熱工測(cè)量及自動(dòng)調(diào)節(jié)3第三章溫度測(cè)量ppt課件

1、第三章第三章 溫度丈量溫度丈量 第一節(jié)第一節(jié) 溫度丈量概述溫度丈量概述一、溫度與溫標(biāo)一、溫度與溫標(biāo)一溫度一溫度溫度是表征物體冷熱程度的物理量溫度是表征物體冷熱程度的物理量溫度是描畫系統(tǒng)不同自在度能量分布溫度是描畫系統(tǒng)不同自在度能量分布情況的物理量情況的物理量溫度是描畫熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物溫度是描畫熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量理量u溫度的宏觀概念是建立在熱平衡根底上的。溫度的宏觀概念是建立在熱平衡根底上的。恣意兩個(gè)冷熱程度不同的物體相互接觸，恣意兩個(gè)冷熱程度不同的物體相互接觸，它們之間必然會(huì)發(fā)生熱交換景象，熱量要它們之間必然會(huì)發(fā)生熱交換景象，熱量要從溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到從溫度高的物

2、體傳向溫度低的物體，直到兩物體之間的溫度完全一致時(shí)，這種熱傳兩物體之間的溫度完全一致時(shí)，這種熱傳送景象才干停頓。這也就是熱力學(xué)第零定送景象才干停頓。這也就是熱力學(xué)第零定律所描畫的，系統(tǒng)溫度相等是建立熱平衡律所描畫的，系統(tǒng)溫度相等是建立熱平衡的充要條件。的充要條件。u溫度的微觀概念闡明：物體溫度的高低標(biāo)志溫度的微觀概念闡明：物體溫度的高低標(biāo)志著組成物體的大量分子無規(guī)那么運(yùn)動(dòng)的猛烈著組成物體的大量分子無規(guī)那么運(yùn)動(dòng)的猛烈程度，即對(duì)其分子平均動(dòng)能大小的一種量度。程度，即對(duì)其分子平均動(dòng)能大小的一種量度。顯然物體的物理化學(xué)特性與溫度親密相關(guān)。顯然物體的物理化學(xué)特性與溫度親密相關(guān)。 u溫度的丈量溫度的丈量u

3、 當(dāng)兩個(gè)物體同處于一個(gè)系統(tǒng)中而到達(dá)熱當(dāng)兩個(gè)物體同處于一個(gè)系統(tǒng)中而到達(dá)熱平衡時(shí)，那么它們就具有一樣的溫度。因此可平衡時(shí)，那么它們就具有一樣的溫度。因此可以從一個(gè)物體的溫度得知另一個(gè)物體的溫度，以從一個(gè)物體的溫度得知另一個(gè)物體的溫度，這就是測(cè)溫的根據(jù)。假設(shè)事先曾經(jīng)知道一個(gè)物這就是測(cè)溫的根據(jù)。假設(shè)事先曾經(jīng)知道一個(gè)物體的某些性質(zhì)或形狀隨溫度變化確實(shí)定關(guān)系，體的某些性質(zhì)或形狀隨溫度變化確實(shí)定關(guān)系，就可以以溫度來量度其性質(zhì)或形狀的變化情況，就可以以溫度來量度其性質(zhì)或形狀的變化情況，這就是設(shè)計(jì)與制造溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理根底。這就是設(shè)計(jì)與制造溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理根底。 雖然有不少物體的某些性質(zhì)或形狀如電阻、體積、電勢(shì)

4、等會(huì)隨溫度的變化而變化，但并不是一切的物質(zhì)都可制形成溫度計(jì)。選作溫度計(jì)的物質(zhì)，其性質(zhì)必需滿足以下條件：物質(zhì)的某一屬性G僅與溫度T有關(guān)，即G = G(T)，且必需是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易丈量的，且輸出信號(hào)較強(qiáng)，以保證儀表的靈敏度和丈量準(zhǔn)確度。應(yīng)有較寬的丈量范圍。有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。 三溫標(biāo)三溫標(biāo) 溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)和丈量溫度的根本單位。各種溫度計(jì)的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。 1閱歷溫標(biāo) 它是借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或閱歷公式所確定的溫標(biāo)。u攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)u 攝氏溫標(biāo)規(guī)定規(guī)范大氣壓下純水?dāng)z氏溫標(biāo)規(guī)定規(guī)范大氣壓下純水

