过程控制与自动化仪表仪表概述与温度检测仪表.ppt

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1、过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表湖南大学电气与信息工程学院湖南大学电气与信息工程学院涂春鸣涂春鸣主要内容主要内容o绪论o检测仪表检测仪表o调节器o执行器和防爆栅o调节对象的特性及实验测定o单回路调节系统设计及调节器参数整定o复杂调节系统o自动化仪表概述自动化仪表概述o温度检测仪表温度检测仪表o压力检测仪表压力检测仪表o流量检测仪表流量检测仪表o液位检测仪表液位检测仪表o成分分析仪表成分分析仪表检测仪表主要内容检测仪表主要内容 2.1 自动化仪表概述自动化仪表概述 o自动化仪表概念自动化仪表概念o单元组合式仪表特点单元组合式仪表特点o检测仪表功能、原理性组成检测仪表功能、原理性组成o测量

2、误差、真值、精度测量误差、真值、精度o零点迁移与量程调整零点迁移与量程调整2.1.1 自动化仪表概念自动化仪表概念 自动化仪表主要类型自动化仪表主要类型o检测仪表检测仪表对工艺参数进行测量对工艺参数进行测量o调节仪表调节仪表调节器，根据测量值与给定值调节器，根据测量值与给定值的偏差，按一定调节规律发出调节命令的偏差，按一定调节规律发出调节命令o执行器执行器根据调节仪表的命令对生产装置根据调节仪表的命令对生产装置的物料或能量进行控制的物料或能量进行控制 辅助单元辅助单元完成计算、变换、显示、安全操完成计算、变换、显示、安全操作等功能作等功能2.1.2 单元组合式仪表特点单元组合式仪表特点o将仪表

3、按其功能分成若干单元将仪表按其功能分成若干单元o各个单元之间以统一的标准信号相互联系各个单元之间以统一的标准信号相互联系o具有高度的灵活性和通用性，各个单元可以具有高度的灵活性和通用性，各个单元可以适当组合，也可与计算机等设备配合，组合适当组合，也可与计算机等设备配合，组合各种复杂的、新型的控制系统各种复杂的、新型的控制系统 o有气动组合仪表和电动单元组合仪表（有气动组合仪表和电动单元组合仪表（QDZ和和DDZ仪表）两类仪表）两类 过程控制发展概况过程控制发展概况气动单元组合仪表（气动单元组合仪表（QDZ）o采用采用140kPa压缩空气为能源，以压缩空气为能源，以20100kPa标准统一信号输

4、出标准统一信号输出o结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、安全防火防爆安全防火防爆o特别适用于石油、化工等易燃易爆场合特别适用于石油、化工等易燃易爆场合过程控制发展概况过程控制发展概况电动单元组合仪表（电动单元组合仪表（DDZ）o采用采用0-10mA 或或4-20mA标准统一信号标准统一信号o体积小、重量轻、安装维护方便、便于计算体积小、重量轻、安装维护方便、便于计算机接口机接口o部分仪表（如部分仪表（如DDZ-型）型）采取了先进的安采取了先进的安全防爆措施，能构成本质安全防爆系统，同全防爆措施，能构成本质安全防爆系统，同样能应用于易燃易爆场合样能应用

5、于易燃易爆场合 过程控制发展概况过程控制发展概况oDDZ：DDZ-：电子管式，：电子管式，010 mA DCDDZ-：晶体管式，：晶体管式，010 mA DCDDZ-：集成电路式，：集成电路式，420 mA DC传输、放大、变换、测量方便，易与计算机配合使用，传输、放大、变换、测量方便，易与计算机配合使用，但防爆性能只能是安全火花型防爆，内部设安全单但防爆性能只能是安全火花型防爆，内部设安全单元元oQDZ：20100kPa，低于，低于1标准大气压标准大气压本质安全型防爆，信号传输慢，传输距离短，管线安本质安全型防爆，信号传输慢，传输距离短，管线安装不方便装不方便QDZ与与DDZ比较比较 直流优

