第五章温度检测.ppt

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1、第五章 温度测量 第一节 概述 一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类分类：接触式与非接触式分类：接触式与非接触式各种温度计的优缺点和适用范围见表各种温度计的优缺点和适用范围见表51。二、温度检测的基本原理二、温度检测的基本原理1.应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温玻璃温度计、双金属温度计玻璃温度计、双金属温度计1.应用压力随温度变化的原理测温应用压力随温度变化的原理测温封封闭闭在在固固体体体体积积中中的的气气体体、液液体体或或某某种种饱饱和和蒸蒸汽汽受受热热时时，气气压压力力随随温温度度变变化化的的性性质质测测温温。可可制制成成压力计式温度计，又称温包式温度计。压力计式温度计，又称温包式温度

2、计。2.应用热阻效应测温应用热阻效应测温利利用用导导体体或或半半导导体体的的电电阻阻随随温温度度变变化化的的性性质质测测温温电阻式温度计。电阻式温度计。3.应用热电效应测温应用热电效应测温利用金属的热电效应利用金属的热电效应热电偶温度计。热电偶温度计。4.应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温利用物体辐射能随温度变化的性质利用物体辐射能随温度变化的性质辐射式辐射式温度计。温度计。第二节 热电偶温度计测温范围广测温范围广01600（可扩展）、结构（可扩展）、结构简单、使用方便、便于远传、记录和控制。简单、使用方便、便于远传、记录和控制。一、热电偶一、热电偶1.热电现象及测温原理热电现象及测温原理

3、两种不同金属的电子密度不同，当两种金属两种不同金属的电子密度不同，当两种金属接触时，电子从高电子密度的金属扩散到低电子接触时，电子从高电子密度的金属扩散到低电子密度金属中密度金属中（称接触热电势）（称接触热电势）。同时单一导体的。同时单一导体的自由电子由温度高的一侧向温度低的一侧扩散自由电子由温度高的一侧向温度低的一侧扩散（称温差热电势）（称温差热电势）。如图中金属如图中金属A A和和B B，在金属接触面上产生电势在金属接触面上产生电势e eABAB（t t）若若将将金金属属的的另另一一端端也也闭闭合合，在在金金属属另另一一接接触触面面上上产产生生电电势势e eABAB（t t0 0）则则有有

4、：在在金金属属回回路路中中的电势的电势E E（t,tt,t0 0）=e eABAB（t t）-e eABAB（t t0 0）若若：t t0 0固固定定，则则E E（t,tt,t0 0）与与e eABAB（t t）呈呈单单值值函函数数关关系系。一一般般热热电电偶偶的的分分度度是是在在自自由由端端为为零零度度。即即t t0 00 0，否则，热电势由下式表示否则，热电势由下式表示E E（t,tt,t0 0）E E（t,0t,0）E E（t t0 0，0 0）2 2、插入第三根导体的问题、插入第三根导体的问题电路中，由于电路中，由于2、3接点的温度相等且等于接点的温度相等且等于t0,则回路总电势：则回

5、路总电势：EteAB（t）eBC（t0 ）eCA（t0 ）由于多种金属组成的闭合回路中，尽管由于多种金属组成的闭合回路中，尽管材料不同，但只要接点温度相同则回路中的材料不同，但只要接点温度相同则回路中的总电势为零。即：总电势为零。即：e eABAB（t t0 0）+e+eBGBG（t t0 0）+e+eCACA（t t0 0）0 0e eABAB（t t0 0）e eBCBC（t t0 0）+e+eCACA（t t0 0）EteAB（t）eBC（t0 ）eCA（t0 ）eAB（t，0）e eABAB（t t，t0 ）e eABAB（t0 ，0 0）以上三式可得：以上三式可得：E Et t（t,

