03-温度检测仪表1

过程检测仪表 浦铁成putiecheng 第2页 温度测量 温度 内涵量 表征物体内部分子热运动剧烈程度 是物体分子运动平均动能大小的标志 温度测量原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件 其某一物理性质随温度而变化的特性为已知 通过温度敏感元件与被测对象的热交换 测量相关的物理量变化 即可确定被测对象的温度 温度反映物体的冷热程度 两个受热程度不同的物体相接触后 经过一段时间的热交换 达到共同的平衡态后具有相同的温度 第3页 华氏温标 氯化氨和冰的混合物为0 水的沸点为100 两点之间等分100份 一 温度标尺 温度标尺 温标 三个条件 固定点温度 测温仪器 温标方程 经验温标 两种温标之间的转换 缺点 所用水银的纯度不同 就不能保证测温量值的一致性 被测温度不在冰点和沸点之间就无法测量 摄氏温标 水的冰点为0 水的沸点为100 两点之间等分100份 第4页 一 温度标尺 热力学温标 根据卡诺循环原理建立的一种理想的科学的温标 但在实际上难以实现 第5页 一 温度标尺 国际实用温标 T90 2 17个固定点温度 多采用三相点温度 如水的三相点温度为0 01 国际开尔文温度与国际摄氏温度关系 1 温度单位 开尔文 K 定义为水的三相点温度的倍 且1 1K 3 复现固定温度点的方法 温度量值的传递 国家计量科学研究院 省 市 部 委计量局 地方 部门计量站 第6页 式中 代表液体在t1到t2温度下的平均体膨胀系数 二 膨胀式和压力式温度计 玻璃液体温度计 平均体膨胀系数 在单位温度变化时 物质体积相对于0 体积的变化量 液体在温度为t时的体积 液体在温度为0 时的体积 平均视膨胀系数 液体平均体膨胀系数与玻璃平均体膨胀系数之差 内标式 外标式 安装注意事项 铅锤安装 水平读数 第7页 二 膨胀式和压力式温度计 几种常见流体的平均体膨胀系数和相对于玻璃的视膨胀系数 问 灵敏度最高的是谁 问 量程最大的是谁 问 玻璃的平均体膨胀系数是多少 甲苯 水银 0 00002 第8页 二 膨胀式和压力式温度计 1细长螺钉2椭圆形螺母3细导线4磁铁5扁平铁块6引出电极7引出电极 电接点水银温度计 注意事项 温度高于开关温度时 示值不再准确 必须使用低电压小电流信号 问 你能说出它在何处应用么 第9页 二 膨胀式和压力式温度计 固体膨胀式温度计 双金属片温度计较玻璃液体温度计精度低 但适合振动 受冲击场合使用 问 上 下金属片哪个膨胀系数大 上 问 调温旋钮向下旋转 开关温度提高还是降低 提高 双金属温度开关 第10页 二 膨胀式和压力式温度计 压力式温度计 固定不动 可作伸直或弯曲变形 固定不动 第11页 1 概述 概念 利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性而制成的感温器件称为热电阻 特点 热电阻测温的优点是信号可以远传 灵敏度高 无需参比温度 金属热电阻稳定性高 互换性好 准确度高 可以用作基准仪表 其缺点是需要电源激励 有自热现象 影响测量精度 三 热电阻测温 第12页 2 金属热电阻 材料要求 选择电阻随温度变化成单值连续关系的材料 最好是呈线性或平滑特性 这一特性可以用分度公式和分度表描述 有尽可能大的电阻温度系数 电阻温度系数一般表示为 通常取0 100 之间的平均电阻温度系数 电阻温度系数与金属的纯度有关 金属越纯 值越大 电阻比是热电阻的重要指数 0 C时的电阻 三 热电阻测温 第13页 2 金属热电阻 材料要求 有较大的电阻率 以便制成小尺寸元件 减小测温热惯性 在测温范围内物理化学性能温定 复现性好 复制性强 易于得到高纯物质 价格较便宜 实际应用最多的是铜 铂两种材料 并已实行标准化生产 三 热电阻测温 第14页 共21页 2 金属热电阻 铂热电阻 R0选用特点 精度高 体积小 测温范围宽 稳定性好 再现性好 但是价格较贵 电阻与温度的关系 三 热电阻测温 第15页 共21页 2 金属热电阻 铜热电阻 R0选用特点 线性较好 价格低 电阻率低 因而体积较大 热响应慢 