化工儀表及自動化之溫度檢測及儀表課件

化工儀表及自動化第五節(jié)溫度檢測及儀表化工儀表及自動化第五節(jié)溫度檢測及儀表內(nèi)容提要概述測溫儀表的分類溫度檢測的基本原理熱電偶溫度計熱電偶補償導線與冷端溫度補償熱電阻溫度計測溫原理常用熱電阻 內(nèi)容提要概述內(nèi)容提要溫度變送器電動溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器內(nèi)容提要溫度變送器一、概述一、測溫儀表的分類反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎(chǔ)的溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。分類按測量方式

接觸式與非接觸式

一、概述一、測溫儀表的分類反映了物體冷熱的程度，與一、概述測溫方式溫度計種類優(yōu)點缺點使用范圍／℃接觸式測溫儀表玻璃液體溫度計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準確、價格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場指示,不能記錄與遠傳-100～100（150）有機液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)簡單、機械強度大、價格低、能記錄、報警與自控

精度低、不能離開測量點測量,量程與使用范圍均有限

-80～600壓力式溫度計結(jié)構(gòu)簡單、不怕震動、具有防爆性、價格低廉、能記錄、報警與自控精度低、測量距離較遠時,儀表的滯后性較大、一般離開測量點不超過10米-30～600液體型0～250蒸汽型電阻溫度計測量精度高,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測量高溫,由于體積大,測點溫度較困難

-200～600鉑電阻-50～150銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計測溫范圍廣,精度高,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需冷端溫度補償,在低溫段測量精度較低

0～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅非接觸式測溫儀表光學高溫計攜帶用、可測量高溫、測溫時不破壞被測物體溫度場

測量時,必須經(jīng)過人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠距離測量,記錄和自控700～3200輻射高溫計測溫元件不破壞被測物體溫度場,能作遠距離測量、報警和自控、測溫范圍廣只能測高溫,低溫段測量不準,環(huán)境條件會影響測量精度,連續(xù)測高溫時須作水冷卻或氣冷卻0～2000）表5-1各種溫度計的優(yōu)缺點及使用范圍4一、概述測溫方式溫度計種類優(yōu)點缺點使用范圍／℃接玻璃液接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。常用的接觸式測溫儀表： (1)膨脹式溫度計。 (2)熱電阻溫度計。 (3)熱電偶溫度計。 (4)其他原理的溫度計。接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相特點：優(yōu)點：直觀、可靠，測量儀表也比較簡單。

缺點： 由于敏感元件必須與被測對象接觸，在接觸過程中就可能破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差。 有的測溫元件不能和被測對象充分接觸，不能達到充分的熱平衡，使測溫元件和被測對象溫度不一致，也會帶來誤差。 在接觸過程中，介質(zhì)腐蝕性，高溫時對測溫元件的影響，影響測溫元件的可靠性和工作壽命。

特點：優(yōu)點：直觀、可靠，測量儀表也比較簡單。非接觸測溫

溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。

常用的非接觸式測溫儀表： (1)輻射式溫度計：基于普朗克定理 光電高溫計，輻射傳感器，比色溫度計。 (2)光纖式溫度計：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。 光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計。優(yōu)點：不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場，在被測物體為運動物體時尤為適用。缺點：精度一般不高。非接觸測溫 溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進化工儀表及自動化之溫度檢測及儀表課件化工儀表及自動化之溫度檢測及儀表課件一、概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測溫圖3-50雙金屬片

圖3-51

雙金屬溫度信號器1—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號燈利用液體或固體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計。一、概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測溫圖3-50雙金屬片圖3-5一、概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫

4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫

5.應(yīng)用熱輻射原理測溫

一、概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫二、熱電偶溫度計熱電偶熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。圖3-53熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導線；3—測量儀表熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導線。圖3-54熱電偶示意圖二、熱電偶溫度計熱電偶熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀熱電偶也叫溫差電偶是最早出現(xiàn)的一種熱電探測器件賽貝克（Seebeck）效應(yīng)(熱點效應(yīng))1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對兩個接頭的中一個加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢差e，就是溫差熱電勢。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢的裝置稱為熱電偶。二、熱電偶溫度計1.熱電現(xiàn)象及測溫原理

熱電偶也叫溫差電偶二、熱電偶溫度計1.熱電現(xiàn)象及測溫原理圖3-55熱電現(xiàn)象熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路 當兩個接觸端T﹥T0時，回路中會產(chǎn)生熱電勢

熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢決定圖3-55熱電現(xiàn)象熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路（1）接觸電勢不同金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當A和B材料接觸是，自由電子要從密度大的地方擴散到密度小的地方，從而產(chǎn)生自由電子擴散現(xiàn)象。自由電子從A擴散到B，擴散平衡時，A失去電子帶正電荷，B得到電子帶負電荷，因此在A、B接觸處形成一定電位差，即接觸電勢（帕爾帖電勢）。接觸電勢（1）接觸電勢不同金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當A和B材帕爾帖電勢大小為：k——玻耳茲曼常數(shù)；K＝1.38×10-23

