化工儀表溫度檢測(cè)

1、化工儀表溫度檢測(cè)第1頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二第2頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二內(nèi)容提要概述測(cè)溫儀表的分類溫度檢測(cè)的基本原理熱電偶溫度計(jì)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端溫度補(bǔ)償熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫原理常用熱電阻第3頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二內(nèi)容提要溫度變送器電動(dòng)溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器第4頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一、 概述一、測(cè)溫儀表的分類 反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測(cè)量：以熱平衡為基礎(chǔ)的；溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個(gè)冷熱

2、程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。分類按測(cè)量方式 接觸式與非接觸式 第5頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一、概述測(cè)溫方式溫度計(jì)種類 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 使用范圍接觸式測(cè)溫儀表玻璃液體溫度計(jì) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉 容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場(chǎng)指示 ,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100100（150）有機(jī)液體0 350（-30 650）水銀雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大、價(jià)格低、能記錄、報(bào)警與自控 精度低、不能離開測(cè)量點(diǎn)測(cè)量 ,量程與使用范圍均有限 -80 600壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不怕震動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格

3、低廉、能記錄、報(bào)警與自控 精度低、測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí) ,儀表的滯后性較大、一般離開測(cè)量點(diǎn)不超過 10米 -30 600 液體型0 250 蒸汽型電阻溫度計(jì)測(cè)量精度高 ,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測(cè)量高溫 ,由于體積大 ,測(cè)點(diǎn)溫度較困難 -200 600 鉑電阻-50 150 銅電阻-50 150（180）鎳電阻-100 200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣 ,精度高 ,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制 需冷端溫度補(bǔ)償 ,在低溫段測(cè)量精度較低 0 1300（1600）鉑銠10-鉑-50 1000（1200）鎳鉻-鎳硅非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)攜帶用、可測(cè)量高溫

4、、測(cè)溫時(shí)不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng) 測(cè)量時(shí) ,必須經(jīng)過人工調(diào)整 ,有人為誤差 ,不能作遠(yuǎn)距離測(cè)量 ,記錄和自控 700 3200輻射高溫計(jì)測(cè)溫元件不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng) ,能作遠(yuǎn)距離測(cè)量、報(bào)警和自控、測(cè)溫范圍廣 只能測(cè)高溫,低溫段測(cè)量不準(zhǔn),環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)量精度,連續(xù)測(cè)高溫時(shí)須作水冷卻或氣冷卻 0 2000）表3-3 各種溫度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍4第6頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二接觸式測(cè)溫 溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。常用的接觸式測(cè)溫儀表：(1) 膨脹式溫度計(jì)。(2) 熱電阻溫度計(jì)。 (3) 熱電偶溫度計(jì)。(4) 其他原理的溫度計(jì)。第7頁(yè)，共87頁(yè)

5、，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠，測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)： 由于敏感元件必須與被測(cè)對(duì)象接觸，在接觸過程中就可能破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，從而造成測(cè)量誤差。 有的測(cè)溫元件不能和被測(cè)對(duì)象充分接觸，不能達(dá)到充分的熱平衡，使測(cè)溫元件和被測(cè)對(duì)象溫度不一致，也會(huì)帶來(lái)誤差。 在接觸過程中，介質(zhì)腐蝕性，高溫時(shí)對(duì)測(cè)溫元件的影響，影響測(cè)溫元件的可靠性和工作壽命。 第8頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二非接觸測(cè)溫溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來(lái)推算被測(cè)物體的溫度。常用的非接觸式測(cè)溫儀表：(1) 輻射式溫度計(jì)：基于

6、普朗克定理 光電高溫計(jì)，輻射傳感器，比色溫度計(jì)。(2) 光纖式溫度計(jì)：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。 光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，不破壞原有的溫度場(chǎng)，在被測(cè)物 體為運(yùn)動(dòng)物體時(shí)尤為適用。缺點(diǎn)：精度一般不高。第9頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二第10頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二紅外熱像儀第11頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二第12頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一、概述1.應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫圖3-52 雙金屬片圖3-53 雙金屬溫度信號(hào)器1雙金屬片；2調(diào)節(jié)螺釘；3絕緣

