模块5温与压力检测

模块5温度与压力检测主要内容：单元1热电偶式温度检测单元2热电阻式温度检测单元3电容式压力检测当前1页，总共123页。温度是表征物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。温度不能直接测量，需要借助于被测量或某些材料的物理参数随温度冷热不同而明显变化的特性进行间接测量。压力的物理定义是指垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力。工业生产中许多生产工艺过程经常要求在一定的压力或一定的压力变化范围内进行，这就需要测量或控制压力，以保证工艺过程的正常进行。模块5温度与压力检测

【引导语】

当前2页，总共123页。模块5温度与压力检测

【引导语】

模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！低温高温

温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈当前3页，总共123页。模块5温度与压力检测

【引导语】

乒乓球旋转与大气压力电动式螺旋压力机压力的测量和控制也是安全生产所必需的，它能够及时发现并防止生产设备因过压而引起破坏或爆炸。同时，通过测量压力和压差可以间接地测量温度、液位、流量、密度与成分含量等物理量。当前4页，总共123页。模块5温度与压力检测

【引导语】

井下泵房自动控制压力控制阀当前5页，总共123页。

1．温度的概念（1）温标为了保证温度量值的统一和准确，需建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称为温标。常用温标分为摄氏温标、华氏温标和热力学温标。①摄氏温标瑞典人摄尔塞斯（Celsius）规定了在1个标准大气压下冰的熔点定为零度（0℃），把水的沸点定为100度（100℃），并将两个温度点间划分100等份，每一等份为1摄氏度（1℃），构成了摄氏温标，符号为t，单位符号为℃。

摄氏温标与热力学温度关系：模块5温度与压力检测

【背景知识】

T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃当前6页，总共123页。（1）温标②华氏温标德国人华伦海特（Danie1Fahrenheit）提出了以水和氯化铵融体凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，这两个固定点之间等分为180份，每份为1℉。国际华氏温标的符号为θ，单位符号为℉，其与摄氏温标的关系为：

③热力学温标国际单位制（SI制）中，以热力学温标作为基本温标。它所定义的温度称为热力学温度T，单位为开尔文（K）。热力学温标以水的三相点，即水的固、液、气三态平衡共存时的温度为基本定点，并规定其温度为273.15K。热力学温度也常沿用“绝对温度”的名称。模块5温度与压力检测

【背景知识】

当前7页，总共123页。（1）温标模块5温度与压力检测

【背景知识】

正常体温为37C，相当于华氏温度多少度？当前8页，总共123页。（2）温度测量方法模块5温度与压力检测

【背景知识】

当前9页，总共123页。（2）温度测量方法模块5温度与压力检测

【背景知识】

示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨当前10页，总共123页。（2）温度测量方法模块5温度与压力检测

【背景知识】

示温涂料（变色涂料）CPU散热风扇温度升高后变为红色当前11页，总共123页。（2）温度测量方法模块5温度与压力检测

【背景知识】

体积膨胀式不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。气体的体积与热力学温度成正比当前12页，总共123页。（2）温度测量方法模块5温度与压力检测

【背景知识】

红外温度计当前13页，总共123页。2．压力的概念压力是工业生产中最重要和最普遍的检测量之一。垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。

国际（SI）单位制压力的单位为帕斯卡，符号为Pa，其物理意义为1牛顿的力作用于1平方米的面积上所形成的压强。

通常采用kPa、MPa、巴（bar）等表示压力，另外也有采用标准大气压（atm）、公斤力、毫米汞柱、水柱等表示。模块5温度与压力检测

【背景知识】

1巴（bar）=0.1MPa

=102kPa=105Pa）。1MPa=103kPa=106Pa）1标准大气压=101325Pa1公斤力（kgf/cm2）=98066.5Pa；1毫米水柱（mmH2O）=9.8066Pa。当前14页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题引入】

物体的许多性质和现象都与温度有关，在工农业生产及科学研究中，温度常常需要准确测量和有效控制的重要参数。因此，温度检测技术更是各行业中获得了广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、机械、冶金等重要工业领域中担负着重要的任务。如冶金行业的冶炼炉温度控制、化工反应炉炉温检测控制、轧钢加热炉温度检测控制、热锻温度检测等。工业环境中对温度检测的要求是千差万别的，针对工业环境对温度的具体要求，特别是测量温度较高（500～1600℃）的场合如何选择合适的传感器进行检测是一个很现实的问题。当前15页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

