第2章檢測(cè)儀表2.12.2

1、過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章第第2 2章章 檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表 要控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，首先必須實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)要控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，首先必須實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)。例如溫度、壓力、流量、液位過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)。例如溫度、壓力、流量、液位等。用來(lái)檢測(cè)這些參數(shù)的工具稱為檢測(cè)儀表，其中等。用來(lái)檢測(cè)這些參數(shù)的工具稱為檢測(cè)儀表，其中包括測(cè)量指示儀表及將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸包括測(cè)量指示儀表及將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的測(cè)量變送器。出的測(cè)量變送器。2.1檢測(cè)儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)儀表的基本技術(shù)指標(biāo) 檢測(cè)儀表種類繁多，但目的都是快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)儀表種類繁多，但目的都是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量某種物

2、理量。因此，對(duì)于檢測(cè)儀表的性能有一測(cè)量某種物理量。因此，對(duì)于檢測(cè)儀表的性能有一套通用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。套通用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章1. 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 檢測(cè)儀表的指示值檢測(cè)儀表的指示值X與被測(cè)量真值與被測(cè)量真值X t之間存在之間存在的差值稱為絕對(duì)誤差的差值稱為絕對(duì)誤差。表示為：。表示為： = XX t 由于真值是無(wú)法得到的理論值。實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于真值是無(wú)法得到的理論值。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)值可用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)值X0代替真代替真值值X t，表示為：，表示為： = XX 0 儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對(duì)誤差中最儀表在

3、其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對(duì)誤差中最大的絕對(duì)誤差稱為最大絕對(duì)誤差大的絕對(duì)誤差稱為最大絕對(duì)誤差max。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2基本誤差基本誤差 基本誤差是一種簡(jiǎn)化的相對(duì)誤差，又稱引用基本誤差是一種簡(jiǎn)化的相對(duì)誤差，又稱引用誤差或相對(duì)百分誤差。定義為：誤差或相對(duì)百分誤差。定義為： 而：儀表量程而：儀表量程 = = 測(cè)量上限測(cè)量下限測(cè)量上限測(cè)量下限儀表的基本誤差表明了儀表在規(guī)定的工作條件儀表的基本誤差表明了儀表在規(guī)定的工作條件下測(cè)量時(shí)，允許出現(xiàn)的最大誤差。下測(cè)量時(shí)，允許出現(xiàn)的最大誤差。 max100%最大絕對(duì)誤差基本誤差儀表量程過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3

4、精確度（精度）精確度（精度） 為了便于量值傳遞，國(guó)家規(guī)定了儀表的精確度為了便于量值傳遞，國(guó)家規(guī)定了儀表的精確度（精度）等級(jí)系列。（精度）等級(jí)系列。 如如0.5級(jí)，級(jí)，1.0級(jí)，級(jí)，1.5級(jí)等。級(jí)等。 儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉“”號(hào)及號(hào)及“”號(hào)，套入規(guī)定的儀表精度等級(jí)系號(hào)，套入規(guī)定的儀表精度等級(jí)系列。列。 例如某臺(tái)儀表的基本誤差為例如某臺(tái)儀表的基本誤差為1.0，則確認(rèn)該，則確認(rèn)該表的精確度等級(jí)符合表的精確度等級(jí)符合1.0級(jí)；如果某臺(tái)儀表的基本誤級(jí)；如果某臺(tái)儀表的基本誤差為差為1.3，則該表的精確度等級(jí)符合則該表的精確度等級(jí)符合1.5級(jí)。級(jí)。

5、過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例1 某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為 100700，校驗(yàn)該表時(shí)測(cè)得全量程內(nèi)最大絕對(duì)誤差為校驗(yàn)該表時(shí)測(cè)得全量程內(nèi)最大絕對(duì)誤差為5，試確定該儀表的精度等級(jí)。試確定該儀表的精度等級(jí)。解：解： 該儀表的基本誤差為：該儀表的基本誤差為： 5100%0 625%700100 將該表的將該表的去掉去掉“十十”號(hào)與號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)號(hào)，其數(shù)值為值為0.625。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.625級(jí)儀表，而該儀表的誤差超過(guò)了級(jí)儀表，而該儀表的誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表所允許級(jí)儀表所允許的最大絕對(duì)誤差。的最大絕對(duì)誤差。

6、故：故：這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。級(jí)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例2 某臺(tái)測(cè)壓儀表的測(cè)壓范圍為某臺(tái)測(cè)壓儀表的測(cè)壓范圍為 08MPa。根據(jù)工。根據(jù)工藝要求，測(cè)壓示值的誤差不允許超過(guò)藝要求，測(cè)壓示值的誤差不允許超過(guò)0.05 MPa，問(wèn)應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求？問(wèn)應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求？ 解：解： 根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為： 0 05MPa100%0 625%8MPa 去掉去掉“”和和“”號(hào)后，號(hào)后，0.625介于介于0.51.0之間。若選精度為之間。若選精度為1.

7、0級(jí)的儀表，其允許的最大絕級(jí)的儀表，其允許的最大絕對(duì)誤差為對(duì)誤差為0.08 MPa 。超過(guò)了工藝允許的數(shù)值。超過(guò)了工藝允許的數(shù)值。 故：故： 應(yīng)選擇應(yīng)選擇0.5級(jí)的表。級(jí)的表。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章目前，我國(guó)生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級(jí)有目前，我國(guó)生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。等。精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說(shuō)明該儀表的精確度越高。等級(jí)越高，也說(shuō)明該儀表的精確度越高。0.05級(jí)以上的儀表，常用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)表；工級(jí)以上的儀表，常

8、用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其精度大多為業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其精度大多為0.5級(jí)以下。級(jí)以下。儀表的精度等級(jí)一般用符號(hào)標(biāo)志在儀表面板儀表的精度等級(jí)一般用符號(hào)標(biāo)志在儀表面板上。如上。如 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章4、靈敏度和分辨率、靈敏度和分辨率 靈敏度靈敏度表示指針式測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的敏表示指針式測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的敏感程度，常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角感程度，常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起此位移的被測(cè)參數(shù)變化量之比表示：位移）與引起此位移的被測(cè)參數(shù)變化量之比表示： 靈敏限靈敏限表示指針式儀表示指針式儀表表在量程起點(diǎn)處，能

