溫度檢測原理及常見故障分析

1、主要內容v一溫度標準和測量方法溫度標準和測量方法v二二 接觸式溫度接觸式溫度v三三 非接觸式溫度非接觸式溫度v四四 溫度儀表安裝要求溫度儀表安裝要求1.1 溫度是國際單位制中七個基本物理量之一。溫度是國際單位制中七個基本物理量之一。溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當兩個物體溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當兩個物體互為熱平衡時其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分互為熱平衡時其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運動的平均強度的表示。分子運動愈激烈，其溫度子運動的平均強度的表示。分子運動愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。表現(xiàn)越高。 一一 溫度標準和測量方法溫度標準和測量方法溫標及其傳遞溫標及其傳遞用來

2、度量物體溫度數(shù)值的標尺叫溫標。溫標規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。 目前國際上用得較多的溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標和國際溫標等。 l 攝氏溫標 在標準大氣壓下，純水冰點為0攝氏度，沸點為100攝氏度，中間等分成100格，每格1攝氏度，符號為。 l 華氏溫標 將純水的冰點規(guī)定為 32度，沸點為 212度，中間等分成180格，每格1華氏度，符號為 。 )32(95FCttl 熱力學溫標 熱力學溫標又稱開氏溫標，或絕對溫標，其單位為開爾文（符號為K）。它是與測溫物質的物理性質無關的一種溫標，已被采納為國際統(tǒng)一的基本溫標。 l 國際溫標 在1990年的國際溫標中指出，熱力學

3、溫度是基本物理量。并定義水的三相點熱力學溫度為273.16K。 在ITS90中同時使用國際開爾文溫度（符號為T90）和國際攝氏溫度（符號為t90 ），其關系為t90 = T90 273.15式中：T90的單位為開爾文（K）； t90的單位為攝氏度（）。 為了保持溫度量值的統(tǒng)一，并與國際實用溫標相一致，測溫儀器應定期按規(guī)定進行檢定，我國溫度的最高基準由中國計量科學院保存。 幾種溫標的對比幾種溫標的對比 1.2 溫度的測量方法溫度的測量方法 接觸式測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換達到熱平衡，這時，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。非接觸測溫通過輻射進行熱交

4、換，可避免接觸測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 溫度測量可分為接觸式和非接觸式測量。 接觸式測溫直觀可靠。但因測溫元件與被測介質之間的熱交換需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象；受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。感溫元件會影響被測溫度場的分布，接觸不良等也會帶來測量誤差。另外，腐蝕性介質對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。測量方式 儀表名稱測溫原理精度范圍特點測溫范圍/接觸式測溫儀表雙金屬溫度計固體熱膨脹變形量隨溫度變化1

5、2.5 結構簡單，指示清楚，讀數(shù)方便；精度較低，不能遠傳-100600一般-80600壓力式溫度計氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化12.5 結構簡單可靠，可較遠距離傳輸T0），則在回路中會產(chǎn)生電流。這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應或塞貝克效應，相應的電動勢稱為塞貝克電動勢?；芈分挟a(chǎn)生的熱電動勢大小僅與組成回路的兩種導體或半導體A、B的材料性質及兩個接點的溫度T、T0有關，熱電動勢用符號EAB(T, T0)表示。 在熱電偶回路中，產(chǎn)生的熱電動勢由兩部分組成：溫差電動勢和接觸電動勢。 l 溫差電勢 (兩接點溫度相異)+ + A + TT0EsEA(T, T0)當一根均質金屬導體 A上存在溫度梯

6、度時，處于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，所以從高溫端向低溫端移動的電子數(shù)比從低溫端向高溫端移動的電子數(shù)多得多。結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負電，在高、低溫兩端之間便形成一個從高溫端指向低溫端的靜電場Es 。這個靜電場將阻止電子進一步從高溫端向低溫端移動，并加速電子向相反的方向轉移而建立相對的動態(tài)平衡。此時，在導體兩端產(chǎn)生的電位差稱為溫差電動勢。 溫差電動勢用 EA(T, T0)表示。括號中T和T0的順序決定了電動勢的方向。 ),(),(0A0ATTETTE0AtAt0AU-U)t(t,El 接觸電勢 （兩接點材料相異）+A +EsEAB(T) B當兩種不同導體A、

7、B接觸時，由于兩者電子密度不同，如 NA NB，則在接觸面處產(chǎn)生自由電子擴散現(xiàn)象，從A到B擴散的電子數(shù)比從B 到A的多，導致導體 A、B接觸處形成一個由A到B的靜電場Es ，阻止電子擴散的繼續(xù)進行，并加速電子向相反的方向轉移。當電子擴散的能力與靜電場的阻力達到動態(tài)平衡時， A 、B 之間所形成的電位差稱為接觸電動勢。BtAtABU-U(t)eBtAtABU-U)(te式中eAB(t)、eAB(t0)為導體A、B在接點溫度t和t0時形成的電動勢；UAt、UAt0分別為導體A在接點溫度為t和t0時的電壓；UBt、UBt0分別為導體B在接點溫度為t和t0時的電壓。 4熱電偶回路的總電動勢 將導體A和