工业环境中检测温度较高场合的测量方法有接触式的热电偶测温和非接触式测温，但最常用温度（500～1600℃）的测量方法还是热电偶式温度检测。1．热电偶的测温原理将两种不同材料的导体构成一闭合回路，若两个接点处温度不同，则回路中会产生电动势，从而形成电流，这个物理现象称为热电势效应，简称热电效应。

自由端（冷端）

工作端（热端）

当前16页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

1．热电偶的测温原理热电效应的本质是热电偶本身吸收了外部的热能，在内部转换为电能的一种物理现象。热电偶的热电动势由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。接触电动势(又称珀尔电动势)是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。温差电动势(又称汤姆逊电动势)是在同一导体中，由于两端温度不同而使导体内高温端的自由电子向低温端扩散形成的电动势。当前17页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

1．热电偶的测温原理k——

玻耳兹曼常数T——

接触面的绝对温度e——

单位电荷量NA——金属电极A的自由电子密度NA——金属电极B的自由电子密度接触电动势：当前18页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

1．热电偶的测温原理δ——汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生的电动势值，与材料的性质有关。温差电动势（汤姆逊电势）：

当前19页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

热电偶回路的主要性质（1）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。

EABC（t，t0）=EAB（t，t0）（C两端接点温度相同）CABtt0当前20页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

中间导体定律应用举例测量液态金属的平均温度金属壁面进行温度测量当前21页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

热电偶回路的主要性质（2）中间温度定律热电偶AB在接点温度为t1、t3时的热电动势，等于热电偶在接点温度为t1、t2和t2、t3时的热电动势总和。

EAB(t1,t3)=EAB(t1,t2)+EAB(t2,t3)

t1t3ABt1t2ABt2t3AB=+当前22页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

热电偶回路的主要性质（3）标准电极定律当工作端和自由端温度为t和t0时，用导体A、B组成热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。或（4）匀质导体定律由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。当前23页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

2．热电偶自由端温度的处理方法热电偶在测温过程中，为了保证输出热电动势仅与被测温度有关，必须保持自由端（冷端）的温度恒定。但在实际使用时，热电偶自由端（冷端）受现场环境等因素影响很难保持恒定不变，因此，必须采取相应的措施对其自由端（冷端）进行处理。

（1）延引电极法（补偿导线法）

温度范围（0℃～100℃）热电特性相近的材料自由端延长，用补偿导线相连当前24页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

（1）延引电极法（补偿导线法）

B′A′屏蔽层保护层补偿导线外形当前25页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

常用热电偶补偿导线的特性配用热电偶正-负补偿导线正-负导线外皮颜色100℃热电势（mV）150℃热电势（mV）20℃时的电阻率(Ω·m)正负铂铑10－铂铜－铜镍①红绿0.645±0.0231.029+0.024-0.055＜0.0484×10-6镍铬－镍硅铜－康铜红蓝4.095±0.156.137±0.20＜0.634×10-6镍铬－考铜镍铬－考铜红黄6.95±0.3010.69±0.38＜1.25×10-6钨铼5－钨铼20铜－铜镍②红蓝1.337±0.045－－当前26页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

【例1】如图为铂铑10－铂（S）热电偶，A′

、B′为补偿导线，温度t1=50℃，t2=0℃，t3=30℃，t0＝0℃。（1）当Uo=936μV时，求被测点温度t。（2）如果A′、B′改为铜导线，此时Uo=810μV，再求温度t。当前27页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

【分析】（1）根据中间导体定律：U2＝U0，而A′、B′为补偿导线，视同热电偶A、B所以EAB(t,t2)＝U2＝U0＝936（μV）∵t2=0℃，∴直接查表可得温度t=138℃（2）根据中间导体定律：U1＝U0EAB(t,t1)＝U1＝U0，根据中间温度定律EAB(t,0℃)＝EAB(t,t1)＋EAB(t1,0℃)