T——接觸面的絕對溫度；e——單位電荷量；e=1.6×10-19CNA——金屬電極A的自由電子密度NA——金屬電極B的自由電子密度帕爾帖電勢大小為：k——玻耳茲曼常數(shù)；K＝1.38×1（2）溫差電勢在同一金屬材料A中，當金屬材料兩端的溫度不同時，兩端電子能量不同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫擴散的數(shù)量多，直至平衡。即在A兩端形成一定電位差，即溫差電勢（湯姆遜電勢）。溫差電勢（湯姆遜電勢）（2）溫差電勢在同一金屬材料A中，當金屬材料兩端的溫度不同時湯姆遜電勢大小為：δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時所產(chǎn)生的電動勢值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。

湯姆遜電勢大小為：δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時所（3）熱電偶回路的總熱電勢（3）熱電偶回路的總熱電勢結(jié)論：

熱電勢存在必須具備兩個條件：兩種不同的金屬材料組成熱電偶它的兩端存在溫差。結(jié)論：熱電勢存在必須具備兩個條件：圖3-56接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或圖3-57熱電偶原理圖3-56接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或圖3二、熱電偶溫度計注意

由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時進行分度的,因此,若自由端溫度不為0℃而為t0時,則熱電勢與溫度之間的關(guān)系可用下式進行計算。

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

二、熱電偶溫度計注意由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接二、熱電偶溫度計舉例例1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮肥廠中轉(zhuǎn)化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800℃,自由端(冷端)溫度為30℃,求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢E(800,30)。解：由附錄四可以查得

E(800,0)=33.277(mV)

E(30,0)=1.203(mV)將上述數(shù)據(jù)代入,即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)二、熱電偶溫度計舉例例1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮二、熱電偶溫度計例2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0=30℃,測得熱電勢E(t,t0)=7.172mV，求被測介質(zhì)的實際溫度。解:由附錄一可以查得

E(30,0)=0.173(mV)代入式變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+7.172=7.345(mV)再由附錄一可以查得7.345mV對應(yīng)的溫度t為800℃。二、熱電偶溫度計例2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端二、熱電偶溫度計注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度的關(guān)系都是非線性的(當然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時,將所測熱電勢對應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實際的被測溫度。

標準化熱電偶熱電勢和溫度的關(guān)系二、熱電偶溫度計注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度的關(guān)系都二、熱電偶溫度計2.插入第三種導線的問題利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數(shù)值，見下圖。

總的熱電勢能量守恒原理（3-77）（3-78）將式（3-77）代入式（3-76）可得圖3-58熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖（3-76）二、熱電偶溫度計2.插入第三種導線的問題利用熱電偶測量溫度時二、熱電偶溫度計說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

中間導體定律-此定律具有特別重要的實用意義，因為用熱電偶測溫時必須接入儀表(第三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點的溫度保持一致(T0)，根據(jù)中間導體定律，儀表的接入就不會影響熱電勢。二、熱電偶溫度計說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱二、熱電偶溫度計3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對熱電極材料的要求在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時間變化;

在測溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;

電阻溫度系數(shù)要小,電導率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡單的函數(shù)關(guān)系;復(fù)現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性;材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。二、熱電偶溫度計3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對熱電極材料的要求二、熱電偶溫度計熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表3-4常用熱電偶二、熱電偶溫度計熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新1、鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（BP）和負極（BN）的名義化學成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶。 長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。優(yōu)點：準確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等，適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸汽中；參比端不需進行冷端補償，因為在0～50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV。缺點：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。1、鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為2、鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（SP）的名義化學成分為鉑銠合金 負極（SN）為純鉑，故俗稱為單鉑銠熱電偶。 長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。優(yōu)點：準確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)和使用壽命長，物理化學性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中。缺點：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，對污染敏感，貴金屬材料昂貴，因此一次性投資較大。2、鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為03、鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其他熱電偶的總和 正極（KP）的名義化學成分為：Ni:Cr=90:10， 負極（KN）的名義化學化學成分為Ni:Si=97:3。 其使用溫度為-50～1000℃。優(yōu)點：線性度好，熱電勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強，價格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。K型熱電偶不能在高溫下直接用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。3、鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為4、鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉價金屬熱電偶。 其正極（EP）為鎳鉻10合金，化學成分與KP相同，負極（EN）為銅鎳合金，名義化學成分為55%的銅、45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素。該熱電偶電動勢之大，靈敏度之高屬所有標準熱電偶之最，宜制成熱電偶堆來測量微小溫度變化。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能高，價格便宜等優(yōu)點。但不能在高溫下用于硫、還原性氣氛中。4、鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉二、熱電偶溫度計4.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式

