溫檢測及儀表學習教案

1、會計學1溫檢測溫檢測(jin c)及儀表及儀表第一頁，共114頁。正常體溫(twn)為37 C ，相當于華氏溫度多少度？第1頁/共114頁第二頁，共114頁。威廉湯姆遜開爾文勛爵(xnju)像第2頁/共114頁第三頁，共114頁。第3頁/共114頁第四頁，共114頁。四、溫度測量(cling)的基本原理及方法1、物體受熱，體積膨脹 V-T2、壓力隨溫度變化 P-T3、金屬導體電阻隨溫度變化 R-T4、熱電效應原理 E-T5、熱輻射原理第4頁/共114頁第五頁，共114頁。CCCCCCCCCCCCCCC2000200:35000:1700900:3200700:2000400:15050:600

2、200:60050:100050:16000:2500:35020:60030:60080:60050:熱電式光電式紅外線比色光輻射熱輻射輻射式非接觸式、銅熱電阻：鉑考銅鎳鉻鎳硅鎳鉻鉑鉑銠熱電偶蒸汽氣體液體壓力式雙金屬玻璃液體膨脹式接觸式溫度計第5頁/共114頁第六頁，共114頁。t = t0t t0第6頁/共114頁第七頁，共114頁。第7頁/共114頁第八頁，共114頁。第8頁/共114頁第九頁，共114頁。n輻射式溫度計，通常用于測量高溫條件，特別是光學溫度計和比色溫度計需要利用物體在高溫下發(fā)射的可見光進行檢測。第9頁/共114頁第十頁，共114頁。第10頁/共114頁第十一頁，共114

3、頁。第11頁/共114頁第十二頁，共114頁。第12頁/共114頁第十三頁，共114頁。耳溫儀第13頁/共114頁第十四頁，共114頁。利用紅色激光(jgung)瞄準被測物（電控柜、天花板內的布線層）溫度 采集(cij)系統(tǒng)第14頁/共114頁第十五頁，共114頁。測溫范圍(fnwi)-203500 第15頁/共114頁第十六頁，共114頁。 比色溫度計適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如 :煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴重的鋼鐵、焦化(jiohu)和爐窯等應用現(xiàn)場。第16頁/共114頁第十七頁，共114頁。第17頁/共114頁第十八頁，共114頁。光學高溫計隱絲式光學高溫計 測量方法：調節(jié)電阻(d

4、inz)R以改變燈絲亮度,當它與待測光源像的亮度相等時，燈絲在光源的像上消失,這時由電表G上讀出物體的亮度溫度；或用補償法由電位差計測量電流的精確值，再通過計算求出亮度溫度，后一方法適用于精密測量溫度。第18頁/共114頁第十九頁，共114頁。第19頁/共114頁第二十頁，共114頁。熱電偶補償導線測溫儀表第20頁/共114頁第二十一頁，共114頁。指南針的偏轉說明(shumng)回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。第21頁/共114頁第二十二頁，共114頁。結論：當兩個結點溫度不相同時，回路(hul)中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極(dinj)A右端稱為(chn

5、wi)：自由端(參考端、冷端） （1）.熱電現(xiàn)象及測溫原理左端稱為：測量端(工作端、熱端) 熱電極B熱電勢AB熱電偶工作原理演示第22頁/共114頁第二十三頁，共114頁。+-擴散作用電場(din chng)作用金屬A金屬B+-金屬A金屬B接觸電勢eABeAB(t) t對于一定材料第23頁/共114頁第二十四頁，共114頁。圖3-57 熱電偶原理ABeAB(t)eAB(t0)eA(t,t0)eB(t,t0)0000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接觸電勢溫差電勢00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet第24頁/共

6、114頁第二十五頁，共114頁。A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet =eAB(t)+ eBA(t0)第25頁/共114頁第二十六頁，共114頁。第26頁/共114頁第二十七頁，共114頁。中間導體(dot)定律ABtt0000( , )( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet當tt0時，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是(ysh)可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt

7、 t同理還可以證明，在熱電偶中接入第四種、第五種導體以后，只要(zhyo)接入導體的兩端溫度相同，接入的導體對原熱電偶回路中的熱電勢均沒有影響。根據(jù)這一性質，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接導線，只要(zhyo)保證兩個接點的溫度相同就可以對熱電勢進行測量而不影響熱電偶的輸出。 tt0ABCC毫伏計tABCt0t0第27頁/共114頁第二十八頁，共114頁。例：求熱電偶回路(hul)的電勢。 已知：eAB(240)=9.747mV，eAB(50)=2.023mV，eAC(50)=3.048mV，eAC（l0）=0.591mV。 解一：E=eAB(240)+eBC(50)+eCA(10)，

