溫度測量技術詳解課件

第七章溫度測量溫度也是一個常用的被測參數，雖然不如壓力和推力那么重要，但仍有許多難題，如燃氣溫度、冷卻套內的瞬時溫度等測溫變換器有其獨特性，一般不可構成多種傳感器測不同的參數，測溫變換器一般只識別溫度第七章溫度測量溫度也是一個常用的被測參數，雖然不如壓力11、熱電偶的原理及基本熱點規(guī)律A、熱電效應：兩種不同材料的導體兩端結合在一起構成閉合回路時，若兩端處于不同的溫度，在回路中便產生了熱電勢，電勢大小EAB=f(T1)-f(T2)，與材料和T1、T2有關系，而與直徑大小、長短、沿導線的溫度分布無關。注意：EAB是兩點溫度的函數，而不是兩點溫度差的函數。1、熱電偶的原理及基本熱點規(guī)律2溫度測量技術詳解課件3一般T1放在被測溫度區(qū)，稱工作端（熱端），T2放在一個標準溫度下，稱之為自由端（冷端）。熱電勢的函數關系一般用表格給出。一般T1放在被測溫度區(qū)，稱工作端（熱端），T2放在4B、熱電偶的基本規(guī)律i）均質電路規(guī)律由單一均勻的材料構成的閉合回路中，單由加熱作用不能產生熱電勢，用它可檢驗熱電材料的均勻性加熱不產生電勢：材料均勻加熱產生電勢：材料不均勻，不能作為熱電材料B、熱電偶的基本規(guī)律5ii）中間金屬規(guī)律：在熱電偶回路中插入第三種或第四種金屬材料，只要插入材料的兩端溫度相同，則對回路熱電勢沒有影響。因這一規(guī)律，在熱電偶中接入串聯導線及儀表，只要T3=T4（對a）或T2=T3（對b），不影響熱電勢大小。對圖b若T2?T3，圖a若T3?T4，則不能用，否則會產生附加電勢。ii）中間金屬規(guī)律：在熱電偶回路中插入第三種或第四6iii）中間溫度規(guī)律：任何兩種均質材料組成的熱電偶，其接點溫度分別為T1、T2。所產生的熱電勢等于同一熱電偶一接點溫度為T1，另一接點溫度為T3的熱電勢與一接點溫度為T3，另一接點溫度為T2的熱電勢之代數和：EAB(T1,T2)=EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)iii）中間溫度規(guī)律：任何兩種均質材料組成的熱電7這個規(guī)律可用于：熱電偶自由端溫度發(fā)生變化時計算熱電勢，熱電偶的熱電勢數據表是以自由端為0C給出的，若實測環(huán)境下自由端的溫度不是0C，可由此規(guī)律計算熱電勢。如：鎳鉻合金—鎳鋁熱電偶：工作端400C，自由端0C，熱電勢16.4mV，工作端45C，自由端0C，熱電勢1.82mV，問工作端400C，自由端45C的熱電勢？這個規(guī)律可用于：熱電偶自由端溫度發(fā)生變化時計算熱電勢，熱電偶8iiii）熱電偶相配規(guī)律：由材料A和B組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢等于由材料A與C組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢與由材料C與B組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢之代數和。iiii）熱電偶相配規(guī)律：由材料A和B組成的熱電偶（兩9例：t1=100C，t2=0C銅（A）+鉑（C）EAC=0.75mV康銅（B）+鉑（C）EBC=-3.5mV則：EAB（t1,t2）=EAC（t1,t2）+ECB（t1,t2）=0.75+3.5=4.25mV在選配熱電偶材料時，查看各種材料與鉑組成熱電偶時的熱電偶。計算所選的熱電極材料產生的熱電勢作參考。若想得到較高的熱電勢輸出，選與鉑配時，一個為正，一個為負。例：t1=100C，t2=0C10C、熱電偶的組成與選用：一般按被測溫度范圍選擇熱電偶低于1100C，用普通材料，如鎳鉻-鎳硅，1100-1600C，用貴金屬，如鉑銠-鉑，大于大于1600C，用耐熱合金，如鎢-錸。選擇要求：a熱電性能穩(wěn)定，不隨時間變化

