過程控制與自動(dòng)化儀表溫度檢測儀表(與“熱電偶”有關(guān)的共55張)

過程控制與自動(dòng)化儀表溫度檢測儀表第一頁，共55頁。第二節(jié)溫度參數(shù)的檢測與變送一、溫度、溫標(biāo)與常用測溫方法二、非電參數(shù)溫度傳感器三、電參數(shù)溫度傳感器熱電阻溫度傳感器熱電偶溫度傳感器熱輻射溫度傳感器四、DDZ系列熱電偶溫度變送器介紹五、新型兩線制集成溫度變送器介紹第二頁，共55頁。溫度與溫標(biāo)溫度是關(guān)于物體冷熱程度的度量。華氏(德國物理學(xué)家Fahrenheit)溫標(biāo),水、冰、鹽混合物為0度,人類體溫為100度(水的冰點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，其間隔180等分為1度)，符號(hào)為oF溫標(biāo)是將溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，它同時(shí)確定了溫度的單位。第三頁，共55頁。常用測溫方法返回第四頁，共55頁。非電參數(shù)溫度傳感器熱膨脹式溫度傳感器液體固體氣體第五頁，共55頁。工業(yè)現(xiàn)場安裝的指示儀表第六頁，共55頁。工業(yè)現(xiàn)場安裝的指示儀表返回第七頁，共55頁。熱電阻溫度傳感器金屬熱電阻溫度傳感器R0為0度時(shí)電阻值第八頁，共55頁。第九頁，共55頁。熱電阻溫度傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻溫度傳感器NTC特性公式第十頁，共55頁。半導(dǎo)體熱敏電阻參數(shù)第十一頁，共55頁。熱電阻的橋式測量電路等效為用來抵消還可以用來進(jìn)行零點(diǎn)遷移。第十二頁，共55頁。熱電阻的三線測量的存在會(huì)直接導(dǎo)致測量偏差熱電阻三線制接法返回第十三頁，共55頁。熱電阻的測量電路返回第十四頁，共55頁。熱電阻實(shí)用結(jié)構(gòu)返回第十五頁，共55頁。1、熱電偶的基本工作原理

2、熱電偶的第三導(dǎo)體定律

3、熱電偶的冷端溫度與補(bǔ)償

4、常用熱電偶及其特性

5、熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線及其使用熱電偶溫度傳感器返回第十六頁，共55頁。接觸電勢K波爾茲曼常數(shù)e電子電荷量nAnB導(dǎo)體A、B的自由電子密度,是t的函數(shù)t接觸處的絕對溫度

當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接時(shí),由于自由電子密度不同在接觸面就會(huì)發(fā)生電子的擴(kuò)散,電子擴(kuò)散形成接觸電勢。第十七頁，共55頁。熱電偶的基本工作原理是導(dǎo)體A和B分別在溫度t和t0下的接觸電勢將兩種導(dǎo)體兩端連接起來構(gòu)成下圖所示的熱電偶回路等效電路第十八頁，共55頁。熱電偶的基本工作原理有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論

稱為熱電動(dòng)勢,當(dāng)時(shí)可由求得溫度t公式一（1）若兩種導(dǎo)體相同則無論兩端點(diǎn)溫度如何，回路中熱電勢為零。（2）若兩端點(diǎn)溫度相同，而A、B材料不同，回路中熱電勢為零。（3）熱電勢與材料的中間溫度無關(guān)，只與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)。第十九頁，共55頁。熱電偶的第三導(dǎo)體定律

從上節(jié)圖中我們不難發(fā)現(xiàn)由于A和B構(gòu)成了一個(gè)閉和回路,實(shí)際上很難測量,為了方便測量我們必須設(shè)法斷開這個(gè)閉和回路,插入儀表進(jìn)行測量.這就涉及所謂第三導(dǎo)體的概念.熱電偶的第三導(dǎo)體定律

如圖接入毫伏表后等效于引入了第三種導(dǎo)體C,C的引入會(huì)不會(huì)影響熱電偶回路的總電勢呢?第二十頁，共55頁。熱電偶的第三導(dǎo)體定律

若三個(gè)接點(diǎn)的溫度均為t。時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，回路總熱電勢為零：公式三

