03-温度检测仪表1.ppt

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1、过程检测仪表浦铁成第2页温度测量 温度温度温度温度 内涵量，表征物体内部内涵量，表征物体内部分子热运动分子热运动剧烈程度剧烈程度，是物体分子运，是物体分子运动动平均动能平均动能大小的标志。大小的标志。温度测量原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件，其某温度测量原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一物理性质随温度而变化的特性为一物理性质随温度而变化的特性为已知已知，通过温度敏感元件与被通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量变化，即可确定被测对象的测对象的热交换，测量相关的物理量变化，即可确定被测对象的温度。温度。温度反映物体的冷热程度。两个受热程度不同的物体相接触后，温度反

2、映物体的冷热程度。两个受热程度不同的物体相接触后，经过一段时间的经过一段时间的热交换热交换，达到共同的平衡态后具有，达到共同的平衡态后具有相同的温度相同的温度。第3页华氏温标：氯化氨和冰的混合物为华氏温标：氯化氨和冰的混合物为华氏温标：氯化氨和冰的混合物为华氏温标：氯化氨和冰的混合物为0 0 ，水的沸点为，水的沸点为，水的沸点为，水的沸点为100 100 ，两点之间，两点之间，两点之间，两点之间 等分等分等分等分100100份；份；份；份；一、温度标尺 温度标尺温度标尺温度标尺温度标尺(温标温标温标温标)三个条件：固定点温度；测温仪器；温标方程；三个条件：固定点温度；测温仪器；温标方程；三个条

3、件：固定点温度；测温仪器；温标方程；三个条件：固定点温度；测温仪器；温标方程；经验温标经验温标经验温标经验温标 两种温标之间的转换：两种温标之间的转换：两种温标之间的转换：两种温标之间的转换：缺点：所用水银的纯度不同，就不能保证测温量值的一致性缺点：所用水银的纯度不同，就不能保证测温量值的一致性缺点：所用水银的纯度不同，就不能保证测温量值的一致性缺点：所用水银的纯度不同，就不能保证测温量值的一致性;被测温度不在冰点和沸点之间就无法测量被测温度不在冰点和沸点之间就无法测量被测温度不在冰点和沸点之间就无法测量被测温度不在冰点和沸点之间就无法测量摄氏温标：水的冰点为摄氏温标：水的冰点为摄氏温标：水的

4、冰点为摄氏温标：水的冰点为0 0，水的沸点为，水的沸点为，水的沸点为，水的沸点为100100，两点之间等分，两点之间等分，两点之间等分，两点之间等分100100份；份；份；份；第4页一、温度标尺 热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标 根据卡诺循环原理建立的一种理想的科学的温标，但在实际上难以实现。根据卡诺循环原理建立的一种理想的科学的温标，但在实际上难以实现。第5页一、温度标尺 国际实用温标国际实用温标国际实用温标国际实用温标 (T(T9090)（2 2）1717个固定点温度：多采用三相点温度，如水的三相点温度为个固定点温度：多采用三相点温度，如水的三相点温度为个固定点温度：多采用三相点温

5、度，如水的三相点温度为个固定点温度：多采用三相点温度，如水的三相点温度为0.010.01国际开尔文温度与国际摄氏温度关系：国际开尔文温度与国际摄氏温度关系：国际开尔文温度与国际摄氏温度关系：国际开尔文温度与国际摄氏温度关系：（1 1）温度单位：开尔文）温度单位：开尔文）温度单位：开尔文）温度单位：开尔文(K)(K)，定义为水的三相点温度的，定义为水的三相点温度的，定义为水的三相点温度的，定义为水的三相点温度的 倍，且倍，且倍，且倍，且1 1=1K=1K（3 3）复现固定温度点的方法）复现固定温度点的方法）复现固定温度点的方法）复现固定温度点的方法 温度量值的传递温度量值的传递温度量值的传递温度

6、量值的传递国家计量科学研究院国家计量科学研究院国家计量科学研究院国家计量科学研究院 省、市、部、委计量局省、市、部、委计量局省、市、部、委计量局省、市、部、委计量局 地方、部门计量站地方、部门计量站地方、部门计量站地方、部门计量站第6页式中：式中：代表液体在代表液体在t1到到t2温度下的平均体膨胀系数；温度下的平均体膨胀系数；二、膨胀式和压力式温度计 玻璃液体温度计玻璃液体温度计玻璃液体温度计玻璃液体温度计平均体膨胀系数：平均体膨胀系数：在单位温度变化时，物质体积相对于在单位温度变化时，物质体积相对于0体积的变化量。体积的变化量。液体在温度为液体在温度为t时的体积；时的体积；液体在温度为液体在

