自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)課件(第四章)

第二篇過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)

第二篇過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)

4溫度檢測(cè)7物位檢測(cè)5壓力檢測(cè)8機(jī)械量檢測(cè)6流量檢測(cè)

9成分分析儀表第四章溫度檢測(cè)接觸式測(cè)溫2非接觸式測(cè)溫33測(cè)溫方法及溫標(biāo)31光纖溫度傳感器4測(cè)溫原理溫度是國(guó)際單位制(SI)7個(gè)基本物理量之一溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。溫度的定量測(cè)量以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)，兩個(gè)受熱程度不同的物體相接觸后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的熱交換，達(dá)到共同的平衡態(tài)后具有相同的溫度。長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量光強(qiáng)（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）4.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)概述溫度檢測(cè)的基本原理應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫測(cè)溫方式溫度計(jì)種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接觸式測(cè)溫儀表玻璃液體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場(chǎng)指示,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100～100（150）有機(jī)液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大、價(jià)格低、能記錄、報(bào)警與自控

精度低、不能離開(kāi)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量,量程與使用范圍均有限

0～300（-50～600）壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不怕震動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格低廉、能記錄、報(bào)警與自控精度低、測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí),儀表的滯后性較大、一般離開(kāi)測(cè)量點(diǎn)不超過(guò)10米0～500（-50～600）液體型0～100（-50～200）蒸汽型電阻溫度計(jì)測(cè)量精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測(cè)量高溫,由于體積大,測(cè)點(diǎn)溫度較困難

-150～500（-200～600）鉑電阻0～100（-50～150）銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣,精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償,在低溫段測(cè)量精度較低

-20～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40～800（900）鎳鉻-銅鎳-40～300（350）銅-銅鎳非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)攜帶用、可測(cè)量高溫、測(cè)溫時(shí)不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng)

測(cè)量時(shí),必須經(jīng)過(guò)人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠(yuǎn)距離測(cè)量,記錄和自控900～2000（700～2000）輻射高溫計(jì)測(cè)溫元件不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng),能作遠(yuǎn)距離測(cè)量、報(bào)警和自控、測(cè)溫范圍廣只能測(cè)高溫,低溫段測(cè)量不準(zhǔn),環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)量精度,連續(xù)測(cè)高溫時(shí)須作水冷卻或氣冷卻100～2000（50～2000）各種溫度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍概述測(cè)溫儀表分類(lèi)概述溫度檢測(cè)儀表的選用工業(yè)上常見(jiàn)的溫度檢測(cè)儀表主要有:雙金屬溫度計(jì)熱電偶熱電阻輻射式溫度計(jì)等就地指示精度不高在線檢測(cè)適用于測(cè)量500～1800℃范圍的中高溫度適用于測(cè)量500℃以下的中低溫度一般用于2000℃以上的高溫測(cè)量選擇使用熱電阻、熱電偶時(shí)還應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)的要求確定合適的分度號(hào)。一.熱電偶溫度計(jì)1.熱電效應(yīng)和熱電偶

2.熱電偶的應(yīng)用定則（定律）3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表

4.熱電偶冷端溫度的處理

5.熱電偶的結(jié)構(gòu)型式6.熱電偶測(cè)量線路一.熱電偶溫度計(jì)1.熱電效應(yīng)和熱電偶

熱電效應(yīng)（熱電偶測(cè)溫的基本原理）

任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為

t及

t0的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。ABBA熱電偶示意圖熱電現(xiàn)象

t端稱(chēng)為工作端

又稱(chēng)測(cè)量端或熱端

(假定該端置于熱源中)，

t0端稱(chēng)為自由瑞，又稱(chēng)參考端或冷端

這兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱(chēng)為熱電偶

每根單獨(dú)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱(chēng)為熱電極

ABeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)tt0一.熱電偶溫度計(jì)1.熱電效應(yīng)和熱電偶熱電現(xiàn)象ABeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)tt0閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成：由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，其忽略不計(jì)，這樣熱電偶的電勢(shì)可表示為：接觸電勢(shì)

下標(biāo)A表示正電極，B表示負(fù)電極。溫差電勢(shì)或熱電偶測(cè)溫的基本公式一.熱電偶溫度計(jì)1.熱電效應(yīng)和熱電偶熱電現(xiàn)象ABeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)tt0只要測(cè)量出熱電勢(shì)大小，就能判斷被測(cè)溫度的高低，這就是熱電偶的溫度測(cè)量原理。