8、B頭尾相接組成回路。如果導體A的電子密度大于導體B的電子密度，且兩接點的溫度不相等，則在熱電偶回路中存在著四個電勢，即兩個接觸電動勢和兩個溫差電動勢。熱電偶回路的總電動勢為 (5-3) 經(jīng)實踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動勢，溫差電動勢只占極小部分，可以忽略不計，故式(5-3)可以寫成 (5-4) 上式中，由于導體A的電子密度大于導體B的電子密度，所以A為正極，B為負極。腳注AB的順序表示電動勢的方向。)t(t,e-)t(t,e)(te-(t)e)t(t,E0B0A0ABAB0AB)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB 綜上所述，我們可以得出如下結論： 熱電偶回路中熱電動勢

9、的大小，只與組成熱電偶的導體材料和兩接點的溫度有關，而與熱電偶的形狀尺寸無關。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接點溫度t和t0。的函數(shù)差。即 如果使冷端溫度t0保持不變，則熱電動勢便成為熱端溫度t的單一函數(shù)。即， 這一關系式在實際測溫中得到了廣泛應用。因為冷端t0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動勢對應著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的。 )f(t-f(t)t(t,E00AB(t)C-f(t)t(t,E0AB 2.3.2熱熱電偶的基本定律電偶的基本定律 1均質導體定律 如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的

10、溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同(稱為同名極檢驗法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。 2中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。見圖所示，在熱電偶回路中接人第三種導體C。設導體A與B接點處的溫度為t，A與C、B與C兩接點處的溫度為，則回路中的總電動勢為)(te)(te)(te)t(t,E0CA0BC0AB0ABC 如果回路中三接點的溫度相同，即tt0，則回路總電動勢必為零，即 0)(te)(te)(te0CA0BC0AB或者 (5-7)將式(5-7)代人式(5-6)，可得 (5-8) )(t-

11、e)(te)(te0CA0BC0AB)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0ABC 可以用同樣的方法證明，斷開熱電偶的任何一個極，用第三種導體引入測量儀表，其總電動勢也是不變的。 熱電偶的這種性質在實用上有著重要的意義，它使我們可以方便地在回路中直接接人各種類型的顯示儀表或調節(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行溫度測量。 5-6 3 標準電極定律 如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知。見圖5-3，導體A、B分別與標準電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，即那么，導體A與

12、B組成的熱電偶，其熱電動勢可由下式求得 (5-9) )(te-(t)e)t(t,E0ACA0AC)(te-(t)e)t(t,E0BCBC0BC)t(t,E-)t(t,E)t(t,E0BC0AC0AB2.3.3 熱電偶的材料、結構及種類熱電偶的材料、結構及種類1熱熱電偶材料電偶材料 根據(jù)金屬的熱電效應原理，任意兩種不同材料的導體都可以作為熱電極組成熱電偶，但在實際應用中，用作熱電極的材料應具備如下幾方面的條件： (1)溫度測量范圍廣 要求在規(guī)定的溫度測量范圍內有較高的測量精確度，有較大的熱電動勢。溫度與熱電動勢的關系是單值函數(shù)，最好是呈線性關系。 (2)性能穩(wěn)定 要求在規(guī)定的溫度測量范圍內使用時

13、熱電性能穩(wěn)定，均勻性和復現(xiàn)性好。 (3)物理化學性能好 要求在規(guī)定的溫度測量范圍內使用時不產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。有良好的化學穩(wěn)定性、抗氧化性或抗還原性能。 滿足上述條件的熱電偶材料并不很多。目前我國大量生產(chǎn)和使用、性能符合專業(yè)標準或國家標準并具有統(tǒng)一分度表的熱電偶材料稱為定型熱電偶材料，共有六個品種。它們分別是：銅-康銅、鎳鉻-考銅、鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-鎳鋁、鉑銠10-鉑及鉑銠30-鉑銠6。其中鎳鉻-考銅熱電偶材料將逐漸地被淘汰。根據(jù)國際電工委員會(IEC)標準的規(guī)定，我國將發(fā)展鎳鉻康銅、鐵康銅熱電偶材料。此外，我國還生產(chǎn)一些未定型熱電偶材料，如鉑銠13-鉑、銥、銠40-銥、鎢錸5-鎢錸26、等等。 2

