温度测量技术详解课件

第七章温度测量温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力和推力那么重要，但仍有许多难题，如燃气温度、冷却套内的瞬时温度等测温变换器有其独特性，一般不可构成多种传感器测不同的参数，测温变换器一般只识别温度第七章温度测量温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力11、热电偶的原理及基本热点规律A、热电效应：两种不同材料的导体两端结合在一起构成闭合回路时，若两端处于不同的温度，在回路中便产生了热电势，电势大小EAB=f(T1)-f(T2)，与材料和T1、T2有关系，而与直径大小、长短、沿导线的温度分布无关。注意：EAB是两点温度的函数，而不是两点温度差的函数。1、热电偶的原理及基本热点规律2温度测量技术详解课件3一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在一个标准温度下，称之为自由端（冷端）。热电势的函数关系一般用表格给出。一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在4B、热电偶的基本规律i）均质电路规律由单一均匀的材料构成的闭合回路中，单由加热作用不能产生热电势，用它可检验热电材料的均匀性加热不产生电势：材料均匀加热产生电势：材料不均匀，不能作为热电材料B、热电偶的基本规律5ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四种金属材料，只要插入材料的两端温度相同，则对回路热电势没有影响。因这一规律，在热电偶中接入串联导线及仪表，只要T3=T4（对a）或T2=T3（对b），不影响热电势大小。对图b若T2‡T3，图a若T3‡T4，则不能用，否则会产生附加电势。ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四6iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电偶，其接点温度分别为T1、T2。所产生的热电势等于同一热电偶一接点温度为T1，另一接点温度为T3的热电势与一接点温度为T3，另一接点温度为T2的热电势之代数和：EAB(T1,T2)=EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电7这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时计算热电势，热电偶的热电势数据表是以自由端为0C给出的，若实测环境下自由端的温度不是0C，可由此规律计算热电势。如：镍铬合金—镍铝热电偶：工作端400C，自由端0C，热电势16.4mV，工作端45C，自由端0C，热电势1.82mV，问工作端400C，自由端45C的热电势？这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时计算热电势，热电偶8iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势等于由材料A与C组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势与由材料C与B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势之代数和。iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两9例：t1=100C，t2=0C铜（A）+铂（C）EAC=0.75mV康铜（B）+铂（C）EBC=-3.5mV则：EAB（t1,t2）=EAC（t1,t2）+ECB（t1,t2）=0.75+3.5=4.25mV在选配热电偶材料时，查看各种材料与铂组成热电偶时的热电偶。计算所选的热电极材料产生的热电势作参考。若想得到较高的热电势输出，选与铂配时，一个为正，一个为负。例：t1=100C，t2=0C10C、热电偶的组成与选用：一般按被测温度范围选择热电偶低于1100C，用普通材料，如镍铬-镍硅，1100-1600C，用贵金属，如铂铑-铂，大于大于1600C，用耐热合金，如钨-铼。选择要求：a热电性能稳定，不随时间变化

b价格合理，能准确复制，便于互换

c导电性好，材料本身电阻温度系数小

d热电势大，并且线性关系好

e适合所测温度一般来说以上要求难以全部满足C、热电偶的组成与选用：11常用的热电偶：a镍铬-镍铝热电偶：工业上多用，长期使用1000C，短期可达1300Cb铜-康铜热电偶：易自制、线性好，用于400C以下，长期300C，短期可达500Cc镍铬-考铜热电偶：长期使用600C，短期可达800Cd铂铑-铂热电偶：1300-1600Ce钨铼热电偶：长期使用2000C，短期可达2800C常用的热电偶：12D、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很小（mV级），热电偶本身及导线有电阻，不能用于普通电压表测量，一般用毫伏计或电位差计1）毫伏计：D、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很13所示电压：一般这种仪表都规定值为多少。使用时必须满足。温度测量技术详解课件14延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在热电偶冷端为0C的条件下度数，一般实际的冷端不是0C，可改变Rt大小，使电桥输出相当于fab(t2,t0)。一般热电偶可用本身材料延伸到远离的地方，但对于贵金属或工业上的标准产品，要用延伸电极。要求：延伸电极在可能温度范围内（0-100C）与主热电偶性能一致。如：对铂铑-铂，使用铜-铜镍在0-100内0.64mV，与主热电偶相同。延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在热电偶冷端为0C152）电位差计：可测量、标定、核准热电偶基于电压平衡原理基本电路如下：2）电位差计：16R1：调节电流大小R2：标准电阻R：读数电阻，S：换向开关EP：辅助电阻，ES：标准电源G：光电检流计，Et：被测热电势电路分为三个回路：（1）EP—R1—R2—R—S1（2）ES—R2—G—S2(n)—ES（3）Et—R`—G—S2(m)—Et第（1）回路产生I，第（2）、第（3）回路不同时接通。R1：调节电流大小17i）合S1，S2—n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I=ES/R2（为标定工作电流）ii）S2—m，调R，使G=0，则R`I=Et=ESR`/R2（求出Et），其中ES和R2精密定值，R`按电位差值刻度读出，故称电位差计由于G=0，则第（3）回路中无电流，所测为电势值，不受热电偶电阻影响。i）合S1，S2—n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I182、电阻温度变换器—电阻温度计原理：金属或半导体电阻随温度变化的特性Rt=R0(1+αt)，