b價格合理，能準確復制，便于互換

c導電性好，材料本身電阻溫度系數小

d熱電勢大，并且線性關系好

e適合所測溫度一般來說以上要求難以全部滿足C、熱電偶的組成與選用：11常用的熱電偶：a鎳鉻-鎳鋁熱電偶：工業(yè)上多用，長期使用1000C，短期可達1300Cb銅-康銅熱電偶：易自制、線性好，用于400C以下，長期300C，短期可達500Cc鎳鉻-考銅熱電偶：長期使用600C，短期可達800Cd鉑銠-鉑熱電偶：1300-1600Ce鎢錸熱電偶：長期使用2000C，短期可達2800C常用的熱電偶：12D、熱電勢的測量方法：由于熱電偶產生的熱電勢很小（mV級），熱電偶本身及導線有電阻，不能用于普通電壓表測量，一般用毫伏計或電位差計1）毫伏計：D、熱電勢的測量方法：由于熱電偶產生的熱電勢很13所示電壓：一般這種儀表都規(guī)定值為多少。使用時必須滿足。溫度測量技術詳解課件14延伸引線：作用是與冷端補償，毫伏計刻度是在熱電偶冷端為0C的條件下度數，一般實際的冷端不是0C，可改變Rt大小，使電橋輸出相當于fab(t2,t0)。一般熱電偶可用本身材料延伸到遠離的地方，但對于貴金屬或工業(yè)上的標準產品，要用延伸電極。要求：延伸電極在可能溫度范圍內（0-100C）與主熱電偶性能一致。如：對鉑銠-鉑，使用銅-銅鎳在0-100內0.64mV，與主熱電偶相同。延伸引線：作用是與冷端補償，毫伏計刻度是在熱電偶冷端為0C152）電位差計：可測量、標定、核準熱電偶基于電壓平衡原理基本電路如下：2）電位差計：16R1：調節(jié)電流大小R2：標準電阻R：讀數電阻，S：換向開關EP：輔助電阻，ES：標準電源G：光電檢流計，Et：被測熱電勢電路分為三個回路：（1）EP—R1—R2—R—S1（2）ES—R2—G—S2(n)—ES（3）Et—R`—G—S2(m)—Et第（1）回路產生I，第（2）、第（3）回路不同時接通。R1：調節(jié)電流大小17i）合S1，S2—n，調R1，使G=0，則R2.I=ES，I=ES/R2（為標定工作電流）ii）S2—m，調R，使G=0，則R`I=Et=ESR`/R2（求出Et），其中ES和R2精密定值，R`按電位差值刻度讀出，故稱電位差計由于G=0，則第（3）回路中無電流，所測為電勢值，不受熱電偶電阻影響。i）合S1，S2—n，調R1，使G=0，則R2.I=ES，I182、電阻溫度變換器—電阻溫度計原理：金屬或半導體電阻隨溫度變化的特性Rt=R0(1+αt)，

R0：0C時的電阻值，

α：電阻溫度系數，t：t上升，金屬電阻升高，半導體電阻低2、電阻溫度變換器—電阻溫度計19可測-200C到+500C的溫度范圍結構：極細的金屬絲繞在骨架上，體積較大，測平均溫度，希望溫度系數α大，所以采用純金屬，

如銅：0.425%/C，鎳：0.66%/C，鉑：0.39%/C

可測-200C到+500C的溫度范圍201）銅電阻溫度計：R0=53Ω，α=0.425%/C

，用0.1mm絕緣銅絲雙線繞在骨架上，大約32cm長，外加防護套管。R100/R0=1.4280±0.00201）銅電阻溫度計：R0=53Ω，α=0.425%/C21優(yōu)點：a）電阻與溫度成線性關系b）電阻溫度系數高c）容易提純，價格便宜缺點：體積大優(yōu)點：222）鉑電阻溫度計：用0.03-0.05mm鉑絲繞在平板云母骨架上R0=10、25、46、100Ωa)鉑電阻大、絲短、體積小b)精度與純度有關，溫度系也較大工業(yè)：R100/R0≥1.389實驗室：R100/R0≥1.3922）鉑電阻溫度計：233）半導體熱敏電阻：某些金屬氧化物（鎂、鎳、錳）按一定比例混合后燒結成棒、球形等形狀用作熱敏電阻，原理：半導體電阻隨溫度升高而降低的特性

