溫度測量原理及接線方法【研究材料】

1、溫度測量原理及接線方法,1,峰谷書屋,熱電偶的相關(guān)知識,相關(guān)介紹 熱電偶的安裝要求 熱電偶的正確使用 故障處理案例 溫度補償 常見問題,基本介紹 概述 特點 結(jié)構(gòu) 工作原理 種類 常見熱電偶材料 類別,2,峰谷書屋,熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn) 熱電偶 換成熱電動勢信號, 通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作

2、端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。,3,峰谷書屋,在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表， 測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。 熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準

3、確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償。,4,峰谷書屋,結(jié)構(gòu),為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它結(jié)構(gòu)要求如下： 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。,5,峰谷書屋,工作原理,兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。 熱電偶是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端或熱端

4、），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題： 1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；,6,峰谷書屋,常用熱電偶材料,熱電偶分度號 熱電極材料 使用溫度范圍（） S 鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1400 R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1400 B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1400 K 鎳鉻 鎳硅 -200-+10

5、00 T 純銅 銅鎳 -200-+300 J 鐵 銅鎳 -200-+600 N 鎳鉻硅 鎳硅 -200-+1200 E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700,7,峰谷書屋,類別,熱電偶類別 代號 分度號 測溫范圍 允許偏差限 鉑銠30鉑銠6 WRR B 01800 0.25%t 鉑銠10鉑 WRP S 01600 0.25%t 鎳鉻鎳硅 WRN K 01300 0.75%t 鎳鉻康銅 WRE E 0800 0.75%t 鉑銠13-鉑 WRB R 0-1600 0.25%t,8,峰谷書屋,熱電偶的安裝要求,對熱電偶與熱電阻的安裝,應(yīng)注意有利于測溫準確,安全可考及維修方便,而且不影響設(shè)備運行和生產(chǎn)操作.

6、要滿足以上要求,在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點: 1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電偶或熱電阻. 2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度: (1)對于測量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應(yīng)將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米; (2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套

7、在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm;熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm; (3)假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可. (4)當測量原件插入深度超過1m時,應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管.,9,峰谷書屋,熱電偶的正確使用,1、安裝不當引入的誤差 如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實溫度等，換句話說，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近閥門和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護管直徑的810倍；熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使爐內(nèi)熱溢出或冷空

8、氣侵入，因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100；熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強磁場和強電場，所以不應(yīng)把熱電偶和動力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi)，當用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。,10,峰谷書屋,2、絕緣變差而引入的誤差 如熱電偶絕緣了，保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴重，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達上百度。,3、熱阻誤差

9、 高溫時，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。,11,峰谷書屋,4、熱惰性引入的誤差 由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時，甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差別也就越大。當用時間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時，儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。為了準確的

10、測量溫度，應(yīng)當選擇時間常數(shù)小的熱電偶。時間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時校正及更換。,12,峰谷書屋,溫度補償,由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，

11、使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t00時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度差不能超過100,13,峰谷書屋,常見問題,對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題： 裝配熱電偶 1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)， 3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的

12、溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖所示。當導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。,14,峰谷書屋,熱電阻,15,峰谷書屋,工作原理,熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它二次儀表上。,1

13、6,峰谷書屋,熱電阻種類,普通型熱電阻 從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻的引出線或各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。 鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為2-8mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；機械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。鎧裝熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測量溫度的。當阻值變化時，工作儀表便顯示出阻值所對應(yīng)的溫度值。常溫絕緣電阻熱電阻在環(huán)境溫度為1535C，相對濕度

14、不大于80%，試驗電壓為10100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻100M 除此之外，還有端面熱電阻，隔爆型熱電阻等,17,峰谷書屋,實際應(yīng)用,目前熱電阻應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越?。汇~電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。中國最常用的有R0=10、R0=100和R0=1000等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50和R0=100兩種，它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用最為廣泛

15、。,18,峰谷書屋,信號連接,目前熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。 熱電阻的引線主要有三種方式 二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合 三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電

16、阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的。 四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。,19,峰谷書屋,熱電阻接線,1、兩線制熱點阻：一點接a線，另一點接兩根線。 2、三線制如三點必須找出a線，用萬用表測對另兩個有電阻那就是a線。a線接在儀表端標有電阻一端。 電阻為0的兩根線短接（實際為一小阻值，該值是線阻，用以消除線阻對測量值的影響），接測量儀表的另一頭。 2、熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測

17、量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。,20,峰谷書屋,熱電阻的安裝要求,對熱電阻的安裝,應(yīng)注意有利于測溫準確,安全可考及維修方便,而且不影響設(shè)備運行和生產(chǎn)操作.要滿足以上要求,在選擇對熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點: 1、為了使熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,

18、彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電阻. 2、帶有保護套管的熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度: (1)對于測量管道中心流體溫度的熱電阻,一般都應(yīng)將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米; (2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電阻.淺插式的熱電阻保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm;熱套式熱電阻的標準插入深度為100mm; (3)假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的

19、溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電阻插入深度1 m即可. (4)當測量原件插入深度超過1m時,應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管.,21,峰谷書屋,熱電偶和熱電阻的區(qū)別,熱電偶與熱電阻均屬于溫度測量中的接觸式測溫，盡管其作用相同都是測量物體的溫度，但是他們的原理與特點卻不盡相同。 首先，介紹一下熱電偶，熱電偶是溫度測量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件，他的主要特點就是測溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，更能夠遠傳4-20mA電信號，便于自動控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成；溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生

20、的電勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同，而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產(chǎn)生一定的電子擴散，當他們達到一定的平衡后所形成的電勢，接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點的溫度。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補償導(dǎo)線又分為補償型和延長型兩種，延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補償?shù)臒犭娕枷嗤菍嶋H中，延長型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電