溫度測量最新課件

1、溫度測量最新課件熱工儀表及測量技術(shù)第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中一個非常重要的參數(shù)。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)。許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，需要測量溫度和控制溫度。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對溫度的測量越來越普遍，而且對溫度測量的準(zhǔn)確度也有更高的要求。 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件一、溫度一、溫度u 溫度是表征物體冷熱程度的物理量;u 溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量;u 溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。u 溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。任意兩個冷熱程度不同的

2、物體相互接觸，它們之間必然會發(fā)生熱交換現(xiàn)象，熱量要從溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到兩物體之間的溫度完全一致時，這種熱傳遞現(xiàn)象才能停止。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件u溫度的微觀概念表明：物體溫度的高低標(biāo)志著組成物體的大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度，即對其分子平均動能大小的一種量度。顯然物體的物理化學(xué)特性與溫度密切相關(guān)。u溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性間接測量。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 雖然有不少物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)（如電阻、體積、電勢雖然有不少物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)（如電阻、體

3、積、電勢等）會隨溫度的變化而變化，但并不是所有的物質(zhì)都可制作等）會隨溫度的變化而變化，但并不是所有的物質(zhì)都可制作成溫度計。選作溫度計的物質(zhì)，成溫度計。選作溫度計的物質(zhì)，其性質(zhì)必須滿足以下條件：其性質(zhì)必須滿足以下條件：u 物質(zhì)的某一屬性物質(zhì)的某一屬性G僅與溫度僅與溫度T有關(guān)，即有關(guān)，即G = G(T)，且必須，且必須是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。u 隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測量的，且輸出信號較強，以隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測量的，且輸出信號較強，以保證儀表的靈敏度和測量精確度。保證儀表的靈敏度和測量精確度。u 應(yīng)有較寬的測量范圍。應(yīng)有較寬的測量范圍。u 有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定

4、性。有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 為了定量地描述溫度高低，必須建立溫度標(biāo)尺，即溫標(biāo)。 溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺，它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點和測量溫度的基本單位。各種溫度計的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。 歷史上提出過多種溫標(biāo)，如早期經(jīng)驗溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)），理論上熱力學(xué)溫標(biāo)，當(dāng)前世界通用的國際溫標(biāo)。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件1、攝氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo) 所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應(yīng)每份溫度定義為1攝氏度，單位為。2、華氏溫標(biāo)、華

5、氏溫標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點為32度，沸點是212度，分為180等份，每份溫度定義為華氏1度，攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為)32(95Fcu 類似的經(jīng)驗溫標(biāo)還有蘭氏、列氏等。類似的經(jīng)驗溫標(biāo)還有蘭氏、列氏等。u 經(jīng)驗溫標(biāo)的缺點在于它的局限性和隨意性。經(jīng)驗溫標(biāo)的缺點在于它的局限性和隨意性。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件3、熱力學(xué)溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)是英國物理學(xué)家開爾文(Kelvin)于1848年以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)是以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)。 卡諾定律指出，一個工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機，其效率只與熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱

6、機從溫度為T2的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為T1的冷源的熱量為Q1，則有1122QTQT第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 開爾文引出此溫標(biāo)后，于1854年建議用一個固定點來確定此溫標(biāo)。人們發(fā)現(xiàn)水的三相點(273.16K)的穩(wěn)定性能長期維持在0.1mK范圍內(nèi)。因此，1954年第10屆國際計量大會決定采用水的三相點作為熱力學(xué)溫際的基本固定點。此溫標(biāo)的表達(dá)式為： 這種溫標(biāo)的最大特點是與選用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗溫標(biāo)隨測溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱它為科學(xué)的溫標(biāo)或絕對熱力學(xué)溫標(biāo)。由此而得的溫度稱為熱力學(xué)溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學(xué)溫標(biāo)作為基準(zhǔn)。2273.161QTKQ第三章第

7、三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件4、國際實用溫標(biāo)、國際實用溫標(biāo)為了使用方便，國際上經(jīng)協(xié)商，決定建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)，這就是國際溫標(biāo)的由來。具備的條件：具備的條件：u 盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)；u 復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一；u 用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計，使用方便，性能穩(wěn)定。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 國際實用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，簡稱IPTS-68，它是由1968年國際權(quán)度會議通過的。這個溫標(biāo)經(jīng)過20多年使用，發(fā)現(xiàn)了一些問題，已無法滿足現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展對溫度測量的要求。國際計量委員會決定用1990年

