熱電偶和熱電阻.

1、 溫度測(cè)量?jī)x表溫度測(cè)量?jī)x表 熱電偶、熱電阻熱電偶、熱電阻2017/5/112017/5/11 第一部分第一部分 熱電偶熱電偶 第二部分第二部分 熱電阻熱電阻 第三部分第三部分 測(cè)溫實(shí)例測(cè)溫實(shí)例前言 1820年代初期，塞貝克通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究了電流與熱的關(guān)系。1821年，塞貝克將兩種不同的金屬導(dǎo)線連接在一起，構(gòu)成一個(gè)電流回路。他將兩條導(dǎo)線首尾相連形成一個(gè)結(jié)點(diǎn)，他突然發(fā)現(xiàn)，如果把其中的一個(gè)結(jié)加熱到很高的溫度而另一個(gè)結(jié)保持低溫的話，電路周圍存在磁場(chǎng)。他實(shí)在不敢相信，熱量施加于兩種金屬構(gòu)成的一個(gè)結(jié)時(shí)會(huì)有電流產(chǎn)生，這只能用熱磁電流或熱磁現(xiàn)象來(lái)解釋他的發(fā)現(xiàn)。在接下來(lái)的兩年里時(shí)間（182221823），塞貝克

2、將他的持續(xù)觀察報(bào)告給普魯士科學(xué)學(xué)會(huì)，把這一發(fā)現(xiàn)描述為“溫差導(dǎo)致的金屬磁”。賽貝殼的實(shí)驗(yàn)儀器，加熱其中一端時(shí)，指針轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明導(dǎo)線產(chǎn)生了磁場(chǎng)。塞貝克確實(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)，但他卻做出了錯(cuò)誤的解釋：導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因，是溫度梯度導(dǎo)致金屬在一定方向上被磁化，而非形成了電流?？茖W(xué)學(xué)會(huì)認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)闇囟忍荻葘?dǎo)致了電流，繼而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng)。對(duì)于這樣的解釋，塞貝克十分惱火，他反駁說(shuō)，科學(xué)家們的眼睛讓奧斯特（電磁學(xué)的先驅(qū)）的經(jīng)驗(yàn)給蒙住了，所以他們只會(huì)用“磁場(chǎng)由電流產(chǎn)生”的理論去解釋，而想不到還有別的解釋。但是，塞貝克自己卻難以解釋這樣一個(gè)事實(shí)：如果將電路切斷，溫度梯度并未在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。所以

3、，多數(shù)人都認(rèn)可熱電效應(yīng)的觀點(diǎn)，后來(lái)也就這樣被確定下來(lái)了。 熱電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后的1830年，人們就為它找到了應(yīng)用場(chǎng)所。利用熱電效應(yīng)，可制成溫差電偶（thermocouple，即熱電偶）來(lái)測(cè)量溫度。只要選用適當(dāng)?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?，就可輕易測(cè)量到從180到2000的溫度，如此寬泛測(cè)量范圍，令酒精或水銀溫度計(jì)望塵莫及。現(xiàn)在，通過(guò)采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計(jì)，甚至可以測(cè)量高達(dá)2800的溫度！第一部分第一部分 熱電偶熱電偶目錄熱電偶的基本定律熱電偶應(yīng)用相關(guān)知識(shí)熱電偶簡(jiǎn)單介紹l熱電現(xiàn)象l熱電偶l熱電偶的優(yōu)缺點(diǎn)l補(bǔ)償導(dǎo)線l分類與安裝l校驗(yàn)及故障處理l計(jì)算l均質(zhì)導(dǎo)體定律l中間導(dǎo)體定律l中間溫度定律第一部分第一部

4、分 熱電偶熱電偶熱電現(xiàn)象 將兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成閉合回路稱之為熱電偶。A、B是熱偶絲，也叫熱電極。放在被測(cè)對(duì)象中，感受溫度變化的那端稱為工作端或熱端，另一端稱為自由端或冷端。當(dāng)熱端和冷端溫度不同時(shí)回路中有電流流過(guò)，此電流稱為熱電流，產(chǎn)生熱電流的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。此熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶簡(jiǎn)介-熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象第一部分第一部分 熱電偶熱電偶接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)：在兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相接觸點(diǎn)產(chǎn)生。：在兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相接觸點(diǎn)產(chǎn)生。接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)的大小與兩種金屬的大小與兩種金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的性質(zhì)

