太陽能工程溫度測量.ppt

1、1,第二章 溫度測量,第一節(jié) 溫度測量概述 一、溫度與溫標(biāo) （一）溫度 溫度是表征物體冷熱程度的物理量 溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量 溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量,2,溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。任意兩個(gè)冷熱程度不同的物體相互接觸，它們之間必然會(huì)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(shí)，這時(shí)熱傳遞現(xiàn)象才能停止。這也就是熱力學(xué)第零定律所描述的，系統(tǒng)溫度相等是建立熱平衡的充要條件。,3,溫度的微觀概念表明：物體溫度的高低標(biāo)志著組成物體的大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，即對其分子平均動(dòng)能大小的一種量度。顯然物體的物理化學(xué)特性

2、與溫度密切相關(guān)。,4,溫度的測量 當(dāng)兩個(gè)物體同處于一個(gè)系統(tǒng)中而達(dá)到熱平衡時(shí)，則它們就具有相同的溫度。因此可以從一個(gè)物體的溫度得知另一個(gè)物體的溫度，這就是測溫的依據(jù)。如果事先已經(jīng)知道一個(gè)物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)隨溫度變化的確定關(guān)系，就可以以溫度來量度其性質(zhì)或狀態(tài)的變化情況，這就是設(shè)計(jì)與制作溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。,5,雖然有不少物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)（如電阻、體積、電勢等）會(huì)隨 溫度的變化而變化，但并不是所有的物質(zhì)都可制作成溫度計(jì)。選作溫度計(jì) 的物質(zhì)，其性質(zhì)必須滿足以下條件： 物質(zhì)的某一屬性G僅與溫度T有關(guān)，即G = G(T)，且必須是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。 隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測量的，且輸出信號(hào)

3、較強(qiáng)，以保證儀表的靈敏度和測量精確度。 應(yīng)有較寬的測量范圍。 有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。,6,（二）溫標(biāo),溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起 點(diǎn)和測量溫度的基本單位。各種溫度計(jì)的刻度數(shù)值均由溫 標(biāo)確定。,7,1. 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 它是借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)。 攝氏溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為0度，水沸點(diǎn)為100度，中間等分為100格，每格為攝氏1度，符號(hào)為。,8,華氏溫標(biāo) 華氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為32度，水沸點(diǎn)為212度，中間等分180格，每格為華氏1度，符號(hào)為。 它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為：,9,類似的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)還有

4、蘭氏、列氏等 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)在于它的局限性和隨意性,10,2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(yùn)動(dòng)停止時(shí)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(huì)采納作為國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。,11,熱力學(xué)中卡諾定理指出：一個(gè)理想的卡諾機(jī)，當(dāng)它工作 于溫度為T2的熱源與溫度為T1的冷源之間，它從熱源中吸收 的熱量Q2與向冷源中放出的熱量Q1，應(yīng)遵循以下關(guān)系： 這就是建立熱力學(xué)溫標(biāo)的物理基礎(chǔ)。如果指定了一個(gè)定 點(diǎn)溫度數(shù)值，就可以通過熱量比求得未知溫度值。,12,熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的三相點(diǎn)為 27

5、3.16K，沸點(diǎn)與三相點(diǎn)之間分為100等分，每等分1K， 將水的三相點(diǎn)以下273.16K定為絕對零度（0K）。,13,3國際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90簡介 國際實(shí)用溫標(biāo)是在1927年采用的，目的在于提供一種容易準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)， 并且盡可能給出接近熱力學(xué)溫標(biāo)的實(shí)用溫標(biāo)。自1927年建立國際溫標(biāo)以來， 為了使它更好地符合熱力學(xué)溫標(biāo)，曾先后對它做了多次修改。最新的是1990 年國際實(shí)用溫標(biāo)（ ITS-90 ），它規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本的物理量，符號(hào)為 T，單位開爾文，符號(hào)為K。它規(guī)定水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K，定義 開爾文一度等于水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。 國際實(shí)用開爾文溫度和攝 氏溫度的

