第3章 溫 度 檢 測

檢測技術(shù)及儀表主編毛徐辛第3章溫度檢測3.1溫度檢測方法

3.2膨脹式溫度計

3.3熱電偶溫度計

3.4熱電阻溫度計

3.5非接觸式溫度計

3.6接觸式溫度計的安裝3.7實訓(xùn)3.1溫度檢測方法3.1.1溫標(biāo)

用來衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(零點)和溫度測量的基本單位。1.攝氏溫標(biāo)

2.華氏溫標(biāo)

3.熱力學(xué)溫標(biāo)

4.國際溫標(biāo)

3.1溫度檢測方法3.1.2溫度檢測的方法溫度檢測不能直接測量，只能借助于冷熱物體之間的熱交換，以及物體的某些物理參數(shù)隨溫度變化而變化的特性進(jìn)行間接測量。

1.接觸式測溫

2.非接觸式測溫

3.1溫度檢測方法3.1.3測溫儀表的分類由于溫度測量范圍很廣，所以測溫儀表種類很多。按測溫方法不同可分為接觸式和非接觸式溫度計；按工作原理不同可分為膨脹式、壓力式、熱電偶、熱電阻及輻射式溫度計等；按測溫范圍不同可分為高溫計和溫度計；按用途不同可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度計和工業(yè)用溫度計。3.1溫度檢測方法表3-1常用測溫儀表的分類及性能接觸式雙金屬

溫度計金屬熱膨脹變形量隨溫度變化1～2．5結(jié)構(gòu)簡單，指示清楚，耐振動，準(zhǔn)確度較低，不能遠(yuǎn)傳－100～600

一般－80～600壓力式

溫度計氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化1～2．5結(jié)構(gòu)簡單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳送(＜50m)，準(zhǔn)確度較低，受環(huán)境溫度影響大－100～600玻璃管液

體溫度計液體熱膨脹體積量隨溫度變化0．1～2．5結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)確度較高，易碎，不能遠(yuǎn)傳－200～600

一般－100～600熱電阻

溫度計熱阻效應(yīng)0．5～3．0準(zhǔn)確度高，便于遠(yuǎn)傳，不能測高溫，需外加電源－200～1000

一般－200～650熱電偶

溫度計熱電效應(yīng)0．5～1．0測溫范圍大，準(zhǔn)確度高，便于遠(yuǎn)傳，低溫測量準(zhǔn)確度較差－269～2800

一般－200～1800測溫方式儀表名稱測?溫?原?理準(zhǔn)確度范圍特點測量范圍/℃3.1溫度檢測方法表3-1常用測溫儀表的分類及性能非接觸式光學(xué)

高溫計物體輻射強度及亮度隨溫度變化1．0～1．5結(jié)構(gòu)簡單，不破壞對象溫度場，易產(chǎn)生目測誤差，外界反射、輻射會引起測量誤差200～3200

一般600～2400輻射

高溫計物體全輻射能隨溫度變化1．5結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，光路上環(huán)境介質(zhì)吸收輻射，易產(chǎn)生測量誤差100～3200

一般700～20003.2膨脹式溫度計3.2.1玻璃管液體溫度計

1.測溫原理

2.結(jié)構(gòu)與分類圖3-1玻璃管液體溫度計3.特點及應(yīng)用3.2膨脹式溫度計3.2.2雙金屬溫度計

1.測溫原理及結(jié)構(gòu)圖3-2雙金屬溫度計的原理

1—雙金屬片2—指針軸3—指針

4—刻度盤5—自由端6—固定端3.2膨脹式溫度計圖3-3工業(yè)用雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)

1—指針2—表殼3—金屬保護(hù)管4—指針軸5—雙金屬片6—固定端7—刻度盤3.2膨脹式溫度計圖3-4雙金屬溫度計外形圖3.特點及應(yīng)用2.分類3.2膨脹式溫度計3.2.3壓力式溫度計1.測溫原理及結(jié)構(gòu)圖3-5壓力式溫度計

