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文档简介

1、 化工仪表自动化营口职业技术学院环化系化工仪表及自动化第五章 温度检测概述测温仪表的分类温度检测的根本原理热电偶温度计热电偶补偿导线与冷端温度补偿热电阻温度计测温原理常用热电阻1目录:温度变送器电动温度变送器一体化温度变送器智能式温度变送器第一节 概述一、测温仪表的分类 温度不能直接丈量,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丈量。 分类按丈量方式 接触式与非接触式 3WZ系列装配式热电阻 sz-22热电阻信号输入数字面板表 温度变送器 WSSX 电接点双金属温度计 4第一节 概述测温方式温度计种类 优点 缺点 使用范围接触式测温仪表玻璃

2、液体温度计 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示 ,不能记录与远传-100100(150)有机液体0 350(-30 650)水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量 ,量程与使用范围均有限 0 300(-50 600)压力式温度计结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控 精度低、测量距离较远时 ,仪表的滞后性较大、一般离开测量点不超过 10米 0 500(-50 600)液体型0 100(-50 200)蒸汽型电阻温度计测量精度高 ,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 结构复杂、

3、不能测量高温 ,由于体积大 ,测点温度较困难 -150 500(-200 600)铂电阻0 100(-50 150)铜电阻-50 150(180)镍电阻-100 200(300)热敏电阻热电偶温度计测温范围广 ,精度高 ,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿 ,在低温段测量精度较低 -20 1300(1600)铂铑10-铂-50 1000(1200)镍铬-镍硅-40 800(900)镍铬-铜镍-40 300(350)铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场 测量时 ,必须经过人工调整 ,有人为误差 ,不能作远距离测量 ,记录和自控 900

4、 2000(700 2000)辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场 ,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广 只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却 100 2000(50 2000)表5-1 各种温度计的优缺陷及运用范围5第一节 概述1.运用热膨胀原理测温图5-1 双金属片6图5-2 双金属温度信号器1双金属片;2调理螺钉;3绝缘子;4信号灯 利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。第一节 概述2.运用压力随温度变化的原理测温3.运用热阻效应测温 4.运用热电效应测温 5.运用热辐射原理测温 7第二节 热电偶温度计一、热电偶8

5、热电偶温度计是以热电效应为根底的测温仪表。图5-3 热电偶温度计测温系统表示图1热电偶;2导线;3丈量仪表热电偶温度计由三部分组成:热电偶;丈量仪表;衔接热电偶和丈量仪表的导线。 图5-4 热电偶表示图铠装热电偶 法国KIMO TK102S精细型热电偶温度仪 9第二节 热电偶温度计101.热电景象及测温原理图5-5 热电景象图5-6 接触电势构成的过程左图闭合回路中总的热电势或图5-7 热电偶原理第二节 热电偶温度计留意 由于热电极的资料不同,所产生的接触热电势亦不同,因此不同热电极资料制成的热电偶在一样温度下产生的热电势是不同的。 热电偶普通都是在自在端温度为0时进展分度的,因此,假设自在端

6、温度不为0而为t0时,那么热电势与温度之间的关系可用下式进展计算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 11第二节 热电偶温度计举例例5-1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,丈量小氮肥厂中转化炉的温度,知热电偶任务端温度为800,自在端(冷端)温度为30,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。 解:由附录三可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)12第二节 热电偶温度计例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在任务时,自

7、在端温度t0= 30,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV,求被测介质的实践温度。解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)变换得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400。13第二节 热电偶温度计留意:由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都是非线性的 (当然各种热电偶的非线性程度不同),因此在自在端温度不为零时,将所测热电势对应的温度值加上自在端温度,并不等于实践的被测温度。 14第二节 热电偶温度计152.插入第三种导线的问题利用热电偶丈量温度

8、时,必需求用某些仪表来丈量热电势的数值,见以下图。 总的热电势5-4能量守恒原理5-55-6将式5-55代入式5-4图3-58 热电偶测温系统衔接图第二节 热电偶温度计阐明: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。不过必需保证引入线两端的温度一样。 16图5-9 开路热电偶的运用17第二节 热电偶温度计第二节 热电偶温度计183.常用热电偶的种类工业上对热电极资料的要求在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化; 在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易被氧化或腐蚀; 电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单的函数

9、关系;复现性要好,这样便于成批消费,而且在运用上也可保证良好的互换性; 资料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。 第二节 热电偶温度计19热电偶名称代号分度号热电极材料测温范围/新旧正热电极负热电极长期使用短期使用铂铑30-铂铑6铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铁-铜镍铜-铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK铂铑30合金铂铑10合金镍铬合金镍铬合金铁铜铂铑6合金纯铂镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350表5-2 常用热电偶第二节 热电偶

