化工测量仪表课件(温度)资料

1、第一章 概述(i sh)第二章 膨胀式温度计 第三章 热电偶温度计 第四章 热电阻温度计 第五章 接触式温度计的安装 本篇小结7/25/20221共七十二页第一章 概述(i sh)常用: 玻璃(b l)温度计、压力温度计、双金属温度计、 热电偶温度计、热电阻温度计等。返回下一页一、温度测量方法1. 接触式测温 任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然要发生热交换现象，热量将由温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体完全达到热平衡状态为止。要求: 测温物体的物理性质必须是连续、单值地随温 度变化，并且复现性好。需满足条件：感温部件与被测介质充分接触； 保证热交换时间。7/25/20222共七十二页

2、2. 非接触式测温返回(fnhu)测温元件的任何(rnh)部位均不与被测物体相接触。 目前多以辐射式为主，通过被测物体与感温元件之间的热辐射作用实现测温。 特点：不会破坏被测对象的温度场，可测移动或转动物体的温度，可通过扫描的方法测得物体表面的温度。反映速度较快，测温范围很广，原理上不受温度上限的限制。 受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等介质的影响，准确性不高，通常用来测量1000以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体温度。下一页上一页7/25/20223共七十二页按测量(cling)方式：接触式和非接触两类。返回(fnhu)二、温标1. 摄氏温标（用 t 表示，单位记为。）2. 国际温

3、标 热力学温度是基本温度，用 T 表示，单位开尔文，记为。三、温度测量仪表的分类按工作原理：膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。规定: 水的三相点热力学温度为273.16； 定义 1K=1273.16。0 = 273.15Kt T - 273.15各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表4-1-1。上一页7/25/20224共七十二页第二章 膨胀(png zhng)式温度计返回(fnhu)第一节 玻璃管液体温度计 第二节 压力式温度计 第三节 双金属温度计7/25/20225共七十二页第一节 玻璃管液体(yt)温度计测温原理(yunl) 结构与分类 返回7/25/20226共七十二页一、测温原理(

4、yunl)液体(yt)受热后体积膨胀和温度的关系可用下式表示：Vt 液体在t时的体积; Vt0 液体在t0时的体积; 液体的体积膨胀系数; 盛液容器的体积膨胀系数。返回VtVt0()(tt0) 与差别越大，灵敏度越高。(42-1) 7/25/20227共七十二页二、结构(jigu)与分类1. 按结构(jigu)分为棒状温度计内标尺式温度计外标尺式温度计：毛细管固定在标尺板上，多用来 测室温。2. 按用途分为标准温度计：有棒状、内标尺式的，分一等和二等， 分度值为0.050.1。工业用温度计实验室用温度计：形式与标准的相仿，精度较高。返回一般为内标尺式。7/25/20228共七十二页返回(fnh

5、u)7/25/20229共七十二页第二节 压力(yl)式温度计结构(jigu) 测温原理 返回7/25/202210共七十二页一、结构(jigu)温包内充填的感温介质有气体(qt)、液体及蒸发液体等。 毛细管容积温包容积，通常为铜或不锈钢冷拉无缝管，内径0.4mm左右，长度 50m。返回7/25/202211共七十二页二、测温原理(yunl)返回(fnhu)液体压力温度计 若忽略温包、毛细管和弹性元件组成的密封系统容积变化，对一定质量的液体，压力与温度的关系可表示为：Pt工作液在t 时的压力; Pt0 工作液在t0时的压力; 工作液的体积膨胀系数; 工作液的可压缩系数。 多以有机液（甲苯、酒精

6、、戊烷等）或水银作感温介质。即：下一页7/25/202212共七十二页第三节 双金属温度计测温原理(yunl) 双金属温度计的结构 返回(fnhu)7/25/202213共七十二页一、测温原理(yunl) x 双金属片自由端的位移； l 双金属片的长度； d 双金属片的厚度； t 双金属片的温度(wnd)变化量； G 弯曲率返回两种膨胀系数不同的金属组成固体膨胀式温度计。测量范围 -80600，精度1、1.5、2.5级。7/25/202214共七十二页二、双金属温度计的结构(jigu)返回(fnhu)下一页7/25/202215共七十二页返回(fnhu)上一页7/25/202216共七十二页第

