溫度檢測(cè)課件

溫度檢測(cè)概述測(cè)溫儀表的分類溫度檢測(cè)的基本原理熱電偶溫度計(jì)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端溫度補(bǔ)償熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫原理常用熱電阻 1目錄：溫度變送器電動(dòng)溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器第一節(jié)概述一、測(cè)溫儀表的分類

溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來(lái)加以間接測(cè)量。分類按測(cè)量方式

接觸式與非接觸式

3WZ系列裝配式熱電阻

sz-22熱電阻信號(hào)輸入數(shù)字面板表

溫度變送器WSSX電接點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)4第一節(jié)概述測(cè)溫方式溫度計(jì)種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接觸式測(cè)溫儀表玻璃液體溫度計(jì)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場(chǎng)指示,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100～100（150）有機(jī)液體0～350（-30～

650）水銀雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大、價(jià)格低、能記錄、報(bào)警與自控

精度低、不能離開測(cè)量點(diǎn)測(cè)量,量程與使用范圍均有限

0～300（-50～

600）壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不怕震動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格低廉、能記錄、報(bào)警與自控精度低、測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí),儀表的滯后性較大、一般離開測(cè)量點(diǎn)不超過(guò)10米0～500（-50～

600）液體型0～100（-50～

200）蒸汽型電阻溫度計(jì)測(cè)量精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測(cè)量高溫,由于體積大,測(cè)點(diǎn)溫度較困難

-150～500（-200～

600）鉑電阻0～100（-50～

150）銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣,精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償,在低溫段測(cè)量精度較低

-20～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40～800（900）鎳鉻-銅鎳-40～300（350）銅-銅鎳非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)攜帶用、可測(cè)量高溫、測(cè)溫時(shí)不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng)

測(cè)量時(shí),必須經(jīng)過(guò)人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠(yuǎn)距離測(cè)量,記錄和自控900～2000（700～

2000）輻射高溫計(jì)測(cè)溫元件不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng),能作遠(yuǎn)距離測(cè)量、報(bào)警和自控、測(cè)溫范圍廣只能測(cè)高溫,低溫段測(cè)量不準(zhǔn),環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)量精度,連續(xù)測(cè)高溫時(shí)須作水冷卻或氣冷卻100～2000（50～

2000）表5-1各種溫度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍5第一節(jié)概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫圖5-1雙金屬片6

圖5-2

雙金屬溫度信號(hào)器1—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號(hào)燈利用液體或固體受熱時(shí)產(chǎn)生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計(jì)。第一節(jié)概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫

4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫

5.應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫

7第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)一、熱電偶8熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。圖5-3熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測(cè)量?jī)x表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。圖5-4熱電偶示意圖鎧裝熱電偶法國(guó)KIMOTK102S精密型熱電偶溫度儀

9第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)101.熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理

圖5-5熱電現(xiàn)象圖5-6接觸電勢(shì)形成的過(guò)程左圖閉合回路中總的熱電勢(shì)或圖5-7熱電偶原理第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)注意由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢(shì)亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時(shí)進(jìn)行分度的,因此,若自由端溫度不為0℃而為t0時(shí),則熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行計(jì)算。

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

11第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)舉例例5-1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測(cè)量小氮肥廠中轉(zhuǎn)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(shì)E(800,30)。解：由附錄三可以查得

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)12第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)例5-2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時(shí)，自由端溫度t0=30℃,測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)=14.195mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。解:由附錄一可以查得

E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄一可以查得14.368mV對(duì)應(yīng)的溫度t為1400℃。13第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系都是非線性的(當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時(shí),將所測(cè)熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。

14第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)152.插入第三種導(dǎo)線的問題利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來(lái)測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見下圖。

總的熱電勢(shì)（5-4）能量守恒原理（5-5）（5-6）將式（5-5）5代入式（5-4）圖3-58熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)說(shuō)明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響。不過(guò)必須保證引入線兩端的溫度相同。

