第二章溫度檢測(cè)與控制

第二章溫度檢測(cè)與控制第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它具有：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用方便，熱電偶的電極不受大小和外形的限制，可按照需要進(jìn)行配制。因?yàn)樗鼘儆谧园l(fā)電型傳感器，因此測(cè)量時(shí)，可以不要外加電源；②測(cè)溫范圍廣，高溫?zé)犭娕伎蛇_(dá)1800℃以上,低溫用熱電偶可達(dá)-269℃；③測(cè)量精確度較高；④便于遠(yuǎn)距離測(cè)量、自動(dòng)記錄及多點(diǎn)測(cè)量。

第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）熱電偶測(cè)溫的基本原理及冷端溫度校正1、熱電效應(yīng)

熱電偶的工作原理是基于物體的熱電效應(yīng)。由兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成閉合回路，如下圖所示。當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如果將回路中接入一個(gè)毫安表，則毫安表的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象即稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。兩種不同材料的導(dǎo)體所組成的回路稱為“熱電偶”。組成熱電偶的導(dǎo)體稱為“熱電極”。熱電偶所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，置于溫度為T(mén)的被測(cè)對(duì)象中的結(jié)點(diǎn)稱之為測(cè)量端，又稱為工作端或熱端，而置于參考溫度為T(mén)0的另一結(jié)點(diǎn)稱之為參考端，又稱自由端或冷端。第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)①如果熱電偶兩電極材料相同，即使兩端溫度不同(T≠T0），但總輸出電動(dòng)勢(shì)仍為零。因此必需由兩種不同材料才能構(gòu)成熱電偶；②如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同,則回路總的熱電動(dòng)勢(shì)必然等于零,溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大；③熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸形狀無(wú)關(guān)。3、中間導(dǎo)體定律若在熱電偶回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響。這就是中間導(dǎo)體定律。

利用熱電偶來(lái)實(shí)際測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線、顯示儀表和接插件等均可看成是中間導(dǎo)體，只要保證中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響。因此中間導(dǎo)體定律對(duì)熱電偶的實(shí)際應(yīng)用是非常重要的。第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、常用熱電偶類型名稱

分度號(hào)

代號(hào)

測(cè)溫范圍特點(diǎn)

鉑銠①30-鉑銠6

B（LL-2）WRR50～18200.033熔點(diǎn)高，測(cè)溫上限高，性能穩(wěn)定，精度高，電動(dòng)勢(shì)?。恢贿m用于高溫域的測(cè)量

鉑銠13-鉑

R（PR）

——50～17680.647精度較高，性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好；但熱電動(dòng)勢(shì)較小，不能在金屬蒸汽和還原性氣氛中使用，

鉑銠10-鉑

S（LB-3）

WRP—50～17680.646同上，性能不如R熱電偶。長(zhǎng)期以來(lái)曾作為國(guó)際溫標(biāo)的法定標(biāo)準(zhǔn)熱電偶

鎳鉻-鎳硅

K（EU-2）

WRN—270～13704.096熱電動(dòng)勢(shì)大，線性好，穩(wěn)定性好，廉價(jià)；但材質(zhì)較硬，在1000℃以上長(zhǎng)期使用會(huì)引起熱電動(dòng)勢(shì)漂移；多用于工業(yè)測(cè)量鎳鉻硅-鎳硅

N——270～137020774是一種新型熱電偶，各項(xiàng)性能比K熱電偶更好，適宜于工業(yè)測(cè)量

鎳鉻-銅鎳（康銅）

E（EA-2）

WRK—270～8006.319熱電動(dòng)熱比K熱電偶大50％左右，線性好，耐高濕度，價(jià)廉；但不能用于還原性氣氛；多用于工業(yè)測(cè)量

鐵-銅鎳（康銅）J（JC）

——270～7605.269價(jià)格低廉，在還原性氣體中較穩(wěn)定；但純鐵易被腐蝕和氧化；多用于工業(yè)測(cè)量

銅-銅鎳（康銅）

T（CK）

WRC—270～4004.279價(jià)廉，加工性能好，離散性小，性能穩(wěn)定，線性好，精度高；銅在高溫時(shí)易被氧化，測(cè)溫上限很低；多用于低溫域測(cè)量，可作（—200～0）℃溫域的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、熱電偶冷端補(bǔ)償由熱電偶測(cè)溫原理可知，熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)是熱電偶兩端溫度t和差值的函數(shù)，當(dāng)冷端溫度不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。各種熱電偶溫度與熱電動(dòng)勢(shì)關(guān)系的分度表都是在冷端溫度為零時(shí)作出的，因此，用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若要直接應(yīng)用熱電偶的分度表，就必須滿足=0℃的條件。像化工廠、發(fā)電廠等，要用到大約幾百只熱電偶，一年四季要恒定到0℃，在工程實(shí)際中是不現(xiàn)實(shí)的；而在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變化，這樣，不但不是0℃，而且也不恒定，因此將引入誤差。消除或補(bǔ)償所能夠這個(gè)誤差的方法，常用的有：補(bǔ)償導(dǎo)線法、冷端溫度校正法、水浴法和補(bǔ)償電橋法。電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)變化值，如圖8—8所示。熱電偶經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線接至補(bǔ)償電橋，熱電偶的冷端與電橋處于同一環(huán)境溫度中，橋臂電阻R2，R3

，R4

由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅絲繞制而成RRcu，是由溫度系數(shù)較大的銅絲繞制而成的。第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）動(dòng)圈式雙位溫度指示調(diào)節(jié)儀1、概述動(dòng)圈式儀表測(cè)量機(jī)構(gòu)的核心部件是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)，