5、的冰融點(diǎn)為的冰融點(diǎn)為0 0度，水沸點(diǎn)為度，水沸點(diǎn)為100100度，中間度，中間等分為等分為100100格，每格為攝氏格，每格為攝氏1 1度，符號(hào)為度，符號(hào)為。u 華氏溫標(biāo)u 華氏溫標(biāo)規(guī)定規(guī)范大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為32度，水沸點(diǎn)為212度，中間等分180格，每格為華氏1度，符號(hào)為 。u 它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為：u u5CF329u類似的閱歷溫標(biāo)還有蘭氏、列氏等類似的閱歷溫標(biāo)還有蘭氏、列氏等u閱歷溫標(biāo)的缺陷在于它的局限性和隨意閱歷溫標(biāo)的缺陷在于它的局限性和隨意性性 2熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)K或絕對(duì)溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停頓時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。它建于熱力學(xué)根底，表達(dá)出溫度僅與熱量有關(guān)而與測(cè)溫

6、物質(zhì)的任何物理性質(zhì)無關(guān)的理想溫標(biāo)，已由國際權(quán)度大會(huì)采用作為國際一致的根本溫標(biāo)。 熱力學(xué)中卡諾定理指出：一個(gè)理想的卡諾機(jī)，當(dāng)它任務(wù)于溫度為T2的熱源與溫度為T1的冷源之間，它從熱源中吸收的熱量Q2與向冷源中放出的熱量Q1，應(yīng)遵照以下關(guān)系： 這就是建立熱力學(xué)溫標(biāo)的物理根底。假設(shè)指定了一個(gè)定點(diǎn)溫度數(shù)值，就可以經(jīng)過熱量比求得未知溫度值。 1122TQTQ 熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定水在規(guī)范大氣壓下的三相點(diǎn)為273.16K，沸點(diǎn)與三相點(diǎn)之間分為100等分，每等分1K，將水的三相點(diǎn)以下273.16K定為絕對(duì)零度0K。 3國際溫標(biāo)為了運(yùn)用方便，國際上經(jīng)協(xié)商，決議建立一種既運(yùn)用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)程度的溫標(biāo)，這就是國

7、際溫標(biāo)的由來。具備的條件：盡能夠接近熱力學(xué)溫標(biāo)復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的一致用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的規(guī)范溫度計(jì)，運(yùn)用方便，性能穩(wěn)定 國際適用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，簡(jiǎn)國際適用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，簡(jiǎn)稱稱IPTS-68，它是由，它是由1968年國際權(quán)度會(huì)議經(jīng)過年國際權(quán)度會(huì)議經(jīng)過的。這個(gè)溫標(biāo)經(jīng)過的。這個(gè)溫標(biāo)經(jīng)過20多年運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了一些問多年運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了一些問題，已無法滿足現(xiàn)代科學(xué)開展對(duì)溫度丈量的要求。題，已無法滿足現(xiàn)代科學(xué)開展對(duì)溫度丈量的要求。國際計(jì)量委員會(huì)決議用國際計(jì)量委員會(huì)決議用1990年國際溫標(biāo)年國際溫標(biāo)ITS-90替代替代IPTS-68。 在在1990

8、年國際溫標(biāo)中指出，熱力學(xué)溫標(biāo)是根年國際溫標(biāo)中指出，熱力學(xué)溫標(biāo)是根本物理量。單位開爾文，符號(hào)為本物理量。單位開爾文，符號(hào)為K。它規(guī)定水的。它規(guī)定水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K，定義開爾文一，定義開爾文一度等于水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的度等于水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在ITS-90中同時(shí)運(yùn)用國際開爾文溫度符號(hào)為T90和國際攝氏溫度符號(hào)為t90，其關(guān)系為t90 = T90 273.15 T90單位為開爾文K，t90單位為攝氏度。這里所說的攝氏度符合國際適用溫標(biāo)ITS-90的規(guī)定。 ITS-90的一些規(guī)定如下：由0.65K到4He臨界點(diǎn)5.2K溫度范圍為一溫度段，在此溫

