化工仪表及自动化之温度检测及仪表25053.pptx

《化工仪表及自动化之温度检测及仪表25053.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工仪表及自动化之温度检测及仪表25053.pptx（74页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表内容提要内容提要n概述概述n测温仪表的分类测温仪表的分类n温度检测的基本原理温度检测的基本原理n热电偶温度计热电偶温度计n热电偶热电偶n补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿n热电阻温度计热电阻温度计n测温原理测温原理n常用热电阻常用热电阻内容提要内容提要n温度变送器温度变送器n电动温度变送器电动温度变送器n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器一、一、概述概述一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。温度概念的建立及测量：以热平衡

2、为基础的温度最本质的性质：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热平衡状态，则它们具有相同的温度。分类分类按测量方式按测量方式按测量方式按测量方式 接触式与非接触式 一、概述一、概述测温测温测温测温方式方式方式方式温度计温度计温度计温度计种类种类种类种类 优点优点优点优点 缺点缺点缺点缺点 使用范围使用范围使用范围使用范围接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测量结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示能现场指示,不能记录与远传不能记录与远传-100

3、-100100100（150150）有机液体）有机液体0 0 350350（-30-30 650 650）水银）水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限-80-80 600 600压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具有结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控报警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时,仪仪表的滞后性较大、一般离开测表的滞后性较大、一

4、般离开测量点不超过量点不超过 10米米-30-30 600 600 液体型液体型0 0 250 250 蒸汽型蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温,由由于体积大于体积大,测点温度较困难测点温度较困难-200-200 600 600 铂电阻铂电阻-50-50 150 150 铜电阻铜电阻-50-50 150150（180180）镍电阻）镍电阻-100-100 200200（300300）热敏电阻）热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围广测温范围广,精度高精度高,便于

5、便于远距离、多点、集中测量和远距离、多点、集中测量和自动控制自动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿,在低温段测在低温段测量精度较低量精度较低 0 0 13001300（16001600）铂铑）铂铑1010-铂铂-50-50 10001000（12001200）镍铬）镍铬-镍硅镍硅非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测温携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场时不破坏被测物体温度场 测量时测量时,必须经过人工调整必须经过人工调整,有有人为误差人为误差,不能作远距离测量不能作远距离测量,记录和自控记录和自控 700 700 3200 3200辐射高温辐射高

6、温计计测温元件不破坏被测物体温测温元件不破坏被测物体温度场度场,能作远距离测量、报能作远距离测量、报警和自控、测温范围广警和自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环境条件会影响测量精度环境条件会影响测量精度,连续连续测高温时须作水冷却或气冷却测高温时须作水冷却或气冷却 0 0 2000 2000）表表表表5-1 5-1 5-1 5-1 各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围4接触式测温接触式测温 n温温度度敏敏感感元元件件与与被被测测对对象象接接触触，经经过过换换热热后后两两者温度相等。者

7、温度相等。n常用的接触式测温仪表常用的接触式测温仪表：(1)膨胀式温度计。膨胀式温度计。(2)热电阻温度计。热电阻温度计。(3)热电偶温度计。热电偶温度计。(4)其他原理的温度计。其他原理的温度计。特点：特点：n优点：优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单。直观、可靠，测量仪表也比较简单。缺点：缺点：由由于于敏敏感感元元件件必必须须与与被被测测对对象象接接触触，在在接接触触过过程程中中就就可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。有有的的测测温温元元件件不不能能和和被被测测对对象象充充分分接接触触，不不能能达达到到充充分分的的热热平平衡衡，使

8、使测测温温元元件件和和被被测测对对象象温温度度不不一一致致，也也会会带带来误差。来误差。在在接接触触过过程程中中，介介质质腐腐蚀蚀性性，高高温温时时对对测测温温元元件件的的影影响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。非接触测温非接触测温温温度度敏敏感感元元件件不不与与被被测测对对象象接接触触，而而是是通通过过辐辐射射能能量量进进行行热热交交换换，由由辐辐射射能的大小来推算被测物体的温度。能的大小来推算被测物体的温度。常用的非接触式测温仪表常用的非接触式测温仪表：(1)辐射式温度计：基于普朗克定理辐射式温度计：基于普朗克定理 光电高温计，辐射传感器，比色温度计。光

