第3章過程參數(shù)檢測與變送-2溫度檢測儀表

1、過程控制與自動化儀表過程控制與自動化儀表 多媒體課件多媒體課件（自動化專業(yè)用）（自動化專業(yè)用）西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院信息與控制工程系信息與控制工程系過程控制與自動化儀表過程控制與自動化儀表課題組課題組潘永湘制作潘永湘制作20022002年年（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測2、熱電阻溫度傳感器3、其它溫度傳感器1、熱電偶溫度傳感器（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測1、熱電偶溫度傳感器1）熱電偶的構(gòu)成及測溫原理： 由兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接在一起構(gòu)成的閉合回路，當(dāng)回路兩端點(diǎn)溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生熱電勢（稱為熱點(diǎn)效應(yīng)）并產(chǎn)生電流。當(dāng)一端溫度固定，

2、則熱電勢與另一端溫度成單值對應(yīng)關(guān)系。其表示如下：)(teAB)(0teBA（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測是導(dǎo)體A和B分別在溫度t和t0下的接觸電勢 0,teteBAAB等效電路 teAB 0teBA 0,00tetettEBAABAB)(0tt constt 0),(01ttEtAB當(dāng)時，（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測2）有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論（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)。3）熱電偶的中間導(dǎo)體定律： 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要第三導(dǎo)

3、體的兩端溫度相同，第三導(dǎo)體的引入不會影響熱電偶的熱電勢。如下圖所示：（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測mVt0tABC證明如下： ) 1 (,000tetetettECABCABABC（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 ) 3(0000teteteteBAABCABC 當(dāng) 時，0tt )2(,000tetetettECABCABABC 代入: 000,tetetttEBAABABC（與未接第三導(dǎo)體時熱電勢相同）4）中間溫度定律：（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T，0時的熱電勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T，T0和T0 ，0時的熱電勢之和。即)0 ,(),()0 ,(00T

4、ETTETEABABAB5）熱電偶的分度表或 關(guān)系曲線：TU T 對給定的熱電偶通過實驗測得 時， 取不同溫度時的熱電勢數(shù)據(jù)制成的“熱電勢 溫度 對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)表”，稱為該熱電偶的分度表（參見P6466），也可繪成相應(yīng)的曲線。如下圖所示：CT 00)0 ,(TEABTT 式中T0稱為中間溫度或環(huán)境溫度。由此可見，當(dāng) 已知， 若通過測量獲得，則 由上式可得，通過查表 ，即可求得 。舉例如下:)0 ,(TEAB),(0TTEAB0T例例（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 6)熱電偶的冷端處理： 注意事項：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

5、同，即CC001000)0 ,100()0 ,100(0000CCECCEABBA（2）冷端的延伸補(bǔ)償導(dǎo)線的使用：圖示：（1）冷端的恒溫方式： 將冷端置于冰水混合液中； 將冷端置于恒溫槽中（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測b）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶兩個接點(diǎn)的溫度必須相同；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，切不可接反（詳細(xì)情況可參閱出廠說明）。 （二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 （3）冷端溫度波動時的自動補(bǔ)償),(),(),(00TTETTETTEEABnABnABtb）圖中： 由錳銅構(gòu)成 銅電阻421,RRRcuR; 0)(),(,0abnabnABtabcunUconstTT

6、UTTEEURT時，當(dāng)當(dāng)),(0TTEUnABab時，0TTna）補(bǔ)償電路ab（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 例題 用一分度號為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to30oC時，測得的熱電勢為E(t，to)3917mV，問爐溫是多少度?0 ,0 ,00tEttEtE工業(yè)現(xiàn)場安裝的熱電偶工業(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。有時需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長！返回（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測 1）熱電阻溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn) a）與熱電偶相比有更高的靈敏度； b）可測的低溫范圍大； tRRcu10近似式可表為：C

7、A03/1029. 42、熱電阻溫度傳感器2）銅質(zhì)熱電阻的溫度電阻特性CCCBCAooo/10233.1/10133.2/1028899.4973320)(1CtBtAtRRtcu時的銅熱電組值。CR000其中（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測3）鉑熱電阻的溫度電阻特性2032011001BtAtRRtCtBtAtRRptpt在在:02000C:85000CCCCBCAooo/102735. 4/10802. 5/1090802. 31273其中：0)0(RRpt（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測當(dāng)橋路處于平衡時，rRPrrRrwtw*) (*)(00RPRt即wr（與 的大小無關(guān)）4）熱電阻

8、的“三線制”接法（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測返回?zé)犭娮鑼嵱媒Y(jié)構(gòu)（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測3、其它溫度傳感器：負(fù)溫度特性正溫度特性臨界溫度特性其中：NTCPTCCTR 其主要參數(shù)見下表（P74 表3-11）。1）半導(dǎo)體溫度傳感器 溫度電阻特性如圖示說明：（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測熱膨脹式溫度傳感器l液體l固體l氣體氣體（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測（二）（二） 溫度的檢測溫度的檢測返回( (三）三）溫度變送器溫度變送器2、溫度變送器輸入電路1、溫度變送器組成框圖( (三）三）溫度變送器溫度變送器由圖a）：)()(), ()(200112011pqbdABijciRutu