接入第三種導(dǎo)體相當(dāng)于構(gòu)成了如左圖所示的熱電勢回路：公式二

若第三種導(dǎo)體兩端溫度相等且為t。

時(shí),回路總電勢為:第二十一頁，共55頁。熱電偶的第三導(dǎo)體定律公式三公式二公式一

對比公式四和公式一可見，在熱電偶回路中插入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要保證該導(dǎo)體兩端溫度相同，則對整個(gè)回路的總熱電勢的大小和方向都不產(chǎn)生影響。可以類推，回路中串入更多種導(dǎo)體時(shí)只要同一導(dǎo)體兩端溫度相同，也不會(huì)影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值。

把公式三帶入公式二可得:公式四第二十二頁，共55頁。熱電偶的冷端溫度與熱電勢

稱為熱電動(dòng)勢,當(dāng)時(shí)可由求得溫度t

將t0的溫度穩(wěn)定在攝氏0度后，將t置于不同的溫度環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，測量其輸出電勢，并制成熱電偶分度表。使用時(shí)就可以根據(jù)測量的熱電勢反查熱電偶分度表求取測量溫度。

為了穩(wěn)定點(diǎn)t0的溫度在實(shí)驗(yàn)室可采用冰水混合物將t0點(diǎn)穩(wěn)定在0度。第二十三頁，共55頁。熱電偶分度表第二十四頁，共55頁。熱電偶的中間溫度定律

由于使用時(shí)冷端溫度難以保持在攝氏0度，為方便熱電偶分度表的使用我們引入中間溫度定律。T0稱為中間溫度或環(huán)境溫度。由此可見當(dāng)T0已知時(shí)可查表求取EAB（T，T0），并通過測量獲得EAB（T，T0），則EAB（T，0）由上式可得，通過查表即可求得T。

熱電偶AB在接點(diǎn)溫度分別為T、0時(shí)，熱電勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度分別為T、T0和T0

、0時(shí)的熱電勢之和。即中間溫度定律第二十五頁，共55頁。冷端溫度的計(jì)算補(bǔ)償

[例題]用一分度號(hào)為K的鎳鉻—鎳硅熱電偶及毫伏刻度的顯示儀表測量爐溫，在自由端溫度為to＝30oC時(shí)，測得的熱電勢為E(t，to)＝39．17mV，問爐溫是多少度?第二十六頁，共55頁。

補(bǔ)償電橋法

補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，利用此電橋隨熱電偶自由端溫度變化而產(chǎn)生的輸出電壓變化，對熱電偶自由端溫度偏離預(yù)定值進(jìn)行補(bǔ)償。第二十七頁，共55頁。

補(bǔ)償電橋法

圖中Rcu是檢測熱電偶冷端溫度變化的傳感器。

當(dāng)冷端溫度由0變?yōu)閠時(shí)熱電偶回路的熱電勢將減小

因?yàn)镽cu處于熱電偶冷端，溫度的變化同時(shí)也使Rcu增加了只要合適選擇Rcu和I2的值總可以使

的值可以查表，在0~100度之間可認(rèn)為熱電勢是線形的。R4的存在是為了抵消Rcu零度電阻值的影響,同時(shí)R4具有零點(diǎn)遷移的功能。第二十八頁，共55頁。補(bǔ)償電橋計(jì)算實(shí)例

該熱電偶是分度號(hào)為K的鎳鉻—鎳硅熱電偶，電源電壓為5V，R1=R2電阻值為10K，請問Rcu

為多少時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對熱電偶自由端的補(bǔ)償？此時(shí)R4的值是多少？在被測溫度為500度時(shí)，如果要使熱電偶回路的輸出值為0，此時(shí)R4的值是多少？熱電偶的自由端補(bǔ)償電橋如下

鉑熱電阻的測溫上限可達(dá)800度，但工業(yè)實(shí)踐中對高于200度的溫度檢測都采用熱電偶，為什么？第二十九頁，共55頁。常用熱電偶及其特性

用來制作熱電偶的導(dǎo)體材質(zhì)有單一金屬型和合金型數(shù)種配制。熱電偶常以所用的熱電極材料的種類來定名，例如鉑銠—鉑熱電偶、鎳鉻—鎳硅熱電偶等。第三十頁，共55頁。鉑銠－鉑熱電偶特性第三十一頁，共55頁。常用熱電偶及其特性兩種特殊熱電偶1鎢錸系熱電偶