8、國際溫標(biāo)（ITS-90）代替IPTS-68。 在1990年國際溫標(biāo)中指出，熱力學(xué)溫標(biāo)是基本物理量。單位開爾文，符號為K。它規(guī)定水的三相點熱力學(xué)溫度為273.16K，定義開爾文一度等于水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在ITS-90中同時使用國際開爾文溫度（符號為T90）和國際攝氏溫度（符號為t90），其關(guān)系為t90 = T90 273.15 T90單位為開爾文（K），t90單位為攝氏度（）。這里所說的攝氏度符合國際實用溫標(biāo)（ITS-90）的規(guī)定。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件ITS-90的一些規(guī)定如下：的一些規(guī)定如下：u 由0.65K到4He臨界點（5.2K）溫度范圍為一

9、溫度段，在此溫度段內(nèi)用3He和4He周期壓力與溫度的關(guān)系來確定溫度。u 由4He沸點（4.2K）到氖三相點（24.6K）溫度范圍內(nèi)，T90的確定采用在三個規(guī)定溫度點分度過的3He或4He氣體溫度計內(nèi)插。這三個點分別是氖三相點（24.6K）、平衡氫三相點（13.8K）和4He正常沸點（4.2K）。u 由平衡氫三相點（13.8K）到銀凝固點（962），這個溫度段內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)用鉑電阻溫度計。u 銀凝固點（962）以上溫度區(qū)間采用普朗克定律外推。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件三三 、溫度計分類、溫度計分類1 1、溫度測量方法、溫度測量方法 (1) 溫度傳感器的組成在工程中無論是簡單的

10、還是復(fù)雜的測溫傳感器, 就測量系統(tǒng)的功能而言，通常由現(xiàn)場的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成，如圖 11 - 1 所示。簡單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的，一般在現(xiàn)場使用。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 (2) 溫度測量方法及分類：測量方法按感溫元件是否與被測介質(zhì)接觸, 可以分成接觸法與非接觸法兩大類。 a. 接觸法接觸法u 當(dāng)兩個物體接觸后，經(jīng)過足夠長時間達(dá)到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計，就可以用它對另一個物體實現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。u 特點：溫度計要與被測物體有良好地?zé)峤佑|，使兩者達(dá)到熱平衡。第三章第三章 溫度測量溫度

11、測量溫度測量最新課件b. 非接觸法非接觸法u 利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。u 特點：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。u 通常用來測定1000以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。u按工作原理來劃分，也根據(jù)溫度范圍（高溫、中溫、低按工作原理來劃分，也根據(jù)溫度范圍（高溫、中溫、低溫等）或儀表精度（基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)等）來劃分。溫等）或儀表精度（基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)等）來劃分。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件(3) 測量儀表的分類u接觸式測溫法是使感溫元件直接與被測物體或直接與被測介

12、質(zhì)接觸，感受被測物體或被測介質(zhì)的溫度變化。u非接觸式測溫儀表是采用感溫元件與被測物體不直接接觸的方法來測量溫度。u在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測溫法非常困難，可采用非接觸式測溫法，利用物體的熱輻射特性對物體的溫度進行非接觸式測量。u光學(xué)高溫計、比色高溫計、輻射高溫計第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件表表2 2 常用的測溫儀表特點常用的測溫儀表特點第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 根據(jù)液體、 固體、 氣體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理，這類溫度傳感器有液體膨脹式、 固體膨脹式和氣體膨脹式。1 液體膨脹式液體膨脹式 在有刻度的細(xì)玻璃管里充入液體（稱為工作液，如水銀、 酒精等）構(gòu)成液體

13、膨脹式溫度計。常用的有水銀玻璃溫度計和酒精溫度計， 這種溫度計遠(yuǎn)不能算傳感器, 它只能就地指示溫度。這是應(yīng)用最早而且使用最廣泛的一種溫度計，典型結(jié)構(gòu)如圖所示。它由液體儲存器、毛細(xì)管和標(biāo)尺組成。 第二節(jié)第二節(jié) 膨脹式溫度傳感器膨脹式溫度傳感器第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件2 固體膨脹式固體膨脹式 固體膨脹式是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測溫的。它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片為提高靈敏度常作成螺旋形。螺旋形雙金屬片一端固定, 另一端連接指針軸, 當(dāng)溫度變化時, 雙金屬片彎曲變形, 通過指針軸帶動指針