9、度段內(nèi)用3He和4He周期壓力與溫度的關(guān)系來確定溫度。由4He沸點(diǎn)4.2K到氖三相點(diǎn)24.6K溫度范圍內(nèi)，T90確實(shí)定采用在三個(gè)規(guī)定溫度點(diǎn)分度過的3He或4He氣體溫度計(jì)內(nèi)插。這三個(gè)點(diǎn)分別是 氖 三 相 點(diǎn) 2 4 . 6 K 、 平 衡 氫 三 相 點(diǎn)13.8K和4He正常沸點(diǎn)4.2K。u由 平 衡 氫 三 相 點(diǎn) 由 平 衡 氫 三 相 點(diǎn) 1 3 . 8 K 到 銀 凝 固 點(diǎn) 到 銀 凝 固 點(diǎn)962，這個(gè)溫度段內(nèi)，規(guī)范儀器運(yùn)用鉑，這個(gè)溫度段內(nèi)，規(guī)范儀器運(yùn)用鉑電阻溫度計(jì)。電阻溫度計(jì)。u銀凝固點(diǎn)銀凝固點(diǎn)962以上溫度區(qū)間采用普朗克以上溫度區(qū)間采用普朗克定律外推。定律外推。二、溫度規(guī)范的傳

10、送二、溫度規(guī)范的傳送 與國際適用溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器均由國家指定機(jī)構(gòu)我國由中國計(jì)量科學(xué)研討所保管，并經(jīng)過下級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)如省、市級(jí)的技術(shù)監(jiān)視局進(jìn)展傳送，通常采用較高級(jí)對(duì)較低級(jí)進(jìn)展校驗(yàn)。 三、溫度丈量方法及丈量?jī)x表的分類三、溫度丈量方法及丈量?jī)x表的分類u溫度不能直接丈量，而是借助于物質(zhì)的某些物溫度不能直接丈量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，經(jīng)過對(duì)某些物理特性變理特性是溫度的函數(shù)，經(jīng)過對(duì)某些物理特性變化量的丈量間接地獲得溫度值?；康恼闪块g接地獲得溫度值。u根據(jù)溫度丈量?jī)x表地運(yùn)用方式，通?？煞诸悶楦鶕?jù)溫度丈量?jī)x表地運(yùn)用方式，通?？煞诸悶榻佑|法與非接觸法兩大類。接觸法與非接觸法兩大類。u 1.

11、 接觸法接觸法當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間到當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)熱平衡后，那么它們的溫度必然相等。達(dá)熱平衡后，那么它們的溫度必然相等。假設(shè)其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)假設(shè)其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度丈量，這種測(cè)溫方另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度丈量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法。式稱為接觸法。特點(diǎn)：溫度計(jì)要與被測(cè)物體有良好地?zé)峤犹攸c(diǎn)：溫度計(jì)要與被測(cè)物體有良好地?zé)峤佑|，使兩者到達(dá)熱平衡。觸，使兩者到達(dá)熱平衡。2.非接觸法非接觸法利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度，這種測(cè)溫方式稱為非接觸定物體溫度，這種測(cè)溫方式稱為非接觸法

12、。法。特點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，也不改動(dòng)被測(cè)特點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，也不改動(dòng)被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小。物體的溫度分布，熱慣性小。通常用來測(cè)定通常用來測(cè)定1000以上的挪動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或以上的挪動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反響迅速的高溫物體的溫度。反響迅速的高溫物體的溫度。u按任務(wù)原理來劃分，也根據(jù)溫度范圍按任務(wù)原理來劃分，也根據(jù)溫度范圍高溫、中溫、低溫等或儀表精度高溫、中溫、低溫等或儀表精度基準(zhǔn)、規(guī)范等來劃分?；鶞?zhǔn)、規(guī)范等來劃分。3.丈量?jī)x表的分類丈量?jī)x表的分類接觸式測(cè)溫法是使感溫元件直接與被測(cè)物接觸式測(cè)溫法是使感溫元件直接與被測(cè)物體或直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，感受被測(cè)物體或直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，感受被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)的溫

