溫度儀表課件

第三章溫度測量及儀表本章主要內(nèi)容膨脹式溫度計(jì)測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫儀表什么是溫標(biāo)？衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度。譬如規(guī)定什么樣的溫度是150℃，什么樣的溫度是200℃3-1溫度的測量方法一、溫標(biāo)國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。溫標(biāo)三要素：溫度計(jì)、固定點(diǎn)、內(nèi)插方程1.攝氏溫標(biāo)

1740年瑞典人攝氏

定義水銀體膨脹是線性；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)為100度，而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為攝氏1度，標(biāo)記為℃。3.熱力學(xué)溫標(biāo)Q1：卡諾熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃浚籕0：卡諾熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1/Q0=T1/T0假設(shè)一卡諾熱機(jī)工作在溫度為T0的低溫?zé)嵩春臀粗獪囟鹊母邷責(zé)嵩粗g，如果該卡諾熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃繛镼0，從高溫?zé)嵩次盏臒崃繛镼1，那么高溫?zé)嵩吹臏囟葹門1=

Q1/Q0·T0T0T1卡諾熱機(jī)Q0Q1熱力學(xué)溫度的內(nèi)插方程假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為100K，熱力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定300K的溫度？拿標(biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作為高溫?zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量Q0之比等于3

，那么高溫?zé)嵩礈囟鹊扔?00K3.熱力學(xué)溫標(biāo)現(xiàn)實(shí)中熱力學(xué)溫標(biāo)是應(yīng)用氣體特性方程實(shí)現(xiàn)的。理想氣體的P、V、T之間的關(guān)系式為：以水的三相點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這樣可按照氣體壓力變化測溫。（氣體定容溫度計(jì)）3.熱力學(xué)溫標(biāo)4.國際溫標(biāo)ITS-90指導(dǎo)思想:應(yīng)盡量與熱力學(xué)溫標(biāo)接近，溫度的復(fù)現(xiàn)性要好。內(nèi)容（1）定義了固定點(diǎn)，共有17個(gè)。（2）規(guī)定不同區(qū)域內(nèi)的基準(zhǔn)儀器。（3）建立基準(zhǔn)儀器示值與國際溫標(biāo)之間的插補(bǔ)公式。國際實(shí)用溫標(biāo)指出，熱力學(xué)溫度為基本物理量，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16，單位為k，1k的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，由于攝氏溫標(biāo)將冰點(diǎn)定義為0℃，而冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)低0.01k，那么冰點(diǎn)溫度為273.15k，即單位℃。4.國際溫標(biāo)ITS-90二、溫度儀表分類與選擇玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法溫度測量方法的分類溫度傳感器裝配式熱電偶防爆熱電阻3-2膨脹式溫度計(jì)測溫敏感元件在受熱后尺寸或體積發(fā)生變化，采取一些簡便方法，測出它的尺寸或體積變化的大小。分類：液體膨脹式、固體膨脹式、壓力式（一）工作原理利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。組成：液體存儲(chǔ)器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分。液體可為：水銀、酒精、甲苯等。當(dāng)溫度超過300℃時(shí)，應(yīng)采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃。一.玻璃管液體溫度計(jì)4玻璃棒溫度計(jì)（三）．誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。（2）溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差，（3）非線性誤差（4）工作液的遲滯性（5）讀數(shù)誤差玻璃管液體溫度計(jì)使用注意事項(xiàng)溫度計(jì)與被測介質(zhì)應(yīng)接觸足夠長的時(shí)間，以使溫度計(jì)與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡。讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與標(biāo)盡垂直，并與液柱于同一水平面上，手持溫度計(jì)頂端的小耳環(huán)，不可觸摸標(biāo)尺。二.固體膨脹式溫度計(jì)（一）類型及工作原理利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)1.桿式溫度計(jì)利用固體（一般采用膨脹系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)成2雙金屬溫度計(jì)它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成?？勺鳒囟壤^電控制、極值溫度控制信號(hào)固定端自由端三.壓力式溫度計(jì)（一）工作原理與結(jié)構(gòu)形式1原理壓力式溫度計(jì)是利用密封系統(tǒng)中測溫物質(zhì)的壓力隨溫度變化來測溫；2分類按所充物質(zhì)相態(tài)分充氣式、沖液式、蒸發(fā)式按功能分：指示式、記錄式、報(bào)警式和溫度調(diào)節(jié)式等3組成溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）（二）使用方法與特點(diǎn)對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對(duì)精度的影響。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滯后時(shí)間長，毛細(xì)管易損壞。3-3熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶?熱電偶2．接觸電勢：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者有不同的電子密度而產(chǎn)生的電勢。

