溫度的檢測設計知識

溫度的檢測設計知識第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學高溫計、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學高溫計、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學高溫計、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計見表下內容測溫范圍溫度傳感器分類(1)第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三分類特征傳感器名稱測溫范圍寬、輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動器、壓力式溫度計、玻璃制溫度計線性型測溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計測溫特性溫度傳感器分類(2)第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三分類特征傳感器名稱測定精度±0.1～±0.5℃鉑測溫電阻、石英晶體振動器、玻璃制溫度計、氣體溫度計、光學高溫計溫度標準用測定精度±0.5～±5℃熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導體集成電路傳感器、可控硅絕對值測定用管理溫度測定用相對值±1～±5℃測定精度溫度傳感器分類(3)第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家

標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶,它

有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準

化熱電偶,一般也沒有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。

標準化熱電偶我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。

第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對它的結構要求如下：

①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;

②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;

③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三EAB（T1,T0）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T0）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補償導線接線圖E對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當T2=0℃時，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補償導線原理。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

EAB(T1，T0)說明：當在原來熱電偶回路中分別引入與導體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補償導線時，當EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動勢仍為第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三熱電偶材料應滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；化學性能穩(wěn)定，以保證在不同介質中測量時不被腐蝕；熱電勢高，導電率高，且電阻溫度系數(shù)?。槐阌谥圃?；復現(xiàn)性好，便于成批生產。熱電偶的常用材料與結構第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號LB—3工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實驗室用可更細些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點：材料性能穩(wěn)定，測量準確度較高；可做成標準熱電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。（一）熱電偶常用材料第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)分度號EU—2工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實驗室用可細些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點：價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應用。高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有SO2，H2S等氣體中易被侵蝕。復現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三3．鎳鉻—考銅熱電偶(E型)分度號為EA—2工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實驗室用可更細些。正極：鎳鉻合金負極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點：價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應用。在常用熱電偶中它產生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用。考銅易氧化變質，適于在還原性或中性介質中使用。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三4．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達1800℃。特點：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫熱電勢極小，冷端溫度在50℃以下可不加補償。成本高。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

（二）常用熱電偶的結構類型

1．工業(yè)用熱電偶

下圖為典型工業(yè)用熱電偶結構示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。工業(yè)熱電偶結構示意圖1－接線盒；2－保險套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結構示意圖1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三方法冰點槽法計算修正法補正系數(shù)法零點遷移法冷端補償器法軟件處理法冷端處理及補償原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會產生誤差。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三1.冰點槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液冷端處理及補償T0第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三2.計算修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算例用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三例用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當熱端溫度T=TH時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。3.零點遷移法應用領域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調的場所）。實質：在測量結果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調整零點的辦法，加大某個適當?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補償。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三4.冷端補償器法利用不平衡電橋產生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數(shù)無影響。冷端補償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3RT0UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補償作用。注意，不同材質的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調整。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三5.軟件處理法對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應的常數(shù)即可。對于T0經常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機，按照運算公式設計一些程序，便能自動修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動勢之外還應該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補償導線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度傳感器和一個修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點巡檢的速度也很有利。第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三1.熱電偶的選擇、安裝使用熱電偶的選用應該根據(jù)被測介質的溫度、壓力、介質性質、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護套管。其安裝地點要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產中，熱電偶常與毫伏計連用（XCZ型動圈式儀表）或與電子電位差計聯(lián)用，后者精度較高，且能自動記錄。另外也可圖3.2-17熱電偶安裝圖通過與溫度變送器經放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號。熱電偶的選擇、安裝使用和校驗第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三熱電偶分度號校驗溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，8