5、和導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，方向由接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，方向由電子密度小的電極指向電子電子密度小的電極指向電子密度大的電極。密度大的電極。溫差溫差電勢(shì)電勢(shì)：同一種性質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端因?yàn)闇囟炔煌a(chǎn)生。：同一種性質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端因?yàn)闇囟炔煌a(chǎn)生。 00,AAAeteettt溫差溫差電勢(shì)的大小與金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)電勢(shì)的大小與金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，方體材料的性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，方向由低溫端指向高溫端。向由低溫端指向高溫端。第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶簡(jiǎn)介-熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象熱熱電勢(shì)電勢(shì)0,ABEt tAB0( , )Be t t0( , )Aet

6、 t( )ABet0( )ABet 00000000000,ABAABABABABABABABBAABBAABABBEt tetetetetetetetetetetfet tet tetetetettft規(guī)定：熱電偶的熱電極中電子密度大的導(dǎo)體規(guī)定：熱電偶的熱電極中電子密度大的導(dǎo)體A為正極，電子密度小的為正極，電子密度小的B為為負(fù)極負(fù)極。第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶簡(jiǎn)介-熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象熱電偶熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（如遠(yuǎn)傳I/O）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶溫度計(jì)以熱電偶作為感溫元件，一般用于

7、測(cè)量500以上的高溫，長(zhǎng)期使用時(shí)其測(cè)溫上限可達(dá)1300，短期使用時(shí)可達(dá)1600，特殊材料制成的熱電偶可測(cè)量的溫度范圍為20003000。如電廠生產(chǎn)過(guò)程中的主蒸汽溫度、過(guò)熱器管壁溫度、煙氣高溫等都是采用熱電偶來(lái)測(cè)量的。熱電偶具有性能穩(wěn)定、測(cè)溫高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、經(jīng)濟(jì)耐用、容易維護(hù)和體積小等優(yōu)點(diǎn)，還便于信號(hào)遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量。熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高

8、可達(dá)+2800（如鎢-錸）。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：低溫范圍的測(cè)量精度低；信號(hào)調(diào)理復(fù)雜，容易引入誤差；易受腐蝕，使用必須在特定惰性氣氛中使用，受腐蝕后精度會(huì)下降；抗噪性差，測(cè)量毫伏電壓易受雜亂電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶熱電偶第一部分第一部分 熱電偶熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定律該定律內(nèi)容是：由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體或半導(dǎo)體的截面積、長(zhǎng)度和各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。該定律已在理論分析中得到證明，并可得出如下結(jié)論結(jié)論： （1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。

9、 （2）若熱電極本身的材質(zhì)不均勻，由于溫度差的存在，將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，造成測(cè)量誤差。 （3）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，回路如產(chǎn)生熱電勢(shì)，便說(shuō)明該材料是不均勻的。據(jù)此可檢查熱電極材料的均勻性，衡量熱電偶質(zhì)量的優(yōu)劣。第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶基本定律熱電偶基本定律中間導(dǎo)體定律該定律內(nèi)容是：由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點(diǎn)的溫度 都相同，則回路中熱電勢(shì)的總和等于零。根據(jù)中間導(dǎo)體定律還可以得出如下兩個(gè)推論： （1）在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料，只要保證所接入材料兩端溫度相同，就不會(huì)影響熱電偶的熱電勢(shì)。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯

10、示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測(cè)量。 （2）如果兩種導(dǎo)體A和B對(duì)另一種參考導(dǎo)體C熱電勢(shì)已知，則這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電勢(shì)是它們對(duì)參考導(dǎo)體熱電勢(shì)的代數(shù)和，即EAB（t，to）=EAC（t，to）ECB（t, to） 參考導(dǎo)體亦稱標(biāo)準(zhǔn)電極，一般選用鉑制成，若已知各種電極與標(biāo)準(zhǔn)電極配成熱電偶的熱電特性，便可按此結(jié)論計(jì)算出任意兩電極A、B配成熱電偶后的熱電特性，這樣大大簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。熱電偶基本定律熱電偶基本定律第一部分第一部分 熱電偶熱電偶中間溫度定律該定律內(nèi)容是：熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為t1、t3時(shí)的熱電勢(shì)等于熱電偶A、B在接點(diǎn)

