[物理]2 溫度檢測儀表ppt課件

1、第第2 2章章 溫度檢測儀表溫度檢測儀表2.1 2.1 溫標(biāo)及測溫方法溫標(biāo)及測溫方法 溫度是表示物溫度是表示物體冷熱程度的物理體冷熱程度的物理量。量。 溫度標(biāo)志著物溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)那么運動的猛烈規(guī)那么運動的猛烈程度。溫度越高，程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子表示物體內(nèi)部分子熱運動越猛烈。熱運動越猛烈。 低溫低溫高溫高溫模擬圖：在一個密閉的空間里，氣模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！時快！2.1.1 溫標(biāo)溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點即零點以及溫

2、定了溫度的讀數(shù)的起點即零點以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標(biāo)確度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標(biāo)確定。定。 國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。各溫標(biāo)間的換算氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。各溫標(biāo)間的換算關(guān)系見表關(guān)系見表2-12-1。幾種溫標(biāo)的對比幾種溫標(biāo)的對比 正常體溫正常體溫為為37 C ，相當(dāng)于華相當(dāng)于華氏溫度多氏溫度多少度？少度？19901990國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)(ITS-90) (ITS-90) 從從19901990年年1 1月月1 1日開場在全世界范圍內(nèi)采日開場在全世界范圍內(nèi)采用用19901990年國際溫標(biāo)，簡稱年國際溫標(biāo)，簡稱ITS-9

3、0ITS-90。它定義了。它定義了一系列溫度的固定點，丈量和重現(xiàn)這些固定一系列溫度的固定點，丈量和重現(xiàn)這些固定點的規(guī)范儀器以及計算公式等。點的規(guī)范儀器以及計算公式等。 2.1.2 2.1.2 測溫方法及其分類測溫方法及其分類 溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計和工業(yè)溫度計；按照丈量方法又可分為接觸和工業(yè)溫度計；按照丈量方法又可分為接觸式和非接觸式；按任務(wù)原理又可分為膨脹式、式和非接觸式；按任務(wù)原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。分，有自發(fā)電型、非電測型等。 物物理理景景象象

4、體積熱膨脹體積熱膨脹電阻變化電阻變化溫差電景象溫差電景象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動勢結(jié)電動勢晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動作特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類類鉑測溫電阻、熱敏電阻鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動器石英晶體振動器超聲波溫度計超聲波溫度計示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計1.氣體溫度計氣體溫度計

5、2. 玻璃制水銀溫度計玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計玻璃制有機液體溫度計 4.雙金屬溫度計雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計液體壓力溫度計 6. 氣體壓力溫度計氣體壓力溫度計1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金運用熱膨脹原理測溫運用熱膨脹原理測溫 丈量原理丈量原理物體受熱時產(chǎn)生膨脹物體受熱時產(chǎn)生膨脹 固體膨脹式溫度計固體膨脹式溫度計 雙金屬溫度計雙金屬溫度計 液體膨脹式溫度計液體膨脹式溫度計 玻璃管溫度計玻璃管溫度計裝滿熱水后圖案變得明晰可辨裝滿熱水后圖案變得明晰可辨示溫涂料變色涂料示溫涂料變色涂料變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散

6、散熱風(fēng)扇熱風(fēng)扇低溫時顯示低溫時顯示藍(lán)色藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色紅外溫度計紅外溫度計 2.2 熱電偶熱電偶熱電偶是目前溫度丈量中運用最普遍的傳感元件熱電偶是目前溫度丈量中運用最普遍的傳感元件 之一。之一。特點：構(gòu)造簡單、丈量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣特點：構(gòu)造簡單、丈量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣 性小，輸出信號為電信號，便于遠(yuǎn)傳或性小，輸出信號為電信號，便于遠(yuǎn)傳或 信號轉(zhuǎn)換。信號轉(zhuǎn)換。用途：用來丈量流體、固體以及固體壁面的溫度。用途：用來丈量流體、固體以及固體壁面的溫度。 微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的 丈量。丈量。先看一個實驗先看一個實驗熱電偶任務(wù)