9、引起在量程起點(diǎn)處，能引起儀表指針動(dòng)作的最小被測(cè)儀表指針動(dòng)作的最小被測(cè)參數(shù)變化值。參數(shù)變化值。 S 儀表靈敏度；儀表靈敏度；Y 儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；X 引起引起Y的被測(cè)參數(shù)變化量。的被測(cè)參數(shù)變化量。YSX100100過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章分辨率分辨率表示儀表顯示值的精細(xì)程度。表示儀表顯示值的精細(xì)程度。如一臺(tái)儀表的顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為千如一臺(tái)儀表的顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為千分之一。數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。分之一。數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。 分辨力分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測(cè)值。是指儀表能夠顯示

10、的、最小被測(cè)值。 如一臺(tái)溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值如一臺(tái)溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值為為0.1，即該表的分辨力為，即該表的分辨力為0.1 。對(duì)于數(shù)字式儀表，則對(duì)于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限。敏度和靈敏限。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章5、 變差變差在外界條件不變的情況下，同在外界條件不變的情況下，同一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行往返測(cè)量時(shí)一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行往返測(cè)量時(shí)（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大差值與測(cè)量范圍之比稱為變差。差值與測(cè)量范圍之比稱為變差。變差變差 =量程量程正反行程最大差值正反行程最大

11、差值100%造成變差的原因造成變差的原因: 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間存在的間隙和摩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間存在的間隙和摩擦力擦力; 彈性元件的彈性滯后等。彈性元件的彈性滯后等。ymaxyxmin xmaxOx過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章6、響、響應(yīng)時(shí)間應(yīng)時(shí)間當(dāng)用儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，被測(cè)量突然變當(dāng)用儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，被測(cè)量突然變化以后，儀表指示值總是要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能準(zhǔn)確化以后，儀表指示值總是要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能準(zhǔn)確地顯示出來(lái)。這段時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間。地顯示出來(lái)。這段時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算：響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算：從輸入一個(gè)階躍信號(hào)從輸入一個(gè)階躍信號(hào)開(kāi)始，到儀表的輸出信號(hào)開(kāi)始，到儀表的輸出信

12、號(hào)（即指示值）變化到新穩(wěn)（即指示值）變化到新穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值的95所用的時(shí)間。所用的時(shí)間。 以上是檢測(cè)儀表常用的性能指標(biāo)。以上是檢測(cè)儀表常用的性能指標(biāo)。txytp過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2溫度檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)及儀表溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。2.2.1溫度檢測(cè)方法溫度檢測(cè)方法一般利用物體的某些物理性質(zhì)隨溫度變化的特一般利用物體的某些物理性質(zhì)隨溫度變化的特性來(lái)感知、測(cè)量溫度。有性來(lái)感知、測(cè)量溫度。有接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫通過(guò)測(cè)溫元件與被測(cè)物體的接通過(guò)測(cè)溫元件與被測(cè)物

13、體的接觸而感知物體的溫度。觸而感知物體的溫度。非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫通過(guò)接受被測(cè)物體發(fā)出的熱通過(guò)接受被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射熱來(lái)感知溫度。輻射熱來(lái)感知溫度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章接觸式測(cè)溫儀表有：接觸式測(cè)溫儀表有：1、膨脹式溫度計(jì)、膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。有性質(zhì)而制成的。有液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)：利用液體（水銀、酒精）受熱時(shí)體積膨脹的利用液體（水銀、酒精）受熱時(shí)體積膨脹的特性測(cè)溫。特性測(cè)溫。玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)電接點(diǎn)式電接點(diǎn)式玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)

14、與儀表 第第2章章 有固體有固體膨脹膨脹式溫度計(jì)式溫度計(jì)： 用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長(zhǎng)度不同成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生彎曲。而產(chǎn)生彎曲。 若將雙金屬片制成螺旋形，若將雙金屬片制成螺旋形，當(dāng)溫度變化時(shí)，螺旋的自由端便當(dāng)溫度變化時(shí)，螺旋的自由端便圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)指針在圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)指針在刻度盤(pán)上指示出相應(yīng)溫度值。刻度盤(pán)上指示出相應(yīng)溫度值。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章雙金屬片常用來(lái)做溫度報(bào)警或控制雙金屬片常用來(lái)做溫度報(bào)警或控制 隨著溫度上升，雙

15、金隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點(diǎn)屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點(diǎn)接觸到固定觸點(diǎn)時(shí)，報(bào)警接觸到固定觸點(diǎn)時(shí)，報(bào)警燈和繼電器回路被接通。燈和繼電器回路被接通。 調(diào)節(jié)螺釘用來(lái)調(diào)整固調(diào)節(jié)螺釘用來(lái)調(diào)整固定觸點(diǎn)的位置，以調(diào)整報(bào)定觸點(diǎn)的位置，以調(diào)整報(bào)警溫度。警溫度。雙金屬片雙金屬片調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘絕緣柱絕緣柱 如圖是一雙金屬溫控器。如圖是一雙金屬溫控器。繼電器繼電器過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章原理原理: 封閉容器中的液體、氣封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽，受熱體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽，受熱后體積膨脹，壓力增大。后體積膨脹，壓力增大。2、壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)利用封閉容器中的