當(dāng)冷端溫度t0一定時(shí)，對(duì)于確定的熱電偶來(lái)說(shuō)，eAB(t0)為常數(shù)，因此，其總熱電勢(shì)

E(t,t0)就與溫度

t成單值函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，和熱電偶的長(zhǎng)短、直徑無(wú)關(guān)?；驘犭娕紲y(cè)溫的基本公式一.熱電偶溫度計(jì)1.熱電效應(yīng)和熱電偶熱電現(xiàn)象ABeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)tt0重要結(jié)論如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無(wú)論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)為零；如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無(wú)論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)也為零。由不同電極材料制成的熱電偶，在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：熱電偶由兩種不同的金屬材料組成。熱電偶的兩端存在溫差。一.熱電偶溫度計(jì)2.熱電偶的應(yīng)用定則(定律)由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面和長(zhǎng)度以及其溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。均質(zhì)導(dǎo)體定則中間導(dǎo)體定則在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)值沒(méi)有影響。熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,tc)、EAB(tc,t0)的代數(shù)和。中間溫度定則如果熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)相等，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)是可以相互替換的。等值替代定則一.熱電偶溫度計(jì)2.熱電偶的應(yīng)用定則(定律)中間導(dǎo)體定則在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)值沒(méi)有影響。t0t0t0t0t0t1t1ttt毫伏計(jì)當(dāng)t＝t0時(shí)，有：于是可得：根據(jù)這一性質(zhì)：可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接導(dǎo)線，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。一.熱電偶溫度計(jì)2.熱電偶的應(yīng)用定則(定律)熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,tc)、EAB(tc,t0)的代數(shù)和。中間溫度定則t0tAAABBBDCtt0tctc如果熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)相等，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)是可以相互替換的。等值替代定則為在工業(yè)測(cè)量溫度中使用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論基礎(chǔ)一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求在測(cè)溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時(shí)間變化;

在測(cè)溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學(xué)穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;電阻溫度系數(shù)要小,電導(dǎo)率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡(jiǎn)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。一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。分度表在t0=0℃條件下，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同熱端溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，可以列出對(duì)應(yīng)的分度表。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：具有某些特殊性能，能滿(mǎn)足一些特殊條件下測(cè)溫的需要，如超高溫、極低溫、高真空或核輻射環(huán)境。一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表熱電偶名稱(chēng)分度號(hào)熱電極識(shí)別E（100,0）（mV）測(cè)溫范圍（℃）對(duì)分度表允許偏差（℃）新極性識(shí)別長(zhǎng)期短期等級(jí)使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃負(fù)亮白柔軟＞600±0.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470~13001600Ⅱ＜600±1.5℃負(fù)柔軟＞1100±0.25%t鉑銠30-鉑銠B正較硬0.0330~16001800Ⅲ600~900±4℃負(fù)稍軟＞800±0.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t負(fù)稍親磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t負(fù)稍親磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t負(fù)亮黃Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t銅-康銅T正紅色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t負(fù)銀白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t鐵-康銅J正親磁5.269-40~600750Ⅱ-40~750±2.5℃或±0.75%t負(fù)不親磁標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表熱電偶名稱(chēng)代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長(zhǎng)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常用熱電偶一.熱電偶溫度計(jì)3.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理

在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱(chēng)為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述幾種方法。①補(bǔ)償導(dǎo)線法②冷端溫度恒溫法③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)④校正儀表零點(diǎn)法⑤補(bǔ)償電橋法一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理

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

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(jià)金屬。①補(bǔ)償導(dǎo)線法

補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理①補(bǔ)償導(dǎo)線法在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。熱電偶名稱(chēng)補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100℃，冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)mV正極負(fù)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常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理①補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯材料絕緣層著色正極負(fù)極SC或RC鉑銠10（鉑銠）-鉑SPC（銅）SNC（銅鎳）紅綠KC鎳鉻-鎳硅KPC（銅）KNC（銅鎳）紅藍(lán)KX鎳鉻-鎳硅KPX（銅鎳）KNX（鎳硅）紅黑NX鎳鉻硅-鎳硅NPS（銅鎳）NNX（鎳硅）紅灰EX鎳鉻-銅鎳EPX（鎳鉻）ENX（銅鎳）紅棕JX鐵-銅鎳JPX（鐵）JNX（銅鎳）紅紫TX銅-銅鎳TPX（銅）TNX（銅鎳）紅白補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理注意使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),應(yīng)當(dāng)注意補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極必須與熱電偶的正、負(fù)極各端對(duì)應(yīng)相接。正、負(fù)兩極的接點(diǎn)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(duì)于鎳鉻-銅鎳等一類(lèi)用廉價(jià)金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補(bǔ)償導(dǎo)線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。①補(bǔ)償導(dǎo)線法一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理熱電偶冷端溫度保持０℃的方法