6、關(guān)系為： t=(T - 273.15)(),14,二、溫標(biāo)的傳遞,與國際實(shí)用溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器均由國家指定機(jī) 構(gòu)（我國由中國計(jì)量科學(xué)研究所）保存，并通過下級(jí)計(jì) 量機(jī)構(gòu)（如省、市級(jí)的技術(shù)監(jiān)督局）進(jìn)行傳遞，通常采 用較高級(jí)對較低級(jí)進(jìn)行校驗(yàn)。,15,三、溫度測量方法及測量儀表的分類,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)溫度測量儀表的使用方式，通?？煞诸悶榻佑|法與非接觸法兩大類。,16,接觸法 當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長的時(shí)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(jì)，就可以用它對另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測量，這種

7、測溫方式稱為接觸法。 特點(diǎn)：溫度計(jì)要與被測物體有良好地?zé)峤佑|，使兩者達(dá)到熱平衡。,17,2. 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(diǎn)：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(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。,18,3.測量儀表的分類 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(jì),19,非接觸式測溫儀表是采用感溫元件與被測物體不直接接觸的方法來測量溫度。 在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測溫法非常困難，可采用非接觸式

8、測溫法，利用物體的熱輻射特性對物體的溫度進(jìn)行非接觸式測量。 光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì),20,第二節(jié) 膨脹式溫度計(jì),膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成 的溫度計(jì)，主要有液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度 計(jì)和壓力式溫度計(jì)三種。,21,一、液體膨脹式溫度計(jì),1. 測溫原理 2. 主要特點(diǎn) 構(gòu)造簡單 使用方便 準(zhǔn)確度高 價(jià)格低廉,22,二、固體膨脹式溫度計(jì),它是利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)，可分為桿式溫度計(jì)和 雙金屬溫度計(jì)，后者使用較多，它是由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬 片疊焊在一起制成的。,23,三、壓力式溫度計(jì),它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，通過對工作介質(zhì)

9、的壓力測量來判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。,24,工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣 簡單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能測量迅速變化的溫度,25,第三節(jié) 熱電偶溫度計(jì),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。 它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢（mV）信號(hào)，配以測量毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。,26,既可以用于流體溫度測量，也可以用于固體溫度測量。既可以測量靜態(tài)溫度，也能測量動(dòng)態(tài)溫度。 直接輸出直流電壓信號(hào)，便于測量、信號(hào)傳輸、自動(dòng)

10、記錄和控制等。,27,一、熱電偶的測溫原理,由兩種不同的導(dǎo)體A和B組成閉合回路稱為熱電偶，如下圖所示。導(dǎo)體A、B為熱電極，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電流，稱為熱電流，產(chǎn)生熱電流的電動(dòng)勢稱為熱電勢。這種現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。熱電勢用符號(hào)EAB（T，T0）表示。,28,熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)中，置于被測介質(zhì)（溫度為T ）中的接點(diǎn)稱為工作端或熱端，溫度為參考溫度T0的一端稱為參比端或冷端。 T0 通常為環(huán)境溫度，當(dāng)T0恒定時(shí)，熱電勢是T的函數(shù)，因此，可以用熱電勢表示溫度。 熱電勢由兩部分組成：接觸電勢和溫差電勢。,29,1接觸電勢 當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)A的電子密度NA大于NB，由 于兩

11、者有不同的電子密度，故電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率不同，A失 去電子而帶正電，B得到電子而帶負(fù)電，在A、B的接觸面上就形成了 一 個(gè)由A向B的靜電場，它將阻止電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散力和電場力達(dá) 到平衡時(shí)，在A、B間就形成了一個(gè)固定的接觸電勢。,30,接觸電勢用EAB(T)表示，其數(shù)值可用下式表示 式中 e 單位電荷，4.802X10-10靜電單位； K波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K； NAT、NBT材料A、B在溫度為T時(shí)的自由電子密度； TA、B接觸點(diǎn)的溫度，K。,31,從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)（電子密度）和接觸面溫度的高低。 溫度越高，接觸電

12、勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大。,32,2溫差電勢 是由于導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢。由于導(dǎo)體兩端溫度不同，則兩 端電子的能量也不同。由于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因而從高溫 端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果，高溫端因失去電子而 帶正電荷，低溫端因失去電子而帶負(fù)電荷，從而在高、低溫端之間形成一個(gè)從高溫 端指向低溫端的靜電場，靜電場將阻止高溫端電子跑向低溫端，同時(shí)加速低溫端電 子跑向高溫端，最后達(dá)到一動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，在導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差， 該電位差稱為溫差電勢，其方向由低溫端指向高溫端，此電勢只與導(dǎo)體性質(zhì)和導(dǎo)體 兩端溫度有關(guān)，溫

