溫度檢測(cè)及儀表.ppt

3.5 溫度檢測(cè)及儀表,溫度是化工過(guò)程中最普遍而重要的操作參數(shù)。 所有的過(guò)程都是在一定的溫度條件下進(jìn)行的； 溫度決定一些反應(yīng)能否進(jìn)行和反應(yīng)方向； 溫度決定一些反應(yīng)的進(jìn)程程度； 溫度顯示反應(yīng)的能量變化。 一、測(cè)溫原理 溫度不能直接測(cè)量。 溫度的測(cè)量都是通過(guò)溫度傳遞到敏感元件后，該敏感元件的物理性質(zhì)隨溫度變化而進(jìn)行的。 熱交換 熱輻射, 3.5.1 概述,二、溫標(biāo),1、溫度的數(shù)值表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類(lèi)溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。 2、國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。,幾種溫標(biāo)的對(duì)比,正常體溫為37 C ，相當(dāng)于華氏溫度多少度？,熱力學(xué)溫標(biāo)（K）,熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來(lái)的，因此又稱(chēng)開(kāi)氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開(kāi)爾文（K） 。,威廉湯姆遜開(kāi)爾文勛爵像,1990國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90),從1990年1月1日開(kāi)始在全世界范圍內(nèi)采用1990年國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式，例如水的三相點(diǎn)為273.16K（0.01C）等。,600C以上-高溫計(jì) 600C以下-溫度計(jì) 接觸式、非接觸式,三、溫度測(cè)量?jī)x表的種類(lèi),四、溫度測(cè)量的基本原理及方法,1、物體受熱，體積膨脹 V-T 2、壓力隨溫度變化 P-T 3、金屬導(dǎo)體電阻隨溫度變化 R-T 4、熱電效應(yīng)原理 E-T 5、熱輻射原理,常用溫度計(jì)的種類(lèi)及適用溫度,1、膨脹式溫度計(jì),玻璃液體溫度計(jì) 利用液體受熱膨脹并沿玻璃毛細(xì)管延伸而直接顯示溫度 雙金屬溫度計(jì) 不同金屬受熱膨脹不同，雙金屬片在受熱情況下發(fā)生彎曲而顯示溫度,t = t0,t t0,雙金屬溫度計(jì),2、壓力式溫度計(jì),利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)行測(cè)量。 溫包：傳熱、容納膨脹介質(zhì)； 毛細(xì)管：傳遞壓力； 彈簧管：顯示壓力（溫度）。,3、輻射式溫度計(jì),通過(guò)特定波長(zhǎng)光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定光源溫度。 輻射式溫度計(jì)：測(cè)定熱輻射強(qiáng)度； 光學(xué)溫度計(jì)：采用光學(xué)分頻法，測(cè)定不同頻率光波的強(qiáng)度比值； 比色法：直接通過(guò)可見(jiàn)光顏色的對(duì)比，確定光源溫度。 輻射式溫度計(jì)，通常用于測(cè)量高溫條件，特別是光學(xué)溫度計(jì)和比色溫度計(jì)需要利用物體在高溫下發(fā)射的可見(jiàn)光進(jìn)行檢測(cè)。,1.紅外線輻射溫度計(jì),紅外輻射溫度計(jì)既可用于高溫測(cè)量，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，市售的紅外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從 -303000，中間分成若干個(gè)不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。,一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度。,紅外輻射溫度計(jì)測(cè)溫依據(jù),紅外系統(tǒng)： 紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。 光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。,紅外線輻射溫度計(jì)外形,激光僅用于瞄準(zhǔn),紅外線輻射溫度計(jì) 在非接觸體溫測(cè)量中的應(yīng)用,耳溫儀,紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用,利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）,溫度 采集系統(tǒng),CIT比色在線式紅外測(cè)溫儀,測(cè)溫范圍-203500,比色式溫度傳感器,比色式溫度傳感器采用比色式（雙波段）測(cè)溫原理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的非接觸測(cè)溫，用戶(hù)不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn) ,測(cè)量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)充滿(mǎn)，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測(cè)量。,比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中使用，如 :煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。,WFT-202輻射溫度計(jì),根據(jù)物體的熱輻射效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量物體表面溫度。 