溫度基礎(chǔ)知識

1、溫度基礎(chǔ)知識一、溫度測量的基本概念 溫度是石油、化工較為普遍，又相當(dāng)重要的熱工參數(shù)之一，是各種物 質(zhì)的物理、化學(xué)變化的重要條件。除石油、化工以外，冶金、電力、 國防等工業(yè)中均有溫度測量。溫度是表征物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過物體隨溫度變化的 某些特性來間接測量， 而用來量度物理溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。 它規(guī) 定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前國際上用 得最多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。1、華氏溫標(biāo)（）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為 32 度，水的 沸點(diǎn)為 212 度，中間劃分 180等分，每等分為華氏 1 度，符號為。2、攝氏溫標(biāo)（）規(guī)定：在

2、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的融點(diǎn)為零度，水的 沸點(diǎn)為 100 度，中間劃分 100等分，每等分為攝氏 1 度，符號為。 攝氏溫度值 t 和華氏溫度值 tf 有如下關(guān)系： t=5/9*（ tf 32） 3、熱力學(xué)溫標(biāo)：又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對溫標(biāo)。它規(guī)定分子運(yùn)動 停止時的溫度為絕對零度，記符號為 K。4、國際實(shí)用溫標(biāo)：是一個國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相近， 而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。我國自 1994 年 1 月 1 日開始全面實(shí)施 ITS-90 國際溫標(biāo)。二、溫度測量儀表的分類溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來 說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測 溫元

3、件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛， 幫需要一定的時間才能 達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制， 不能應(yīng)用于很高的溫度測量。 非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來 測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫 上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場， 反應(yīng)速度一般也比較快； 但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其 測量誤差較大。工業(yè)上常用的溫度檢測儀表有：1、玻璃液體溫度計a、常用測溫范圍： 50（） 600（）b、優(yōu) 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量準(zhǔn)確，價格低廉。c、缺 點(diǎn)：測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄和遠(yuǎn)傳。二等標(biāo)

4、準(zhǔn)溫度計（七支組） 540mm 分度值 0.1（-30 +20 、 0-50 50-100 100-150 150-200 200-250 250-300 ）2、雙金屬溫度計a、常用測溫范圍： 80（） 600（）b、優(yōu) 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠。c、缺 點(diǎn)：精度低，測量和適用范圍有限。3、工業(yè)熱電偶溫度計a、常用測溫范圍 : 鉑銠-鉑 0 （） 1600（）鎳鉻-鎳鋁 0 （） 900（）鎳鉻-康銅0 （） 600（）b、優(yōu) 點(diǎn)：測溫范圍廣 , 精度高 , 結(jié)構(gòu)簡單 , 使用方便 , 便于遠(yuǎn)距離、 多點(diǎn)集中測量和自動控制。c、缺 點(diǎn)：需冷端溫度補(bǔ)償 , 在低溫段測量精度較低。4、工業(yè)熱電阻溫度

5、計a、常用測溫范圍 : 鉑電阻溫度計 200（） 500（）銅熱電阻溫度計 - 50（）150（） 熱敏電阻溫度計 - 50（）300（）b、優(yōu) 點(diǎn)：測溫精度高 , 便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)集中測量和自動控制。c、缺 點(diǎn): 不能測量高溫 ,須注意環(huán)境溫度的影響。三、熱電偶測溫原理及其應(yīng)用熱電偶簡介熱電溫度記錄儀常以熱電偶作為測溫元件，它廣泛用來測量 -2 00 1300 范圍內(nèi)的溫度， 特殊情況下， 可測至 2800 的高溫 或 4K 的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，準(zhǔn)確度高，測溫范圍廣 等特點(diǎn)。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進(jìn)行檢測，使溫度的測量、控 制、 以及對溫度信號的放大變換都很方便，適用于遠(yuǎn)距