α=(dR/R)/dt=-B/T2RT=RT0eB(1/T-1/T0)B（在一定溫度范圍內）為常數，T為絕對溫度值3）半導體熱敏電阻：24特點：a)α比純金屬大8-10倍，靈敏度高b)比電阻大，可以做得很小c)負溫度系數d)誤差大，重復性不好，復制性差一般用來感受微小溫度差和溫度變化，可達0.001C特點：254）電阻的測量：因電阻是溫度的函數，確定電阻后可得溫度值測電阻的方法：P99、100a不平衡電橋b平衡電橋自己看！4）電阻的測量：263、其它測溫方法：溫度—壓力——氣動式測量溫度—變形——力、材料法、雙金屬片溫度—熱輻射法4、溫標：溫度數值的表示方法攝氏華氏熱力學溫標國際實用溫標（IPTS-68）P81、82自己看！3、其它測溫方法：275、熱電偶的安裝（壁溫）：1）良好貼合2）貼壁敷設一段減小熱傳導損失加防護措施5、熱電偶的安裝（壁溫）：28問題：1）若冷端不是0C，該如何計算熱電勢？Et=Ei+E0，E0：工作端t0，冷端0C的電勢，Ei：工作端t1，自由端t0的電勢問題：292）如何標定（難以用溫度場直接標定）？采用實體標定，若用電流型記錄儀表，電流在線形成壓降，可用mV數標。把熱電偶的兩端同時放入恒溫區(qū)，沒有熱電勢產生接入一個RS，調整RP使RS上產生一定電位差，代替熱電勢，利用電勢表分檔標出溫度值工作時把標定電源和電位差計拆掉，記錄的電流可代表溫度（與標定相比較）2）如何標定（難以用溫度場直接標定）？30或在RS處不接RS而直接接恒壓標準源標定對高阻抗儀表可以用恒壓源輸入相應的mV數作溫度刻度6、非接觸測溫：光學測溫法或在RS處不接RS而直接接恒壓標準源標定31第七章溫度測量溫度也是一個常用的被測參數，雖然不如壓力和推力那么重要，但仍有許多難題，如燃氣溫度、冷卻套內的瞬時溫度等測溫變換器有其獨特性，一般不可構成多種傳感器測不同的參數，測溫變換器一般只識別溫度第七章溫度測量溫度也是一個常用的被測參數，雖然不如壓力321、熱電偶的原理及基本熱點規(guī)律A、熱電效應：兩種不同材料的導體兩端結合在一起構成閉合回路時，若兩端處于不同的溫度，在回路中便產生了熱電勢，電勢大小EAB=f(T1)-f(T2)，與材料和T1、T2有關系，而與直徑大小、長短、沿導線的溫度分布無關。注意：EAB是兩點溫度的函數，而不是兩點溫度差的函數。1、熱電偶的原理及基本熱點規(guī)律33溫度測量技術詳解課件34一般T1放在被測溫度區(qū)，稱工作端（熱端），T2放在一個標準溫度下，稱之為自由端（冷端）。熱電勢的函數關系一般用表格給出。一般T1放在被測溫度區(qū)，稱工作端（熱端），T2放在35B、熱電偶的基本規(guī)律i）均質電路規(guī)律由單一均勻的材料構成的閉合回路中，單由加熱作用不能產生熱電勢，用它可檢驗熱電材料的均勻性加熱不產生電勢：材料均勻加熱產生電勢：材料不均勻，不能作為熱電材料B、熱電偶的基本規(guī)律36ii）中間金屬規(guī)律：在熱電偶回路中插入第三種或第四種金屬材料，只要插入材料的兩端溫度相同，則對回路熱電勢沒有影響。因這一規(guī)律，在熱電偶中接入串聯導線及儀表，只要T3=T4（對a）或T2=T3（對b），不影響熱電勢大小。對圖b若T2?T3，圖a若T3?T4，則不能用，否則會產生附加電勢。ii）中間金屬規(guī)律：在熱電偶回路中插入第三種或第四37iii）中間溫度規(guī)律：任何兩種均質材料組成的熱電偶，其接點溫度分別為T1、T2。所產生的熱電勢等于同一熱電偶一接點溫度為T1，另一接點溫度為T3的熱電勢與一接點溫度為T3，另一接點溫度為T2的熱電勢之代數和：EAB(T1,T2)=EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)iii）中間溫度規(guī)律：任何兩種均質材料組成的熱電38這個規(guī)律可用于：熱電偶自由端溫度發(fā)生變化時計算熱電勢，熱電偶的熱電勢數據表是以自由端為0C給出的，若實測環(huán)境下自由端的溫度不是0C，可由此規(guī)律計算熱電勢。如：鎳鉻合金—鎳鋁熱電偶：工作端400C，自由端0C，熱電勢16.4mV，工作端45C，自由端0C，熱電勢1.82mV，問工作端400C，自由端45C的熱電勢？這個規(guī)律可用于：熱電偶自由端溫度發(fā)生變化時計算熱電勢，熱電偶39iiii）熱電偶相配規(guī)律：由材料A和B組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢等于由材料A與C組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢與由材料C與B組成的熱電偶（兩端溫度為t1和t2）產生的熱電勢之代數和。iiii）熱電偶相配規(guī)律：由材料A和B組成的熱電偶（兩40例：t1=100C，t2=0C銅（A）+鉑（C）EAC=0.75mV康銅（B）+鉑（C）EBC=-3.5mV則：EAB（t1,t2）=EAC（t1,t2）+ECB（t1,t2）=0.75+3.5=4.25mV在選配熱電偶材料時，查看各種材料與鉑組成熱電偶時的熱電偶。計算所選的熱電極材料產生的熱電勢作參考。若想得到較高的熱電勢輸出，選與鉑配時，一個為正，一個為負。例：t1=100C，t2=0C41C、熱電偶的組成與選用：一般按被測溫度范圍選擇熱電偶低于1100C，用普通材料，如鎳鉻-鎳硅，1100-1600C，用貴金屬，如鉑銠-鉑，大于大于1600C，用耐熱合金，如鎢-錸。選擇要求：a熱電性能穩(wěn)定，不隨時間變化