但是利用这一特点可以制作测量区域平均温度的感温元件 电阻与温度的关系 三 热电阻测温 第16页 3 热电阻结构 有普通型和铠装型两种形式 普通型 主要由感温元件 内引线 绝缘套管 保护套管和接线盒等部分组成 感温元件是由细的铂丝或铜丝绕在绝缘支架上构成 为了使电阻体不产生电感 电阻丝要用无感绕法绕所示 将电阻丝对折后双绕制 如图 使电阻丝的两端均由支架的同一侧引出 对于保护套管的要求与热电偶相同 三 热电阻测温 第17页 3 热电阻结构 有普通型和铠装型两种形式 铠装热电阻 用铠装电缆作为保护管 绝缘物 内引线组件 前端与感温元件连接 外部焊接短保护管 组成铠装热电阻 铠装热电阻外径一般为2 8mm 其特点是体积小 热响应快 耐振动和冲击性能好 除感温元件部分外 其他部分可以弯曲 适合于在复杂条件下安装 三 热电阻测温 第18页 4 热电阻测温线路 热电阻引线方式有二线制 三线制 四线制 二线制 在热电阻两端各接一根导线 该引线方式简单 费用低 引线电阻 三 热电阻测温 第19页 4 热电阻测温线路 二线制 在热电阻两端各接一根导线 该引线方式简单 费用低 但由于工业应用中 热电阻安装在产现场 指示仪表在控制室 其间引线长 若每根导线电阻为r 则测量回路必然含有绝对误差2r 而且引线电阻随环境温度的变化会带来附加误差 这种误差很难修正 这注定了两线制接线不适合工业热电阻的使用 只有当引线电阻r与元件电阻值R满足时 引线电阻的影响才可以忽略 三 热电阻测温 第20页 4 热电阻测温线路 三线制 可消除导线电阻对测温的影响 在热电阻的一端连接两根导线 另一端连接一根导线 三根导线直径 长度一致 电阻均为r 和电桥配合使用 和电桥电源相连的导线电阻r对电桥平衡无影响 另两根导线电阻r分别加到了相邻桥臂 不影响电桥平衡 三 热电阻测温 第21页 4 热电阻测温线路 三线制 可消除导线电阻对测温的影响 分析 可见 导线电阻r对桥路平衡无影响 即可以消除热电阻测量过程中导线电阻变化对测量的影响 三 热电阻测温 第22页 4 热电阻测温线路 三线制 可消除导线电阻对测温的影响 分析 注意 只有在对称电桥 R1 R2 时 才满足上述平衡关系 才能完全消除导线电阻r对测量的影响 但工业电阻有时用不平衡电桥指示温度 这种情况下不能完全消除连线电阻r对测温的影响 但采用三线制接法肯定会减少引线电阻的影响 三 热电阻测温 第23页 4 热电阻测温线路 四线制 接线 如图 热电阻两端各用一根导线接到恒流电源上 再各用一根导线连接到测量仪表上 一般是直流电位差计作为指示或记录仪表 原理 三 热电阻测温 第24页 4 热电阻测温线路 四线制 分析 四线制接线中 和恒流源相连的两接线称为电流导线 和电位差计相连的两导线称为电压导线 恒流源在电流导线上形成的压降I r不在电位差计测量范围内 电压导线虽有电阻 但无电流 电流很小 电位差计测量时不取电流 所以四线制测量方式中的四根导线电阻r对测量均无影响 三 热电阻测温 第25页 4 热电阻测温线路 四线制 特点 四线制和电位差计配合测量热电阻是比较完善的方法 它不受任何条件的约束 总能完全消除连接导线对测量的影响 适用于高精度的温度测量 注意 恒流源必须保证电流I的稳定不变 三 热电阻测温 第26页 1 概念 用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件2 分类 正温度系数 PTC 负温度系数 NTC 和临界温度 CTR 三种热敏电阻 其中 PTC CTR一般是利用其在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件 NTC一般用于温度检测 3 负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系 近似表示为 四 热敏电阻测温 第27页 4 负温度系数热敏电阻的温度系数 电阻温度系数 T是随温度T而变化 所以热敏电阻在低温段比高温段要更灵敏 而且B值越大灵敏度越高 负温度系数热敏电阻的T0一般为25 C 故R 25 C 和B值是热敏电阻的重要参数 要选