圖3-59熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護套管接線盒二、熱電偶溫度計4.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式圖3-59熱電普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖接線盒引出線套管固定螺紋熱柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)它可以做得很細很長,使用中隨需要能任意彎曲。測量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合，耐壓、耐振、耐沖擊柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)它可以做得很細很長,使用中隨需要能任意彎鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬二、熱電偶溫度計二、補償導線與冷端溫度補償

采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。1.補償導線圖3-60補償導線接線圖二、熱電偶溫度計二、補償導線與冷端溫度補償采用二、熱電偶溫度計假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導線對回路的總熱電勢沒有影響(因其兩端溫度均為t0)，則圖3-60所示回路的總熱電勢為如果假定各接點溫度全為t1，代入式上式，則有

或由于t1一般是在100℃以下,在此溫度范圍內(nèi),根據(jù)補償導線的性質(zhì),有二、熱電偶溫度計假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為二、熱電偶溫度計將此式代入式便有

因為故二、熱電偶溫度計將此式代入式便有因為故二、熱電偶溫度計在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電偶名稱補償導線工作端為100℃，冷端為0℃時的標準熱電勢mV正極負極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.64±0.034.10±0.156.95±0.30表3-7常用熱電偶的補償導線二、熱電偶溫度計在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電二、熱電偶溫度計注意使用補償導線時,應(yīng)當注意補償導線的正、負極必須與熱電偶的正、負極各端對應(yīng)相接。此外,正、負兩極的接點溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補償導線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。二、熱電偶溫度計注意使用補償導線時,應(yīng)當注意補償導線二、熱電偶溫度計2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法

在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。一般采用下述幾種方法。圖3-61

熱電偶冷端溫度保持０℃的方法（1）冷端溫度保持為0℃的方法

在實際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t0，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。二、熱電偶溫度計2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法二、熱電偶溫度計實際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或由此可知，冷端溫度修正方法是把測得的熱電勢EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0℃時的熱電偶的熱電勢EAB（t0，0），才能得到實際溫度下的熱電勢EAB（t，0）。（2）冷端溫度修正法二、熱電偶溫度計實際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或二、熱電偶溫度計舉例例用鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度檢測,熱電偶的冷端溫度t0=30℃，顯示儀表的溫度讀數(shù)(假定此儀表是不帶冷端溫度自動補償且是以溫度刻度的)為979℃，試求被測溫度的實際值。解：由分度號為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表(附錄二)查出979℃時的熱電勢值為9.343mV。也就是E(t,t0)=9.343mV,又從分度表中查得E(t0,0)=E(30,0)=0.173mV。將此兩個數(shù)值代入式EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)，得

E(t,0)=9.343mV+0.173mV=9.516(mV)再查分度表可知,對應(yīng)于9.516mV的溫度t=994℃,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測得的溫度實際值。二、熱電偶溫度計舉例例用鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度檢測,熱二、熱電偶溫度計（3）校正儀表零點法

若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測溫要求不太高的場合下應(yīng)用。（4）補償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

二、熱電偶溫度計（3）校正儀表零點法若采用測溫二、熱電偶溫度計由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這種補償電橋時須把儀表的機械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補償電橋是在0℃時平衡設(shè)計的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！圖3-62具有補償電橋的熱電偶測溫線路二、熱電偶溫度計由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這二、熱電偶溫度計（5）補償熱電偶法

在實際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補償導線和投資費用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。圖3-63補償熱電偶連接線路二、熱電偶溫度計（5）補償熱電偶法在實際生產(chǎn)中，為第三節(jié)熱電阻溫度計在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導線所組成。利用導體或半導體材料的電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做熱電阻式傳感器。應(yīng)用：對溫度和與溫度有關(guān)的參量進行檢測。測溫范圍：中、低溫區(qū)域（-200℃~650℃）低溫方面也應(yīng)用于1K~3K的溫度測量，高溫也有用于1000℃~1300℃測溫元件可分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。第三節(jié)熱電阻溫度計在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫第三節(jié)熱電阻溫度計對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。一、測溫原理

利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。

第三節(jié)熱電阻溫度計對于線性變化的熱電阻來說，其電阻第三節(jié)熱電阻溫度計二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)，以提高熱電阻的靈敏度；電阻率要大，以便減小電阻體尺寸；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度；在整個測溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；應(yīng)有良好的可加工性，價格便宜。

第三節(jié)熱電阻溫度計二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般實踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，其中主要應(yīng)用的是鉑和銅。

鉑是一種貴重金屬，其物理和化學性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻的最好材料，主要作標準電阻溫度計。

