化工測量儀表課件(溫度)

1、2022-5-512022-5-52常用常用: 等。等。一、溫度測量方法一、溫度測量方法1. 1. 接觸式測溫接觸式測溫 任意兩個冷熱程度不同的物體相接觸，必然要發(fā)生任意兩個冷熱程度不同的物體相接觸，必然要發(fā)生熱交換熱交換現(xiàn)象，熱量將由溫度高的物體傳向溫度低的物現(xiàn)象，熱量將由溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到兩物體完全達(dá)到體，直到兩物體完全達(dá)到熱平衡熱平衡狀態(tài)為止。狀態(tài)為止。要求要求: 測溫物體的物理性質(zhì)必須是連續(xù)、單值地隨溫測溫物體的物理性質(zhì)必須是連續(xù)、單值地隨溫 度變化，并且復(fù)現(xiàn)性好度變化，并且復(fù)現(xiàn)性好。需滿足條件：需滿足條件：感溫部件與被測介質(zhì)感溫部件與被測介質(zhì)充分接觸充分接觸； 保證保

2、證熱交換時間熱交換時間。2022-5-532. 2. 非接觸式測溫非接觸式測溫測溫元件的任何部位均不與被測物體相接觸測溫元件的任何部位均不與被測物體相接觸。 目前多以目前多以輻射式輻射式為主，通過被測物體與感溫元件之間為主，通過被測物體與感溫元件之間的的熱輻射熱輻射作用實現(xiàn)測溫。作用實現(xiàn)測溫。 特點：特點：不會破壞被測對象的溫度場，可測移動或轉(zhuǎn)不會破壞被測對象的溫度場，可測移動或轉(zhuǎn)動物體的溫度，可通過掃描的方法測得物體表面的溫動物體的溫度，可通過掃描的方法測得物體表面的溫度。反映速度較快，測溫范圍很廣，原理上不受溫度度。反映速度較快，測溫范圍很廣，原理上不受溫度上限的限制。上限的限制。 受物體

3、發(fā)射率、對象與儀表間距、煙塵和蒸汽等介受物體發(fā)射率、對象與儀表間距、煙塵和蒸汽等介質(zhì)的影響，準(zhǔn)確性不高，通常用來測量質(zhì)的影響，準(zhǔn)確性不高，通常用來測量1000以上的以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體溫度。移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體溫度。2022-5-54按測量方式：接觸式和非接觸兩類。按測量方式：接觸式和非接觸兩類。二、溫標(biāo)二、溫標(biāo)1. 1. 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（用（用 t 表示，單位記為表示，單位記為。）。）2. 2. 國際溫標(biāo)國際溫標(biāo) 熱力學(xué)溫度是基本溫度，用熱力學(xué)溫度是基本溫度，用 T 表示，單位表示，單位開爾文開爾文，記為記為。三、溫度測量儀表的分類三、溫度測量儀表的分類按工作原理

4、：膨脹式、熱電阻、熱電偶及輻射式等。按工作原理：膨脹式、熱電阻、熱電偶及輻射式等。規(guī)定規(guī)定: : 水的三相點熱力學(xué)溫度為水的三相點熱力學(xué)溫度為273.16273.16； 定義定義 1K=1273.16。0 = 273.15Kt T - 273.15各常用測溫儀表的測溫原理、基本特性見表各常用測溫儀表的測溫原理、基本特性見表4-1-14-1-1。2022-5-552022-5-56 2022-5-57一、測溫原理一、測溫原理液體受熱后體積膨脹和溫度的關(guān)系可用下式表示：液體受熱后體積膨脹和溫度的關(guān)系可用下式表示：Vt 液體在液體在t時的體積時的體積; Vt0 液體在液體在t0時的體積時的體積; 液

5、體的體積膨脹系數(shù)液體的體積膨脹系數(shù); 盛液容器盛液容器的體積膨脹系數(shù)。的體積膨脹系數(shù)。V Vt tV Vt0t0()(t)(tt t0 0) ) 與與差別越大，靈敏度越高差別越大，靈敏度越高。(4(42-1)2-1) 2022-5-58二、結(jié)構(gòu)與分類二、結(jié)構(gòu)與分類1. 1. 按結(jié)構(gòu)分為按結(jié)構(gòu)分為：毛細(xì)管固定在標(biāo)尺板上，多用來：毛細(xì)管固定在標(biāo)尺板上，多用來 測室溫。測室溫。2. 2. 按用途分為按用途分為有棒狀、內(nèi)標(biāo)尺式的，分一等和二等，有棒狀、內(nèi)標(biāo)尺式的，分一等和二等， 分度值為分度值為0.050.050.10.1。形式與標(biāo)準(zhǔn)的相仿，精度較高。形式與標(biāo)準(zhǔn)的相仿，精度較高。一般為內(nèi)標(biāo)尺式。一般為