14、熱熱電偶的種類電偶的種類1標準型熱電偶 國際電工委員會在1975年向世界各國推薦七種標準型熱電偶。我國生產(chǎn)的符合1EC標準的熱電偶有六種，分別是：(1)、鉑銠鉑銠10-鉑熱電偶鉑熱電偶 這是一種貴金屬種熱電偶，分度號為“S”。它的正極是鉑銠絲(鉑90，銠l0)，負極是純鉑絲。測溫范圍為01600。其特點是熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強，宜在氧化性、青性氣氛中工作。由于精度高，故國際溫標中規(guī)定它為630.741064.43溫度范圍內復現(xiàn)溫標的標準儀器。常用作標準熱電偶或用于高溫測量。缺點是：缺點是：熱電勢小，熱電特性的非線性較大：不宜在還原性氣體中使用；價格昂貴，制作的偶絲很細0.5mm以下，易折斷。

15、 (2)、鉑銠、鉑銠30-鉑銠鉑銠6熱電偶熱電偶 這也是一種貴金屬熱電偶，分度號為“B”。它的正極是鉑銠絲(鉑70，銠30)，負極也是鉑銠絲(鉑94，銠6)，故俗稱雙鉑銠。測溫范圍為01700。其特點是測溫上限高，高溫下性能穩(wěn)定，適合在氧化性和中性介質中使用。在冶金反應、鋼水測量等高溫領域中得到了廣泛的應用。缺點：缺點：產(chǎn)生的熱電勢最小，靈敏度很低，使用時需要配靈敏度高的顯示儀表且價格昂貴。(3)(3)、鎳鉻、鎳鉻- -鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 這種熱電偶分度號為“K”。它的正極是鎳鉻合金(鎳90.5，鉻9.5)，負極為鎳硅(鎳97.5，硅2.5)。測溫范圍為-200+1200。其特點是抗氧化性和

16、抗腐蝕性好，化學穩(wěn)定性好，復制性好，測溫范圍很寬、熱電動勢與溫度關系近似線性、熱電動勢大及價格低。缺點：缺點：熱電動勢的穩(wěn)定性較B型或S型熱電偶差，且負極有明顯的導磁性。在還原性介質、硫及硫化物的環(huán)境中和在5000C以上的溫度使用時容易被腐蝕。(4)、銅、銅康銅熱電偶康銅熱電偶 這種熱電偶分度號為“T”。它的正極是銅，負極是銅鎳合金(銅60，鎳40)。測溫范圍為-200+350。特點是低溫時精度高，在0-200范圍內，可制成標準熱電偶，準確度可達土0.1。熱電勢很大，其熱電極很容易被復制，價格低廉。缺點：缺點：銅極易氧化，故在氧化性氣氛中使用時，一般不能超過300。 (5)鎳鉻鎳鉻-康銅熱電偶

17、康銅熱電偶 這種熱電偶分度號為“E”。它的正極是鎳鉻合金，負極是銅鎳合金(銅55，鎳45)。測溫范圍為-200一+900。其特點是熱電動勢較其他常用熱電偶大。適宜在氧化性或惰性氣氛中工作。 (6)鐵鐵-康銅熱電偶康銅熱電偶 這種熱電偶分度號為“J”。它的正極是鐵，負極是銅鎳合金。測溫范圍為-200+750。其特點是價格便宜，熱電動勢較大，僅次于E型熱電偶。缺點是鐵極易氧化。 最后要說明的是，IEC公布的標準型熱電偶中，還有鉑銠13-鉑，分度號為“R”。因在國際上只有少數(shù)國家采用，且其溫度范圍與鉑銠、。鉑重合，所以我國不準備發(fā)展這個品種。 3非非標準型熱電偶標準型熱電偶 非標準型熱電偶包括鉑銠系

18、、銥銠系及鎢錸系熱電偶等。 鉑銠系熱電偶有鉑銠20-鉑銠5、鉑銠40-鉑銠20等一些種類，其共同的特點是性能穩(wěn)定，適用于各種高溫測量。 銥銠系熱電偶有銥銠40-銥、銥銠60-銥。這類熱電偶長期使用的測溫范圍在2000以下，且熱電動勢與溫度關系線性好。 鎢錸系熱電偶有鎢錸3-鎢錸25、鎢錸5-鎢錸20等種類。它的最高使用溫度受絕緣材料的限制，目前可使用到2500左右。主要用于鋼水連續(xù)測溫、反應堆測溫等場合。4熱熱電偶的結構形式電偶的結構形式 熱電偶的類型很多，根據(jù)結構形式可以分為如下普通型熱電偶、鎧裝熱電偶、表面熱電偶、快速熱電偶、樹枝式熱電偶。1、普通型熱電偶、普通型熱電偶 由四部分組成：熱電

