第五單元-爐用儀表

溫度檢測的基本知識,溫度：描述系統(tǒng)不同自由度之間能量分布狀況的基本物理量，是決定一系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì)。反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎。溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導熱換熱，換熱結束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具相同的溫度。,最新溫標是1990年國際溫標(ITS90),攝氏溫標-是把標準大氣壓下純水的冰融點定為0度，純水的沸點定為100度的一種溫標。在0度和100度之間分成100等分，每一分為一攝氏度，符號為。華氏溫標-規(guī)定在標準大氣壓下，純水的冰融點為32度，純水的沸點為212度，中間劃分為180等分，每一分為一華氏度，符號為。,熱力學溫標-又稱開爾文溫標，單位為開爾文（K）。,國際實用溫標-是一種符合熱力學溫標又使用簡單的溫標。,溫標,接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。(1)膨脹式溫度計(2)熱電效應測溫（熱電偶）(3)熱電阻溫度計(4)其他原理的溫度計,非接觸測溫溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。(1)輻射式溫度計(2)光電溫度計(3)比色溫度計(4)紅外溫度計,溫度檢測方式,應用熱膨脹原理測溫,測量原理,物體受熱時產(chǎn)生膨脹,液體膨脹式溫度計,固體膨脹式溫度計,玻璃管溫度計,雙金屬溫度計,雙金屬溫度計結構,雙金屬溫度計是利用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片疊焊在一起制成的測溫元件，結構簡單、牢固，可取代部分水銀溫度計，用于氣體、液體及蒸汽的溫度測量。其中雙金屬片的一端為固定端，另一端為自由端。當t=t0時，兩金屬片都處于水平位置；當tt0時，雙金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數(shù)不同而使自由端產(chǎn)生彎曲變形，彎曲的程度與溫度的高低成正比。,應用熱電效應測溫（熱電偶）,測量原理,兩種不同的金屬A和B構成閉合回路當兩個接觸端TT0時，回路中會產(chǎn)生熱電勢,熱電極,閉和回路電勢,如果能使冷端溫度t0固定，則總電勢就只與溫度t成單值函數(shù)關系,標準化熱電偶,分度表-熱電勢與熱端溫度之間關系列成表格,分度表,結論：,t=0時，所有型號的熱電偶的熱電勢均為0，溫度越高，熱電勢越大；但t0時，熱電勢為負值；不同型號的熱電偶在相同溫度下，熱電勢一般有較大的差別；在所有標準化熱電偶中，B型熱電偶的熱電勢為最小，E型熱電偶為最大；如果把溫度和熱電勢做成曲線，可以看出溫度與熱電勢之間的關系是一般為非線性。因此，自由端溫度t00時，則不能用測得的熱電勢E(t,t0)直接查分度表,而應該根據(jù)下列公式先求出E(t,0)，然后再查分度表，得到溫度t。,在實際的使用過程中，自由端溫度t0往往不能維持在0，且受環(huán)境影響較大。當工作端溫度為t時，在分度表所對應的熱電勢E(t,0)與熱電偶實際輸出電勢E(t,t0)之間的誤差為E(t0,0),需對自由端溫度進行處理。,補償導線法,計算修正法,自由端恒溫法,自動補償法（補償電橋法）,問題引出,解決方法,熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響,把熱電偶的冷端延伸到溫度恒定或溫度波動比較,造成浪費,補償導線,其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了成本。,功能,小的地方，選用一種具有和所連接的熱電偶相,同的熱電性能，其材料又是廉價金屬導線,導線,補償導線法,補償導線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，一般為（0100）與熱電偶的熱電勢相等或相近不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同熱電偶和補償導線的兩個接點處要保持同溫度補償導分正負極，需分別與熱電偶的正負極相連補償導線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當自由端溫度t00時，還需要進行其他補償與修正,使用補償導線注意問題,計算修正法,設：冷端溫度恒為t0（t00）被測溫度為t,修正公式,冷端t0的熱電勢,測量得出的熱電勢,被測溫度t的熱電勢,主要應用于實驗室的測溫，由于需要人工計算、查表，不能應用,于生產(chǎn)過程的連續(xù)測溫。