7、三章 热电偶温度计返回(fnhu)第一节 测温原理 第二节 热电偶材料与结构 第三节 热电偶冷端温度的处理方法(fngf) 第四节 热电偶测温线路及误差分析7/25/202217共七十二页第一节 测温原理(yunl)概述温差(wnch)电势 接触电势 热电偶的基本定律 返回7/25/202218共七十二页概 述返回(fnhu) 两种不同导体或半导体连接成闭合(b h)回路，若两个接点的温度不同，在该回路内就会产生热电动势，此现象称热电效应。7/25/202219共七十二页一、温差(wnch)电势同一(tngy)导体中，因其两端温度不同而产生的热电势。 返回（4-3-1）A 导体的汤姆逊系数。表

8、示温差1(或1K)所产生的电动势，与材料性质及两端温度有关。 温差电势只与导体材料性质和两端温度有关，与导体长度、截面及沿导体长度上的温度分布无关。7/25/202220共七十二页二、接触电势两种电子密度不同的导体接触(jich)时产生的热电势。 k 波尔兹曼常数； e 单位电荷(dinh)； NA、NB温度为t时， A、B导体 的电子密度； t 接触点的温度。返回下一页（4-3-2）只与两种导体的性质和接触点温度有关。 若两导体材料一定，仅与其接点温度有关。teAB(t) 7/25/202221共七十二页热电偶回路(hul)总电势EAB(t,t0)eAB(t) +eB(t,t0)-eAB(t

9、0)-eA(t,t0) eAB(t)-eBA (t) EAB(t,t0)-EBA(t,t0)-EAB(t0 ,t) 温差电势接触电势，则回路总电势EAB(t,t0)的方向取决于eAB(t)的方向。脚标AB的顺序表示(biosh)热电势的方向，若顺序改变，则热电势符号也随之改变。即：返回(4-3-3)A、B导体材料确定，t0不变，总电势为t的单值函数。 不同热电极制成的热电偶，在相同温度下产生的热电势不同，见各热电偶分度表。上一页7/25/202222共七十二页三、热电偶的基本定律eC(t1,t1)0 eBC(t1)-eCB(t1) eBA(t0)-eAB(t0) eA(t0,t)-eA(t,t

10、0)eB(t,t1)+eB(t1,t0)eB(t,t0)上一页下一页返回(fnhu)（一）中间导体(dot)定律EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t1)+eBC(t1)+eC(t1,t1) +eCB(t1)+eB(t1,t0)+eBA(t0)+eA(t0,t) 据温差和接触电势定义，可得则上式可整理为 EABC(t,t1,t0)eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) EAB(t,t0)7/25/202223共七十二页上一页下一页返回(fnhu)同理：可证图(b)，回路中2、3接点(ji din)温度均为t0 ，回路中总热电势仍为EAB(t,t0) 。中

11、间导体定律：回路中引入第三种导体C时，只要保持导体C两端温度相同，则对总电势无影响。7/25/202224共七十二页由一种均质导体组成的闭合(b h)回路，无论导体截面、长度以及各处温度分布如何，均不产生热电势。(二)均质导体(dot)定律上一页下一页返回定律说明：若两热电极分别由两种均质导体组成，则热电势仅与两接点温度有关，与沿热电极的温度分布无关。用于衡量热电极材料的均匀性。7/25/202225共七十二页EABBA(t,tn,t0) =EAB(t,tn) + EAB(tn,t0) EAB(t,t0)= EAC(t,t0) - EBC(t,t0) = EAC(t,t0)+ ECB (t,t

12、0) （三）中间(zhngjin)温度定律返回(fnhu)（四）标准电极定律 若连接点温度为tn，连接导体A或B的热电特性与A、B相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。即 导体A、B分别与导体C组成热电偶，测量端温度均为t，参考端均为t0 ，则7/25/202226共七十二页第二节 热电偶材料(cilio)与结构返回(fnhu)热电偶材料及特性热电偶的结构7/25/202227共七十二页下一页（一）标准化热电偶一、热电偶材料(cilio)及特性1铂铑10铂热电偶（分度号：S）2铂铑13铂热电偶（分度号：R）3铂铑30铂铑6热电偶（分度号：B）贵金属，用于精密温度(wnd)测量及

13、作为基准热电偶。01400，短期1600。误差可为1。热电势比S热电偶大15%左右，其它性能几乎相同。测温范围：同S ，误差(10.25%t）。 高温热电偶。热电势小，冷端温度在40以下使用时，一般不需进行冷端温度补偿。价格高。01600，短期1800。误差0.25%t4。返回7/25/202228共七十二页4镍铬镍硅热电偶（分度号：K）5镍铬康铜(kn tn)热电偶（分度号：E）6铜康铜(kn tn)热电偶（分度号：T）返回下一页上一页 热电特性近似线性，热电势比S热电偶高34倍，复制性好，价格便宜。-2001000，短期1300。误差1.52.5。灵敏度最高。价廉，湿度较大时较其它热偶耐腐