R0：0C时的电阻值，

α：电阻温度系数，t：t上升，金属电阻升高，半导体电阻低2、电阻温度变换器—电阻温度计19可测-200C到+500C的温度范围结构：极细的金属丝绕在骨架上，体积较大，测平均温度，希望温度系数α大，所以采用纯金属，

如铜：0.425%/C，镍：0.66%/C，铂：0.39%/C

可测-200C到+500C的温度范围201）铜电阻温度计：R0=53Ω，α=0.425%/C

，用0.1mm绝缘铜丝双线绕在骨架上，大约32cm长，外加防护套管。R100/R0=1.4280±0.00201）铜电阻温度计：R0=53Ω，α=0.425%/C21优点：a）电阻与温度成线性关系b）电阻温度系数高c）容易提纯，价格便宜缺点：体积大优点：222）铂电阻温度计：用0.03-0.05mm铂丝绕在平板云母骨架上R0=10、25、46、100Ωa)铂电阻大、丝短、体积小b)精度与纯度有关，温度系也较大工业：R100/R0≥1.389实验室：R100/R0≥1.3922）铂电阻温度计：233）半导体热敏电阻：某些金属氧化物（镁、镍、锰）按一定比例混合后烧结成棒、球形等形状用作热敏电阻，原理：半导体电阻随温度升高而降低的特性

α=(dR/R)/dt=-B/T2RT=RT0eB(1/T-1/T0)B（在一定温度范围内）为常数，T为绝对温度值3）半导体热敏电阻：24特点：a)α比纯金属大8-10倍，灵敏度高b)比电阻大，可以做得很小c)负温度系数d)误差大，重复性不好，复制性差一般用来感受微小温度差和温度变化，可达0.001C特点：254）电阻的测量：因电阻是温度的函数，确定电阻后可得温度值测电阻的方法：P99、100a不平衡电桥b平衡电桥自己看！4）电阻的测量：263、其它测温方法：温度—压力——气动式测量温度—变形——力、材料法、双金属片温度—热辐射法4、温标：温度数值的表示方法摄氏华氏热力学温标国际实用温标（IPTS-68）P81、82自己看！3、其它测温方法：275、热电偶的安装（壁温）：1）良好贴合2）贴壁敷设一段减小热传导损失加防护措施5、热电偶的安装（壁温）：28问题：1）若冷端不是0C，该如何计算热电势？Et=Ei+E0，E0：工作端t0，冷端0C的电势，Ei：工作端t1，自由端t0的电势问题：292）如何标定（难以用温度场直接标定）？采用实体标定，若用电流型记录仪表，电流在线形成压降，可用mV数标。把热电偶的两端同时放入恒温区，没有热电势产生接入一个RS，调整RP使RS上产生一定电位差，代替热电势，利用电势表分档标出温度值工作时把标定电源和电位差计拆掉，记录的电流可代表温度（与标定相比较）2）如何标定（难以用温度场直接标定）？30或在RS处不接RS而直接接恒压标准源标定对高阻抗仪表可以用恒压源输入相应的mV数作温度刻度6、非接触测温：光学测温法或在RS处不接RS而直接接恒压标准源标定31第七章温度测量温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力和推力那么重要，但仍有许多难题，如燃气温度、冷却套内的瞬时温度等测温变换器有其独特性，一般不可构成多种传感器测不同的参数，测温变换器一般只识别温度第七章温度测量温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力321、热电偶的原理及基本热点规律A、热电效应：两种不同材料的导体两端结合在一起构成闭合回路时，若两端处于不同的温度，在回路中便产生了热电势，电势大小EAB=f(T1)-f(T2)，与材料和T1、T2有关系，而与直径大小、长短、沿导线的温度分布无关。注意：EAB是两点温度的函数，而不是两点温度差的函数。1、热电偶的原理及基本热点规律33温度测量技术详解课件34一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在一个标准温度下，称之为自由端（冷端）。热电势的函数关系一般用表格给出。一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在35B、热电偶的基本规律i）均质电路规律由单一均匀的材料构成的闭合回路中，单由加热作用不能产生热电势，用它可检验热电材料的均匀性加热不产生电势：材料均匀加热产生电势：材料不均匀，不能作为热电材料B、热电偶的基本规律36ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四种金属材料，只要插入材料的两端温度相同，则对回路热电势没有影响。因这一规律，在热电偶中接入串联导线及仪表，只要T3=T4（对a）或T2=T3（对b），不影响热电势大小。对图b若T2‡T3，图a若T3‡T4，则不能用，否则会产生附加电势。ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四37iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电偶，其接点温度分别为T1、T2。所产生的热电势等于同一热电偶一接点温度为T1，另一接点温度为T3的热电势与一接点温度为T3，另一接点温度为T2的热电势之代数和：EAB(T1,T2)=EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电38这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时计算热电势，热电偶的热电势数据表是以自由端为0C给出的，若实测环境下自由端的温度不是0C，可由此规律计算热电势。如：镍铬合金—镍铝热电偶：工作端400C，自由端0C，热电势16.4mV，工作端45C，自由端0C，热电势1.82mV，问工作端400C，自由端45C的热电势？这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时计算热电势，热电偶39iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势等于由材料A与C组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势与由材料C与B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势之代数和。iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两40例：t1=100C，t2=0C铜（A）+铂（C）EAC=0.75mV康铜（B）+铂（C）EBC=-3.5mV则：EAB（t1,t2）=EAC（t1,t2）+ECB（t1,t2）=0.75+3.5=4.25mV在选配热电偶材料时，查看各种材料与铂组成热电偶时的热电偶。计算所选的热电极材料产生的热电势作参考。若想得到较高的热电势输出，选与铂配时，一个为正，一个为负。例：t1=100C，t2=0C41C、热电偶的组成与选用：一般按被测温度范围选择热电偶低于1100C，用普通材料，如镍铬-镍硅，1100-1600C，用贵金属，如铂铑-铂，大于大于1600C，用耐热合金，如钨-铼。选择要求：a热电性能稳定，不随时间变化