＝U0＋EAB(50℃,0℃)＝1109μV直接查表可得温度t=160

℃当前28页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

（2）自由端（冷端）温度补偿一般热电偶的分度表（温度与热电动势关系的对应数据表格，见附录一和附录二）和根据分度表刻度的显示仪表都是以热电偶的自由端温度等于0℃为条件的。所以在使用时必须遵守这一条件，如果自由端温度不是0℃，尽管被测温度不变，热电动势EAB(t，t0)也将随自由端温度t0而变化。为了消除或补偿由这一因素引入的测量误差，常用以下几种方法。①仪表调零修正法②自由端（冷端）温度自动补偿当前29页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

仪表调零修正法

在t0基本不变的情况下，仪表预先机械调零到t0处，即仪表预先输入E（t0，0℃）则指针指向t0

。指针被预调到室温（40C）可补偿冷端损失

当前30页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

自由端（冷端）温度自动补偿一般采用电桥补偿法：在热电偶回路中串入一个自动补偿的电位差信号来补偿热电势的变化值。E（t，0℃）=E（t，t0）+Uab

热电偶冷端补偿器当前31页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

常用的国产冷端补偿器型号配用热电偶补偿范围(℃)电桥平衡时温度(℃)电源(V)内阻(Ω)功耗(VA)补偿误差（mV）WBC－01铂铑10－铂0～5020～2201＜8±0.045WBC－02镍铬－镍硅(铝)±0.16WBC－03镍铬－考铜±0.18WBC-57-LB铂铑10－铂0～402041＜0.25±(0.015+0.0015Δt)①WBC-57-EU镍铬－镍硅(铝)±(0.04+0.004Δt)WBC-57-EA镍铬－考铜±(0.065+0.0065Δt)①Δt为与20℃之差的温度数值。当前32页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【问题分析】

3．热电偶的安装与使用正确使用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证产品质量。

（1）安装不当引入的误差（2）绝缘变差而引入的误差（3）热惰性引入的误差（4）热阻误差当前33页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

1．热电偶的结构及主要优点热电极绝缘套管保护套管接线盒热电偶外形和结构图当前34页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

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热电偶的结构接线盒引出线套管不锈钢保护管固定螺纹热电偶工作端（热端）当前35页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

主要优点①测量精度高因直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；②测量范围广常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达2800℃（如钨、铼）；③构造简单，使用方便热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。当前36页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

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2．热电偶的分类（1）标准化和非标准化热电偶国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

我国标准化热电偶主要有S、R、B、K、T、J、N、E七种

。常用热电偶测温范围及特点如表所示。名称分度号测温范围（℃）特点铂铑10－铂S0～1600使用温度范围广，性能稳定，精度高，复现性好。但热电势较小，高温下铑易升华，污染铂极，价格贵，一般用于较精密的测温中铂铑30－铂铑6B0～1800使用温度高，范围广，性能稳定，精度高；易在氧化和中性介质中使用；但价格贵，热电动势小，灵敏度低镍铬－镍硅K-200～1300热电动势大，线性好，价廉，但材质较脆，焊接性能及抗辐射性能较差当前37页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

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（2）普通热电偶按固定装置型式分类热电偶对固定装置和技术性能有多种要求，其固定装置分为固定螺纹型、无固定装置型、固定法兰型、活动法兰型和角型。普通热电偶的型式当前38页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

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（3）特殊热电偶按结构方式分类根据热电偶的性能结构方式可分为：可拆卸式热电偶、隔爆式热电偶、铠装热电偶和压弹簧固定式热电偶等特殊用途的热电偶。

普通热电偶外形及结构当前39页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

普通热电偶当前40页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

铠装热电偶铠装型热电偶可长达上百米当前41页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

防爆热电偶当前42页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

3．热电偶温度变送模块将热电偶的有关冷端补偿、信号放大、线性化处理、电压/电流转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路经过集成化处理后直接产生工业标准电流信号，并且与被检测的温度量成线性关系的这样的装置称为热电偶温度变送器。

热电偶温度变送器当前43页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

4．温度二次仪表温度二次仪表是一种工业过程测量和控制仪表，在化学、石化和石油工业，发电、食品、纺织和造纸、冶金工业以及环境保护、空调设备等众多行业得到广泛应用。仪表本身并不能单独测量温度，必须与温度传感器相配、接受其信号才能测量温度，故称作二次仪表。