1—溫包2—毛細(xì)管3—彈簧管4—指針

5—傳動機構(gòu)6—刻度盤7—感溫介質(zhì)3.2膨脹式溫度計2.特點及應(yīng)用

1)壓力式溫度計應(yīng)在規(guī)定的測量范圍、環(huán)境溫度和濕度下使用，使用時溫包應(yīng)全部浸入被測介質(zhì)中。

2)壓力式溫度計的毛細(xì)管容易被折斷或滲漏，除加保護(hù)套管外，在安裝時要注意其彎曲半徑不要小于50mm，并避開高溫?zé)嵩础?/p>

3)當(dāng)液體壓力式溫度計的溫包和表頭不在同一水平面上時，兩者間的液柱靜壓差會產(chǎn)生附加系統(tǒng)誤差，因此需對溫度計進(jìn)行調(diào)零或數(shù)值修正。

4)蒸汽壓力式溫度計在使用過程中，當(dāng)周圍環(huán)境溫度常低于被測溫度時，應(yīng)考慮蒸汽在毛細(xì)管和彈簧管內(nèi)冷凝所產(chǎn)生的液柱靜壓對測量帶來的影響。圖3-6熱電偶溫度計組成3.3熱電偶溫度計3.3熱電偶溫度計1)測溫范圍廣，一般為－200～1800℃。

2)結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便。

3)由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為電動勢，故信號可以遠(yuǎn)距離傳輸，便于集中檢測和控制。

4)特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，其熱容量和熱慣性都很小，能用于快速測量。

3.3.1測溫原理

1.熱電效應(yīng)圖3-7熱電效應(yīng)原理圖3.3熱電偶溫度計(1)溫差電動勢溫差電動勢是同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電動勢。

(2)接觸電動勢接觸電動勢是在兩種不同導(dǎo)體的接觸面上產(chǎn)生的電動勢。圖3-8溫差電動勢的形成圖3-9接觸電動勢的形成3.3熱電偶溫度計圖3-10熱電偶回路的電動勢分布3.3熱電偶溫度計2.熱電偶基本定律

(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律

(2)中間導(dǎo)體定律圖3-11接入第三種導(dǎo)體的熱電偶回路3.3熱電偶溫度計圖3-12中間溫度定律(4)等值替代定律(3)中間溫度定律(1)貴金屬熱電偶由貴金屬及其合金材料制成。

1)鉑銠10-鉑熱電偶(S)。

2)鉑銠30-鉑銠6熱電偶(B)。

(2)廉價金屬熱電偶由價廉的合金或純金屬材料制成。

1)鎳鉻-鎳硅熱電偶(K)。

2)鎳鉻-康銅熱電偶(康銅是銅鎳合金)(E)。

3)銅-康銅熱電偶(T)。3.3.2常用熱電偶的類型與結(jié)構(gòu)

1.常用熱電偶的類型3.3熱電偶溫度計圖3-13普通型熱電偶典型結(jié)構(gòu)圖

1—接線盒2—保護(hù)套管3—熱電極4—絕緣套管5—熱端2.熱電偶的結(jié)構(gòu)

(1)普通型熱電偶普通型熱電偶主要用于測量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。3.3熱電偶溫度計圖3-14鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)圖

1—接線盒2—固定裝置3—金屬套管

4—熱電極5—絕緣材料(2)鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)拉伸加工而成的一種堅實組合體。3.3熱電偶溫度計圖3-15薄膜式熱電偶(3)薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍法將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，上面再蒸鍍一層二氯化硅薄膜作為絕緣和保護(hù)層，形成薄膜式熱電偶。3.3熱電偶溫度計圖3-16補償導(dǎo)線接線圖3.3.3熱電偶冷端的處理方法