19、偶絲、絕緣子、保護套管和接線盒。 (1)熱電極 又稱偶絲，它是熱電偶的基本組成部分。其材料前面已作了介紹，不再重復。普通金屬做成的偶絲，其直徑一般為0.53.2mm，貴重金屬做成的偶絲，直徑一般為0.30.6mm。偶絲的長度則由使用情況、安裝條件，特別是工作端在被測介質中插人的深度來決定，通常為3002000mm，常用的長度為350mm。 (2)絕緣管 又稱絕緣子，是用于熱電極之間及熱電極與保護套管之間進行絕緣保護的零件。形狀一般為圓形或橢圓形，中間開有二個、四個或六個孔。偶絲穿孔而過。材料為粘土質、高鋁質、剛玉質等，材料選用視使用的熱電偶而定。在室溫下，絕緣管的絕緣電阻應在5以上。(3)保護

20、套管 是用來保護熱電偶感溫元件免受被測介質化學腐蝕和機械損傷的裝置。保護套管應具有耐高溫、耐腐蝕的性能，要求導熱性能好，氣密性好。其材料有金屬、非金屬以及金屬陶瓷三大類。金屬材料有鋁、黃銅、碳鋼、不銹鋼等，其中l(wèi)Crl8Ni9Ti不銹鋼是目前熱電偶保護套管使用的典型材料。非金屬材料有高鋁質(8590A120；)、剛玉質(99Al2O3)，使用溫度都在1300以上。金屬陶瓷材料如氧化鎂加金屬鉬，這種材料使用溫度在1700，且在高溫下有很好的抗氧化能力，適用于鋼水溫度的連續(xù)測量。形狀一般為圓柱形。 (4)接線盒 是用來固定接線座和作為連接補償導線的裝置。根據(jù)被測量溫度的對象及現(xiàn)場環(huán)境條件，設計有普

21、通式、防濺式、防水式和接插座式等四種結構形式。普通式接線盒無蓋，僅由盒體構成，其接線座用螺釘固定在盒體上，適用于環(huán)境條件良好、無腐蝕性氣體的現(xiàn)場。防濺式、防水式接線盒有蓋。且蓋與盒體是由密封圈壓緊密封，適用于雨水能濺到的現(xiàn)場或露天設備現(xiàn)場。插座式接線盒結構簡單、安裝所占空間小，接線方便，適用于需要快速拆卸的環(huán)境。 (2)(2)絕緣管絕緣管 又稱絕緣子，是用于熱電極之間及熱電極與保護套管之間進行絕緣保護的零件。形狀一般為圓形或橢圓形，中間開有二個、四個或六個孔。偶絲穿孔而過。材料為粘土質、高鋁質、剛玉質等，材料選用視使用的熱電偶而定。在室溫下，絕緣管的絕緣電阻應在5以上。(3)(3)保護套管保護

22、套管 是用來保護熱電偶感溫元件免受被測介質化學腐蝕和機械損傷的裝置。保護套管應具有耐高溫、耐腐蝕的性能，要求導熱性能好，氣密性好。其材料有金屬、非金屬以及金屬陶瓷三大類。金屬材料有鋁、黃銅、碳鋼、不銹鋼等，其中l(wèi)Crl8Ni9Ti不銹鋼是目前熱電偶保護套管使用的典型材料。非金屬材料有高鋁質(8590A120；)、剛玉質(99Al2O3)，使用溫度都在1300以上。金屬陶瓷材料如氧化鎂加金屬鉬，這種材料使用溫度在1700，且在高溫下有很好的抗氧化能力，適用于鋼水溫度的連續(xù)測量。形狀一般為圓柱形。(4)(4)接線盒接線盒 是用來固定接線座和作為連接補償導線的裝置。根據(jù)被測量溫度的對象及現(xiàn)場環(huán)境條件

23、，設計有普通式、防濺式、防水式和接插座式等四種結構形式。普通式接線盒無蓋，僅由盒體構成，其接線座用螺釘固定在盒體上，適用于環(huán)境條件良好、無腐蝕性氣體的現(xiàn)場。防濺式、防水式接線盒有蓋。且蓋與盒體是由密封圈壓緊密封，適用于雨水能濺到的現(xiàn)場或露天設備現(xiàn)場。插座式接線盒結構簡單、安裝所占空間小，接線方便，適用于需要快速拆卸的環(huán)境。 v熱電極熱電極工作部分工作部分v絕緣子絕緣子防止電極與電極、套管防止電極與電極、套管短路短路v保護套管保護套管保護保護v接線盒接線盒熱電極絕緣子保護套管接線盒普通型熱電偶普通型熱電偶鎧鎧裝熱電偶的結構裝熱電偶的結構 鎧裝熱電偶是將熱電極、絕緣材料和保護套管一起拉制后加上而成