6、內(nèi)標(biāo)尺式。2022-5-592022-5-510 2022-5-511一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)溫包內(nèi)充填的感溫介質(zhì)有溫包內(nèi)充填的感溫介質(zhì)有氣體、液體及蒸發(fā)液體氣體、液體及蒸發(fā)液體等。等。 毛細(xì)管容積毛細(xì)管容積溫包容積溫包容積，通常為銅或不銹鋼冷拉無，通常為銅或不銹鋼冷拉無縫管，內(nèi)徑縫管，內(nèi)徑0.4mm左右，長度左右，長度 50m。2022-5-512二、測溫原理二、測溫原理)(00ttpptt液體壓力溫度計液體壓力溫度計 若忽略溫包、毛細(xì)管和彈性元件組成的密封系統(tǒng)容若忽略溫包、毛細(xì)管和彈性元件組成的密封系統(tǒng)容積變化，積變化，對一定質(zhì)量的液體，壓力與溫度的關(guān)系可表對一定質(zhì)量的液體，壓力與溫度的關(guān)系可表示

7、為：示為：Pt工作液在工作液在t 時的壓力時的壓力; Pt0 工作液在工作液在t0時的壓力時的壓力; 工作液的體積膨脹系數(shù)工作液的體積膨脹系數(shù); 工作液工作液的可壓縮系數(shù)。的可壓縮系數(shù)。 多以多以有機(jī)液有機(jī)液（甲苯、酒精、戊烷等）或（甲苯、酒精、戊烷等）或水銀水銀作感溫作感溫介質(zhì)。介質(zhì)。tP即：即：2022-5-513 2022-5-514一、測溫原理一、測溫原理 tdlGx2 x 雙金屬片自由端的位移；雙金屬片自由端的位移； l 雙金屬片的長度；雙金屬片的長度； d 雙金屬片的厚度；雙金屬片的厚度； t 雙金屬片的溫度變化量；雙金屬片的溫度變化量； G 彎曲率彎曲率兩種膨脹系數(shù)不同的金屬組成

8、兩種膨脹系數(shù)不同的金屬組成固體膨脹式固體膨脹式溫度計。溫度計。測量范圍測量范圍 -80-80600600，精度精度1 1、1.51.5、2.52.5級。級。2022-5-515二、雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)二、雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)2022-5-5162022-5-5172022-5-518 2022-5-519概概 述述 兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個接點的溫度不同，在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢，接點的溫度不同，在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢，此現(xiàn)象稱此現(xiàn)象稱熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。2022-5-520一、溫差電勢一、溫差電勢同一導(dǎo)體中，因其兩端溫度不同而產(chǎn)生的

9、熱電勢。同一導(dǎo)體中，因其兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電勢。 ttAAdttte0),(0（4-3-14-3-1）A A 導(dǎo)體的湯姆遜系數(shù)。表示導(dǎo)體的湯姆遜系數(shù)。表示溫差溫差1(1(或或1K)1K)所產(chǎn)生的電動勢，所產(chǎn)生的電動勢，與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。 溫差電勢只與導(dǎo)體材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，與導(dǎo)溫差電勢只與導(dǎo)體材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，與導(dǎo)體長度、截面及沿導(dǎo)體長度上的溫度分布無關(guān)。體長度、截面及沿導(dǎo)體長度上的溫度分布無關(guān)。2022-5-521二、接觸電勢二、接觸電勢兩種電子密度不同的導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生的熱電勢。兩種電子密度不同的導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生的熱電勢。 BAABNNektte

10、ln)( k 波爾茲曼常數(shù)；波爾茲曼常數(shù)； e 單位電荷；單位電荷； NA、NB溫度為溫度為t時，時， A、B導(dǎo)體導(dǎo)體 的電子密度；的電子密度； t 接觸點的溫度。接觸點的溫度。（4-3-24-3-2）只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點溫度有關(guān)。只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點溫度有關(guān)。 若兩導(dǎo)體材料一定，僅與其接點溫度有關(guān)。若兩導(dǎo)體材料一定，僅與其接點溫度有關(guān)。teAB(t) 2022-5-522EAB(t,t0)eAB(t) +eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0)ttABtAtttBBtAtdtNNektdtNNekt0000lnln0 eAB(t)-eBA (t) EAB(t,t0)-E