10、温度计204.热电偶的构造及构造方式图5-10 热电偶的构造热电极绝缘管维护套管接线盒第二节 热电偶温度计21 二、补偿导线与冷端温度补偿 采用一种公用导线,将热电偶的冷端延伸出来,这既能保证热电偶冷端温度坚持不变,又经济。 它也是由两种不同性质的金属资料制成,在一定温度范围内0100与所衔接的热电偶具有一样的热电特性,其资料又是廉价金属。见左图。 1.补偿导线图5-11 补偿导线接线图第二节 热电偶温度计 假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜镍记为D,并思索到引入铜导线对回路的总热电势没有影响 (因其两端温度均为t0),那么图5-11所示回路的总热电势为 (5-7)假设假定各接点温度全

11、为t1,代入式(5-7),那么有 (5-8)(5-9)或 由于t1普通是在100以下,在此温度范围内,根据补偿导线的性质,有 (5-10)22第二节 热电偶温度计将此式代入式(5-9) (5-11)将式(5-11)代入式(5-7),便有 (5-12)由于故(5-13)23第二节 热电偶温度计在运用热电偶补偿导线时,要留意型号相配。热电偶名称补偿导线工作端为100,冷端为0时的标准热电势mV正极负极铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铜铜镍铬铜镍铜镍铜镍0.640.034.100.156.950.30表5-3 常用热电偶的补偿导线24第二节 热电偶温度计留意 运用补偿导线时,该当留意补偿导线的正、负

12、极必需与热电偶的正、负极各端对应相接。此外,正、负两极的接点温度t1应坚持一样,延伸后的冷端温度 t0应比较恒定且比较低。对于镍铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,那么可用其本身体料作补偿导线,将冷端延伸到环境温度较恒定的地方。 25第二节 热电偶温度计2.冷端温度的变化对丈量的影响及消除方法 在运用热电偶测温时,只需将冷端温度坚持为,或者是进展一定的修正才干得出准确的丈量结果。这样做,就称为热电偶的冷端温度补偿。普通采用下述几种方法。图5-12 热电偶冷端温度坚持的方法1热电势的修正方法 在实践消费中,冷端温度往往不是0,而是某一温度t0,这就引起丈量误差。因此,必需对冷端温度进展修正。

13、26第二节 热电偶温度计实践消费中,其冷端温度为t0,即有 或 由此可知,热电势的修正方法是把测得的热电势 EABt,t0,加上热端为室温t0,冷端为0时的热电偶的热电势EABt0,0,才干得到实践温度下的热电势EABt,0。 27第二节 热电偶温度计举例例5-3 用铂铑10-铂热电偶进展温度检测,热电偶的冷端温度t0=30,显示仪表的温度读数 (假定此仪表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为985,试求被测温度的实践值。 28解:由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表 (附录一)查出985时的热电势值为9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得 E(t0 ,

14、0) = E(30 ,0) = 0.173mV。将此两个数值代入式 (5-14),得 E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV) 再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000,这就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实践值。 第二节 热电偶温度计2校正仪表零点法 假设采用测温元件为热电偶时,要使测温时指示值不偏低,可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 留意:只能在测温要求不太高的场所下运用。3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。 29第二节 热电偶温度计 由于电桥是在20时平衡的,所以采用这种补偿电桥时须把

15、仪表的机械零位预先调到20处。假设补偿电桥是在0时平衡设计的DDZ-型温度变送器中的补偿电桥,那么仪表零位应调在0处。留意!图5-13 具有补偿电桥的热电偶测温线路30第二节 热电偶温度计314补偿热电偶法 在实践消费中,为了节省补偿导线和投资费用,常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 图5-14 补偿热电偶衔接线路第三节 热电阻温度计32 在中、低温区,普通是运用热电阻温度计来进展温度的丈量较为适宜。 热电阻温度计是由热电阻,显示仪表以及衔接导线所组成。 WZ系列装配式热电阻 第三节 热电阻温度计 对于线性变化的热电阻来说,其电阻值与温度关系如下式 热电阻温度计适用于丈量-200+500范围内

16、液体、气体、蒸汽及固体外表的温度。 一、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进展温度丈量的。 33第三节 热电阻温度计 二、工业常用热电阻作为热电阻的资料普通要求是: 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; 价钱廉价。 34第三节 热电阻温度计351.铂电阻 金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性,有良好的复制性。但价钱较贵。 要确定 Rtt的关系,首先要确定 R0的大小。R0不同, Rtt的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表,用分度号来表示。 工业上运用的

