羅第五節(jié)-溫度檢測及儀表

第五節(jié)溫度檢測及儀表

本節(jié)主要內(nèi)容一、膨脹式溫度計(jì)二、壓力式溫度計(jì)四、熱電偶溫度計(jì)三、輻射式溫度計(jì)五、熱電阻溫度計(jì)第五節(jié)溫度檢測及儀表

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！●

溫度是化工過程中最普遍而重要的操作參數(shù)。所有的過程都是在一定的溫度條件下進(jìn)行的；溫度決定一些反應(yīng)能否進(jìn)行和反應(yīng)方向；溫度決定一些反應(yīng)的進(jìn)程程度；溫度顯示反應(yīng)的能量變化?！駵囟炔荒苤苯訙y量

只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。測量溫度用的儀表稱為溫度計(jì)。溫度計(jì)的分類

按測量方式分為接觸式和非接觸式。

按工作原理分為膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)等。1．接觸式測溫：敏感元件直接與被測對象接觸，通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，反映被測對象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠。缺點(diǎn)：①存在負(fù)載效應(yīng)，②受到測量條件的限制，不能充分接觸，使檢測元件溫度與被測對象溫度不一致。③熱量傳遞需要一定時(shí)間造成測溫滯后現(xiàn)象。（動(dòng)態(tài)誤差）2．非接觸式測溫：檢測部分與被測對象不直接接觸，所以不破壞原有溫度場。通常用來測量1000℃以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、或反映迅速的高溫物體。室外溫度傳感器熱電偶溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)制成的，測溫敏感元件在受熱后尺寸或體積發(fā)生變化，采取一些簡便方法，測出它的尺寸或體積變化的大小。分類：液體膨脹式、固體膨脹式、氣體膨脹式（一）工作原理利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。組成：液體存儲器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分。液體可為：水銀、酒精、甲苯等。一、玻璃管溫度計(jì)4（二）結(jié)構(gòu)與類型棒式玻璃溫度計(jì)內(nèi)標(biāo)式玻璃溫度計(jì)電接點(diǎn)式溫度計(jì)利用水銀的熱脹冷縮和水銀的導(dǎo)電性。功能:(1）指示溫度，（2）恒溫自動(dòng)控制。

電接點(diǎn)式溫度計(jì)水銀溫度計(jì)的特點(diǎn)

（1）水銀不易氧化；（2）不沾玻璃；（3）易提純；（4）能在很大溫度范圍內(nèi)（-36~365℃）保持液態(tài)；（5）特別是在200℃以下它的體積膨脹與溫度幾乎呈線性關(guān)系。它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成?？勺鳒囟壤^電控制、極值溫度控制信號固定端自由端二.固體膨脹式溫度計(jì)（一）工作原理與結(jié)構(gòu)形式1原理

壓力式溫度計(jì)是利用密封系統(tǒng)中測溫物質(zhì)的壓力隨溫度變化來測溫；2分類按所充物質(zhì)相態(tài)分充氣式、充液式、蒸發(fā)式按功能分：指示式、記錄式、報(bào)警式和溫度調(diào)節(jié)式等二、壓力式溫度計(jì)3、結(jié)構(gòu)組成溫包：傳熱、容納膨脹介質(zhì)毛細(xì)管：傳遞壓力彈簧管：顯示溫度三、輻射式高溫度計(jì)

通過特定波長光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來確定光源溫度。

輻射式溫度計(jì)：測定熱輻射強(qiáng)度；

光學(xué)溫度計(jì)：采用光學(xué)分頻法，測定不同頻率光波的強(qiáng)度比值；

比色法溫度計(jì)：直接通過可見光顏色的對比，確定光源溫度。

攜帶式紅外輻射溫度計(jì)IR-TAFluke60系列手持式紅外溫度計(jì)二、熱電偶溫度計(jì)

根據(jù)熱電現(xiàn)象制成的測溫儀表

。測量范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高，便于信號的遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和集中控制。ABCC一、特點(diǎn)二、組成熱電偶測量儀表導(dǎo)線感溫元件為熱電偶

熱端

冷端

冷端

熱電極

1、熱電偶測量原理AB1eAB(t0)21ABB2t0t0eAB(t)