測(cè)量范圍 4002000 ,光學(xué)高溫計(jì) 隱絲式光學(xué)高溫計(jì) 測(cè)量方法：調(diào)節(jié)電阻R以改變燈絲亮度, 當(dāng)它與待測(cè)光源像的亮度相等時(shí)，燈絲在光源的像上消失,這時(shí)由電表G上讀出物體的亮度溫度；或用補(bǔ)償法由電位差計(jì)測(cè)量電流的精確值，再通過(guò)計(jì)算求出亮度溫度，后一方法適用于精密測(cè)量溫度。,非接觸式光纖傳感測(cè)溫儀,熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn),1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表； 2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270C ，上限可達(dá)1800C以上； 3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。, 3.5.2 熱電偶溫度計(jì),熱電偶溫度計(jì)分三部分,熱電偶 補(bǔ)償導(dǎo)線 測(cè)溫儀表,熱電效應(yīng),1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn))，發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說(shuō)明什么?)，如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f(shuō)明什么？） 。,指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。,一、熱電偶,結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。,熱電極A,右端稱(chēng)為：自由端(參考端、冷端）,（1）.熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理,左端稱(chēng)為：測(cè)量端(工作端、熱端),熱電極B,熱電勢(shì),A,B,熱電偶工作原理演示,熱電勢(shì)的產(chǎn)生,不同金屬具有不同的電子密度； 兩種金屬接觸面因?yàn)殡娮拥臄U(kuò)散作用而產(chǎn)生電場(chǎng)； 電子在擴(kuò)散作用和電場(chǎng)力作用下最終達(dá)到平衡； 電子的擴(kuò)散與溫度相關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散作用越強(qiáng)。,+ +,- -,擴(kuò)散作用,電場(chǎng)作用,金屬A,金屬B,+,-,金屬A,金屬B,接觸電勢(shì)eAB,eAB(t) t,對(duì)于一定材料,圖3-57 熱電偶原理,閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成：,由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，常常把它忽略不計(jì)，這樣熱電偶的電勢(shì)可表示為：,注意：如果下標(biāo)次序改為eBA，則熱電勢(shì)e前面的符號(hào)也應(yīng)相應(yīng)改變，即,式(i) 當(dāng)冷端溫度t0一定時(shí)，對(duì)于確定的熱電偶來(lái)說(shuō)，eAB(t0)為常數(shù)，因此，其總熱電勢(shì)EAB(t,t0)就與溫度t 成單值函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，和熱電偶的長(zhǎng)短、直徑無(wú)關(guān)。只要測(cè)量出熱電勢(shì)大小，就能判斷被測(cè)溫度的高低，這就是熱電偶的溫度測(cè)量原理。,=eAB(t)+ eBA(t0),重要結(jié)論： 1.如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無(wú)論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)為零； 2.如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無(wú)論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)也為零 3.熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了冷、熱兩端的溫度有關(guān)之外，還與電極材料有關(guān)，也就是說(shuō)由不同電極材料制成的熱電偶在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。,中間導(dǎo)體定律,當(dāng)tt0時(shí)，有,于是可得,同理還可以證明，在熱電偶中接入第四種、第五種導(dǎo)體以后，只要接入導(dǎo)體的兩端溫度相同，接入的導(dǎo)體對(duì)原熱電偶回路中的熱電勢(shì)均沒(méi)有影響。 根據(jù)這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接導(dǎo)線，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。,(2)中間導(dǎo)體定律和熱電勢(shì)的測(cè)量,中間導(dǎo)體定律,例：求熱電偶回路的電勢(shì)。 已知：eAB(240)=9.747mV，eAB(50)=2.023mV，eAC(50)=3.048mV，eAC（l0）=0.591mV。,解一：E=eAB(240)+eBC(50)+eCA(10)， 而 eAB(50)+eBC(50)+eCA(50)=0 E= eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV,解二：利用中間導(dǎo)體定律 E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10) = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV 。,熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T(mén)、T0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(T,T0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T(mén)、TC和TC、T0的熱電勢(shì)EAB(T,TC)和EAB(TC,T0)的代數(shù)和 EAB(T,T0)= EAB(T,TC)+ EAB(TC,T0),(3)熱電偶的“中間溫度定律”,熱電偶的材質(zhì)要求： 單位溫度變化的熱電勢(shì)大，且盡量接近線性關(guān)系； 熱電性質(zhì)穩(wěn)定； 化學(xué)穩(wěn)定性好：高溫下抗氧化，抗腐蝕； 具有較好的延展性，易于加工成絲； 復(fù)現(xiàn)性好，便于批量生產(chǎn)和互換。 不同材質(zhì)的熱電偶有不同的特性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇 測(cè)量范圍、放大系數(shù)（以分度值表示）、測(cè)量精度、抗腐蝕能力、價(jià)格等。,(4).熱電偶的種類(lèi),八種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶： B:鉑銠30鉑銠6 、R:鉑銠13鉑 、S:鉑銠10鉑 、 K:鎳鉻鎳硅 、N:鎳鉻硅鎳硅 、E:鎳鉻銅鎳、 J:鐵銅鎳 、 T:銅銅鎳,用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲,幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì),5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？,幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析,哪幾種熱電偶的測(cè)溫上限較高？,結(jié)論：,哪幾種熱電偶的線性較差？,哪一種熱電偶的靈敏度高？,哪一種熱電偶的靈敏度較低？,為什么所有的曲線均過(guò)原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？,常用工業(yè)熱電偶比較,熱電偶的分度表,熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法,我國(guó)從1991年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱(chēng)ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。,直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為C。,分度表：當(dāng)t0=0時(shí)， 與溫度t對(duì)應(yīng)的數(shù)值表。（非線性）,分度號(hào)：與分度表所對(duì)應(yīng)的熱電偶的代號(hào)。,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),(5). 熱電偶的結(jié)構(gòu),熱電極 工作部分 絕緣子 防止電極與電極、套管短路 保護(hù)套管 保護(hù) 接線盒,常用熱電偶類(lèi)型： 普通型熱電偶 鎧裝型熱電偶 多點(diǎn)式熱電偶 防爆型熱電偶 表面型熱電偶,普通裝配型熱電偶的外形,安裝螺紋,安裝法蘭,普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖,接線盒,引出線套管,固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）,熱電偶工作端（熱端）,不銹鋼保護(hù)管,鎧裝型熱電偶外形,法蘭,鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米,薄壁金屬 保護(hù)套管（鎧體）,鎧裝型熱電偶橫截面,鎧裝型熱電偶的三種結(jié)構(gòu),鎧裝型熱電偶,鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。,熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)態(tài)誤差； 可彎曲安裝使用,解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題. 測(cè)量范圍大； 機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；,多點(diǎn)熱電偶 適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在溫度梯度不顯著，須同時(shí)測(cè)量多個(gè)位置或位置的多處測(cè)量。廣泛應(yīng)用于大化肥合成塔、存儲(chǔ)罐等裝置中。,圖3.4 多點(diǎn)熱電偶,隔爆型熱電偶外形,厚壁保護(hù)管,壓鑄的接線盒,電纜線,隔爆型熱電偶,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過(guò)壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。,其他熱電偶外形,小形K型熱電偶,補(bǔ)償導(dǎo)線連接圖,二.補(bǔ)償導(dǎo)線,解決參比端溫度的恒定問(wèn)題。用廉價(jià)材料將冷端延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室內(nèi)。 在0100C范圍內(nèi)與所接熱電偶有相同的熱電特性的廉價(jià)金屬制成, 其作用是將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的操作室.,可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。,補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與熱電偶的電極材料配合使用； 補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)不同，接線時(shí)應(yīng)特別注意不能接錯(cuò)。