16圖5-9開路熱電偶的應(yīng)用17第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)183.常用熱電偶的種類工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求在測(cè)溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時(shí)間變化;

在測(cè)溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學(xué)穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;

電阻溫度系數(shù)要小,電導(dǎo)率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系;復(fù)現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性;材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)19熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表5-2常用熱電偶第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)204.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式

圖5-10熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)21二、補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端溫度補(bǔ)償

采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價(jià)金屬。見左圖。1.補(bǔ)償導(dǎo)線圖5-11補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導(dǎo)線對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響(因其兩端溫度均為t0)，則圖5-11所示回路的總熱電勢(shì)為(5-7)如果假定各接點(diǎn)溫度全為t1，代入式(5-7)，則有

(5-8)(5-9)或由于t1一般是在100℃以下,在此溫度范圍內(nèi),根據(jù)補(bǔ)償導(dǎo)線的性質(zhì),有(5-10)22第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)將此式代入式(5-9)

(5-11)將式(5-11)代入式(5-7),便有

(5-12)因?yàn)楣?5-13)23第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100℃，冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)mV正極負(fù)極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.64±0.034.10±0.156.95±0.30表5-3常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線24第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)注意使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),應(yīng)當(dāng)注意補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極必須與熱電偶的正、負(fù)極各端對(duì)應(yīng)相接。此外,正、負(fù)兩極的接點(diǎn)溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。對(duì)于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價(jià)金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補(bǔ)償導(dǎo)線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。25第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)2.冷端溫度的變化對(duì)測(cè)量的影響及消除方法

在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述幾種方法。圖5-12

熱電偶冷端溫度保持０℃的方法（1）熱電勢(shì)的修正方法

在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t0，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。26第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)實(shí)際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或由此可知，熱電勢(shì)的修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0℃時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)EAB（t0，0），才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)EAB（t，0）。27第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)舉例例5-3用鉑銠10-鉑熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè),熱電偶的冷端溫度t0=30℃，顯示儀表的溫度讀數(shù)(假定此儀表是不帶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償且是以溫度刻度的)為985℃，試求被測(cè)溫度的實(shí)際值。28解：由分度號(hào)為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表(附錄一)查出985℃時(shí)的熱電勢(shì)值為9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又從分度表中查得E(t0,0)=E(30,0)=0.173mV。將此兩個(gè)數(shù)值代入式(5-14),得

E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)

再查分度表可知,對(duì)應(yīng)于9.585mV的溫度t=1000℃,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測(cè)得的溫度實(shí)際值。第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)（2）校正儀表零點(diǎn)法

若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。（3）補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

29第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)由于電橋是在20℃時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補(bǔ)償電橋是在0℃時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補(bǔ)償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！圖5-13具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路30第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)31（4）補(bǔ)償熱電偶法

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表。圖5-14補(bǔ)償熱電偶連接線路第三節(jié)熱電阻溫度計(jì)32在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻，顯示儀表以及連接導(dǎo)線所組成。WZ系列裝配式熱電阻第三節(jié)熱電阻溫度計(jì)對(duì)于線性變化的熱電阻來(lái)說(shuō)，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。一、測(cè)溫原理

利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。

33第三節(jié)熱電阻溫度計(jì)二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要小；在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；價(jià)格便宜。

34第三節(jié)熱電阻溫度計(jì)351.鉑電阻

金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學(xué)穩(wěn)定性,有良好的復(fù)制性。但價(jià)格較貴。要確定Rt～t的關(guān)系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關(guān)系也不同。這種Rt～t的關(guān)系稱為分度表,用分度號(hào)來(lái)表示。工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號(hào)為Pt100,它的R0=100Ω,其分度表見附錄四。第三節(jié)熱電阻溫度計(jì)362.銅電阻

金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。第四節(jié)溫度變送器一、電動(dòng)溫度變送器37電動(dòng)溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點(diǎn)的溫度或某兩點(diǎn)的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的