7、原理演示熱電偶任務(wù)原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不一樣時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不一樣時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自在端自在端參考端、參考端、冷端冷端 2.2.1 2.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理 左端稱為：左端稱為：丈量端丈量端任務(wù)端、任務(wù)端、熱端熱端 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB從實驗到實際：熱電效應(yīng)從實驗到實際：熱電效應(yīng) 1821 1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點稱為結(jié)點，發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南接觸

8、點稱為結(jié)點，發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)闡明什么？，假設(shè)用兩盞酒精針發(fā)生偏轉(zhuǎn)闡明什么？，假設(shè)用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小又闡明什么？減小又闡明什么？ 。 顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)闡明回路中有電動勢顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)闡明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。個結(jié)點的溫差有關(guān)。 經(jīng)過以上演示得出結(jié)論經(jīng)過以上演示得出結(jié)論 有關(guān)熱電偶熱電勢的討論有關(guān)熱電偶熱電勢的討論 熱電偶兩結(jié)點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢熱電偶兩結(jié)點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢與冷端熱電勢

9、之差，是兩個結(jié)點的溫差與冷端熱電勢之差，是兩個結(jié)點的溫差t t 的函數(shù)：的函數(shù)： EAB EABT T，T0T0=eAB =eAB T T - eAB - eAB T0 T0 產(chǎn)生：兩種不同導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生產(chǎn)生：兩種不同導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生緣由：兩者電子密度不同，分散速度不同緣由：兩者電子密度不同，分散速度不同2.2.1.1 2.2.1.1 接觸電勢接觸電勢 )()(lnTNTNekTTEBAAB自在自在電子電子ABeAB T T T 兩種不同的金屬相互接觸時，由于不同金屬內(nèi)自在電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自在電子的分散景象。自在電子將從密度大的金屬A分散到密度小的金屬B，使A失去電

10、子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。 產(chǎn)生：同一導(dǎo)體因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電勢產(chǎn)生：同一導(dǎo)體因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電勢緣由：高溫端電子能量向能量小的低溫端挪動緣由：高溫端電子能量向能量小的低溫端挪動2.2.1.2 2.2.1.2 溫差電勢溫差電勢NtdtNekTTETT01,02.2.1.3 2.2.1.3 回路總電勢回路總電勢 0000,TTETETTETETTEAABBABAB結(jié)論：結(jié)論：P182.2.2 熱電偶的根本定律2.2.2.1 2.2.2.1 均質(zhì)資料定律均質(zhì)資料定律 由一種導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體由一種導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長度如何，也不論各處的

11、溫度如的截面積和長度如何，也不論各處的溫度如何都不產(chǎn)生熱電勢。反之，如產(chǎn)生熱電勢，何都不產(chǎn)生熱電勢。反之，如產(chǎn)生熱電勢，那么資料必為非均質(zhì)。那么資料必為非均質(zhì)。tCt0t0AB2.2.2.2 2.2.2.2 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在在A A、B B構(gòu)成的熱電偶接入構(gòu)成的熱電偶接入第三種導(dǎo)體第三種導(dǎo)體C C，并使，并使ACAC和和BCBC接觸點接觸點的溫度均為的溫度均為t0t0，那么，那么C C的接入不會的接入不會影響原回路中的熱電勢。影響原回路中的熱電勢。2.2.2.3 2.2.2.3 中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶熱電偶A A、B B在接點溫度為在接點溫度為T T 和和T0 T0 時的

12、熱電時的熱電勢等于熱電偶勢等于熱電偶A A、B B在接點溫度為在接點溫度為 和和 的熱電勢的熱電勢 和和 的代數(shù)和，即：的代數(shù)和，即：00,TTETTETTECABCABABcTT,0,TTccABTTE,0,TTEcAB2.2.3 2.2.3 熱電偶的構(gòu)造熱電偶的構(gòu)造 熱電偶的構(gòu)造方式普通型、鎧裝型和薄膜型等。熱電偶的構(gòu)造方式普通型、鎧裝型和薄膜型等。普通型熱電偶運用最廣。普通型熱電偶運用最廣。 由熱電極、絕緣資料、維護(hù)套管、接線盒等組成由熱電極、絕緣資料、維護(hù)套管、接線盒等組成典型的普通型熱電偶的構(gòu)造：典型的普通型熱電偶的構(gòu)造：熱電極：普通金屬熱電極：普通金屬0.53.2mm， 昂貴金屬昂