17、铂电阻主要有分度号为 Pt100 ,它的 R0 = 100,其分度表见附录四。 第三节 热电阻温度计362.铜电阻 金属铜易加工提纯,价钱廉价;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。 在-50+150的范围内,铜电阻与温度的关系是线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种,一种是R050,对应的分度号为Cu50。另一种是R0100,对应的分度号为Cu100。第四节 温度变送器一、电动温度变送器37 电动温度变送器是工业消费过程中运用最广泛的一种模拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合运用,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的规范直

18、流电流信号输出。 第四节 温度变送器 DDZ-型温度 (温差)变送器是电动单元组合仪表中的一个变送单元。 根据输入信号的不同,DDZ-型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。 38第四节 温度变送器 DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的构造大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反响电路,其原理框图如图5-15所示。温度检测元件输入电路放大电路反响电路被测温度输出电流I0 图5-15 温度变送器原理框图39第四节 温度变送器二、一体化温度变送器40 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或公用接线盒内的一种温度变送器。 图5-16 一体化

19、温度变送器构造框图构造测温元件和变送器模块常用的变送器芯片:AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等变送器模块的正常任务温度-20+80SBW系列一体化温度变送器 二、一体化温度变送器41第四节 温度变送器三、智能式温度变送器42以SMART公司的TT302温度变送器为例加以引见。优点 可以与各种热电偶或热电阻配合运用丈量温度; 具有量程范围宽、精度高; 环境温度和振动影响小、抗干扰才干强; 质量轻; 安装维护方便。 构造由硬件部分和软件部分两部分构成。第四节 温度变送器输入板主电路板液晶显示器信号输入信号输出图5-17 TT302温度变送器根本构成框图43例题分析举例1.用分

20、度号为K的镍铬-镍硅热电偶丈量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500,而这时冷端温度为60,试问实践温度应为多少?假设热端温度不变,设法使冷端温度坚持在20,此时显示仪表的指示值应为多少? 解:显示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显示仪表的实践输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的,即 E(t,t0) = 20.64 (mV) 由附录三同样可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 44例题分析 由式 (5-14)可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 2

21、3.076 (mV) 由23.076mV,查附录三,可得 t557 即被测实践温度为557。 当热端为557,冷端为20时,由于E(20 ,0) = 0.798mV,故有 E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV) 由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约为538.4。 由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测温度实践值。 45例题分析2.假设用两支铂铑10-铂热电偶串联来丈量炉温,衔接方式分别如图5-18(a)、(b)、(c)所示。知炉内温度均匀,最高温度为1000,试分别计算丈量仪表的丈量范围 (以最

22、大毫伏数表示)。 图5-18 炉子温度丈量46例题分析解: (a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对应于1000时的热电势可以由附录一查得 E(1000 ,0) = 9. 585 (mV) 两支热电偶串联,丈量仪表所测信号的最大值为 Emax = 29.585 = 19.17 (mV) 根据这个数值可以确定仪表的丈量范围。 (b)由于这时不仅要思索补偿导线引出来以后的冷端温度(30),而且要思索炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度(100)对热电势的影响。47例题分析 假定补偿导线 C、D与热电偶 A、B本身在100以下的热电特性是一样的,所以在冷端处构成的热电势为E(30 ,0) =

23、 0.173 (mV) 在补偿导线C、D与热电偶的衔接处1、4两点可以以为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点构成的热电偶相当于热电偶在100时构成的热电势,即E(100 ,0) = 0.645 (mV) 由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的,所以这时总的热电势为E max = 2E(1000 ,0) - E(100 ,0) - E(30 ,0) = 29.585 - 0.645 - 0.173 = 18.352 (mV)48例题分析 根据这个数值可以确定仪表的丈量范围。在这种情况下,假设炉旁边接线盒内的温度变化,会以丈量产生较大的影响,呵斥较大的丈量误差。 (c)由于这时

24、两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷端温度为30,故总的热电势为Emax = 2E(1000 ,0) - 2E(30 ,0) = 29.585 - 20.173 = 18.824 (mV) 由此可知,在同样都是用两支热电偶串联来丈量炉温时,由于接线不同,产生的热电势也是不一样的,在选择丈量仪表时,一定要思索这种情况。 49例题分析3.在上题所述三种情况时,假设由丈量仪表得到的信号都是15mV,试分别计算这时炉子的实践温度。 解:在(a)情况时,由于2E(t,0) =15mV,即E(t,0) = 7.5mV,查表(附录一)可得实践温度约为814.3。 在(b)情况时,由于 2E(t,0) = 15 + E(30 ,0) + E(100 ,0) =15 + 0.173 + 0.645 = 15. 818 ( mV)E(t,0) = 7. 909 ( mV)查表可得实践温度约为851.2。 50例题分析 在(c)情况时,由于2E(t,0

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