温度检测仪表精品文稿.ppt

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1、温度检测仪表温度检测仪表第1页，本讲稿共53页内容提要内容提要n概述概述n测温仪表的分类测温仪表的分类n温度检测的基本原理温度检测的基本原理n热电偶温度计热电偶温度计n热电偶热电偶n补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿n热电阻温度计热电阻温度计n测温原理测温原理n常用热电阻常用热电阻1第2页，本讲稿共53页内容提要内容提要n温度变送器温度变送器n电动温度变送器电动温度变送器n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器2第3页，本讲稿共53页第一节第一节 概述概述n一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体

2、的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。分类分类按测量方式按测量方式按测量方式按测量方式 接触式与非接触式 3第4页，本讲稿共53页第一节第一节 概述概述测温测温方式方式温度计温度计种类种类 优点优点 缺点缺点 使用范围使用范围接触式测温仪表玻璃液体温度计 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示,不能记录与远传-100100（150）有机液体0 350（-30 650）水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限 0 300（-50 600）压力式温度计结构简单、不怕震动

3、、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控 精度低、测量距离较远时,仪表的滞后性较大、一般离开测量点不超过 10米 0 500（-50 600）液体型0 100（-50 200）蒸汽型电阻温度计测量精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温,由于体积大,测点温度较困难-150 500（-200 600）铂电阻0 100（-50 150）铜电阻-50 150（180）镍电阻-100 200（300）热敏电阻热电偶温度计测温范围广,精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低-20 1300（1600）铂铑10-铂-50 1000（1

4、200）镍铬-镍硅-40 800（900）镍铬-铜镍-40 300（350）铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场 测量时,必须经过人工调整,有人为误差,不能作远距离测量,记录和自控 900 2000（700 2000）辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广 只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却 100 2000（50 2000）表表表表5-1 5-1 5-1 5-1 各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺

5、点及使用范围4第5页，本讲稿共53页第一节第一节 概述概述1.1.1.1.应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温图5-1 双金属片5图5-2 双金属温度信号器1双金属片；2调节螺钉；3绝缘子；4信号灯 利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。第6页，本讲稿共53页第一节第一节 概述概述2.2.2.2.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3.3.3.3.应用热阻效应测温应用热阻效应测温应用热阻效应测温应用热阻效应测温 4.4.4.4.应用热电效应测温应用热电效应测温应

6、用热电效应测温应用热电效应测温 5.5.5.5.应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温应用热辐射原理测温 6第7页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计n一、热电偶一、热电偶7热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。图5-3 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。图5-4 热电偶示意图第8页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计81.1.1.1.热电现象及测温原理热电现象及测温原理热电现

7、象及测温原理热电现象及测温原理图5-5 热电现象图5-6 接触电势形成的过程左图闭合回路中总的热电势或图5-7 热电偶原理第9页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计注意 由于热电极的材料不同由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不所产生的接触热电势亦不同同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。生的热电势是不同的。热电偶一般都是在自由端温度为热电偶一般都是在自由端温度为00时进行分度的时进行分度的,因此因此,若自由端温度不为若自由端温度不为00而为而为t t0 0时时,则热电势与温度则热电势与温度之间的

8、关系可用下式进行计算。之间的关系可用下式进行计算。EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)9第10页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计举例举例例5-1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800,自由端(冷端)温度为30,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。解：由附录三可以查得 E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)10第11页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶

9、温度计例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0=30,测得热电势 E(t,t0)=14.195mV，求被测介质的实际温度。解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)变换得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400。11第12页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计注注意意：由由于于热热电电偶偶所所产产生生的的热热电电势势与与温温度度的的关关系系都都是是非非线线性性的的 (当当然然各各种种热热电电偶偶的的非非线线性性程程度度不不

10、同同),),因因此此在在自自由由端端温温度度不不为为零零时时,将将所所测测热热电电势势对对应应的的温温度度值值加加上上自自由端温度由端温度,并不等于实际的被测温度。并不等于实际的被测温度。12第13页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计132.2.2.2.插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。见下图。总的热电势（5-4）能量守恒原理（5-5）（5-6）将式（5-5）5代入式（5-4）图3-58 热电偶测温系统连接