13、貴金屬0.30.6mm， 長度與被測物有關(guān)，普通在長度與被測物有關(guān)，普通在3002000mm，通，通 常在常在350mm左右。左右。絕緣管：隔離熱電偶與被測物，普通在室溫要絕緣管：隔離熱電偶與被測物，普通在室溫要5M以上。以上。維護(hù)套管：防止受被測介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機械損傷。維護(hù)套管：防止受被測介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機械損傷。接線盒：固定接線座，銜接補償導(dǎo)線。接線盒：固定接線座，銜接補償導(dǎo)線。 普通型熱電偶的外形普通型熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭普通裝配型熱電普通裝配型熱電偶的構(gòu)造放大圖偶的構(gòu)造放大圖 接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 出廠時用塑料出廠時用塑料包裹包裹

14、熱電偶任務(wù)端熱端熱電偶任務(wù)端熱端 不銹鋼維護(hù)管不銹鋼維護(hù)管 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(dá)上百米長達(dá)上百米BA絕緣絕緣 資料資料鎧裝型鎧裝型熱電偶熱電偶橫截面橫截面薄壁金屬薄壁金屬 維維護(hù)套管鎧體護(hù)套管鎧體 隔爆型熱電偶外形隔爆型熱電偶外形厚壁維護(hù)管厚壁維護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線其他熱電偶外形其他熱電偶外形小形小形K K型熱電偶型熱電偶2.2.4 2.2.4 熱電偶的種類熱電偶的種類2.2.4.1 2.2.4.1 規(guī)范型熱電偶規(guī)范型熱電偶 幾種常用熱電偶的測溫范圍幾種常用熱電偶的測溫范圍分度號分度號 名稱名稱 測量溫度范圍測量溫度范圍

15、 B鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6501820 C CT銅銅康銅康銅-270350 C CS鉑銠鉑銠1010鉑鉑-501768 C CK鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻 (鋁鋁) -2701370 C CE鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (康銅康銅)270800 C C幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析 為什么一切的曲線均過原點零度點？為什么一切的曲線均過原點零度點？熱電偶的分度表熱電偶的分度表2.2.4.2 2.2.4.2 特殊熱電偶特殊熱電偶 1 1鎢錸熱電偶鎢錸熱電偶 是是6060年代開展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?，可運年代開展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭?/p>

16、偶，可運用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧才干差。國產(chǎn)用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧才干差。國產(chǎn)鎢錸鎢錸- -鎢錸鎢錸2020熱電偶運用溫度范圍熱電偶運用溫度范圍30030020002000分度精度為分度精度為1 1。 (2) (2) 快速反響薄膜熱電偶快速反響薄膜熱電偶( (外表熱電偶外表熱電偶) ) 用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極資料蒸鍍到絕緣板上而用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極資料蒸鍍到絕緣板上而構(gòu)成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄構(gòu)成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.01(0.010.lm) 0.lm) 特別適用于對壁面溫度的快速丈量。安特別適用于對壁面溫度的快

17、速丈量。安裝時裝時, ,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。測溫范圍在測溫范圍在300以下；以下；反響時間僅為幾反響時間僅為幾ms。 (3) (3) 鎧裝式熱電偶又稱套管式熱電偶鎧裝式熱電偶又稱套管式熱電偶 斷面如教材斷面如教材P24P24圖圖2-92-9所示。它是由熱電偶絲、所示。它是由熱電偶絲、絕緣資料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。絕緣資料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。特點：特點： 熱呼應(yīng)時間短，減小動態(tài)誤差；熱呼應(yīng)時間短，減小動態(tài)誤差； 可彎曲安裝運用；可彎曲安裝運用； 丈量范圍大；丈量范圍大； 機械強度高，耐壓性能好；機械強度高，耐壓性能好；2.2.

