熱工測量及儀表-課件

第二章

溫度測量及儀表第一節(jié)溫度測量的基本知識一、溫度和溫標(biāo)二、溫度表的分類和特點1ppt課件第一節(jié)溫度測量的基本知識一、溫度和溫標(biāo)1．溫度從宏觀上看，溫度是表示物體冷熱程度的物理量從微觀上看，溫度標(biāo)志著物質(zhì)分子熱運動的劇烈程度2ppt課件溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。任意兩個冷熱程度不同的物體相互接觸，它們之間必然會發(fā)生熱交換現(xiàn)象，熱量要從溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到兩物體之間的溫度完全一致時，這種熱傳遞現(xiàn)象才能停止。熱力學(xué)第零定律3ppt課件2．溫標(biāo)溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。各種溫度計的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。4ppt課件

熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)（K）或絕對溫標(biāo)，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度。它建于熱力學(xué)基礎(chǔ)，體現(xiàn)出溫度僅與熱量有關(guān)而與測溫物質(zhì)的任何物理性質(zhì)無關(guān)的理想溫標(biāo)，已由國際權(quán)度大會采納作為國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。

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3．國際溫標(biāo)為了使用方便，國際上經(jīng)協(xié)商，決定建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)，這就是國際溫標(biāo)的由來。具備的條件：盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計，使用方便，性能穩(wěn)定

6ppt課件二、溫度表的分類和特點溫度不能直接測量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，通過對某些物理特性變化量的測量間接地獲得溫度值。根據(jù)溫度測量儀表地使用方式，通常可分類為接觸法與非接觸法兩大類。

7ppt課件1.接觸法當(dāng)兩個物體接觸后，經(jīng)過足夠長的時間達(dá)到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計，就可以用它對另一個物體實現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。特點：溫度計要與被測物體有良好的熱接觸，使兩者達(dá)到熱平衡。8ppt課件2.非接觸法利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。特點：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。通常用來測定1000℃以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。9ppt課件10ppt課件接觸式測溫法是使感溫元件直接與被測物體或直接與被測介質(zhì)接觸，感受被測物體或被測介質(zhì)的溫度變化。膨脹式、壓力式、熱電阻與熱電偶溫度計11ppt課件膨脹式溫度計12ppt課件壓力式溫度計13ppt課件第二節(jié)熱電偶熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。結(jié)構(gòu)簡單標(biāo)準(zhǔn)化量程廣精度較高適用性好遠(yuǎn)傳14ppt課件一、熱電偶測溫原理熱電效應(yīng)SeebackeffectBATT0參考端冷端工作端熱端15ppt課件一、熱電偶測溫原理兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成閉合回路，當(dāng)A和B相接的兩個接點溫度T和T0不同時，則在回路中就會產(chǎn)生一個電勢，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢，通常稱為熱電勢。16ppt課件

圖中的閉合回路稱為熱電偶，導(dǎo)體A和B稱為熱電偶的熱電極。熱電偶的兩個接點中，置于被測介質(zhì)（溫度為T）中的接點稱為工作端或熱端，溫度為參考溫度T0的一端稱為參考端或冷端。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成：接觸電勢和溫差電勢。17ppt課件1．接觸電勢18ppt課件式中e——單位電荷；

K——波爾茲曼常數(shù)；

NA(T)、NB(T)——材料A、B在溫度為T時的自由電子密度；19ppt課件2．溫差電勢溫差電勢可表示為

式中符號同前式。20ppt課件3．熱電勢

對于由A和B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶閉合回路，設(shè)兩端溫度接點溫度分別為T和T0，且T>T0，NA>NB；那么回路中存在兩個接觸電勢EAB(T)和EAB(T0)，兩個溫差電勢EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的總熱電勢為21ppt課件

進(jìn)行推導(dǎo)整理后，可得對于確定的材料A和B，NA和NB與T的關(guān)系已知，則上式可簡寫成下面的形式EAB(T,T0)=f(T)－

f(T0)

如果冷端溫度T0保持恒定，這個熱電勢就是熱端溫度T的單值函數(shù)，即

EAB(T,T0)=f(T)－C

22ppt課件從以上式子可以得到如下結(jié)論：熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產(chǎn)生熱電勢。熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f（T0）為常數(shù)，回路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度T的單值函數(shù)。23ppt課件工程上所使用的各種類型的熱電偶均把E(t)和t的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。24ppt課件25ppt課件回顧第一章第二節(jié)儀表的組成26ppt課件熱工測量儀表的組成與分類