銅可用來制造-50～150℃范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特點是價格低廉，缺點是電阻率低，且容易氧化，一般用在較低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。實踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的第三節(jié)熱電阻溫度計1.鉑電阻

金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學穩(wěn)定性,有良好的復(fù)制性。但價格較貴。要確定Rt～t的關(guān)系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關(guān)系也不同。這種Rt～t的關(guān)系稱為分度表,用分度號來表示。工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號為Pt100,它的R0=100Ω,其分度表見附錄七。第三節(jié)熱電阻溫度計1.鉑電阻金屬鉑容易提純,在氧第三節(jié)熱電阻溫度計2.銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應(yīng)的分度號為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對應(yīng)的分度號為Cu100。第三節(jié)熱電阻溫度計2.銅電阻金屬銅易加工提純，第四節(jié)溫度變送器一、電動溫度變送器電動溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點的溫度或某兩點的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標準直流電流信號輸出。第四節(jié)溫度變送器一、電動溫度變送器電動溫度變送器是第四節(jié)溫度變送器

DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是電動單元組合儀表中的一個變送單元。

根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。第四節(jié)溫度變送器DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是第四節(jié)溫度變送器

DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。溫度檢測元件輸入電路放大電路反饋電路被測溫度輸出電流I0圖5-15溫度變送器原理框圖第四節(jié)溫度變送器DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱第四節(jié)溫度變送器二、一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

圖5-16一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)測溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃第四節(jié)溫度變送器二、一體化溫度變送器它是指將變送第四節(jié)溫度變送器三、智能式溫度變送器以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；安裝維護方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。第四節(jié)溫度變送器三、智能式溫度變送器以SMART公司的TT第四節(jié)溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖5-17TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖第四節(jié)溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500℃,而這時冷端溫度為60℃,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在20℃,此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?解：顯示儀表指示值為500℃時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的,即

E(t,t0)=20.64(mV)由附錄三同樣可以查得

E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)

例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒例題分析由式(5-14)可以得到

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)由23.076mV,查附錄三,可得t≈557℃即被測實際溫度為557℃。當熱端為557℃,冷端為20℃時,由于E(20,0)=0.798mV,故有E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278(mV)由此電勢,查附錄三,可得顯示儀表指示值約為538.4℃。由此可見,當冷端溫度降低時,顯示儀表的指示值更接近于被測溫度實際值。例題分析由式(5-14)可以得到例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來測量爐溫,連接方式分別如圖5-18(a)、(b)、(c)所示。已知爐內(nèi)溫度均勻,最高溫度為1000℃,試分別計算測量儀表的測量范圍(以最大毫伏數(shù)表示)。

圖5-18爐子溫度測量例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來測量爐溫,連接例題分析解:(a)由于這時熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶對應(yīng)于1000℃時的熱電勢可以由附錄一查得E(1000,0℃)=9.585(mV)兩支熱電偶串聯(lián),測量儀表所測信號的最大值為Emax=2×9.585=19.17(mV)根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。(b)由于這時不僅要考慮補償導線引出來以后的冷端溫度(30℃),而且要考慮爐旁邊補償導線與熱電偶的接線盒內(nèi)的溫度(100℃)對熱電勢的影響。例題分析解:(a)由于這時熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶例題分析假定補償導線C、D與熱電偶A、B本身在100℃以下的熱電特性是相同的,所以在冷端處形成的熱電勢為E(30,0℃)=0.173(mV)在補償導線C、D與熱電偶的連接處1、4兩點可以認為不產(chǎn)生熱電勢,但在接線盒內(nèi)2、3兩點形成的熱電偶相當于熱電偶在100℃時形成的熱電勢,即E(100,0℃)=0.645(mV)由于該電勢的方向與兩支熱電偶在熱端產(chǎn)生的電勢方向是相反的,所以這時總的熱電勢為E

max=2E(1000,0℃)-E(100,0℃)-E(30,0℃)=2×9.585-0.645-0.173=18.352(mV)例題分析假定補償導線C、D與熱電偶A、B本身在1例題分析根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。在這種情況下,如果爐旁邊接線盒內(nèi)的溫度變化,會以測量產(chǎn)生較大的影響,造成較大的測量誤差。(c)由于這時兩支熱電偶冷端都用補償導線引至遠離爐子處,冷端溫度為30℃,故總的熱電勢為Emax=2E(1000,0℃)-2E(30,0℃)=2×9.585-2×0.173=18.824(mV)由此可知,在同樣都是用兩支熱電偶串聯(lián)來測量爐溫時,由于接線不同,產(chǎn)生的熱電勢也是不相同的,在選擇測量儀表時,一定要考慮這種情況。例題分析根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。在這種情例題分析3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都是15mV,試分別計算這時爐子的實際溫度。