16、介質(zhì)壓力隨利用封閉容器中的介質(zhì)壓力隨溫度變化的現(xiàn)象來(lái)測(cè)溫。溫度變化的現(xiàn)象來(lái)測(cè)溫。 用壓力表用壓力表指示溫度。指示溫度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、熱電偶溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì) 利用物體的熱電性質(zhì)測(cè)溫。利用物體的熱電性質(zhì)測(cè)溫。4、熱電阻溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì) 利用金屬電阻值或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的性利用金屬電阻值或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測(cè)溫。質(zhì)測(cè)溫。5、半導(dǎo)體溫度計(jì)、半導(dǎo)體溫度計(jì) 利用半導(dǎo)體利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的特性，結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的特性，通過(guò)測(cè)量感溫器元件（結(jié)）電壓變化來(lái)測(cè)量溫度。通過(guò)測(cè)量感溫器元件（結(jié)）電壓變化來(lái)測(cè)量溫度。 非接觸式測(cè)溫的具體方

17、法有：非接觸式測(cè)溫的具體方法有：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章紅外線測(cè)溫計(jì)紅外線測(cè)溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1、 輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì) 通過(guò)測(cè)量物體熱輻射功率來(lái)測(cè)量溫度。通過(guò)測(cè)量物體熱輻射功率來(lái)測(cè)量溫度。2、 紅外式溫度計(jì)紅外式溫度計(jì) 通過(guò)測(cè)量物體紅外波段熱輻射功率來(lái)測(cè)量溫度。通過(guò)測(cè)量物體紅外波段熱輻射功率來(lái)測(cè)量溫度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2 熱電偶熱電偶熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理的測(cè)溫元件，熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理的測(cè)溫元件，能能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)（將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)（mV） 。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠、信號(hào)便于特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

18、單、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠、信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。一般用于測(cè)量遠(yuǎn)傳。一般用于測(cè)量5001600之間的溫度。之間的溫度。2.2.2.1 熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同，回路中會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)。此若兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同，回路中會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)。此電勢(shì)稱為熱電勢(shì)。電勢(shì)稱為熱電勢(shì)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章1、接觸電勢(shì)接觸電勢(shì) 當(dāng)不同導(dǎo)體當(dāng)不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，兩邊接觸時(shí)，兩邊的自由電子密度不同，在交界面上的自由電子密度不同，在交界面上產(chǎn)生電子的相互擴(kuò)散，致使在接觸產(chǎn)生電子的相互擴(kuò)散，致使在接觸處產(chǎn)生處產(chǎn)生接觸

19、電勢(shì)。接觸電勢(shì)。 其大小取決于兩種材料的種類其大小取決于兩種材料的種類和接觸點(diǎn)的溫度。和接觸點(diǎn)的溫度。t熱端熱端 A Bt0冷端冷端eAB( t ) = Ktel nNA( t ) NB( t ) NA( t )、 NB( t ) 自由電子密度；自由電子密度； e 單位電荷單位電荷過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) 對(duì)于同一金屬對(duì)于同一金屬A（或或B），），其兩端溫度不同，自由電子所其兩端溫度不同，自由電子所具有的動(dòng)能不同，也會(huì)產(chǎn)生相具有的動(dòng)能不同，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電勢(shì)，稱為應(yīng)的電勢(shì)，稱為溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)。 熱電勢(shì)由兩部分組成：熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸接觸電勢(shì)

20、電勢(shì)和和溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)。但溫差電勢(shì)。但溫差電勢(shì)值遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，常忽略不值遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，常忽略不計(jì)。計(jì)。t A Bt0過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 3、回路總電勢(shì)回路總電勢(shì) 熱電偶回路總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)疊加熱電偶回路總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)疊加而成，稱而成，稱熱電勢(shì)熱電勢(shì)。由于溫差電勢(shì)很小，熱電勢(shì)基本。由于溫差電勢(shì)很小，熱電勢(shì)基本由接觸電勢(shì)構(gòu)成：由接觸電勢(shì)構(gòu)成： EAB （t，t0）= e AB （t）- e AB（t0） 此計(jì)算式中，有的常數(shù)很難確定，無(wú)法實(shí)用。此計(jì)算式中，有的常數(shù)很難確定，無(wú)法實(shí)用。實(shí)際中用實(shí)測(cè)標(biāo)定。但從上述公式可以得出基本結(jié)實(shí)際中用實(shí)測(cè)標(biāo)

21、定。但從上述公式可以得出基本結(jié)論：論： 對(duì)于確定的熱電偶，熱電勢(shì)只與熱端和冷端溫對(duì)于確定的熱電偶，熱電勢(shì)只與熱端和冷端溫度有關(guān)。度有關(guān)。當(dāng)冷端溫度固定時(shí)，當(dāng)冷端溫度固定時(shí)， E（t，t0）是熱端溫度是熱端溫度 t 的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 鎳鉻鎳鉻鎳硅熱電偶分度表（簡(jiǎn)表）鎳硅熱電偶分度表（簡(jiǎn)表） 分度號(hào)分度號(hào) K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1

22、376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.5

23、9927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48

24、645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.2 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面和長(zhǎng)度如何，以及沿長(zhǎng)度方向上各處的不論其截面和長(zhǎng)度如何，以及沿長(zhǎng)度方向上各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電

25、勢(shì)。 因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成。但其截面和長(zhǎng)度不限?；虬雽?dǎo)體組成。但其截面和長(zhǎng)度不限。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體后，只要在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。回路的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。因?yàn)闊犭娕荚谑褂靡驗(yàn)闊犭娕荚谑褂脮r(shí)，總要將熱電偶回路時(shí)，總要將熱電偶回路打開(kāi)，接入測(cè)量?jī)x表，打開(kāi)，接入測(cè)量?jī)x表，即插入第三種導(dǎo)體。即插入第三種導(dǎo)體。 測(cè)量?jī)x

26、表測(cè)量?jī)x表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章有有 EABC (t，t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+ eCA(t0) 當(dāng)當(dāng) t = t0 時(shí)時(shí) 有有 eAB(t0)+ eBC(t0)+ eCA(t0)= 0 即即 eBC(t0)+e CA(t0)= e AB(t0) 則則 EABC (t，t0)= e AB(t) e AB(t0)設(shè)將熱電偶設(shè)將熱電偶ABAB一端打開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體一端打開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體C v由此可知，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個(gè)連接點(diǎn)溫由此可知，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個(gè)連接點(diǎn)溫度相等，它的接入對(duì)回路電勢(shì)毫無(wú)影響。這一結(jié)度相等，它的接入對(duì)回路電勢(shì)毫無(wú)影響。這一