温度二次仪表外形图当前44页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【知识链接】

4．温度二次仪表温度二次仪表属非电量电测仪表，无论模拟仪表还是数字仪表均可由以下几部分构成：测量电路、信号放大和处理单元、显示单元和供电单元。

温度二次仪表原理框图当前45页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

【案例1】燃气热水器火焰温度测量燃气热水器的使用安全性至关重要。在燃气热水器中设置有防止熄火装置、防止缺氧不完全燃烧装置、防缺水空烧安全装置及过热安全装置等。

当前46页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

打开热水龙头时，自来水压力使燃气分配器中的引火管输气孔在较短的一段时间里与燃气管道接通，喷射出燃气。与此同时高压点火电路发出10～20kV的高电压，通过放电针点燃主燃烧室火焰。热电偶1被烧红，产生正的热电势，使电磁阀线圈得电，燃气改由电磁阀进入主燃室。

燃气热水器防熄火、防缺氧示意图1-燃气进气管；2-引火管；3-高压放电针；4-主燃烧器；5-电磁阀线圈；A1、Bl-热电偶1；A2、B2-热电偶2当前47页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

当外界氧气不足时，主燃烧室不能充分燃烧，火焰变红且上升，在远离火孔的地方燃烧(称为离焰)。热电偶1的温度必然降低，热电势减小，而热电偶2被拉长的火焰加热，产生的热电势与热电偶1产生的热电势反向串联，相互抵消，流过电磁阀线圈的电流小于额定电流，甚至产生反向电流，使电磁阀关闭，起到缺氧保护作用。当启动燃气热水器时，若某种原因无法点燃主燃烧室火焰，由于电磁阀线圈得不到热电偶1提供的电流，处于关闭状态，从而避免了煤气的大量溢出。煤气灶熄火保护装置也采用相似的原理。当前48页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

当前49页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

【案例2】高温气体温度测量

在一般流速下气流与感温元件之间的放热系数α比同样流速下的液体小得多，使得气流与感温元件间换热困难，误差增大。工程上常用抽气式热电偶来达到这一目的。抽气式热电偶示意图l-遮蔽罩；2-热电偶；-节流装置；4-喷嘴当前50页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【应用案例】

工业温度测量

工业热处理温控系统当前51页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【实践项目】

热电偶温度数字仪表的调试1．项目要求熟悉温度测量仪表回路的构成，完成热电偶数字显示仪表的调试工作，掌握万用表在热电偶温度数字显示仪表中的使用。2．设备与工具

DY系列数字显示仪表一台；WRNK分度号K热电隅一支；水银温度计一只；万用表一个；万能信号发生器一台；三蕊电缆、补偿导线K若干长度。3．项目内容图5-12热电隅与数字显示仪表连接图（1）外观技术要求：热电隅外观应良好；标志清晰；接线盒接线无松动、套管无漏点；数字显示仪表外观应良好；标志清晰；无松动、破损；无读数缺陷；仪表示值清晰等。当前52页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【实践项目】

（2）热电隅与数字显示仪表连接。4．操作步骤（1）仪表外观检查按外观技术要求用目力观察。（2）热电隅的测试查看水银温度计温度，对照分度表，得到室温对应的分度号K的电势值；拆开热电隅接线盒，用万用表电阻档测量电隅接线端：电阻等于0，用信号发生器mV档测量热电隅接线端；热电隅电势值约等于室温电势值，则热电隅合格，可用；电阻等于∞，则热电隅已断，不能用。当前53页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【实践项目】

热电隅与数字显示仪表连接图镍铬-镍硅热电隅分度表分度号K温度t／℃0102030405060708090热电隅电势值／μV+003977981203161120222436285032663681100409545084919532757336137653969393387737200813785378938934197451015110560109601138111793当前54页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【实践项目】

（3）热电隅与数字显示仪表连接测试①按原理图和数字显示仪表说明书检查接线线路是否正确。②接线无误，数字显示仪表接通电源，按厂家规定时间预热。③数字显示仪表按说明书设定输入信号为热电隅K，量程范围为0～500℃。④将热电隅放置于少许冷水容器内，慢慢加入热水，观察数字显示仪表的变化。⑤当数字显示仪表温度显示50℃时，停止加入热水，将水银温度计插入容器，观察水银温度计的温度是否与数字显示仪表一致；记下数字显示仪表温度，给数字显示仪表断电，用万用表mV档测量此时热电隅的电势值，与表对照，观察所测得电势值对应的温度是否与数字显示仪表温度一致。当前55页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【实践项目】