解：在(a)情況時,由于2E(t,0)=15mV,即E(t,0)=7.5mV,查表(附錄一)可得實際溫度約為814.3℃。在(b)情況時,由于

2E(t,0)=15+E(30,0)+E(100,0)=15+0.173+0.645=15.818(mV)E(t,0)=7.909(mV)查表可得實際溫度約為851.2℃。例題分析3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都例題分析在(c)情況時,由于2E(t,0)=15+2E(30,0)=15+2×0.173=15.346(mV)即E(t,0)=7.673(mV)查表可得實際溫度約為830℃。由上述例子可以看出,雖然采用了補償導線,但并不能完全克服冷端溫度變化對測量的影響。補償導線只是將冷端由溫度變化比較劇烈的地方移至溫度變化較小的地方。如果這時冷端的溫度仍不為0℃,那么還必須考慮如何進行冷端溫度補償?shù)膯栴}。例題分析在(c)情況時,由于例題分析4.在用熱電偶測量溫度時,除了要考慮冷端溫度的影響外,還要注意熱電偶極性不能接錯;熱電偶與補償導線要配套;熱電偶分度號與指示儀表要配套等問題。在用熱電阻測量溫度時,同樣要考慮熱電阻分度號與測量儀表配套、三線制接法等,下面給出幾個思考題及其結(jié)論,請大家自行證明(或說明)。(1)如果熱電偶熱端為600℃,冷端為30℃,儀表的機械零點為0℃,沒有加以冷端溫度補償。問該儀表的指示值將高于還是低于600℃?(低于600℃)。例題分析4.在用熱電偶測量溫度時,除了要考慮冷端溫度的影響外例題分析(2)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,將儀表機械零點調(diào)至25℃,但實際上室溫(冷端溫度為10℃),問這時儀表指示值將偏高還是偏低?(偏高)。(3)有S分度號動圈儀表一臺,錯接入K分度號熱電偶,問指示值偏高還是偏低?(偏高)。(4)鉑銠10-鉑熱電偶,錯接入銅-銅鎳補償導線(鉑銠10與銅相接,鉑與銅鎳相接),問指示值將偏高還是偏低?(偏高)。(5)當熱電偶補償導線極性接錯時,指示值偏高還是偏低?(偏低)。例題分析(2)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,將儀表機械例題分析(6)當熱電偶短路、斷路及極性接反時,與之配套的自動電子電位差計的指針各指向哪里?(室溫或指示值偏低、斷偶前的溫度、始端)。(7)當熱電阻短路或斷路時,與之配套的動圈儀表指針將指向哪里?(始端、終端)。(8)當用熱電阻測溫時,若不采用三線制接法,而連接熱電阻的導線因環(huán)境溫度升高而增加時,其指示值將偏高還是偏低?(偏高)。例題分析(6)當熱電偶短路、斷路及極性接反時,與之配套ENDEND化工儀表及自動化第五節(jié)溫度檢測及儀表化工儀表及自動化第五節(jié)溫度檢測及儀表內(nèi)容提要概述測溫儀表的分類溫度檢測的基本原理熱電偶溫度計熱電偶補償導線與冷端溫度補償熱電阻溫度計測溫原理常用熱電阻 內(nèi)容提要概述內(nèi)容提要溫度變送器電動溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器內(nèi)容提要溫度變送器一、概述一、測溫儀表的分類反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎(chǔ)的溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。分類按測量方式

接觸式與非接觸式

一、概述一、測溫儀表的分類反映了物體冷熱的程度，與一、概述測溫方式溫度計種類優(yōu)點缺點使用范圍／℃接觸式測溫儀表玻璃液體溫度計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準確、價格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場指示,不能記錄與遠傳-100～100（150）有機液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)簡單、機械強度大、價格低、能記錄、報警與自控

精度低、不能離開測量點測量,量程與使用范圍均有限

-80～600壓力式溫度計結(jié)構(gòu)簡單、不怕震動、具有防爆性、價格低廉、能記錄、報警與自控精度低、測量距離較遠時,儀表的滯后性較大、一般離開測量點不超過10米-30～600液體型0～250蒸汽型電阻溫度計測量精度高,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測量高溫,由于體積大,測點溫度較困難

-200～600鉑電阻-50～150銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計測溫范圍廣,精度高,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需冷端溫度補償,在低溫段測量精度較低

0～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅非接觸式測溫儀表光學高溫計攜帶用、可測量高溫、測溫時不破壞被測物體溫度場