14、蚀。-200750，短期870。误差1.52.5。 在廉价金属热电偶中精确度最高，稳定性好，低温测量灵敏度高。-200300，短期350。误差0.51。7/25/202229共七十二页下一页返回(fnhu)上一页 8镍铬硅镍硅热电偶（分度号：N） 1300以下，高温抗氧化能力强，稳定性及复现性好，耐核辐射及耐低温性能好。有取代廉价金属热电偶与部分替代(tdi)S热电偶的趋势。-2001200，短期1300。误差1.52.5。9钨铼系列热电偶钨铼5钨铼26热电偶 分度号：WRe5-WRe26。钨铼3钨铼25热电偶 分度号：WRe3-WRe25。用于1600以上高温。上限达2800， 最好2000

15、以下使用。误差1%t。热电特性曲线7铁康铜热电偶（分度号：J）700以下线性非常好，具有较高的灵敏度。-40700，短期750，误差1.52.5。7/25/202230共七十二页(二)非标准化热电偶 上一页返回(fnhu)1镍铬金铁(jn ti)热电偶 用于0273K低温，误差0.5, 是较理想的低温测量热电偶。2非金属热电偶 热电势远大于金属热电偶；熔点高, 复现性差，机械强度较低。(1)石墨碳化钛热电偶（CTiC ) 含碳气氛、中性气氛中可测2000高温。(2)WSi2MoSi2热电偶 含碳气氛、中性和还原性气氛中,可达2500。(3)碳化硼石墨热电偶（B4CC） 6002000范围内线性

16、好，热电势大，为钨铼热 电偶的19倍，最适宜作控制信号。7/25/202231共七十二页返回(fnhu)标准化热电偶的热电特性(txng)曲线7/25/202232共七十二页二、热电偶的结构(jigu)下一页返回(fnhu)1.普通型热电偶热电极: 贵金属D=0.30.65mm， 普通金属D=0.53.2mm。长度由安装条件及插入深度而定，一般3502000mm。绝缘子: 材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等， 结构有单孔、双孔和四孔之分。保护套管：有金属、非金属和金属陶瓷三类。接线盒：用于导线与热电极连接。常用连接方式：螺纹或法兰连接7/25/202233共七十二页返回(fnhu)上一页下一页固

17、定螺纹锥形保护(boh)管连接 高强度结构，用于P30MPa、流速80m/s的测量。 螺纹连接或法兰连接 用于P10MPa的测量。 7/25/202234共七十二页上一页2.铠装(ki zhun)热电偶 将热电极与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工艺加工(ji gng)而成的可弯曲坚实组合体。 标准铠装型: 外径0.58mm，热电极直径0.11.3mm，套管壁厚为0.0751mm，长度500m。 动态特性好，铠装型10s，普通型=10240s，适用于温度变化频繁及热容量较小、结构复杂的对象。使用温度低、寿命短。返回下一页非标准化极细型：铠装热电偶的外径0.250.34mm。 铠装热电偶7/25

18、/202235共七十二页返回(fnhu)上一页下一页7/25/202236共七十二页3高性能实体(sht)热电偶 保护管壁(un b)厚是普通热电偶的1.11.3倍； 即相当于厚壁粗偶丝的大铠装热电偶。特点：耐高温、寿命长、响应速度快。兼有铠装热电 偶与普通热电偶的优点。新型热电偶（Solidpak）返回上一页下一页 高温下热电极不易氧化，且导热性能大大提高，响应速度比普通型快610倍。 7/25/202237共七十二页4其它(qt)类型热电偶（1）薄膜热电偶 0.01S，用于-200300快速(kui s)变化的物体表面温度测量。（2）热套式热电偶（图4-3-15）（3）高温耐磨热电偶 返回

19、上一页 由两种金属薄膜在绝缘基板上连接而成的一种特殊结构的热电偶。用于高速流体测量，防止冲刷折断弯曲。 采用耐磨合金电焊、等离子喷涂或热喷涂合金法制备保护管。提高保护管耐热冲击及耐磨损性能。 7/25/202238共七十二页第三节 热电偶冷端温度 处理(chl)方法补偿导线延伸(ynshn)法 冰点法 计算修正法 仪表零点校正法 补偿电桥法 返回7/25/202239共七十二页一、补偿导线(doxin)延伸法返回(fnhu)补偿导线：两种不同导体材料制成，在一定温度(100 以下)范围与所连接的热电偶热电特牲相同或十分相近，材料廉价。注意：与热电偶分度号相匹配，且极性不能接错。补偿型(C)：A