6、離測量和自 動控制。在接觸式測溫法中，熱電溫度計的應(yīng)用最普遍。熱電偶測溫原理1. 定義: 由兩種導(dǎo)體組合而成 , 將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做 熱電偶。2. 測溫原理 : 熱電偶的測溫 原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 串接成一個閉合回路，當(dāng)兩 個接點(diǎn) 1 和 2 的溫 度不同 時，如果 T T 0 (如上圖 12-1 熱電效應(yīng))， 在回路中就會產(chǎn) 生熱電動勢， 在回路中產(chǎn)生一定大小的電流， 此種現(xiàn)象稱為 熱電效 應(yīng)。熱電動勢記為 EAB ，導(dǎo)體 A 、 B 稱為熱電極。接點(diǎn) 1 通常是焊接 在一起的， 測量時將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端 (或工作端，熱 端

7、)。接點(diǎn) 2 要求溫度恒定，稱為參考端(或冷端3. 熱電效應(yīng)導(dǎo)體 A 和 B 組成的熱電偶閉合電路在兩個接點(diǎn)處分別由 eAB (T) 與 eAB (T0 )兩個接觸電勢 ，又因?yàn)?T T0 ，在導(dǎo)體 A 和 B 中還各有一 個溫差電勢。所以閉合回 路總熱電動勢 EAB (T,T0 ) 應(yīng) 為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和，即：4. 閉合回路總熱電動勢對于已選定的熱電偶， 當(dāng)參考溫度恒定時， 總熱電動勢就變成測 量端溫度 T 的單值函數(shù)，即 EAB ( , T 0 )= f ( T )。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。在實(shí)際測溫時，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導(dǎo)線和儀表。熱電偶的應(yīng)用定則1) 均

8、質(zhì)導(dǎo)體定則 由同一種勻質(zhì)導(dǎo)體 (電子密度處處相同 ) 組成的閉合回路中 , 不論導(dǎo)體 的截面,長度以及各處的溫度分布如何 , 均不產(chǎn)生熱電勢 . 這條定則說明 : 兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電偶 .2) 中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體 , 只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫 度相同,接入第三種導(dǎo)體后 , 對熱電偶回路中的總電勢沒有影響 .3) 中間溫度定則 它是指熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為 T,T0 時的熱電勢等于該熱電偶在兩接 點(diǎn)溫度分別為 T,Tn 和 Tn,T0 時相應(yīng)熱電勢的代數(shù)和 .冷端溫度處理在熱電偶的分度表中或分度檢定時 , 冷端溫度都保持在 0 ; 在使用時 ,往往由于環(huán)

9、境和現(xiàn)場條件等原因 ,冷端溫度不能維持在 0 (To0), 使熱電偶輸出的電勢值產(chǎn)生誤差 , 因此需要對熱電偶冷端溫 度進(jìn)行處理 .1) 補(bǔ)償導(dǎo)線法一種類型的補(bǔ)償導(dǎo)線只能同相應(yīng)的熱電偶配套使用。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(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采 用補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起 延伸熱電極， 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(bǔ)償作用。因此，還需采 用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度

10、 t0 0時對測溫的影響。 在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時必須注意型號相配， 極性不能接錯， 補(bǔ)償導(dǎo) 線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100。2)計算修正法 當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶冷端延長到某一溫度 T0 處以后,由于 To通常 是環(huán)境溫度且有 To0, 因此還需要對冷端溫度進(jìn)行修正 . 假設(shè)被測溫度為 T,熱電偶冷端溫度為 T0, 所測得的電勢值為 EAB(T,T 0). 根據(jù)中間溫度定則有 : 利用熱電偶分度表先查出 EAB(T0,0)的數(shù)值, 就可以計算出真實(shí)電勢 EAB(T,0)的數(shù)值,按照該值再查詢分度表 , 即可得出被測溫度 T.例 用K型熱電偶在冷端溫度為 25時, 測得熱電勢為 34.3

11、6mV,求熱電偶 熱端的實(shí)際溫度 .解:查 K型熱電偶分度表知 EAB(25,0)=1.00 mV, 測得 EAB(T,25)=34. 36mV,則再查詢分度表知 ,35.36mV 所對應(yīng)的實(shí)際溫度為 851.( 溫度區(qū)間內(nèi) 查表按線性插值公式計算 )習(xí)題1, 室溫 20,采用 K型熱電偶測量某物體溫度 . 與其相配 的顯示儀表無冷端補(bǔ)償功能 .當(dāng)儀表指示為 100時, 求被測物體的溫 度T .( 已知:E(20,0)=0.798mV; E(80,0)=3.266mV; E(100,0)=4.095 mV; E(120,0)=4.919mV).1192, 室溫 20,采用 K型熱電偶測量某物體