27、結(jié)論可以推廣至接入多種導(dǎo)體。論可以推廣至接入多種導(dǎo)體。ABCt 0t 0t 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、中間溫度定律中間溫度定律 一支熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為一支熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為t 、t0 時(shí)的熱電勢(shì)，時(shí)的熱電勢(shì)，等于兩支同溫度特性熱電偶在接點(diǎn)溫度為等于兩支同溫度特性熱電偶在接點(diǎn)溫度為t 、ta和和ta、t0時(shí)的熱電勢(shì)之代數(shù)和。即時(shí)的熱電勢(shì)之代數(shù)和。即 E AB ( t ，to ) = E AB( t , 0 ) E AB( to , 0 ) 據(jù)此，只要給出冷端為據(jù)此，只要給出冷端為0時(shí)的熱電勢(shì)關(guān)系時(shí)的熱電勢(shì)關(guān)系EAB( t ,0 ) ，便可求出冷端任意溫度時(shí)的熱電勢(shì)。

28、，便可求出冷端任意溫度時(shí)的熱電勢(shì)。=符合分度符合分度表要求表要求ABt0t AB0t AB0t0 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.3熱電偶的構(gòu)造熱電偶的構(gòu)造 熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊接而成。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、簿膜型等。接而成。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、簿膜型等。普通型普通型鎧裝型鎧裝型普通熱電偶普通熱電偶過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.4 熱電偶類型熱電偶類型 理論上任何兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱理論上任何兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但考慮有良好的應(yīng)用性能，必須對(duì)熱電偶材

29、電偶，但考慮有良好的應(yīng)用性能，必須對(duì)熱電偶材料加以選擇。料加以選擇。 選取原則：在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)及物選取原則：在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)及物理性質(zhì)，熱電勢(shì)要大，且與溫度接近線性關(guān)系。理性質(zhì)，熱電勢(shì)要大，且與溫度接近線性關(guān)系。 國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）規(guī)定了熱電偶材）規(guī)定了熱電偶材料的取材標(biāo)準(zhǔn)。用分度號(hào)命名不同取材的熱電偶，料的取材標(biāo)準(zhǔn)。用分度號(hào)命名不同取材的熱電偶，并給出了標(biāo)準(zhǔn)的熱電勢(shì)分度表。并給出了標(biāo)準(zhǔn)的熱電勢(shì)分度表。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶簡(jiǎn)介幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶簡(jiǎn)介熱電偶名稱熱電偶名稱分度號(hào)分度號(hào)測(cè)溫范圍

30、測(cè)溫范圍（）平均靈敏度平均靈敏度特特 點(diǎn)點(diǎn)鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6B0+180010V/穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好,精度高精度高,可在可在氧化氣氛使用氧化氣氛使用鉑銠鉑銠l0鉑鉑S0+160010V/同上，線性度優(yōu)于同上，線性度優(yōu)于B鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅K0+100040V/價(jià)廉價(jià)廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性氣氛中使用性氣氛中使用鎳鉻鎳鉻康銅康銅E-200+90080V/靈敏靈敏,價(jià)廉價(jià)廉,可在氧化及可在氧化及弱還原氣氛中使用弱還原氣氛中使用銅銅康銅康銅T-200+40050V/價(jià)廉價(jià)廉,但銅易氧化但銅易氧化,常用常用于于150以下溫度測(cè)量以下溫度測(cè)量過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章鉑及

31、其合金（鉑及其合金（B、S）屬于貴重金屬，價(jià)格很貴，屬于貴重金屬，價(jià)格很貴，但其熱電勢(shì)非常穩(wěn)定，主要用做標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及測(cè)量但其熱電勢(shì)非常穩(wěn)定，主要用做標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及測(cè)量1100以上的高溫。以上的高溫。 鎳鉻鎳鉻鎳硅（鎳硅（K） 線性度最好線性度最好 鎳鉻鎳鉻康銅（康銅（E） 靈敏度最高靈敏度最高 銅銅康銅（康銅（T） 價(jià)格最便宜價(jià)格最便宜 不同材質(zhì)的熱電偶，其熱電勢(shì)與熱端溫度的特不同材質(zhì)的熱電偶，其熱電勢(shì)與熱端溫度的特性關(guān)系不同。性關(guān)系不同。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.5 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度有關(guān)，還熱電偶的熱電勢(shì)大

32、小不僅與熱端溫度有關(guān)，還與冷端溫度有關(guān)。所以使用時(shí)，需保持與冷端溫度有關(guān)。所以使用時(shí)，需保持熱電偶熱電偶冷端冷端溫度恒定。但熱電偶溫度恒定。但熱電偶的冷端和熱端離得很近，使用的冷端和熱端離得很近，使用時(shí)冷端溫度較高且變化較大。為此應(yīng)將時(shí)冷端溫度較高且變化較大。為此應(yīng)將熱電偶熱電偶冷端冷端延至溫度穩(wěn)定處。延至溫度穩(wěn)定處。 為了節(jié)約，工業(yè)上選用在低溫區(qū)與所用熱電偶為了節(jié)約，工業(yè)上選用在低溫區(qū)與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價(jià)金屬，作為熱偶絲在低溫區(qū)的熱電特性相近的廉價(jià)金屬，作為熱偶絲在低溫區(qū)的替代品來(lái)延長(zhǎng)的替代品來(lái)延長(zhǎng)熱電偶熱電偶，稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。，稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱偶熱偶過(guò)程控制系統(tǒng)