13、差電勢可表示為 ：,33,3熱電偶閉合回路的總熱電勢 對于由A和B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶閉合回路，設(shè)兩端接點(diǎn)溫度分別為T和T0，且TT0，NANB；那么回路中存在兩個(gè)接觸電勢EAB(T)和EAB(T0)，兩個(gè)溫差電勢EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的總熱電勢為,34,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(gè)熱電勢就是熱端溫度T 的單值函數(shù)，即 EAB(T,T0)= f(T) C,35,兩個(gè) 熱電極,36,熱電偶接點(diǎn),37,從以上式子可以得到如下結(jié)論：,熱

14、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(diǎn)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(huì)產(chǎn)生熱電勢。 熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)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)。,38,二、熱電偶的基本定律,1均質(zhì)導(dǎo)體定律 任何一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其各處 的截面積如何，不論其是否存在溫度梯度，都不可能產(chǎn) 生熱電勢。 利用此定理可以檢驗(yàn)熱電極材料的均勻性。,39,2中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)

15、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。,40,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(diǎn)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。,41,3中間溫度定律 熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度分別為T、T0時(shí)的熱電勢，等于接點(diǎn)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),

16、42,該定律說明當(dāng)熱電偶參比端溫度t00時(shí)，只要能測得熱電勢E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用熱電偶分度表求得被測溫度t值。,43,4.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(diǎn)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EAB(tn,t0)的代數(shù)和。 EABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0),44,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)。,45,三、常用熱電偶的材料、

17、結(jié)構(gòu)和分類,1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(shí)用的測溫元件，對它的要求卻是多方面的。 （1）兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。,46,（2）能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。 （3）要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。 （4）具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。,47,2. 熱電偶結(jié)構(gòu) （1）接線盒 供熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接 （2）保護(hù)套管 防止熱電偶不受化學(xué)腐蝕和

18、機(jī)械損傷 （3）絕緣套管 防止兩個(gè)熱電極短路 （4）熱電極,48,3. 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 （1）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,49,（2）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,50,4.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,51,四、熱電偶測溫系統(tǒng),熱電偶測溫系統(tǒng)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、測量儀表及相應(yīng)的電路構(gòu)成的。,52,（一）熱電偶參比端溫度的恒定及補(bǔ)償,1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法 在一定溫度范圍內(nèi)

19、，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,補(bǔ)償導(dǎo)線,回路總熱電勢為 E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0),E=EAB(T,T0),EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0),53,常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為普通型和帶屏蔽層型兩種 按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線 按使用溫度可分為一般用（0100）和耐熱用（0200）,54,2. 計(jì)算修正法 熱電偶分度表是在冷端溫度為0 時(shí)制定的，和熱電偶配套的顯示儀表的刻度也是在冷端溫度為0 時(shí)進(jìn)行分度的，如欲直接根據(jù)顯示儀表的讀數(shù)求得溫度，則必須使參比端溫度保持為0 ，如果不是0 ，而為任一溫度t0當(dāng)，則

20、必須進(jìn)行修正，根據(jù)中間溫度定理，有： E（t, 0）=E(t, t0)+ E(t0, 0),55,3. 冷端恒溫法 （1）把冷端引至冰點(diǎn)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),56,4.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，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(dòng)引入的誤差。,57,（二）熱電偶的檢定和誤差分析,1. 熱電偶的檢定 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(diǎn)法。 用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢

21、電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。,58,2. 熱電偶測溫誤差分析 （1）分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允許誤差; （2）冷端溫度引起的誤差; （3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的; （4）熱交換所引起的誤差 （5）測量線路和顯示儀表的誤差 （6）其他誤差,59,（三）熱電偶的使用與安裝,使用注意事項(xiàng) 感溫元件與被測介質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換； 感溫元件的外露部分應(yīng)加裝絕熱層保溫。 2. 安裝原則,60,例題,用分度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500，而這時(shí)冷端溫度為60。 試問：