11、溫度分別為t1，t2和t2，t3時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，即EAB（t1，t3）EAB（t1，t2）EAB（t2，t3）由此定律可得如下結(jié)論： （1）已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行的分度，只要引入適當(dāng)?shù)男拚?，就可在另外的冷端溫度下使用。該定律為制定和使用熱電偶的熱電?shì)一溫度關(guān)系 即分度表奠定了理論基礎(chǔ)。因?yàn)闊犭娕挤侄缺硎窃诶涠藴囟萾0 =0時(shí)熱電勢(shì)與熱端溫度的關(guān)系，根據(jù)中間溫度定律便可以算出任何冷端溫度時(shí)的熱電勢(shì)值?？傻贸鯡AB（t，0）EAB（t，tn）EAB（tn，0） （2）和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶回路中，相當(dāng)于把熱電偶延長(zhǎng)而不影響熱電偶應(yīng)有的熱電勢(shì)。該定律為應(yīng)用補(bǔ)償

12、導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 熱電偶基本定律熱電偶基本定律第一部分第一部分 熱電偶熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線我國(guó)規(guī)定補(bǔ)償導(dǎo)線分為補(bǔ)償型和延伸型兩種。補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與對(duì)應(yīng)的熱電偶不同，是用賤金屬制成的，但在低溫下它們的熱電性質(zhì)是相同的。延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與對(duì)應(yīng)的熱電偶相同，但其熱電性能的準(zhǔn)確度要求略低。熱電偶分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲名稱補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲絕緣層著色正極負(fù)極成分絕緣層著色成分絕緣層著色SSC銅-銅鎳0.6100Cu紅99.4Cu+0.6Ni綠RCKKCA鐵-銅鎳22100Fe紅78Cu+22Ni藍(lán)KCB鐵-銅鎳40100Cu紅60Cu+40Ni藍(lán)KX鎳鉻10-鎳硅390Ni+10Cr紅97

13、Ni+3Si黑EEX鎳鉻10-銅鎳4590Ni+10Cr紅55Cu+45Ni棕補(bǔ)償導(dǎo)線樣式熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用節(jié)省貴金屬和性能穩(wěn)定的稀有金屬熱電偶材料，降低測(cè)量線路的成本。結(jié)構(gòu)形式與電纜一樣，便于實(shí)際安裝使用和線路敷設(shè)；若用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，還可以減少測(cè)量回路電阻。把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測(cè)對(duì)象且恒溫或溫度波動(dòng)比較小的地方，改善熱電偶電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能如果熱電偶的正負(fù)極接反，會(huì)產(chǎn)生什么影響？熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶 熱電偶的測(cè)溫

14、原理表明：熱電偶的熱電勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)差，只有當(dāng)冷端溫度不變時(shí)，熱電勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶冷端所處環(huán)境溫度總有波動(dòng)，從而使測(cè)量得不到正確結(jié)果，因此必須對(duì)熱電偶冷端溫度變化的影響采取冷端補(bǔ)償措施，使熱電偶的熱電勢(shì)只反映熱端溫度（被測(cè)溫度）的變化，而不受冷端溫度變化的影響。常用的處理辦法有以下幾種。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶冷端處理方法1計(jì)算修正法計(jì)算修正法若溫度顯示儀表分度時(shí)規(guī)定熱電偶冷端溫度為0，而在使用中冷端溫度為t00時(shí)，根據(jù)熱電偶的中間溫度定律，得知在這種情況下產(chǎn)生的熱電勢(shì)為EAB（t，0）EAB（t，t0）EAB（t0，0

15、）(2-8)式中EAB（t，0）冷端為0、熱端為t時(shí)的熱電勢(shì)；EAB（t，t0）冷端為t0，熱端為t時(shí)的熱電勢(shì)，即實(shí)測(cè)值；EAB（t0，0）冷端為t0應(yīng)加的校正值。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶冷端補(bǔ)償方法2、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法儀表的機(jī)械零點(diǎn)為儀表輸入電勢(shì)為零時(shí)，指針停留的刻度點(diǎn)，也就是儀表的刻度起始點(diǎn)。若預(yù)知熱電偶冷端溫度為t0，在測(cè)溫回路開(kāi)路情況下，將儀表的刻度起始點(diǎn)調(diào)定在t0位置，此時(shí)相當(dāng)于人為給儀表輸入熱電勢(shì)EAB（t0，0），在接通測(cè)溫回路后，輸入儀表的熱電勢(shì)為EAB（t，t0）EAB（t0，0）=EAB（t，0）使儀表指針指示熱端溫度