,補(bǔ)償導(dǎo)線外形,A,B,屏蔽層,保護(hù)層,三、熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償,必要性： 1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿(mǎn)足t0=0C的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不僅不是0C，而且也不恒定， 因此將產(chǎn)生誤差。 2、 一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失 。,冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?(1)、冷端恒溫法： 將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱(chēng)冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中。,冰浴法接線圖,1被測(cè)流體管道 2熱電偶 3接線盒 4補(bǔ)償導(dǎo)線 5銅質(zhì)導(dǎo)線 6毫伏表 7冰瓶 8冰水混合物 9試管 10新的冷端,(2)、計(jì)算修正法,當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0 0C時(shí)，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，t0）與冷端為0C時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，0C）不等。 EAB（t，t0）=EAB（t，0C） 若冷端溫度高于0C，則EAB（t，t0）EAB（t，0C）?？梢岳孟率接?jì)算并修正測(cè)量誤差： EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）,例如：用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度to =20，測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，to）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV, 則 E（t，0）= E（t，20）+ E（20，0） =32.479 + 0.798=33.277 mV 再反查K分度表，得實(shí)際溫度是800。,計(jì)算法舉例：,(3)、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法,用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表面板上的“機(jī)械零點(diǎn)”，使指針指到氣溫t0（圖中為40 C）的刻度上。,機(jī)械零點(diǎn),指針被預(yù)調(diào)到室溫（40 C ） 可補(bǔ)償冷端損失,(4)、電橋補(bǔ)償法,XT-WBC熱電偶 冷端補(bǔ)償器,電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值，可購(gòu)買(mǎi)與被補(bǔ)償熱電偶對(duì)應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。,電橋補(bǔ)償法,是儀表中最常用的一種處理方法，它利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度的變化而引起熱電勢(shì)的變化,電橋由R1、R2、R3（均為錳銅電阻）和RCu（熱敏銅電阻）組成。在設(shè)計(jì)的冷端溫度（例如t00）時(shí)，滿(mǎn)足R1R2，R3RCu，這時(shí)電橋平衡，無(wú)電壓輸出，即Uab=0，回路中的輸出電勢(shì)就是熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì),當(dāng)冷端溫度由t0變化到t0時(shí)，不妨設(shè)t0 t0，熱電偶輸出的熱電勢(shì)減小，但電橋中RCu隨溫度的上升而增大，于是電橋兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡電壓Uab(t0 ),此時(shí)回路中輸出的熱電勢(shì)為:,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，可使電橋的不平衡電壓等于因冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化，即,于是實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。 實(shí)際的補(bǔ)償電橋一般是按t020設(shè)計(jì)的，即t020時(shí)，補(bǔ)償電橋平衡無(wú)電壓輸出。,如用一臺(tái)顯示儀表顯示多點(diǎn)溫度時(shí), 可按下圖 連接, 這樣可節(jié)約顯示儀表和補(bǔ)償導(dǎo)線。 ,法,(5)補(bǔ)償熱電偶法,四、熱電偶的配套儀表,我國(guó)生產(chǎn)的熱電偶均符合ITS-90國(guó)際溫標(biāo)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家又規(guī)定了與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶配套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。 如: 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)圈式顯示儀表命名為XC系列。 有指示型（XCZ）和指示調(diào)節(jié)型（XCT）等系列品種。數(shù)字式儀表也有指示型（XMZ）和指示調(diào)節(jié)型（XMT）等幾種系列品種。,XC系列動(dòng)圈式儀表（指針式顯示儀表）測(cè)量機(jī)構(gòu)的核心部件是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。 