14、偏轉(zhuǎn)顯示溫度。 它常用于測量-80600范圍的溫度, 抗震性能好，讀數(shù)方便, 但精度不太高, 用于工業(yè)過程測溫、 上下限報警和控制。 圖為雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)示意圖。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件3 氣體膨脹式氣體膨脹式 氣體膨脹式是利用封閉容器中的氣體壓力隨溫度升高而升高的原理來測溫的, 利用這種原理測溫的溫度計又稱壓力壓力計式溫度計計式溫度計, 如圖所示。溫包、毛細(xì)管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個封閉容器, 其中充滿工作物質(zhì)（如氣體常為氮氣）, 工作物質(zhì)的壓力經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管, 使彈簧管產(chǎn)生變形, 并由傳動機構(gòu)帶動指針, 指示出被測

15、溫度的數(shù)值。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 壓力溫度計結(jié)構(gòu)簡單、抗振及耐腐蝕性能好, 與微動開關(guān)組合可作溫度控制器用, 但它的測量距離受毛細(xì)管長度限制, 一般充液體可達(dá)20m, 充氣體或蒸汽可達(dá)60m。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶傳感器熱電偶傳感器u熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。u它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢（mV）信號，配以測量毫伏的儀表或變送器可以實現(xiàn)溫度的測量或溫度信號的轉(zhuǎn)換。u具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時間短等各種優(yōu)點。u 它既可以用于流體溫度測量，

16、也可以用于固體溫度測量。既可以測量靜態(tài)溫度，也能測量動態(tài)溫度。u并且直接輸出直流電壓信號，便于測量、信號傳輸、自動記錄和控制等。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件1. 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理 兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個閉合回路，如圖所示。當(dāng)兩個接觸點(稱為結(jié)點)溫度t和t0不相同時，回路中既產(chǎn)生電勢，并有電流流通，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，稱回路電勢為熱電勢。 兩金屬絲稱為偶極或熱電極。兩個結(jié)點中與被測介質(zhì)接觸的一個稱為測量結(jié)稱工作端、熱端，另一個稱為參考端或自由端、冷端。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成熱電

17、偶所產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成: 溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢和接觸電勢。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（1）接觸電勢 兩種不同導(dǎo)體接觸的時候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，如果NANB電子密度大的導(dǎo)體A中的電子就向電子密度小的導(dǎo)體B擴散，從而由于導(dǎo)體A失去了電子而具有正電位。相反導(dǎo)體B由于接收到了擴散來的電子而具有負(fù)電位。這樣在擴散達(dá)到動態(tài)平衡時A、B之間就形成了一個電位差。這個電位差稱為接觸電勢。 接觸電勢的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度。兩接點的接觸電勢EAB(T)和EAB（T0）可表示為 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 式中: K波爾茲曼常數(shù);

18、 e單位電荷電量; NAT、NBT和NAT0、NBT0分別在溫度為T和T0時, 導(dǎo)體A、B的電子密度。 00ln)(00BTATABNNeKTTEBTATABNNeKTTEln)(第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件u從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于取決于兩種材料的性質(zhì)（電子密度）和接觸面溫兩種材料的性質(zhì)（電子密度）和接觸面溫度的高低度的高低。u溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度比溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大。值越大，接觸電勢也越大。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（2）

19、溫差電勢 同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時, 高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大, 因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多, 結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電, 低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電, 因此, 在導(dǎo)體兩端便形成接觸電勢, 其大小由下面公式給出: 式中: NAT和NBT分別為A導(dǎo)體和B導(dǎo)體的電子密度, 是溫度的函數(shù)。 dtdttNdNeKTTEATTTATA)(1),(00第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（3）熱電偶回路的熱電勢 熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢為 AB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)+EB(T, T0)-EA(T, T0) 在總熱電勢中,

20、 溫差電勢比接觸電勢小很多, 可忽略不計, 熱電偶的熱電勢可表示為 EAB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0) 對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時，EAB(T0)=c 為常數(shù), 則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系, 即 EAB(T, T0)=EAB(T)-c=f(T)第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件兩個兩個熱電極熱電極第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件熱電偶熱電偶接點接點第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件從以上式子可以得到如下結(jié)論：從以上式子可以得到如下結(jié)論：u熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點所處的溫度有關(guān)，

