热工仪表与自动控制实用教案

1、 1.摄氏温标 摄氏温标是把标准大气压下水的冰点定为0摄氏度，把水的沸点定为100摄氏度的一种温标。把0摄氏度到100摄氏度之间分为100等分，每一等分为一摄氏度。常用代号t表示，单位符号为。 2.华氏温标(hu sh wn bio) 华氏温标(hu sh wn bio)规定标准大气压下纯水的冰点温度为32度，沸点为212度，中间划分180等分，每一等分称为华氏一度。常用符号F表示，单位符号为 。OF第1页/共16页第一页，共16页。摄氏度与华氏度的换算关系为摄氏温标、华氏温标都是用水银作为温度计的测温介质，是根据液体受热膨胀的原理来建立温标和制造温度计的。由于不同物质的性质不同，它们受热膨胀

2、的情况也不同，测得温度数值就会不同。 3 热力学温标热力学温标规定物质分子运动停止时的温度为绝对零度，是仅与热量有关而与测温物质无关的温标。由于热力学中卡诺热机是一种理想的机器(j q)，实际上能够实现卡诺循环的可逆热机是没有的。所以说，热力学温标是一种理想温标，是不能实现的。5(32)9tF第2页/共16页第二页，共16页。4.4.国际实用温标国际实用温标又称国际温标，用代号又称国际温标，用代号F F表示，单位符号为表示，单位符号为K K。国际实用温。国际实用温标规定水三相点热力学温度标规定水三相点热力学温度(wnd)(wnd)为为273.16K273.16K，水的三相，水的三相点是指纯水在

3、固态、液体及气态三相平衡时的温度点是指纯水在固态、液体及气态三相平衡时的温度(wnd)(wnd)。摄氏温度摄氏温度(wnd)(wnd)与国际实用温度与国际实用温度(wnd)(wnd)的换算关系的换算关系为为在标准大气压下冰的的熔化温度在标准大气压下冰的的熔化温度(wnd)(wnd)为为273.15k273.15k。5.5.温度温度(wnd)(wnd)测量的主要方法及分类测量的主要方法及分类温度温度(wnd)(wnd)测量一般分为两大类，即接触测量法和非接触测量一般分为两大类，即接触测量法和非接触测量法。测量法。 273.15Tt 第3页/共16页第三页，共16页。a接触测量法是测温敏感元件与被

4、测介质接触，被测接触测量法是测温敏感元件与被测介质接触，被测介质与测温敏感元件进行充分介质与测温敏感元件进行充分(chngfn)的热的热交换，使两者具有同一的温度，达到测量的目交换，使两者具有同一的温度，达到测量的目的。的。b非接触测量法是利用物质的热辐射原理，测温敏感非接触测量法是利用物质的热辐射原理，测温敏感元件不与被测介质接触，通过辐射和对流实现元件不与被测介质接触，通过辐射和对流实现热交换。热交换。3.1.2利用热膨胀效应利用热膨胀效应利用液体、气体或固态的热胀冷缩的性质，及即测利用液体、气体或固态的热胀冷缩的性质，及即测温敏感元件在受热后尺寸或体积发生的变化，温敏感元件在受热后尺寸或

5、体积发生的变化，由此制成的温度计叫膨胀式温度计。由此制成的温度计叫膨胀式温度计。第4页/共16页第四页，共16页。膨胀式温度计分为液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计膨胀式温度计分为液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计三类。这里以固体膨胀式温度计中的双金和压力式温度计三类。这里以固体膨胀式温度计中的双金属、压力式温度计为例进行介绍。属、压力式温度计为例进行介绍。1. 1. 双金属温度计双金属温度计 它由两种热膨胀系数不同它由两种热膨胀系数不同(b tn(b tn) )的金属片组合而的金属片组合而成。成。将两片粘结在一起，一端固定，另一端为自由端，自由将两片粘结在一起，一端固定，另一端

6、为自由端，自由端与指示系统相连接。端与指示系统相连接。当温度由当温度由t0t0变化到变化到t t时，由于两种不同时，由于两种不同(b tn(b tn) )的的金属片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由金属片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由t0t0时时初始位置变化到初始位置变化到t t时的相应位置，最后导致自由端产生一时的相应位置，最后导致自由端产生一定的角位移定的角位移 = =（t- t0 t- t0 ）第5页/共16页第五页，共16页。 即的大小与温度差成一定的函数关系。 双金属温度计一般应用在-80600范围内，精度可达0.5-1.0级。 常被用作恒定温度的控制元件，如一般用途