24、的堅實纜狀組合體。絕緣材料為氧化鎂，保護套管通常是不銹鋼管。根據(jù)被測介質的溫度高低、化學性質以及所需時間常數(shù)的大小，其測量端有五種結構形式，分別為 (1)露端型 熱電偶的測量端外露。適用于測量溫度不高、無腐蝕性的介質。特點是時間常數(shù)小，反應速度快。 (2)接殼型 熱電偶的測量端與金屬套管接觸并焊接在一起。適用于測量溫度高、壓力高、腐蝕性較強的介質。時間常數(shù)較露端型大，使用壽命較露端型長。 (3)絕緣型 熱電偶的測量端焊接后填以絕緣材料再與金屬套管焊接。適用范圍同接殼型，特點是偶絲與保護金屬套管不接觸，具有電氣絕緣性能。 (4)圓變截面型 金屬套管端頭部分的直徑為原直徑的一半，故時間常數(shù)更小。

25、(5)扁變截面型 分為接殼型和絕緣型兩種，其時間常數(shù)最小，反應速度更快。 鎧裝熱電偶冷端連接補償導線的接線盒的結構，根據(jù)不同的使用條件，有不同的式。如簡易式、帶補償導線式、插座式等，這里不作詳細介紹了，選用時可參考有關資料。由于鎧裝熱電偶具有壽命長、機械性能好、耐高壓、可撓性等許多優(yōu)點，因而深受歡迎。接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時用塑料包裹）（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護管保護管 普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋2.2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶結構：結構：熱電極，絕緣材料，保熱電極，絕緣材料，

26、保護套管護套管特點：特點：測量端熱容量小，動測量端熱容量小，動態(tài)響應快，機械強度高，撓態(tài)響應快，機械強度高，撓性好，耐高壓，耐振動，壽性好，耐高壓，耐振動，壽命長，適用各種工業(yè)測量。命長，適用各種工業(yè)測量。手柄式鎧裝熱電偶手柄式鎧裝熱電偶 圓接插式鎧裝熱電偶圓接插式鎧裝熱電偶 鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達上百米長達上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護套管保護套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析 哪幾種熱電偶哪幾種熱電偶的測溫上限較

27、高？的測溫上限較高？ 結論：結論： 哪幾種熱電哪幾種熱電偶的線性較差？偶的線性較差？ 哪一種熱電偶的哪一種熱電偶的靈敏度較高？靈敏度較高？ 哪一種熱電偶的哪一種熱電偶的靈敏度較低？靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？ 問題引出問題引出-熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響響-熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響化的影響 解決方法解決方法-把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方造成浪費造成浪費-選用一種具有和所

28、連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉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價金屬導線 功功 能能其一實現(xiàn)了冷端遷移；其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了成本。其二是降低了成本。補償導線補償導線2.3.4補償導線 不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同 連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的正負極一一對應偶的正負極一一對應 補償導線連接端的工作溫度不能超出（補償導線連接端的工作溫度不能超出（0100），否），否則會給測量帶來誤差。則會給測量帶來誤差。 使用補償導線注意問題使用補

29、償導線注意問題補償導線補償導線2.3.5熱電偶的冷端溫度補償為什么進行冷端溫度補償1、補償導線本身不能消除冷端溫度變化的影響，起不到所謂的補償作用。2、工業(yè)上常用的各種熱電偶的分度表，都是以0度為基準的。而實際應用的溫度往往高于0度，這時示值必然偏小，而且測量值也隨著冷端溫度變化的變化而變化。很明顯，測量結果就會產(chǎn)生誤差。 所以在應用熱電偶進行測溫時，只有將冷端保持為0或將冷端溫度恒定后再進行一定的修正，才能得出準確的測量結果，這樣就稱為熱電偶的冷端溫度補償。 工業(yè)上常用各種熱電偶的熱電勢工業(yè)上常用各種熱電偶的熱電勢-溫度的溫度的關系（分度表）是在冷端溫度為關系（分度表）是在冷端溫度為0的情況

30、下的情況下得到的得到的，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據(jù)這一關系進行刻度的。據(jù)這一關系進行刻度的。 問題引出問題引出 解決方法解決方法00恒溫法恒溫法 冷端溫度修正法冷端溫度修正法 儀表機械零點調整法儀表機械零點調整法 補償電橋法補償電橋法 1、0恒溫法恒溫法適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用2、冷端溫度修正法、冷端溫度修正法 設：冷端溫度恒為設：冷端溫度恒為t0（t00）被測溫度為）被測溫度為 t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt測量得出的熱電勢測量得出的熱電勢 冷端冷端 t t0

31、 0的熱電勢的熱電勢被測溫度被測溫度 t t 的熱電勢的熱電勢 適用于實驗室或臨時性測量。適用于實驗室或臨時性測量。例例 用用S S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t t0 0=20=20，測得熱電勢為測得熱電勢為7.32 7.32 mvmv，求被測對象的實際溫度，求被測對象的實際溫度t t 。例例 用用S S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t t0 0=20=20，測得熱電勢為測得熱電勢為7.32 7.32 mvmv，求被測對象的實際溫度，求被測對象的實際溫度t t 。解解由由分度表查得分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 E