⑥给数字显示仪表接通电源，拆开热电隅接线盒，拆掉一根电线，观察此时数字显示仪表显示数值。⑦拆开热电隅接线盒，补偿导线正负极对换，观察此时数字显示仪表显示数值。5．数据处理及思考（1）对实践操作的数据记录和进行处理，对操作中出现现象的分析，得出结论。（2）思考问题：分别用一般电缆和补偿导线作为热电隅与数字显示仪表的连接导线，结果会有什么不同？当前56页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【拓展提高】

1．热电偶的选择选择热电偶要根据使用测量精度、温度范围、使用介质、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合考虑。（1）测量精度和温度测量范围的选择（2）使用介质的选择S型、B型、K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原介质中使用，J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原介质。（3）耐久性及热响应性的选择（4）测量对象的性质和状态对热电偶的选择当前57页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【拓展提高】

2．热电偶常见故障原因及处理当前58页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【拓展提高】

2．热电偶常见故障原因及处理当前59页，总共123页。单元1热电偶式温度检测

【拓展提高】

3．热电偶温度检测故障判断与检查（1）检查：①有温度变送器时是否指示为1～5V直流电压；②无温度变送器时相应热电偶是否为mV信号；③查控制系统的输入接口。若存在问题，调校显示仪表。（2）检查热电偶接线盒：是否进水、短路、锈蚀等。（3）测量mV信号，若存在问题，调校温度变送器。（4）抽出热电偶检查：①保护套管内是否进入工艺介质；②陶瓷绝缘是否损坏。存在问题，则进行处理。（5）检查冷端温度是否变化，冷端温度若变化，调整冷端温度。（6）检查补偿导线是否绝缘、老化，若不绝缘或老化，更换补偿导线。（7）检查工艺因素。当前60页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题引入】

在工业生产中除了中高温区的检测外，还有大量的温度检测在中低温区（-100～600℃），如高分子材料生产、加工与塑形等环节的温度测量、普通化工原料生产过程的温度测量等。中低温区域内选择热电偶进行温度进行检测就不一定合适，通常选择热电阻进行检测更加科学合理。热电阻具有测量精度高、性能稳定、抗振性能好、机械强度高、耐高温耐压性能好、价格便宜等特点，用于医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常广泛。当前61页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题分析】

1．热电阻的测温原理绝大部分金属热电阻阻值是随温度升高而增大的。【例】取一只100W/220V

灯泡，计算得到的额定热态电阻值应为484，而用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆。当前62页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题分析】

材料铂（WZP）铜（WZC）使用温度范围(oC)-200～＋960-50～+150电阻率(Ω·m×10-6)0.0981～0.1060.0170℃～100℃间电阻温度系数平均值(1/℃)0.00392～0.003980.00425～0.00428化学稳定性在氧化性介质中较稳定，不能在还原性介质中使用，尤其在高温情况下超过100℃易氧化特性特性近于线性、性能稳定，精度高线性较好，价格低廉应用可作标准测温装置适于测量低温、无水分、无侵蚀性介质的温度热电阻的主要技术参数当前63页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题分析】

2．热电阻的接线方式（1）二线制在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号。连接导线必然存在引线电阻，其大小与导线材质和长度等因素有关，该方式只适用于引线很短或测量精度较低的场合。（2）三线制在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。（3）四线制在热电阻的根部两端各连接两根导线。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于引线较长的高精度温度检测。当前64页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题分析】

2．热电阻的接线方式采用恒压源供电的热电阻三线制接线法采用恒流源供电的热电阻四线制接线法当前65页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【问题分析】

3．热电阻温度变送器模块将被测温度经热电阻转换为电阻信号，再由热电阻温度变送器模块将其转换为直流标准电流输出信号。热电阻温度变送模块有Pt100，Pt1000，Cu50，Cu100温度传感器配套的4～20mA直流输出模块或0-5V电压输出型模块。温度变送器安装示意图热电阻温度变送器模块当前66页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

热电阻传感器主要用于对温度或和温度有关的参量进行检测。在工业上被广泛用来测量－200℃～+500℃范围内的温度。金属热电阻（热电阻）半导体热电阻（热敏电阻）按性质分类当前67页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

