高,扩散作用越强。自由电子密度大自由电子密度小9第九页,讲稿共四十三页哦接触电势与温差电势接触电势与温差电势接触电势:接触电势:温差电势:同一根导体两端处于不同的温度,导体中会产生温差电势(很小可忽略不计)。K:波尔兹曼常数,e:单位电荷电量n,N为自由电子密度。-10第十页,讲稿共四十三页哦热电偶回路的总的热电势热电偶回路的总的热电势 接触电势的大小与不同导体的电子密度及接点处温度高低接触电势的大小与不同导体的电子密度及接点处温度高低 有关有关.回路热电势的大
8、小回路热电势的大小仅与仅与材料和端点的温度材料和端点的温度有关,与有关,与热电偶热电偶的尺寸形状无关的尺寸形状无关。当冷端温度保持不变时,热电势才是被测热端温度的单当冷端温度保持不变时,热电势才是被测热端温度的单值函数值函数-11第十一页,讲稿共四十三页哦2、热电偶基本定律、热电偶基本定律如下:中间导体定律中间导体定律:如果插入热电偶回路的第三根导线两端的温度相同,将不影响整个回路总的热电势。等值替代定律等值替代定律:在某一温度范围内如果产生的热电势相同,则两支热电偶在此温度范围内可互相代用。均质导体定律均质导体定律:由同一种均质导体组成的闭合回路不可能产生热电势。中间温度定律中间温度定律:1
9、2第十二页,讲稿共四十三页哦3、标准化热电偶与分度表、标准化热电偶与分度表热电偶的材质要求热电偶的材质要求v单位温度变化的热电势大,且尽量接近线性关系;v热电性质稳定;v化学稳定性好:高温下抗氧化,抗腐蚀;v具有较好的延展性,易于加工;v复现性好,便于批量生产和互换。几种型号(分度号)的国际标准化热电偶正极负极长期工作:1300 oCS:铂铑10-铂,-501768oC;K:镍铬-镍硅,-2701372oC;长期工作:900 oC13第十三页,讲稿共四十三页哦热电偶的热电特性使使冷冷端端保保持持0 0时时,得得到到热热电电偶偶的的 热热电电特特性性-14第十四页,讲稿共四十三页哦温度的计算当已
10、知冷端温度当已知冷端温度不等于不等于0 0摄氏度时摄氏度时,如何计算所测,如何计算所测的温度值的温度值?回路的热电势差表可得热电偶的分度表见附录一:第95页15第十五页,讲稿共四十三页哦4、补偿导线补偿导线问题引出:问题引出:热电偶一般由贵金属制成,热电偶一般由贵金属制成,热电极长度有限;热电极长度有限;生产现场距控制室较远;生产现场距控制室较远;热电偶冷端暴露于空热电偶冷端暴露于空间,易受周围环境温度影响。间,易受周围环境温度影响。解决方法:解决方法:把热电偶的冷端延伸到远离被测对把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方。象且温度比较稳定的地方。选用一种具有和所连接的热电偶相选用
11、一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能,其材料又是廉价金属同的热电性能,其材料又是廉价金属导线。导线。补偿导线功功 能:能:v其一其一延长了热电偶的冷端延长了热电偶的冷端;v其二是降低了成本。其二是降低了成本。造成浪费造成浪费16第十六页,讲稿共四十三页哦带有补偿导线的热电偶测温原理。显示仪表AB补偿导线ABt1t217第十七页,讲稿共四十三页哦使用补偿导线应注意的问题:使用补偿导线应注意的问题:不同的热电偶配不同的补偿导线;补偿导线有正(绝缘层为红色)、负极,分别接热电偶的正、负极;补偿导线两个接点的温度应相同补偿导线的作用只是延伸了热电偶的冷端,当冷端温度不等于0时需要对冷端温度进行补偿。
12、18第十八页,讲稿共四十三页哦5、热电偶的冷端温度补偿 热电偶的热电动势大小与热电极材料和两节点的温度有热电偶的热电动势大小与热电极材料和两节点的温度有关关,同时热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表都是以热电同时热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表都是以热电偶参考端温度等于零为条件的。但实际上偶参考端温度等于零为条件的。但实际上,冷端温度受周围温度的冷端温度受周围温度的影响不可能保持为影响不可能保持为 C C 或某一常数。因此要测出实际温度就必或某一常数。因此要测出实际温度就必须采取修正或补偿措施。须采取修正或补偿措施。常用的补偿方法有:冷端温度保持 C C法;冷端温度修正法;校正仪表
13、零点法校正仪表零点法;补偿电桥法补偿电桥法;补偿热电偶法;补偿是相对的,因此有一定误差!补偿是相对的,因此有一定误差!19第十九页,讲稿共四十三页哦冷端温度保持C法;1 1)冷端温度保持 C C法:使冷端温度处于C。例如:将冷端放在盛有绝缘油的试管中,再置入装满冰水混合物冰水混合物的容器中,容器维持在C不变,精度高。用在实验室和精密用在实验室和精密测量,测量,“冰浴法冰浴法”20第二十页,讲稿共四十三页哦冷端温度修正法冷端温度修正法;校正仪表零点法校正仪表零点法2 2)修正法)修正法3 3)校正仪表零点法校正仪表零点法设:冷端温度恒为设:冷端温度恒为t t0 0(t t0 000),被测温度为
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