第五节温度检测及仪表1

1、 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测的基本知识温度检测的基本知识温度：温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。程相联系。温度概念的建立及测量：温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的以热平衡为基础的，如：水银温度计温度计的种类温度计的种类温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计双金属片温度计 双金属片双金属片温度计双金属温度信号器1-双金属片 2-调节

2、螺钉 3-绝缘子 4-信号灯感温元件:两片膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的.温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表压力式温度计压力式温度计 利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度u 工作介质是气体、液体或蒸气u 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性u 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度1 热电偶热电现象热电偶温度计u 接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低。u 温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。u 热电势由两种材料的

3、接触电势和单一材料的温差电势决定温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表闭和回路总电势 AB )(0teAB),(0tteB),(0tteA)(teAB),()(),()(),(0000ttetettetettAABBAB)()()()(00teteteteBAABABAB00( , )( )( )tABABEE t tetet闭合回路中总热电势热电势E(t,t0）等于热热电势的代数和当A、B材料固定后，如果t0保持不变,则eAB(t0)为常数，有：0( , )( )( )tEE t tf tCt测出EAB(t,t0)就可以测算出t 分 度 表如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值

4、函数关系 CtttABAB)(),(0分度表-热电势与热端温度之间 关系列成表格注：热电势与热端温度之间 关系是非线性温度检测方法及仪表如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持A和C、B和C接触处的温度均为t0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: 000( , )( )( )( )tABCABBCCAEEt tetetet当tt0时，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得 000( , )( )( )( , )tABCABABABEEt tetetEt t000( )( )( )ABBCCAetetet热电偶的“中间导体定律”热电偶的

5、热电偶的“中间导体定律中间导体定律”根据根据热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”可知：可知： 热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两接点处热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两接点处的温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第的温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热电势相同；三种导体时热电偶所产生的总热电势相同；同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回因此热电偶回路可以接入各种

6、显示仪表、变送器、连接导线等。路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电不影响热电偶所产生的热电势值。偶所产生的热电势值。 热电偶的种类热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足

7、够的机械强度、复制性和互电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求换性好等要求在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶中，相同温度条件下B B型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。如果把型最大。如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的。 热电偶的结构热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500以上较高温度的测量。根据用途和安装位置不同：普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构热电偶选型注意事项:(1)热电极的材料(2)保护

8、套管的结构(3)材料及耐压强度(4)保护套管的插入深度 1.普通型热电偶; 2.铠装热电偶; 3.表面型热电偶-利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上;测量物体的表面温度 4.快速热电偶-测量高温熔融物体的一种专用热电偶普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式接线盒保护套管绝

9、缘管热电偶安装法兰引线口铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型制得。铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型制得。金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为1 18mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。铠装热

10、电偶的特点铠装热电偶的特点 热响应时间少，减小动态误差；热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；可弯曲安装使用；测量范围大；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 补偿导线 问题引出 解决方法热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费造成浪费选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线选用

11、一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线补偿导线其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本其二是降低了成本。 功 能温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应正负极一一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（补偿导线连接端的工作温度不能超出（01000100），否则），否则会给测量带来误差。会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问题温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 问题引出 冷端温

12、度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为热电偶的分度表所表征的是冷端温度为00时的时的热电势热电势- -温度关系，与热电偶配套使用的显示仪温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法0恒温法恒温法 冷端温度修正法冷端温度修正法 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 补偿电桥法补偿电桥法 补偿热电偶法补偿热电偶法 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 0恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表冷端温度修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0

13、（t t0 000）被测温度为）被测温度为 t t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端 t0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势给显示仪表输入了电势E(tE(t0 0, 0) , 0) 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表由分度表查得由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 E (20,0 ) = 0.113 mvmv 则则 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0)

14、= E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.433 = 7.433 mvmv 再查分度表得其对应的被测温度再查分度表得其对应的被测温度t = 808t = 808例用用S S型热电偶测温，热电偶的冷端温度型热电偶测温，热电偶的冷端温度t t0 0=20=20，测得热电势，测得热电势为为7.32 7.32 mvmv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t 。解补偿电桥法 补偿电桥法是利用不平蘅电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化引起的热电势变化值。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点注意补偿温度的起点 在在2020平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 20 在在00平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到00补偿是