6、点直流优点：1.不受线路感抗影响，易与交流感应干扰区分；不受线路感抗影响，易与交流感应干扰区分；2.不存在相移，不受线路负载性质影响。不存在相移，不受线路负载性质影响。电流优点电流优点：1.可远距离传输，不受线路及负载电阻影响；可远距离传输，不受线路及负载电阻影响；2.可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力，可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力，便于用力平衡原理构成仪表；便于用力平衡原理构成仪表；3.灵活，只需在回路中串电阻即可得电压信号。灵活，只需在回路中串电阻即可得电压信号。DDZ-联络信号特点联络信号特点 零信号和满刻度零信号和满刻度：零信号和满刻度分别为零信号和满刻度分别为4mA和和

7、20mA，取，取其其20%，而不是，而不是0mA，便于识别仪表断电、，便于识别仪表断电、断线等故障；断线等故障；采用两线制（将供电电源线与信号传输线合采用两线制（将供电电源线与信号传输线合二为一），节省电缆，布线方便，利于防爆，二为一），节省电缆，布线方便，利于防爆，称为称为“活零点活零点”DDZ-联络信号特点联络信号特点 智能仪表智能仪表o自动化仪表及装置向着智能化、数字化、模块化、自动化仪表及装置向着智能化、数字化、模块化、高精度化和小型化的方向发展，智能化是最重要的高精度化和小型化的方向发展，智能化是最重要的特点。特点。o与常规仪表相比，智能仪表：与常规仪表相比，智能仪表：n测量精度高测

8、量精度高n自动校准自动校准n自动修正误差自动修正误差n自诊断的能力自诊断的能力n允许灵活地改变功能，实现高级控制允许灵活地改变功能，实现高级控制。2.1.3 检测仪表功能及组成检测仪表功能及组成 o检测：检测：利用适当的物理转换手段和信号形式的变换，并以数量方利用适当的物理转换手段和信号形式的变换，并以数量方式实现对被测物理量的确切认识。式实现对被测物理量的确切认识。是确定被测对象测量值的实验过程。是确定被测对象测量值的实验过程。o组成：组成：n传感器（含敏感元件）：检测仪表中的首要部件，传感器（含敏感元件）：检测仪表中的首要部件，它直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触）。它直接与被测对象

9、发生联系（但不一定直接接触）。感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号（压力变化、电阻变化等）。（压力变化、电阻变化等）。n变送器：能输出标准信号的传感器。将敏感元件参变送器：能输出标准信号的传感器。将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传送的标准信号。数响应变量转换成便于应用和传送的标准信号。对传感器的三个要求对传感器的三个要求 o高准确性，传感器的输出信号与被测参数成高准确性，传感器的输出信号与被测参数成严格的单值函数关系。严格的单值函数关系。o高稳定性，不受时间或环境温度变化等因素高稳定性，不受时间或环境温度变化等因素的影响。的影响。o高灵敏度

10、，被测参数微小变化时，输出量变高灵敏度，被测参数微小变化时，输出量变化明显。化明显。DDZ-仪表输出与被测量关系仪表输出与被测量关系04mAm20mAG被测量被测量例：仪表量程例：仪表量程2001000，则，则G0=200，对应对应4mA，Gm=1000，对应，对应20mA。若仪。若仪表输出表输出I=12mA，被测温度为？，被测温度为？2.1.4 测量误差、真值、精度测量误差、真值、精度 o测量误差：测量值与真实值之间存在的差别测量误差：测量值与真实值之间存在的差别o真值：一个变量本身所具有的真实值，它是真值：一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。一个理想的概念，一

11、般是无法得到的。o在计算误差时，一般用约定真值或相对真值在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。来代替。约定真值与相对真值约定真值与相对真值 o约定真值：一个接近真值的值，它与真值之约定真值：一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。差可忽略不计。n实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。次的测量值之平均值作为约定真值。o相对真值：指当高一级标准器的误差仅为低相对真值：指当高一级标准器的误差仅为低一级的一级的1/3以下时，可认为高一级的标准器以下时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。或仪表示值为低