7、子；4信號(hào)燈 利用液體或固體受熱時(shí)產(chǎn)生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計(jì)。第13頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一、概述2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫 4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫 5.應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫 第14頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)熱電偶熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。圖3-55 熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖1熱電偶；2導(dǎo)線；3測(cè)量?jī)x表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。 圖3-56 熱電偶示意圖第15頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期

8、二熱電偶也叫溫差電偶是最早出現(xiàn)的一種熱電探測(cè)器件賽貝克（Seebeck）效應(yīng)(熱電效應(yīng)) 1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對(duì)兩個(gè)接頭的中一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢(shì)差e，就是溫差熱電勢(shì)。 這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱為熱電偶。a二、熱電偶溫度計(jì)1.熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理第16頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二圖3-57 熱電現(xiàn)象熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端TT0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電

9、勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)決定第17頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（1）接觸電勢(shì)不同金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當(dāng)A和B材料接觸是，自由電子要從密度大的地方擴(kuò)散到密度小的地方，從而產(chǎn)生自由電子擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子從A擴(kuò)散到B，擴(kuò)散平衡時(shí)，A失去電子帶正電荷，B得到電子帶負(fù)電荷，因此在A、B接觸處形成一定電位差，即接觸電勢(shì)（帕爾帖電勢(shì)）。接觸電勢(shì)第18頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二帕爾帖電勢(shì)大小為：k 玻耳茲曼常數(shù)； K1.3810-23 T 接觸面的絕對(duì)溫度；e 單位電荷量； e = 1.610-19CNA金屬電極A的自由電子密度NB金屬電

10、極B的自由電子密度第19頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（2）溫差電勢(shì)在同一金屬材料A中，當(dāng)金屬材料兩端的溫度不同時(shí)，兩端電子能量不同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫?cái)U(kuò)散的數(shù)量多，直至平衡。即在A兩端形成一定電位差，即溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）。溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)） 第20頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二湯姆遜電勢(shì)大小為： 湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。 第21頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（3） 熱電偶回路的總熱電勢(shì) 第22頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16

11、點(diǎn)55分，星期二結(jié)論： 熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：兩種不同的金屬材料組成熱電偶它的兩端存在溫差。第23頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二圖3-58 接觸電勢(shì)形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢(shì)或圖3-59 熱電偶原理第24頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)注意 由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢(shì)亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。同時(shí)溫差電勢(shì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，常常忽略不計(jì)。 熱電偶一般都是在自由端溫度為0時(shí)進(jìn)行分度的,因此,若自由端溫度不為0而為t0時(shí),則熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行計(jì)

12、算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 第25頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)舉例例1 今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測(cè)量小氮肥廠中轉(zhuǎn)化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800,自由端(冷端)溫度為30,求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì) E(800,30)。 解：由附錄四可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 將上述數(shù)據(jù)代入,即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)第26頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)例2 某

13、支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時(shí)，自由端溫度t0= 30,測(cè)得熱電勢(shì) E(t,t0) =7.172mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。解:由附錄二可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式變換得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+7.172=7.345(mV)再由附錄一可以查得7.345mV對(duì)應(yīng)的溫度t為800。第27頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系都是非線性的 (當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時(shí),將所測(cè)熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。 標(biāo)

14、準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系 第28頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)2.插入第三種導(dǎo)線的問題利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來(lái)測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見下圖。 總的熱電勢(shì)能量守恒原理（3-70）（3-71）將式（3-70）代入式（3-69）可得圖3-60 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖（3-69）第29頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。 中間導(dǎo)體定律-此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)必須接入儀表(第

15、三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致(T0 )，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，儀表的接入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。第30頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求在測(cè)溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時(shí)間變化; 在測(cè)溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學(xué)穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕; 電阻溫度系數(shù)要小,電導(dǎo)率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系;復(fù)現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性; 材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。 第31頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55

16、分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/新舊正熱電極負(fù)熱電極長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350表 常用熱電偶第32頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（1）鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為0.