9、t tEuSRuuS?被測溫度環(huán)境溫度零點(diǎn)遷移電壓冷端補(bǔ)償電壓熱電勢ttRutut tEpqbdAB000)()().(CtRtRRRIuDCmAIcupcubd03000200/1029. 4)1 ()()(211?( (三）三）溫度變送器溫度變送器 （1）遷移量的計算：當(dāng) 則2202PPPRRR)(212122000000PPcdRRRItRIU)(212122000000PPcdRRRItRIU)()(20PqbdRUtU200PRR令 （調(diào)整 ）2PR由于 （中間溫度定律）)0 ,()0 ,(),(00tEtEttEABABAB而冷端補(bǔ)償?shù)臈l件為：)0 ,()(00tEtUABbd(

10、(三）三）溫度變送器溫度變送器所以有：)0 ,()(),()0 ,(),(0000tEtUttEtEttEABbdABABAB代入 )()0 ,(:2PqABiiRUtEUU當(dāng) “正遷移”02PR當(dāng) “負(fù)遷移”當(dāng) “無遷移”02PR02PR（2） 的計算0R當(dāng)熱電勢與溫度呈近似線性關(guān)系時，有：0max0max0*)0 ,()0 ,(tttEtEABABCt0max0100( (三）三）溫度變送器溫度變送器圖b)與a)的區(qū)別在于熱電阻 按“三線制”與電橋相接。tR又知：0max0max0000*)0 ,()0 ,(21tttEtEtRIABAB0000max0max00100)0 ,100(2)

11、0 ,(2ICCEIttERABAB問題：問題：遷移量與遷移溫度的關(guān)系，即qPtR?2由圖可知：)(21)(2124200tPttbdiRRIRIUU)(212124200RRIRIPt（可見與 無關(guān)）t( (三）三）溫度變送器溫度變送器設(shè)：242RRRPPq24200RRRPPq224242200*)(ppppPRRRRRRRqqq)(21)1(2100000qqPPiRRItRIUqqPPRItRIRRI0000002121)(210則：調(diào)整 使 則00RRqp2PR224240000220)(2121PPiRRRRItRIU0)()(02PqRUtU224240220*)(1ppqRRR

12、RRt( (三）三）溫度變送器溫度變送器3、熱電偶的非線性補(bǔ)償 1）補(bǔ)償原理： （P85 圖3-26）要使 則必須 baffyx xffyba*)()(因為當(dāng) 時，Ak af為檢測元件傳遞函數(shù) bf為反饋回路傳遞函數(shù)其中：( (三）三）溫度變送器溫度變送器如何產(chǎn)生 使其= ？ bf af非線性的折線近似( (三）三）溫度變送器溫度變送器2）電路實現(xiàn)（P84 圖3-25）( (三）三）溫度變送器溫度變送器;1115300maafaafafuukukuVDVDuuuu“第一段”斜率；。不導(dǎo)通，則當(dāng)，當(dāng)，由圖可知：當(dāng)；，增大，饋信號減小，放大系數(shù)的反導(dǎo)通，進(jìn)入“第二段”，則當(dāng)maafaamaauuk

13、kukuAVDuuu2122131；，。的反饋信號進(jìn)一步減弱導(dǎo)通，進(jìn)入“第三段”，時，則當(dāng)maafaamaauukkukuAVDuuu3233142( (三）三）溫度變送器溫度變送器圖所示。的分段線性化曲線如下，整個即，反而小于的降低，此時，大幅降低超過反饋信號導(dǎo)通，進(jìn)入“第四段”，時，則當(dāng))(343453baamaafkkkkuVDuuumau3mau4mau2mau13k4k2k1k( (三）三）溫度變送器溫度變送器 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。mamauu41u177ffRR 圖3-25所示電路的功能： a） 冷端自動補(bǔ)償 ； b） 零點(diǎn)遷移 ； c） 量程調(diào)整 ； d） 分段線性化。 )(cuR)(PR)(fRP4、熱電偶溫度變送器的放大單元（P87 圖3-28）( (三）三）溫度變送器溫度變送器( (三）三）溫度變送器溫度變送器1）直流交流直流變換電路：采用變壓器將輸入、輸出、電源三者進(jìn)行隔離，使有效信號以差模方式進(jìn)行傳遞，抑制共模干擾信號。2）集成運(yùn)放：高輸入阻抗、高放大倍數(shù).3）功率放大。4）輸出回路。5）反饋電路。說明： 420mA.DC輸出型變送器方框圖參見P83頁圖