8、而 eAB(50)+eBC(50)+eCA(50)=0 E= eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV解二：利用(lyng)中間導體定律 E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10) = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV 。 第28頁/共114頁第二十九頁，共114頁。第29頁/共114頁第三十頁，共114頁。n不同材質的熱電偶有不同的特性，應根據(jù)實際需要選擇n測量范圍、放大系數(shù)（以分度值表示）、測量精度、抗腐蝕能力、價格等。第30頁/共114頁第三十一頁，共114頁

9、。用于制造(zhzo)鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第31頁/共114頁第三十二頁，共114頁。分度號分度號 名稱名稱 測量溫度范圍測量溫度范圍 1000 C熱電勢熱電勢/ mVB鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6501800 C C4.8344.834R鉑銠鉑銠1313鉑鉑-401600 C C10.50610.506S鉑銠鉑銠1010鉑鉑-401600 C C9.5879.587K鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅 (鋁鋁) -2701200 C C41.27641.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (康康 銅銅)270900 C C76.3735種熱電偶的測溫范圍與熱電勢各有什么(shn me)特點？第32頁/共114頁第

10、三十三頁，共114頁。 哪幾種熱電偶的測溫上限(shngxin)較高？ 結論(jiln)： 哪幾種熱電偶的線性較差？ 哪一種熱電偶的靈敏度高？ 哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？第33頁/共114頁第三十四頁，共114頁。常用工業(yè)(gngy)熱電偶比較 熱電偶名分度號 特 點 鉑鉑銠銠30-鉑鉑銠銠6 熱熱電電勢勢小小，精精度度高高，價價格格高高 鎳鎳鉻鉻-鎳鎳硅硅 鉑鉑銠銠10-鉑鉑 鎳鎳鉻鉻-康康銅銅 熱熱電電勢勢小小，精精度度高高，線線性性差差， 價價格格高高 熱熱電電勢勢大大，線線性性好好，價價格格低低 熱熱電電勢勢大大，價價格格低低 B S K E 性性能

11、能 下 降 第34頁/共114頁第三十五頁，共114頁。 熱電偶的線性較差，多數(shù)(dush)情況下采用查表法 我國從1991年開始采用國際(guj)計量委員會規(guī)定的“1990年國際(guj)溫標”（簡稱ITS-90）的新標準。按此標準，制定了相應的分度表，并且有相應的線性化集成電路與之對應。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(dinsh)的關系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為C。 分度表：當t0=0時， 與溫度t對應的數(shù)值表。（非線性）),(0ttEAB分度號：與分度表所對應的熱電偶的代號。第35頁/共114頁第三十六頁，共114頁。舉例例1 今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮肥廠中

12、轉化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800,自由端(冷端)溫度為30,求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢 E(800,30)。 解：由附錄(fl)三可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 將上述數(shù)據(jù)代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)第36頁/共114頁第三十七頁，共114頁。第37頁/共114頁第三十八頁，共114頁。常用(chn yn)熱電偶類型：普通型熱電偶鎧裝型熱電偶多點式熱電偶防爆型熱電偶表面型熱電偶第38頁/共114頁第三十九頁，共114頁。安裝(nzhung)螺紋安裝(nzhung)

13、法蘭第39頁/共114頁第四十頁，共114頁。引出(yn ch)線套管 固定螺紋 （出廠時用塑料(slio)包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護管 第40頁/共114頁第四十一頁，共114頁。鎧裝型熱電偶可 長達上百米薄壁金屬 保護(boh)套管（鎧體） BA絕緣 材料鎧裝(ki zhun)型熱電偶橫截面第41頁/共114頁第四十二頁，共114頁。第42頁/共114頁第四十三頁，共114頁。好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。冷凝、抗機械外力沖擊的特性。熱響應時間少，減小動態(tài)誤差(wch)；可彎曲安裝使用,解決微小、狹窄場合的測溫問題.測量范圍