熱電現(xiàn)象

取兩根不同材料的金屬導(dǎo)線A和B,如上圖將兩端焊在一起，這樣就組成了一個(gè)閉合回路。將接點(diǎn)1處加熱，使其溫度t高于接點(diǎn)2處的溫度t0，那么在此回路中就有電勢產(chǎn)生，如果將金屬B斷開，在回路中串聯(lián)一只直流毫伏計(jì)，如上圖右，就可看到毫伏計(jì)中有電勢指示，這就是熱電現(xiàn)象。

不同金屬具有不同的電子密度；兩種金屬接觸面因?yàn)殡娮拥臄U(kuò)散作用而產(chǎn)生電場—熱電現(xiàn)象；電子在擴(kuò)散作用和電場力作用下最終達(dá)到平衡；電場強(qiáng)度僅僅與金屬A、B的材料及接觸面溫度t有關(guān)。++--擴(kuò)散作用電場作用金屬A金屬B

熱電勢（eAB)金屬A金屬B++--平衡時(shí)eAB

測量原理E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

AB

++-eAB(t)+-+-R2eAB(t)eAB(t0)R1等效電路圖R1----熱電極A的等效電阻R2----熱電極B的等效電阻eAB(t)---1點(diǎn)的熱電勢eAB(t0)---2點(diǎn)的熱電勢21eAB(t0)E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

當(dāng)A、B材料固定時(shí)，E(t、t0)=f(t)-f(t0)當(dāng)A、B材料固定，且2點(diǎn)恒定時(shí)，E(t、t0)=f(t)當(dāng)A、B材料相同時(shí)，E(t、t0)=0當(dāng)t=t0，E(t、t0)=0注意

思考：插入第三根導(dǎo)線，組成回路的熱電勢如何變化？熱電勢及熱電勢率要大。熱電勢與溫度間的關(guān)系最好為線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系。物理化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定。要有高的電導(dǎo)率、小的電阻溫度系數(shù)及小的導(dǎo)熱系數(shù)。復(fù)制性要好。材料組織要均勻，具有良好的韌性，焊接性能好，以便熱電偶的制作。資源要豐富，價(jià)格要低廉。2、熱電偶的種類熱電偶的材質(zhì)要求幾種常用熱電偶的測溫范圍及適應(yīng)介質(zhì)

分度號

名稱

測量溫度范圍

適應(yīng)介質(zhì)B鉑銠30－鉑銠6300～1600

C氧化及中性介質(zhì)S鉑銠10—鉑-20～1300

C-----------K鎳鉻－鎳硅(鋁)-50～1000

C氧化及中性介質(zhì)E鎳鉻－銅鎳－40～600

C還原性或中性介質(zhì)幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測溫上限較高？結(jié)論：哪幾種熱電偶的線性較差？

哪一種熱電偶的靈敏度較高？

為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？3、分度表

如果能使冷端溫度t0

固定，則總的熱電勢就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系E(t、t0)=f(t)分度表-----熱電勢與熱端溫度之間關(guān)系列成表格

為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套管也是必不可少的。

1.普通型熱電偶3、表面型熱電偶

2.鎧裝熱電偶4、快速熱電偶4、熱電偶結(jié)構(gòu)熱電極工作部分絕緣子防止電極與電極、套管短路保護(hù)套管保護(hù)接線盒熱電極絕緣子保護(hù)套管接線盒（1）普通型熱電偶接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋（2）凱裝熱電偶結(jié)構(gòu)：熱電極，絕緣材料，保護(hù)套管特點(diǎn)：測量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐振動(dòng)，壽命長，適用各種工業(yè)測量。鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面（3）表面型熱電偶利用真空鍍膜法將兩電極材料蒸鍍在絕緣基座上制成的薄膜熱電偶。特點(diǎn)響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)小，可作溫度變化的動(dòng)態(tài)測量。（4）快速熱電偶主要由測溫偶頭與大紙管構(gòu)成。偶頭主要有正負(fù)偶絲焊接在補(bǔ)償導(dǎo)線上，補(bǔ)償導(dǎo)線穿嵌在支架上，支架外套有小紙管，偶絲以石英支撐和保護(hù)。最外裝有防渣帽，全部零組件集中裝入泥頭中并以耐火填充劑粘合成一整體，不可拆卸，故為一次性使用。測量高溫熔融物體的一種專用熱電偶。用于測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度。

