温度检测及仪表

1、化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表化学工业出版社化学工业出版社 n 内容提要内容提要n 温度检测及仪表温度检测及仪表n温度检测方法温度检测方法n热电偶温度计热电偶温度计n热电阻温度计热电阻温度计n电动温度变送器电动温度变送器1n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器n测温元件的安装测温元件的安装化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 一、温度检测方法一、温度检测方法 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。 高温计、温度计标准仪表、实用

2、仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式 18化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80 -80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30 -3

3、0 600600-20 -20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电偶偶铂铑铂铑- -铂铂镍铬镍铬- -镍镍硅硅镍铬镍铬- -考考铜铜0 0 16001600-50 -50 10001000-50 -50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200 -200 6006

4、00 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002

5、000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 19化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表图3-50 双金属片图3-51 双金属温度信号器201双金属片；2调节螺钉；3绝缘子；4信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表21 它是根据在封闭系统中的液体、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

6、量这种变化，从而测得温度。图3-52 压力式温度计结构原理图 1传动机构；2刻度盘； 3指针；4弹簧管；5连杆；6接头；7毛细管；8温包；9工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度的变化来测温的仪表叫。 化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表23图3-53 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。 图3-54 热电偶示意图3、热电偶温度计、热电偶温度计化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 二、热电偶温度计二、热电偶温度计化学工业出版社化学工业出版社 n

7、 温度检测及仪表温度检测及仪表24图3-55 热电现象图3-56 接触电势形成的过程图3-57 热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。 25化学工业出版社化

8、学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 011teteteteEBACBBCABt 0011teteteteABBACBBC26利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。的数值，见下图。 图3-58 热电偶测温系统连接图 0teteEABABt图（a）总的热电势（3-72）由于（3-75）（3-74）将式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72）（3-73）化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 0teteEABABt 0000000teteteteteteCABCABCABCAB说明

9、：说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。 因得 00teteteECABCABt（3-76）图（b）总的热电势27化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表28（3 3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定性要

10、高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。证良好的互换性。 化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表29热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铁铁- -铜镍铜镍铜铜- -铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNW

11、REWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2- - -CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350化学工业出版社化学工业出版社 n 温度

12、检测及仪表温度检测及仪表30（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶图3-59 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表材 料工作温度/橡皮、绝缘漆珐琅 玻璃管石英管瓷管纯氧化铝管 80 150 500120014001700表表3-5 3-5 常用绝缘子材料常用绝缘子材料表表3-6 3-6 常用保护套管常用保护套管材 料工作温度/无缝钢管不锈钢管石英管瓷管Al2O3陶瓷管 600100012001400 1900以上31化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表32

13、铠装热电偶铠装热电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。 优点优点 反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。 化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。测量高温熔融物体一种专用热电偶。 热电偶的结构

14、形式可根据它的用途和安装位置来确定。在热电偶选型时，要注意三个方面：热电极的材料；保护套管的结构，材料及耐压强度；保护套管的插入深度。33化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表34图3-61 补偿导线接线图 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。见左图。 化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表热电偶

15、名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100，冷端为，冷端为00时的标准热电势时的标准热电势/mV/mV正极正极负极负极材料材料颜色颜色材料材料颜色颜色铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜铜红红红红红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍绿绿蓝蓝棕棕白白0.6450.0370.0374.0954.0950.1050.1056.3176.3170.1700.1704.2774.2770.0470.047表表3-7 3-7 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线35化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及

16、仪表 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为。一般采用下述几种方法。（1 1）冷端温度保持为）冷端温度保持为的方法的方法图3-61 热电偶冷端温度保持的方法（2 2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法 在实际生产中，冷端温度往往不是0，而是某一温度t1，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。 36化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表0 ,0 ,11tEttEtE某一设备的实际温度为某一设备的实际温度为t，其冷端温度为，其冷端温度为t1 1，这时测得的，这时测得的热电势为热电势为E（t，t1）。为求

17、得实际。为求得实际t 的温度，可利用下的温度，可利用下式进行修正，即式进行修正，即 0 ,0 ,11tEtEttE因为因为由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势 E（t，t1），加上热端为室温，加上热端为室温t，冷端为，冷端为00时的热电时的热电偶的热电势偶的热电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热电，才能得到实际温度下的热电势势E（t，0）。 37化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临