常用的有鎢錸5—鎢錸20、鎢錸5—鎢錸26等用于測量高溫300~2000度，最高可達(dá)2500度。2鎳鉻—金鐵熱電偶是一種低溫超低溫?zé)犭娕紲y溫下限可達(dá)-271度第三十二頁，共55頁。熱電偶實(shí)用結(jié)構(gòu)第三十三頁，共55頁。工業(yè)現(xiàn)場安裝的熱電偶

由于熱電偶安裝位置的溫度通常較高，過高的環(huán)境溫度對檢測電路的工作不利。有時(shí)需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長！第三十四頁，共55頁。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線

我們能否按如圖所示的方式用導(dǎo)線將熱電偶與測量儀表連接起來，以便將檢測儀表置于環(huán)境溫度較低的地方？

因?yàn)閠0’與t0的溫度不同不滿足熱電偶的第三導(dǎo)體定律，所以不是隨便什么導(dǎo)線都可以，我們需要用一種特殊的導(dǎo)線——“補(bǔ)償導(dǎo)線”；來完成這種連接。a）補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在范圍內(nèi)要與所配用的熱電偶的熱電特性相同，即補(bǔ)償導(dǎo)線使用原則：第三十五頁，共55頁。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線b）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)的溫度必須相同，即為c）補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極性以其絕緣層的顏色區(qū)分，在使用時(shí)，切不可接反。第三十六頁，共55頁。光學(xué)輻射溫度傳感器

一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性，即輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度返回第三十七頁，共55頁。DDZ系列溫度變送器介紹一、DDZ-Ⅱ熱電偶溫度變送器

輸入電路兼容熱電阻與熱電偶兩種敏感元件第三十八頁，共55頁。溫度變送器的工作原理由圖a）：第三十九頁，共55頁。DDZ-Ⅱ熱電偶溫度變送器特點(diǎn)2.用自激震蕩調(diào)制放大電路抑制零點(diǎn)漂移第四十頁，共55頁。DDZ-Ⅲ熱電偶溫度變送器特點(diǎn)

1.采用集成運(yùn)放使儀表的精確性、可靠性、穩(wěn)定性及技術(shù)指標(biāo)提高。

2.通用模塊與專用模塊相結(jié)合，使用靈活、方便。

3.反饋線性化保證輸入/輸出關(guān)系的線性化。

4.統(tǒng)一集中供電，二線制接線方式。

5.采用安全火花防爆措施，適用于危險(xiǎn)場合。使敏感元件的傳遞函數(shù)與變送器傳遞函數(shù)之積為常數(shù)二、DDZ-Ⅲ熱電偶溫度變送器特點(diǎn)1、鉑熱電阻的非線性補(bǔ)償三、檢測儀表的非線性補(bǔ)償及其在儀表中的應(yīng)用第四十一頁，共55頁。鉑熱電阻的非線性補(bǔ)償

正反饋的引入使溫度信號(hào)的放大具有了乘法器的特征，引入了Rt的高次項(xiàng)。使放大器呈非線性特性。銅電阻在其量程范圍內(nèi)具有較好的線性一般不用補(bǔ)償。補(bǔ)償后鉑電阻溫度測量的殘余非線性誤差小于正負(fù)百分之零點(diǎn)一。第四十二頁，共55頁。熱電偶的非線性補(bǔ)償2、熱電偶的非線性補(bǔ)償因此要使檢測儀表的傳遞函數(shù)為線性就要使

熱電偶的非線性特性比較復(fù)雜不能用熱電阻的方法。當(dāng)時(shí)放大電路增益為為檢測元件傳遞函數(shù)為反饋回路傳遞函數(shù)第四十三頁，共55頁。熱電偶的非線性補(bǔ)償如何產(chǎn)生使其=？非線性的折線近似非線性的補(bǔ)償原理第四十四頁，共55頁。熱電偶的非線性補(bǔ)償?shù)谒氖屙?，?5頁。熱電偶的非線性補(bǔ)償?shù)谒氖?，?5頁。熱電偶的非線性補(bǔ)償

的大小由與的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，并以此改變曲線的形狀，以適應(yīng)不同的熱電偶的溫度特性。第四十七頁，共55頁。DDZ系列溫度變送器的抗干擾采用了直流－交流－直流變換電路，用變壓器將輸入、輸出、電源三者進(jìn)行隔離，抑制共模干