11、图第14页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计说明：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。14第15页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计图5-9 开路热电偶的应用15第16页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计163.3.常用热电偶的种类常用热电偶的种类工业工业工业工业上对上对上对上对热电热电热电热电极材极材极材极材料的料的料的料的要求要求要求要求在测温范围内其热电

12、性质要稳定在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化不随时间变化;在测温范围内要有足够物理、化学稳定性在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易被氧不易被氧化或腐蚀化或腐蚀;电阻温度系数要小电阻温度系数要小,电导率要高电导率要高,组成热电偶后产生的热组成热电偶后产生的热电势要大电势要大,其值与温度成线性关系或有简单的函数关其值与温度成线性关系或有简单的函数关系系;复现性要好复现性要好,这样便于成批生产这样便于成批生产,而且在应用上也可保证而且在应用上也可保证良好的互换性良好的互换性;材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。便于加工成丝。第17页，本讲稿共53页第二节第二节

13、热电偶温度计热电偶温度计17热电偶名称代号分度号热电极材料测温范围/新 旧正热电极负热电极长期使用短期使用铂铑30-铂铑6铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铁-铜镍铜-铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK铂铑30合金铂铑10合金镍铬合金镍铬合金铁铜铂铑6合金纯铂镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350表表表表5-2 5-2 5-2 5-2 常用热电偶常用热电偶常用热电偶常用热电偶第18页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度

14、计184.4.热电偶的构造及结构形式热电偶的构造及结构形式图5-10 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒第19页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计19n 二、补偿导线与冷端温度补偿二、补偿导线与冷端温度补偿 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。见左图。1.1.1.1.补偿导线补偿导线补偿导线补偿导

15、线图5-11 补偿导线接线图第20页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜镍记为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响(因其两端温度均为t0)，则图5-11所示回路的总热电势为(5-7)如果假定各接点温度全为如果假定各接点温度全为t1，代入式，代入式(5-7)(5-7)，则有，则有 (5-8)(5-9)或 由于由于t1 1一般是在一般是在100100以下以下,在此温度范围内在此温度范围内,根据补根据补偿导线的性质偿导线的性质,有有 (5-10)20第21页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计将此式代入式将此式

16、代入式(5-9)(5-9)(5-11)将式将式(5-11)(5-11)代入式代入式(5-7),(5-7),便有便有 (5-12)因为故(5-13)21第22页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。热电偶名称补偿导线工作端为100，冷端为0时的标准热电势mV正极负极铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铜铜镍铬铜镍铜镍铜镍0.640.034.100.156.950.30表表5-3 5-3 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线

17、22第23页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计注意 使用补偿导线时使用补偿导线时,应当注意补偿导线的正、应当注意补偿导线的正、负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。此外此外,正、负两极的接点温度正、负两极的接点温度t1应保持相同应保持相同,延伸延伸后的冷端温度后的冷端温度 t0 0应比较恒定且比较低。对于镍应比较恒定且比较低。对于镍铬铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,则可则可用其本身材料作补偿导线用其本身材料作补偿导线,将冷端延伸到环境温将冷端延伸到环境温度较恒定的地方。度较恒定的地方。23第24

18、页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计2.2.2.2.冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法冷端温度的变化对测量的影响及消除方法 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温热电偶的冷端温热电偶的冷端温热电偶的冷端温度补偿度补偿度补偿度补偿。一般采用下述几种方法。一般采用下述几种方法。图5-12 热电偶冷端温度保持的方法（1 1）热电势的修

19、正方法）热电势的修正方法 在实际生产中，冷端温在实际生产中，冷端温度往往不是度往往不是00，而是某一温，而是某一温度度t0 0，这就引起测量误差。因此，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。必须对冷端温度进行修正。24第25页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计实际生产中，其冷端温度为t0，即有 或 由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势 EAB（t，t0），加上热端为室温，加上热端为室温t0，冷端为，冷端为00时的热电偶的热电势时的热电偶的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度下的热电势，才能得到实际温度下的热电势

20、EAB（t，0）。25第26页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计举例举例举例举例例例5-3 5-3 用铂铑用铂铑1010-铂热电偶进行温度检测铂热电偶进行温度检测,热电偶的冷热电偶的冷端温度端温度t0=30，显示仪表的温度读数显示仪表的温度读数 (假定此仪表假定此仪表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为为985985，试求被测温度的实际值。，试求被测温度的实际值。26解解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表(附录一)查出985时的热电势值为9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得 E(t0,0)=