13、度變化。體或被測(cè)介質(zhì)的溫度變化。膨脹式、壓力式、熱電阻與熱電偶溫度計(jì)膨脹式、壓力式、熱電阻與熱電偶溫度計(jì)u非接觸式測(cè)溫儀表是采用感溫元件與被測(cè)非接觸式測(cè)溫儀表是采用感溫元件與被測(cè)物體不直接接觸的方法來丈量溫度。物體不直接接觸的方法來丈量溫度。u在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測(cè)溫法非常困在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測(cè)溫法非常困難，可采用非接觸式測(cè)溫法，利用物體的難，可采用非接觸式測(cè)溫法，利用物體的熱輻射特性對(duì)物體的溫度進(jìn)展非接觸式丈熱輻射特性對(duì)物體的溫度進(jìn)展非接觸式丈量。量。u光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)第二節(jié) 膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹膨脹式溫度

14、計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計(jì)，主要有液體膨脹的原理制成的溫度計(jì)，主要有液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)三種。溫度計(jì)三種。一、液體膨脹式溫度計(jì)一、液體膨脹式溫度計(jì)1. 測(cè)溫原理測(cè)溫原理2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)3. 分類分類4. 測(cè)溫誤差分析測(cè)溫誤差分析二、固體膨脹式溫度計(jì)二、固體膨脹式溫度計(jì) 它是利用兩種線膨脹系數(shù)不同的資料制成，有桿式和雙金屬片式兩種。三、壓力式溫度計(jì)三、壓力式溫度計(jì)u它是利用密閉容積內(nèi)任務(wù)介質(zhì)隨溫度它是利用密閉容積內(nèi)任務(wù)介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，經(jīng)過對(duì)任務(wù)升高而壓力升高的性質(zhì)，經(jīng)過對(duì)任務(wù)介質(zhì)的壓力丈量來判別溫度值

15、的一種介質(zhì)的壓力丈量來判別溫度值的一種機(jī)械式儀表。機(jī)械式儀表。u任務(wù)介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣任務(wù)介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣u簡(jiǎn)單可靠、抗振性能好，具有良好的簡(jiǎn)單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性防爆性u(píng)動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能丈量迅速變化的溫度丈量迅速變化的溫度第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) u熱電偶是目前世界上科研和消費(fèi)中運(yùn)用熱電偶是目前世界上科研和消費(fèi)中運(yùn)用最普遍、最廣泛的溫度丈量元件。最普遍、最廣泛的溫度丈量元件。u它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)mVmV信號(hào)，信號(hào)，配以丈量毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)配以丈量毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)

16、溫度的丈量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。溫度的丈量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。u具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、丈量范圍寬、具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、丈量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、呼應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。小、呼應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。u它既可以用于流體溫度丈量，也可以用它既可以用于流體溫度丈量，也可以用于固體溫度丈量。既可以丈量靜態(tài)溫度，于固體溫度丈量。既可以丈量靜態(tài)溫度，也能丈量動(dòng)態(tài)溫度。也能丈量動(dòng)態(tài)溫度。u并且直接輸出直流電壓信號(hào)，便于丈量、并且直接輸出直流電壓信號(hào)，便于丈量、信號(hào)傳輸、自動(dòng)記錄和控制等。信號(hào)傳輸、自動(dòng)記錄和控制等。鎧裝熱電偶圖型鎧裝熱電偶圖型 WRTK2-

17、434/8*1000mm 鎧裝固定卡套法蘭熱電偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 鎧裝防爆熱電偶 WRNK-332/4*1000mm Gh2520 鎧裝可動(dòng)卡套螺紋熱電偶一、熱電偶的測(cè)溫原理一、熱電偶的測(cè)溫原理 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成閉合回路，如以下圖所示。當(dāng)A和B相接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，那么在回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，這種景象叫做熱電效應(yīng)。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)，通常稱為熱電勢(shì)，用符號(hào)EABT，T0表示。BATT0參考端冷端任務(wù)端熱端 圖中的閉合回路稱為熱電偶，導(dǎo)體A和B稱為熱電偶的熱電極。熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)中，置于被測(cè)介質(zhì)溫度為T中的接點(diǎn)稱為任務(wù)端或熱端，溫