11、BA(t,t0)-EAB(t0 ,t) 溫差電勢溫差電勢接觸電勢接觸電勢，則回路總電勢，則回路總電勢EAB(t,t0)的方向的方向取決于取決于eAB(t)的方向的方向。腳標(biāo)。腳標(biāo)ABAB的順序表示熱電勢的方向的順序表示熱電勢的方向，若順序改變，則熱電勢符號也隨之改變。即：若順序改變，則熱電勢符號也隨之改變。即：(4-3-3)(4-3-3)A A、B B導(dǎo)體材料確定，導(dǎo)體材料確定，t t0 0不變，總電勢為不變，總電勢為t t的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。 不同熱電極制成的熱電偶，在相同溫度下產(chǎn)生的熱不同熱電極制成的熱電偶，在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢不同，見各熱電偶電勢不同，見各熱電偶分度表分度表。20

12、22-5-523三、熱電偶的基本定律三、熱電偶的基本定律eC(t1,t1)0 eBC(t1)-eCB(t1) eBA(t0)-eAB(t0) eA(t0,t)-eA(t,t0)eB(t,t1)+eB(t1,t0)eB(t,t0)EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t1)+eBC(t1)+eC(t1,t1) +eCB(t1)+eB(t1,t0)+eBA(t0)+eA(t0,t) 據(jù)溫差和接觸電勢定義，可得據(jù)溫差和接觸電勢定義，可得則上式可整理為則上式可整理為 EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) EAB(t,t0)2022-5-

13、524同理：同理：可證圖可證圖(b)(b)，回路中，回路中2 2、3 3接點溫度均為接點溫度均為t t0 0 ，回路中總熱，回路中總熱電勢仍為電勢仍為EAB(t,t0) 。中間導(dǎo)體定律：中間導(dǎo)體定律：2022-5-5250ln)(0ln)(1100AAAAAAAANNektteNNektte定律說明：定律說明：若兩熱電極分別由若兩熱電極分別由兩種均質(zhì)導(dǎo)體兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，則組成，則熱電勢僅與兩接點溫度有關(guān)，與沿?zé)犭姌O的溫度分布熱電勢僅與兩接點溫度有關(guān)，與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。無關(guān)。 用于衡量熱電極材料的均勻性用于衡量熱電極材料的均勻性。2022-5-526EABBA(t,tn,t0) =EA

14、B(t,tn) + EAB(tn,t0)EAB(t,t0)= EAC(t,t0) - EBC(t,t0) = EAC(t,t0)+ ECB (t,t0) 若連接點溫度為若連接點溫度為tn，連接導(dǎo)體，連接導(dǎo)體A或或B的熱電特性的熱電特性與與A、B相同，相同，則總熱電勢等于熱電偶與連接導(dǎo)體的熱電勢的則總熱電勢等于熱電偶與連接導(dǎo)體的熱電勢的代數(shù)和。即代數(shù)和。即 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B分別與導(dǎo)體分別與導(dǎo)體C組成熱電偶，測量端溫度均組成熱電偶，測量端溫度均為為t，參考端均為，參考端均為t0 ，則，則2022-5-5272022-5-528（一）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（一）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶一、熱電偶材料及特性一、熱電偶材料及特

15、性1 1鉑銠鉑銠1010鉑鉑熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：S）2 2鉑銠鉑銠1313鉑鉑熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：R）3 3鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：B）貴金屬，用于精密溫度測量及作為基準(zhǔn)熱電偶。貴金屬，用于精密溫度測量及作為基準(zhǔn)熱電偶。01400，短期，短期1600。誤差可為。誤差可為1。熱電勢比熱電勢比S熱電偶大熱電偶大15%左右，其它性能幾乎相同。左右，其它性能幾乎相同。測溫范圍：測溫范圍：同同S ，誤差，誤差(10.25%t）。 高溫?zé)犭娕?。熱電勢小，冷端溫度在高溫?zé)犭娕?。熱電勢小，冷端溫度?040以下使以下使用時，一般不需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償

16、。價格高。用時，一般不需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。價格高。01600，短期，短期1800。誤差。誤差0.25%t4。2022-5-5294 4鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：K）5 5鎳鉻鎳鉻康銅康銅熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：E）6 6銅銅康銅康銅熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：T） 熱電特性近似線性，熱電勢比熱電特性近似線性，熱電勢比S熱電偶高熱電偶高3 34 4倍，倍，復(fù)制性好，價格便宜。復(fù)制性好，價格便宜。-2001000，短期，短期1300。誤差。誤差1.52.5。靈敏度最高。價廉，濕度較大時較其它熱偶耐腐蝕。靈敏度最高。價廉，濕度較大時較其它熱偶耐腐蝕。-200750，