一、組成

傳感器變換器顯示裝置被測量測量值27ppt課件二、熱電偶的基本定律1．均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面和長度如何以及沿長度方向上各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。反之，如果回路中有熱電勢存在則材料必為非均質(zhì)的。

28ppt課件這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種材料必須各自都是均質(zhì)的，否則會由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，從而因熱電偶材料不均勻性引入誤差。29ppt課件(1)熱電偶必須由兩種材料不同的均質(zhì)熱電極組成；否則會由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，從而因熱電偶材料不均勻性引入誤差。(2)熱電勢與熱電極的幾何尺寸(長度、截面積)無關(guān)30ppt課件(3)由一種導(dǎo)體組成的閉合回路中存在溫差時，如果回路中產(chǎn)生了熱電勢，那么該導(dǎo)體一定是不均勻的。由此可檢查熱電極材料的均勻性。(4)兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電勢只決定于兩個接點的溫度，與中間溫度的分布無關(guān)31ppt課件2．中間導(dǎo)體定律由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點的溫度都相同，則回路中熱電勢的總和等于零。第三種導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，該導(dǎo)體的引入對熱電偶回路的總電勢沒有影響。同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。

32ppt課件該定律表明熱電偶回路中可接入各種儀表或連接導(dǎo)線。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢將不受接入儀表或?qū)Ь€的影響。該定律還表明熱電偶的接點不僅可以焊接而成，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。33ppt課件用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度t0時，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？為什么？34ppt課件3．中間溫度定律熱電偶回路中，兩接點溫度分別為T、T0時的熱電勢，等于接點溫度為T、Tn和Tn、T0的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和。

EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)35ppt課件連接導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中，如果熱電偶的電極材料A和B分別與連接導(dǎo)體A’和B’相連接，各有關(guān)接點溫度為t，tn和t0，那么回路的總熱電勢等于熱電偶兩端處于t和tn溫度條件下的熱電勢EAB(t,tn)與連接導(dǎo)線A’和B’兩端處于tn和t0溫度條件下的熱電勢EA’B’(tn,t0)的代數(shù)和。EABB’A’(t,tn,t0)=EAB(t,tn)+EA’B’(tn,t0)36ppt課件中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。37ppt課件補(bǔ)償導(dǎo)線原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線回路總熱電勢為E=EAB(T,T0’)+EA’B’(T0’,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0’,T0)=EA’B’(T0’,T0)38ppt課件

三、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成熱電偶的材料

雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以配對制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求卻是多方面的。

(1)能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理性質(zhì)穩(wěn)定，在測溫范圍內(nèi)，熱電特性不隨時間變化；(2)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化、還原和腐蝕；39ppt課件(3)組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢率大，以得到較高的靈敏度，熱電勢與被測溫度成線性或近似線性關(guān)系；(4)有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。這樣，熱電偶的內(nèi)阻隨溫度變化就??；(5)具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。復(fù)制性好，即同樣材料制成的熱電偶，它們的熱電特性基本相同；便于采用統(tǒng)一的分度表。(6)材料來源豐富，價格便宜。40ppt課件1．熱電偶的種類（1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶廉金屬熱電偶

1）T型（銅－康銅）熱電偶

2）K型（鎳鉻－鎳鋁或鎳硅）熱電偶

3）E型（鎳鉻－康銅）熱電偶

4）J型（鐵－康銅）熱電偶41ppt課件貴金屬熱電偶

1）S型（鉑銠10－鉑）熱電偶

2）R型（鉑銠13－鉑）熱電偶

3）B型（鉑銠30－鉑銠6）熱電偶42ppt課件43ppt課件（2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

（1）鎢－錸系熱電偶（2）鎢－銥系熱電偶（3）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶44ppt課件45ppt課件46ppt課件（2）B型（鉑銠30—鉑銠6）熱電偶這是一種貴金屬熱電偶，它的特點是測溫上限短時可達(dá)1800℃，測量精度高，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。但不宜在還原氣氛中使用，靈敏度較低，價格昂貴。47ppt課件（3）K型（鎳鉻—鎳硅）熱電偶這是一種賤金屬熱電偶，它的特點是價格低廉，靈敏度高，復(fù)現(xiàn)性較好，高溫下抗氧化能力強(qiáng)，是工業(yè)和實驗室中大量采用的一種熱電偶。但在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕。48ppt課件（4）T型（銅—康銅）熱電偶這是一種賤金屬熱電偶，測量精度高，穩(wěn)定性好，低溫時靈敏度高，價格低廉。49ppt課件（5）E型（鎳鉻—康銅）熱電偶這是一種賤金屬熱電偶，在以上幾種熱電偶中它的靈敏度最高，但抗氧化及抗硫化物介質(zhì)的能力較差，適于在中性或還原性氣氛中使用。