21、與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。u只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產(chǎn)生熱電勢。u熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f（T0）為常數(shù)，回路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度T的單值函數(shù)。 u工程上所使用的各種類型的熱電偶均把E(t)和t的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件2. 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 （1）均質(zhì)導(dǎo)體定律：由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中, 不論導(dǎo)體的截面和長度如何以及各處的溫度分布如何, 都不能產(chǎn)生熱電勢

22、。這條定理說明, 熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會有附加電動勢產(chǎn)生。 （2）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測溫回路內(nèi), 接入第三種導(dǎo)體, 只要其兩端溫度相同, 則對回路的總熱電勢沒有影響。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 接入第三種導(dǎo)體回路如圖所示。 由于溫差電勢可忽略不計, 則回路中的總熱電勢等于各接點的接觸電勢之和。 即 EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) 當(dāng)T= T0 時, 有 BC(T0)+ECA(T0)=-E(T0) 所以 (T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T, T0) 同理,

23、加入第四、第五種導(dǎo)體后, 只要加入的導(dǎo)體兩端溫度相等, 同樣不影響回路中的總熱電勢。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 (3)中間溫度定律：熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc, t0)的代數(shù)和，即:兩端點在任意溫度時的熱電勢為：該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)。在實際熱電偶測溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件3、常用熱電偶的材料、常用熱電偶的材料 雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以配

24、對制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求卻是多方面的。l兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。 l能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。l要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。l具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 4. 熱電偶類型熱電偶類型 理論上講, 任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以組成熱電偶, 但為了準(zhǔn)確可靠地測量溫度, 對組成熱電偶的材料必須經(jīng)過嚴(yán)格的選擇

25、。 國際電工委員會（IEC）向世界各國推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶, 所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶, 它已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中, 具有統(tǒng)一的分度表。 我國從1988年開始采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶。表11-1 為我國采用的幾種熱電偶的主要性能和特點。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件表中所列每一種熱電偶中前者為熱電偶的正極表中所列每一種熱電偶中前者為熱電偶的正極, 后者為負(fù)極。后者為負(fù)極。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件目前工業(yè)上常用的有四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶, 即鉑銠30-鉑銠6, 鉑銠10-鉑, 鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-銅鎳（我國通常稱為鎳鉻-康銅

26、）熱電偶, 它的分度表見表 11 - 2 至表 11 - 5 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 另外, 目前還生產(chǎn)一些特殊用途的熱電偶, 以滿足特殊測溫的需要。 如用于測量3800超高溫的鎢鎳系列熱電偶, 用于測量2273K的超低溫的鎳鉻-金鐵熱電偶等。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件5. 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件, 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 (1

27、) 普通型熱電偶 普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多, 它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成, 其結(jié)構(gòu)如圖所示。普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、 活動法蘭連接、 無固定裝置等多種形式。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 (2) 鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、 絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體, 如圖所示。它可以做得很細(xì)很長, 使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點是測溫端熱容量小, 動態(tài)響應(yīng)快, 機械強度高, 撓性好, 可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上, 因此

28、被廣泛用在許多工業(yè)部門中第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 WRTK2-434/8*1000mm 鎧裝固定卡套法蘭熱電偶鎧裝固定卡套法蘭熱電偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 鎧裝防爆熱電偶鎧裝防爆熱電偶 WRNK-332/4*1000mm Gh2520 鎧裝可動卡套螺紋熱電偶鎧裝可動卡套螺紋熱電偶第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 (3) 薄膜熱電偶：薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料, 用真空蒸鍍、化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶, 如圖所示。 薄膜熱電偶的熱接點可以做得很小（可薄到0.010.1m）, 具有熱容量小, 反應(yīng)速度快

29、等的特點, 熱相應(yīng)時間達(dá)到微秒級, 適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 6. 熱電偶的補償導(dǎo)線及參考端溫度補償方法熱電偶的補償導(dǎo)線及參考端溫度補償方法 由熱電偶原理可知，只有熱電偶冷端溫度恒定時，熱電偶才是被測溫度的單一函數(shù)關(guān)系，但實際應(yīng)用中，冷端溫度很難恒定，因此要進行冷端溫度補償。（1）冷端溫度校正法 工作端溫度為t時, 分度表所對應(yīng)的熱電勢EAB(t, 0)與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢EAB(t, t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式: EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) ，然后通過分度表