,由分度表查得E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv再查分度表得其對應的被測溫度t=808,例,用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實際溫度t。(已知:E(20,0)=0.113mv),解：,自由端恒溫法,適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用，俗稱冰浴法,自動補償法（補償電橋法）,根據(jù)各類熱電偶的型號選擇配套的補償電橋,例,有一個實際的K型熱電偶測溫系統(tǒng)，配有K型熱電偶的補償導線，測量系統(tǒng)配有K型熱電偶的溫度顯示儀表（帶補償電橋）來顯示被測溫度的大小。設t=300,tc=50,t0=20,求測量回路的總電勢以及溫度顯示儀表的讀數(shù)如果補償導線為普通銅導線；或顯示儀表為E型熱電偶的，則測量回路的總電勢和溫度的顯示值又各是多少？,由題意得回路總電勢：E=Ek(t,tc)+Ek補(tc,t0)+E補(t0,0)補償導線和補償電橋均是K型，因此，兩部分電勢可近似為Ek(tc,t0)+Ek(t0,0)總電勢可以進一步寫成：E=Ek(t,tc)+Ek(tc,t0)+Ek(t0,0)=Ek(t,0)=Ek(300,0)查K型熱電偶分度表得E=12.209mV,顯示溫度顯然為300當補償導線為普通銅導線時（顯示儀表為K型）則Ek補(tc,t0)=0;則總電勢為E=Ek(t,tc)+E補（t0,0）=Ek(300,50)+Ek(20,0)=Ek(300)-Ek(50)+Ek(20)-0=12.209-2.023+0.798-0=10.984mV查表得t顯示=270.3但顯示儀表配E型總電勢E=Ek(t,tc)+Ek(tc,t0)+EE(t0,0)=Ek(t,t0)+EE(t0,0)=12.209-0.798+1.192=12.603mV顯示儀表為E型，查分度表得t顯示=188.9,解：,熱電偶的結構如圖所示，通常由熱電極、絕緣套管、保護套管和接線盒等部分組成,熱電偶結構形式,1.普通型裝配式結構,通常由熱電極、絕緣材料、保護套管和接線盒等主要部分構成。絕緣材料通常采用帶孔的耐高溫陶瓷管，熱電極從陶瓷管的孔中穿過保護套管的材料應具有耐高溫、耐腐蝕、氣密性好、機械強度高、熱導率高等性能，目前有金屬、非金屬、金屬陶瓷3類，其中不銹鋼是常用的一種，可用于溫度在900以下的場合。,2.鎧裝熱電偶,鎧裝熱電偶是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的組合體，可做的很細很長，可任意彎曲。,套管材料一般為銅、不銹鋼或鎳基高溫合金等，熱電極與套管間填滿絕緣材料粉末，常用絕緣材料為氧化鎂、氧化鋁等。,鎧裝熱電偶特點：測量端熱容小，動態(tài)響應快，機械強度高，擾性好。廣泛應用于工業(yè)部門,應用熱電阻原理測溫,導體或半導體的電阻值隨溫度變化,測量原理,分類,一、金屬熱電阻（大多數(shù)具有正的熱阻溫度系數(shù)，,二、半導體熱敏電阻（大多具有負溫度系數(shù)，溫度,溫度升高電阻值增大，一般溫度每升高1，電阻值約增加4%6%）,每升高1，電阻約減少2%6%）,金屬電阻,（1）鉑電阻(WZP),要求：電阻溫度系數(shù)大，工作范圍內(nèi)，物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易被介質(zhì)腐蝕，電阻隨變化保持單值函數(shù)，最好是線性關系。易于得到高純物質(zhì)，復現(xiàn)性好，價格較便宜。目前使用最廣泛的是鉑、銅材料。,測溫范圍：-200850，高溫下只適合氧化氣氛使用。,鉑電阻阻值與溫度的關系是一個典型非線性函數(shù)，一般工業(yè)用的鉑,電阻值可以用下式表示：,Rt=R0(1+At+Bt2)(0t850)Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)(-200t0),Rt為溫度在t時鉑電阻的電阻值；A、B、C為常數(shù)。,中國規(guī)定工業(yè)用鉑電阻R0=10和R0=100,分度號為Pt10和Pt100,金屬電阻,（2）銅電阻(WZC),測溫范圍：-50150。,銅電阻容易加工和提純，線性較好，價格便宜。銅電阻的電阻值和,Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3),Rt為溫度在t時銅電阻的電阻值；A、B、C為常數(shù)。,溫度的關系可以表示為,中國規(guī)定工業(yè)用銅電阻R0=50和R0=100,分度號為Cu50和Cu100,熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管保護套管接線盒,一般是將電阻絲繞在云母或石英、陶瓷、塑料等絕緣