12、一级的相对真值。仪表读数误差仪表读数误差 o读数误差的实质，是仪表读数与被测参数真读数误差的实质，是仪表读数与被测参数真实值之差。实值之差。o仪表的读数误差只能是读数与约定真值或相仪表的读数误差只能是读数与约定真值或相对真值之差。对真值之差。n=M-A n读数绝对误差；读数绝对误差；n M仪表读数；仪表读数；n A约定真值或相对真值。约定真值或相对真值。仪表绝对误差与相对误差仪表绝对误差与相对误差 o绝对误差：在测量范围绝对误差：在测量范围内，各读数误差的最大内，各读数误差的最大值。值。o相对误差：仪表的绝对相对误差：仪表的绝对误差与真值的百分比。误差与真值的百分比。o引用误差：绝对误差与引用

13、误差：绝对误差与仪表量程的百分比，去仪表量程的百分比，去掉正负号和百分比号，掉正负号和百分比号，即为仪表的精度等级。即为仪表的精度等级。仪表精度等级仪表精度等级 o又称准确度级，是按国家统一规定的允许误差大小又称准确度级，是按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。划分成的等级。o我国仪表精度等级有：我国仪表精度等级有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。等。o级数越小，精度（准确度）就越高。级数越小，精度（准确度）就越高。o科学实验用的仪表精度等级在科学实验用的仪表精度等级在0.05级以上；工业检级以上；工业检测用仪表

14、多在测用仪表多在0.14.0级，其中校验用的标准表多级，其中校验用的标准表多为为0.1或或0.2级，现场用多为级，现场用多为0.54.0级。级。例题例题o某压力表刻度某压力表刻度0100kPa，在在50kPa处测量值处测量值为为49.5kPa，求在求在50kPa处仪表示值的绝对误差、处仪表示值的绝对误差、相对误差和精度等级？相对误差和精度等级？o仪表的绝对误差：仪表的绝对误差：o仪表的相对误差：仪表的相对误差：o仪仪表的精度等表的精度等级级：0.5级级 例例1 某台某台测测温温仪仪表的表的测测温范温范围为围为 100700，校校验该验该表表时测时测得全量程内最大得全量程内最大绝对误绝对误差差为

15、为5，试试确定确定该仪该仪表的精度等表的精度等级级。解解：该仪该仪表的引用表的引用误误差差为为：将将该该表的表的去掉去掉“十十”号与号与“”号，其数号，其数值为值为0.625。由于国家。由于国家规规定的精度等定的精度等级级中没有中没有0.625级仪级仪表，而表，而该仪该仪表的表的误误差超差超过过了了0.5级仪级仪表所允表所允许许的最的最大大绝对误绝对误差。差。故故：这这台台测测温温仪仪表的精度等表的精度等级为级为1.0级级。例例2 某台某台测压仪测压仪表的表的测压测压范范围为围为 08MPa。根据工。根据工艺艺要求，要求，测压测压示示值值的的误误差不允差不允许许超超过过0.05 MPa，问应问

16、应如何如何选择仪选择仪表的精度等表的精度等级级才能才能满满足以上要求？足以上要求？解解：根据工根据工艺艺要求，要求，仪仪表的允表的允许许基本基本误误差差为为：去掉去掉“”和和“”号后，号后，0.625介于介于0.51.0之之间间。若若选选精度精度为为1.0级级的的仪仪表，其允表，其允许许的最大的最大绝对误绝对误差差为为0.08 MPa。超。超过过了工了工艺艺允允许许的数的数值值。故故：应选择应选择0.5级级的表。的表。仪表基本误差仪表基本误差 o这是指在仪表制造厂保证的条件下仪表的相这是指在仪表制造厂保证的条件下仪表的相对误差值，即规定使用条件下的相对误差。对误差值，即规定使用条件下的相对误差

17、。o规定使用条件：包括温度、相对湿度、电源规定使用条件：包括温度、相对湿度、电源电压、安装方式等电压、安装方式等 。仪表的附加误差与变差仪表的附加误差与变差 o附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。使用时另外产生的误差。如电源波动附加误差，温度附加误差等。如电源波动附加误差，温度附加误差等。o变差是同一仪表对被测量反复测量，产生的变差是同一仪表对被测量反复测量，产生的最大误差与测量范围之比。最大误差与测量范围之比。变差越小，稳定性越好。变差越小，稳定性越好。仪表的灵敏度仪表的灵敏度 o仪表的灵敏度是表达仪表对被测参数变化的仪表的灵敏度