18、度為參考溫度T0的一端稱為參考端或冷端。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)。 1接觸電勢(shì)接觸電勢(shì) 接觸電勢(shì)用接觸電勢(shì)用EAB(T)表示，其數(shù)值可用下式表示，其數(shù)值可用下式表示表示 式中式中 e 單位電荷，單位電荷，4.802X10-10靜電單位；靜電單位； K波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K； NA(T)、NB(T)資料資料A、B在溫度為在溫度為T時(shí)的自在電子密度；時(shí)的自在電子密度； TA、B接觸點(diǎn)的溫度，接觸點(diǎn)的溫度，K。AABBN (T)KTE(T)lneN (T)u從實(shí)際上可以證明該接觸電勢(shì)的大小和從實(shí)際上可以證明該接觸電勢(shì)的大小和方向主要取決于兩

19、種資料的性質(zhì)電子方向主要取決于兩種資料的性質(zhì)電子密度和接觸面溫度的高低。密度和接觸面溫度的高低。u溫度越高，接觸電勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電溫度越高，接觸電勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢(shì)也越大。子密度比值越大，接觸電勢(shì)也越大。2 2溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) 溫差電勢(shì)可表示為溫差電勢(shì)可表示為 式中符號(hào)同前式。式中符號(hào)同前式。0TA0ATAK1E (T,T )d(NT)eN3熱電偶閉合回路的總熱電勢(shì)熱電偶閉合回路的總熱電勢(shì) 對(duì)于由對(duì)于由A和和B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶兩種導(dǎo)體組成的熱電偶閉合回路，設(shè)兩端溫度接點(diǎn)溫度分別為閉合回路，設(shè)兩端溫度接點(diǎn)溫度分別為T和和T0，且，且TT0，NANB；那么回路中；那么

20、回路中存在兩個(gè)接觸電勢(shì)存在兩個(gè)接觸電勢(shì)EAB(T)和和EAB(T0)，兩個(gè)溫差電勢(shì)兩個(gè)溫差電勢(shì)EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因。因此回路的總熱電勢(shì)為此回路的總熱電勢(shì)為AB0ABAB0B0A0E (T,T )E (T) E (T ) E (T,T ) E (T,T ) 進(jìn)展推導(dǎo)整理后，可得 對(duì)于確定的資料A和B，NA和NB與T的關(guān)系知，那么上式可簡(jiǎn)寫成下面的方式EAB(T,T0)= f(T) f(T0) 假設(shè)冷端溫度T0堅(jiān)持恒定，這個(gè)熱電勢(shì)就是熱端溫度T的單值函數(shù)，即 EAB(T,T0)= f(T) C 0TAAB0TBN (T)KE(T,T )lndTeN (T)兩個(gè)兩個(gè)熱電極熱電極熱

21、電熱電偶接偶接點(diǎn)點(diǎn)從以上式子可以得到如下結(jié)論：從以上式子可以得到如下結(jié)論：u熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的資熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的資料和資料兩端銜接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電料和資料兩端銜接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長(zhǎng)度及沿程溫度分布無關(guān)。偶絲的直徑、長(zhǎng)度及沿程溫度分布無關(guān)。u只需用兩種不同性質(zhì)的資料才干組成熱電偶，只需用兩種不同性質(zhì)的資料才干組成熱電偶，一樣資料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。一樣資料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。u熱電偶的兩個(gè)熱電極資料確定之后，熱電勢(shì)的熱電偶的兩個(gè)熱電極資料確定之后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。假設(shè)大小只與熱電偶

22、兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。假設(shè)T0知且恒定，那么知且恒定，那么fT0為常數(shù)，回路總熱電勢(shì)為常數(shù)，回路總熱電勢(shì)EABT，T0只是溫度只是溫度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。 u工程上所運(yùn)用的各種類型的熱電偶均把工程上所運(yùn)用的各種類型的熱電偶均把E(t)和和t的關(guān)系制成易于查找的表格方式，的關(guān)系制成易于查找的表格方式，這種表格稱為熱電偶的分度表。這種表格稱為熱電偶的分度表。二、熱電偶的根本定律二、熱電偶的根本定律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)體組成的閉合回路中，不論由一種均質(zhì)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)度方向上各處的溫其截面和長(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)