17、短期，短期870。誤差。誤差1.52.5。 在廉價金屬熱電偶中在廉價金屬熱電偶中精確度最高精確度最高，穩(wěn)定性好，低，穩(wěn)定性好，低溫測量靈敏度高。溫測量靈敏度高。-200300，短期，短期350。誤差。誤差0.51。2022-5-530 8 8鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：N） 1300以下，高溫抗氧化能力強(qiáng)，穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性以下，高溫抗氧化能力強(qiáng)，穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好。好，耐核輻射及耐低溫性能好。有取代廉價金屬熱電有取代廉價金屬熱電偶與部分替代偶與部分替代S熱電偶的趨勢。熱電偶的趨勢。-2001200，短期，短期1300。誤差。誤差1.52.5。9 9鎢

18、錸系列鎢錸系列熱電偶熱電偶鎢錸鎢錸5 5鎢錸鎢錸2626熱電偶熱電偶 分度號：分度號：WRe5-WRe26。鎢錸鎢錸3 3鎢錸鎢錸2525熱電偶熱電偶 分度號：分度號：WRe3-WRe25。用于用于1600以上以上高溫。上限達(dá)高溫。上限達(dá)2800， 最好最好2000以下以下使用。誤差使用。誤差1%t。熱電特性曲線熱電特性曲線7 7鐵鐵康銅康銅熱電偶熱電偶（分度號：（分度號：J）700700以下以下線性非常好線性非常好，具有較高的靈敏度。，具有較高的靈敏度。-40700，短期，短期750，誤差，誤差1.52.5。2022-5-531( (二二) )非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 1 1鎳鉻鎳鉻金鐵

19、金鐵熱電偶熱電偶 用于用于0273K低溫，誤差低溫，誤差0.5, , 是較理想的是較理想的低溫低溫測量測量熱電偶。熱電偶。2 2非金屬熱電偶非金屬熱電偶 熱電勢遠(yuǎn)大于金屬熱電偶；熔點高熱電勢遠(yuǎn)大于金屬熱電偶；熔點高, , 復(fù)現(xiàn)性差，機(jī)復(fù)現(xiàn)性差，機(jī)械強(qiáng)度較低。械強(qiáng)度較低。(1)(1)石墨石墨碳化鈦碳化鈦熱電偶（熱電偶（CTiC ) ) 含碳?xì)夥铡⒅行詺夥罩锌蓽y含碳?xì)夥?、中性氣氛中可測2000高溫高溫。(2)WSi2MoSi2熱電偶熱電偶 含碳?xì)夥?、中性和還原性氣氛中含碳?xì)夥铡⒅行院瓦€原性氣氛中,可達(dá)可達(dá)2500。(3)(3)碳化硼碳化硼石墨石墨熱電偶熱電偶（B4CC） 6002000范圍內(nèi)線性好

20、，熱電勢大，為鎢錸熱范圍內(nèi)線性好，熱電勢大，為鎢錸熱 電偶的電偶的1919倍，倍，最適宜作控制信號最適宜作控制信號。2022-5-5322022-5-533二、熱電偶的結(jié)構(gòu)二、熱電偶的結(jié)構(gòu)1.1.普通型熱電偶普通型熱電偶熱電極熱電極: 貴金屬貴金屬D=0.30.65mm， 普通金屬普通金屬D=0.53.2mm。長度由安裝條件及插入深度而定，一般長度由安裝條件及插入深度而定，一般3502000mm。絕緣子絕緣子: : 材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等，材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等， 結(jié)構(gòu)有單孔、雙孔和四孔之分。結(jié)構(gòu)有單孔、雙孔和四孔之分。保護(hù)套管：保護(hù)套管：有金屬、非金屬和金屬陶瓷三類。有金

21、屬、非金屬和金屬陶瓷三類。接線盒：接線盒：用于導(dǎo)線用于導(dǎo)線與熱電極連接。與熱電極連接。常用連接方式：常用連接方式：螺紋螺紋或或法蘭連接法蘭連接固定螺紋錐形保護(hù)管連接固定螺紋錐形保護(hù)管連接 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，用于高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，用于P30MPa、流速、流速80m/s的測量。的測量。 螺紋連接螺紋連接或或法蘭連接法蘭連接 用于用于P10MPa的測量的測量。 2022-5-5352.2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 將熱電極與絕緣材料及金屬套管經(jīng)整體復(fù)合拉伸工將熱電極與絕緣材料及金屬套管經(jīng)整體復(fù)合拉伸工藝加工而成的藝加工而成的可彎曲堅實組合體可彎曲堅實組合體。 標(biāo)準(zhǔn)鎧裝型標(biāo)準(zhǔn)鎧裝型: : 外徑外徑0.58mm，熱電極