動(dòng)圈式儀表與熱電偶配套測(cè)溫時(shí)，熱電偶、連接導(dǎo)線、補(bǔ)償導(dǎo)線、調(diào)整電阻和顯示儀表組成了一個(gè)閉合回路。,1熱電偶 2補(bǔ)償導(dǎo)線 3冷端補(bǔ)償器 4外接調(diào)整電阻 5銅導(dǎo)線 6動(dòng)圈 7張絲 8磁鋼（極靴） 9指針 10刻度面板,1、XCZ-101型動(dòng)圈式儀表,動(dòng)圈式儀表的工作原理 磁電式毫伏計(jì) 組成：磁鋼、動(dòng)圈、 指針、張絲、標(biāo)尺 通電線圈在磁場(chǎng)里會(huì) 產(chǎn)生扭矩，指針偏轉(zhuǎn),(1)外接電阻 與熱電偶配套使用的接線圖,規(guī)定 R外=15,（2）動(dòng)圈溫度補(bǔ)償,動(dòng)圈內(nèi)銅導(dǎo)線的電阻隨溫度改變,熱敏電阻：溫度，電阻值 指數(shù)變化,T，R動(dòng)，（Rt、R并） ,R串,2、電位差計(jì),（1）手動(dòng)電位差計(jì) 平衡法 （用于熱電偶） 原理：,便攜式手動(dòng)電位差計(jì),測(cè)量原理圖,（2）自動(dòng)電子電位差計(jì),原理： 不平衡時(shí)，有電壓差， 經(jīng)電子放大，驅(qū)動(dòng)可逆 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使變阻器觸 點(diǎn)改變位置，使壓差減 少，直到壓差為零。,圖4-2 電子電位差計(jì)原理圖,圖4-4 XW系列電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖,3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路,橋路中各電阻的作用,(1)滑線電阻 RP與工藝電阻 RB 改變滑動(dòng)觸點(diǎn)在 RP上的位置,可以產(chǎn)生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢(shì)。,(2)始端 (下限)電阻 RG RG的大小取決于測(cè)量下限的高低。,Rc為RP、RM、RB并聯(lián)的等效電阻（從C端看）,(5)冷端溫度補(bǔ)償電阻 R2 降低測(cè)量誤差，不同的熱電偶配不同阻值的補(bǔ)償電阻。,(4)上支路限流電阻R4 把上支路的工作電流限定在4mA。,（6-1）,(6)下支路限流電阻R3 它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。,（6-2）,2.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路,(3)量程電阻RM RM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測(cè)量范圍與所采用的熱電偶分度號(hào)來(lái)決定。,3.5.3 熱電阻溫度計(jì),利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。,概述,熱電阻分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類(lèi), 一般把金屬熱電阻稱(chēng)為熱電阻, 而把半導(dǎo)體熱電阻稱(chēng)為熱敏電阻。,熱電阻溫度計(jì)分三部分,熱電阻 顯示儀表 連接導(dǎo)線,取一只 100W/220V 燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。,一、熱電阻 1.測(cè)溫原理,特點(diǎn)：測(cè)量精度高； 有較大的測(cè)量范圍；200500 易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中,金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化,2、工業(yè)常用熱電阻,用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有 盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率; R-t 關(guān)系最好成線性; 物理化學(xué)性能穩(wěn)定, 復(fù)現(xiàn)性好等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。其他有鎳、鐵。, (1)鉑電阻 (WZP) 熱電特性 精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠, 所以得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn), 鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200+850。,鉑電阻的特性方程為 在-2000的溫度范圍內(nèi):,在0850的溫度范圍內(nèi):,式中Rt和R0分別為t和0時(shí)鉑電阻值; A、 B和C為常數(shù)。,熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與R0 有關(guān)。目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有兩種,其中以Pt100為常用。鉑電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表, 即Rt-t 的關(guān)系表, 這樣在實(shí)際測(cè)量中, 只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。,(2)銅電阻 :,由于鉑是貴重金屬, 因此, 在一些測(cè)量精度要求 不高且溫度較低的場(chǎng)合, 可采用銅電阻進(jìn)行測(cè)溫, 它的測(cè)量范圍為-50+150。,銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的, 可近似地表示為:,-為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù), 取=4.2510-3/。