14、大；機械強度高，耐壓性能好；第43頁/共114頁第四十四頁，共114頁。多點熱電偶 適用于生產(chǎn)現(xiàn)場存在溫度梯度不顯著，須同時測量多個位置(wi zhi)或位置(wi zhi)的多處測量。廣泛應用于大化肥合成塔、存儲罐等裝置中。圖3.4 多點熱電偶 第44頁/共114頁第四十五頁，共114頁。厚壁保護(boh)管壓鑄的接線盒電纜線第45頁/共114頁第四十六頁，共114頁。統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學場常伴有各種易燃、易爆等化學(huxu)氣體或蒸汽，如果用普通氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起熱電偶則非常不安全、很容

15、易引起環(huán)境氣體爆炸）。環(huán)境氣體爆炸）。第46頁/共114頁第四十七頁，共114頁。小形K型熱電偶第47頁/共114頁第四十八頁，共114頁。 現(xiàn)場現(xiàn)場 補償導線補償導線 控制室控制室 0 補償導線(doxin)連接圖第48頁/共114頁第四十九頁，共114頁。型號型號配用熱電偶配用熱電偶正正- -負負補償補償導線外皮顏色導線外皮顏色 正正- -負負SCSC鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑紅紅- -綠綠KCKC鎳鉻鎳鉻 - - 鎳硅鎳硅紅紅- -藍藍v補償導線應與熱電偶的電極材料配合使用；v補償導線的材質不同，接線(ji xin)時應特別注意不能接錯。第49頁/共114頁第五十頁，共114頁。AB屏蔽

16、(pngb)層保護層第50頁/共114頁第五十一頁，共114頁。第51頁/共114頁第五十二頁，共114頁。第52頁/共114頁第五十三頁，共114頁。第53頁/共114頁第五十四頁，共114頁。（t0t0，0 0C C）第54頁/共114頁第五十五頁，共114頁。例如(lr)：用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測溫，熱電偶參比端溫度to =20，測得的熱電勢E（t，to）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV, 則E（t，0）= E（t，20）+ E（20，0） =32.479 + 0.798=33.277 mV再反查K分度表，得實際溫度是800。計算(j sun)法舉例：

17、第55頁/共114頁第五十六頁，共114頁。機械(jxi)零點指針被預調到室溫（40 C ） 可補償冷端損失第56頁/共114頁第五十七頁，共114頁。 電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買(gumi)與被補償熱電偶對應型號的補償電橋。 第57頁/共114頁第五十八頁，共114頁。t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+ab00( , )( )abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t第58頁/共114頁第五十九頁，共114頁。如用一臺顯示儀表顯示

18、多點溫度時, 可按下圖 連接, 這樣可節(jié)約顯示儀表和補償(bchng)導線。 第59頁/共114頁第六十頁，共114頁。有指示型（有指示型（XCZ）和指示調節(jié)型）和指示調節(jié)型（XCT）等系列品種。數(shù)字式儀）等系列品種。數(shù)字式儀表也有指示型（表也有指示型（XMZ）和指示調）和指示調節(jié)型（節(jié)型（XMT）等幾種系列品種。）等幾種系列品種。第60頁/共114頁第六十一頁，共114頁。與熱電偶配與熱電偶配套測溫時，套測溫時，熱電偶、連熱電偶、連接導線、補接導線、補償償(bchng)導線、調整導線、調整電阻和顯示電阻和顯示儀表組成了儀表組成了一個閉合回一個閉合回路。路。1熱電偶 2補償導線(doxin)

19、3冷端補償器 4外接調整電阻 5銅導線(doxin) 6動圈 7張絲 8磁鋼（極靴） 9指針 10刻度面板 第61頁/共114頁第六十二頁，共114頁。n第62頁/共114頁第六十三頁，共114頁。內外總RRttERttEI),(),(00調銅補熱外RRRRR第63頁/共114頁第六十四頁，共114頁。第64頁/共114頁第六十五頁，共114頁。REI/CBCBCBtRREIRUE第65頁/共114頁第六十六頁，共114頁。RPERRNENGCIBEtK+-12測量(cling)原理圖 第66頁/共114頁第六十七頁，共114頁。圖4-2 電子電位差計原理圖第67頁/共114頁第六十八頁，共1