18、是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度。灵敏程度。o它是指仪表在达到稳定状态以后，仪表输出它是指仪表在达到稳定状态以后，仪表输出信号变化信号变化与引起此输出信号变化的被测与引起此输出信号变化的被测参数（输入信号）变化量参数（输入信号）变化量x之比，用之比，用S表示表示灵敏度灵敏度 仪表的灵敏限仪表的灵敏限 o指能够引起仪表指示值（输出信号）发出变指能够引起仪表指示值（输出信号）发出变化（动作）的被测参数（输入信号）的最小化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。（极限）变化量。o与灵敏度是不同的概念。与灵敏度是不同的概念。分辨率分辨率表示仪表显示值的精细程度。表示仪表显示值的精细程度。

19、如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为千分之如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为千分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。分辨力分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。是指仪表能够显示的、最小被测值。如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为0.1，即该表的分辨力为，即该表的分辨力为0.1。对于数字式仪表，则对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。敏度和灵敏限。2.1.5 零点迁移与量程调整零点迁移与量程调整 o零点迁移：仪表测量范围的平移。零点迁移：仪表测量范围的

20、平移。X X轴为被测轴为被测量（温度、压力、流量、液位、成分等），量（温度、压力、流量、液位、成分等），Y Y轴为仪表输出（电流或者气压）。轴为仪表输出（电流或者气压）。10090020010000800o量程调整：仪表测量范围的非平移，斜率变量程调整：仪表测量范围的非平移，斜率变化。化。实例实例 某测温仪表的量程为某测温仪表的量程为0500，输出信号为输出信号为420mA，现欲测量现欲测量2001000应如何调整？应如何调整？0400600o温度检测概述温度检测概述o热电偶测温原理热电偶测温原理o热电阻热电阻测温原理测温原理o集成温度传感器集成温度传感器o接触测温元件的安装原则接触测温元件的

21、安装原则o测温元件的选型原则测温元件的选型原则o温度的显示与记录温度的显示与记录o温度变送器原理温度变送器原理 2.2 温度检测仪表温度检测仪表 2.2.1 温度检测概述温度检测概述 o温度：表征物体冷热程度的一个物理量。温度：表征物体冷热程度的一个物理量。o温标：将温度数值化的一套规则和方法，温温标：将温度数值化的一套规则和方法，温标有起点、单位和方向。标有起点、单位和方向。o温标有华氏、摄氏及开氏温标（热力学温标）。温标有华氏、摄氏及开氏温标（热力学温标）。o华氏与摄氏温标换算公式华氏与摄氏温标换算公式 非接触式测温非接触式测温 o通过通过热辐射热辐射来测温，不会破坏被测介质的温来测温，不

22、会破坏被测介质的温度场，误差小，反应速度快；度场，误差小，反应速度快；o测温上限原则上不受限制；测温上限原则上不受限制；o易受被测物体热辐射率及环境因素（物体与易受被测物体热辐射率及环境因素（物体与仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。红外线测温计红外线测温计光学高温计光学高温计1、辐射式温度计辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度。通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、红外式温度计红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。接触式测温接触式测温o接触测量，简单、可靠、精度高；接触测量，简单、可靠、

23、精度高；o测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测介质发生化学反应；测介质发生化学反应；o因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。o包括包括非电参数温度传感器、电参数温度传感器非电参数温度传感器、电参数温度传感器。非电参数温度传感器包括：膨胀式和压力式等。非电参数温度传感器包括：膨胀式和压力式等。电参数温度传感器包括：热电偶、热电阻电参数温度传感器包括：热电偶、热电阻、半导体、半导体热敏元件等。热敏元件等。接触式非电参数测温仪表：接触式非电参数测温仪表：1、膨胀式温度计、膨胀式温度计膨膨胀胀式式温温度度计计是是基