16、t值。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶3、冰點(diǎn)槽法、冰點(diǎn)槽法在精密測(cè)量中，一般要求熱電偶冷端溫度保持為0，通常采用冰點(diǎn)槽。冰點(diǎn)槽的容器中充滿蒸餾水與碎冰塊的混合物，其溫度保持為0。冰點(diǎn)槽法是準(zhǔn)確度很高的冷端處理方法，然而使用比較麻煩，需要保持冰、水兩相共存，一般限于實(shí)驗(yàn)室精確測(cè)溫或熱電偶檢定時(shí)使用。在現(xiàn)場(chǎng)，常使用電加熱式恒溫箱。這種恒溫箱通過(guò)接點(diǎn)控制或其他控制方式維持箱內(nèi)溫度恒定（常為50）。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶冷端補(bǔ)償方法4、補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器）、補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器）補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫

17、度變化所引起的熱電勢(shì)的變化。 5、多點(diǎn)測(cè)量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償（1）利用一塊顯示儀表和一個(gè)冷端溫度補(bǔ)償器的多點(diǎn)測(cè)量線路；（2）用一只輔助熱電偶對(duì)多只同型號(hào)熱電偶冷端進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木€路； 6、晶體管、晶體管PN結(jié)溫度補(bǔ)償方法結(jié)溫度補(bǔ)償方法采用溫敏二極管或溫敏晶體管構(gòu)成熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器。根據(jù)測(cè)得的環(huán)境溫度，將一個(gè)相應(yīng)的PN結(jié)上的電壓引入到熱電偶回路，這種溫度補(bǔ)償?shù)撵`敏度和準(zhǔn)確度都很高。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線第一部分第一部分 熱電偶熱電偶冷端補(bǔ)償方法分類（按材料分）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配

18、套的顯示儀表可供選用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E E、K K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。熱電偶分度號(hào)熱電極材料正極負(fù)極S鉑銠 10純鉑R鉑銠 13純鉑B鉑銠 30鉑銠 6K鎳鉻鎳硅T純銅銅鎳J鐵銅鎳N鎳鉻硅鎳硅E鎳鉻銅鎳熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶分類（按材料分）電廠最常用熱電偶有K分度和E分度：K分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度1200，短期1300。在所有熱電偶中使用最廣泛，使用溫度-2701372；E分度號(hào)的特點(diǎn)是在常用熱

19、電偶中，其熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度-200-900；*T分度號(hào)的特點(diǎn)是在所有廉金屬熱電偶中精確度等級(jí)最高，通常用來(lái)測(cè)量300以下的溫度。熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶分類（按結(jié)構(gòu)分）1、普通型熱電偶 常用的普通型熱電偶本體是一端焊接的兩根金屬絲（熱電極）?？紤]到兩根熱電極之間的電氣絕緣和防止有害介質(zhì)侵蝕熱電極，在工業(yè)上使用的熱電偶一般都有絕緣管和保護(hù)套管。在個(gè)別情況下，如果被測(cè)介質(zhì)對(duì)熱電偶不會(huì)發(fā)生侵蝕作用，也可不用保護(hù)套管，以減小接觸測(cè)溫誤差與滯后。熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶分類（按

20、結(jié)構(gòu)分）2、鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。套管材料有銅、不銹鋼及鎳基高溫合金等。熱電偶與套管之間填滿了絕緣材料的粉末，目前采用的絕緣材料絕大部分為氧化鎂。套管中的熱電極有單絲的、雙絲的和四絲的，彼此之間互相絕緣 。1金屬套管 2絕緣材料 3熱電極 熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶分類（按結(jié)構(gòu)分）3、薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。這種薄膜熱電偶的熱端既小又薄，熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測(cè)量；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可測(cè)量瞬變的表面溫度。我國(guó)研制成的鐵一鎳薄膜熱電偶

21、如圖所示。1熱電極; 2熱接點(diǎn);3絕緣基板; 4引出線熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶安裝要求對(duì)熱電偶的安裝,應(yīng)注意有利于測(cè)溫準(zhǔn)確，安全可靠及維修方便，而且不影響設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)操作。要滿足以上要求，在選擇對(duì)熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1、為了使熱電偶的測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測(cè)點(diǎn)位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電偶或熱電阻；2、如果不得以必須要在彎頭處安裝，也盡量頂部迎著流體方向安裝，而不是頂部順著流體方向；3、帶有保護(hù)套管的熱電偶有傳熱和散熱損失，為了減少測(cè)量誤差，熱電偶和熱電阻；4、熱電偶應(yīng)該