22、直徑，熱電極直徑0.11.3mm，套管壁厚為，套管壁厚為0.0751mm，長度，長度500m。 動態(tài)特性好，鎧裝型動態(tài)特性好，鎧裝型10s，普通型普通型=10240s，適用適用于溫度變化頻繁及熱容量較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對象。使用于溫度變化頻繁及熱容量較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對象。使用溫度低、壽命短。溫度低、壽命短。非標(biāo)準(zhǔn)化極細(xì)型：非標(biāo)準(zhǔn)化極細(xì)型：鎧裝熱電偶的外徑鎧裝熱電偶的外徑0.250.34mm。 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶2022-5-5362022-5-5373 3高性能實體熱電偶高性能實體熱電偶 保護(hù)管壁厚是普通熱電偶保護(hù)管壁厚是普通熱電偶的的1.11.11.31.3倍倍； 即相當(dāng)于厚壁粗偶絲的即相當(dāng)于

23、厚壁粗偶絲的大鎧裝熱電偶大鎧裝熱電偶。特點：特點：耐高溫、壽命長、響應(yīng)速度快。兼有鎧裝熱電耐高溫、壽命長、響應(yīng)速度快。兼有鎧裝熱電 偶與普通熱電偶的優(yōu)點偶與普通熱電偶的優(yōu)點。新型熱電偶新型熱電偶（SolidpakSolidpak） 高溫下熱電極不易氧化，高溫下熱電極不易氧化，且導(dǎo)熱性能大大提高，響應(yīng)且導(dǎo)熱性能大大提高，響應(yīng)速度比普通型快速度比普通型快6 61010倍。倍。 2022-5-5384 4其它類型熱電偶其它類型熱電偶（1 1）薄膜薄膜熱電偶熱電偶 0.01S，用于用于-200300快速變化的物體快速變化的物體表面溫表面溫度測量度測量。（2 2）熱套式熱套式熱電偶（圖熱電偶（圖4-3-

24、154-3-15）（3 3）高溫耐磨高溫耐磨熱電偶熱電偶 由兩種金屬薄膜在絕緣由兩種金屬薄膜在絕緣基板上連接而成的一種特基板上連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。用于用于高速流體測量高速流體測量，防止沖刷折斷彎曲。，防止沖刷折斷彎曲。 采用耐磨合金電焊、等離子噴涂或熱噴涂合金法制采用耐磨合金電焊、等離子噴涂或熱噴涂合金法制備保護(hù)管。提高保護(hù)管備保護(hù)管。提高保護(hù)管耐熱沖擊及耐熱沖擊及耐耐磨損磨損性能。性能。 2022-5-5392022-5-540一、補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法一、補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法補(bǔ)償導(dǎo)線：補(bǔ)償導(dǎo)線：兩種不同兩種不同導(dǎo)體材料制成，在一導(dǎo)體材料制成，在一定溫度定溫度( (100 以下

25、以下) )范圍與所連接的熱電范圍與所連接的熱電偶偶熱電特牲相同或十熱電特牲相同或十分相近，材料廉價分相近，材料廉價。注意：與熱電偶分度號相匹配，且極性不能接錯注意：與熱電偶分度號相匹配，且極性不能接錯。補(bǔ)償型補(bǔ)償型(C)：AA, BB，用于貴金屬熱電偶；，用于貴金屬熱電偶；延伸型延伸型( (X)：A=A, B=B，用于廉價金屬熱電偶。，用于廉價金屬熱電偶。補(bǔ)償型必須保持熱電偶與導(dǎo)線連接處的溫度補(bǔ)償型必須保持熱電偶與導(dǎo)線連接處的溫度0， E(t,t0)RCuUa UbUab 因補(bǔ)償是一種因補(bǔ)償是一種近似補(bǔ)償近似補(bǔ)償，通常電橋取在，通常電橋取在2020時平衡。時平衡。顯示儀表的零位應(yīng)調(diào)到顯示儀表的

26、零位應(yīng)調(diào)到2020處。處。即即 Uab = E(t0 ,0)2022-5-545二、熱電偶測量誤差分析二、熱電偶測量誤差分析（一）（一）熱電偶本身的誤差熱電偶本身的誤差（二）二）熱交換引起的誤差熱交換引起的誤差 熱輻射損失和導(dǎo)熱損失所致熱輻射損失和導(dǎo)熱損失所致。（四）（四）顯示儀表的誤差顯示儀表的誤差（三）（三）補(bǔ)償導(dǎo)線引入的誤差補(bǔ)償導(dǎo)線引入的誤差 2熱電特性變化引起的誤差熱電特性變化引起的誤差: 產(chǎn)生產(chǎn)生“蛻變蛻變”誤差誤差或或“漂移漂移”。1分度誤差分度誤差: 校驗時的誤差。校驗時的誤差。對熱電偶進(jìn)行對熱電偶進(jìn)行定期檢查和校驗可消除定期檢查和校驗可消除。2022-5-5462022-5-5