24、基于于物物体体受受热热时时体体积积膨膨胀胀的的性质而制成的。有性质而制成的。有液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计：利利用用液液体体（水水银银、酒酒精精）受热时体积膨胀的特性受热时体积膨胀的特性测温测温。玻璃管温度计玻璃管温度计电接点式电接点式玻璃管温度计玻璃管温度计 固体固体膨胀膨胀式温度计式温度计：用两片线膨胀系数不同的金用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。属片的膨胀长度不同而产生弯曲。若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着

25、中心轴偏转，带动指针在刻度盘上的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上指示出相应温度值。指示出相应温度值。双金属片常用来做温度报警或控制双金属片常用来做温度报警或控制 随着温度上升，双金属随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点接触片逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警灯和继到固定触点时，报警灯和继电器回路被接通。电器回路被接通。调节螺钉用来调整固定调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报警温触点的位置，以调整报警温度。度。双金属片双金属片调节螺钉调节螺钉绝缘柱绝缘柱 如图是一双金属温控器。如图是一双金属温控器。继电器继电器原原理理:封封闭闭容容器器中中的的液液体体、气气体体或或低低

26、沸沸点点液液体体的的饱饱和和蒸蒸汽汽，受受热热后体积膨胀，压力增大。后体积膨胀，压力增大。2、压力式温度计压力式温度计利利用用封封闭闭容容器器中中的的介介质质压压力力随随温度变化的现象来测温。温度变化的现象来测温。用压力表用压力表指示温度。指示温度。1、热电偶温度计、热电偶温度计 利用物体的热电性质测温。利用物体的热电性质测温。2、热电阻温度计、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。测温。3、半导体温度计、半导体温度计 利用半导体利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性，通结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）

27、电压变化来测量温度。过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度。接触式电参数测温仪表：接触式电参数测温仪表：2.2.2 热电偶测温原理热电偶测温原理（1 1）热电偶的测温原理：）热电偶的测温原理：热电效应热电效应两种不同导体接触并构成回路，若两个接点温度不两种不同导体接触并构成回路，若两个接点温度不同，则回路中出现毫伏级热电势，并产生电流。当同，则回路中出现毫伏级热电势，并产生电流。当一端温度固定，则该热电势与温度有准确的单值对一端温度固定，则该热电势与温度有准确的单值对应关系应关系特点特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量传。一般用于测量5

28、001600之间的温度。之间的温度。热电偶特点热电偶特点 o热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；线性关系；o稳定性和复现性较好；稳定性和复现性较好；o响应时间较快；响应时间较快；o测温范围宽，高温热电偶测温上限可达测温范围宽，高温热电偶测温上限可达2800，低温热电偶可达，低温热电偶可达4K；o测温精度高；使用范围广。测温精度高；使用范围广。1、接触电势、接触电势 当不同导体当不同导体A、B接触时，两边接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上的自由电子密度不同，在交界面上产生电子的相互扩散，致使在接触产生电子的相互扩散，致使在接触处产生处产生

29、接触电势接触电势。其大小取决于两种材料的种类其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。和接触点的温度。t热端热端 A Bt0冷端冷端eAB(t)=Ktel nNA(t)NB(t)NA(t)、NB(t)自由电子密度；自由电子密度；e 单位电荷单位电荷2、温差电势、温差电势 对于同一金属对于同一金属A（或或B），），其两端温度不同，自由电子所其两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为应的电势，称为温差电势温差电势。热电势由两部分组成：热电势由两部分组成：接触接触电势电势和和温差电势温差电势。但温差电势。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不值远小于接

30、触电势，常忽略不计。计。t A Bt0 3、回路总电势、回路总电势 热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称称热电势热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：构成：EAB（t，t0）=e AB（t）-e AB（t0）此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实际此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关关。当冷端温度