32、 (20,0 ) = 0.113 mvmv 則則 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0) = E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.434 = 7.434 mvmv 再查分度表得其對應的被測溫度再查分度表得其對應的被測溫度t = 808t = 808 3、儀表機械零點調整法、儀表機械零點調整法 將顯示儀表的機械零點調至將顯示儀表的機械零點調至t t0 0處，相當處，相當于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸入了電勢入了電勢E(tE(t0 0,

33、0) , 0) 。 此種方法比較簡單，在工業(yè)上經(jīng)常使用。此種方法比較簡單，在工業(yè)上經(jīng)常使用。4、補償電橋法、補償電橋法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。根據(jù)各類熱電偶的型號選擇配套的補值。根據(jù)各類熱電偶的型號選擇配套的補償電橋償電橋 原理原理3.3.補償電橋法補償電橋法v利用電橋不平衡利用電橋不平衡原理，橋臂熱電原理，橋臂熱電阻隨溫度變化，阻隨溫度變化，產(chǎn)生補償電壓產(chǎn)生補償電壓V),(),(),(00TTETTETTENABABNAB),(),(0TTEVTTEABNAB),(0TTEV

34、NAB2.3.6常見故障分析故障現(xiàn)象 可能原因 處理方法 熱電勢比實際值?。@示儀表指示值偏低 熱電極短路 找出短路原因，如因潮濕所致，則需進行干燥；如因絕緣子損壞所致，則需更換絕緣子 熱電偶的接線柱處積灰，造成短路 清掃積灰 補償導線線間短路 找出短路點，加強絕緣或更換補償導線 熱電偶熱電極變質 在長度允許的發(fā)問下，剪去變質段重新焊接，或更換新熱電偶 補償導線與熱電偶極性接反 重新接正確 補償導線與熱電偶不配套 更換相配套的補償導線 熱電偶安裝位置不錄或插入深度不符合要求 重新按規(guī)定安裝 2.3.6常見故障分析故障現(xiàn)象 可能原因 處理方法 熱電勢比實際值大（顯示儀表指示值偏高）熱電偶與顯示儀

35、表不配套 更換熱電偶或顯示儀表使之相配套 補償導線與熱電偶不配套 更換補償導線使之相配套 有直流干擾信號進入 排除直流干擾 熱電勢輸出不穩(wěn)定 熱電偶接線柱與熱電極接觸不良 將接線柱螺絲擰緊 熱電偶測量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地 找出故障點，修復絕緣 熱電偶安裝不牢或外部震動 緊固熱電偶，消除震動或采取減震措施 熱電極將斷未斷 修復或更換熱電偶 2.3.6常見故障分析故障現(xiàn)象 可能原因 處理方法 熱電偶熱電勢誤差大 熱電極變質 更換熱電偶熱電偶安裝位置不當 改變安裝位置 保護管表面積灰 清除積灰 2.4熱電阻原理及常見故障分析v2.4.1熱電偶與熱電阻區(qū)別v2.4.2熱電阻測溫原理v2.4

36、.3熱電阻分類v2.4.4熱電阻的結構、型號及主要技術指標v2.4.5常見故障分析 2.4.1熱電偶與熱電阻區(qū)別 人們知道 ，在測量-6001300度溫度范圍內，熱電偶是比較理想的，但是對于中低溫的測量來說，有一定的局限性。因為：輸出電勢小，對配用的儀表精度要求高，對電路性能要求高，儀表維修困難。在低溫下，冷端溫度的變化引起的誤差大，不易得到補償。在工業(yè)上測量中、低溫時長用熱電阻，其測量范圍是-200850。熱電阻的優(yōu)點熱電阻的優(yōu)點：熱電阻測溫的優(yōu)點是信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠傳，與熱電偶相比無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，可以用作基準儀表。熱電阻主要缺點熱電阻主

37、要缺點：需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現(xiàn)象以及測量溫度不能太高。 2.4.2熱電阻測溫原理導體（或半導體）的電阻值是隨溫度的變化而變化的 Rt=R01+（t-t0) 或 R=R0t Rt 溫度為t時的電阻值 R0溫度為t0時的電阻值 電阻溫度系數(shù) t溫度的變化量 R電阻的變化量 大多數(shù)金屬在溫度升高1 C 時電阻將增加0.40.6。但半導體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高1 C ，電阻約減小26。所以我們只要測出電阻值的變化就可以測出溫度。 熱電阻溫度計就是利用上述原理來制作的，把溫度的變化轉換為電阻值的變化，通過測量橋路，轉換成電壓信號，然后送入顯示儀表或記錄被測溫