測量時,必須經(jīng)過人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠距離測量,記錄和自控700～3200輻射高溫計測溫元件不破壞被測物體溫度場,能作遠距離測量、報警和自控、測溫范圍廣只能測高溫,低溫段測量不準,環(huán)境條件會影響測量精度,連續(xù)測高溫時須作水冷卻或氣冷卻0～2000）表5-1各種溫度計的優(yōu)缺點及使用范圍4一、概述測溫方式溫度計種類優(yōu)點缺點使用范圍／℃接玻璃液接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。常用的接觸式測溫儀表： (1)膨脹式溫度計。 (2)熱電阻溫度計。 (3)熱電偶溫度計。 (4)其他原理的溫度計。接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相特點：優(yōu)點：直觀、可靠，測量儀表也比較簡單。

缺點： 由于敏感元件必須與被測對象接觸，在接觸過程中就可能破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差。 有的測溫元件不能和被測對象充分接觸，不能達到充分的熱平衡，使測溫元件和被測對象溫度不一致，也會帶來誤差。 在接觸過程中，介質(zhì)腐蝕性，高溫時對測溫元件的影響，影響測溫元件的可靠性和工作壽命。

特點：優(yōu)點：直觀、可靠，測量儀表也比較簡單。非接觸測溫

溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。

常用的非接觸式測溫儀表： (1)輻射式溫度計：基于普朗克定理 光電高溫計，輻射傳感器，比色溫度計。 (2)光纖式溫度計：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。 光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計。優(yōu)點：不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場，在被測物體為運動物體時尤為適用。缺點：精度一般不高。非接觸測溫 溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進化工儀表及自動化之溫度檢測及儀表課件化工儀表及自動化之溫度檢測及儀表課件一、概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測溫圖3-50雙金屬片

圖3-51

雙金屬溫度信號器1—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號燈利用液體或固體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計。一、概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測溫圖3-50雙金屬片圖3-5一、概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫

4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫

5.應(yīng)用熱輻射原理測溫

一、概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫二、熱電偶溫度計熱電偶熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。圖3-53熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導線；3—測量儀表熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導線。圖3-54熱電偶示意圖二、熱電偶溫度計熱電偶熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀熱電偶也叫溫差電偶是最早出現(xiàn)的一種熱電探測器件賽貝克（Seebeck）效應(yīng)(熱點效應(yīng))1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對兩個接頭的中一個加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢差e，就是溫差熱電勢。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢的裝置稱為熱電偶。二、熱電偶溫度計1.熱電現(xiàn)象及測溫原理

熱電偶也叫溫差電偶二、熱電偶溫度計1.熱電現(xiàn)象及測溫原理圖3-55熱電現(xiàn)象熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路 當兩個接觸端T﹥T0時，回路中會產(chǎn)生熱電勢

熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢決定圖3-55熱電現(xiàn)象熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路（1）接觸電勢不同金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當A和B材料接觸是，自由電子要從密度大的地方擴散到密度小的地方，從而產(chǎn)生自由電子擴散現(xiàn)象。自由電子從A擴散到B，擴散平衡時，A失去電子帶正電荷，B得到電子帶負電荷，因此在A、B接觸處形成一定電位差，即接觸電勢（帕爾帖電勢）。接觸電勢（1）接觸電勢不同金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當A和B材帕爾帖電勢大小為：k——玻耳茲曼常數(shù)；K＝1.38×10-23

T——接觸面的絕對溫度；e——單位電荷量；e=1.6×10-19CNA——金屬電極A的自由電子密度NA——金屬電極B的自由電子密度帕爾帖電勢大小為：k——玻耳茲曼常數(shù)；K＝1.38×1（2）溫差電勢在同一金屬材料A中，當金屬材料兩端的溫度不同時，兩端電子能量不同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫擴散的數(shù)量多，直至平衡。即在A兩端形成一定電位差，即溫差電勢（湯姆遜電勢）。溫差電勢（湯姆遜電勢）（2）溫差電勢在同一金屬材料A中，當金屬材料兩端的溫度不同時湯姆遜電勢大小為：δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時所產(chǎn)生的電動勢值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。

湯姆遜電勢大小為：δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時所（3）熱電偶回路的總熱電勢（3）熱電偶回路的總熱電勢結(jié)論：

熱電勢存在必須具備兩個條件：兩種不同的金屬材料組成熱電偶它的兩端存在溫差。結(jié)論：熱電勢存在必須具備兩個條件：圖3-56接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或圖3-57熱電偶原理圖3-56接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或圖3二、熱電偶溫度計注意

由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時進行分度的,因此,若自由端溫度不為0℃而為t0時,則熱電勢與溫度之間的關(guān)系可用下式進行計算。

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

二、熱電偶溫度計注意由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接二、熱電偶溫度計舉例例1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮肥廠中轉(zhuǎn)化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800℃,自由端(冷端)溫度為30℃,求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢E(800,30)。解：由附錄四可以查得

E(800,0)=33.277(mV)