33、與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 根據(jù)中間溫度定律，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶相連根據(jù)中間溫度定律，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶相連后，其總的熱電勢(shì)等于兩支熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)后，其總的熱電勢(shì)等于兩支熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。的代數(shù)和。 E (t,t0) = E偶偶 (t , t n) E補(bǔ)補(bǔ)(t n ,t0) 用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶的必須條件是：補(bǔ)償導(dǎo)用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶的必須條件是：補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在低溫段與所配熱電偶相同。因此，線的熱電特性在低溫段與所配熱電偶相同。因此，不同的熱電偶配不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。常用熱電偶的補(bǔ)不同的熱電偶配不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線見(jiàn)表償導(dǎo)線見(jiàn)表2.2。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱偶

34、熱偶tt nt 0E (t,t0)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 使用補(bǔ)償導(dǎo)線只是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度使用補(bǔ)償導(dǎo)線只是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度比較穩(wěn)定的地方，而標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)要求冷端溫度為零比較穩(wěn)定的地方，而標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)要求冷端溫度為零度，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施。度，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施。1查表法（計(jì)算法）查表法（計(jì)算法） 如果某介質(zhì)的溫度為如果某介質(zhì)的溫度為t，用熱電偶進(jìn)行測(cè)量，用熱電偶進(jìn)行測(cè)量，其冷端溫度為其冷端溫度為t0，測(cè)得的熱電勢(shì)為，測(cè)得的熱電勢(shì)為EAB（t,t0）。根）。根據(jù)中間溫度定律，有據(jù)中間溫度定律，有 EAB（t ,0）EAB（t ,t0） E

35、AB（t0 ,0） 得出標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)得出標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)EAB（t ,0），再查分度表就可），再查分度表就可得出被測(cè)溫度。得出被測(cè)溫度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例 用用K型型(鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅)熱電偶測(cè)量某加熱爐的溫?zé)犭娕紲y(cè)量某加熱爐的溫度。測(cè)得的熱電勢(shì)度。測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，t0）36.122mV，而自由而自由端的溫度端的溫度t030，求被測(cè)的實(shí)際溫度。求被測(cè)的實(shí)際溫度。解解 由分度表可以查得由分度表可以查得 E（30，0）1.203mV則則 E（t，0） E（t，30）+ E（30，0） 36.122+1.20337.325mV 再查分度表可以查得再查分度表可以查得37.

36、325mV對(duì)應(yīng)的溫度為對(duì)應(yīng)的溫度為900 。v 計(jì)算法適用于實(shí)驗(yàn)或臨時(shí)測(cè)溫。計(jì)算法適用于實(shí)驗(yàn)或臨時(shí)測(cè)溫。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、儀表零點(diǎn)調(diào)整法、儀表零點(diǎn)調(diào)整法 如果熱電偶冷端溫度比較穩(wěn)定，與之相接的顯如果熱電偶冷端溫度比較穩(wěn)定，與之相接的顯示儀表又可以調(diào)整零點(diǎn)，那么在測(cè)試前，將儀表指示儀表又可以調(diào)整零點(diǎn)，那么在測(cè)試前，將儀表指針就調(diào)整到冷端溫度處，再開(kāi)始測(cè)量。針就調(diào)整到冷端溫度處，再開(kāi)始測(cè)量。 此法比較簡(jiǎn)單，但由于冷端溫度（室溫）也有此法比較簡(jiǎn)單，但由于冷端溫度（室溫）也有波動(dòng)，所以只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。波動(dòng)，所以只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。100

37、100過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、冰浴法、冰浴法 把熱電偶的冷端插入盛有絕緣油的試管中，把熱電偶的冷端插入盛有絕緣油的試管中，然后將試管放入裝有冰水混合物的容器中，保持然后將試管放入裝有冰水混合物的容器中，保持冷端為冷端為0。這種方法多數(shù)用于熱電偶的檢定。這種方法多數(shù)用于熱電偶的檢定。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。變化而引起的熱電勢(shì)變化值。E(t,0)E(t,t0)E(t0 ,0)E(t,t0)E(t0 ,

38、0)E(t,0)電橋電橋補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線4、 補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章5半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN結(jié)補(bǔ)償法結(jié)補(bǔ)償法 利用半導(dǎo)體利用半導(dǎo)體PN結(jié)電壓隨溫度升高而降低的特結(jié)電壓隨溫度升高而降低的特性自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度引起的誤差。性自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度引起的誤差。 圖中半導(dǎo)體三極管基極結(jié)電壓圖中半導(dǎo)體三極管基極結(jié)電壓V be隨溫度升高隨溫度升高而降低。將而降低。將V be放大后即可輸出。放大后即可輸出。 只要保持三只要保持三極管集電極電流極管集電極電流 Ic 恒定，冷端補(bǔ)恒定，冷端補(bǔ)償電壓償電壓e0 即與冷即與冷端溫度成正比。端溫度成正比。Vbe過(guò)程控制系

39、統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.3熱電阻熱電阻 對(duì)于對(duì)于500以下的中、低溫，熱電偶輸出的熱以下的中、低溫，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，容易受到干擾而測(cè)不準(zhǔn)。一般使用熱電電勢(shì)很小，容易受到干擾而測(cè)不準(zhǔn)。一般使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行中低溫度的測(cè)量。阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行中低溫度的測(cè)量。 熱電阻有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。熱電阻有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。2.2.3.1金屬熱電阻金屬熱電阻 金屬熱電阻測(cè)溫精度高。大多數(shù)金屬電阻阻值金屬熱電阻測(cè)溫精度高。大多數(shù)金屬電阻阻值隨溫度升高而增大。具有正溫度系數(shù)。隨溫度升高而增大。具有正溫度系數(shù)。=1 dRR dT溫度系數(shù)溫度系數(shù)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀

40、表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 工業(yè)中用得最多工業(yè)中用得最多的是鉑電阻和銅電阻，的是鉑電阻和銅電阻，也有鎳電阻、銦電阻、也有鎳電阻、銦電阻、錳電阻及碳電阻等用錳電阻及碳電阻等用于低溫及超低溫測(cè)量。于低溫及超低溫測(cè)量。 電阻溫度系數(shù)大，電阻率大；電阻溫度系數(shù)大，電阻率大； 在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定； 溫度特性的線性度好。溫度特性的線性度好。作為工業(yè)用熱電阻的材料要求：作為工業(yè)用熱電阻的材料要求：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 電阻溫度關(guān)系：電阻溫度關(guān)系： R t =R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000) R t =R0