热电阻热敏电阻当前68页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

1．热电阻的结构热电阻温度计有不同的结构形式，如铂电阻通常将铂金属丝绕制成一个自由螺旋形式或绕在一绝缘支架上，根据不同的温度测量范围和不同的应用条件将温度计置入一保护管中，保护管材料可以是玻璃、石英、陶瓷、不锈钢或镍。几种热电阻传感器的结构当前69页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

铜热电阻汽车用水温传感器当前70页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

2．其他热电阻简介（1）防爆热电阻利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外。（2）铠装热电阻铠装热电阻它比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式热电阻无法安装和要求快速反应、微型化等特殊场合。铠装热电阻外保护套采有不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此，铠装热电阻具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。当前71页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

2．其他热电阻简介防爆热电阻当前72页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

2．其他热电阻简介铠装热电阻当前73页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【知识链接】

3．不同型式热电阻的应用场合热套型热电阻适合于蒸汽管道、锅炉等场所；耐磨型热电阻广泛应用于炼钢炼铁、石化、机械制造、玻璃陶瓷、塑料橡胶、酿酒制药、水处理、核工业等行业；防腐型热电阻采用新型防腐材料，适合于各种腐蚀性；卫生型热电阻可测量气体或液体温度，也可以是集成温度变送器，适合牛奶，啤酒，饮料等食品及制药卫生行业应用；插座型热电阻可应用于电站、冶金、轻工、食品、纺织、医疗卫生、科研、农业以及机械行业提供新一代优质产品；防爆型热电阻使用在常伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸气的化工生产现场；铠装型热电阻应用于炼钢炼铁、酿酒制药、轻工纺织、食品、烟草、水处理、火电及核工业等行业。当前74页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【应用案例】

火药燃烧气体温度的测量温度传感器选用Pt100热电阻。为防止燃烧气体损坏传感器，传感器应予以良好的固定并距气体喷口有一定的距离。传感器测试前应进行标定。由振子示波器测得的燃烧气体的温度曲线。燃烧气体温度曲线燃烧气体温度测量原理当前75页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【实践项目】

热电阻温度数字仪表的调试1．项目要求熟悉温度测量仪表回路的构成，完成热电偶数字显示仪表的调试工作，掌握万用表在热电偶温度数字显示仪表中的使用。2．设备与工具

DY系列数字显示仪表一台；WZP-230Pt100热电阻一支；水银温度计一只；万用表一个；万能信号发生器一台；三蕊电缆、补偿导线K若干长度。3．项目内容（1）外观技术要求：热电阻外观应良好；标志清晰；接线盒接线无松动、套管无漏点；数字显示仪表外观应良好；标志清晰；无松动、破损；无读数缺陷；仪表示值清晰等。当前76页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【实践项目】

（2）热电阻与数字显示仪表连接。4．操作步骤（1）仪表外观检查按外观技术要求用目力观察。（2）热电阻的测试①查看水银温度计温度，对照分度表得到室温对应的Pt100电阻值。②拆开电阻体接线盒，用万用表电阻档测量电阻体接线端，电阻体阻值约等于室温电阻值，则电阻体合格，可用；电阻体阻值等于∞，电阻体断路，不可用；电阻体阻值约等于0，电阻体短路，不可用。当前77页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【实践项目】

热电隅与数字显示仪表连接图铂电阻分度表R0=100.00Ω分度号Pt100

温度t／℃

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90热电阻值／Ω+0100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.70100138.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16当前78页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【实践项目】

（3）热电阻与数字显示仪连接测试①按原理图和数字显示仪说明书来检查接线线路是否正确。②确认接线无误时，数字显示仪接通电源，按规定时间预热。③数字显示仪表按说明书设定输入信号为Pt100，量程范围为0～100℃。④将电阻体放置于少许冷水容器内，慢慢加入热水，观察数字显示仪表的变化。⑤当数字显示仪表温度显示50℃时，停止加入热将水银温度计插入容器，观察水银温度计的温度是否与数字显示仪表一致；记下数字显示仪表温度，给数字显示仪表断电，用万用表测量此时电阻体的电阻值，与表对照，观察所测得电阻值对应的温度是否与数字显示仪温度一致。当前79页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【实践项目】