7、温度为0时的体积；时的体积；平均视膨胀系数：液体平均体膨胀系数与玻璃平均体膨胀平均视膨胀系数：液体平均体膨胀系数与玻璃平均体膨胀系数之差系数之差内标式内标式外标式外标式安装注意事项：安装注意事项：铅锤安装，水平读数铅锤安装，水平读数第7页二、膨胀式和压力式温度计液体液体使用范围使用范围()体膨胀系数体膨胀系数视膨胀系数视膨胀系数水银水银-30 +6000.000180.00016甲苯甲苯-80 +1000.001090.00107乙醇乙醇-80 +800.001050.00103煤油煤油0 +2000.000950.00093戊烷戊烷-200 +200.000920.00090几种常见流体的平

8、均体膨胀系数和相对于玻璃的视膨胀系数几种常见流体的平均体膨胀系数和相对于玻璃的视膨胀系数问：灵敏度最高的是谁问：灵敏度最高的是谁?问：量程最大的是谁问：量程最大的是谁?问：玻璃的平均体膨胀系数是多少问：玻璃的平均体膨胀系数是多少?甲苯甲苯水银水银0.00002第8页二、膨胀式和压力式温度计1 细长螺钉细长螺钉2 椭圆形螺母椭圆形螺母3 细导线细导线4 磁铁磁铁5 扁平铁块扁平铁块6 引出电极引出电极7 引出电极引出电极电接点水银温度计电接点水银温度计注意事项：注意事项：温度高于开关温度时，示值不再准确温度高于开关温度时，示值不再准确必须使用低电压小电流信号必须使用低电压小电流信号问：你能说出它

9、在何处应用么？问：你能说出它在何处应用么？第9页二、膨胀式和压力式温度计 固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计双金属片温度计较玻璃液体温度计精度低，但适合振动、受冲击场合使用。双金属片温度计较玻璃液体温度计精度低，但适合振动、受冲击场合使用。问：上、下金属片哪个膨胀系数大？问：上、下金属片哪个膨胀系数大？上上问：调温旋钮向下旋转，开关温度提高还是降低？问：调温旋钮向下旋转，开关温度提高还是降低？提高提高双金属温度开关双金属温度开关第10页二、膨胀式和压力式温度计 压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计固定不动固定不动可作伸直或可作伸直或弯曲变形弯曲变形固定

10、不动固定不动第11页1 1、概述：、概述：.概念：概念：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性而制成的感利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性而制成的感温器件称为热电阻。温器件称为热电阻。.特点：特点：热电阻测温的优点是信号可以远传、灵敏度高、无需参比热电阻测温的优点是信号可以远传、灵敏度高、无需参比温度。金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作温度。金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。其缺点是需要电源激励、有自热现象，影响测量精基准仪表。其缺点是需要电源激励、有自热现象，影响测量精度。度。三、热电阻测温第12页2 2、金属热电阻：、金属热电阻：.材料要求：材

11、料要求：选择选择电阻随温度变化电阻随温度变化成单值连续关系的材料，最好是呈线成单值连续关系的材料，最好是呈线性或平滑特性，这一特性可以用性或平滑特性，这一特性可以用分度公式和分度表分度公式和分度表描述。描述。有尽可能大的电阻温度系数。有尽可能大的电阻温度系数。电阻温度系数一般表示为：电阻温度系数一般表示为：通常取通常取0100 0100 之间的平均电阻温度系数：之间的平均电阻温度系数：电阻温度系数与金属的纯度有关，金属越纯，电阻温度系数与金属的纯度有关，金属越纯，值越大，电阻值越大，电阻比是热电阻的重要指数。比是热电阻的重要指数。0C时的电阻时的电阻三、热电阻测温第13页2 2、金属热电阻：、

12、金属热电阻：.材料要求：材料要求：有较大的电阻率，以便制成小尺寸元件，减小测温热惯性；有较大的电阻率，以便制成小尺寸元件，减小测温热惯性；在测温范围内物理化学性能温定；在测温范围内物理化学性能温定；复现性好，复制性强，易于得到高纯物质，价格较便宜。复现性好，复制性强，易于得到高纯物质，价格较便宜。实际应用最多的是铜、铂两种材料，并已实行标准化生产。实际应用最多的是铜、铂两种材料，并已实行标准化生产。三、热电阻测温第14页/共21页2 2、金属热电阻：、金属热电阻：.铂热电阻：铂热电阻：R R0 0选用选用特点：特点：精度高，体积小，测温范围宽，稳定性好，再现精度高，体积小，测温范围宽，稳定性好