②冷端溫度恒溫法適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量檢定熱電偶一.熱電偶溫度計(jì)注意由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢(shì)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(shì)是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時(shí)進(jìn)行分度的,因此,若自由端溫度不為0℃而為t0時(shí),則熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行計(jì)算。

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

③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)4.熱電偶冷端溫度的處理一.熱電偶溫度計(jì)舉例例1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測(cè)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(shì)E(800,30)。解：由附表可以查得

E(800,0)=33.277(mV)

E(30,0)=1.203(mV)將上述數(shù)據(jù)代入式(5-3),即得

E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)4.熱電偶冷端溫度的處理一.熱電偶溫度計(jì)例2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時(shí)，自由端溫度t0=30℃,測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)=14.195mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。解:由附表可以查得

E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附表可以查得14.368mV對(duì)應(yīng)的溫度t為1400℃。③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)4.熱電偶冷端溫度的處理一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理舉例例3用鉑銠10-鉑熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè),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(dòng)補(bǔ)償且是以溫度刻度的)為985℃，試求被測(cè)溫度的實(shí)際值。解：由分度號(hào)為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表查出985℃時(shí)的熱電勢(shì)值為9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又從分度表中查得E(t0,0)=E(30,0)=0.173mV。將此兩個(gè)數(shù)值代入式(5-14),得

E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)再查分度表可知,對(duì)應(yīng)于9.585mV的溫度t=1000℃,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測(cè)得的溫度實(shí)際值。③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)一.熱電偶溫度計(jì)注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系都是非線性的(當(dāng)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(shí),將所測(cè)熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。

③熱電勢(shì)的修正方法(計(jì)算修正法)4.熱電偶冷端溫度的處理一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理④校正儀表零點(diǎn)法

若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。t+－RcuER1R2R3+ab－+－一.熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶冷端溫度的處理⑤補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。是儀表中最常用的一種處理方法。

由于電橋是在20℃時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補(bǔ)償電橋是在0℃時(shí)平衡設(shè)計(jì)的，則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！接線盒保護(hù)套管絕緣管熱電偶安裝法蘭引線口一.熱電偶溫度計(jì)5.熱電偶的結(jié)構(gòu)型式熱電偶廣泛應(yīng)用于各種條件下的溫度測(cè)量，尤其適用于500℃以上較高溫度的測(cè)量，普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的兩種結(jié)構(gòu)。普通型熱電偶普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。安裝方式主要有法蘭式和螺紋式兩種。一.熱電偶溫度計(jì)5.熱電偶的結(jié)構(gòu)型式常見(jiàn)普通工業(yè)裝配式熱電偶的外形結(jié)構(gòu)一.熱電偶溫度計(jì)5.熱電偶的結(jié)構(gòu)型式鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)過(guò)拉伸加工成型的具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性好、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上，應(yīng)用十分廣泛。熱電極絕緣材料金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶可以做得很細(xì)，一般為2～8mm，可以隨測(cè)量需要任意彎曲。一.熱電偶溫度計(jì)5.熱電偶的結(jié)構(gòu)型式鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）鎧裝型熱電偶一.熱電偶溫度計(jì)6.熱電偶測(cè)量線路①測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫差②測(cè)量平均溫度注意熱電偶非線性帶來(lái)的影響并聯(lián)法測(cè)量平均溫度一.熱電偶溫度計(jì)6.熱電偶測(cè)量線路③測(cè)量幾點(diǎn)溫度之和④若干只熱電偶共用一臺(tái)儀表串聯(lián)法測(cè)量平均溫度若干只熱電偶通過(guò)切換開(kāi)關(guān)共用一臺(tái)測(cè)量?jī)x表練習(xí)題1用鉑銠10-鉑(分度號(hào)S)的熱電偶測(cè)溫，已知參比端溫度為20℃，測(cè)得熱電勢(shì)E(t,20)=11.30mV，試求被測(cè)溫度t？查熱電偶的分度表知：E(20,0)=0.113mVE(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=11.30+0.113=11.413mV查表知：t=1155℃練習(xí)題2用鎳鉻-鎳硅(分度號(hào)K)的熱電偶測(cè)溫，已知參比端溫度為25℃，檢測(cè)端溫度為506℃，求產(chǎn)生的熱電勢(shì)是多少？E(506,25)=E(506,0)-E(25,0)=20.900-1.000=19.900mV在煉鋼廠中有時(shí)直接將廉價(jià)熱電極(易耗品，例如鎳鉻-鎳硅熱偶絲，時(shí)間稍長(zhǎng)即熔化)插入鋼水中測(cè)量鋼水溫度，如圖所示：試說(shuō)明

1)為什么不必將工作端焊在一起?