b價格合理，能準確復制，便于互換

c導電性好，材料本身電阻溫度系數小

d熱電勢大，并且線性關系好

e適合所測溫度一般來說以上要求難以全部滿足C、熱電偶的組成與選用：42常用的熱電偶：a鎳鉻-鎳鋁熱電偶：工業(yè)上多用，長期使用1000C，短期可達1300Cb銅-康銅熱電偶：易自制、線性好，用于400C以下，長期300C，短期可達500Cc鎳鉻-考銅熱電偶：長期使用600C，短期可達800Cd鉑銠-鉑熱電偶：1300-1600Ce鎢錸熱電偶：長期使用2000C，短期可達2800C常用的熱電偶：43D、熱電勢的測量方法：由于熱電偶產生的熱電勢很?。╩V級），熱電偶本身及導線有電阻，不能用于普通電壓表測量，一般用毫伏計或電位差計1）毫伏計：D、熱電勢的測量方法：由于熱電偶產生的熱電勢很44所示電壓：一般這種儀表都規(guī)定值為多少。使用時必須滿足。溫度測量技術詳解課件45延伸引線：作用是與冷端補償，毫伏計刻度是在熱電偶冷端為0C的條件下度數，一般實際的冷端不是0C，可改變Rt大小，使電橋輸出相當于fab(t2,t0)。一般熱電偶可用本身材料延伸到遠離的地方，但對于貴金屬或工業(yè)上的標準產品，要用延伸電極。要求：延伸電極在可能溫度范圍內（0-100C）與主熱電偶性能一致。如：對鉑銠-鉑，使用銅-銅鎳在0-100內0.64mV，與主熱電偶相同。延伸引線：作用是與冷端補償，毫伏計刻度是在熱電偶冷端為0C462）電位差計：可測量、標定、核準熱電偶基于電壓平衡原理基本電路如下：2）電位差計：47R1：調節(jié)電流大小R2：標準電阻R：讀數電阻，S：換向開關EP：輔助電阻，ES：標準電源G：光電檢流計，Et：被測熱電勢電路分為三個回路：（1）EP—R1—R2—R—S1（2）ES—R2—G—S2(n)—ES（3）Et—R`—G—S2(m)—Et第（1）回路產生I，第（2）、第（3）回路不同時接通。R1：調節(jié)電流大小48i）合S1，S2—n，調R1，使G=0，則R2.I=ES，I=ES/R2（為標定工作電流）ii）S2—m，調R，使G=0，則R`I=Et=ESR`/R2（求出Et），其中ES和R2精密定值，R`按電位差值刻度讀出，故稱電位差計由于G=0，則第（3）回路中無電流，所測為電勢值，不受熱電偶電阻影響。i）合S1，S2—n，調R1，使G=0，則R2.I=ES，I492、電阻溫度變換器—電阻溫度計原理：金屬或半導體電阻隨溫度變化的特性Rt=R0(1+αt)，

R0：0C時的電阻值，

α：電阻溫度系數，t：t上升，金屬電阻升高，半導體電阻低2、電阻溫度變換器—電阻溫度計50可測-200C到+500C的溫度范圍結構：極細的金屬絲繞在骨架上，體積較大，測平均溫度，希望溫度系數α大，所以采用純金屬，

如銅：0.425%/C，鎳：0.66%/C，鉑：0.39%/C

可測-200C到+500C的溫度范圍511）銅電阻溫度計：R0=53Ω，α=0.425%/C

，用0.1mm絕緣銅絲雙線繞在骨架上，大約32cm長，外加防護套管。R100/R0=1.4280±0.00201）銅電阻溫度計：R0=53Ω，α=0.425%/C52優(yōu)點：a）電阻與溫度成線性關系b）電阻溫度系數高c）容易提純，價格便宜缺點：體積大優(yōu)點：532）鉑電阻溫度計：用0.03-0.05mm鉑絲繞在平板云母骨架上R0=10、25、46、100Ωa)鉑電阻大、絲短、體積小b)精度與純度有關，溫度系也較大工業(yè)：R100/R0≥1.389實驗室：R100/R0≥1.3922）鉑電阻溫度計：543）半導體熱敏電阻：