38、度。熱電阻對材料的要求熱電阻對材料的要求雖然導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質是熱電阻測溫的依據(jù)，但不是所有的導體或半導體都可以作為熱電阻測溫元件，必須滿足以下條件：1、電阻溫度系數(shù)大2、電阻率大。3、在整個測量范圍內物理和化學性質穩(wěn)定，復制性好。4、線性好。5、熱容量、熱慣性要小。6、易提純，同時價格盡可能便宜。2.4.3熱電阻分類按制造種類分，有金屬（鉑、銅）熱電阻以及半導體熱電阻；按用途來分，有工業(yè)用熱電阻、精密和標準熱電阻；按結構分有普通型、鎧裝熱電阻及薄膜熱電阻等。目前工業(yè)上最常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導體熱敏電阻。隨著低溫和超低溫技術的發(fā)展，銦、錳、碳等也開始被選做熱

39、電阻的材料。1、鉑熱電阻：鉑是一種貴金屬。它的特點是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強。 鉑在很寬的溫度范圍內約1200C以下都能保證上述特性。鉑很容易提純，復現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細的鉑絲(0.02mm或更細)或極薄的鉑箔。與其它材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認為是一種較好的熱電阻材料。缺點：鉑電阻的電阻溫度系數(shù)比較?。粌r格貴。在0C 以上，其電阻與溫度的關系接近于直線，其電阻溫度系數(shù)A為3.9103/C 。特性公式：Rt=R0(1+At+Bt2) 我國已采用IEC標準制作工業(yè)鉑電阻。按IEC標淮，使用溫度已擴大到-200850 C ，中國工程上常用的鉑電阻分度

40、號為Pt100（初始電阻100 ）和Pt50（初始電阻50 ）兩種。標準和實驗室用的為Pt10（初始電阻10 ）在550以上高溫（真空和還原氣氛將導致電阻值迅速漂移）只適合在氧化氣氛中使用。鉑電阻與溫度的關系：鉑電阻鉑電阻 普通型鉑熱電阻普通型鉑熱電阻薄膜型鉑熱電阻薄膜型鉑熱電阻小型鉑小型鉑熱電阻熱電阻防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻2、銅熱電阻 工業(yè)上除鉑熱電阻應用很廣外，銅熱電阻使用也很廣泛。其電阻值與溫度的關系幾乎是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價格比較便宜。所以在一般測量精度要求不高、溫度較低的場合，普遍地使用銅電阻。它可用來測量50150 C 的溫度，在這溫度范圍內，銅

41、電阻和溫度呈線性關系。特性公式：R t=R0(1+At+Bt2+Ct3) 若近似的計算 R t=R0(1+At) 也可以根據(jù)R100/R0=1.4280 R t=(R100-R0)*t/100+R0v缺點：銅電阻率比鉑小很多，所以制成一定電阻值的熱電阻時，與鉑相比，同樣的長度，就要很細，機械強度降低，若線徑長度相同，長度就增加很多倍，使體積增大。銅在100度以上容易氧化，抗腐蝕性能差，所以工作溫度不能超過150。v中國目前采用的同熱電阻的分度號為Cu50（初始電阻50 ），Cu100（初始電阻100 ）。銅熱銅熱電阻電阻.半導體熱敏電阻 對于在低溫段-50350左右的范圍、測溫要求不高的場合，

42、目前世界各國，特別是工業(yè)化國家，采用半導體熱敏元件作溫度傳感器。大量用于各種溫度測量、溫度補償及家電、汽車等要求不高的溫度控制。（1）熱敏電阻和熱電阻、熱電偶及其它接觸式感溫元件相比具有下列優(yōu)點：靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大12個數(shù)量級；由于靈敏度高，可大大降低后面調理電路的要求；標稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號、規(guī)格，因而不僅能很好地與各種電路匹配，而且遠距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；體積小(最小珠狀熱敏電阻直徑僅0.10.2 mm)，可用來測量“點溫” 熱慣性小，響應速度快，適用于快速變化的測量場合；結構簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動；采用玻璃、陶瓷等材料密封包裝后，可

43、應用于有腐蝕性氣氛等的惡劣環(huán)境； 資源豐富，制作簡單、可方便地制成各種形狀（如圖6-8所示），易于大批量生產(chǎn)，成本和價格十分低廉。（2）熱敏電阻的主要缺點： 阻值與溫度的關系非線性嚴重； 元件的一致性差，互換性差； 元件易老化，穩(wěn)定性較差； 除特殊高溫熱敏電阻外，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0150范圍，使用時必須注意。 其他熱電阻其他熱電阻 隨著科學技術的發(fā)展，除了上述大量使用的鉑、銅熱電阻之外，今年來，對于低溫和超低溫測量方面，開始采用一些較為新穎的熱電阻，如銦、錳、碳等。（1）銦電阻 高精度低溫熱電阻，在4.215K溫域內其靈敏度比鉑高10倍，所以可用于鉑電阻不能使用的低溫范圍。缺點是：材料很