23、生熱電勢(shì)。反之，假設(shè)度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。反之，假設(shè)回路中有熱電勢(shì)存在那么資料必為非均質(zhì)的?；芈分杏袩犭妱?shì)存在那么資料必為非均質(zhì)的。 u這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種資料必需各這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種資料必需各自都是均質(zhì)的，否那么會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)自都是均質(zhì)的，否那么會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì)，從度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì)，從而因熱電偶資料不均勻性引入誤差。而因熱電偶資料不均勻性引入誤差。2中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只需第在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只需第三種導(dǎo)體兩端溫度一樣，該導(dǎo)體的引入對(duì)熱電三種導(dǎo)體兩端溫度一樣，該導(dǎo)體的引入對(duì)

24、熱電偶回路的總電勢(shì)沒有影響。偶回路的總電勢(shì)沒有影響。 同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只需保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度一樣，那么需保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度一樣，那么對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒有影響。對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒有影響。 u該定律闡明熱電偶回路中可接入各種儀表該定律闡明熱電偶回路中可接入各種儀表或銜接導(dǎo)線。只需儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的或銜接導(dǎo)線。只需儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢(shì)將不受環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢(shì)將不受接入儀表或?qū)Ь€的影響。接入儀表或?qū)Ь€的影響。u該定律還闡明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接該定律還闡明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接而成

25、，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以銜而成，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以銜接。接。3中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度分別為熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度分別為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)，等于接點(diǎn)溫度為時(shí)的熱電勢(shì)，等于接點(diǎn)溫度為T、TN和和TN、T0的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢(shì)的代的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢(shì)的代數(shù)和。數(shù)和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)u該定律闡明當(dāng)熱電偶參比端溫度該定律闡明當(dāng)熱電偶參比端溫度t00時(shí)，只需能測(cè)得熱電勢(shì)時(shí)，只需能測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)，且，且t0知，知，仍可以采用熱電偶分度表求得被測(cè)溫度仍可以采用熱電偶分度表求得被測(cè)溫度t值。值。4.

26、4.銜接導(dǎo)體定律銜接導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中，假設(shè)熱電偶的電極資在熱電偶回路中，假設(shè)熱電偶的電極資料料A和和B分別與銜接導(dǎo)體分別與銜接導(dǎo)體A和和B相銜接，各相銜接，各有關(guān)接點(diǎn)溫度為有關(guān)接點(diǎn)溫度為t，tn和和t0，那么回路的總，那么回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶兩端處于熱電勢(shì)等于熱電偶兩端處于t和和tn溫度條件溫度條件下的熱電勢(shì)下的熱電勢(shì)EAB(t,tn)與銜接導(dǎo)線與銜接導(dǎo)線A和和B兩兩端處于端處于tn和和t0溫度條件下的熱電勢(shì)溫度條件下的熱電勢(shì)EAB(tn,t0)的代數(shù)和。的代數(shù)和。EABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0)u中間溫度定律和銜接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱中間溫度

27、定律和銜接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線的實(shí)際根據(jù)。電偶測(cè)溫中運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線的實(shí)際根據(jù)。1.熱電偶熱電偶分度號(hào)分度號(hào)測(cè)量端溫度測(cè)量端溫度()參考端溫度參考端溫度()熱電勢(shì)熱電勢(shì)(mV)S13000B14008.914K3034.111T-145-5.324E80535J5651513.155158502059.30430.3062.2.用熱電偶丈量金屬壁面溫度有兩種方案，如以用熱電偶丈量金屬壁面溫度有兩種方案，如以下圖所示，當(dāng)熱電偶具有一樣的參考端溫度下圖所示，當(dāng)熱電偶具有一樣的參考端溫度t0t0時(shí)，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值時(shí)，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值能否一樣？為

28、什么？能否一樣？為什么？3.用兩支分度號(hào)為用兩支分度號(hào)為K的熱電的熱電偶丈量偶丈量A區(qū)和區(qū)和B區(qū)的溫差，區(qū)的溫差，銜接回路如右圖所示。銜接回路如右圖所示。當(dāng)熱電偶參考端溫度當(dāng)熱電偶參考端溫度t0為為0時(shí)，儀表指示時(shí)，儀表指示200。問在參考端溫度。問在參考端溫度上升上升25時(shí)，儀表的指時(shí)，儀表的指示值為多少？為什么？示值為多少？為什么？三、常用熱電偶的資料、構(gòu)造和分類三、常用熱電偶的資料、構(gòu)造和分類 1 1熱電偶的資料熱電偶的資料 雖然恣意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體資料都可雖然恣意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體資料都可以配對(duì)制成熱電偶，但是作為適用的測(cè)溫以配對(duì)制成熱電偶，但是作為適用的測(cè)溫元件，對(duì)它的要求卻是多方面的