17、5mm，正極（BP）和負(fù)極（BN）的名義化學(xué)成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶。長(zhǎng)期最高使用溫度為1600，短期最高使用溫度為1800。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等，適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸汽中；參比端不需進(jìn)行冷端補(bǔ)償，因?yàn)樵?40范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3V。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。第33頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（2）鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為0.5mm，正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑

18、銠合金負(fù)極（SN）為純鉑，故俗稱為單鉑銠熱電偶。長(zhǎng)期最高使用溫度為1300，短期最高使用溫度為1600。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)和使用壽命長(zhǎng)，物理化學(xué)性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染敏感，貴金屬材料昂貴，因此一次性投資較大。第34頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（3）鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其他熱電偶的總和正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr=90:10，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)化學(xué)成分為Ni:Si=97:3。其使用溫度為-501000。優(yōu)點(diǎn)：線性

19、度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。K型熱電偶不能在高溫下直接用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。第35頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二（4）鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉價(jià)金屬熱電偶。其正極（EP）為鎳鉻10合金，化學(xué)成分與KP相同，負(fù)極（EN）為銅鎳合金，名義化學(xué)成分為55%的銅、45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素。該熱電偶電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之最，宜制成熱電偶堆來(lái)測(cè)量微小溫度變化。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化

20、性能高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但不能在高溫下用于硫、還原性氣氛中。 第36頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)4.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形式圖3-61 熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒第37頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第38頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 接線盒引出線套管 固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護(hù)管 第39頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)它可以做得很細(xì)很長(zhǎng),

21、 使用中隨需要能任意彎曲。測(cè)量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎曲；可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)合，耐壓、耐振、耐沖擊第40頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬 保護(hù)套管（鎧體） BA絕緣 材料鎧裝型熱電偶橫截面第41頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二表面熱電偶：適用于表面溫度瞬間測(cè)量第42頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二微細(xì)鎧裝熱電偶小形K型熱電偶第43頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線第44

22、頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二隔爆型熱電偶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封;當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 第45頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。第46頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，

23、16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì) 補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端溫度補(bǔ)償 采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。 它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0100）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價(jià)金屬。見左圖。 1.補(bǔ)償導(dǎo)線圖3-62 補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖第47頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì) 假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導(dǎo)線對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響 (因其兩端溫度均為t0)，則圖3-60所示回路的總熱電勢(shì)為 如果假定各接點(diǎn)溫度全為t1，代入上式，則有 或

24、 由于t1一般是在100以下,在此溫度范圍內(nèi),根據(jù)補(bǔ)償導(dǎo)線的性質(zhì),有 第48頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)將此式代入式便有因?yàn)楣实?9頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100，冷端為0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)mV正極負(fù)極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.640.034.100.156.950.30表3-7 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線第50頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)注意 使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),應(yīng)當(dāng)注意

25、補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極必須與熱電偶的正、負(fù)極各端對(duì)應(yīng)相接。 此外,正、負(fù)兩極的接點(diǎn)溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。 對(duì)于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價(jià)金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補(bǔ)償導(dǎo)線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。 第51頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)2.冷端溫度的變化對(duì)測(cè)量的影響及消除方法 在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述幾種方法。圖3-63 熱電偶冷端溫度保持的方法（1）冷端溫度保持為0的方法 在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫

26、度往往不是0，而是某一溫度t0，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。 第52頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)實(shí)際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有 或 由此可知，冷端溫度修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì) EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)EAB（t0，0），才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)EAB（t，0）。 （2）冷端溫度修正法第53頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)舉例例 用鉑銠10-鉑熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè),熱電偶的冷端溫度t0=30，顯示儀表的溫度讀數(shù) (假定此儀表是不帶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)