30、查得被測溫度值。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（2）熱電偶補償導(dǎo)線 在實際測溫時, 需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場數(shù)十米的控制室里的顯示儀表或控制儀表, 這樣參考端溫度t0也比較穩(wěn)定。熱電偶一般做得較短 需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來。工程中采用一種補償導(dǎo)線, 它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價金屬導(dǎo)線制成, 而且在0100溫度范圍內(nèi), 要求補償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 常用熱電偶的補償導(dǎo)線列于表 11 - 6 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件(3) 冰浴法 在實驗室及精密測量中, 通常把參考端放入裝滿

31、冰水混合物的容器中, 以便參考端溫度保持0, 這種方法稱冰浴法。 (4) 補償電橋法 補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補償信號, 來自動補償熱電偶測量過程中因參考端溫度不為0或變化而引起熱電勢的變化值。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 如圖所示, 不平衡電橋由三個電阻溫度系數(shù)較小的錳銅絲繞制的電阻r1、r2、r3，電阻溫度系數(shù)較大的銅絲繞制的電阻rCU 和穩(wěn)壓電源組成。 補償電橋與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度, 但由于rCU的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化, 如果適當(dāng)選擇橋臂電阻和橋路電流, 就可以使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓Uab補償由于參考端溫度變化引起的熱電勢EAB(t，

32、t0)變化量, 從而達(dá)到自動補償?shù)哪康摹?第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件7. 熱電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定和誤差分析1). 熱電偶的檢定u 為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點法。u 用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 2). 熱電偶測溫誤差分析u 分度誤差：指檢定時產(chǎn)生誤差，其值不得超過允許誤差。u 冷端溫度引起的誤差u 補償導(dǎo)線的誤差：它是由于補償

33、導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的u 熱交換所引起的誤差u 測量線路和顯示儀表的誤差u 其他誤差第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件8. 熱電偶的使用與安裝熱電偶的使用與安裝第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。 熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類, 一般把金屬熱電阻稱為熱電阻, 而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。 熱電阻廣泛用來測量-200+850范圍內(nèi)的溫度, 少數(shù)情況下, 低溫可測量至1K, 高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的精確度高, 并作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。 第四節(jié)第四

34、節(jié) 電阻溫度計電阻溫度計第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 WZP2-240/A級級3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻 WZC-111/12*1000mm Cu50銅熱電阻銅熱電阻 WZPK2-103/B級級6*515mm(0-300)鉑熱電阻鉑熱電阻第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件熱電阻傳感器由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成, 如圖所示。熱電阻也可與溫度變送器連接, 轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件1、熱電阻的特性、熱電阻的特性u熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材

35、料制成的感溫元件。u鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會推薦的，也是我鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會推薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻。國國標(biāo)化的熱電阻。電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1 時的電阻相對變化量，單位為時的電阻相對變化量，單位為1/。0000()ttttRRRRttRt第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1時，其阻值約增加0.4%0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度t（）的關(guān)系可表示為Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中 Rt 溫度為t時金

36、屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為0時金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高1時，其阻值約減小3%6%，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可表示為RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，RT0 熱力學(xué)溫度T0（K）時的電阻值； B 與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計。用于用于測溫的熱電阻（或熱敏電阻

37、）應(yīng)滿足以下要求：測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求： （1）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度； （2）在測溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；（3）復(fù)現(xiàn)性要好；（4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進而保證熱容量和熱慣性小，使得對溫度變化的響應(yīng)比較快；（5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)；（6）價格相對低廉。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件目前已被采用的電阻溫度計具有如下特點：目前已被采用的電阻溫度計具有如下特點：（1）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計；（2）靈敏度高，當(dāng)溫度升高1時，大多數(shù)熱電阻的阻值增加0.4%0.6%，半導(dǎo)體材料的阻值降低3%6%；（

38、3）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點大得多，因此不宜測量點溫度與動態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件2 常用熱電阻常用熱電阻 用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率, R-t 關(guān)系最好成線性, 物理化學(xué)性能穩(wěn)定, 復(fù)現(xiàn)性好等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻等。 (1) 鉑熱電阻鉑熱電阻 特點：特點：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻

39、率。缺點：缺點：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價格較貴。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 按IEC標(biāo)準(zhǔn), 鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200+850。 鉑熱電阻的特性方程為： -2000:Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 0850: Rt = R0(1+At+Bt2) 式中Rt和R0分別為t和0時鉑電阻值; A、B和C為常數(shù)。 目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。 鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W100表示, 它是鉑熱電阻在100時電阻值R100