與傳感器配合可測(cè)量溫度、壓力等，還能對(duì)這些物理量自動(dòng)調(diào)節(jié)和越線報(bào)警。2、工作原理3、特點(diǎn)：

采用繼電器觸點(diǎn)控制加熱器的通斷，繼電器觸點(diǎn)工作壽命有限，且通斷方式調(diào)節(jié)，動(dòng)差大、連續(xù)性差，控制精度低。第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）動(dòng)圈連續(xù)電流輸出PID溫度指示調(diào)節(jié)儀1、概述隨著晶閘管在控制領(lǐng)域的普及應(yīng)用，越來(lái)越多的電加熱設(shè)備采用這種無(wú)觸點(diǎn)執(zhí)行元件代替繼電器。2、組成3、控制實(shí)例工作原理

由XCT-191型PID溫度指示調(diào)節(jié)儀和ZK-50型晶閘管電壓調(diào)整器組成溫度控制系統(tǒng)。第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EB溫度變化→熱電偶電勢(shì)變化

→PID溫度指示調(diào)節(jié)儀→指示溫度并進(jìn)行PID運(yùn)算→輸出0-10mA電流信號(hào)→ZK50轉(zhuǎn)換成直流電壓→RA2上的分壓、RA4上的設(shè)定電壓和RA8上的反饋電壓疊加→輸入放大與觸發(fā)電路→直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成移相觸發(fā)脈沖→脈沖變壓器TA2→改變晶閘管的導(dǎo)通角。

第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）過(guò)零觸發(fā)晶閘管溫度控制系統(tǒng)采用移相觸發(fā)晶閘管，在負(fù)載上得到電壓波形是不完整的正弦波，會(huì)引起電源波形畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生電流沖擊，對(duì)周圍電子儀器設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，因此，建議采用過(guò)零觸發(fā)。就是在晶閘管電壓或電流過(guò)零3-5度，觸發(fā)使其導(dǎo)通。第11頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、熱電阻溫控系統(tǒng)（一）熱電阻式傳感器

熱電阻傳感器是利用導(dǎo)電物體電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器。1、分類

（1）金屬熱電阻：熱電阻。金屬熱電阻常用鉑、銅兩種熱電阻。（2）非金屬熱電阻：熱敏電阻。2、金屬熱電阻

金屬熱電阻選用感溫材料的要求：a.溫度系數(shù)ai值要大，熱電阻的靈敏度就越高。b.在測(cè)量范圍內(nèi)，其材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定，以保持電阻基值的穩(wěn)定性。

c.在測(cè)量范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)要保持常數(shù)，以確保輸入—輸出線性，提高測(cè)量精度。

d.具有較高的電阻率,采用較高電阻率的感溫材料，可以減少熱電阻體積和熱慣性。e.材料容易提純，確保較好的復(fù)制性。第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種熱電阻第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種鉑電阻第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月WZP系列裝配式鉑電阻

及鎧裝電阻芯

用于一般工業(yè)場(chǎng)測(cè)溫

使用溫度-200℃～700℃

高強(qiáng)度石英管測(cè)溫鉑電阻

溫度范圍-100°C至+500°C

適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強(qiáng)腐蝕場(chǎng)合

注:不耐氫氟酸及磷酸第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月精密溫度傳感器

PtWD－1A型-100℃～300℃

誤差小于0.1℃，精度為超A級(jí)

天燃?xì)饬髁坑?jì)

溫度補(bǔ)償用鉑電阻

天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用油浸變壓器用鉑電阻第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月防水封裝鉑電阻核心元件：德國(guó)進(jìn)口精密鉑電阻（PT100PT1000）

元件精度：±0.15℃(A級(jí))±0.30℃(B級(jí))

封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管

管料尺寸：?4*25mm

連接線：PVC包膠電纜線（可選擇耐高溫型的）第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月銅電阻的特點(diǎn)電阻率小；容易氧化；價(jià)格便宜。第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月WZC-111/Φ12*1000mmCu50

第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電阻的結(jié)構(gòu)保護(hù)管內(nèi)部導(dǎo)線絕緣管熱電阻蓋接線座骨架漆包銅線引出線銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖云母骨架鉑絲彈簧支承片銀引出線云母彈簧型玻璃封裝型塑封型第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電阻的結(jié)構(gòu)保護(hù)管內(nèi)部導(dǎo)線絕緣管熱電阻蓋接線座骨架漆包銅線引出線銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖云母骨架鉑絲彈簧支承片銀引出線云母彈簧型第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)鉑熱電阻鉑的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高、電阻率較高；鉑絲在0℃以上，其電阻值與溫度之間具有較好的線性度。鉑熱電阻使用范圍是－200℃～850℃。除作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測(cè)量。(2)銅熱電阻銅熱電阻的線性較好，具有電阻溫度系數(shù)大，價(jià)格便宜，互換性好等優(yōu)點(diǎn)。銅熱電阻的使用范圍是-50~150℃。(3)熱電阻的測(cè)量電路—三線制電橋電路第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)熱電阻的測(cè)量電路—三線制電橋電路第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)熱電阻的測(cè)量電路—四線制電橋電路第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電阻分度表第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、熱敏電阻熱敏電阻是由兩種以上的金屬氧化物如Mn、Co、Ne、Fe等氧化物構(gòu)成的燒結(jié)體，熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度成指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件。優(yōu)點(diǎn)：(1)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10～