18、恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，在连续测量中显然是不实用的。时测温，在连续测量中显然是不实用的。 38化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表VE18010 ,30例例6 6 用镍铬用镍铬- -铜镍热电偶测量某加热炉的温度。铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势测得的热电势E（t，t1）66982V，而自由端，而自由端的温度的温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。 解解查查分分度度表表可得可得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则再再查分度表可得 68783V对应的温度为900。 39化学工业出版社化学工业

19、出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电势对应的温度值加上自由端的温度，并不等于实际的被测温度。 譬如在上例中，测得的热电势为66982V，由分度表可得对应温度为876.6，如果再加上自由端温度30，则为906.6，这与实际被测温度有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。 40化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表（3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪

20、表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。 41化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 由于电桥是在由于电桥是在2020时平衡时平衡的，所以采用这种补偿电桥时的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到须把仪表的机械零位预先调到2020处。如果补偿电桥是在处。如果补偿电桥是在00时平衡设计的（时平衡设计的（DDZ-DDZ-型型温度变送器中的补偿电桥），温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在则仪表零位应调在00处。处

21、。图3-62 具有补偿电桥的热电偶测温线路42化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 三、热电阻温度计三、热电阻温度计44 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。测量较为适宜。 是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。 图3-64 热电阻温度计化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表010ttRRtt 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 tRRRRtttt00 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+5

22、00+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）来进行温度测量的。（电阻温度效应）来进行温度测量的。 45化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。 46化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表3201CtBtAtRRt47（1 1）铂电阻）铂电阻CCCBCA/1022

23、. 4,/10850. 5,/10950. 32273在0650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为由实验求得 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R010，对应分，对应分度号为度号为Pt10。另一种是。另一种是R0100，对应分度号为，对应分度号为Pt100。 化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表48（2 2）铜电阻）铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50+150内，具有很好的稳定性。 CttRRt/1025. 41300 在-50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即

24、 工业上常用的铜电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为Cu10。另一种是R0100，对应的分度号为Cu100。化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表49 主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。图3-65 热电阻的支架形状(已绕电阻丝) 将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。 将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 四、电动温度变送器四、电动温度变送器是DDZ-系列电动单元组合式检测调节仪表中的一个主要单元。它既可与各种类型的热电偶、热电阻配套使用，又可与具有毫伏输出的

25、各种变送器配合，然后，它和显示单元、控制单元配合，实现对温度或温差及其他各种参数进行显示、控制。 50化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 线路上采用了安全火花型防爆措施。 在热电偶和热电阻的温度变送器中采用了线性化机构。 在线路中，由于使用了集成电路，这样使该变送器具有良好的可靠性、稳定性等各种技术性能。51化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表52 热电偶温度变送器；热电偶温度变送器； 热电阻温度变送器；热电阻温度变送器； 直流毫伏变送器。直流毫伏变送器。结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。结构分为输入桥路、放大电路及反馈电路。 图3-6

26、6 热电偶温度变送器的结构方框图化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表53 冷端温度补偿、调整零点。 图3-67 输入电桥化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 在DDZ-型的温度变送器中，在温度变送器中的反馈回路加入线性化电路。 图3-68 热电偶温度变送器的线性化方法方框图54化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表55结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。结构分为输入电桥、放大电路及反馈电路。 图3-69 热电阻温度变送器的结构方框图化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 五、一体化温度变送器

27、五、一体化温度变送器56 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。用接线盒内的一种温度变送器。 图3-70 一体化温度变送器结构框图测温元件和变送器模块AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等-20+80化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表图3-71 一体化热电偶温度变送器电路原理 可得变送器输出与输入之间的关系110WCutiRRKIKEKUI57化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 变送器的输出电流变送器的输出电流I I0 0与热电偶的热电势与热电偶的

28、热电势E Et t成正比关系；成正比关系； R RCuCu阻值随温度而变，合理选择阻值随温度而变，合理选择R RW1W1的数值的数值可使可使R RCuCu随温度变化而引起的随温度变化而引起的I I1 1R RCuCu变化量近变化量近似等于热电偶因冷端温度变化所引起的热电似等于热电偶因冷端温度变化所引起的热电势势E Et t的变化值，两者互相抵消。的变化值，两者互相抵消。 58化学工业出版社化学工业出版社 n 温度检测及仪表温度检测及仪表n 六、智能式温度变送器六、智能式温度变送器59 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小