27、47 2022-5-548一、測溫原理一、測溫原理 基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度呈一定函數(shù)關(guān)基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系的原理。系的原理。金屬導(dǎo)體電阻金屬導(dǎo)體電阻RtRt01(t -t0) Rt 一溫度為一溫度為t的電阻值的電阻值; Rt0一溫度為一溫度為t0的電阻值的電阻值;一電阻一電阻溫度系數(shù)。溫度系數(shù)。半導(dǎo)體電阻半導(dǎo)體電阻RT AeB/TRT一溫度為一溫度為T的電阻值的電阻值;T一絕對溫度，；一絕對溫度，； e一自然對數(shù)的底，一自然對數(shù)的底，2.71828;A、B一常數(shù)一常數(shù)，與材料有關(guān)。，與材料有關(guān)。溫度每上升溫度每上升1:1:導(dǎo)體電阻增大導(dǎo)體電阻增大0.360.

28、360.68%0.68%；半導(dǎo)體電阻下降半導(dǎo)體電阻下降3 36%6%。2022-5-549二、熱電阻材料與溫度的關(guān)系二、熱電阻材料與溫度的關(guān)系電阻溫度系數(shù)：電阻溫度系數(shù)：溫度變化溫度變化1時電阻值的相對變化量。時電阻值的相對變化量。 tRRttRRRtttt0001)(0Rt、Rt0 在在t或或t0時的電阻值。時的電阻值。 一般導(dǎo)體電阻與溫度為非線性，一般導(dǎo)體電阻與溫度為非線性，對任意溫度下對任意溫度下dtdRRtRRtt11lim00代表相對靈敏度，以材料純度衡量，用電阻比表示代表相對靈敏度，以材料純度衡量，用電阻比表示W(wǎng)t=Rt / Rt0 令令t0=0，t=100，則，則 W100=R1

29、00/R0 （4-4-34-4-3）。國際溫標(biāo)規(guī)定：。國際溫標(biāo)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計，標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計，W W1001001.392501.39250?；緟?shù)基本參數(shù)（4-4-44-4-4）2022-5-5502022-5-551一、金屬熱電阻一、金屬熱電阻（1)1)電阻溫度系數(shù)大，即靈敏度高；電阻溫度系數(shù)大，即靈敏度高；（2)2)物理化學(xué)性能穩(wěn)定，能長期適應(yīng)較惡劣的測溫物理化學(xué)性能穩(wěn)定，能長期適應(yīng)較惡劣的測溫 環(huán)境，互換性好；環(huán)境，互換性好； (3)(3)電阻率要大，以減小電阻體積，減小熱慣性；電阻率要大，以減小電阻體積，減小熱慣性； (4)(4)電阻與溫度近似為線性關(guān)系，測溫范圍廣；

30、電阻與溫度近似為線性關(guān)系，測溫范圍廣； (5)(5)價格價格低廉，復(fù)制性強(qiáng)，加工方便低廉，復(fù)制性強(qiáng)，加工方便。 （一）熱電阻材料要求（一）熱電阻材料要求2022-5-5521.1.鉑熱電阻鉑熱電阻測溫范圍測溫范圍-200850。分度號。分度號: Pt10 、Pt100。-2000范圍內(nèi)，電阻與溫度關(guān)系為：范圍內(nèi)，電阻與溫度關(guān)系為：Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t3(4(44-7)4-7)0850范圍內(nèi)范圍內(nèi) Rt=R0(1AtBt2）(4(44-8)4-8)R00時的阻值；分別為時的阻值；分別為R0=10和和R0=100。A3.9080210-3 1/; B-5.8019510-

31、7 1/2 ;C-4.2735010-12 1/4 。平均溫度系數(shù)為平均溫度系數(shù)為3.8510-3 1/。RtR0(1+t) Pt10熱電阻電阻絲較粗，主要熱電阻電阻絲較粗，主要用于用于600以上以上的測量。的測量。特點：特點：精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化學(xué)精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化學(xué) 性能穩(wěn)定。性能穩(wěn)定。2022-5-5533 3、鎳熱電阻、鎳熱電阻 2 2、銅熱電阻、銅熱電阻測溫范圍測溫范圍-50150。分度號：。分度號：Cu50、Cu100。特點：特點：電阻溫度系數(shù)大，且材料易提純，價格便宜，電阻溫度系數(shù)大，且材料易提純，價格便宜，電阻率低。電阻率低。RtR0(1+At