29、。元件，對(duì)它的要求卻是多方面的。 1 1兩種資料所組成的熱電偶應(yīng)兩種資料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢(shì)和溫度之間盡能夠呈線性的且要求熱電勢(shì)和溫度之間盡能夠呈線性的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)關(guān)系。 2能運(yùn)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗復(fù)原、抗腐蝕等性能。 3要求熱電偶資料有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。 4具有較好的工藝性能，便于成批消費(fèi)。具有稱心的復(fù)現(xiàn)性，便于采用一致的分度表。 2. 熱電偶構(gòu)造熱電偶構(gòu)造1熱電極熱電極2絕緣套管絕緣套管3維護(hù)套管維護(hù)套管4接線盒接線盒2. 規(guī)范化熱電

30、偶規(guī)范化熱電偶1廉金屬熱電偶廉金屬熱電偶 1T型銅康銅熱電偶型銅康銅熱電偶 2K型鎳鉻鎳鋁或鎳硅熱電偶型鎳鉻鎳鋁或鎳硅熱電偶 3E型鎳鉻康銅熱電偶型鎳鉻康銅熱電偶 4J型鐵康銅熱電偶型鐵康銅熱電偶2貴金屬熱電偶貴金屬熱電偶 1S型鉑銠型鉑銠10鉑熱電偶鉑熱電偶 2R型鉑銠型鉑銠13鉑熱電偶鉑熱電偶 3B型鉑銠型鉑銠30鉑銠鉑銠6熱電偶熱電偶3.非規(guī)范化熱電偶非規(guī)范化熱電偶 1鎢錸系熱電偶鎢錸系熱電偶 2鎢銥系熱電偶鎢銥系熱電偶 3其他非規(guī)范化熱電偶其他非規(guī)范化熱電偶四、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)四、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng) 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、丈量?jī)x表及相應(yīng)的電路構(gòu)成的。一熱電偶參考端的溫度處置一熱

31、電偶參考端的溫度處置1. 1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性一樣的一對(duì)帶有絕緣層的廉的熱電特性一樣的一對(duì)帶有絕緣層的廉價(jià)金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。價(jià)金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線回路總熱電勢(shì)為回路總熱電勢(shì)為E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)u常用補(bǔ)償導(dǎo)線的構(gòu)造分為普通型和帶屏常用補(bǔ)償導(dǎo)線的構(gòu)造分為普通型和帶屏蔽層型兩種蔽層型兩種u按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線u按運(yùn)用溫度可分為普

32、通用按運(yùn)用溫度可分為普通用0100和耐熱用和耐熱用02002. 計(jì)算修正法計(jì)算修正法 當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到某一溫度某一溫度T0處通常是環(huán)境溫度，然處通常是環(huán)境溫度，然后再對(duì)冷端溫度進(jìn)展修正。后再對(duì)冷端溫度進(jìn)展修正。3. 冷端恒溫法冷端恒溫法1把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端一把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端一直為直為0，但運(yùn)用起來不大方便。，但運(yùn)用起來不大方便。2把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)溫器內(nèi)4.補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出的電串聯(lián)一

33、個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度動(dòng)搖引入的誤差。修正熱電偶冷端溫度動(dòng)搖引入的誤差。二熱電偶的檢定和誤差分析二熱電偶的檢定和誤差分析1. 1. 熱電偶的檢定熱電偶的檢定為了保證熱電偶的丈量精度，必需定期進(jìn)為了保證熱電偶的丈量精度，必需定期進(jìn)展檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比展檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點(diǎn)法。較法和定點(diǎn)法。用被校熱電偶和規(guī)范熱電偶同時(shí)丈量同一用被校熱電偶和規(guī)范熱電偶同時(shí)丈量同一對(duì)象的溫度，然后比較兩者示值，以確對(duì)象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的根本誤差等質(zhì)量目的，這定被檢電偶

