安全检测第四章

4.1

温度检测与仪表接触式测温：热膨胀式、热电偶、热电阻非接触式测温：红外、光电示温涂料（变色涂料）：装满热水后图案清晰可辨1热膨胀式温度传感器一.

热电偶测温原理1、热电效应：两种不同材料的金属导体A、B组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。ABT热端T0冷端

热电偶回路热电极EAB(T,T0)（热电势）2热电偶传感器热电偶测温系统示意图T0T0ABTEAB(T,T0)（热电势）2、热电势产生的原因原因有两个接触电势：温差电势：由于自由电子密度不同而形成（不同导体之间）两端温度不同而形成（同一导体内）取决于温度和两个导体之间的差异取决于两端温差和导体的特性ABTT0EA(T,T0)EB(T,T0)EAB(T)EAB(T0)回路总电势：两热电极相同时，总电动势为0结论：问题：需要满足什么条件，才能产生热电势？影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关两接点温度相同时，总电动势为0对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，EAB(T0，0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即EAB(T,T0)=EAB(T，0)－c=f(T)可见：只要测出EAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。3、热电偶的分度表S型(铂铑10-铂)热电偶分度表4、热电偶的基本定律例1：用分度号为S的热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=0℃，测得热电势EAB（t，0℃

）为2.506mV,求加热炉温度。例2：用分度号为S的热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=20℃，测得热电势EAB（t，20℃

）为2.579mv,求加热炉温度。

中间温度定律证明：意义：利用分度表可解决冷端不为0°C的问题。

中间导体定律TABT0T0CCBT1T1AACCTT0(a)(b)

在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势，允许采用任意方法焊接热电偶。二.热电偶的种类与结构(1)铂铑10-铂热电偶

这种热电偶分度号为“S”。其特点是热电性能稳定，精度高。常用作标准热电偶或用于高温测量。（2）镍铬-镍硅热电偶

这种热电偶分度号为“K”。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。（3）镍铬-康铜热电偶

这种热电偶分度号为“E”。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。1、常用热电偶2、结构型式普通型热电偶

优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。铠装型热电偶薄膜热电偶

特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。三.热电偶冷端温度补偿冷端温度补偿的目的消除冷端温度变化的影响消除不为0°C的影响补偿方法补偿导线：冷端温度校正法：冰浴法：补偿电桥法：延伸热电极，将冷端移动到新的位置（恒温仪表室）。利用中间温度定律进行修正。冷端0°C恒温法工业上常用的一种冷端自动补偿法mVABT铜导线铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0仪表补偿导线冰浴法补偿电桥法初始温度：电桥平衡如果温度升高，减小；增大，即增大，实现补偿。反之亦然TECD（T,T0）CD

XT-WBC热电偶冷端补偿器工作原理：利用导体的电阻值随温度变化而变化。热电阻的温度特性：电阻随温度升高而增大。4.2热电阻一、热电阻电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；作为热电阻的材料要求：电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；常用热电阻

铂热电阻

其物理、化学性质非常稳定，且易提纯。线性度好，复现性好，主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。

铂电阻的精度与铂的提纯程度有关。

国内统一设计的工业用标准铂电阻，R0分为10Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt10和Pt100。铜热电阻应用：测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：―50～150℃优点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜。缺点：易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50Ω和100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100。普通工业用热电阻式温度传感器铜热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图

热电阻的测量电路实际的问题：导线的电阻会串入热电阻中，造成测量误差。解决的方法：三线制接法。R1R3R2RtEACDrrrμA作业：请任意选择一种家用产品说明其中的温度控制原理。非接触式测温任何物体，其温度超过绝对零度，都会以电磁波的形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部带电粒子在分子和原子内振动产生的，其中与物体本身温度有关传播热能的那部分辐射，称为热辐射。能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。1、从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大非接触式测温的特点：2、不需要与被测物体等温，因此响应速度快，通常2～3s3、需考虑现场环境条件的影响，如水蒸气、烟雾、一氧化碳、二氧化碳等。4.2

压力检测与仪表1、绝对压力：作用于物体表面上的全部压力。2、大气压力3、相对压力：绝对压力与大气压力之差，又称表压。4、差压：任意两个压力之差液柱式压力表压力仪表的分类弹性元件式压力表负荷式压力表电测式压力表按精度等级分一般压力表：1级、1.5级、2.5级和4级精密压力表：0.4级、0.25级、0.16级、0.1级和0.05级U形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。 液柱式压力计单管压力计

由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。

弹性式压力计优点：结构紧凑、精确度较高，测量范围广、使用方便。缺点：使用期间必须经常检验，不宜测定频率较高的脉动压力。F弹性元件△X传感器电量（？）F传感器电量（？）

电测式压力计1.应变式压力传感器应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应变化。应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。2.压电式压力传感器压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。压电材料：单晶体、多晶体特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广q=d11F=d11ma3.电容式压力传感器4.电感式压力传感器5.霍尔式压力传感器压力仪表的选用1.仪表量程的选择被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3优先满足最大工作压力条件特殊用途压力表被测介质油漆颜色被测介质油漆颜色H2深绿色cl2褐色乙炔C2H2白色氨黄色燃料气红色氧气天蓝色2.仪表种类和型号的选择第四节物位检测与仪表一、浮力式液位仪表利用液体浮力原理来测量液位的方法通常分为两种类型：恒浮力式液位仪表，通过浮子随液位升降的位移反映液位变化；变浮力式液位仪表，通过液面升降对浮筒所受浮力的改变反映液位。（一）恒浮力式液位计利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位测量示意图

测量原理一般只能就地显示（二）变浮力式液位计（三）磁性浮子式液位计二、压力式液位仪表

通过液柱静压的方法对液位进行测量的。压力表