E(30,0)=1.203(mV)將上述數(shù)據(jù)代入,即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)二、熱電偶溫度計舉例例1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮二、熱電偶溫度計例2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0=30℃,測得熱電勢E(t,t0)=7.172mV，求被測介質(zhì)的實際溫度。解:由附錄一可以查得

E(30,0)=0.173(mV)代入式變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+7.172=7.345(mV)再由附錄一可以查得7.345mV對應(yīng)的溫度t為800℃。二、熱電偶溫度計例2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端二、熱電偶溫度計注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度的關(guān)系都是非線性的(當然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時,將所測熱電勢對應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實際的被測溫度。

標準化熱電偶熱電勢和溫度的關(guān)系二、熱電偶溫度計注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度的關(guān)系都二、熱電偶溫度計2.插入第三種導線的問題利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數(shù)值，見下圖。

總的熱電勢能量守恒原理（3-77）（3-78）將式（3-77）代入式（3-76）可得圖3-58熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖（3-76）二、熱電偶溫度計2.插入第三種導線的問題利用熱電偶測量溫度時二、熱電偶溫度計說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

中間導體定律-此定律具有特別重要的實用意義，因為用熱電偶測溫時必須接入儀表(第三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點的溫度保持一致(T0)，根據(jù)中間導體定律，儀表的接入就不會影響熱電勢。二、熱電偶溫度計說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱二、熱電偶溫度計3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對熱電極材料的要求在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時間變化;

在測溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;

電阻溫度系數(shù)要小,電導率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡單的函數(shù)關(guān)系;復(fù)現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性;材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。二、熱電偶溫度計3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對熱電極材料的要求二、熱電偶溫度計熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表3-4常用熱電偶二、熱電偶溫度計熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新1、鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（BP）和負極（BN）的名義化學成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶。 長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。優(yōu)點：準確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等，適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸汽中；參比端不需進行冷端補償，因為在0～50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV。缺點：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。1、鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為2、鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（SP）的名義化學成分為鉑銠合金 負極（SN）為純鉑，故俗稱為單鉑銠熱電偶。 長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。優(yōu)點：準確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)和使用壽命長，物理化學性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中。缺點：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，對污染敏感，貴金屬材料昂貴，因此一次性投資較大。2、鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為03、鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其他熱電偶的總和 正極（KP）的名義化學成分為：Ni:Cr=90:10， 負極（KN）的名義化學化學成分為Ni:Si=97:3。 其使用溫度為-50～1000℃。優(yōu)點：線性度好，熱電勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強，價格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。K型熱電偶不能在高溫下直接用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。3、鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為4、鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉價金屬熱電偶。 其正極（EP）為鎳鉻10合金，化學成分與KP相同，負極（EN）為銅鎳合金，名義化學成分為55%的銅、45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素。該熱電偶電動勢之大，靈敏度之高屬所有標準熱電偶之最，宜制成熱電偶堆來測量微小溫度變化。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能高，價格便宜等優(yōu)點。但不能在高溫下用于硫、還原性氣氛中。4、鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉二、熱電偶溫度計4.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式

圖3-59熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護套管接線盒二、熱電偶溫度計4.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式圖3-59熱電普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖接線盒引出線套管固定螺紋熱柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)它可以做得很細很長,使用中隨需要能任意彎曲。測量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合，耐壓、耐振、耐沖擊柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)它可以做得很細很長,使用中隨需要能任意彎鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬二、熱電偶溫度計二、補償導線與冷端溫度補償

采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。1.補償導線圖3-60補償導線接線圖二、熱電偶溫度計二、補償導線與冷端溫度補償采用二、熱電偶溫度計假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導線對回路的總熱電勢沒有影響(因其兩端溫度均為t0)，則圖3-60所示回路的總熱電勢為如果假定各接點溫度全為t1，代入式上式，則有

或由于t1一般是在100℃以下,在此溫度范圍內(nèi),根據(jù)補償導線的性質(zhì),有二、熱電偶溫度計假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為二、熱電偶溫度計將此式代入式便有

因為故二、熱電偶溫度計將此式代入式便有因為故二、熱電偶溫度計在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電偶名稱補償導線工作端為100℃，冷端為0℃時的標準熱電勢mV正極負極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.64±0.034.10±0.156.95±0.30表3-7常用熱電偶的補償導線二、熱電偶溫度計在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電二、熱電偶溫度計注意使用補償導線時,應(yīng)當注意補償導線的正、負極必須與熱電偶的正、負極各端對應(yīng)相接。此外,正、負兩極的接點溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補償導線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。二、熱電偶溫度計注意使用補償導線時,應(yīng)當注意補償導線二、熱電偶溫度計2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法

在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。一般采用下述幾種方法。圖3-61

熱電偶冷端溫度保持０℃的方法（1）冷端溫度保持為0℃的方法

在實際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t0，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。二、熱電偶溫度計2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法二、熱電偶溫度計實際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或由此可知，冷端溫度修正方法是把測得的熱電勢EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0℃時的熱電偶的熱電勢EAB（t0，0），才能得到實際溫度下的熱電勢EAB（t，0）。（2）冷端溫度修正法二、熱電偶溫度計實際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或二、熱電偶溫度計舉例例用鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度檢測,熱電偶的冷端溫度t0=30℃，顯示儀表的溫度讀數(shù)(假定此儀表是不帶冷端溫度自動補償且是以溫度刻度的)為979℃，試求被測溫度的實際值。解：由分度號為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表(附錄二)查出979℃時的熱電勢值為9.343mV。也就是E(t,t0)=9.343mV,又從分度表中查得E(t0,0)=E(30,0)=0.173mV。將此兩個數(shù)值代入式EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)，得

E(t,0)=9.343mV+0.173mV=9.516(mV)再查分度表可知,對應(yīng)于9.516mV的溫度t=994℃,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測得的溫度實際值。二、熱電偶溫度計舉例例用鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度檢測,熱二、熱電偶溫度計（3）校正儀表零點法

若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測溫要求不太高的場合下應(yīng)用。（4）補償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

二、熱電偶溫度計（3）校正儀表零點法若采用測溫二、熱電偶溫度計由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這種補償電橋時須把儀表的機械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補償電橋是在0℃時平衡設(shè)計的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！圖3-62具有補償電橋的熱電偶測溫線路二、熱電偶溫度計由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這二、熱電偶溫度計（5）補償熱電偶法

在實際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補償導線和投資費用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。圖3-63補償熱電偶連接線路二、熱電偶溫度計（5）補償熱電偶法在實際生產(chǎn)中，為第三節(jié)熱電阻溫度計在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導線所組成。利用導體或半導體材料的電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做熱電阻式傳感器。應(yīng)用：對溫度和與溫度有關(guān)的參量進行檢測。測溫范圍：中、低溫區(qū)域（-200℃~650℃）低溫方面也應(yīng)用于1K~3K的溫度測量，高溫也有用于1000℃~1300℃測溫元件可分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。第三節(jié)熱電阻溫度計在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫第三節(jié)熱電阻溫度計對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。一、測溫原理

利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。

第三節(jié)熱電阻溫度計對于線性變化的熱電阻來說，其電阻第三節(jié)熱電阻溫度計二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)，以提高熱電阻的靈敏度；電阻率要大，以便減小電阻體尺寸；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度；在整個測溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；應(yīng)有良好的可加工性，價格便宜。

第三節(jié)熱電阻溫度計二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般實踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，其中主要應(yīng)用的是鉑和銅。

鉑是一種貴重金屬，其物理和化學性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻的最好材料，主要作標準電阻溫度計。

銅可用來制造-50～150℃范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特點是價格低廉，缺點是電阻率低，且容易氧化，一般用在較低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。實踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的第三節(jié)熱電阻溫度計1.鉑電阻

金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學穩(wěn)定性,有良好的復(fù)制性。但價格較貴。要確定Rt～t的關(guān)系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關(guān)系也不同。這種Rt～t的關(guān)系稱為分度表,用分度號來表示。工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號為Pt100,它的R0=100Ω,其分度表見附錄七。第三節(jié)熱電阻溫度計1.鉑電阻金屬鉑容易提純,在氧第三節(jié)熱電阻溫度計2.銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應(yīng)的分度號為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對應(yīng)的分度號為Cu100。第三節(jié)熱電阻溫度計2.銅電阻金屬銅易加工提純，第四節(jié)溫度變送器一、電動溫度變送器電動溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點的溫度或某兩點的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標準直流電流信號輸出。第四節(jié)溫度變送器一、電動溫度變送器電動溫度變送器是第四節(jié)溫度變送器

DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是電動單元組合儀表中的一個變送單元。

根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。第四節(jié)溫度變送器DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是第四節(jié)溫度變送器

DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。溫度檢測元件輸入電路放大電路反饋電路被測溫度輸出電流I0圖5-15溫度變送器原理框圖第四節(jié)溫度變送器DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱第四節(jié)溫度變送器二、一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

圖5-16一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)測溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃第四節(jié)溫度變送器二、一體化溫度變送器它是指將變送第四節(jié)溫度變送器三、智能式溫度變送器以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；安裝維護方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。第四節(jié)溫度變送器三、智能式溫度變送器以SMART公司的TT第四節(jié)溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖5-17TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖第四節(jié)溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500℃,而這時冷端溫度為60℃,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在20℃,此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?解：顯示儀表指示值為500℃時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的,即

E(t,t0)=20.64(mV)由附錄三同樣可以查得

E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)

例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒例題分析由式(5-14)可以得到

E(t