b价格合理，能准确复制，便于互换

c导电性好，材料本身电阻温度系数小

d热电势大，并且线性关系好

e适合所测温度一般来说以上要求难以全部满足C、热电偶的组成与选用：42常用的热电偶：a镍铬-镍铝热电偶：工业上多用，长期使用1000C，短期可达1300Cb铜-康铜热电偶：易自制、线性好，用于400C以下，长期300C，短期可达500Cc镍铬-考铜热电偶：长期使用600C，短期可达800Cd铂铑-铂热电偶：1300-1600Ce钨铼热电偶：长期使用2000C，短期可达2800C常用的热电偶：43D、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很小（mV级），热电偶本身及导线有电阻，不能用于普通电压表测量，一般用毫伏计或电位差计1）毫伏计：D、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很44所示电压：一般这种仪表都规定值为多少。使用时必须满足。温度测量技术详解课件45延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在热电偶冷端为0C的条件下度数，一般实际的冷端不是0C，可改变Rt大小，使电桥输出相当于fab(t2,t0)。一般热电偶可用本身材料延伸到远离的地方，但对于贵金属或工业上的标准产品，要用延伸电极。要求：延伸电极在可能温度范围内（0-100C）与主热电偶性能一致。如：对铂铑-铂，使用铜-铜镍在0-100内0.64mV，与主热电偶相同。延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在热电偶冷端为0C462）电位差计：可测量、标定、核准热电偶基于电压平衡原理基本电路如下：2）电位差计：47R1：调节电流大小R2：标准电阻R：读数电阻，S：换向开关EP：辅助电阻，ES：标准电源G：光电检流计，Et：被测热电势电路分为三个回路：（1）EP—R1—R2—R—S1（2）ES—R2—G—S2(n)—ES（3）Et—R`—G—S2(m)—Et第（1）回路产生I，第（2）、第（3）回路不同时接通。R1：调节电流大小48i）合S1，S2—n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I=ES/R2（为标定工作电流）ii）S2—m，调R，使G=0，则R`I=Et=ESR`/R2（求出Et），其中ES和R2精密定值，R`按电位差值刻度读出，故称电位差计由于G=0，则第（3）回路中无电流，所测为电势值，不受热电偶电阻影响。i）合S1，S2—n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I492、电阻温度变换器—电阻温度计原理：金属或半导体电阻随温度变化的特性Rt=R0(1+αt)，

R0：0C时的电阻值，

α：电阻温度系数，t：t上升，金属电阻升高，半导体电阻低2、电阻温度变换器—电阻温度计50可测-200C到+500C的温度范围结构：极细的金属丝绕在骨架上，体积较大，测平均温度，希望温度系数α大，所以采用纯金属，

如铜：0.425%/C，镍：0.66%/C，铂：0.39%/C

可测-200C到+500C的温度范围511）铜电阻温度计：R0=53Ω，α=0.425%/C

，用0.1mm绝缘铜丝双线绕在骨架上，大约32cm长，外加防护套管。R100/R0=1.4280±0.00201）铜电阻温度计：R0=53Ω，α=0.425%/C52优点：a）电阻与温度成线性关系b）电阻温度系数高c）容易提纯，价格便宜缺点：体积大优点：532）铂电阻温度计：用0.03-0.05mm铂丝绕在平板云母骨架上R0=10、25、46、100Ωa)铂电阻大、丝短、体积小b)精度与纯度有关，温度系也较大工业：R100/R0≥1.389实验室：R100/R0≥1.3922）铂电阻温度计：543）半导体热敏电阻：