32、+Bt2+Ct3)（4-4-94-4-9）A4.2889910-3 1/； B-2.13310-7 1/2 ； C1.23310-9 1/3 。 R0分別為分別為50和和100。RtR0(1+t) 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)4.284.281010-3 -3 1/1/。-60300。分度號：。分度號：Ni100、Ni300和和Ni500Rt=100+0.548t+0.66510-3t2+2.80510-9t4比鉑電阻大比鉑電阻大1.51.5倍，因不易提純，互換性差。倍，因不易提純，互換性差。2022-5-554（二）熱電阻結(jié)構(gòu)（二）熱電阻結(jié)構(gòu)1 1、普通型熱電阻、普通型熱電阻電阻體：電阻體：直徑

33、直徑0.010.010.07mm0.07mm電阻絲，在絕緣骨架上繞電阻絲，在絕緣骨架上繞制而成。制而成。 采用采用雙線無感繞制雙線無感繞制方法，消除因測量電流變化或外方法，消除因測量電流變化或外界交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。界交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。內(nèi)引線：內(nèi)引線：鉑電阻高溫用鎳絲，中、低溫用銀絲；鉑電阻高溫用鎳絲，中、低溫用銀絲； 銅、鎳電阻均采用其本身材料。直徑銅、鎳電阻均采用其本身材料。直徑 工業(yè)工業(yè)用用1mm，標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒炇矣?，?biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒炇矣?.30.5mm。 保護(hù)管：保護(hù)管：同熱電偶保護(hù)管，材質(zhì)有金屬或非金屬等。同熱電偶保護(hù)管，材質(zhì)有金屬或非金屬等。導(dǎo)線連接方式：導(dǎo)線連接方式：為減少或

34、避免導(dǎo)線電阻對測量的影響，為減少或避免導(dǎo)線電阻對測量的影響， 采用采用三線制三線制或或四線制四線制連接方式。連接方式。結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖2022-5-555（1 1）三線制連接三線制連接與橋路配合使用。與橋路配合使用。橋路平衡時：橋路平衡時： R2（Rt + r）= R1（R3 + r）rRrRRRRrRrRRRt21231231)(橋路設(shè)計時，若橋路設(shè)計時，若滿足滿足R1=R2 ，則，則r r可完全消去可完全消去。 只有只有Rt=R3電橋平衡時電橋平衡時才是如此，否則不可能完全消才是如此，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但會使影響大大減少。除導(dǎo)線電阻的影響，但會使影響大大減少。2022-5-55

35、6（2）四線制連接四線制連接 用于電壓或電勢輸入用于電壓或電勢輸入的自動平衡式儀表。的自動平衡式儀表。電位差計測得電位差計測得U，可得，可得 Rt=U/I導(dǎo)線電阻對測量均無影響。導(dǎo)線電阻對測量均無影響。 只要恒流源電流只要恒流源電流I穩(wěn)定穩(wěn)定，此方法不受任何條件的限制，可消除連接導(dǎo)線電阻對測此方法不受任何條件的限制，可消除連接導(dǎo)線電阻對測量的影響。量的影響。無論三線制或四線制，若需準(zhǔn)確測量，則無論三線制或四線制，若需準(zhǔn)確測量，則2022-5-5572 2、鎧裝熱電阻、鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)及特點與鎧裝熱電偶相似。結(jié)構(gòu)及特點與鎧裝熱電偶相似。外徑為外徑為2 28mm8mm，個別可制成，個別可制成1mm1

36、mm。優(yōu)點優(yōu)點: : 外型尺寸小，響應(yīng)速度快；抗震、可撓，適于外型尺寸小，響應(yīng)速度快；抗震、可撓，適于 結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的測量。結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的測量。2022-5-558二、半導(dǎo)體熱電阻二、半導(dǎo)體熱電阻21TBdTdRR半導(dǎo)體熱電阻溫度系數(shù)為：半導(dǎo)體熱電阻溫度系數(shù)為：B熱敏指數(shù)。描述材料物理特性的常數(shù)，取決材料熱敏指數(shù)。描述材料物理特性的常數(shù)，取決材料 組成及燒結(jié)工藝，組成及燒結(jié)工藝，BRTS 大多數(shù)半導(dǎo)體熱電阻：大多數(shù)半導(dǎo)體熱電阻：T ，此種電阻稱，此種電阻稱負(fù)溫度系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)的NTC型熱敏電阻型熱敏電阻。常用結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)正溫度系數(shù)的正溫度系數(shù)的PTC型熱敏電阻型熱敏電阻。 還可制成臨界型還可