13、，再现性好，但是价格较贵。性好，但是价格较贵。电阻与温度的关系：电阻与温度的关系：三、热电阻测温第15页/共21页2 2、金属热电阻：、金属热电阻：.铜热电阻：铜热电阻：R R0 0选用选用特点：特点：线性较好；价格低；电阻率低，因而体积较大，线性较好；价格低；电阻率低，因而体积较大，热响应慢，但是利用这一特点可以制作测量区域热响应慢，但是利用这一特点可以制作测量区域平均温度的感温元件。平均温度的感温元件。电阻与温度的关系：电阻与温度的关系：三、热电阻测温第16页3 3、热电阻结构：、热电阻结构：有普通型和铠装型两种形式有普通型和铠装型两种形式.普通型普通型:主要由感温元件、内引线、绝缘套管、

14、保护套管主要由感温元件、内引线、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成。感温元件是由细的铂丝或铜丝绕在绝缘支和接线盒等部分组成。感温元件是由细的铂丝或铜丝绕在绝缘支架上构成，为了使电阻体不产生电感，电阻丝要用无感绕法绕所架上构成，为了使电阻体不产生电感，电阻丝要用无感绕法绕所示，将电阻丝对折后双绕制，如图，使电阻丝的两端均由支架的示，将电阻丝对折后双绕制，如图，使电阻丝的两端均由支架的同一侧引出。对于保护套管的要求与热电偶相同。同一侧引出。对于保护套管的要求与热电偶相同。三、热电阻测温第17页3 3、热电阻结构：、热电阻结构：有普通型和铠装型两种形式有普通型和铠装型两种形式.铠装热电阻：铠装热电

15、阻：用铠装电缆作为保护管用铠装电缆作为保护管-绝缘物绝缘物-内引线组内引线组件，前端与感温元件连接，外部焊接短保护管，组成铠装热电阻件，前端与感温元件连接，外部焊接短保护管，组成铠装热电阻。铠装热电阻外径一般为。铠装热电阻外径一般为28mm28mm。其特点是体积小，热响应快，。其特点是体积小，热响应快，耐振动和冲击性能好，除感温元件部分外，其他部分可以弯曲，耐振动和冲击性能好，除感温元件部分外，其他部分可以弯曲，适合于在复杂条件下安装。适合于在复杂条件下安装。三、热电阻测温第18页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：热电阻引线方式有二线制、三线制、四线制。热电阻引线方式有二线制、三线制、

16、四线制。.二线制：二线制：在热电阻两端各接一根导线，该引线方式简单、费用低。在热电阻两端各接一根导线，该引线方式简单、费用低。引线电阻引线电阻三、热电阻测温第19页4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.二线制：二线制：在热电阻两端各接一根导线，该引线方式简单、费用低。在热电阻两端各接一根导线，该引线方式简单、费用低。但由于工业应用中，热电阻安装在产现场，指示仪表在控但由于工业应用中，热电阻安装在产现场，指示仪表在控制室，其间引线长，若每根导线电阻为制室，其间引线长，若每根导线电阻为r，则测量回路必然含有，则测量回路必然含有绝对误差绝对误差2r，而且引线电阻随环境温度的变化会带来附加误差，而且

17、引线电阻随环境温度的变化会带来附加误差，这种误差很难修正。这注定了两线制接线不适合工业热电阻的这种误差很难修正。这注定了两线制接线不适合工业热电阻的使用。使用。只有当引线电阻只有当引线电阻r与元件电阻值与元件电阻值 R满足满足 时，引时，引线电阻的影响才可以忽略线电阻的影响才可以忽略.三、热电阻测温第20页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.三线制：可消除导线电阻对测温的影响。三线制：可消除导线电阻对测温的影响。在热电阻的一端连接两根导线，另一端连接一根导线，三在热电阻的一端连接两根导线，另一端连接一根导线，三根导线直径、长度一致，电阻均为根导线直径、长度一致，电阻均为r r。和电桥配

18、合使用和电桥配合使用和电桥电源相连的导线电阻和电桥电源相连的导线电阻r r对电桥平衡无影响；另两根导线对电桥平衡无影响；另两根导线电阻电阻r r分别加到了相邻桥臂，不影分别加到了相邻桥臂，不影响电桥平衡。响电桥平衡。三、热电阻测温第21页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.三线制：可消除导线电阻对测温的影响。三线制：可消除导线电阻对测温的影响。分析：分析：可见：导线电阻可见：导线电阻r r对桥路平衡无影响，对桥路平衡无影响，即可以消除热电阻测量过程中导线电即可以消除热电阻测量过程中导线电阻变化对测量的影响。阻变化对测量的影响。三、热电阻测温第22页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线