27、償且是以溫度刻度的)為979，試求被測(cè)溫度的實(shí)際值。 解：由分度號(hào)為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表 (附錄二)查出979時(shí)的熱電勢(shì)值為9.343mV。也就是E(t,t0)=9.343mV,又從分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。將此兩個(gè)數(shù)值代入式EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0)，得 E(t,0)=9.343mV+0.173mV=9.516(mV) 再查分度表可知,對(duì)應(yīng)于9.516mV的溫度t=994,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測(cè)得的溫度實(shí)際值。 第54頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)

28、（3）校正儀表零點(diǎn)法 若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。 注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。（4）補(bǔ)償電橋法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。 第55頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值 第56頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì) 由于電橋是在20時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20處。如果補(bǔ)償電橋是在0時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-型溫度

29、變送器中的補(bǔ)償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0處。注意！圖3-64 具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路第57頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二二、熱電偶溫度計(jì)（5）補(bǔ)償熱電偶法 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表。 圖3-65 補(bǔ)償熱電偶連接線路第58頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二三、 熱電阻溫度計(jì) 在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。 熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻，顯示儀表以及連接導(dǎo)線所組成。 第59頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二三、熱電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料

30、的電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做熱電阻式傳感器。應(yīng)用：對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)溫范圍：中、低溫區(qū)域（-200 -650）低溫方面也應(yīng)用于1K-3K的溫度測(cè)量，高溫也有用于1000 -1300 測(cè)溫元件可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。第60頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二三、熱電阻溫度計(jì) 對(duì)于線性變化的熱電阻來(lái)說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式 熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200+500范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。 1、測(cè)溫原理 利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。 第61頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)5

31、5分，星期二三、熱電阻溫度計(jì) 2、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是： 電阻溫度系數(shù)，以提高熱電阻的靈敏度； 電阻率要大，以便減小電阻體尺寸； 熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度； 在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性； 電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性； 應(yīng)有良好的可加工性，價(jià)格便宜。 第62頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二 實(shí)踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，其中主要應(yīng)用的是鉑和銅。 鉑是一種貴重金屬，其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻的最好材料，主要作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。 銅可用來(lái)制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度

32、外，特點(diǎn)是價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是電阻率低，且容易氧化，一般用在較低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。 第63頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二三、熱電阻溫度計(jì)1.鉑電阻 金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學(xué)穩(wěn)定性,有良好的復(fù)制性。但價(jià)格較貴。 要確定 Rtt的關(guān)系,首先要確定R0的大小。R0不同, Rtt的關(guān)系也不同。這種Rtt的關(guān)系稱為分度表,用分度號(hào)來(lái)表示。 工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號(hào)為 Pt100 ,它的 R0 = 100,其分度表見附錄五。 當(dāng)溫度t在0 t 650時(shí)： 第64頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二 鉑容易提純，其物

33、理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定。鉑電阻的輸出-輸入特性接近線性，且測(cè)量精度高，所以它能用作工業(yè)測(cè)溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。按國(guó)際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定，在-259.34-630.73溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器。第65頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二三、熱電阻溫度計(jì)2.銅電阻應(yīng) 用：測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合測(cè)量范圍：-50150優(yōu) 點(diǎn)：溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺 點(diǎn)：易于氧化，一般只用于150以下的低溫測(cè)量和沒有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。熱慣性較大，穩(wěn)

34、定性較差，在100 以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。第66頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二 在-50+150的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即 工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R050，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu50。另一種是R0100，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。第67頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二TSP系列鉑電阻溫度傳感器鉑金電阻溫度傳感器鉑金電阻溫度傳感器Pt100核級(jí)電阻溫度傳感器 第68頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二半導(dǎo)體熱敏電阻：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的關(guān)系為： 式中， 為溫度t

35、時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值 A、B是取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù) 金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的比較：熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于測(cè)量200500范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。第69頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二四、 溫度變送器 DDZ-III型溫度 (溫差)變送器是電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)變送單元。 根據(jù)輸入信號(hào)的不同，DDZ-III型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度