9、电高温计，辐射传感器，比色温度计。(2)光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。光纤温度传感器，光纤辐射温度计。光纤温度传感器，光纤辐射温度计。n优点：优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物 体为运动物体时尤为适用。体为运动物体时尤为适用。n缺点缺点：精度一般不高。：精度一般不高。一、概述一、概述1.1.1.1.应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温图3-50 双金属片图3-51 双金属温度信号器1双金属片；2调节螺钉；3绝缘子；4信号灯 利用液体或固体受热时产

10、生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。一、概述一、概述2.2.2.2.应用压力随温度变化的原理测温应用压力随温度变化的原理测温应用压力随温度变化的原理测温应用压力随温度变化的原理测温3.3.3.3.应用热阻效应测温应用热阻效应测温应用热阻效应测温应用热阻效应测温 4.4.4.4.应用热电效应测温应用热电效应测温应用热电效应测温应用热电效应测温 5.5.5.5.应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温 二、热电偶温度计二、热电偶温度计n热电偶热电偶热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。图3-53 热电偶温度计测温系统示意图1

11、热电偶；2导线；3测量仪表热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。图3-54 热电偶示意图热电偶也叫温差电偶是最早出现的一种热电探测器件n赛贝克（赛贝克（Seebeck）效应）效应(热点效应热点效应)1821年年赛赛贝贝克克发发现现了了铜铜、铁铁这这两两种种金金属属的的温温差差电电现现象象。即即在在这这两两种种金金属属构构成成的的闭闭合合回回路路中中，对对两两个个接接头头的的中中一一个个加加热热即即可可产产生生电电流流。在在冷冷接接头头处处，电电流流从从铁铁流流向向铜铜。由由于于冷冷、热热两两个个端端（接接头头）存存在在温温差

12、差而而产产生生的的电电势势差差e，就就是是温温差热电势。差热电势。这这种种由由两两种种不不同同的的金金属属构构成成的的能能产产生生温温差差热热电电势势的的装装置置称为热电偶。称为热电偶。二、热电偶温度计二、热电偶温度计1.1.1.1.热电现象及测温原理热电现象及测温原理热电现象及测温原理热电现象及测温原理图3-55 热电现象n热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端T T0时，回路中会产生热电势 热电势由两种材料的接触电势热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定和单一材料的温差电势决定（1 1）接触电势）接触电势n不不同同金金属属材材料料内内部部的的自自由由电电子子密密度

13、度不不同同，当当A和和B材材料料接接触触是是，自自由由电电子子要要从从密密度度大大的的地地方方扩扩散散到到密密度度小小的的地地方方，从从而产生自由电子扩散现象。而产生自由电子扩散现象。n自自由由电电子子从从A扩扩散散到到B，扩扩散散平平衡衡时时，A失失去去电电子子带带正正电电荷荷，B得得到到电电子子带带负负电电荷荷，因因此此在在A、B接接触触处处形形成成一一定定电电位位差差，即接触电势（帕尔帖电势）。即接触电势（帕尔帖电势）。接触电势接触电势帕尔帖电势大小为：k k 玻耳兹曼常数；玻耳兹曼常数；K1.3810-23 T T 接触面的绝对温度；接触面的绝对温度；e e 单位电荷量；单位电荷量；e

14、=1.610-19CN NA A金属电极金属电极A A的自由电子密度的自由电子密度N NA A金属电极金属电极B B的自由电子密度的自由电子密度（2 2）温差电势）温差电势n在在同同一一金金属属材材料料A中中，当当金金属属材材料料两两端端的的温温度度不不同同时时，两两端端电电子子能能量量不不同同。温温度度高高的的一一端端电电子子能能量量大大，则则电电子子从从高高温温端端向向低低温温扩扩散散的的数数量量多，直至平衡。多，直至平衡。n即即在在A两两端端形形成成一一定定电电位位差差，即即温温差差电电势势（汤汤姆逊电势）。姆逊电势）。温差电势温差电势（汤姆逊电势）（汤姆逊电势）汤姆逊电势大小为：汤姆逊