八、補(bǔ)償導(dǎo)線---熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響---熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響

解決方法:---選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價(jià)金屬導(dǎo)線E(t、t0)=f(t)原因:●

不同型號的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同●連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對應(yīng)●補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出（0~100℃），否則會(huì)給測量帶來誤差。

使用補(bǔ)償導(dǎo)線注意問題

工業(yè)上常用各種熱電偶的熱電勢-溫度的關(guān)系（分度表）是在冷端溫度為0℃的情況下得到的，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行刻度的。5、冷端溫度補(bǔ)償

問題引出

解決方法0℃恒溫法

冷端溫度修正法

儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

補(bǔ)償電橋法

補(bǔ)償熱電偶法

（1）

0℃恒溫法適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測量和檢定熱電偶時(shí)使用（2）冷端溫度修正法

設(shè)：冷端溫度恒為t0（t0≠0）被測溫度為t

修正公式測量得出的熱電勢

冷端t0的熱電勢被測溫度t的熱電勢

適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)性測量。例

用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20℃，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實(shí)際溫度t。解由分度表查得E(20,0)=0.113mv

則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv

再查分度表得其對應(yīng)的被測溫度t=808℃（3）儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t0處，相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸入了電勢E(t0,0)。此種方法比較簡單，在工業(yè)上經(jīng)常使用。（4）補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。根據(jù)各類熱電偶的型號選擇配套的補(bǔ)償電橋

原理具體實(shí)現(xiàn)方法r1=r2=r3=1

與溫度無關(guān)熱電阻20℃，rCU=1Ω，Vab=0；環(huán)境不等于20℃，電橋失去平衡，產(chǎn)生電勢Vab與E(Tn,T0)相等，疊加補(bǔ)償電橋又叫毫伏發(fā)生器使用時(shí)，注意零點(diǎn)是20℃31（5）補(bǔ)償熱電偶法

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。圖5-14補(bǔ)償熱電偶連接線路1.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全相同帶來的誤差2.冷端溫度變化引起的誤差3.熱電極變質(zhì)產(chǎn)生的誤差4.絕緣不良引起的誤差5.二次儀表的基本誤差6、熱電偶測量誤差三、熱電阻溫度計(jì)

1、熱電阻溫度計(jì)組成1、熱電阻2、顯示儀表3、連接導(dǎo)線TRt鉑電阻熱敏電阻對于一個(gè)給定電阻，其電阻值是溫度的單值函數(shù)，因而可以通過測量電阻值來推算溫度。

2、熱電阻溫度計(jì)測量原理溫度t℃時(shí)的電阻值

電阻溫度系數(shù)

溫度0℃時(shí)的電阻值

電阻值與溫度的關(guān)系為:電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時(shí)的電阻相對變化量，單位為1/℃。

平均電阻溫度系數(shù)金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般為正值純金屬一般為0.38~0.68%，金屬純度越高，其電阻溫度系數(shù)越大電阻溫度系數(shù)α應(yīng)大復(fù)現(xiàn)性要好電阻率大物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定電阻值隨溫度的變化最好成線性價(jià)格便宜，工藝性好

3、熱電阻的材質(zhì)要求Pt鉑熱電阻特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能可靠、有較高電阻率，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化儀器中，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。使用范圍：-200～850℃，規(guī)格型號：Pt100、Pt10。典型熱電阻在0～630.74℃范圍內(nèi)，金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)系為工業(yè)上用的鉑電阻有兩種，一種是R0=10，對應(yīng)的分度號位Pt10。另一種是R0=100，對應(yīng)的分度號為Pt100。鉑電阻普通型鉑熱電阻薄膜型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻Cu銅熱電阻特點(diǎn)：線性度高、電阻溫度系數(shù)高、價(jià)格便宜、電阻率低、易氧化。使用范圍：-50～180℃。電阻值與溫度關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻Cu50,Cu100銅熱電阻

(1)、普通型熱電阻

(2)、鎧裝熱電阻（3）薄膜熱電阻

4、熱電阻的結(jié)構(gòu)分類：平衡電橋二線制不平衡電橋