20、14頁。圖4-4 XW系列(xli)電位差計測量橋路原理圖橋路中各電阻(dinz)的作用 )()(UU221tGCtBDCBtCDERIRRIEUUE入滑線電阻 RP與工藝電阻 RB 改變滑動觸點在 RP上的位置,可以產(chǎn)生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢。 2)始端 (下限)電阻 RG RG的大小取決于測量下限的高低。 放大器輸入Rc為RP、RM、RB并聯(lián)的等效電阻（從C端看）第68頁/共114頁第六十九頁，共114頁。(5)冷端溫度補償電阻 R2 降低(jingd)測量誤差，不同的熱電偶配不同阻值的補償電阻。nPGRRIER14(4)上支路限流電阻R4 把上支路的工作電流(dinli)

21、限定在4mA。（6-1）(6)下支路限流電阻(dinz)R3 它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。 223RIER（6-2）(3)量程電阻RMRM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測量范圍與所采用的熱電偶分度號來決定。 第69頁/共114頁第七十頁，共114頁。第70頁/共114頁第七十一頁，共114頁。補充題用鎳鉻-鎳硅熱電偶配電子電位差計測量某爐溫,溫度的測量范圍在400900。圖6-4是電位差計測量橋路。已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2= 5.33；RPRB=90。試根據(jù)測溫要求確定橋路中的其他電阻值。 第71頁/共114頁第七十二頁，共114頁。概述(

22、i sh)熱電阻分為金屬(jnsh)熱電阻和半導體熱電阻兩大類, 一般把金屬(jnsh)熱電阻稱為熱電阻, 而把半導體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻顯示儀表連接導線第72頁/共114頁第七十三頁，共114頁。第73頁/共114頁第七十四頁，共114頁。tRRtt0)(100ttRRtt0001ttRRRttt特點：測量(cling)精度高； 有較大的測量(cling)范圍；200500 易于使用在自動測量(cling)和遠距離測量(cling)中金屬導體(dot)的電阻值隨溫度變化而變化第74頁/共114頁第七十五頁，共114頁。 用于制造熱電阻的材料應具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率;R

23、-t 關系最好成線性;物理化學性能穩(wěn)定, 復現(xiàn)(f xin)性好等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。其他有鎳、鐵。第75頁/共114頁第七十六頁，共114頁。 (1)鉑電阻 (WZP)熱電特性精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠, 所以(suy)得到了廣泛應用。按IEC標準, 鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200+850。 2301(100) tRRAtBtC tt鉑電阻的特性方程(fngchng)為 在-2000的溫度范圍內: 在0850的溫度(wnd)范圍內:式中Rt和R0分別為t和0時鉑電阻值; A、 B和C為常數(shù)。)1 (320CtBtAtRRt第76頁/共114頁第七十七頁，共114頁。

24、 熱電阻在溫度(wnd)t時的電阻值與R0 有關。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有兩種R0分度號10Pt10100Pt100,其中(qzhng)以Pt100為常用。鉑電阻不同分度號亦有相應分度表, 即Rt-t 的關系表, 這樣在實際測量中, 只要測得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對應的溫度值。第77頁/共114頁第七十八頁，共114頁。第78頁/共114頁第七十九頁，共114頁。(2)銅電阻(dinz) :)(100ttRRt由于鉑是貴重金屬, 因此, 在一些測量精度要求不高且溫度(wnd)較低的場合, 可采用銅電阻進行測溫, 它的測量范圍為-50+150。銅熱電阻在測量范圍內其電阻值與溫

25、度的關系幾乎是線性的, 可近似(jn s)地表示為:-為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù), 取=4.2510-3/。第79頁/共114頁第八十頁，共114頁。 銅熱電阻線性好, 價格便宜, 但它易氧化, 不適宜(shy)在腐蝕性介質或高溫下工作。 電阻體大銅電阻(dinz)有兩種R0分度號50Cu50100Cu100第80頁/共114頁第八十一頁，共114頁。熱電阻的結構(jigu)形式：普通型、鎧裝型、專用型 固定(gdng)螺紋式熱電阻 活動(hu dng)法蘭式熱電阻 固定螺紋錐式熱電阻第81頁/共114頁第八十二頁，共114頁。薄膜型防水(fn shu)式鎧裝熱電阻圓接插式鎧裝(ki zhun)