41、(1+At+Bt2) ( 0850) 鉑電阻有兩種分度號(hào)：鉑電阻有兩種分度號(hào)：Pt10 , Pt1001.鉑電阻鉑電阻 鉑材料容易提純，其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；鉑材料容易提純，其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定為為-259+630 間的基準(zhǔn)器，但線性度稍差，常間的基準(zhǔn)器，但線性度稍差，常用于用于-200+600 溫度測(cè)量。溫度測(cè)量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.銅電阻銅電阻 銅電阻價(jià)格便宜，線性度好，但溫度稍高易氧銅電阻價(jià)格便宜，線性度好，但溫度稍高易氧化，常用于化，常用于-50+100 溫度測(cè)量。銅電

42、阻有兩種分溫度測(cè)量。銅電阻有兩種分度號(hào)：度號(hào)：Cu50 ，Cu100 。電阻溫度關(guān)系：。電阻溫度關(guān)系： R t =R0 (1 +t) (-50150) 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章普通熱電阻結(jié)構(gòu)普通熱電阻結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)型式常見(jiàn)有普通型熱電阻、鎧熱電阻的結(jié)構(gòu)型式常見(jiàn)有普通型熱電阻、鎧裝熱電阻。其結(jié)構(gòu)是，以云母片或石英玻璃柱作裝熱電阻。其結(jié)構(gòu)是，以云母片或石英玻璃柱作骨架，將金屬絲用雙線法繞在骨架上，以消除電骨架，將金屬絲用雙線法繞在骨架上，以消除電感。此外，還有薄膜型熱電阻。感。此外，還有薄膜型熱電阻。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3.熱電阻的三線制接法熱

43、電阻的三線制接法 電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)，熱電阻電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)，熱電阻的接線如用兩線接法，接線電阻隨溫度變化會(huì)給電的接線如用兩線接法，接線電阻隨溫度變化會(huì)給電橋輸出帶來(lái)較大誤差，三線接法可以消除此誤差。橋輸出帶來(lái)較大誤差，三線接法可以消除此誤差。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章所以，電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)，所以，電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)，熱電阻必須用三線制接法，以抵消接線電阻隨溫度熱電阻必須用三線制接法，以抵消接線電阻隨溫度變化對(duì)電橋的影響。變化對(duì)電橋的影響。 測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表R tRtR3

44、rrrR1R2過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.2.3.2 熱敏電阻熱敏電阻 半導(dǎo)體材料的電阻值具有負(fù)溫度系數(shù)，可以作溫半導(dǎo)體材料的電阻值具有負(fù)溫度系數(shù)，可以作溫度傳感元件，特點(diǎn)是：度傳感元件，特點(diǎn)是：溫度()1081061041021001601208040電阻()負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性 電阻率大電阻率大電阻體積小，響應(yīng)快；電阻體積小，響應(yīng)快； 溫度系數(shù)大溫度系數(shù)大靈敏度高；靈敏度高； 非線性嚴(yán)重非線性嚴(yán)重影響精度。影響精度。 溫度特性分散溫度特性分散互換性差互換性差 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.2.4 集成溫度傳感器集成溫

45、度傳感器 集成溫度傳感器將溫敏晶體管和外圍電路集成集成溫度傳感器將溫敏晶體管和外圍電路集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)測(cè)溫集成器件。在一個(gè)芯片上構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)測(cè)溫集成器件。 特點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快、線性較好、價(jià)格便宜，特點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快、線性較好、價(jià)格便宜，測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為-50150。 集成溫度傳感器按輸集成溫度傳感器按輸出量形式不同，可分為電出量形式不同，可分為電壓型、電流型和數(shù)字型三壓型、電流型和數(shù)字型三類。類。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章集成溫度傳感器利用晶體管的集成溫度傳感器利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽結(jié)壓降的不飽和值和值VBE與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T和

46、通過(guò)發(fā)射極電流和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：電壓輸出型的靈敏度一般為電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度，溫度0時(shí)輸出為時(shí)輸出為0，溫度，溫度25時(shí)輸出時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的。電流輸出型的靈敏度一般為靈敏度一般為1 A/K。 式中，式中，K波爾茲常數(shù)；波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對(duì)值。電子電荷絕對(duì)值。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例 AD590簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過(guò)器件的電流（、流過(guò)器

47、件的電流（ A）等于器件所處環(huán)境的）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： IT=TIT流過(guò)器件的電流過(guò)器件的電 流，單位為流，單位為 A；T熱力學(xué)溫度，熱力學(xué)溫度， 單位為單位為K。2、測(cè)溫范圍為、測(cè)溫范圍為-55+150。3、電源電壓范圍為、電源電壓范圍為4V30V。4、輸出電阻為、輸出電阻為710M 。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章AD590的基本應(yīng)用電路的基本應(yīng)用電路如圖，當(dāng)電阻如圖，當(dāng)電阻R1和電位器和電位器R2的電阻之和為的電阻之和為1k 時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為隨溫度的變化為1mV/K。由于由于AD590

48、的增益有偏差，電阻也有誤差，因的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。如此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。如1、在、在0條件下調(diào)整條件下調(diào)整R2，使使 VO=273.2mV2、在、在25條件下調(diào)整條件下調(diào)整R2，使，使 VO=273.2+25 =298.2mV過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 熱電偶、熱電阻等熱電偶、熱電阻等的測(cè)溫信號(hào)，必須的測(cè)溫信號(hào)，必須經(jīng)后級(jí)儀表處理，經(jīng)后級(jí)儀表處理， 可直接與熱電偶、熱電阻配套顯示可直接與熱電偶、熱電阻配套顯示溫度，是最簡(jiǎn)單的模擬指示儀表。溫度，是最簡(jiǎn)單的模擬指示儀表。100100過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 動(dòng)圈式儀表實(shí)質(zhì)