22、實(shí)際溫度應(yīng)為多少？ 如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20，此時(shí)顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？,61,例題,顯示儀表指示值為500時(shí)，查表可得此時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電勢為20.64mV，由于這個(gè)電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即 同樣，查表可得： =20.64+2.463=23.076mV 由 23.076mV查 表 可 得 ： t=557 。即 實(shí) 際 溫 度 為 557 。,62,例題,當(dāng)熱端為557，冷端為20時(shí)，由于 E（20，0）=0.798mV,故有： E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0) =23.076-0.798=22.278mV 由此電勢，查表可得顯示儀表指示值應(yīng)為538.4。

23、,63,第三節(jié) 電阻溫度計(jì),WZP2-240/A級(jí)3線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻 WZC-111/12*1000mm Cu50銅熱電阻 WZPK2-103/B級(jí)6*515mm(0-300)鉑熱電阻,64,熱電偶在500 以下工作時(shí)，靈敏度較低，故目前在 測量-200600 范圍的溫度時(shí)，多采用電阻溫度計(jì)，尤其在 低溫測量中，電阻溫度計(jì)用的較普遍。導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻 率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與測量 電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)：精度高，靈敏度高，測量范圍廣等。 缺點(diǎn)：不能測太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo) 線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測量誤

24、差。,65,一、熱電阻的特性,熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。 鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會(huì)推薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻。,66,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/。,67,大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值約增加0.4%0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度t（）的關(guān)系可表示為 Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中 Rt 溫度為t時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為0時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。,68,大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小， 當(dāng)

25、溫度升高1時(shí)，其阻值約減小3%6%，稱具有負(fù)的電 阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可表 示為 RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，RT0 熱力學(xué)溫度T0（K）時(shí)的電阻值； B 與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。,69,雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求： （1）電阻溫度系數(shù)要大且與溫度無關(guān)，以得到高敏感度； （2）在測溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；,70,（3）復(fù)現(xiàn)性要好； （4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容 量和熱慣性小，使得對溫度

26、變化的響應(yīng)比較快； （5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)； （6）價(jià)格相對低廉。,71,目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)： （1）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計(jì)； （2）靈敏度高，當(dāng)溫度升高1時(shí)，大多數(shù)熱電阻的阻值增加0.4%0.6%，半導(dǎo)體材料的阻值降低3%6%； （3）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此不宜測量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。,72,熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系特性有三種表示方法： 作圖法 函數(shù)表示法 列表法,73,二、常用熱電阻元件,1鉑熱電阻 特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，

27、甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。 缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。,74,在200 0范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為 Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 在0 850范圍內(nèi)，其關(guān)系為 Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中，A、B、C 分度常數(shù)。,75,鉑的純度用百度電阻比W（100）表示，即 W（100）= R100 / R0 式中，R100 100時(shí)鉑電阻值； R0 0時(shí)鉑電阻值。 W（100）越高，則其純度越高。,7

28、6,2銅熱電阻 特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。 在50 150范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為 Rt = R0 ( 1 + t ) 式中， 銅的電阻溫度系數(shù)。,77,3. 鎳熱電阻 特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。 在50150內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4,78,4半導(dǎo)體熱敏電阻 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電阻值 與溫度的關(guān)系為 RT = AeB/T 半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、 鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫

29、燒結(jié)而成。,79,與金屬熱電阻相比，半導(dǎo)體熱敏電阻具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）具有較大的負(fù)電阻溫度系數(shù)，約為( 3 6 )%，因此 靈敏度比較高； （2）半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，因此它的 體積可做得非常小，同時(shí)熱慣性就小并適合用于測量點(diǎn)溫度與 動(dòng)態(tài)溫度； （3）電阻值很大，故連接導(dǎo)線的電阻變化的影響可以忽略； （4）結(jié)構(gòu)簡單。,80,它的缺點(diǎn)是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)的 非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差，精度較低。,81,三、特殊熱電阻,1. 鎧裝熱電阻 2. 薄膜鉑熱電阻 3. 厚膜鉑熱電阻,82,四、熱電阻測溫電路,平衡電橋測溫 不平衡電橋測溫,83,接觸測溫元件的