21、E(30,0)=0.173mV。将此两个数值代入式(5-14),得 E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000,这就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。第27页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计（2 2）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（3 3）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。27第28页，本讲稿

22、共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 由于电桥是在由于电桥是在2020时平衡时平衡的，所以采用这种补偿电桥时的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到须把仪表的机械零位预先调到2020处。如果补偿电桥是在处。如果补偿电桥是在00时平衡设计的（时平衡设计的（DDZ-DDZ-型型温度变送器中的补偿电桥），温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在则仪表零位应调在00处。处。注意！注意！图5-13 具有补偿电桥的热电偶测温线路28第29页，本讲稿共53页第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计29（4 4）补偿热电偶法）补偿热电偶法 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多

23、支热电偶而配用一台测温仪表。图5-14 补偿热电偶连接线路第30页，本讲稿共53页第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计30 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。量较为适宜。热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。第31页，本讲稿共53页第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计 对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、气范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。体、蒸汽及固体表面的温度。n 一、测温原

24、理一、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。温度测量的。31第32页，本讲稿共53页第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计n 二、工业常用热电阻二、工业常用热电阻作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数、电阻率要大；热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；价格便宜。32第33页，本讲稿共53页第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计331.1.铂电阻铂电阻 金属铂容易提纯

25、金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理化学在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性稳定性,有良好的复制性。但价格较贵。有良好的复制性。但价格较贵。要确定要确定 Rtt的关系的关系,首先要确定首先要确定 R0的大小。的大小。R0不同不同,Rtt的关系也不同。这种的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表的关系称为分度表,用分度号用分度号来表示。来表示。工业上使用的铂电阻主要有分度号为工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100,它的它的 R0=100,其分度表见附录四。其分度表见附录四。第34页，本讲稿共53页第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计342.2.铜电阻铜电阻 金属铜易加工提纯，价

26、格便宜；它的电阻温度系数很大，且金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50-50+150+150内，具有很内，具有很好的稳定性。好的稳定性。在在-50-50+150+150的范围内，铜电阻与温度的关系是的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的，对应的分度号为分度号为Cu50。另一种是。另一种是R0100，对应的分度号为，对应的分度号为Cu100。第35页，本讲稿共53页第四节第四节 温度变送器温度变送器n一、电动温度变送

27、器一、电动温度变送器35 电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模拟式温度变送器模拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用使用,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信号输出。流信号输出。第36页，本讲稿共53页第四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-型温度型温度 (温差温差)变送器是电动单元组合仪表中的一个变送器是电动单元组合仪表中的一个变送单元。变送单元。根据根据输入信号的不同输入信号的不同，DDZ-型温度变送器主要有热型温度

28、变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。类型。36第37页，本讲稿共53页第四节第四节 温度变送器温度变送器 DDZ-DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路,其原理框其原理框图如图图如图5-155-15所示。所示。温度检测元件温度检测元件输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路被测温度输出电流I0 图5-15 温度变送器原理框图37第38页

29、，本讲稿共53页第四节第四节 温度变送器温度变送器n二、一体化温度变送器二、一体化温度变送器38 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。的一种温度变送器。图5-16 一体化温度变送器结构框图结构结构结构结构测温元件和变送器模块常用的变送器芯片常用的变送器芯片常用的变送器芯片常用的变送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度变送器模块的正常工作温度-20+80第39页，本讲稿共53页第四节第四节 温度变送器温度变送器n三

30、、智能式温度变送器三、智能式温度变送器39以以以以SMARTSMART公司的公司的公司的公司的TT302TT302温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。温度变送器为例加以介绍。优点优点优点优点 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；质量轻；安装维护方便。安装维护方便。结构结构结构结构由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。第40页，本讲稿共53页第四节第四节 温度变

31、送器温度变送器输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器信号输入信号输出图5-17 TT302温度变送器基本构成框图40第41页，本讲稿共53页例题分析例题分析举例举例举例举例1.1.用分度号为用分度号为K的镍铬的镍铬-镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度,在没有采在没有采取冷端温度补偿的情况下取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为显示仪表指示值为500,500,而而这时冷端温度为这时冷端温度为60,60,试问实际温度应为多少试问实际温度应为多少?如果热端如果热端温度不变温度不变,设法使冷端温度保持在设法使冷端温度保持在20,20,此时显示仪表的此时显示仪表的指示值应为多少指示值应为多