2)要滿(mǎn)足哪些條件才不影響測(cè)量精度?采用上述方法是利用了熱電偶什么定律？

3)如果檢測(cè)物不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？

二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻1.熱電阻的測(cè)溫原理2.工業(yè)上常用的金屬熱電阻

3.熱電阻的結(jié)構(gòu)型式4.熱電阻的信號(hào)連接方式

㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)2.熱敏電阻的應(yīng)用二.熱電阻溫度計(jì)二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻1.熱電阻的測(cè)溫原理熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。測(cè)出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出被測(cè)溫度。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可用以下近似關(guān)系式表示：

式中：Rt為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值Rt0為溫度t0(通常為0℃)時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值α為溫度系數(shù)。㈠

熱電阻2.工業(yè)上常用的金屬熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)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。使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅。常用的鉑熱電阻有R0＝100Ω，分度號(hào)為Pt100；

測(cè)溫范圍：-150～500（-200～600）常用的銅熱電阻有R0＝50Ω

，分度號(hào)為Cu50。

測(cè)溫范圍：0～100（-50～150）銅熱電阻有R0＝50Ω和R0＝100Ω兩種，分度號(hào)分別為Cu50和Cu100。二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻3.熱電阻的結(jié)構(gòu)型式裝配式熱電阻的結(jié)構(gòu)絕緣套管保護(hù)管接線盒感溫元件接線端子鉑電阻感溫元件銅電阻感溫元件二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻4.熱電阻的信號(hào)連接方式

二線制熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到二次儀表或計(jì)算機(jī)控制裝置上。

常用的引線方式有三種：

二線制、三線制、四線制。三線制四線制RtIsUi=Is×Rt恒流源二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻4.熱電阻的信號(hào)連接方式

二線制三線制⑴

熱電阻的二線制接法：這種接法兩根導(dǎo)線的電阻都加在電橋的一個(gè)橋臂上，顯然當(dāng)導(dǎo)線電阻也隨溫度變化時(shí)，不平衡電橋自然反映的不僅僅是熱電阻的變化，如配鉑電阻和銅導(dǎo)線，顯然兩者的變化不同，所以此接法必然影響測(cè)量精度。解決的辦法？二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻4.熱電阻的信號(hào)連接方式

⑵

熱電阻的三線制接法：在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線。這種方式通常與電橋配套使用，能較好地消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程中最常用的引線方式。二線制三線制最好的辦法？二.熱電阻溫度計(jì)㈠

熱電阻4.熱電阻的信號(hào)連接方式

⑶熱電阻的四線制接法：在熱電阻根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線，兩根引線為熱電阻提供恒定電流Is，另兩根引線把Ui引至二次儀表。此方式能完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。二線制三線制四線制RtIsUi=Is×Rt恒流源二.熱電阻溫度計(jì)二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)最常見(jiàn)的熱敏電阻是由金屬氧化物半導(dǎo)體材料在不同的條件下燒制而成的，如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物混合燒結(jié)而成。熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)熱敏電阻的溫度系數(shù)分為①正溫度系數(shù)（PTC），②負(fù)溫度系數(shù)（NTC），③臨界溫度系數(shù)（CTR）。熱敏電阻的電阻值與溫度之間的特性曲線如圖所示。①②③①②③二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)①正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，其電阻值朝正的方向快速變化。其電阻值與溫度之間的關(guān)系為B—熱敏電阻常數(shù)，是溫度系數(shù)的函數(shù)，B=-T2；RT—任意溫度T時(shí)的電阻值；R0—基準(zhǔn)溫度T0時(shí)的電阻值。①②③二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)②負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)正溫度系數(shù)熱敏電阻具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體熱敏電阻之一。具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。其電阻值與溫度之間的關(guān)系為①②③二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)③臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個(gè)溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高。由于具有開(kāi)關(guān)特性和一個(gè)溫度突變點(diǎn)，主要用作溫度開(kāi)關(guān)或各種電子電路中抑制浪涌電流，起保護(hù)作用。二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻1.熱敏電阻的分類(lèi)及特點(diǎn)各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，通常在數(shù)千歐以上，因此連接導(dǎo)線的阻值幾乎對(duì)測(cè)溫沒(méi)有影響，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來(lái)了方便。另外，熱敏電阻的阻值隨溫度改變顯著，只要很小的電流流過(guò)熱敏電阻，就能產(chǎn)生明顯的電壓變化，而電流對(duì)熱敏電阻自身有加熱作用，所以應(yīng)注意不要使電流過(guò)大，防止帶來(lái)測(cè)量誤差。二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻2.熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻常被用來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，可用來(lái)作為補(bǔ)償元器件，也可作為控制開(kāi)關(guān)來(lái)應(yīng)用，還可用來(lái)對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)等。⑴溫度測(cè)量⑵溫度控制⑶溫度補(bǔ)償⑷流量測(cè)量二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻2.熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì)⑴溫度測(cè)量二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻2.熱敏電阻的應(yīng)用簡(jiǎn)易溫度控制器⑵溫度控制二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻2.熱敏電阻的應(yīng)用儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電路金屬一般具有正的溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。⑶溫度補(bǔ)償二.熱電阻溫度計(jì)㈡