6、tt,t0 0）e eABAB（t,0t,0）e eABAB（t t0 0,0,0）可见：可见：E Et t与第三根导体无关。与第三根导体无关。3 3、常用热电偶的种类、常用热电偶的种类 工业上一般对热电偶的电极材料有以下要求：工业上一般对热电偶的电极材料有以下要求：（1）在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化；）在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化；（2）在测温范围内要有足够物理、化学稳定性，不易被）在测温范围内要有足够物理、化学稳定性，不易被氧化；氧化；（3）电阻温度系数要小，导电率要高热电势要大，线性）电阻温度系数要小，导电率要高热电势要大，线性或单值关系。或单值关系。（4）复

7、现性要好）复现性要好（5）材料组织均匀、要有韧性，便于加工成丝。）材料组织均匀、要有韧性，便于加工成丝。如表如表52（P63）4 4、热电偶的构造及结构形式、热电偶的构造及结构形式二、补偿导线与冷端温度补偿二、补偿导线与冷端温度补偿 1.1.补偿导线补偿导线补偿导线将冷端补偿导线将冷端t t1 1延伸到延伸到t t0 0处，起延伸冷端的作处，起延伸冷端的作用（用（P64P64），），利用较便宜的金属电极在低温区的热电特利用较便宜的金属电极在低温区的热电特性与贵金属相同或相近，代替贵金属。性与贵金属相同或相近，代替贵金属。2 2、冷端温度的变化对测量的影响及、冷端温度的变化对测量的影响及消除方法

8、消除方法（1 1）热电势的修正方法（冰浴法）热电势的修正方法（冰浴法）P65P65EAB(t,0)EAB(t,t0)+eAB(t0,0)（2）校正仪表零点法）校正仪表零点法（3）补偿电桥法）补偿电桥法 如如图图所所示示，热热电电偶偶产产生生的的热热电电势势为为e eABAB（t,t,t t0 0），如如果果电电桥桥中中R Rt t随随温温度度变变化化产产生生的的不不平平衡衡电电势势大大小小等等于于e eABAB（t t0 0,0,0）时时，在在检检测测电电压压的的毫毫伏伏计计上上产产生生的的电电压压为为e eABAB（t,0t,0）。）。也可用半导体元件代替也可用半导体元件代替R Rt t。（

9、4 4）补偿热电偶法）补偿热电偶法将冷端插入地下将冷端插入地下23m23m或恒温器中。则有：或恒温器中。则有：E Et t=E=EABAB（t,tt,t1 1）+E+ECDCD(t(t1 1,t,t0 0)t t0 0为恒温处温度为恒温处温度如仪表恒温处温度如仪表恒温处温度t t0 00 0时，时，不需要对仪表示值修正。不需要对仪表示值修正。三、热电偶测温仪表与热电偶的非线性三、热电偶测温仪表与热电偶的非线性 如分度表所示，单位温度变化产生的毫如分度表所示，单位温度变化产生的毫伏电压不呈线性。必须在测量仪表中进行补伏电压不呈线性。必须在测量仪表中进行补偿。不同分度号的热电偶或相同分度号的热偿。

10、不同分度号的热电偶或相同分度号的热电偶测量不同温度范围时使用的仪表测量单电偶测量不同温度范围时使用的仪表测量单元不同。元不同。第三节第三节热电阻温度计热电阻温度计 一、热电阻一、热电阻1.1.测量原理测量原理 导导体体电电阻阻值值随随温温度度变变化化而而变变化化的的特特性性进进行行温度测量的。温度测量的。R RR R（）RRRR 一般金属在温度每升高一般金属在温度每升高时，其电阻值时，其电阻值增加增加，将电阻随温度变化值，通过，将电阻随温度变化值，通过测量桥路转换成电压（毫伏）信号，用于远传、测量桥路转换成电压（毫伏）信号，用于远传、控制、指示和记录。控制、指示和记录。、常用热电阻、常用热电阻

11、（）铂电阻（）铂电阻（P100，R100）（）铜铜电电阻阻（CU100，R100或或CU50，R50）3、热电阻的构造热电阻的构造（P76）2.5.3热电阻温度计热电阻温度计n n（1 1）测温原理测温原理测温原理测温原理热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系如下式关系如下式关系如