一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-電子密度大電子密度小接觸電動(dòng)勢珀?duì)栙N電勢AB波爾滋曼常數(shù)——A，B材料的湯姆遜系數(shù)一一一+-高溫低溫溫差電動(dòng)勢湯姆遜溫差電勢3.溫差電勢（湯姆遜溫差電勢）如果T0=const.，則EAB=f(T1)熱電偶回路中總熱電勢BEAB（T1）EAB（T0）EA（T1，T0）EB（T1，T0）A

二、熱電偶的基本定律利用熱電偶來檢測溫度，必須引入變換器和顯示器。ABT1T0

（一）熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定律:由同一均質(zhì)導(dǎo)體（電子密度處處相等）組成的閉合回路中，不論導(dǎo)體的截面、長度以及溫度分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢。檢驗(yàn)熱電偶絲的均勻性二、熱電偶的基本定律二、熱電偶的基本定律

（二）中間導(dǎo)體定律:在熱電偶回路中接入第三導(dǎo)體，只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，接入第三種導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路中的總熱電勢沒有影響。T0TT0AcB思考題ABCDEFT1T1T1T1T2T2六種不同的導(dǎo)體組成如圖回路，寫出回路中總的熱電勢。?二、熱電偶的基本定律

（三）熱電偶的中間溫度定律:

熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為T、TN和TN、T0時(shí)相應(yīng)熱電勢的代數(shù)和。TT0TNABBA結(jié)論（1）已知熱電偶在某一冷端溫度下進(jìn)行分度，只要引入適當(dāng)?shù)男拚涂稍诹硪焕涠藴囟认率褂?。熱電偶分度表中冷端溫度?℃，在實(shí)際測量中若熱電偶的冷端溫度為20℃，則可應(yīng)用中間溫度定律進(jìn)行計(jì)算。舉例：用鉑銠10—鉑熱電偶測溫，冷端溫度為25℃，輸出電勢為0.668mV，試求被測對(duì)象的溫度。查表得被測溫度為122℃。（2）補(bǔ)償導(dǎo)線鍋爐mVTT0T0T0’T0’貴鍋爐mVTT0’T0’T0T0參考點(diǎn)溫度不易保證AB如果在T0~T0’范圍內(nèi)，某對(duì)廉價(jià)導(dǎo)線的熱電性能與貴金屬熱電偶相同，則可以用這對(duì)導(dǎo)線代替從T0’點(diǎn)到T0點(diǎn)一段的熱電偶線，而不影響熱電偶的熱電勢值，同時(shí)降低熱電偶測量成本。補(bǔ)償導(dǎo)線鍋爐mVTT0’T0’T0T0將熱電偶全用補(bǔ)償導(dǎo)線代替行嗎？補(bǔ)償導(dǎo)線性能在一定溫度范圍和誤差范圍內(nèi)與熱電偶的熱電性能相同作用使熱電偶冷端遠(yuǎn)離熱源注意

兩個(gè)接點(diǎn)溫度不能超過規(guī)定溫度兩個(gè)接點(diǎn)溫度應(yīng)當(dāng)相同。否則，由于熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性并不完全相同，可能會(huì)引起較大的測量誤差。正負(fù)極不能接反三、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形式（一）種類：國際電工委員會(huì)（ICE）對(duì)熱電偶公認(rèn)性能比較好的材料制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，ICE推薦的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶7種。名稱分度號(hào)名稱分度號(hào)名稱分度號(hào)鉑銠10-鉑S銅-康銅T鎳鉻-鎳硅K鉑銠30-鉑銠6B鎳鉻-康銅E

鉑銠13-鉑R鐵-康銅J

三、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形式（二）熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1.普通工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)：熱電極，絕緣套管，接線盒，保護(hù)套管1.普通工業(yè)熱電偶2.鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)：熱電極，絕緣材料，保護(hù)套管特點(diǎn)：測量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐振動(dòng)，壽命長，適用各種工業(yè)測量。鎧裝熱電偶3.小慣性熱電偶特點(diǎn)：響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)小，可作溫度變化的動(dòng)態(tài)測量。表面溫度熱電偶表面溫度熱電偶四、熱電偶冷端溫度的補(bǔ)償方法1.冰點(diǎn)法精度高多用于實(shí)驗(yàn)室工業(yè)用冷端恒溫器冰瓶的制作冰呈屑狀，試管較細(xì)，插入較深，底部裝變壓器油或者水銀2.計(jì)算補(bǔ)償法原理TT0TNABBA例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫，冷端Tn=25℃，EAB(T，Tn)=40.347mV，求被測對(duì)象的實(shí)際溫度。由分度表知：EAB(25℃，0℃)=1mV