,銅熱電阻線性好, 價(jià)格便宜, 但它易氧化, 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。 電阻體大,銅電阻有兩種,普通型鉑熱電阻,熱電阻的結(jié)構(gòu)形式：普通型、鎧裝型、專(zhuān)用型,固定螺紋式熱電阻,活動(dòng)法蘭式熱電阻,固定螺紋錐式熱電阻,薄膜型,防水式鎧裝熱電阻,圓接插式鎧裝熱電阻,防噴式鎧裝熱電阻,端面熱電阻適合于測(cè)量電廠汽輪機(jī)及電機(jī)軸瓦或其它機(jī)體表面溫度。,防腐熱電阻采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，適合于石油化工各種腐蝕性介質(zhì)中測(cè)溫。是氯堿行業(yè)的專(zhuān)用測(cè)溫儀表。,端面熱電阻,防腐熱電阻,微型熱電偶/熱電阻 適用于狹小場(chǎng)所的溫度測(cè)量與控制。是紡織、絳綸等行業(yè)業(yè)不可缺少的溫度測(cè)量裝置。 爐壁熱電偶/熱電阻 適合于電廠鍋爐爐壁，管壁及其它圓柱體表面測(cè)量。,微型熱電偶/熱電阻,特殊熱電偶/熱電阻,爐壁熱電偶/熱電阻,圖3.13,小型鉑熱電阻,防爆型鉑熱電阻,汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表,銅熱電阻,電子自動(dòng)平衡電橋,（1）平衡電橋測(cè)溫原理,利用平衡電橋來(lái)測(cè)量熱電阻變化。,圖4-6 平衡電橋,二、儀表,r1與Rt成正比關(guān)系，即滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置反映了熱電阻的變化，也即反映了溫度的變化。,（2）自動(dòng)電子平衡電橋,為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻（2.5歐）。,圖4-7 自動(dòng)平衡電橋工作原理,將檢流計(jì)換成電子放大器， 利用放大后的不平衡電壓 去驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，使可逆 電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)B以達(dá)到 電橋平衡，-電子自動(dòng)平 衡電橋的工作原理,熱電阻Rt采用三線制接法，規(guī)定導(dǎo)線電阻是2.5。RP為滑線電阻，RP與RB并聯(lián)后的電阻值為90，R5為量程電阻，R6為調(diào)整儀表起始刻度的電阻。當(dāng)測(cè)量溫度在量程起點(diǎn)時(shí)調(diào)整R6，使滑動(dòng)觸點(diǎn)移到滑線電阻最左端；當(dāng)測(cè)量溫度在量程終點(diǎn)時(shí)調(diào)整R5，使滑動(dòng)觸點(diǎn)移到滑線電阻最右端。R4為限流電阻，它決定了上支路電流的I1大小。,圖4-8 電子平衡電橋原理方框圖,熱電阻的信號(hào)連接方式,熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，需把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。常用的引線方式有三種：,二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)。這種引線方式最簡(jiǎn)單,但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度等因素有關(guān),很明顯，圖中的,因此，這種引線方式只適用于測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)合。,三線制：在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱(chēng)為三線制。這種方式通常與電橋配套使用，可以較好地消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程中最常用的引線方式。,事實(shí)上電橋上R1R2Rt、R3，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)橋臂上的電流相等，均為I，且I幾乎不受Rt的影響,三線制的連接，每根線上同樣也存在導(dǎo)線電阻r,此時(shí)，UiUAC？,可以起到調(diào)零的作用,四線制：在熱電阻根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱(chēng)為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流Is，把Rt轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Ui，再通過(guò)另兩根引線把Ui引至二次儀表?？梢?jiàn)這種引線方式可以完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。,兩個(gè)系統(tǒng)比較,三、半導(dǎo)體熱敏電阻 (介紹),熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）之分。 NTC又可分為兩大類(lèi)： 第一類(lèi)用于測(cè)量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系； 第二類(lèi)為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降 。,特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、體積小、熱慣性小。 缺點(diǎn)： 非線性嚴(yán)重、互換性差、測(cè)溫范圍窄,下圖所示的五根曲線分別為哪一種熱敏電阻？,1 2 3 4 5,熱敏電阻外形,MF12型 NTC熱敏電阻,聚脂塑料封裝熱敏電阻,其他形式的熱敏電阻,玻璃封裝 NTC熱敏電阻,MF58 型熱敏電阻,其他形式的熱敏電阻,帶安裝孔的熱敏電阻,大功率PTC熱敏電阻,其他形式的熱敏電阻,貼片式NTC熱敏電阻,其他形