44、軟，復制性很差。（2）錳電阻 在263K的溫度范圍內，電阻隨溫度變化很大，靈敏度高，磁場對錳電阻的影響不大，且有規(guī)律。缺點：錳很脆，難以拉制成絲。（3）碳電阻 適合做液核溫域的溫度計，因為其具有優(yōu)良的特性，低溫下靈敏度高，熱容量小，對磁場不敏感，價格便宜，操作簡便。缺點：熱穩(wěn)定性差。2.4.4熱熱電阻的結構、型號及主要技術指標電阻的結構、型號及主要技術指標一、結構一、結構、普通型熱電阻通常都由電阻體，絕緣子、保護管和接線盒四個部分組成。它的外形結構基本上與普通型熱電偶的外形結構基本相同，特別是保護管和接線盒是沒有辦法區(qū)分的。不同的地方：、感溫元件、接線柱工業(yè)熱電阻的基本結構如圖6-3所示。、熱

45、電阻絲對于鉑熱電阻，常用直徑為（.mm）.mm的純鉑絲單層。分粗、細兩種情況。對于銅熱電阻，常用直徑為.mm的漆包線或絲包銅線分層繞在塑料的圓柱形骨架上，并涂上絕緣漆。由于銅電阻測量的溫度低，故可以重疊多層繞制。所有熱電阻的繞制多用雙線繞制法，在末端把兩個頭部焊接起來。兩個原因：第一可以消除電感，所以又稱無感繞法；第二便于引線的引出。、骨架、骨架為保證熱電阻溫度計的測量精度，并使測溫元件做的體積小，并且不使金屬絲因電阻體骨架膨脹而產(chǎn)生內應力，對繞制熱電阻絲的骨架有如下要求：、體積膨脹系數(shù)小、耐高溫、有良好的絕緣性能、有足夠的機械強度、在工作溫度下，不會析出對敏感元件材料有害的成分、物理化學性能

46、穩(wěn)定目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成各種熱電阻感溫元件。云母骨架感溫元件的結構特點是：抗機械振動性能強，響應快。很久以來多用云母作骨架。但是，由于云母是天然物質，其質量不穩(wěn)定；即使是優(yōu)質云母，在600以上也要放出結晶水并產(chǎn)生變形。所以，使用溫度宜在500以下。云母骨架感溫元件，因其電阻絲并非完全固定，故受熱后引起電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，但其體積較大，不適宜在狹小場所進行測量，并且響應時間較長是其不足。 玻璃骨架感溫元件其特點是：體積小，響應快、抗振性強。因鉑絲已固定在玻璃骨架上，故在使用中不產(chǎn)生形變，因此，必須選取與電阻絲具有相同膨脹系數(shù)的玻璃作骨架。否則，

47、當溫度變化時引起膨脹或收縮，就會改變熱電阻的性能。其結構如圖6-3所示。感溫元件較通用的尺寸是外徑為14mm，長度為1040mm。這種玻璃骨架的軟化點約為450，最高安全使用溫度為400，而且，低溫到4K仍然可用。陶瓷骨架感溫元件的特點是：體積小、響應快、絕緣性能好。使用溫度上限可達960。陶瓷骨架的缺點是機械強度差，不易加工。骨架的形狀有平板形、圓柱形和螺旋形等幾種。采用哪種形狀一般根據(jù)熱電阻的材料、制造工藝、使用溫度和測量精度等各種因素來決定。一般說螺旋形骨架是作為標準或實驗室用的鉑電阻體的骨架，平行板多用于鉑電阻體的骨架，圓柱形骨架多用于銅電阻的骨架。、引線、引線從電阻體通向接線盒的導線

48、稱為引線。引線的直徑比電阻絲大幾倍。盡量減小引線間的電阻，增加引線的機械強度和連接的可靠性。內引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。內引線通常位于保護管內。因保護管內溫度梯度大，作為內引線要選用純度高、不產(chǎn)生熱電動勢的材料。對于工業(yè)鉑熱電阻而言，中低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既可降低成本，又能提高感溫元件的引線強度。對于銅和鎳熱電阻的內引線，一般都用銅、鎳絲。為了減少引線電阻的影響，內引線直徑通常比熱電阻絲的直徑大很多。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖所示兩線制兩線制在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導線(見圖6-4a)的引線形式為兩線制。這種兩線制熱電阻配線簡單，安裝費用低，但要帶進引線電阻的附加誤差。因此，不適用于A級。并且在使用時引線及導線都不宜過長。采用兩線制的測溫電橋如接線示意圖（a，b)為等效原理圖。從圖中可以看出熱電阻兩引線電阻 和熱電阻t一起構成電橋測量臂，這樣當引線電阻隨沿線環(huán)境溫度改變引起的阻值變化量和熱電阻隨被測溫度變化的增量值t一起成為有效信號轉換成測量信號電壓，從而影響溫度測