22、有足夠的插入深度。熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶插入深度要求(1)對(duì)于測(cè)量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應(yīng)將其測(cè)量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測(cè)流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米;(2)對(duì)于高溫高壓和高速流體的溫度測(cè)量(如主蒸汽溫度),為了減小保護(hù)套對(duì)流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護(hù)套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm;熱套式熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)插入深度為100mm;(3)假如需要測(cè)量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻插

23、入深度1m即可.(4)當(dāng)測(cè)量原件插入深度超過(guò)1m時(shí),應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護(hù)套管.熱電偶分類及安裝熱電偶分類及安裝第一部分第一部分 熱電偶熱電偶校驗(yàn)原理熱電偶使用一段時(shí)間后，測(cè)量端由于氧化腐蝕和高溫下的再結(jié)晶等原因，其熱電特性會(huì)發(fā)生變化，因而產(chǎn)生測(cè)量誤差，為了確保熱電偶測(cè)溫精確度，必須對(duì)熱電偶進(jìn)行校驗(yàn)。采用比較法進(jìn)行校驗(yàn)，將標(biāo)準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶與被校熱電偶捆扎起來(lái)，放入管式加熱爐中心，為了確保標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校熱電偶的測(cè)量端的溫度盡量相同，加熱爐高溫區(qū)域內(nèi)放有鉆孔的耐高溫鎳塊套。此方法直接測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校熱電偶的熱電勢(shì)，通過(guò)比較、換算，最后確定被校熱電偶的示值誤差。此方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)

24、量直觀，被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶可以是不同的類型；其缺點(diǎn)是對(duì)爐溫的穩(wěn)定性要求較高，為此，本實(shí)驗(yàn)附有一套爐溫控制器，以穩(wěn)定的檢定爐內(nèi)的溫度，確保在一個(gè)溫度校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，檢定爐內(nèi)溫度變化不超過(guò)0.5。否則將帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。熱電偶校驗(yàn)熱電偶校驗(yàn)第一部分第一部分 熱電偶熱電偶校驗(yàn)系統(tǒng)圖熱電偶校驗(yàn)熱電偶校驗(yàn)第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶常見(jiàn)故障及處理熱電勢(shì)比實(shí)際值小（顯示儀表指示值偏低）1.熱電極短路找出短路原因：如因潮濕造成短路，需要干燥熱電極；如因絕緣于損壞導(dǎo)致短路，需更換緣子2.熱電偶的接線柱處積灰造成短路清掃積灰3.補(bǔ)償導(dǎo)線線間短路找出短路點(diǎn)，加強(qiáng)絕緣或更換補(bǔ)償導(dǎo)線4.熱電極變質(zhì)長(zhǎng)

25、度允許時(shí)剪去變質(zhì)段，重新焊接，或者更換熱電偶5.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反重接熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線6.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換配套的補(bǔ)償導(dǎo)線7.冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶不配套更換配套的冷鍛溫度補(bǔ)償器8.冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶極性接反重接熱電偶和冷鍛溫度補(bǔ)償器9.顯示儀表按熱電偶不配套更換配套的顯示儀表10.顯示儀表未進(jìn)行機(jī)械零點(diǎn)校正正確進(jìn)行儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整11.熱電偶安裝位置不當(dāng)或插入深度不符合要求按規(guī)定重新安裝熱電偶故障處理熱電偶故障處理第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶常見(jiàn)故障及處理熱電勢(shì)比實(shí)際值大（顯示儀表指示值偏高）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換配套的補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表與熱電偶不配套更換配套的顯

26、示儀表冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶不配套更換配套的冷端溫度補(bǔ)償器有直流干擾信號(hào)找到干擾源，消除直流干擾信號(hào)熱電勢(shì)輸出不確定熱電偶接線柱與熱電極接觸不良擰緊接線柱螺釘熱電偶測(cè)量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地找出故障點(diǎn)，恢復(fù)絕緣熱電偶安裝不牢或外部振動(dòng)緊固熱電偶，消除振動(dòng)或采用減振措施熱電極將斷未斷修復(fù)或更換熱電偶外界干擾（如交流漏電、電磁場(chǎng)等）找出干擾源，采取屏蔽措施熱電勢(shì)誤差大熱電極變質(zhì)更換熱電偶熱電偶安裝位置不當(dāng)更換安裝位置保護(hù)套管表面積灰消除積灰熱電偶故障處理熱電偶故障處理第一部分第一部分 熱電偶熱電偶注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)

27、量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題：1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)；2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度函數(shù)的差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。第一部分第一部分 熱電偶熱電偶例例1 1：用用鎳鉻鎳鉻- -鎳硅鎳硅(K)(K)熱電偶測(cè)量溫度，已知冷端溫度為熱電偶測(cè)量溫度，已知冷端溫度為4040，用高精度，用高精度毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為

28、毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為29.188mV29.188mV，求被測(cè)點(diǎn)的溫度，求被測(cè)點(diǎn)的溫度。熱電偶計(jì)算熱電偶計(jì)算第一部分第一部分 熱電偶熱電偶解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，根據(jù)式(5-2-1) 計(jì)算出E(t,0)=(29.188+1.638)mV=30.826mV,再通過(guò)分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為t=740.9例例2 2：已知鎳鉻已知鎳鉻- -鎳硅鎳硅(K)(K)熱電偶的熱端溫度熱電偶的熱端溫度t t800800，冷端溫度，冷端溫度t t0 02525，求，求E(tE(t，to)to)是多少毫伏是多少毫伏? ?解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可查得E(800，0

29、)=33.275mV，E(25，0)=1.024 mV，故可得E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV例例3：如圖如圖1所所示之測(cè)溫回路，熱電偶的分度號(hào)為示之測(cè)溫回路，熱電偶的分度號(hào)為K，毫伏表的示值應(yīng)為，毫伏表的示值應(yīng)為多少度多少度?例例4 4：用用鎳鉻鎳鉻- -鎳硅鎳硅(K)(K)熱電偶測(cè)熱電偶測(cè)量某爐溫的測(cè)量系統(tǒng)如量某爐溫的測(cè)量系統(tǒng)如圖圖2 2所所示，示，已知：冷端溫度固定在已知：冷端溫度固定在0 0，t t0 03030，儀表指示溫度為，儀表指示溫度為210210，后來(lái)發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)后來(lái)發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線償導(dǎo)線 ，相互接錯(cuò)了，相互接錯(cuò)了，問(wèn)問(wèn)：

30、爐爐溫溫的實(shí)際溫度的實(shí)際溫度t t為多少度為多少度? ?解：毫伏表的示值應(yīng)為E(t1-t2)-E(60)。圖1圖2熱電偶計(jì)算熱電偶計(jì)算第一部分第一部分 熱電偶熱電偶熱電偶計(jì)算熱電偶計(jì)算第一部分第一部分 熱電偶熱電偶例例5：求如圖所示三種熱電極組成的閉合回路的總電勢(shì)大小，并確定方向。：求如圖所示三種熱電極組成的閉合回路的總電勢(shì)大小，并確定方向。A目錄第二部分第二部分 熱電阻熱電阻u 測(cè)量原理u 熱電阻材料u 熱電阻類型u 測(cè)量電路u 常見(jiàn)熱電阻性能指標(biāo)u 熱電阻校驗(yàn)u 故障分析一、熱電阻一、熱電阻測(cè)溫原理測(cè)溫原理第二部分第二部分 熱電阻熱電阻熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值

31、隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，再通過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至顯示儀表就可以測(cè)量出溫度。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即Rt=Rt01+(t-t0) 式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值；Rt0為溫度t0(通常t0=0)時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值； 為溫度系數(shù)。二、熱電阻材料二、熱電阻材料第二部分第二部分 熱電阻熱電阻熱電阻材料，應(yīng)滿足條件：熱電阻材料，應(yīng)滿足條件：電阻值與溫度變化有良好的線性關(guān)系；電阻溫度系數(shù)大，以便于測(cè)量；電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快；在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；材料質(zhì)量要純，容易加工復(fù)制，價(jià)格便宜。常用材料常用材料：鉑，銅，鎳。第二

32、部分第二部分 熱電阻熱電阻1、鉑電阻、鉑電阻測(cè)溫范圍：-200850 鉑絲0.030.07mm 分度號(hào)：Pt100、Pt10測(cè)溫特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，易于提純，電阻率較大，耐高溫；但它的電阻溫度系數(shù)小，且價(jià)格昂貴。2、銅電阻、銅電阻測(cè)溫范圍：50150銅絲0.1mm分度號(hào)：Cu50、Cu100測(cè)溫特點(diǎn)：有較高的溫度系數(shù)，線性好，易提純，價(jià)格便宜；但其其測(cè)溫范圍小，不適于高溫，電阻率低，因而體積大，熱響應(yīng)慢。三、熱電阻三、熱電阻類型類型第二部分第二部分 熱電阻熱電阻1）普通型熱電阻：通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成，具有測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。2）鎧裝熱電阻：由感溫元

33、件、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體形細(xì)長(zhǎng)，熱響應(yīng)時(shí)間快，抗振動(dòng)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。第二部分第二部分 熱電阻熱電阻3）隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引起爆炸。第二部分第二部分 熱電阻熱電阻4）端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量表面溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。四、四、測(cè)量電路測(cè)量電路第二部分第二部分 熱電阻熱電阻1）二線制：在熱電阻的兩

34、端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻RL，RL大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。第二部分第二部分 熱電阻熱電阻2）三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的引線電阻。第二部分第二部分 熱電阻熱電阻3）四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。圖中Rl1和Rl4在恒流源回路，不會(huì)引入誤差。Rl2和

35、Rl3則在高輸入阻抗的儀器放大器的回路中，也不會(huì)帶來(lái)誤差。上述三種熱電阻傳感器的引入電路的輸出，都需要后接高輸入阻抗、高共模抑制比的儀器放大器五、常見(jiàn)熱電阻的性能指標(biāo)第二部分第二部分 熱電阻熱電阻材料材料鉑鉑銅銅使用溫度范圍/-200-+850-50-+150電阻率0.0981-0.1060.017溫度系數(shù)0.003850.00428化學(xué)穩(wěn)定性在氧化介質(zhì)中穩(wěn)定，不能再還原介質(zhì)中使用。尤其在高溫環(huán)境下超過(guò)100 易氧化特性特性近于線性，性能穩(wěn)定，精度高 線性較好，價(jià)格低廉，體積大應(yīng)用使用較高溫度的測(cè)量，可作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置適用測(cè)量低溫、無(wú)水、無(wú)腐蝕性介質(zhì)六、熱電阻的校驗(yàn)第二部分第二部分 熱電阻熱電阻

36、 熱電阻在安裝使用前及使用一段時(shí)間之后都要進(jìn)行精度校驗(yàn)，工業(yè)用熱電阻的校驗(yàn)方法有兩種：一種是只校驗(yàn)0和100時(shí)的電阻值，求出電阻比R100/R0，看是否符合熱電阻技術(shù)特性的純度要求，稱為純度校驗(yàn)。純度校驗(yàn)一般采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)法，即由冰點(diǎn)槽和水沸騰器產(chǎn)生0和100溫度場(chǎng)，然后測(cè)量置于其中的被校熱電阻值。另一種是示值比較法校驗(yàn)，校驗(yàn)時(shí)采用加熱恒溫器作為熱源。將被校熱電阻與標(biāo)準(zhǔn)儀表 (標(biāo)準(zhǔn)水銀玻璃溫度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻）進(jìn)行示值比較，確定誤差。這種方法可以多校幾個(gè)溫度點(diǎn)，特別是100以上的溫度點(diǎn)。七、熱電阻常見(jiàn)故障分析第二部分第二部分 熱電阻熱電阻 熱電阻常見(jiàn)的故障是熱電阻斷路和短路，其中以斷路為多，這是由于電阻較細(xì)所致。A A 斷路斷路(1) 電阻體斷路：可用萬(wàn)用表在電阻體的接線端子處測(cè)量阻值，電表指示為無(wú)限大。但在進(jìn)行檢查時(shí)，熱電阻與顯示儀表的連接導(dǎo)線應(yīng)預(yù)先拆除，否則測(cè)得的阻值含有顯示儀表的內(nèi)阻。(2) 連接導(dǎo)線斷路：將電阻體端子上的連接導(dǎo)線不拆除，而將兩個(gè)接線端子短路，顯示儀表的示值仍為無(wú)限大。B B 短路短路(1) 電阻體短路：顯示儀表斷電后，將連接導(dǎo)線在電阻體的端子處拆掉，再用萬(wàn)用表測(cè) 量電阻體的阻值是否等于實(shí)際數(shù)值，如少于實(shí)際阻值，則該電阻體短路。(2)