20、A, BB，用于贵金属热电偶；延伸型(X)：A=A, B=B，用于廉价金属热电偶。补偿型必须保持热电偶与导线连接处的温度0， E(t,t0)RCuUa UbUab 因补偿是一种近似补偿，通常电桥取在20时平衡。显示仪表的零位应调到20处。即 Uab = E(t0 ,0)7/25/202244共七十二页二、热电偶测量误差分析(fnx)返回(fnhu)上一页（一）热电偶本身的误差（二）热交换引起的误差 热辐射损失和导热损失所致。（四）显示仪表的误差（三）补偿导线引入的误差 2热电特性变化引起的误差: 产生“蜕变”误差或“漂移”。1分度误差: 校验时的误差。对热电偶进行定期检查和校验可消除。7/25

21、/202245共七十二页第四章 热电阻温度计返回(fnhu)第一节 测温原理(yunl) 第二节 材料与结构7/25/202246共七十二页第一节 热电阻的测温原理(yunl)测温原理 材料(cilio)与温度的关系 返回7/25/202247共七十二页一、测温原理(yunl)返回(fnhu) 基于金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系的原理。金属导体电阻RtRt01(t -t0) Rt 一温度为t的电阻值; Rt0一温度为t0的电阻值;一电阻温度系数。半导体电阻RT AeB/TRT一温度为T的电阻值;T一绝对温度，； e一自然对数的底，2.71828;A、B一常数，与材料有关。温度每上升

22、1:导体电阻增大0.360.68%；半导体电阻下降36%。7/25/202248共七十二页二、热电阻材料(cilio)与温度的关系电阻温度系数：温度变化(binhu)1时电阻值的相对变化(binhu)量。 Rt、Rt0 在t或t0时的电阻值。 一般导体电阻与温度为非线性，对任意温度下代表相对灵敏度，以材料纯度衡量，用电阻比表示Wt=Rt / Rt0 令t0=0，t=100，则 W100=R100/R0 返回（4-4-3）W100 材料纯度 。国际温标规定：标准铂热电阻温度计，W1001.39250。基本参数（4-4-4）7/25/202249共七十二页第二节 热电阻材料(cilio)与结构金属

23、(jnsh)热电阻半导体热电阻返回7/25/202250共七十二页一、金属(jnsh)热电阻（1)电阻温度系数大，即灵敏度高；（2)物理化学性能(xngnng)稳定，能长期适应较恶劣的测温 环境，互换性好； (3)电阻率要大，以减小电阻体积，减小热惯性； (4)电阻与温度近似为线性关系，测温范围广； (5)价格低廉，复制性强，加工方便。 返回下一页（一）热电阻材料要求7/25/202251共七十二页1.铂热电阻测温范围(fnwi)-200850。分度号: Pt10 、Pt100。返回(fnhu)下一页上一页-2000范围内，电阻与温度关系为：Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t3(4

24、4-7)0850范围内 Rt=R0(1AtBt2）(44-8)R00时的阻值；分别为R0=10和R0=100。A3.9080210-3 1/; B-5.8019510-7 1/2 ;C-4.2735010-12 1/4 。平均温度系数为3.8510-3 1/。RtR0(1+t) Pt10热电阻电阻丝较粗，主要用于600以上的测量。特点：精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化学 性能稳定。7/25/202252共七十二页3、镍热电阻 2、铜热电阻上一页返回(fnhu)下一页测温范围(fnwi)-50150。分度号：Cu50、Cu100。特点：电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，电阻率低。RtR

25、0(1+At+Bt2+Ct3)（4-4-9）A4.2889910-3 1/； B-2.13310-7 1/2 ； C1.23310-9 1/3 。 R0分别为50和100。RtR0(1+t) 电阻温度系数4.2810-3 1/。-60300。分度号：Ni100、Ni300和Ni500Rt=100+0.548t+0.66510-3t2+2.80510-9t4比铂电阻大1.5倍，因不易提纯，互换性差。7/25/202253共七十二页（二）热电阻结构(jigu)1、普通型热电阻电阻体：直径0.010.07mm电阻丝，在绝缘(juyun)骨架上绕制而成。 采用双线无感绕制方法，消除因测量电流变化或外界