15、系数，它表示温度为汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。的电动势值，它与材料的性质有关。（3 3）热电偶回路的总热电势热电偶回路的总热电势 结论：结论：热电势存在必须具备两个条件：两种不同的金属材料组成热电偶它的两端存在温差。图3-56 接触电势形成的过程左图闭合回路中总的左图闭合回路中总的热电势热电势或或图3-57 热电偶原理二、热电偶温度计二、热电偶温度计注意注意 由由于于热热电电极极的的材材料料不不同同,所所产产生生的的接接触触热热电电势势亦亦不不同同,因因此此不不同同热热电电极极材材料料制制成成的的热热电电偶偶在在相相同同温温度度下下产产生的热电势是

16、不同的。生的热电势是不同的。热热电电偶偶一一般般都都是是在在自自由由端端温温度度为为00时时进进行行分分度度的的,因因此此,若若自自由由端端温温度度不不为为00而而为为t t0 0时时,则则热热电电势势与与温温度度之间的关系可用下式进行计算之间的关系可用下式进行计算。EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)二、热电偶温度计二、热电偶温度计举例举例例1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800,自由端(冷端)温度为30,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。解：由附录四可以查得 E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1

17、.203(mV)将上述数据代入,即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)二、热电偶温度计二、热电偶温度计例2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0=30,测得热电势 E(t,t0)=7.172mV，求被测介质的实际温度。解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式变换得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+7.172=7.345(mV)再由附录一可以查得7.345mV对应的温度t为800。二、热电偶温度计二、热电偶温度计注注意意：由由于于热热电电偶偶所所产产生生的的热热电电势势与与温温度度的的关关系系都都是

18、是非非线线性性的的 (当当然然各各种种热热电电偶偶的的非非线线性性程程度度不不同同),),因因此此在在自自由由端端温温度度不不为为零零时时,将将所所测测热热电电势势对对应应的的温温度度值值加加上上自自由端温度由端温度,并不等于实际的被测温度。并不等于实际的被测温度。标准化热电偶热电势和温度的关系标准化热电偶热电势和温度的关系 二、热电偶温度计二、热电偶温度计2.2.2.2.插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。的数值，见下图。总的热电势能

19、量守恒原理（3-77）（3-78）将式（3-77）代入式（3-76）可得图3-58 热电偶测温系统连接图（3-76）二、热电偶温度计二、热电偶温度计说明：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。中中间间导导体体定定律律-此此定定律律具具有有特特别别重重要要的的实实用用意意义义，因因为为用用热热电电偶偶测测温温时时必必须须接接入入仪仪表表(第第三三种种材材料料)，根根据据此此定定律律，只只要要仪仪表表两两接接入入点点的的温温

20、度度保保持持一一致致(T0 0 )，根根据中间导体定律，仪表的接入就不会影响热电势。据中间导体定律，仪表的接入就不会影响热电势。二、热电偶温度计二、热电偶温度计3.3.常用热电偶的种类常用热电偶的种类工业工业工业工业上对上对上对上对热电热电热电热电极材极材极材极材料的料的料的料的要求要求要求要求在测温范围内其热电性质要稳定在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化不随时间变化;在测温范围内要有足够物理、化学稳定性在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易不易被氧化或腐蚀被氧化或腐蚀;电阻温度系数要小电阻温度系数要小,电导率要高电导率要高,组成热电偶后产组成热电偶后产生的热电势要大生的热电势要大

21、,其值与温度成线性关系或有简单其值与温度成线性关系或有简单的函数关系的函数关系;复现性要好复现性要好,这样便于成批生产这样便于成批生产,而且在应用上也而且在应用上也可保证良好的互换性可保证良好的互换性;材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。便于加工成丝。二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030-铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铁铁-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍WRRWRRWRPWR

22、PWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2-CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350表表表表3-4 3-4 3-4

23、 3-4 常用热电偶常用热电偶常用热电偶常用热电偶1、铂铑30-铂铑6（B型）n为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为0.5mm0.5mm，正正极极（BPBP）和和负负极极（BNBN）的的名名义义化化学学成成分分均均为为铂铂铑铑合合金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。长长期期最最高高使使用用温温度度为为16001600，短短期期最最高高使使用用温温度度为为18001800。n优优点点：准准确确度度高高，稳稳定定性性好好，测测温温温温区区宽宽，使使用用寿寿命命长长等等，适适用用于于氧氧化化性性和和惰惰性性气气氛氛中中，也也可可

24、短短期期用用于于真真空空中中，但但不不适适用用于于还还原原性性气气氛氛或或含含有有金金属属或或非非金金属属蒸蒸汽汽中中；参参比比端端不不需需进进行行冷冷端端补补偿偿，因因为为在在0 05050范范围围内热电势小于内热电势小于3V3V。n缺缺点点：热热电电率率较较小小，灵灵敏敏度度低低，高高温温下下机机械械强强度度下下降降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵。抗污染能力差，贵金属材料昂贵。2、铂铑10-铂热电偶（S型）n贵金属热电偶。电极线径规定为贵金属热电偶。电极线径规定为0.5mm0.5mm，正极（正极（SPSP）的名义化学成分为铂铑合金）的名义化学成分为铂铑合金负极（负极（SNSN）为纯铂，故俗

25、称为单铂铑热电偶。）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。长长期期最最高高使使用用温温度度为为13001300，短短期期最最高高使使用用温温度度为为16001600。n优优点点：准准确确度度高高，稳稳定定性性好好，测测温温温温区区和和使使用用寿寿命命长长，物物理理化化学学性性能能良良好好，在在高高温温下下抗抗氧氧化化性性能能好好，适适用用于于氧化和惰性气氛中。氧化和惰性气氛中。n缺缺点点：热热电电率率较较小小，灵灵敏敏度度低低，高高温温下下机机械械强强度度下下降降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。3、镍铬-镍硅热电偶（K型）n使用量最大的

26、廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和正极（正极（KPKP）的名义化学成分为：）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10Ni:Cr=90:10，负极（负极（KNKN）的名义化学化学成分为）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3Ni:Si=97:3。其使用温度为其使用温度为-50-5010001000。n优优点点：线线性性度度好好，热热电电势势较较大大，灵灵敏敏度度较较高高，稳稳定定性性和和复复现现性性均均好好，抗抗氧氧化化性性强强，价价格格便便宜宜。能能用用于于氧氧化化性性和和惰性气氛中。惰性气氛中。nK K型型热热电电偶偶不不能能在在高高温温下

27、下直直接接用用于于硫硫、还还原原性性或或还还原原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。4、镍铬-铜镍热电偶（E型）n称为镍铬称为镍铬-康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。其正极（其正极（EP）为镍铬）为镍铬10合金，化学成分与合金，化学成分与KP相同，负极相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为）为铜镍合金，名义化学成分为55%的铜、的铜、45%的的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。镍以及少量的钴、锰、铁等元素。n该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成

28、热电偶堆来测量微小温度变化。宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。nE型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。还原性气氛中。二、热电偶温度计二、热电偶温度计4.4.热电偶的构造及结构形式热电偶的构造及结构形式图3-59 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒普通装配型热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（

29、出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管 柔性安装型铠装结构它可以做得很细很长它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。使用中随需要能任意弯曲。测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲，测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲，可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面二、热电偶温度计二、热电偶温度计n

30、 二、补偿导线与冷端温度补偿二、补偿导线与冷端温度补偿 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。见左图。1.1.1.1.补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线图3-60 补偿导线接线图二、热电偶温度计二、热电偶温度计 假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜镍记为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响(因其两端温度均为t0)，则图3-60所示回路

31、的总热电势为 如果假定各接点温度全为t1，代入式上式，则有 或 由于t1一般是在100以下,在此温度范围内,根据补偿导线的性质,有 二、热电偶温度计二、热电偶温度计将此式代入式便有 因为故二、热电偶温度计二、热电偶温度计在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100，冷端为，冷端为00时时的标准热电势的标准热电势mVmV正极正极负极负极铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍

32、铜镍0.640.030.034.100.154.100.156.950.306.950.30表表3-7 3-7 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线二、热电偶温度计二、热电偶温度计注意注意 使使用用补补偿偿导导线线时时,应应当当注注意意补补偿偿导导线线的的正正、负负极极必必须须与与热热电电偶偶的的正正、负负极极各各端端对对应应相相接接。此此外外,正正、负负两两极极的的接接点点温温度度t1应应保保持持相相同同,延延伸伸后后的的冷冷端端温温度度 t0 0应应比比较较恒恒定定且且比比较较低低。对对于于镍镍铬铬-铜铜镍镍等等一一类类用用廉廉价价金金属属制制成成的的热热电电偶偶,则则可可用用其其本本

33、身身材材料料作作补补偿偿导导线线,将将冷冷端端延延伸伸到到环环境境温温度较恒定的地方。度较恒定的地方。二、热电偶温度计二、热电偶温度计2.2.2.2.冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。图3-61 热电偶冷端温度保持的方法（1 1）冷端温度保持为）冷端温度保持为00的方法的方法 在在实实际际生生产产中中，冷冷端端温温度度往往

34、往往不不是是00，而而是是某某一一温温度度t0 0，这这就就引引起起测测量量误误差差。因因此此，必必须须对对冷冷端端温温度进行修正。度进行修正。二、热电偶温度计二、热电偶温度计实际生产中，其冷端温度为实际生产中，其冷端温度为t0 0，即有，即有 或或 由此可知，冷端温度修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度修正方法是把测得的热电势 EAB（t，t0），加上热端为室温，加上热端为室温t0，冷端为，冷端为00时的热电偶时的热电偶的热电势的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度下的热电势，才能得到实际温度下的热电势EAB（t，0）。（2 2）冷端温度修正法）冷端温度修正法二、热电偶温度计二、

35、热电偶温度计举例举例举例举例例例 用用铂铂铑铑1010-铂铂热热电电偶偶进进行行温温度度检检测测,热热电电偶偶的的冷冷端端温温度度t0=30，显显示示仪仪表表的的温温度度读读数数 (假假定定此此仪仪表表是是不不带带冷冷端端温温度度自自动动补补偿偿且且是是以以温温度度刻刻度度的的)为为979979，试求被测温度的实际值。，试求被测温度的实际值。解解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表(附录二)查出979时的热电势值为9.343mV。也就是E(t,t0)=9.343mV,又从分度表中查得 E(t0,0)=E(30,0)=0.173mV。将此两个数值代入式EAB(t,t0)=EAB(t,0)-E

36、AB(t0,0)，得 E(t,0)=9.343mV+0.173mV=9.516(mV)再查分度表可知,对应于9.516mV的温度t=994,这就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。二、热电偶温度计二、热电偶温度计（3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。注意：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。二、热电偶温度计二、热电偶温度计 由由于于电电桥桥是是在在2020时时平平衡衡的的，所所以以

37、采采用用这这种种补补偿偿电电桥桥时时须须把把仪仪表表的的机机械械零零位位预预先先调调到到2020处处。如如果果补补偿偿电电桥桥是是在在00时时平平衡衡设设计计的的（DDZ-DDZ-型型温温度度变变送送器器中中的的补补偿偿电电桥桥），则仪表零位应调在则仪表零位应调在00处。处。注意！注意！注意！注意！图3-62 具有补偿电桥的热电偶测温线路二、热电偶温度计二、热电偶温度计（5 5）补偿热电偶法）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。图3-63 补偿热电偶连接线路第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温

38、在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。度的测量较为适宜。热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。n利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的传利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器。感器叫做热电阻式传感器。n应用：对温度和与温度有关的参量进行检测。应用：对温度和与温度有关的参量进行检测。n测温范围：中、低温区域（测温范围：中、低温区域（-200 650）n低温方面也应用于低温方面也应用于1K3K的温度测量，高温也有用于的温度测量，高温也有用于1000 1300 n测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻

39、两大类。测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。n 一、测温原理一、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。进行温度测量的。第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计n 二、工业常用热电阻二、工业常用热电阻作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料

40、一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数，以提高热电阻的灵敏度；电阻率要大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；应有良好的可加工性，价格便宜。实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其中主要应用的是较适合的材料，其中主要应用的是铂和铜铂和铜。铂铂是一种贵重金属，其物理和化学性能是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制造热电阻的最好材料，主要非常稳定，是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。作标准电阻温度计。铜

41、铜可用来制造可用来制造-50150范围内工业用电范围内工业用电阻温度外，特点是阻温度外，特点是价格低廉价格低廉，缺点是，缺点是电阻率低电阻率低，且且容易氧化容易氧化，一般用在较低温度和没有水分和，一般用在较低温度和没有水分和浸蚀性的介质之中。浸蚀性的介质之中。第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计1.1.铂电阻铂电阻 金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性,有良好的复制性。但价格较贵。要确定 Rtt的关系,首先要确定 R0的大小。R0不同,Rtt的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表,用分度号来表示。工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100,它的 R0=100,其分度表见