31、固定时，当冷端温度固定时，E（t，t0）是热端温度是热端温度 t 的单的单值函数值函数。有关热电偶的几点结论有关热电偶的几点结论（1）若两种导体相同则无论两端点温度如）若两种导体相同则无论两端点温度如何，回路中热电势为零。何，回路中热电势为零。（2）若两端点温度相同，而）若两端点温度相同，而A、B材料不材料不同，回路中热电势为零。同，回路中热电势为零。（3）热电势与材料的中间温度无关，只与）热电势与材料的中间温度无关，只与两接点温度有关。两接点温度有关。（4）热电势的大小取决于两种导体的材质）热电势的大小取决于两种导体的材质和接触点的温度。和接触点的温度。热电偶的构造热电偶的构造 热电偶是用两

32、种不同材料的偶丝或薄膜一端焊热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。普通型普通型铠装型铠装型普通热电偶普通热电偶热电偶类型热电偶类型 理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。选择。选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。国际电工委员会（简称国际电工委员

33、会（简称IEC）规定了热电偶材料）规定了热电偶材料的取材标准。的取材标准。用分度号命名不同用分度号命名不同取材取材的热电偶的热电偶，并给出，并给出了标准的了标准的热电势分度表热电势分度表。几种常用的标准型热电偶简介几种常用的标准型热电偶简介热电热电偶名称偶名称分度号分度号测测温范温范围围（）平均灵敏度平均灵敏度特特 点点铂铑铂铑30铂铑铂铑6B0+180010V/稳稳定性好定性好,精度高精度高,可在可在氧化气氛使用氧化气氛使用铂铑铂铑l0铂铂S0+160010V/同上，同上，线线性度性度优优于于B镍铬镍铬镍镍硅硅K0+100040V/价廉价廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性气氛中使用性气氛中使

34、用镍铬镍铬康康铜铜E-200+90080V/灵敏灵敏,价廉价廉,可在氧化及可在氧化及弱弱还还原气氛中使用原气氛中使用铜铜康康铜铜T-200+40050V/价廉价廉,但但铜铜易氧化易氧化,常用常用于于150以下温度以下温度测测量量 镍铬镍铬镍硅热电偶分度表（简表）镍硅热电偶分度表（简表）分度号分度号 K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.137

35、8.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.7

36、0970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35

37、647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398铂铂及及其其合合金金（B、S）属属于于贵贵重重金金属属，价价格格很很贵贵，但但其其热热电电势势非非常常稳稳定定，主主要要用用做做标标准准热热电电偶偶及及测测量量1100以上的高温。以上的高温。镍铬镍铬镍硅（镍硅（K）线性度最好线性度最好 镍铬镍铬康铜（康铜（E）灵敏度最高灵敏度最高 铜铜康铜（康铜（T）价格最便宜价格最便宜 不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关系不

38、同。性关系不同。热电偶冷端处理热电偶冷端处理 o只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。才是被测温度的单值函数。o热电偶的热电偶的冷端处理冷端处理：把热电偶延伸到环境中：把热电偶延伸到环境中以便测量和稳定冷端温度以便测量和稳定冷端温度。延长导线延长导线：廉价电偶的冷端处理：廉价电偶的冷端处理补偿导线补偿导线：选配低温段与电偶有相同热电效应：选配低温段与电偶有相同热电效应的廉价导体的廉价导体冰浴法冰浴法 把把热热电电偶偶的的冷冷端端插插入入盛盛有有绝绝缘缘油油的的试试管管中中，然然后后将将试试管管放放入入装装有有冰冰水水混混合合物物的的

39、容容器器中中，保保持持冷端为冷端为0。这种方法多数。这种方法多数用于热电偶的检定用于热电偶的检定。AB+热热电电偶偶补偿导线补偿导线铜导线铜导线t0rrRcuERRpuabII恒流恒流I=E/R RRCU,RP,rr RCU,RP 则支路桥臂电流则支路桥臂电流I=I/2冷端补偿冷端补偿（电桥法）（电桥法）2.2.3 热电阻测温原理热电阻测温原理 o在中、低温区，热电偶输出的热电动势很小；在中、低温区，热电偶输出的热电动势很小；o而在中、低温区，用热电阻比用热电偶做为测而在中、低温区，用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高；温元件时的测量精确度更高；o热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻

40、两类；热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类；o热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可在在-270900范围内使用（推荐在范围内使用（推荐在150以下时选用）。以下时选用）。热电阻的材料要求热电阻的材料要求o一般要求工业热电阻的材料应具有：一般要求工业热电阻的材料应具有：n电阻温度系数大；电阻温度系数大；n电阻率大；电阻率大；n热容量小；热容量小；n在测温范围内具有稳定的物理和化学性能；在测温范围内具有稳定的物理和化学性能；n良好的复制性；良好的复制性；n电阻随温度的变化呈线性关系等电阻随温度的变化呈线性关系等。常用金属热电阻材料常用金属热电阻材料o目

41、前世界上用作热电阻的材料主要有铂、铜目前世界上用作热电阻的材料主要有铂、铜及镍，也有及镍，也有铟电阻、锰电阻及碳电阻；铟电阻、锰电阻及碳电阻；o我国镍储量较少，故只采用铂、铜两种金属我国镍储量较少，故只采用铂、铜两种金属热电阻。热电阻。电阻温度关系：电阻温度关系：R t=R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000)R t=R0(1+At+Bt2)(0850)铂电阻有两种分度号：铂电阻有两种分度号：Pt10,Pt1001.铂电阻铂电阻 铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际测温复现性好、精度高。被国际电工委员会电工

42、委员会规定规定为为-259+630 间的基准器间的基准器，但，但线性度稍差线性度稍差，常，常用于用于-200+600 温度测量。温度测量。2.铜电阻铜电阻 铜电阻价格铜电阻价格便宜便宜，线性度好线性度好，但温度稍高，但温度稍高易氧易氧化化，常用于，常用于-50+100 温度测量。铜电阻有两种分温度测量。铜电阻有两种分度号：度号：Cu50，Cu100。电阻温度关系：。电阻温度关系：R t=R0(1+t)(-50150)普通热电阻结构普通热电阻结构热热电电阻阻的的结结构构型型式式常常见见有有普普通通型型热热电电阻阻、铠铠装装热热电电阻阻。其其结结构构是是，以以云云母母片片或或石石英英玻玻璃璃柱柱作

43、作骨骨架架，将将金金属属丝丝用用双双线线法法绕绕在在骨骨架架上上，以以消消除除电电感感。此外，还有薄膜型热电阻。此外，还有薄膜型热电阻。热电阻的三线制接法热电阻的三线制接法 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法。桥输出带来较大误差，必须用三线接法。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2测量仪表测量仪表R tUab=（Rt+r)I（R1+r）I=Rt Iab 热敏电阻热敏电阻 半导体材料的电阻值具有半导体材料的电阻值具有负温度系

44、数负温度系数，可以作温，可以作温度传感元件，特点是：度传感元件，特点是：温度()1081061041021001601208040电阻()负温度系数热敏电阻特性负温度系数热敏电阻特性 电阻率大电阻率大电阻体积小，响应快；电阻体积小，响应快；温度系数大温度系数大灵敏度高；灵敏度高；非线性严重非线性严重影响精度。影响精度。温度特性分散温度特性分散互换性差互换性差 2.2.4 集成温度传感器集成温度传感器o利用利用PN结的伏安特性与温度之间的关系研制的一种结的伏安特性与温度之间的关系研制的一种固态传感器。固态传感器。将温敏晶体管和外围电路集成在一个将温敏晶体管和外围电路集成在一个芯片上构成，相当于一

45、个测温器件。芯片上构成，相当于一个测温器件。o特点：特点：n体积小，价格低；体积小，价格低；n热惯性小、反应快；热惯性小、反应快；n测温精度高；测温精度高；n测温范围为测温范围为-50150；n稳定性好，线性度好。稳定性好，线性度好。o分电压型、电流型、数字型，分电压型、电流型、数字型，电压型温度系数约电压型温度系数约10mV/0C，电流型温度系数约电流型温度系数约1A/0C。AD590o两端元件；两端元件；o供电电压：直流（供电电压：直流（+4+30V），），1.5mW(+5V)；o高阻抗（高阻抗（710M）输出；输出；o00C时输出时输出273.2A；o温度系数温度系数1A/0C；o测温范