50ppt課件(1)普通型熱電偶(2)鎧裝熱電偶51ppt課件鎧裝熱電偶圖型

WRTK2-434/ⅡΦ8*1000mm

鎧裝固定卡套法蘭熱電偶

WRSK-143/ⅡΦ6*1000mmGh3030

鎧裝防爆熱電偶

WRNK-332/ⅠΦ4*1000mmGh2520

鎧裝可動卡套螺紋熱電偶52ppt課件四、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償1.恒溫法（1）把冷端引至冰點槽內(nèi)，維持冷端始終為0℃，但使用起來不大方便。（2）把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)53ppt課件2.公式修正法

當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延長到某一溫度T0處（通常是環(huán)境溫度），然后再對冷端溫度進(jìn)行修正。54ppt課件3．機(jī)械零點調(diào)整法要注意冷端溫度變化后，必須及時重新調(diào)整機(jī)械零點。在冷端溫度經(jīng)常變化的情況下，不宜采用這種方法。55ppt課件4.補(bǔ)償導(dǎo)線法原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線回路總熱電勢為E=EAB(T,T0’)+EA’B’(T0’,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0’,T0)=EA’B’(T0’,T0)56ppt課件57ppt課件5.補(bǔ)償裝置法

補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引入的誤差。58ppt課件59ppt課件60ppt課件6．輔助熱電偶法61ppt課件五、熱電偶的校驗與安裝(一)熱電偶的校驗為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進(jìn)行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點法。用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。62ppt課件1．影響熱電偶檢驗周期的因素(1)熱電偶使用的環(huán)境條件。環(huán)境條件惡劣的，檢驗周期應(yīng)短些；環(huán)境條件較好，周期可長些。(2)熱電偶使用的頻繁程度。連續(xù)使用的，檢驗周期應(yīng)短些；反之，可長些。(3)熱電偶本身的性能。穩(wěn)定性好的，檢驗周期長；穩(wěn)定性差的，檢驗周期短。63ppt課件2．熱電偶的檢驗項目(1)外觀檢查。熱電偶裝配質(zhì)量和外觀應(yīng)滿足以下要求：1)測量端焊接應(yīng)光滑、牢固、無氣孔和夾灰等缺陷，無殘留助焊劑等污物；2)各部分裝配正確，連接可靠，零件無損、缺；3)保護(hù)管外層無顯著的銹蝕和凹痕、劃痕；4)電極無短路、斷路，極性標(biāo)志正確。64ppt課件(2)允許誤差檢驗。允許誤差檢驗一般采用比較法，即將被檢熱電偶與比它準(zhǔn)確度高一等的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同置于檢定用的恒溫裝置中，在檢驗點溫度下進(jìn)行熱電勢比較。65ppt課件66ppt課件（二）熱電偶全自動檢定系統(tǒng)67ppt課件（三）熱電偶的安裝1．管道內(nèi)熱電偶的安裝安裝原則68ppt課件2．金屬壁表面測溫?zé)犭娕嫉陌惭b69ppt課件3．抗干擾措施(1)導(dǎo)線屏蔽(2)測量裝置屏蔽(3)合理接地(4)熱電偶浮空70ppt課件六、熱電偶常見故障原因及其處理方法71ppt課件72ppt課件熱電偶熱電勢誤差大原因分析：(1)熱電極材料不符合要求和材料均勻性差產(chǎn)生分度誤差或熱電極老化變質(zhì)。(2)補(bǔ)償導(dǎo)線型號與熱電偶型號不一致。(3)安裝位置或插入深度不符合要求。(4)熱電偶冷端溫度變化較大。(5)補(bǔ)償導(dǎo)線老化變質(zhì)。73ppt課件消除方法：(1)更換成合格的熱電偶；(2)更換成與熱電偶型號一致的補(bǔ)償導(dǎo)線。(3)按照安裝規(guī)定要求進(jìn)行保護(hù)套管的安裝。(4)熱電偶冷端更換成補(bǔ)償導(dǎo)線。(5)對老化的補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行更換。74ppt課件防范措施：(1)選用合格的熱電偶。(2)加強(qiáng)現(xiàn)場元件的檢查維護(hù)。(3)按照安裝規(guī)定要求進(jìn)行保護(hù)套管的安裝。(4)定期對補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行檢查維護(hù)。75ppt課件【例2-3】有一采用S分度熱電偶的測溫系統(tǒng)，如圖2-13所示。當(dāng)t=1000℃，t。=40℃，冷端溫度補(bǔ)償器的平衡溫度為20℃。試