12、下式关系如下式RtRt=RtolRtol+(t-to)(t-to)RtRt=RtoRto*t t式中式中式中式中 RtRt温度为温度为温度为温度为 tt时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值;RtoRto温度为温度为温度为温度为 to(to(通常为通常为通常为通常为 0)0)时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值；电阻温度系数电阻温度系数电阻温度系数电阻温度系数;tt温度的变化值温度的变化值温度的变化值温度的变化值;RtRt电阻值的变化量。电阻值的变化量。电阻值的变化量。电阻值的变化量。二、热电阻测温仪表与热二、热电阻测温仪表与热电阻的三线制电阻的三线制导线电阻使得测导线电阻使得测量桥路的

13、各桥臂电阻量桥路的各桥臂电阻不平衡，带来测量误不平衡，带来测量误差。差。如图中的，如如图中的，如果将果将Rt用两根导线直用两根导线直接连接，则，使得左接连接，则，使得左下桥臂电阻多出下桥臂电阻多出2，且随环境温度变化。且随环境温度变化。第四节第四节测温仪表的选用与安装测温仪表的选用与安装一、工业温度计的选用一、工业温度计的选用1.分析被测对象分析被测对象2.合理选用仪表合理选用仪表二、测温元件的安装二、测温元件的安装三、连接导线与补偿导线的安装三、连接导线与补偿导线的安装P8090。作业：作业：6、7、21、22、292.5.4测温元件的安装测温元件的安装(1)(1)测温元件的安装要求测温元件

14、的安装要求测温元件的安装要求测温元件的安装要求在测量管道温度时在测量管道温度时在测量管道温度时在测量管道温度时,要求安装时测温元件应迎着被测介要求安装时测温元件应迎着被测介要求安装时测温元件应迎着被测介要求安装时测温元件应迎着被测介质流向插人质流向插人质流向插人质流向插人,至少须与被测介质正交。至少须与被测介质正交。至少须与被测介质正交。至少须与被测介质正交。测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。测温元件应有足够的插入深度测温元件应有足够的插入深度测温元件应有足够的插入深度

15、测温元件应有足够的插入深度,以减小测量误差。测温以减小测量误差。测温以减小测量误差。测温以减小测量误差。测温元件应斜插安装或在弯头处安装。元件应斜插安装或在弯头处安装。元件应斜插安装或在弯头处安装。元件应斜插安装或在弯头处安装。若工艺管道过小若工艺管道过小若工艺管道过小若工艺管道过小(直径小于直径小于直径小于直径小于80mm)80mm)安装测温元件处应接安装测温元件处应接安装测温元件处应接安装测温元件处应接装扩大管。装扩大管。装扩大管。装扩大管。热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上.（2 2）工业常用热

16、电阻工业常用热电阻工业常用热电阻工业常用热电阻 铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻(WZP(WZP新型号、新型号、新型号、新型号、WZBWZB旧型号旧型号旧型号旧型号)工业上用的铂电阻有两种工业上用的铂电阻有两种工业上用的铂电阻有两种工业上用的铂电阻有两种,一种一种一种一种是是是是R R0 0=10=10分度号为分度号为分度号为分度号为Pt10Pt10；一种是一种是一种是一种是R R0 0=100=100，分度号为分度号为分度号为分度号为Pt100Pt100 铜电阻铜电阻铜电阻铜电阻(WZC(WZC为新型号、为新型号、为新型号、为新型号、WZGWZG为旧型号为旧型号为旧型号为旧型号)工业上用的铜电阻有两种工业上用的铜电阻有两种工业上用的铜电阻有两种工业上用的铜电阻有两种,一种是一种是一种是一种是R0=50R0=50分度号为分度号为分度号为分度号为C Cu u5050；一种是一种是一种是一种是R R0 0=100,=100,分度号为分度号为分度号为分度号为 C Cu u100100。