46、围测温范围-55+1500C；o使用范围广泛。使用范围广泛。2.2.5 接触测温元件的安装原则接触测温元件的安装原则 o测量流动介质（管道内）温度时，应保证传测量流动介质（管道内）温度时，应保证传感器与介质充分接触，与被测介质成逆流状感器与介质充分接触，与被测介质成逆流状态（至少呈正交式）安装。态（至少呈正交式）安装。o感温点应处于管道中流速最大的地方。感温点应处于管道中流速最大的地方。o尽可能增大传感器的插入深度，温度计应斜尽可能增大传感器的插入深度，温度计应斜插或在管道弯头处插入。插或在管道弯头处插入。o当测温管道过细（直径小于当测温管道过细（直径小于80）时，安装）时，安装测温元件需加装

47、扩充管。测温元件需加装扩充管。接触测温元件的安装原则（续）接触测温元件的安装原则（续）o热电偶及热电阻在安装时，应使其接线盒的面盖向热电偶及热电阻在安装时，应使其接线盒的面盖向下，以免雨水或其他污物渗漏。下，以免雨水或其他污物渗漏。o安装在负压管道上的温度计，必须要保证良好的密安装在负压管道上的温度计，必须要保证良好的密封性，以防外界冷空气进入。封性，以防外界冷空气进入。o用热电偶测量炉膛温度时，应避免与火焰直接接触；用热电偶测量炉膛温度时，应避免与火焰直接接触；避免把热电偶安装在炉门旁或与热物体距离过近之避免把热电偶安装在炉门旁或与热物体距离过近之处。处。o接线盒不应碰到被测介质的器壁，以免

48、热电偶冷端接线盒不应碰到被测介质的器壁，以免热电偶冷端温度过高。温度过高。2.2.6 测温元件的选型原则测温元件的选型原则 o仪表的精度等级应根据生产工艺对参数允许仪表的精度等级应根据生产工艺对参数允许偏差的大小确定。偏差的大小确定。o仪表选型应力求操作方便、运行可靠、经济、仪表选型应力求操作方便、运行可靠、经济、合理等。合理等。o在同一工程中，应尽量减小仪表的品种和规在同一工程中，应尽量减小仪表的品种和规格。格。o一般取实测最高温度为仪表上限值的一般取实测最高温度为仪表上限值的90%，而，而30%以下的刻度原则上最好不用。以下的刻度原则上最好不用。测温元件的选型原则（续）测温元件的选型原则（

49、续）o热电偶测温反应速度快、适于远距离传送、便于与热电偶测温反应速度快、适于远距离传送、便于与计算机联用、价廉，故只在测量范围低于计算机联用、价廉，故只在测量范围低于150时时才选用热电阻。才选用热电阻。o热电偶、补偿导线及显示仪表的分度号要一致。热电偶、补偿导线及显示仪表的分度号要一致。o保护套管的耐压等级应不低于所在管线或设备的耐保护套管的耐压等级应不低于所在管线或设备的耐压等级。压等级。o材料应根据最高使用温度及被测介质的特性来选择。材料应根据最高使用温度及被测介质的特性来选择。2.2.7 温度显示与记录温度显示与记录1.1.动圈式指示仪表动圈式指示仪表动圈式指示仪表动圈式指示仪表 可可

50、直直接接与与热热电电偶偶、热热电电阻阻配配套套显显示示温度，是最简单的模拟指示仪表。温度，是最简单的模拟指示仪表。热电偶、热电阻等热电偶、热电阻等传感元件传感元件传感元件传感元件的测温信号，必须的测温信号，必须经后级仪表处理，经后级仪表处理，将温度显示出来或记录保存。将温度显示出来或记录保存。将温度显示出来或记录保存。将温度显示出来或记录保存。动圈式仪表实质上是测量电流的仪表，其指示动圈式仪表实质上是测量电流的仪表，其指示机构的核心部件是一个磁电式毫安表。机构的核心部件是一个磁电式毫安表。利用通电线圈在磁场中受到力矩的作用产生偏利用通电线圈在磁场中受到力矩的作用产生偏转的原理，带动装在动圈上的