26、交变磁场而产生的感应电势。内引线：铂电阻高温用镍丝，中、低温用银丝； 铜、镍电阻均采用其本身材料。直径 工业用1mm，标准或实验室用0.30.5mm。 保护管：同热电偶保护管，材质有金属或非金属等。导线连接方式：为减少或避免导线电阻对测量的影响， 采用三线制或四线制连接方式。返回下一页上一页结构图7/25/202254共七十二页（1）三线(sn xin)制连接返回(fnhu)下一页上一页与桥路配合使用。桥路平衡时： R2（Rt + r）= R1（R3 + r）桥路设计时，若满足R1=R2 ，则r可完全消去。 只有Rt=R3电桥平衡时才是如此，否则不可能完全消除导线电阻的影响，但会使影响大大减少

27、。7/25/202255共七十二页（2）四线制连接(linji) 用于电压(diny)或电势输入的自动平衡式仪表。电位差计测得U，可得 Rt=U/I导线电阻对测量均无影响。 只要恒流源电流I稳定，此方法不受任何条件的限制，可消除连接导线电阻对测量的影响。无论三线制或四线制，若需准确测量，则返回下一页上一页导线均须由电阻体根部引出。7/25/202256共七十二页2、铠装(ki zhun)热电阻返回(fnhu)上一页结构及特点与铠装热电偶相似。外径为28mm，个别可制成1mm。优点: 外型尺寸小，响应速度快；抗震、可挠，适于 结构复杂部位的测量。7/25/202257共七十二页二、半导体热电阻返

28、回(fnhu)半导体热电阻温度(wnd)系数为：B热敏指数。描述材料物理特性的常数，取决材料 组成及烧结工艺，BRTS 大多数半导体热电阻：T ，此种电阻称负温度系数的NTC型热敏电阻。常用结构正温度系数的PTC型热敏电阻。 还可制成临界型CTR型热敏电阻，负温度系数类型，在某温度范围内阻值急剧下降，灵敏度极高。PTC型和CTR型适用于位式温度传感器；NTC型适作连续测量。温度特性7/25/202258共七十二页普通型热电阻返回(fnhu)7/25/202259共七十二页常用(chn yn)结构及特性返回(fnhu)7/25/202260共七十二页第五章 接触式温度计的安装(nzhung)返回

29、(fnhu)第一节 测温元件的安装 第二节 连接导线的安装7/25/202261共七十二页第一节 测温元件(yunjin)的安装返回(fnhu)一、正确选择测温点 有利于热交换，不应装于死角区域。二、测温元件应与被测介质充分接触1保证足够的插入深度水银温度计应使水银球中心置于管中心线上；双金属温度计插入长度必须大于敏感元件的长度；压力式温度计的温包中心应与管中心线重合；热电偶温度计保护管末端应过管中心线510mm；热电阻温度计的插入深度应为(d保护管直径): 电阻体长度+1520d金属电阻(非金属1015d)无论多粗管道，插入深度=300mm已足够。下一页7/25/202262共七十二页2保证

30、(bozhng)充分的热交换返回(fnhu) 选择测温元件插入深度l 时，还应考虑安装连接头长度H。下一页上一页安装图 测温元件应迎着流向插入，至少与流向成正交, 不得顺流安装。 管径较细时（D80mm）可加扩大管或装在弯头处。 7/25/202263共七十二页返回(fnhu)三、避免热辐射、减少(jinsho)热损失必要时测温点加装防辐射罩或保温层。四、安装应确保正确、安全可靠 上一页 高温下测量的热电偶，尽可能垂直安装。 有压设备上安装必须保证其密封性。7/25/202264共七十二页测温元件(yunjin)管路安装返回(fnhu)7/25/202265共七十二页第二节 连接导线(doxi

31、n)的安装返回(fnhu)一、按照规定的测温元件型号配用相应导线 热电偶补偿导线注意与相应分度号配用，且正、负极性连接正确； 热电阻采用三线制或四线制连接，线路电阻符合显示仪表的要求。二、导线应有良好的绝缘屏蔽三、防止外界机械损伤最好采用架空敷设，也可地下敷设。四、保证环境使用条件7/25/202266共七十二页本篇小结(xioji)一、概述(i sh)测量方法：接触式与非接触式测温。温标：摄氏温标、国际温标二、膨胀式温度计分别为液、气、固体膨胀三大类。三、热电偶温度计基于物体受热体积膨胀性质。热电效应由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。回路中热电势由温差电势和接触电势所组成。 温差电势只与导体材料性质和两端温度有关，接触电势只与两种导体的材料性质和接触点温度有关。返回下一页1.测温原理7/25/202267共七十二页因热电特性(txng)为非线性，则 EAB( t , t0 ) f(t ) - f(t0 )f( t - t0 )产生热电效应的条件：两导体材料(cilio)的电子密度不同； 两连接点的温度不同。热电偶的基本定律中间导体定律: