溫度檢測方法

1、 3.3 溫度檢測方法溫度檢測方法溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法溫度檢測方法v應用熱膨脹測溫v應用熱電阻原理測溫v應用熱電效應測溫本節(jié)主要內容本節(jié)主要內容溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表溫度檢測的基本知識溫度檢測的基本知識溫度：溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過 程相聯系。程相聯系。溫度概念的建立及測量：溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎的以熱平衡為基礎的，溫度最本質的性質：溫度最本質的性質：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產生當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產生 導熱換熱，換熱結束后兩物體處于

2、熱平衡狀態(tài)，則它們具導熱換熱，換熱結束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具 有相同的溫度。有相同的溫度。測量方法：測量方法：接觸式測溫和非接觸式測溫接觸式測溫和非接觸式測溫溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表接觸式測溫接觸式測溫 溫度敏感元件與被測對象接觸，經過換熱后兩者溫度相等。溫度敏感元件與被測對象接觸，經過換熱后兩者溫度相等。 (1) (1) 膨脹式溫度計膨脹式溫度計 (2) (2) 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (3)(3)熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (4)(4)其他原理的溫度計其他原理的溫度計直觀、可靠，測量儀表也比較簡單直觀、可靠，測量儀表也比較簡單特點非接觸測溫非接觸測溫 溫度敏感元件不與

3、被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。能的大小來推算被測物體的溫度。 (1) (1) 輻射式溫度計輻射式溫度計 (2) (2) 光纖式溫度計：光纖式溫度計：特點不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場。精度一般不高不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場。精度一般不高。溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表溫 標攝氏溫標 -是把標準大氣壓下純水的冰融點定為是把標準大氣壓下純水的冰融點定為0 0度，純水的沸點定為度，純水的沸點定為100100度的一種度的一種溫標。在溫標。在0 0度和度和100100度之

4、間分成度之間分成100100等分，每一分為一攝氏度，符號為等分，每一分為一攝氏度，符號為。華氏溫標華氏溫標 -規(guī)定在大氣壓下，純水的冰融點為規(guī)定在大氣壓下，純水的冰融點為3232度，純水的沸點為度，純水的沸點為212212度，中間劃度，中間劃分為分為180180等分，每一分為一華氏度，符號為等分，每一分為一華氏度，符號為。熱力學溫標熱力學溫標 -又稱開爾文溫標，單位為開爾文（又稱開爾文溫標，單位為開爾文（K K）。）。國際實用溫標國際實用溫標 -是一種符合熱力學溫標又使用簡單的溫標。是一種符合熱力學溫標又使用簡單的溫標。最新溫標是最新溫標是19901990年國際溫標年國際溫標 (ITS(ITS

5、90)90)溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表應用熱膨脹原理測溫應用熱膨脹原理測溫 測量原理物體受熱時產生膨脹 液體膨脹式溫度計 固體膨脹式溫度計 玻璃管溫度計 雙金屬溫度計雙金屬溫度計原理圖溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表應用熱電阻原理測溫應用熱電阻原理測溫 導體或半導體的電阻值隨溫度變化導體或半導體的電阻值隨溫度變化 測量原理在在0 0630.74630.74范圍內，金屬鉑的電阻值與溫度的關系為范圍內，金屬鉑的電阻值與溫度的關系為 T R熱電阻在在-50-50180180范圍內，金屬銅的電阻值與溫度的關系為范圍內，金屬銅的電阻值與溫度的關系為)1 (0tRRt1 320CtBtAtR

6、Rt溫度0時的電阻值 溫度t時的電阻值 溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表熱電阻溫度計熱電阻溫度計 應用于應用于-200600-200600范圍內的溫度測量范圍內的溫度測量 熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒熱電阻的材料要求：熱電阻的材料要求：電阻溫度系數要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測電阻溫度系數要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測量范圍內，應具有穩(wěn)定的物理和化學性能；電阻與溫度的關系最量范圍內，應具有穩(wěn)定的物理和化學性能；電阻與溫度的關系最好接近于線性；好接近于線性；應有良好的可加工性，且價格便宜。應有良好的可加工性，且價格便宜。溫度

7、檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表 鉑電阻電阻率較大，電阻電阻率較大，電阻- -溫度關系呈非線性，但測溫范圍廣，精溫度關系呈非線性，但測溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復現性好度高，且材料易提純，復現性好工業(yè)用鉑電阻分度號為工業(yè)用鉑電阻分度號為PtPt100100和和PtPt1010 銅電阻電阻值與溫度的關系幾乎呈線性，電阻溫度系數也較大，而且電阻值與溫度的關系幾乎呈線性，電阻溫度系數也較大，而且其材料易提純，價格比較便宜，但缺點是在其材料易提純，價格比較便宜，但缺點是在100100以上易被氧以上易被氧化化工業(yè)用銅熱電阻的分度號為工業(yè)用銅熱電阻的分度號為CuCu5050和和CuCu100100

8、熱敏電阻（負溫度系數熱敏電阻負溫度系數熱敏電阻 NTC NTC ）電阻溫度系數約為鉑電阻的電阻溫度系數約為鉑電阻的4 49 9倍，且本身電阻值較高。半導體倍，且本身電阻值較高。半導體熱敏電阻的電阻熱敏電阻的電阻- -溫度特性呈非線性，并且穩(wěn)定性和互換性差。溫度特性呈非線性，并且穩(wěn)定性和互換性差。溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表456溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表插入深度要求插入深度要求測量端應有足夠的插入深度，應使保護套管的測量端超過管測量端應有足夠的插入深度，應使保護套管的測量端超過管道中心線道中心線510mm510mm。流體流動方向插入方向要求插入方向要求保證測溫元件與流體充分接

9、觸，最好是迎著被測介質流向插保證測溫元件與流體充分接觸，最好是迎著被測介質流向插入，正交入，正交9090也可，但切勿與被測介質形成順流。也可，但切勿與被測介質形成順流。應用熱電效應測溫應用熱電效應測溫 測量原理兩種不同的金屬兩種不同的金屬A A和和B B構成閉合回路構成閉合回路當兩個接觸端當兩個接觸端 T T T T0 0時，回路中會產生熱電勢時，回路中會產生熱電勢熱電勢由兩種材料的熱電勢由兩種材料的接觸電勢接觸電勢和單一材料的和單一材料的溫差電勢溫差電勢決定決定熱電極熱電極熱電熱電偶接偶接點點接觸電勢接觸電勢0TA0ATAK1E (T,T)d(N T)eN溫差電勢溫差電勢閉和回路總電勢 AB

10、 )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB)()()()()()()()()()()()()()(),()(),()(),(00000000000tFtFttttttttttttttttttttABABABABABABAAABBBABAABBABAB溫差有關溫差有關材料有關材料有關u熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點所處的溫度有關，與熱電偶絲的直徑、長料兩端連接點所處的溫度有關，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關。度及沿程溫度分布無關。u只有用兩種不同性質的材料才能組成熱電偶，相同材只有用兩種不同性質的材料才

11、能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產生熱電勢。料組成的閉合回路不會產生熱電勢。u熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點的溫度有關。如果與熱電偶兩端接點的溫度有關。如果t0已知且恒定，回已知且恒定，回路總熱電勢路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度）只是溫度T的單值函數。的單值函數。備注：備注： 分分 度度 表表如果能使冷端溫度如果能使冷端溫度t t0 0 固定，則總電勢就只與溫度固定，則總電勢就只與溫度t t成單值函數關系成單值函數關系 CtFttABAB)(),(0分度表分度表-當冷端（參比端）溫度為當冷端（參比端）溫

12、度為0 0度時度時 熱電勢與熱端溫度之間熱電勢與熱端溫度之間 關系列成表格關系列成表格如如 分度表分度表.doc.doc和和熱電偶電阻分度表熱電偶電阻分度表. .exeexe 問題引出 解決方法熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方造成浪費造成浪費選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價金屬導選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價金屬導線

13、線補償導線其一實現了冷端遷移；其一實現了冷端遷移；其二是降低了成本其二是降低了成本。 功 能(2)(2)補償導線不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的正負極一一對應正負極一一對應補償導線連接端的工作溫度不能超出（補償導線連接端的工作溫度不能超出（01000100），否則），否則會給測量帶來誤差。會給測量帶來誤差。 使用補償導線注意問題 問題引出 冷端溫度補償熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為00時的時的熱電勢熱電勢- -溫度關系

14、，與熱電偶配套使用的顯示儀溫度關系，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據這一關系進行刻度的。表就是根據這一關系進行刻度的。 解決方法0恒溫法恒溫法 冷端溫度修正法冷端溫度修正法 儀表機械零點調整法儀表機械零點調整法 補償電橋法補償電橋法 0恒溫法適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表冷端溫度修正法 設：冷端溫度恒為設：冷端溫度恒為t t0 0（t t0 000）被測溫度為）被測溫度為 t t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端 t0的熱電勢測量得出的熱電勢 被測溫度 t 的熱電勢 儀表機

15、械零點調整法 將顯示儀表的機械零點調至將顯示儀表的機械零點調至t t0 0處，相當于在輸入熱電偶熱電勢之前就處，相當于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸入了電勢給顯示儀表輸入了電勢E(tE(t0 0, 0) , 0) 溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表由分度表查得由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv E (20,0 ) = 0.113 mv 則則 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0) = E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv = 7.434 m

16、v 再查分度表得其對應的被測溫度再查分度表得其對應的被測溫度t = 808t = 808例用用S S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t t0 0=20=20，測得熱電勢，測得熱電勢為為7.32 7.32 mvmv，求被測對象的實際溫度，求被測對象的實際溫度t t 。解補償電橋法補償電橋法 補償電橋法是補償電橋法是在熱電偶測溫系統中在熱電偶測溫系統中串聯一個不平衡電橋，串聯一個不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引電偶冷端溫度波動引入的誤差。入的誤差。Rcu-熱電阻，在

17、參比熱電阻，在參比端，選擇端，選擇Rcu使使0度度時時Uba=0,當參比端生當參比端生溫時，溫時， Uba增加，總增加，總電勢減小，若電勢減小，若Uba增增加加=總電勢減小，則總電勢減小，則參比端的影響消除。參比端的影響消除?？傠妱菘傠妱轀囟葯z測方法及儀表溫度檢測方法及儀表 使用補償電橋注意問題根據各類熱電偶的型號選擇配套的補償電橋根據各類熱電偶的型號選擇配套的補償電橋 注意補償溫度的起點注意補償溫度的起點 在在2020平衡，須把顯示儀表的機械零點預先調整到平衡，須把顯示儀表的機械零點預先調整到20 20 在在00平衡，須把顯示儀表的機械零點預先調整到平衡，須把顯示儀表的機械零點預先調整到00

18、補償是相對的，以此有一定誤差補償是相對的，以此有一定誤差溫度檢測方法及儀表溫度檢測方法及儀表 為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護套管之為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護套間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護套管也是必不可少的管也是必不可少的。1. 1. 普通型裝配式結構普通型裝配式結構2. 2. 柔性安裝型鎧裝結構柔性安裝型鎧裝結構(4) 常用熱電偶及測溫線路常用熱電偶及測溫線路 種類 測一點溫度測一點溫度+tABBAmV+tABBAmVt0t0a)冷端在儀表內 b)冷端在儀表外RDA

19、+t1BBAB+t2AmV測量某點溫度測量某點溫度 測量兩點溫差測量兩點溫差 測溫線路測溫線路 測量兩點之間的溫度差測量兩點之間的溫度差 測量多點的平均溫度。如果測量多點的平均溫度。如果n n支熱電偶的電阻均相等，則并聯測量線路的總熱電動勢等于支熱電偶的電阻均相等，則并聯測量線路的總熱電動勢等于n n支熱電偶熱電動勢的平均值，即支熱電偶熱電動勢的平均值，即當其中一支熱電偶斷路時，不會中斷整個測溫系統的工作。當其中一支熱電偶斷路時，不會中斷整個測溫系統的工作。熱電偶串聯熱電偶串聯總熱電動勢等于總熱電動勢等于n n支熱電偶熱電動勢之和，即支熱電偶熱電動勢之和，即 串聯線路的主要優(yōu)點是熱電動勢大，儀

20、表的靈敏度大為增加。缺點是只要有一支熱電串聯線路的主要優(yōu)點是熱電動勢大，儀表的靈敏度大為增加。缺點是只要有一支熱電偶斷路，整個測量系統便無法工作。偶斷路，整個測量系統便無法工作。 nEEEEn21并nEEEEEn21串AB+AB+AB+R1R2R3t1t2t3e=(e1+e2+e3)/3AB+AB+AB+e=e1+e2+e3熱電偶并聯熱電偶并聯 熱電偶串聯熱電偶串聯 平均溫度平均溫度熱電偶并聯熱電偶并聯(5) 熱電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定熱電偶的檢定u為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進行為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進行檢定。檢定。u熱電偶的檢定方法有兩種，熱電偶的檢定方法有兩種，比較法比較法和和定點法定點法。u用被校熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對用被校熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質量指標，這種方法稱為偶的基本誤差等質量指標，這種方法稱為比較比較法法。熱電偶測溫誤