40、與0時電阻值R0之比。 按IEC標(biāo)準(zhǔn), 工業(yè)使用的鉑熱電阻的W1001.3850。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 (2) 銅熱電阻銅熱電阻 由于鉑是貴重金屬, 在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合, 可采用銅熱電阻測溫, 它的測量范圍為-50+150。 銅熱電阻在測量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的, 可近似地表示為: Rt=R0（1+t） 式中為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù), 取=4.2810-3/。銅熱電組的兩種分度號為Cu50(R0=50)和Cu100（R100=100） 銅熱電阻線性好, 價格便宜, 但它易氧化, 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。第三章第三章 溫度測

41、量溫度測量溫度測量最新課件(3) 鎳熱電阻鎳熱電阻u特點：特點：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。倍。u在在50150內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4(4) 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電阻值大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電阻值與溫度的關(guān)系為與溫度的關(guān)系為RT = AeB/T 半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而

42、成。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件與金屬熱電阻相比，半導(dǎo)體熱敏電阻具有如下優(yōu)點：與金屬熱電阻相比，半導(dǎo)體熱敏電阻具有如下優(yōu)點：（1）具有較大的負(fù)電阻溫度系數(shù)，約為）具有較大的負(fù)電阻溫度系數(shù)，約為( 3 6 )%，因，因此靈敏度比較高；此靈敏度比較高；（2）半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，因此它的）半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，因此它的體積可做得非常小，同時熱慣性就小并適合用于測量點溫體積可做得非常小，同時熱慣性就小并適合用于測量點溫度與動態(tài)溫度；度與動態(tài)溫度；（3）電阻值很大，故連接導(dǎo)線的電阻變化影響可以忽略；）電阻值很大，故連接導(dǎo)線的電阻變化影響可以忽略；（4

43、）結(jié)構(gòu)簡單。）結(jié)構(gòu)簡單。缺點缺點是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差，精度較低線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差，精度較低。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 3. 熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由電阻體、絕緣管、保護套管、引線和接線盒等部分組成。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 電阻體由電阻絲和電阻支架組成。電阻絲采用雙線無感繞法繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷塑料支架上, 支架起支撐和絕緣作用, 引出線通常采用直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲

44、, 它與接線盒柱相接, 以便與外接線路相連而測量顯示溫度。用熱電阻傳感器進行測溫時, 測量電路經(jīng)常采用電橋電路。 而熱電阻與檢測儀表相隔一段距離, 因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件1. 1. 比較法比較法 第五節(jié)第五節(jié) 熱電阻的校驗熱電阻的校驗l熱電阻分度校驗（熱電阻分度校驗（P32P32）第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件2. 2. 兩點法兩點法 只需要冰點槽和水沸點槽，分別測得只需要冰點槽和水沸點槽，分別測得R0和和R100，檢查，檢查R0值和值和R100/R0的比值是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)。的比值是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)。l熱電阻

45、純度校驗熱電阻純度校驗第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件 工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的溫度變送器大多是與各種熱電偶或熱電阻配合, 把溫度（或溫差）信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出, 其中又分為輸出直流010mA和輸出直流420mA的兩類。 對于其他傳感器, 如果能提供直流電動勢或電阻值的變化, 也可以與這些變送器配合, 以將其它被測量也可變成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。 第六節(jié)第六節(jié) 溫度變送器溫度變送器第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（一）（一） 溫度變送器溫度變送器 主要由輸入回路、自激調(diào)制式直流放大器及負(fù)反饋回路等組成。其構(gòu)成方框圖如圖所示。 第三章第三章 溫度測量溫度測量溫度測量最新課件（二）（二） 動圈式指示儀表動圈式指示儀表 動圈式顯示儀表是工業(yè)上廣泛使用的模擬式指示儀表。它與熱電偶、熱電阻、霍爾變送器或壓力變送器等相配合可用來指示、調(diào)節(jié)工業(yè)對象的溫度與壓力等參數(shù)。 被指示和調(diào)節(jié)的參數(shù)（如溫度、壓力等）首先經(jīng)過上述感受元件被轉(zhuǎn)換成電勢或電阻信號，然后再經(jīng)過測量線路轉(zhuǎn)換成流過動圈