49、上是測(cè)量電流的儀表，動(dòng)圈式儀表實(shí)質(zhì)上是測(cè)量電流的儀表，其指示其指示機(jī)構(gòu)的核心部件是一個(gè)磁電式毫安表。機(jī)構(gòu)的核心部件是一個(gè)磁電式毫安表。 利用通電線圈在磁場(chǎng)中受到力矩的作用產(chǎn)生偏利用通電線圈在磁場(chǎng)中受到力矩的作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的原理，帶動(dòng)裝在動(dòng)圈上的指針移動(dòng)，從而指示轉(zhuǎn)的原理，帶動(dòng)裝在動(dòng)圈上的指針移動(dòng)，從而指示出被測(cè)參數(shù)。出被測(cè)參數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)原理動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)原理當(dāng)測(cè)量信號(hào)通過(guò)張絲加在動(dòng)圈上，有電流流當(dāng)測(cè)量信號(hào)通過(guò)張絲加在動(dòng)圈上，有電流流過(guò)動(dòng)圈時(shí)，動(dòng)圈受磁場(chǎng)力作用而偏轉(zhuǎn)。過(guò)動(dòng)圈時(shí)，動(dòng)圈受磁場(chǎng)力作用而偏轉(zhuǎn)。動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)使張絲扭轉(zhuǎn)，于是張絲產(chǎn)生反抗動(dòng)動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)使

50、張絲扭轉(zhuǎn)，于是張絲產(chǎn)生反抗動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，當(dāng)兩力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在某圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，當(dāng)兩力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在某一位置上，指針指示出被測(cè)參數(shù)值。一位置上，指針指示出被測(cè)參數(shù)值。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章由于熱敏電阻溫度由于熱敏電阻溫度系數(shù)太大，用一個(gè)錳銅系數(shù)太大，用一個(gè)錳銅電阻電阻RM （50）和熱敏）和熱敏電阻電阻R T （6820）并）并聯(lián)。聯(lián)。 R串串按量程大小調(diào)按量程大小調(diào)整。整。 1、配熱電偶的動(dòng)圈儀表、配熱電偶的動(dòng)圈儀表 熱電偶直接輸出毫伏信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈儀表。熱電偶直接輸出毫伏信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈儀表。但有但有動(dòng)圈電阻溫度補(bǔ)償和動(dòng)圈電阻溫度補(bǔ)償和量程匹配

51、問(wèn)題要解決。量程匹配問(wèn)題要解決。1）用熱敏電阻補(bǔ)償動(dòng)圈電阻的溫度誤差）用熱敏電阻補(bǔ)償動(dòng)圈電阻的溫度誤差RDRMR串串RTRL熱電偶熱電偶過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2） 外接電阻和外接調(diào)整電阻外接電阻和外接調(diào)整電阻熱電偶和動(dòng)圈儀表相接后，流過(guò)動(dòng)圈的電流為：熱電偶和動(dòng)圈儀表相接后，流過(guò)動(dòng)圈的電流為：內(nèi)內(nèi)外外總總RRttERttEI+),(=),(=0 00 0R外外 = R熱熱+ R補(bǔ)補(bǔ)+ R銅銅+ R調(diào)調(diào) =15R內(nèi)內(nèi) = 表內(nèi)電阻和表內(nèi)電阻和RDRMR串串RTRL熱電偶熱電偶過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2 2、配熱電阻的動(dòng)圈儀表、配熱電阻的動(dòng)圈儀表一般

52、用電橋?qū)犭娮栊盘?hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。一般用電橋?qū)犭娮栊盘?hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。則則 R1R3 =R2（R0+RT0）且且 R1= R2 ， R3 = RT 0 + R0有：有：I1 = I2 = I 當(dāng)當(dāng)T 時(shí)，電橋輸出時(shí)，電橋輸出Uab =R3 I （RT+R0）I =R3 I （RT0+RT+R0）I = RT I1）電橋工作原理）電橋工作原理RwRmRdR0R2R1RtR3abRTI2I1r r r 設(shè)設(shè)T0 時(shí)，電橋平衡。時(shí)，電橋平衡。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章可見(jiàn)三線制接可見(jiàn)三線制接法可以消除接線電法可以消除接線電阻的影響。一般規(guī)阻的影響。一般規(guī)定每根連接導(dǎo)線的定每根

53、連接導(dǎo)線的電阻值為電阻值為5。RwRmRdR0R2R1RtR3abRTI2I1r r r 2） 三線制與外接調(diào)整電阻三線制與外接調(diào)整電阻 在考慮接線電阻后，電橋輸出：在考慮接線電阻后，電橋輸出：Uab =（R3+r) I （RT +RT +R0+r）I = RT I過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.5.2 數(shù)字式指示儀表數(shù)字式指示儀表 數(shù)字式指示儀表是以數(shù)字式指示儀表是以數(shù)字電壓表為主體而構(gòu)成數(shù)字電壓表為主體而構(gòu)成的測(cè)量?jī)x表。其原理框圖的測(cè)量?jī)x表。其原理框圖如下：如下： 檢測(cè)變送檢測(cè)變送 寄存器寄存器 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換 脈沖計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 數(shù)字譯碼器數(shù)字譯

54、碼器 顯示器顯示器過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 例：配熱電偶的數(shù)字例：配熱電偶的數(shù)字式測(cè)溫儀表原理框圖式測(cè)溫儀表原理框圖標(biāo)準(zhǔn)熱標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)電勢(shì)濾波濾波放大放大線性化線性化標(biāo)度變換標(biāo)度變換過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.5.3自動(dòng)記錄儀表自動(dòng)記錄儀表 自動(dòng)記錄儀能實(shí)時(shí)記錄被測(cè)參數(shù)。自動(dòng)記錄儀能實(shí)時(shí)記錄被測(cè)參數(shù)。記錄的方式有紙記錄和無(wú)紙記錄兩類。記錄的方式有紙記錄和無(wú)紙記錄兩類。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章1.自動(dòng)平衡電橋式記錄儀自動(dòng)平衡電橋式記錄儀 RpRtR3r圖圖2.22 自動(dòng)平衡電橋原理圖自動(dòng)平衡電橋原理圖R0R2R1 利用電橋