19、路：.三线制：可消除导线电阻对测温的影响。三线制：可消除导线电阻对测温的影响。分析：分析：注意：注意：只有在对称电桥（只有在对称电桥（R R1 1R R2 2）时，才满足）时，才满足上述平衡关系，才能完全消除导线电上述平衡关系，才能完全消除导线电阻阻r r对测量的影响。对测量的影响。但工业电阻有时用不平衡电桥指示温但工业电阻有时用不平衡电桥指示温度，这种情况下不能完全消除连线电度，这种情况下不能完全消除连线电阻阻r r对测温的影响，但采用三线制接法对测温的影响，但采用三线制接法肯定会减少引线电阻的影响。肯定会减少引线电阻的影响。三、热电阻测温第23页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.

20、四线制：四线制：接线：接线：如图。热电阻两端各用一根导线接到恒流电源上，如图。热电阻两端各用一根导线接到恒流电源上，再各用一根导线连接到测量仪表上，一般是直流电位差计作为再各用一根导线连接到测量仪表上，一般是直流电位差计作为指示或记录仪表。指示或记录仪表。原理：原理：三、热电阻测温第24页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.四线制：四线制：分析：分析：四线制接线中，和恒流源相四线制接线中，和恒流源相连的两接线称为电流导线，和电位差计连的两接线称为电流导线，和电位差计相连的两导线称为电压导线。恒流源在相连的两导线称为电压导线。恒流源在电流导线上形成的压降电流导线上形成的压降I*rI*r不

21、在电位差不在电位差计测量范围内；电压导线虽有电阻，但计测量范围内；电压导线虽有电阻，但无电流（电流很小，电位差计测量时不无电流（电流很小，电位差计测量时不取电流），所以四线制测量方式中的四取电流），所以四线制测量方式中的四根导线电阻根导线电阻r r对测量均无影响。对测量均无影响。三、热电阻测温第25页4 4、热电阻测温线路：、热电阻测温线路：.四线制：四线制：特点：特点：四线制和电位差计配合测量热电阻是比较完善的方法，四线制和电位差计配合测量热电阻是比较完善的方法，它不受任何条件的约束，总能完全消除连接导线对测量的影响，它不受任何条件的约束，总能完全消除连接导线对测量的影响，适用于高精度的温度

22、测量。适用于高精度的温度测量。注意：恒流源必须保证电流注意：恒流源必须保证电流I I的稳定不变。的稳定不变。三、热电阻测温第26页1 1、概念：、概念：用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件2 2、分类：、分类：正温度系数（正温度系数（PTCPTC）、负温度系数（）、负温度系数（NTCNTC）和临界温度）和临界温度（CTRCTR）三种热敏电阻；）三种热敏电阻；其中：其中：PTCPTC、CTRCTR一般是利用其在特定温度下电阻值急剧一般是利用其在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件；变化的特性构成温度开关器件；NTCNTC一般用于温度检

23、测。一般用于温度检测。3 3、负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系：、负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系：近似表示为：近似表示为：四、热敏电阻测温第27页4 4、负温度系数热敏电阻的温度系数、负温度系数热敏电阻的温度系数：电阻温度系数电阻温度系数T是随温度是随温度T而变化，所以热敏电阻在低温而变化，所以热敏电阻在低温段比高温段要更灵敏；而且段比高温段要更灵敏；而且B值越大灵敏度越高。值越大灵敏度越高。负温度系数热敏电阻的负温度系数热敏电阻的T0一般为一般为25C，故，故R（25C）和）和B值是热敏电阻的重要参数。要选择合适的值是热敏电阻的重要参数。要选择合适的R（25C）和）和B值，使热敏电阻在测温范围内有较好的稳定性。值，使热敏电阻在测温范围内有较好的稳定性。四、热敏电阻测温第28页5 5、特点、特点：优点：优点：电阻温度系数大，为金属电阻的十几倍，故灵敏度电阻温度系数大，为金属电阻的十几倍，故灵敏度高；电阻值高，引线电阻对测温没有影响，使用方便；高；电阻值高，引线电阻对测温没有影响，使用方便；体积小，热响应快；结构简单可靠，价格低廉；化学稳体积小，热响应快；结构简单可靠，价格低廉；化学稳定性好，使用寿命长。定性好，使用寿命长。缺点：缺点：互换性差，每一品种的测温范围较窄，部分品种的互换性差，每一品种的测温范围较窄，部分品种的稳定性差。稳定性差。四、热敏电阻测温