37、制成臨界型CTR型熱敏電阻型熱敏電阻，負(fù)溫度系數(shù)類型，負(fù)溫度系數(shù)類型，在某溫度范圍內(nèi)阻值急劇下降，靈敏度極高。在某溫度范圍內(nèi)阻值急劇下降，靈敏度極高。PTC型和型和CTR型型適用于位式溫度傳感器；適用于位式溫度傳感器；NTC型型適作連續(xù)測量。適作連續(xù)測量。溫度特性溫度特性2022-5-559普通型熱電阻普通型熱電阻2022-5-560常用結(jié)構(gòu)及特性常用結(jié)構(gòu)及特性2022-5-5612022-5-562一、一、正確選擇測溫點正確選擇測溫點 有利于熱交換，不應(yīng)裝于死角區(qū)域。有利于熱交換，不應(yīng)裝于死角區(qū)域。二、測溫元件應(yīng)與被測介質(zhì)充分接觸二、測溫元件應(yīng)與被測介質(zhì)充分接觸1 1保證足夠的插入深度保證足

38、夠的插入深度水銀溫度計應(yīng)使水銀球中心置于管中心線上；水銀溫度計應(yīng)使水銀球中心置于管中心線上；雙金屬溫度計插入長度必須大于敏感元件的長度；雙金屬溫度計插入長度必須大于敏感元件的長度；壓力式溫度計的溫包中心應(yīng)與管中心線重合；壓力式溫度計的溫包中心應(yīng)與管中心線重合；熱電偶熱電偶溫度計保護(hù)管末端溫度計保護(hù)管末端應(yīng)過管中心線應(yīng)過管中心線510mm；熱電阻熱電阻溫度計的插入深度應(yīng)為溫度計的插入深度應(yīng)為(d(d保護(hù)管直徑保護(hù)管直徑):): 電阻體長度電阻體長度+ +1520d金屬電阻金屬電阻(非金屬非金屬1015d)無論多粗無論多粗管道，插入深度管道，插入深度=300mm=300mm已足夠已足夠。2022-

39、5-5632 2保證充分的熱交換保證充分的熱交換 選擇測溫元件選擇測溫元件插入深度插入深度l 時，還時，還應(yīng)考慮安裝連接應(yīng)考慮安裝連接頭長度頭長度H。安裝圖安裝圖 測溫元件應(yīng)測溫元件應(yīng)迎著流向插入迎著流向插入，至少與流向成正交，至少與流向成正交, , 不不得順流安裝。得順流安裝。 管徑較細(xì)時管徑較細(xì)時（D80mm）可加擴(kuò)大管或可加擴(kuò)大管或裝在彎頭處。裝在彎頭處。 2022-5-564三、避免熱輻射、減少熱損失三、避免熱輻射、減少熱損失必要時測溫點加裝防輻射罩或保溫層。必要時測溫點加裝防輻射罩或保溫層。四、安裝應(yīng)確保正確、安全可靠四、安裝應(yīng)確保正確、安全可靠 高溫下測量的熱電偶，高溫下測量的熱電

40、偶，盡可能垂直安裝。盡可能垂直安裝。 有壓設(shè)備上安裝必須保有壓設(shè)備上安裝必須保證其密封性。證其密封性。2022-5-565測溫元件管路安裝測溫元件管路安裝2022-5-566一、按照規(guī)定的測溫元件型號配用相應(yīng)導(dǎo)線一、按照規(guī)定的測溫元件型號配用相應(yīng)導(dǎo)線 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線注意與相應(yīng)分度號注意與相應(yīng)分度號配用，且配用，且正、正、負(fù)極性負(fù)極性連接正確；連接正確； 熱電阻采用熱電阻采用三線制或四線制三線制或四線制連接，連接，線路電阻符合線路電阻符合顯示儀表的顯示儀表的要求要求。二、導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣屏蔽二、導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣屏蔽三、防止外界機(jī)械損傷三、防止外界機(jī)械損傷最好采用架空敷設(shè)，也可地

41、下敷設(shè)。最好采用架空敷設(shè)，也可地下敷設(shè)。四、保證環(huán)境使用條件四、保證環(huán)境使用條件2022-5-567一、一、概述概述 測量方法：測量方法：接觸式接觸式與與非接觸式非接觸式測溫。測溫。溫標(biāo)：溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)、國際溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)、國際溫標(biāo)二、膨脹式溫度計膨脹式溫度計分別為液、氣、固體膨脹三大類。分別為液、氣、固體膨脹三大類。三、三、熱電偶溫度計熱電偶溫度計基于基于物體受熱體積膨脹物體受熱體積膨脹性質(zhì)。性質(zhì)。熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成?；芈分袩犭妱萦蓽夭铍妱莺徒佑|電勢所組成回路中熱電勢由溫差電勢和接觸電勢所組成。 溫差電勢只與導(dǎo)體材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，接觸溫差電勢只與導(dǎo)體材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)，接觸電勢只與兩種導(dǎo)體的材料性質(zhì)和接觸點溫度有關(guān)。電勢只與兩種導(dǎo)體的材料性質(zhì)和接觸點溫度有關(guān)。1