熱敏電阻2.熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻流量計(jì)⑷流量測(cè)量利用熱敏電阻上的熱量消耗和介質(zhì)流速的關(guān)系可以測(cè)量流量、流速、風(fēng)速等。三.熱電偶和熱電阻溫度計(jì)的安裝及布線一般來(lái)說(shuō)，溫度檢測(cè)儀表的檢測(cè)元件安裝，需要遵循以下原則：應(yīng)確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，選擇有代表性的安裝位置。應(yīng)確保安全、可靠,選擇合適的安裝方式。應(yīng)綜合考慮儀表維修、校驗(yàn)的方便。檢測(cè)元件安裝三.熱電偶和熱電阻溫度計(jì)的安裝及布線應(yīng)確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，

選擇有代表性的安裝位置。檢測(cè)元件安裝應(yīng)該有足夠的插入深度；不應(yīng)該插入介質(zhì)的死角，以確保能進(jìn)行充分的熱交換；工作端應(yīng)位于管道中心流速最大之處；應(yīng)該迎著流體流動(dòng)方向安裝，否則容易產(chǎn)生測(cè)量誤差；(a)逆流(b)正交(d)彎頭溫度檢測(cè)元件的安裝示意圖測(cè)量負(fù)壓管道（或設(shè)備）上的溫度時(shí)，必須保證有密封性，以免外界空氣的吸入而降低精度。三.熱電偶和熱電阻溫度計(jì)的安裝及布線檢測(cè)元件安裝為避免檢測(cè)元件的損壞，保護(hù)套管應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作壓力、溫度、腐蝕性等特性，合理地選擇保護(hù)套管的材質(zhì)、壁厚。當(dāng)介質(zhì)壓力超過(guò)10MPa時(shí)，必須安裝保護(hù)外套，確保安全。為了減小測(cè)量的滯后，可在保護(hù)套管內(nèi)部加裝傳熱良好的填充物，如硅油、石英砂等等。接線盒出線孔應(yīng)該朝下，以免因密封不良使水汽、灰塵等進(jìn)入而降低測(cè)量精度。應(yīng)確保安全可靠。