36、變送器和直流毫伏變送器三種類型。 電動(dòng)溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點(diǎn)的溫度或某兩點(diǎn)的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)輸出。 第70頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二DDZIII型溫度變送器 主要有熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器兩種: 熱電偶溫度變送器：把mV信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出 熱電阻溫度變送器：把信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出最終要求：變送器輸出電流Io應(yīng)與被測(cè)溫度t成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系熱電偶溫度變送器應(yīng)主要要解決：冷端溫度補(bǔ)償和線性化處理兩個(gè)內(nèi)容熱電阻溫度變送器應(yīng)主要要解決：克服引線電阻的影響和線性

37、化處理兩個(gè)內(nèi)容第71頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二四、溫度變送器 DDZ-III型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測(cè)元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖所示。溫度檢測(cè)元件輸入電路放大電路反饋電路被測(cè)溫度輸出電流I0 圖 溫度變送器原理框圖第72頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二四、溫度變送器2、一體化溫度變送器 它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。變送器模塊和測(cè)溫元件形成一個(gè)整體，可直接安裝在被測(cè)設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA。圖3-73 一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框

38、圖結(jié)構(gòu)測(cè)溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20+80第73頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一體化熱電偶溫度變送器簡(jiǎn)圖AD693的輸入信號(hào)Ui 為熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)Et與電橋的輸出信號(hào)UBD 之代數(shù)和 如果設(shè)AD693的轉(zhuǎn)換系數(shù)為K，可得變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為 第74頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二一體化熱電偶溫度變送器結(jié)論： 變送器的輸出電流I0與熱電偶的熱電勢(shì)Et成正比關(guān)系。 RCu阻值隨溫度而變，合理選擇RCu的數(shù)值可使RCu隨溫度變化而引起的I1

39、RCu變化量近似等于熱電偶因冷端溫度變化所引起的熱電勢(shì)Et 的變化值，兩者互相抵消。 W1的作用是調(diào)零，W2的作用是調(diào)滿（量程）第75頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二四、溫度變送器3、智能式溫度變送器以SMART公司的TT302溫度變送器為例。優(yōu)點(diǎn) 可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測(cè)量溫度； 具有量程范圍寬、精度高； 環(huán)境溫度和振動(dòng)影響小、抗干擾能力強(qiáng)； 質(zhì)量輕； 安裝維護(hù)方便。 第76頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二四、溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號(hào)輸入信號(hào)輸出圖 TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。

40、第77頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二輸入板包括多路轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器和隔離部分，作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，傳送給CPU，實(shí)現(xiàn)輸入板與主電路板的隔離。 用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 核心采樣、計(jì)算(控制)、輸出 產(chǎn)生并輸出滿足FF標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào) 顯示 第78頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二溫度檢測(cè)儀表的選用 工業(yè)上常見的溫度檢測(cè)儀表主要有:雙金屬溫度計(jì)熱電偶熱電阻輻射式溫度計(jì)等就地指示精度不高在線檢測(cè)適用于測(cè)量5001800范圍的中高溫度適用于測(cè)量500以下的中低溫度一般用于2000以上的高溫測(cè)量選擇使用熱電阻、熱電偶

41、時(shí)還應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)的要求確定合適的分度號(hào)。第79頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二例題分析舉例1.用分度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)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? 解：顯示儀表指示值為500時(shí),由附錄四可以查得這時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電勢(shì)為20.64mV,由于這個(gè)電勢(shì)是由熱電偶產(chǎn)生的,即 E(t, t0) = 20.64 (mV) 由附錄四同樣可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 第80頁(yè)，

42、共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二例題分析 由式可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV) 由23.076mV,查附錄四,可得 t557 即被測(cè)實(shí)際溫度為557。 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 = 22.278 (mV) 由此電勢(shì),查附錄四,可得顯示儀表指示值約為538.4。 由此可見,當(dāng)冷端溫度降低時(shí),顯示儀表的指示值更接近于被測(cè)溫度實(shí)際值。 第81頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)55分，星期二例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來(lái)測(cè)量爐溫,連接方式分別如圖（a)、(b)、(c)所示。已知爐內(nèi)溫度均勻,最高溫度為1000,試分別計(jì)算測(cè)量