30、安裝原則,測量流動(dòng)介質(zhì)（管道內(nèi)）溫度時(shí)，應(yīng)保證傳感器與介質(zhì)充分接觸，與被測介質(zhì)成逆流狀態(tài)（至少呈正交式）安裝。 感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大的地方。 盡可能增大傳感器的插入深度，溫度計(jì)應(yīng)斜插或在管道彎頭處插入。 當(dāng)測溫管道過細(xì)（直徑小于80）時(shí)，安裝測溫元件需加裝擴(kuò)充管。,84,接觸測溫元件的安裝原則,熱電偶及熱電阻在安裝時(shí)，應(yīng)使其接線盒的面蓋向下，以免雨水或其他污物滲漏。 安裝在負(fù)壓管道上的溫度計(jì)，必須要保證良好的密封性，以防外界冷空氣進(jìn)入。 用熱電偶測量爐膛溫度時(shí)，應(yīng)避免與火焰直接接觸；避免把熱電偶安裝在爐門旁或與熱物體距離過近之處。 接線盒不應(yīng)碰到被測介質(zhì)的器壁，以免熱電偶冷端溫度過高。,

31、85,測溫元件的選擇與安裝,1. 熱電偶、熱電阻的選用 選用原則：較高溫度熱電偶 中低溫區(qū)熱電阻 一般以500為分界，但不絕對。 原因有兩點(diǎn)： (1)在中低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電勢很小，對測量儀表放大器和抗干擾要求很高。,86,(2)由于參比端溫度變化不易得到完全補(bǔ)償， 在較低溫度 區(qū)內(nèi)引起的相對誤差就很突出。 另外，還應(yīng)注意工作環(huán)境，如環(huán)境溫度、介質(zhì)性質(zhì) （氧化性、還原性、腐蝕性）等，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)套管、連 接導(dǎo)線等。,87,2 測溫元件的安裝,(1)選擇有代表性的測溫點(diǎn)位置，測溫元件有足夠的插入深度。,圖 測溫元件安裝,88,(2)熱電偶或熱電阻的接線盒的出線孔應(yīng)朝下，以免積水及灰塵等造成

32、接觸不良，防止引入干擾信號(hào)。 (3)檢測元件應(yīng)避開熱輻射強(qiáng)烈影響處。要密封安裝孔，避免被測介質(zhì)溢出或冷空氣吸入而引入誤差。,返回,89,第7章 非接觸式測溫,非接觸式測溫 非接觸式測溫方法以輻射測溫為主。具有一定溫度的物 體都會(huì)向外輻射能量，其輻射強(qiáng)度與物體的溫度有關(guān)，可以通過測量輻射強(qiáng)度來確定物體的溫度。 輻射測溫時(shí)，輻射感溫元件不與被測介質(zhì)相接觸，不會(huì)破 壞被測溫度場，可實(shí)現(xiàn)遙測；測量元件不必達(dá)到與被測對象相同的溫度，測量上限可以很高；輻射測溫適用于很寬的測量范圍，可達(dá)-506000。 但是，影響其測量精度的因素較多，應(yīng)用技術(shù)較復(fù)雜。,非接觸式測溫,輻射測溫儀表的組成 主要由光學(xué)系統(tǒng)、檢測

33、元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理等部分組成。 光學(xué)系統(tǒng)包括瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、透鏡、濾光片等，把物體的輻射能通過透鏡聚焦到檢測元件； 檢測元件為光敏或熱敏器件； 轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理系統(tǒng)將信導(dǎo)轉(zhuǎn)換、放大、進(jìn)行輻射率修正和標(biāo)度變換后，輸出與被測溫度相應(yīng)的信號(hào)。,91,非接觸式測溫,常用方法 光學(xué)系統(tǒng)和檢測元件對輻射光譜均有選擇性，因此，各種輻射測溫系統(tǒng)一般只接收波長范圍內(nèi)的輻射能。 輻射測溫的常用方法有四種： 單色輻射法：按物體的某一波長輻射亮度推算溫度 全輻射法：按物體全波長范圍的輻射亮度推算溫度 比色法：按物體兩個(gè)波長的光譜輻射亮度之比推算溫度 多色法：按物體多個(gè)波長的光譜輻射亮度和物體發(fā)射率隨波長變化的規(guī)律來推算溫度,92,光纖溫度傳感器,光纖溫度傳感器 采用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質(zhì)而構(gòu)成的新型測溫儀表，它有接觸式和非接觸式等多種型式。 特點(diǎn)： 靈敏度高 電絕緣性能好，可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境 體積小、重量輕、可彎曲 可實(shí)現(xiàn)