42、附录七。第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计2.2.铜电阻铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50+150内，具有很好的稳定性。在-50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为Cu50。另一种是R0100，对应的分度号为Cu100。第四节第四节 温度变送器温度变送器n一、电动温度变送器一、电动温度变送器 电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信号输出。第

43、四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-型温度(温差)变送器是电动单元组合仪表中的一个变送单元。根据输入信号的不同，DDZ-型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。第四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路,其原理框图如图5-15所示。温度检测元件温度检测元件输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路被测温度被测温度输出电流输出电流I0 0 图5-15 温度变送器原理框图第四节第四节 温度变送器温度变送器n二、一体化温度变送器二、一体化温度变送器 它

44、是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。用接线盒内的一种温度变送器。图5-16 一体化温度变送器结构框图结构结构结构结构测温元件和变送器模块常用的变送器芯片常用的变送器芯片常用的变送器芯片常用的变送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度-20+80第四节第四节 温度变送器温度变送器n三、智能式温度变送器三、智能式温度变送器以以以以SMARTSMART公司的公司的公司的公司的TT302TT302温度变送器为例

45、加以介绍。温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。优点优点优点优点 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；质量轻；安装维护方便。安装维护方便。结构结构结构结构由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。第四节第四节 温度变送器温度变送器输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器信号输入信号输入信号输出信号输出图5-17 TT302温度变送器基本构成框图例题分析例题分

46、析举例举例举例举例1.1.用分度号为用分度号为K的镍铬的镍铬-镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度,在没有采在没有采取冷端温度补偿的情况下取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为显示仪表指示值为500,500,而而这时冷端温度为这时冷端温度为60,60,试问实际温度应为多少试问实际温度应为多少?如果热端如果热端温度不变温度不变,设法使冷端温度保持在设法使冷端温度保持在20,20,此时显示仪表的此时显示仪表的指示值应为多少指示值应为多少?解：解：解：解：显示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的,即 E(t,t0)=20.6

47、4(mV)由附录三同样可以查得 E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)例题分析例题分析 由式(5-14)可以得到 E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)由23.076mV,查附录三,可得 t557 即被测实际温度为557。当热端为557,冷端为20时,由于E(20,0)=0.798mV,故有 E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278(mV)由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约为538.4。由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测温度实际值。例题分析例题分析2.2.如果

48、用两支铂铑如果用两支铂铑1010-铂热电偶串联来测量炉温铂热电偶串联来测量炉温,连接方式连接方式分别如图分别如图5-18(a)5-18(a)、(b)(b)、(c)(c)所示。已知炉内温度均匀所示。已知炉内温度均匀,最最高温度为高温度为1000,1000,试分别计算测量仪表的测量范围试分别计算测量仪表的测量范围(以最大以最大毫伏数表示毫伏数表示)。图5-18 炉子温度测量例题分析例题分析解解:(a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对应于1000时的热电势可以由附录一查得 E(1000,0)=9.585(mV)两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为 Emax=29.585=19.17(m

49、V)根据这个数值可以确定仪表的测量范围。(b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度(30),而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度(100)对热电势的影响。例题分析例题分析 假定补偿导线 C、D与热电偶 A、B本身在100以下的热电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为E(30,0)=0.173(mV)在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶相当于热电偶在100时形成的热电势,即E(100,0)=0.645(mV)由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的,所以这时总的热电势为E max=2E(100

50、0,0)-E(100,0)-E(30,0)=29.585-0.645-0.173=18.352(mV)例题分析例题分析 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。在这种情况下,如果炉旁边接线盒内的温度变化,会以测量产生较大的影响,造成较大的测量误差。(c)由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷端温度为30,故总的热电势为Emax=2E(1000,0)-2E(30,0)=29.585-20.173=18.824(mV)由此可知,在同样都是用两支热电偶串联来测量炉温时,由于接线不同,产生的热电势也是不相同的,在选择测量仪表时,一定要考虑这种情况。例题分析例题分析3.3.在上题所述三种情况时