選擇合適的安裝方式。三.熱電偶和熱電阻溫度計(jì)的安裝及布線熱電偶的插入方式熱電偶在擴(kuò)大管上的安裝檢測(cè)元件安裝應(yīng)確保安全可靠。

選擇合適的安裝方式。三.熱電偶和熱電阻溫度計(jì)的安裝及布線布線要求按照規(guī)定的型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，注意熱電偶的正、負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極相連接。熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求。禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應(yīng)。最好與其他導(dǎo)線分開(kāi)敷設(shè)。為了保護(hù)連接導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線不受外來(lái)機(jī)械損傷，連接導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)穿入鋼管內(nèi)或走匯線槽。導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭。應(yīng)有良好的絕緣。補(bǔ)償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒。四.非接觸式測(cè)溫輻射測(cè)溫原理非接觸式測(cè)溫方法以輻射測(cè)溫為主。具有一定溫度的物體都會(huì)向外輻射能量，其輻射強(qiáng)度與物體的溫度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量輻射強(qiáng)度來(lái)確定物體的溫度。輻射測(cè)溫時(shí)，輻射感溫元件不與被測(cè)介質(zhì)相接觸，不會(huì)破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)；測(cè)量元件不必達(dá)到與被測(cè)對(duì)象相同的溫度，測(cè)量上限可以很高；輻射測(cè)溫適用于很寬的測(cè)量范圍，可達(dá)-50～6000℃。但是，影響其測(cè)量精度的因素較多，應(yīng)用技術(shù)較復(fù)雜四.非接觸式測(cè)溫輻射測(cè)溫儀表的組成主要由光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理等部分組成。㈠光學(xué)高溫計(jì)㈡光電高溫計(jì)㈢輻射溫度計(jì)㈣比色溫度計(jì)㈠光學(xué)高溫計(jì)四.非接觸式測(cè)溫精密光學(xué)高溫計(jì)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測(cè)試；標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測(cè)定中使用。光學(xué)高溫計(jì)可用來(lái)測(cè)量800～3200℃的高溫。因采用肉眼進(jìn)行色度比較，故測(cè)量誤差與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱(chēng)為亮度溫度(TL)，被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過(guò)修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色濾波片；5－目鏡；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開(kāi)關(guān)；R1－刻線調(diào)整電阻㈠光學(xué)高溫計(jì)四.非接觸式測(cè)溫WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)㈡光電高溫計(jì)四.非接觸式測(cè)溫光學(xué)高溫計(jì)是由人工操作來(lái)完成亮度平衡工作的，其測(cè)量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和記錄，當(dāng)被測(cè)溫度低于800℃時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無(wú)法進(jìn)行平衡。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)溫儀表。它采用新型的光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測(cè)量的目的。㈡光電高溫計(jì)四.非接觸式測(cè)溫WDL-31型光電高溫計(jì)1－物鏡2－同步信號(hào)發(fā)生器3－調(diào)制鏡4－微電機(jī)5－反光鏡6－聚光鏡7－參比燈8－探測(cè)元件㈢輻射溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即根據(jù)物體的總輻射強(qiáng)度與物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來(lái)進(jìn)行測(cè)量。輻射高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱(chēng)為輻射溫度，被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過(guò)修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度?？捎糜跍y(cè)量400～2000℃的高溫，多為現(xiàn)場(chǎng)安裝式結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境要求，在輻射感溫器外加裝水冷夾套㈢輻射溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫㈢輻射溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫1－物鏡；2－外殼；3－補(bǔ)償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒軸WFT-202型輻射感溫器結(jié)構(gòu)㈣比色溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫原理：通過(guò)測(cè)量熱輻射體在兩個(gè)或兩個(gè)以上波長(zhǎng)的光譜輻射亮度之比來(lái)測(cè)量溫度。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快，可觀察小目標(biāo)(最小可到2mm)。因?yàn)閷?shí)際物體的單色黑度系數(shù)和全輻射黑度系數(shù)的數(shù)值相差很大，但是對(duì)同一物體的不同波長(zhǎng)的單色黑度系數(shù)和來(lái)說(shuō)，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計(jì)測(cè)得的溫度稱(chēng)為比色溫度，它與物體的真實(shí)溫度很接近，一般可以不進(jìn)行校正。㈣比色溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫可用于測(cè)量550～3200℃的高溫比色溫度計(jì)原理結(jié)構(gòu)㈣比色溫度計(jì)四.非接觸式測(cè)溫光電效應(yīng)和光電器件外光電效應(yīng):

在光線作用下使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象。如光電管、光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng):

在光線作用下能使物體電阻率改變的現(xiàn)象，如光敏電阻等。阻擋層光電效應(yīng)(光生伏特效應(yīng)):

在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。如光電池、光敏晶體管等。光電管光電倍增管光敏二極管光敏晶體管光敏電阻光電池結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，裝在透明玻璃外殼中。在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)的。光照射到光敏二極管的PN結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。光敏二極管光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有兩個(gè)PN結(jié)。把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)同時(shí)，又將信號(hào)電流加以放大。光敏電阻光敏電阻又稱(chēng)為光導(dǎo)管，由半導(dǎo)體材料制成。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻元件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻值(亮電阻)急劇減少，電流迅速增加光敏電阻光敏電阻的結(jié)構(gòu)1.玻璃2.光電導(dǎo)層3.電極4.絕緣襯底5.金屬殼6.黑色絕緣玻璃7.引線光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在帶有