32、少?解：解：解：解：显示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的,即 E(t,t0)=20.64(mV)由附录三同样可以查得 E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)41第42页，本讲稿共53页例题分析例题分析 由式由式 (5-14)(5-14)可以得到可以得到 E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)由由23.07623.076mV,查附录三查附录三,可得可得 t557 即被测实际温度为即被测实际温度为557557。当热端为当热端为557,557,冷端为冷端为20

33、20时时,由于由于E(20,0)=0.798mV,故有故有 E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278(mV)由此电势由此电势,查附录三查附录三,可得显示仪表指示值约为可得显示仪表指示值约为538.4538.4。由此可见由此可见,当冷端温度降低时当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测显示仪表的指示值更接近于被测温度实际值。温度实际值。42第43页，本讲稿共53页例题分析例题分析2.2.如果用两支铂铑如果用两支铂铑1010-铂热电偶串联来测量炉温铂热电偶串联来测量炉温,连接方式分别连接方式分别如图如图5-18(a)5-18(a)、(b)(b)、(

34、c)(c)所示。已知炉内温度均匀所示。已知炉内温度均匀,最高温度为最高温度为1000,1000,试分别计算测量仪表的测量范围试分别计算测量仪表的测量范围 (以最大毫伏数表示以最大毫伏数表示)。图5-18 炉子温度测量43第44页，本讲稿共53页例题分析例题分析解解:(a)(a)由于这时热电偶的冷端均为由于这时热电偶的冷端均为0,0,每支热电偶对应于每支热电偶对应于10001000时的热电势可以由附录一查得时的热电势可以由附录一查得 E(1000,0)=9.585(mV)两支热电偶串联两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为测量仪表所测信号的最大值为 Emax=29.585=19.17(mV)

35、根据这个数值可以确定仪表的测量范围。根据这个数值可以确定仪表的测量范围。(b)(b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度(30),(30),而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度温度(100)(100)对热电势的影响。对热电势的影响。44第45页，本讲稿共53页例题分析例题分析 假定补偿导线假定补偿导线 C C、D D与热电偶与热电偶 A A、B B本身在本身在100100以下的热以下的热电特性是相同的电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为所以在冷端处形成的热电势为E(30,0)=

36、0.173(mV)在补偿导线在补偿导线C C、D D与热电偶的连接处与热电偶的连接处1 1、4 4两点可以认为不产两点可以认为不产生热电势生热电势,但在接线盒内但在接线盒内2 2、3 3两点形成的热电偶相当于热电偶两点形成的热电偶相当于热电偶在在100100时形成的热电势时形成的热电势,即即E(100,0)=0.645(mV)由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的是相反的,所以这时总的热电势为所以这时总的热电势为E max=2E(1000,0)-E(100,0)-E(30,0)=29.585-0.645-0.173=18.352

37、(mV)45第46页，本讲稿共53页例题分析例题分析 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。在这种情况下根据这个数值可以确定仪表的测量范围。在这种情况下,如果炉如果炉旁边接线盒内的温度变化旁边接线盒内的温度变化,会以测量产生较大的影响会以测量产生较大的影响,造成较大的测造成较大的测量误差。量误差。(c)(c)由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷冷端温度为端温度为30,30,故总的热电势为故总的热电势为Emax=2E(1000,0)-2E(30,0)=29.585-20.173=18.824(mV)由此可知由此可知,在同样都是用两支热

38、电偶串联来测量炉温时在同样都是用两支热电偶串联来测量炉温时,由于接线由于接线不同不同,产生的热电势也是不相同的产生的热电势也是不相同的,在选择测量仪表时在选择测量仪表时,一定要考一定要考虑这种情况。虑这种情况。46第47页，本讲稿共53页例题分析例题分析3.3.在上题所述三种情况时在上题所述三种情况时,如果由测量仪表得到的信号都是如果由测量仪表得到的信号都是1515mV,试分别计算这时炉子的实际温度。试分别计算这时炉子的实际温度。解：解：解：解：在(a)情况时,由于2E(t,0)=15mV,即E(t,0)=7.5mV,查表(附录一)可得实际温度约为814.3。在(b)情况时,由于 2E(t,0