18、5 2.2.5 熱電偶冷端溫度補償熱電偶冷端溫度補償 2.2.5.1 必要性：必要性： 1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時，必需滿溫度時，必需滿足足t0=0C的條件。在實踐測溫中，冷端溫度常隨環(huán)的條件。在實踐測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣境溫度而變化，這樣t0不但不是不但不是0C，而且也不恒定，而且也不恒定， 因此將產(chǎn)生誤差。因此將產(chǎn)生誤差。 2、 普通情況下，冷端溫度均高于普通情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢，熱電勢總是偏小。應(yīng)想方法消除或補償熱電偶的冷端損失總是偏小。應(yīng)想方法消除或補償熱電偶的冷端損失 。2.2.5.2 冷端溫度補償方法冷端溫度補償方

19、法 一、冰點法一、冰點法 方法：運用時將熱電偶的冷端置于方法：運用時將熱電偶的冷端置于0的恒溫器如冰水混合的恒溫器如冰水混合 物內(nèi)。物內(nèi)。 特點：簡單，防止經(jīng)常校正；雖然補償徹底，但在工程上較特點：簡單，防止經(jīng)常校正；雖然補償徹底，但在工程上較 難實現(xiàn)，普通只能用于實驗室。難實現(xiàn)，普通只能用于實驗室。 二、熱電勢修正法二、熱電勢修正法用普通室溫計算出參比端實踐溫度用普通室溫計算出參比端實踐溫度TnTn，利用公式計算，利用公式計算例：例： 用銅用銅-康銅熱電偶測某一溫度康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境Tn中，中，測得熱電動勢測得熱電動勢EAB(T，Tn)=1.999mV

20、，又用室溫計測出，又用室溫計測出Tn=21,查此種熱電偶的分度表可知，查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得故得 EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0) =1.999+0.832 =2.831(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度對應(yīng)的熱端溫度T=68。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)三、冷端補償器法三、冷端補償器法 利用不平衡電利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電動勢補償?shù)窒麆觿菅a償?shù)窒麩犭娕家蚶涠藴囟葻犭娕家蚶涠藴囟葎訐u引起的誤差。動搖引起的誤差。 工程上最常用的方法工程上最常用

21、的方法五、補償導(dǎo)線法五、補償導(dǎo)線法 補償導(dǎo)線是指在一定溫度范圍內(nèi)，其熱電性能與其相應(yīng)的熱電補償導(dǎo)線是指在一定溫度范圍內(nèi)，其熱電性能與其相應(yīng)的熱電 性能非常相近的一種廉價的導(dǎo)線，以熱電偶銜接導(dǎo)體性能非常相近的一種廉價的導(dǎo)線，以熱電偶銜接導(dǎo)體 運用定那么為根據(jù)任務(wù)。運用定那么為根據(jù)任務(wù)。n常用補償導(dǎo)線的構(gòu)造分為普通型和帶屏蔽層型兩種常用補償導(dǎo)線的構(gòu)造分為普通型和帶屏蔽層型兩種n按照補償原理分為補償型及延伸型兩種補償導(dǎo)線按照補償原理分為補償型及延伸型兩種補償導(dǎo)線n按運用度可分為普通用按運用度可分為普通用0 0100100和耐熱用和耐熱用0 0150150補償導(dǎo)線的正確運用：補償導(dǎo)線的正確運用： 各種補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶用；各種補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶用； 運用時必需各級相連，切勿將其極性接反；運用時必需各級相連，切勿將其極性接反； 熱電偶和補償導(dǎo)線銜接點的溫度不能超越規(guī)定的運用溫?zé)犭娕己脱a償導(dǎo)線銜接點的溫度不能超越規(guī)定的運用溫 度范圍，規(guī)定為度范圍，規(guī)定為0100及及 0150兩種。兩種。常