7、的恒温箱、加热炉等就是采用双金属片来控制和调节“恒温“的。 特点：抗震性能好，结构简单，牢固可靠，读数方便，但精度不高，测量范围也不大。 2.压力式温度计 压力式温度计虽然(surn)属于膨胀式温度计，但它不是靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反应温度，而是靠在密闭容器中液体或气体受热后压力的升高反映被测温度。第6页/共16页第六页，共16页。 压力式温度计主要由感温包、毛细管和压力敏感元件（如弹簧、膜盒、波纹管等）组成。 感温包、毛细管和弹簧管三者的内腔共同构成一个密闭容器，其中充满工作介质。 感温包直接与被测介质接触，它也应把温度变化充分地传递给内部工作物质(wzh)。所以，其材料应具有

8、防腐能力，并以良好的热导率。第7页/共16页第七页，共16页。为了提高灵敏度，感温包本身受热膨胀应远远小于其内部的工作物质的膨胀，故材料的膨胀系数要小。此外，还应有足够的机械强度，以便(ybin)在较薄的容器壁上承受较大的内外压力差，通常用不锈钢或黄铜制成感温包，黄铜只能用在非腐蚀性介质里。感温包受热后将使其内部工作物质温度升高而压力增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧管产生变形，并由传动系统带动指针，指示相应的温度值。压力式温度计根据充入密闭容器内的物质的不同可分为充气式压力温度计和充蒸气式压力温度计。第8页/共16页第八页，共16页。 （1）充气式压力温度计根据气体状态方程式表明，对于

9、一定质量的气体，如果它的体积一定，则它的温度与压力成正比。工业上充气式压力温度计通常充入氮气(dn q)，它能测量的最高温度可达500-550。在低温下则充入氢气，它的测温下限可达-120。但在过高的温度下，温包中充填的气体会较多地透过金属壁而扩散，这样会使仪表的读数偏低。（2）充蒸气式压力温度计 充蒸气式压力温度计是根据低沸点的液体的饱和蒸气压只与气液分界面的温度有关的原理制成的。第9页/共16页第九页，共16页。 感温包中充入约占2/3容积的低沸点液体(yt)，其余容器则充满同一液体(yt)的饱和蒸汽。 当感温包温度变化时，蒸气的饱和蒸气压发生相应的变化，这一压力变化通过一根插入温包底部的

10、毛细管进行传递，在毛细管和弹簧管中充满上述液体(yt)，或充满不溶于感温包的液体(yt)的、在常温下不蒸发的高沸点液体(yt)（称为辅助液体(yt)），以传递压力。 通常作工质的的低沸点液体(yt)有氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。 第10页/共16页第十页，共16页。优点：感温包的尺寸比较小，灵敏度高。缺点：测量范围小，标尺刻度不均匀，而且由于充入蒸气的原始压力与大气压力相差(xin ch)较小，其测量压力易受大气压力的影响。压力式温度计的主要特点：结构简单，强度较高，抗震性能好。 3.玻璃液柱温度计 （1）玻璃液柱膨胀式温度计的分类、结构形式及特点第11页/共16页第十一页，共16页。玻璃液柱膨胀

11、式温度计是利用液体体积随温度升高而膨胀，导致玻璃管内液柱长度增加的原理制成的。将测温液体封入带有感温包和毛细管的玻璃内，在毛细管旁加上刻度即构成玻璃液柱膨胀式温度计。其特点为改造简单，测量准确，价格低廉，读数和实用方便，因而得到广泛的应用(yngyng)。其缺点为易损坏，热惯性大，具有一定的滞后性，不能远传型号和自动记录。玻璃液体膨胀式温度计类型如下：第12页/共16页第十二页，共16页。按感温液体分类：按感温液体分类：水银玻璃温度计、有机液体玻璃温度计水银玻璃温度计、有机液体玻璃温度计按用途精度分类：按用途精度分类：普通型玻璃温度计、精密型玻璃温度计普通型玻璃温度计、精密型玻璃温度计贝克曼玻

12、璃温度计、电接点玻璃温度计贝克曼玻璃温度计、电接点玻璃温度计按结构形式分类：按结构形式分类：棒式玻璃温度计、内标式玻璃温度计、可调电接点玻璃温棒式玻璃温度计、内标式玻璃温度计、可调电接点玻璃温度计、固定度计、固定(gdng)电接点温度计电接点温度计棒式玻璃温度计棒式玻璃温度计 由玻璃包及与之相连的厚壁玻璃毛细管组成。由玻璃包及与之相连的厚壁玻璃毛细管组成。 标尺直接刻在毛细管外表面上。它一般用作标准温度计，标尺直接刻在毛细管外表面上。它一般用作标准温度计，测温精度较高。测温精度较高。第13页/共16页第十三页，共16页。内标式玻璃液体温度计一般用来测量室温，读数方便、清晰，但因标尺(bioch)板与毛细管易发生相对位移，会降低温度计的准确性。电接点玻璃温度计。电接点玻璃温度计不仅用于显示温度，还可以用来控制温度和信号报警。贝克曼玻璃温度计：是一种高精度温度计，常用于微小温度变化的测量，其标尺(bioch)的全部测量范围约为5，其分度值为0.01或更小。第14页/共16页第十四页，