EAB(T，0℃)=40.347+1.00mV＝41.347mV由分度表知，T＝1002℃3.校正儀表機(jī)械零點(diǎn)法當(dāng)熱電偶與動(dòng)圈儀表配套使用時(shí)，如果冷端相對(duì)恒定，測量精度要求不高，可將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到熱電偶冷端溫度Tn，這就相當(dāng)于在輸入電勢之前，就有一個(gè)補(bǔ)償電勢EAB(Tn，0℃)，則4.補(bǔ)償電橋法利用電橋不平衡原理，橋臂熱電阻隨溫度變化，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓V具體實(shí)現(xiàn)方法R1=R2=R3=1Ω

與溫度無關(guān)熱電阻20℃，RCU=1Ω，Vab=0；環(huán)境不等于20℃，電橋失去平衡，產(chǎn)生電勢Vab與E(Tn,T0)相等，疊加補(bǔ)償電橋又叫毫伏發(fā)生器使用時(shí)，注意零點(diǎn)是20℃五、熱電偶誤差及校驗(yàn)（一）熱電偶測量誤差1.熱電偶分度誤差2.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全相同帶來的誤差3.冷端溫度變化引起的誤差4.熱電極變質(zhì)產(chǎn)生的誤差5.絕緣不良引起的誤差6.二次儀表的基本誤差（二）熱電偶的校驗(yàn)熱電偶出廠使用一段時(shí)間后，或熱電偶重新焊制后，應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)高于300℃熱電偶的校驗(yàn)原理與方法3-4電阻溫度溫度計(jì)熱電阻測溫原理熱電阻的類型熱電阻測溫電路三種測溫方法比較本節(jié)主要內(nèi)容一、熱電阻測溫原理對(duì)于一個(gè)給定電阻，其電阻值是溫度的單值函數(shù)，因而可以通過測量電阻值來推算溫度。TRt鉑電阻熱敏電阻電阻溫度系數(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/℃。

平均電阻溫度系數(shù)金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般為正值純金屬一般為0.38~0.68%，金屬純度越高，其電阻溫度系數(shù)越大半導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)一般為負(fù)值一、熱電阻測溫原理

電阻比：W（100）=

金屬導(dǎo)體純度越高，電阻比越大。金屬與半導(dǎo)體作為測溫元件要具備的條件電阻溫度系數(shù)α應(yīng)大復(fù)現(xiàn)性要好電阻率大價(jià)格便宜，工藝性好一、熱電阻測溫原理二、熱電阻的類型金屬熱電阻

鉑熱電阻銅熱電阻鎳熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻1鉑熱電阻特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能可靠、有較高電阻率，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化儀器中，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。使用范圍：-200～850℃，在90年國際溫標(biāo)中規(guī)定平衡氫三相點(diǎn)13.8k到銀凝固點(diǎn)961.78℃標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)用鉑電阻。電阻純度：W（100）=1.3850規(guī)格型號(hào)：Pt100、Pt10、Pt1000。結(jié)構(gòu)：電阻絲、絕緣管、保護(hù)套管、接線盒1鉑熱電阻鉑電阻2銅熱電阻特點(diǎn)：線性度高、電阻溫度系數(shù)高、價(jià)格便宜、電阻率低、易氧化。使用范圍：-50～180℃。電阻值與溫度關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻Cu50,Cu1003、半導(dǎo)體熱敏電阻隨著溫度的增高阻值降低，具有負(fù)的溫度系數(shù)，測溫范圍-40～350℃。電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，TRt熱敏電阻與金屬熱電阻比較：①電阻溫度系數(shù)大，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)約為-（3～6）%，金屬熱電阻約為0.4～0.6%。②電阻率大，可將電阻作的很大而體積很小，電阻阻值大，連接導(dǎo)線所用的電阻可忽略不計(jì)。③結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可用于測量點(diǎn)溫度④熱慣性?、莨に嚭突Q性差。

NSP功率型NTC熱敏電阻器CWF型NTC精密溫度傳感器

MF11型NTC熱敏電阻器

溫度傳感器4、熱電阻的分類(1)、普通型熱電阻(2)、鎧裝熱電阻（3）薄膜鉑熱電阻（4）厚膜鉑熱電阻三、熱電阻測溫電路分類：平衡電橋二線制不平衡電橋三線制四線制

平衡電橋二線法電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果如果不計(jì)RW隨溫度的變化，Rt與RH觸點(diǎn)位置成線性關(guān)系連接導(dǎo)線的電阻隨溫度變化引起測量誤差1平衡電橋GR1R2R3RW2RW1RtabcdR0RH1RH2平衡電橋三線法電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果連接導(dǎo)線的電阻隨溫度變化引起測量誤差被削弱RW2RW1RtdGR1R2R3abcR0RH1RH2不平衡電橋法I連續(xù)自動(dòng)顯示，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜Rt與I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對(duì)測量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化會(huì)引起測量誤差，三線接法可以削弱RW