34、的根本誤差等質(zhì)量目的，這種方法稱為比較法。種方法稱為比較法。2. 熱電偶測(cè)溫誤差分析熱電偶測(cè)溫誤差分析1分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超越允許誤差。其值不得超越允許誤差。2冷端溫度引起的誤差冷端溫度引起的誤差3補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全一樣所呵斥的一樣所呵斥的4熱交換所引起的誤差熱交換所引起的誤差5丈量線路和顯示儀表的誤差丈量線路和顯示儀表的誤差6其他誤差其他誤差三熱電偶的運(yùn)用與安裝三熱電偶的運(yùn)用與安裝1. 運(yùn)用本卷須知運(yùn)用本卷須知2. 安裝原那么安裝原那么第三節(jié)

35、第三節(jié) 電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì) WZP2-240/A級(jí)3線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻 WZC-111/12*1000mm Cu50銅熱電阻 WZPK2-103/B級(jí)6*515mm(0-300)鉑熱電阻 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與丈量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。 缺陷：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，銜接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生丈量誤差。一、熱電阻的特性一、熱電阻的特性u(píng)熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體資料制成的感溫?zé)犭娮枋怯媒饘賹?dǎo)體或半導(dǎo)體資料制成的感溫元件。元件。u鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電

36、工委員會(huì)引薦的，鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會(huì)引薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻。也是我國國標(biāo)化的熱電阻。 電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1 時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/。0000()ttttRRRRttRt 大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而添加，當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值約添加0.4%0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度t的關(guān)系可表示為Rt = R01 + At + Bt2 + Ct3 式中 Rt 溫度為t時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為0時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬資料有關(guān)的常數(shù)。 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減 小 ， 當(dāng) 溫 度 升 高 1 時(shí)

37、， 其 阻 值 約 減 小3%6%，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度TK的關(guān)系可表示為RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，RT0 熱力學(xué)溫度T0K時(shí)的電阻值； B 與半導(dǎo)體資料有關(guān)的常數(shù)。 雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是一切的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測(cè)溫的熱電阻或熱敏電阻應(yīng)滿足以下要求： 1電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度； 2在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定； 3 3復(fù)現(xiàn)性要好；復(fù)現(xiàn)性要好；4 4電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的

38、呼保證熱容量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的呼應(yīng)比較快；應(yīng)比較快；5 5電阻溫度特性盡能夠接近線性，以便于分電阻溫度特性盡能夠接近線性，以便于分度和讀數(shù)；度和讀數(shù)； 6 6價(jià)錢相對(duì)低廉。價(jià)錢相對(duì)低廉。 目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)：1在中低溫范圍內(nèi)其準(zhǔn)確度高于熱電偶溫度計(jì)；2靈敏度高，當(dāng)溫度升高1時(shí)，大多數(shù)熱電阻的阻值添加0.4%0.6%，半導(dǎo)體資料的阻值降低3%6%； 3熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此不宜丈量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。 熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系特性有三種表示方法： 作圖法 函數(shù)表示法 列表法二、常用熱電阻元件

39、二、常用熱電阻元件 1鉑熱電阻特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻資料相比，有較高的電阻率。缺陷：電阻溫度系數(shù)較小，在復(fù)原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)錢較貴。 u在在200 0范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為關(guān)系為uRt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 u在在0 650范圍內(nèi)，其關(guān)系為范圍內(nèi)，其關(guān)系為uRt = R0 ( 1 + At + Bt2 )u 式中，式中，A、B、C 分度常數(shù)。分度常數(shù)。u鉑的

40、純度用百度電阻比鉑的純度用百度電阻比W100表示，即表示，即uW100= R100 / R0u式中，式中，R100 100時(shí)鉑電阻值；時(shí)鉑電阻值；u R0 0時(shí)鉑電阻值。時(shí)鉑電阻值。uW100越高，那么其純度越高。越高，那么其純度越高。 2銅熱電阻特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且資料易提純，價(jià)錢比較廉價(jià)，但它的電阻率低，易于氧化。在50 150范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為Rt = R0 ( 1 + t )式中， 銅的電阻溫度系數(shù)。 某銅電阻在某銅電阻在20時(shí)的阻值時(shí)的阻值R2016.28，4.2510-3-1，求該熱電，求該熱電阻在阻在100時(shí)的阻值。時(shí)的阻值。3. 鎳熱電阻鎳熱電