⑥给数字显示仪表接通电源，拆开电阻体接线盒，拆掉一根电线，观察此时数字显示仪表显示数值。⑦给电阻体接好线，在电阻体套管内加入一些冷水，观察此时数字显示仪表显示数值。5．数据处理及思考（1）对实践操作的数据记录和进行处理，对操作中出现现象的分析，得出结论。（2）思考问题：水银温度计指示温度如果与数字显示仪表（配Pt100）温度相差3～5℃，分析造成误差的原因。当前80页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【拓展提高】

1．热电阻的选择①根据测温范围选择：热电阻测量温度范围一般在-200～800℃，一般500℃以下选择热电阻；而热电偶测量温度范围一般在400～1800℃，一般500℃以上选择热电偶。在选择时如果测量温度在200℃左右就应该选择热电阻测量，如果测量温度在600℃就应该选择K型热电偶，如果测量温度在1200～1600℃就应该选择S型或者B型热电偶；②根据测量精度选择：对精度要求较高选择热电阻，对精度要求不高选择热电偶；③根据测量范围选择：热电阻所测量的一般指空间平均温度，热电偶所测量的一般指“点”温。当前81页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【拓展提高】

2．热电阻的安装与使用

（1）应合理选择测点位置，尽量避免在阀门、弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。（2）测量端应迎着介质流向，至少与被测介质流向成90o角，不得已时切勿与被测介质形成顺流，否则易产生测量误差。（3）热电阻应避免热辐射产生的测温误差。在温度较高的场合，应尽量减少被测介质与设备表面间的温度差，必要时，可在感温元件与器壁间加装防辐射罩。（4）安装承受压力的热电阻时，必须保证其密封性，应尽量安装在没有震动或震动很小的地方，同时要便于施工和维护。（5）热电阻接线盒出孔应向下方，以防因密封不良而使水汽、灰尘或脏物等落入接线盒中影响测量。（6）为了减少测量误差，热电阻应该有足够的安装深度。当前82页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【拓展提高】

2．热电阻的安装与使用

插座式热电阻端面热电阻示意图活动法兰式热电阻当前83页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【拓展提高】

2．热电阻的安装与使用

热电阻安装示意图当前84页，总共123页。单元2热电阻式温度检测

【拓展提高】

3．热电阻/热电偶温度变送器举例SBWR/SBWZ系列热电偶/热电阻温度变送器模块，用于DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。采用硅橡胶密封结构，耐震，耐湿、适合在恶劣现场环境中安装使用。特点：①输出4～20mA；②输入端开路指示，冷端温度自动补偿；③精度高、功耗低，使用环境温度范围宽，工作稳定可靠；④可使用ZBT通讯设备和普通计算机；⑤可按用户实际需要调整变送器显示屏的显示方向。SBWR/SBWZ系列热电偶/热电阻温度变送器模块当前85页，总共123页。单元3电容式压力检测

【问题引入】

压力的检测有多种多样，它们分别用于不同场合。为了适应生产过程中压力信号远距离传送和显示的需要，常将弹簧管压力表中附加一些变换装置，把弹簧管自由端的机械位移转换为某些电量的变化，从而构成各种类型压力表，如电阻式、电感式、霍尔式等。但是，这类压力表都是先经弹簧管把压力变化成位移后再转换为电量而进行测量的。所以，它们不能适应快速变化的脉动压力和高真空、超高压等场合下进行测量的需要。电容式、扩散硅式压力检测具有较好的动态特性，可以满足以上要求。当前86页，总共123页。单元3电容式压力检测

【问题分析】

1．电容式传感器基本工作原理及结构形式忽略边缘效应，平行板电容的理想公式为

d——极板间距离；

A

——极板面积；ε——电容极板间介质的介电常数。当前87页，总共123页。单元3电容式压力检测

【问题分析】

1．电容式传感器基本工作原理及结构形式改变d、A、三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。电容声传感器当前88页，总共123页。单元3电容式压力检测

【问题分析】

1．电容式传感器基本工作原理及结构形式几种不同电容式传感器的原理结构图当前89页，总共123页。单元3电容式压力检测

【问题分析】

2．电容式压力变送器结构及原理电容式差压变送器内部结构图1、2、3-电极引线；4-差动电容膜盒座；5-差动电容膜盒；6、15-负、正压侧导压口；7-硅油；8、14-负、正压侧隔离膜片；9、13-负、正压侧基座；10、12-负、正压侧弧形电极；11-传感膜片；16-放气排液螺钉；17-O形密封环；18-插头；19-绝缘层；20-焊接密封当前90页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