1.補償導(dǎo)線3.3熱電偶溫度計表3-3常用熱電偶的補償導(dǎo)線配用熱電偶類型代號補償導(dǎo)線材料色標(biāo)正極負(fù)極正極負(fù)極S，RSCSPC(銅)SNC(銅鎳)紅綠ＫKCKPC(銅)KNC(康銅)藍(lán)KXKPX(鎳鉻)KNX(鎳硅)黑ＥEXEPX(鎳鉻)ENX(銅鎳)棕ＪJXJPX(鐵)JNX(銅鎳)紫ＴTXTPX(銅)TNX(銅鎳)白3.3熱電偶溫度計2.冷端溫度補償圖3-17冰點法3.3熱電偶溫度計(1)冰點法

(2)熱電動勢修正法(3)儀表零點校正法(4)補償電橋法圖3-18冷端補償器3.3熱電偶溫度計3.3.4熱電偶常用的測溫電路1.典型測量電路圖3-19典型熱電偶測溫電路3.3熱電偶溫度計2.串聯(lián)電路圖3-20熱電偶正向串聯(lián)電路3.3熱電偶溫度計圖3-21熱電偶反向串聯(lián)電路3.3熱電偶溫度計圖3-22熱電偶并聯(lián)電路3.3熱電偶溫度計3.并聯(lián)電路3.3.5一體化式熱電偶溫度變送器圖3-23一體化式溫度變送器

1—變送器模塊2—穿線孔3—接線盒4—出線孔

5—固定裝置6—保護(hù)套管7—熱電極3.3熱電偶溫度計圖3-24一體化式熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖3.3熱電偶溫度計圖3-25熱電偶溫度變送器模塊及其在接線盒中的安裝形式3.3熱電偶溫度計3.4熱電阻溫度計3.4.1測溫原理

金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化，這種物理現(xiàn)象稱為熱阻效應(yīng)。熱電阻溫度計正是利用這一效應(yīng)來實現(xiàn)溫度測量的。

3.4.2常用熱電阻類型與結(jié)構(gòu)

1.常用熱電阻的類型3.4熱電阻溫度計表3-4工業(yè)常用熱電阻類型及基本參數(shù)熱電阻名稱分度號測量范圍/℃0℃的電阻值/Ω電阻溫度系數(shù)α/℃-1允許誤差/℃鉑電阻Pt100－200～8501003．85×10-3A級：±(0．15＋2×1t)

B級：±(0．30＋5×1t)Pt1010銅電阻Cu50－50～150504．28×10-3±(0．30＋6×1t)Cu1001003.4熱電阻溫度計(1)鉑電阻金屬鉑因其抗氧化性好、物理及化學(xué)性能穩(wěn)定、材料易提純，復(fù)制性好等特點，成為較理想的熱電阻材料。

(2)銅電阻當(dāng)被測溫度較低且測量準(zhǔn)確度要求不高時，通常會采用銅電阻。

2.熱電阻的結(jié)構(gòu)3.4熱電阻溫度計(1)普通型熱電阻外形與熱電偶相似，如圖3-27c所示，主要由電阻體(感溫元件)、緊固螺栓、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等幾部分組成。圖3-27普通型熱電阻3.4熱電阻溫度計(2)鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)及特點與鎧裝熱電偶相似。圖3-29鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)(3)薄膜熱電阻它是將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。

3.4熱電阻溫度計3.4.3熱電阻連接方式二線制、三線制和四線制三種。3.4熱電阻溫度計圖3-30熱電阻連接方式3.4熱電阻溫度計圖3-31熱電阻溫度變送器模塊外形3.4.4一體化式熱電阻溫度變送器3.5非接觸式溫度計3.5.1非接觸式溫度計測溫原理