39、)=15+E(30,0)+E(100,0)=15+0.173+0.645=15.818(mV)E(t,0)=7.909(mV)查表可得实际温度约为851.2。47第48页，本讲稿共53页例题分析例题分析 在在(c)(c)情况时情况时,由于由于2E(t,0)=15+2E(30,0)=15+20.173=15.346(mV)即即 E(t,0)=7.673(mV)查表可得实际温度约为查表可得实际温度约为830830。由上述例子可以看出由上述例子可以看出,虽然采用了补偿导线虽然采用了补偿导线,但并不能完但并不能完全克服冷端温度变化对测量的影响。补偿导线只是将冷端由全克服冷端温度变化对测量的影响。补偿导

40、线只是将冷端由温度变化比较剧烈的地方移至温度变化较小的地方。如果这温度变化比较剧烈的地方移至温度变化较小的地方。如果这时冷端的温度仍不为时冷端的温度仍不为 0,0,那么还必须考虑如何进行冷端温度那么还必须考虑如何进行冷端温度补偿的问题。补偿的问题。48第49页，本讲稿共53页例题分析例题分析4.4.在用热电偶测量温度时在用热电偶测量温度时,除了要考虑冷端温度的影响外除了要考虑冷端温度的影响外,还要还要注意热电偶极性不能接错注意热电偶极性不能接错;热电偶与补偿导线要配套热电偶与补偿导线要配套;热电偶分热电偶分度号与指示仪表要配套等问题。在用热电阻测量温度时度号与指示仪表要配套等问题。在用热电阻测

41、量温度时,同样要同样要考虑热电阻分度号与测量仪表配套、三线制接法等考虑热电阻分度号与测量仪表配套、三线制接法等,下面给出几个思下面给出几个思考题及其结论考题及其结论,请大家自行证明请大家自行证明 (或说明或说明)。(1)如果热电偶热端为600,冷端为30,仪表的机械零点为0,没有加以冷端温度补偿。问该仪表的指示值将高于还是低于600?(低于600)。49第50页，本讲稿共53页例题分析例题分析 (2)(2)采用镍铬采用镍铬-镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度,将仪表机械零点调至将仪表机械零点调至 25,25,但实际上室温但实际上室温 (冷端温度为冷端温度为 10),10),问这时仪表指示值将

42、偏问这时仪表指示值将偏高还是偏低高还是偏低?(?(偏高偏高)。(3)(3)有有 S S分度号动圈仪表一台分度号动圈仪表一台,错接入错接入 K K分度号热电偶分度号热电偶,问指示问指示值偏高还是偏低值偏高还是偏低?(?(偏高偏高)。(4)(4)铂铑铂铑10-10-铂热电偶铂热电偶,错接入铜错接入铜-铜镍补偿导线铜镍补偿导线 (铂铑铂铑1010与铜相与铜相接接,铂与铜镍相接铂与铜镍相接),),问指示值将偏高还是偏低问指示值将偏高还是偏低?(?(偏高偏高)。(5)(5)当热电偶补偿导线极性接错时当热电偶补偿导线极性接错时,指示值偏高还是偏低指示值偏高还是偏低?(?(偏偏低低)。50第51页，本讲稿共

43、53页例题分析例题分析 (6)(6)当热电偶短路、断路及极性接反时当热电偶短路、断路及极性接反时,与之配套的自动电与之配套的自动电子电位差计的指针各指向哪里子电位差计的指针各指向哪里?(?(室温或指示值偏低、断偶前室温或指示值偏低、断偶前的温度、始端的温度、始端)。(7)(7)当热电阻短路或断路时当热电阻短路或断路时,与之配套的动圈仪表指针将指向与之配套的动圈仪表指针将指向哪里哪里?(?(始端、终端始端、终端)。(8)(8)当用热电阻测温时当用热电阻测温时,若不采用三线制接法若不采用三线制接法,而连接热电阻而连接热电阻的导线因环境温度升高而增加时的导线因环境温度升高而增加时,其指示值将偏高还是偏低其指示值将偏高还是偏低?(?(偏偏高高)。51第52页，本讲稿共53页第53页，本讲稿共53页