1．变换压力的弹性敏感元件当前91页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

1．变换压力的弹性敏感元件当前92页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

1．变换压力的弹性敏感元件波纹膜片波纹膜盒当前93页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

1．变换压力的弹性敏感元件等截面薄板薄壁圆筒和薄壁半球当前94页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

2．电容式传感器的测量转换电路电容式传感器将被测物理量转换为电容变化后，必须采用转换电路将其转换为电压、电流或频率信号。变压器电桥电路当前95页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

2．电容式传感器的测量转换电路调频电路当前96页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

2．电容式传感器的测量转换电路脉冲宽度调制当前97页，总共123页。单元3电容式压力检测

脉冲宽度调制tuAuBuABUFUGUrUrU1-U100000U1U2T1T2ttttuAuBuABUFUGUrUr-U1U1T100000T2U1U2ttttt当前98页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

2．电容式传感器的测量转换电路设R1＝R2＝R，则当前99页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

2．电容式传感器的测量转换电路脉冲调宽电路特点：①消除了非线性；②不需要相敏检波即能获得较大的直流输出；③电路只采用直流电源，不需要频率发生器；④频率对输出无影响；⑤对输出矩形波纯度要求不高。差动脉冲调宽电路R2D1D2ABR1C1C2U0FUrG+-+-QQRS双稳态触发器A2A1当前100页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

3．电容式压力、差压变送器的特点（1）具有高精度、高可靠性，精度均达到0.1％～0.2％；（2）把压力测量元件对温度和静压的特征信号存贮在内部程序存储器（PROM）内，在线测量时能随着温度和静压的变化而自动补偿；（3）应用数字通信技术，能进行远距离设定量程、零位等有关数据；（4）具有自诊断检测功能等。当前101页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类压力测量仪表按工作原理分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。液压式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的。弹性式压力测量仪表是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。负荷式压力测量仪表常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。电测式压力测量仪表是利用金属或半导体的物理特性，直接将压力转换为电压、电流信号或频率信号输出。当前102页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类液柱式压力检测当前103页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类弹性式压力仪表当前104页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类活塞式压力仪表当前105页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类电测式式压力仪表——电阻应变片当前106页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类电测式式压力仪表电涡流压力传感器当前107页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类电测式式压力仪表霍尔式压力检测压电式压力检测当前108页，总共123页。单元3电容式压力检测

【知识链接】

4．压力检测仪表的分类电测式式压力仪表扩散硅压力传感器1一引出线；2一电极；3一扩散电阻引线；4一扩散型应变片5—

单晶硅膜片；6—硅环；7一玻璃粘接剂；8一玻璃基板当前109页，总共123页。单元3电容式压力检测

【应用案例】

1151电容式智能压力变送器利用差压电容原理，对压力参数进行测量。敏感部件设计为微位移形式，采用熔焊形成的全密封球形电极差动电容感压结构，直接测量各种压力变化；可有效地克服由机械内部传递冲击振动带来的影响，具有良好的稳定性。1．主要技术性能（1）测量范围：0～0.12kPa，0～41.37kPa；量程比为l：15（智能型），l：6（普通型）；图5-301151电容式智能压力变送器外形图（2）测量精度：±0.1％（智能型），±0.2％～±0.25％（普通型），±0.5％（微差压）；（3）输出信号：直流电流4～20mA，供电电源：直流电流12～45V。当前110页，总共123页。单元3电容式压力检测

【应用案例】

2．压力（差压）变送器的耐腐蚀和防爆（1）耐腐蚀在1151型、ST3000型、PM10型压力（差压）变送器中，有供用户选择的不同接触介质的材料，以满足用户需要。（2）防爆在工业自动化仪表中，一般只选择两种来满足用户要求：一种是隔爆型（GB3836.2－83），其防爆等级为dⅡBT4；一种是本安型（GB3836.4－83），其防爆等级为iaⅡCT6。1151电容式智能压力变送器外形图当前111页，总共123页。单元3电容式压力检测

【实践项目】

压力变送器的认识与校验1．项目要求通过本项目训练认识各种压力变送器的外形、结构和信号输入、输出的位置，并且掌握压力变送器校验的方法。2．设备与工具