55、的平衡動(dòng)作進(jìn)行測(cè)量記錄?？膳淅秒姌虻钠胶鈩?dòng)作進(jìn)行測(cè)量記錄?？膳浣訜犭娮杞M成測(cè)溫記錄儀。接熱電阻組成測(cè)溫記錄儀。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 平衡電橋測(cè)溫原理平衡電橋測(cè)溫原理 當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，R Rt t有最小值有最小值R Rt0t0，滑動(dòng)，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在觸點(diǎn)應(yīng)在R Rp的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是: : R3（Rt0+Rp）R2R4 被測(cè)溫度升高后，電橋的不平衡電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，被測(cè)溫度升高后，電橋的不平衡電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)觸點(diǎn)向右移動(dòng)，直至新的平衡點(diǎn)。平衡時(shí)帶動(dòng)觸點(diǎn)向右移動(dòng)，直至新的平衡點(diǎn)。平衡時(shí): tRRRRr3231兩式

56、相減得：兩式相減得： R3（Rt0+ Rt+Rp-r1）R2（R4+ r1 ）過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 Rp是滑線電阻，是滑線電阻，r1與與B點(diǎn)成線性關(guān)系，電機(jī)點(diǎn)成線性關(guān)系，電機(jī)帶動(dòng)觸點(diǎn)帶動(dòng)觸點(diǎn)B向新的平衡位置移動(dòng)。到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，向新的平衡位置移動(dòng)。到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，電橋輸出為零，電機(jī)停止。電橋輸出為零，電機(jī)停止。 B的位置就可以反映的位置就可以反映Rt，即反映了溫度的變化；觸點(diǎn)位移與，即反映了溫度的變化；觸點(diǎn)位移與Rt呈比呈比例關(guān)系。例關(guān)系。tRRRRr3231過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.自動(dòng)電位差計(jì)式記錄儀自動(dòng)電位差計(jì)式記錄儀 自動(dòng)電位差計(jì)式記錄

57、儀輸入電壓信號(hào)，因此可自動(dòng)電位差計(jì)式記錄儀輸入電壓信號(hào)，因此可配接熱電偶。和自動(dòng)平衡電橋式記錄儀相比，兩者配接熱電偶。和自動(dòng)平衡電橋式記錄儀相比，兩者除測(cè)量部分不同外，其余部分都相同。除測(cè)量部分不同外，其余部分都相同。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 配接熱電偶，必須考慮冷端補(bǔ)償問(wèn)題。圖配接熱電偶，必須考慮冷端補(bǔ)償問(wèn)題。圖2.23中，將中，將R2換成銅電阻，和熱電偶的冷端置于同一溫?fù)Q成銅電阻，和熱電偶的冷端置于同一溫度下。當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，設(shè)計(jì)使電壓度下。當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，設(shè)計(jì)使電壓VR2的增加的增加量恰好彌補(bǔ)熱電勢(shì)的減少值。量恰好彌補(bǔ)熱電勢(shì)的減少值。VR2 =E(t0,0)E

58、(t,t0)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章數(shù)字式記錄儀表數(shù)字式記錄儀表 形式多樣，內(nèi)裝形式多樣，內(nèi)裝CPU，無(wú)紙記錄被測(cè)參數(shù)。可，無(wú)紙記錄被測(cè)參數(shù)。可實(shí)時(shí)顯示，也可隨時(shí)調(diào)出歷史曲線?？啥嗤ǖ烙涗?。實(shí)時(shí)顯示，也可隨時(shí)調(diào)出歷史曲線?？啥嗤ǖ烙涗?。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.6溫度變送器溫度變送器 檢測(cè)信號(hào)要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將不標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)信的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將不標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)信號(hào)，如熱電偶、熱電阻的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)號(hào)，如熱電偶、熱電阻的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出

59、。輸出。 數(shù)字控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有：數(shù)字控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有： FF協(xié)議、協(xié)議、 HART協(xié)議等協(xié)議等 模擬控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是：模擬控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是： 型：型：010mA、010V 型：型：420mA、15V過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.6.1模擬式溫度變送器模擬式溫度變送器 模擬式溫度變送器有多模擬式溫度變送器有多個(gè)品種、規(guī)格，以配合不同個(gè)品種、規(guī)格，以配合不同的傳感元件和不同的量程需的傳感元件和不同的量程需要，但結(jié)構(gòu)基本相同。要，但結(jié)構(gòu)基本相同。-+電量電量傳感元件傳感元件被測(cè)溫度被測(cè)溫度輸入電路輸入電路放大電路放大電路反饋電路反饋電路輸出電流輸出電流圖圖2

60、.24 溫度變送器原理框圖溫度變送器原理框圖E1過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章以以DDZ-III型熱電偶溫度變送器為例：型熱電偶溫度變送器為例：Et放大電路放大電路 電源電源輸入電路輸入電路輸出電路輸出電路 反饋反饋過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 下面具體分析各環(huán)節(jié)的工作原理。下面具體分析各環(huán)節(jié)的工作原理。1輸入電路輸入電路 熱電偶溫度變送器的輸入電路主要是在熱電偶熱電偶溫度變送器的輸入電路主要是在熱電偶回路中串接一個(gè)電橋電路。電橋的功能是實(shí)現(xiàn)熱電回路中串接一個(gè)電橋電路。電橋的功能是實(shí)現(xiàn)熱電偶的冷端補(bǔ)償和測(cè)量零點(diǎn)的調(diào)整。偶的冷端補(bǔ)償和測(cè)量零點(diǎn)的調(diào)整。Ei=E