非接觸式溫度計是利用物體的熱輻射能隨溫度的變化而變化的原理制成的。

設(shè)法獲得物體的輻射能力、特定波長上的輻射強度或兩個特定波長上的輻射強度比值，就可以求得相應(yīng)的溫度。

3.5.2輻射式測溫的基本方法

1.全輻射法

2.亮度法

3.比色法

3.5非接觸式溫度計圖3-32全輻射溫度計原理結(jié)構(gòu)

1—物鏡2—光闌3—玻璃泡4—熱電堆5—灰濾光片

6—目鏡7—鉑箔片8—云母片9—顯示儀表3.5.3全輻射高溫計3.5非接觸式溫度計圖3-33熱電堆(星形)

1—箔片(熱端)2—熱電偶絲

3—金屬箔片4—云母環(huán)5—引出線3.6接觸式溫度計的安裝3.6.1測溫元件的安裝

1.正確選擇安裝位置

2.采用正確的安裝方式圖3-34測溫元件安裝示意圖3.6接觸式溫度計的安裝圖3-35熱電偶或熱電阻安裝示意圖3.合理確定插入深度4.避免熱輻射、減少熱損失圖3-36擴大管上安裝示意圖3.6接觸式溫度計的安裝5.確保安全、可靠

6.便于維修、校驗

3.6.2連接導(dǎo)線的安裝

1)按照測溫元件類型配用相應(yīng)的連接導(dǎo)線。

2)連接導(dǎo)線必須防止機械損傷，有良好的絕緣屏蔽。

3)連接導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭，并禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起干擾。4)補償導(dǎo)線最好與其他導(dǎo)線分開敷設(shè)。

5)連接導(dǎo)線盡量避免高溫、潮濕、腐蝕性及爆炸性氣體與灰塵的環(huán)境，禁止敷設(shè)在爐壁、煙道及熱管道等高溫設(shè)備上。3.7實訓(xùn)3.7.1熱電偶/熱電阻校驗

1.熱電偶校驗(1)實訓(xùn)目的

1)通過本實訓(xùn)，熟悉熱電偶溫度計校驗設(shè)備及其工作過程。

2)掌握熱電偶溫度計基本誤差校驗方法。

(2)實訓(xùn)設(shè)備

3.7實訓(xùn)(3)實訓(xùn)裝置連接圖熱電偶校驗裝置及接線示意圖如圖3-37所示，主要由管式高溫爐、冷端恒溫器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和電位差計組成。圖3-37熱電偶校驗裝置及接線示意圖3.7實訓(xùn)(4)實訓(xùn)內(nèi)容1)連接實訓(xùn)設(shè)備。

2)熱電偶校驗。

3)整理校驗數(shù)據(jù)，分析、計算誤差，給出校驗結(jié)論。

4)編寫實訓(xùn)報告。

(5)注意事項

3.7實訓(xùn)2.熱電阻校驗

(1)實訓(xùn)目的

1)通過本實訓(xùn)，熟悉熱電阻溫度計校驗設(shè)備及其工作過程。

2)掌握熱電阻溫度計基本誤差校驗方法。

(2)實訓(xùn)設(shè)備

1)被校熱電阻，數(shù)量、類型及型號自定。

2)2等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一支。

3)0.02級直流電橋一臺。4)多觸點轉(zhuǎn)換開關(guān)一個。

5)恒溫油(水)槽一臺。

6)冰點槽一臺。3.7實訓(xùn)圖3-38熱電阻校驗接線圖3.7實訓(xùn)(3)實訓(xùn)裝置接線圖熱電阻校驗接線圖如圖3-38所示。

(4)實訓(xùn)內(nèi)容

1)連接實訓(xùn)設(shè)備。

2)熱電阻校驗。

3)整理校驗數(shù)據(jù)，分析、計算誤差，并給出校驗結(jié)論。

4)編寫實訓(xùn)報告。

(5)注意事項

3.7實訓(xùn)3.7.2一體化式熱電偶/熱電阻溫度變送器校驗

1.實訓(xùn)目的

1)掌握一體化式熱電偶/熱