26、熱電阻防噴式鎧裝(ki zhun)熱電阻第82頁/共114頁第八十三頁，共114頁。端面熱電阻適合于測量電廠汽輪機及電機軸瓦或其它(qt)機體表面溫度。防腐熱電阻采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，適合于石油化工各種腐蝕性介質中測溫。是氯堿行業(yè)的專用(zhunyng)測溫儀表。端面(dunmin)熱電阻防腐熱電阻第83頁/共114頁第八十四頁，共114頁。微型熱電偶/熱電阻 適用(shyng)于狹小場所的溫度測量與控制。是紡織、絳綸等行業(yè)業(yè)不可缺少的溫度測量裝置。爐壁熱電偶/熱電阻 適合于電廠鍋爐爐壁，管壁及其它圓柱體表面測量。微型(wixng)熱電偶/熱電阻 特殊(tsh)熱電偶/熱電

27、阻 爐壁熱電偶/熱電阻 圖3.13第84頁/共114頁第八十五頁，共114頁。第85頁/共114頁第八十六頁，共114頁。第86頁/共114頁第八十七頁，共114頁。銅熱電阻第87頁/共114頁第八十八頁，共114頁。利用平衡電橋(din qio)來測量熱電阻變化。圖4-6 平衡電橋 當被測溫度為下限時，Rt有最小值Rt0，滑動觸點應在RP的左端，此時電橋的平衡條件是4230RRRRRPt（4-3）142130rRRrRRRRPtt當被測溫度升高后的平衡條件是（4-4）ttRRRRrrRRrRR323112313用式（4-4）減式（4-3），則得（4-5）二、儀表r1與Rt成正比關系，即滑動觸

28、點B的位置反映了熱電阻的變化，也即反映了溫度的變化。 第88頁/共114頁第八十九頁，共114頁。 為了準確地指示出被測溫度(wnd)的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調整電阻（2.5歐）。 圖4-7 自動平衡電橋工作原理將檢流計換成電子放大器，利用放大后的不平衡電壓去驅動可逆電機，使可逆電機帶動(didng)滑動觸點B以達到電橋平衡，-電子自動平衡電橋的工作原理第89頁/共114頁第九十頁，共114頁。第90頁/共114頁第九十一頁，共114頁。圖4-8 電子平衡電橋原理方框圖第91頁/共114頁第九十二頁，共114頁。ER1R2R3iUtRtRsI*istUIRtRiRrr2i

29、tRRr第92頁/共114頁第九十三頁，共114頁。ER1R2R3iUtRIIrrr33()()()iABCBttUUUI RrI RrI RR3R在熱電阻根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流Is，把Rt轉換為電壓信號Ui，再通過另兩根引線把Ui引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可以完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測。 tRsI*istUIR第93頁/共114頁第九十四頁，共114頁。項目熱電偶系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)輸入信號電動勢電阻電橋輸出E0冷端溫度補償有無接線方式雙補償線，橋路輸出回路中三線，橋臂電源直流直流或交流第94頁/共114頁第九十五頁，共1

30、14頁。特點(tdin)：結構簡單、靈敏度高、體積小、熱慣性小。缺點：非線性嚴重、互換性差、測溫范圍窄第95頁/共114頁第九十六頁，共114頁。12345第96頁/共114頁第九十七頁，共114頁。聚脂塑料(slio)封裝熱敏電阻第97頁/共114頁第九十八頁，共114頁。MF58 型熱敏電阻(r mn din z)第98頁/共114頁第九十九頁，共114頁。帶安裝(nzhung)孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻(r mn din z)第99頁/共114頁第一百頁，共114頁。第100頁/共114頁第一百零一頁，共114頁。MF5A-3型熱敏電阻(r mn din z)（參考深圳科蓬達電子有

31、限公司資料）第101頁/共114頁第一百零二頁，共114頁。溫度補償對一些儀表的重要元器件進行溫度補償。被補償元器件具有正的溫度系數(shù)(xsh)。熱敏電阻具有負的溫度系數(shù)(xsh)。R2R1被補償元件實現(xiàn)補償。使。阻值減小了并聯(lián)后與，。阻值增加，設溫度增加錳錳02121RRRRRRRRCttt熱敏電阻(r mn din z)的應用Rt第102頁/共114頁第一百零三頁，共114頁。家電控溫溫度過高，RT減小，T截止，K失電，K1斷開(dun ki)。負載失電。若RT為正溫度系數(shù)，RW與RT對調即可。KD10K9013RTK1220VRW第103頁/共114頁第一百零四頁，共114頁。第104頁/共114頁第一百零五頁，共114頁。第105頁/共114頁第一百零六頁，共114頁。 第106頁/共114頁第一百零七頁，共114頁。 二極管的正向電壓(diny)降UD以