12、溫度 . 與其相配 的顯示儀表具有冷端補(bǔ)償功能。當(dāng)儀表指示為100時, 此時用萬用表測量熱電偶的實(shí)測熱電勢為多少 ( 已知:E(20,0)=0.798mV; E(80, 0)=3.266mV; E(100,0)=4.095mV; E(120,0)=4.919mV). 3.297 mV四、常用熱電偶適于制作熱電偶的材料有 300 多種，其中廣泛應(yīng)用的有 4050種。 國際電工委員會向世界各國推薦 8 種熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 .我國標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也有 8 種。分別是：鉑銠 10- 鉑(分度號為S )、 鉑銠 13- 鉑 (R) 、鉑銠 30- 鉑銠 6(B) 、鎳鉻 - 鎳硅 (K)、鎳鉻-康銅

13、(E) 、鐵-康銅(J) 、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N) 。下面簡要介紹其中幾種：五、幾種常用的熱電偶1、鉑銠 10- 鉑熱電偶1. 組成：由 0.5mm 的純鉑絲和直徑相同的鉑銠絲制成，分度號為S 。鉑銠絲為正 極 , 純鉑絲為負(fù)極。2. 特點(diǎn)：熱電性能好，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù) 使用 。 長期適用 的溫度為 1400 ，超過此溫度時，即使在空氣 中純鉑絲也將再結(jié)晶而使晶 粒增大。短期使用溫度為 1600 。在 所有的熱電偶中，它的準(zhǔn)確度等級最 高 , 通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量高溫 的熱電偶，其使用溫度范圍廣( 01600 )， 均質(zhì)性及互換性好。其缺點(diǎn)是價格昂貴 , 熱電勢

14、較小，需配靈敏度高的顯示儀表2、 鎳鉻 - 鎳硅 ( 鎳鋁 ) 熱電偶1. 組成：鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，分度號為 K。2. 特點(diǎn)： 使用溫度范圍寬( 501300)，高溫下性能較穩(wěn)定， 熱 電動勢和溫度的關(guān)系近似線性，價格便宜，因此是 目前用量最大的 一種熱電偶。 它適用于在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用， 短期使用溫 度為 1200，長期使用溫度為 10003、鎳鉻 康銅熱電偶1. 組成：鎳鉻為正極，康銅為負(fù)極，分度號為 E2. 特點(diǎn)：它的最大特點(diǎn)是在常用熱電偶中 熱電動勢最大 ，即靈 敏度最高， 適宜在 250870范圍內(nèi)的氧化性或惰性 氣氛中使用 尤其適宜在 0以下使用。在濕度大的情 況下

15、, 較其他熱電偶耐腐蝕4、銅 - 康銅熱電偶1. 組成：純銅為正極，康銅為負(fù)極，分度號為 T 。2. 特點(diǎn)：在金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高，熱電絲均勻性好，使用溫度范圍 為 -200 350 。此外，還有非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，有鎢錸系列（屬難融金屬），鉑銠系列，銥銠系列，鉑鉬系列及非金屬熱電偶等等熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。 它的主要特點(diǎn)是測 量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅 廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1熱電阻測溫原理及材料 熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一 特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多

16、的是鉑和銅，此外，現(xiàn) 在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。2熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）精通型熱電阻 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，熱電阻體的引出線等各種 導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。 為消除引線電阻的影響同般 采用三線制或四線制。（2）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(shí)體，它的外徑一般為 28mm， 最小可達(dá) mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱 慣性上，測量滯后??；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便 于安裝使用壽命長。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫

17、元件由特殊處理的電阻絲材繞制， 緊貼在溫度計端面。 它與一般軸向熱電阻相比， 能更正確和快速地反 映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼 內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在 接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于 BlaB3c 級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。3熱電阻測溫系統(tǒng)的組成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(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。 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

18、對測量結(jié)果會有較大的影響。目前熱電阻的引線主要有三種方式： 1二線制：在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 2三線制：在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 線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。 3四線制：在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?？梢娺@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。歐姆定律 I=U/R 采用三