温度检测及仪表分析课件

2023/6/8检测仪表温度检测及仪表2023/6/8检测仪表

本节主要内容一、膨胀式温度计二、压力式温度计四、热电偶温度计三、辐射式温度计五、热电阻温度计2023/6/8检测仪表温度计的分类温度测量范围甚广，有的处于接近绝对零度的低温，有的要在几千度的高温下进行，这样宽的测量范围，需要各种不同的测温方法和测温仪表。

按测量方式分为接触式和非接触式按工作原理分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计。2023/6/8检测仪表1．接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对象的温度。优点：直观、可靠。缺点：①存在负载效应，②受到测量条件的限制，不能充分接触，使检测元件温度与被测对象温度不一致。③热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。（动态误差）2．非接触法测温：检测部分与被测对象不直接接触，所以不破坏原有温度场。通常用来测量1000℃以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。2023/6/8检测仪表防爆热电阻温度传感器2023/6/8检测仪表室外温度传感器装配式热电偶2023/6/8检测仪表一、膨胀式温度计膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质制成的，测温敏感元件在受热后尺寸或体积发生变化，采取一些简便方法，测出它的尺寸或体积变化的大小。分类：液体膨胀式、固体膨胀式2023/6/8检测仪表（一）工作原理利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分。液体可为：水银、酒精、甲苯等。当温度超过300℃时，应采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃。一、玻璃管温度计42023/6/8检测仪表（二）结构与类型棒式玻璃温度计内标式玻璃温度计电接点式温度计2023/6/8检测仪表利用水银的热胀冷缩和水银的导电性。功能:(1）指示温度，（2）恒温自动控制。

电接点式温度计2023/6/8检测仪表2023/6/8检测仪表玻璃棒温度计2023/6/8检测仪表（三）误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应。（2）温度计插入深度不够将引起误差，（3）非线性误差（4）工作液的迟滞性（5）读数误差2023/6/8检测仪表液柱应全部浸入被测介质中。若只有部分液柱被浸没时，应对指示值进行修正。某水银温度测量水温为90℃，插入处刻度为10℃，环境温度为10℃，则测量误差为-1.024℃n:露出液体部分所占的刻度数，:工作液体对玻璃的相对体膨胀系数（汞0.00016，洒精0.000103），t:温度计的示值，ta:露出液柱部分所处的环境温度2023/6/8检测仪表水银温度计的特点

（1）水银不易氧化；（2）不沾玻璃；（3）易提纯；（4）能在很大温度范围内（-36~365℃）保持液态；（5）特别是在200℃以下它的体积膨胀与温度几乎呈线性关系。2023/6/8检测仪表玻璃管液体温度计使用注意事项（1）温度计与被测介质应接触足够长的时间，以使温度计与被测介质达到热平衡。（2）

读数时，视线应与标尽垂直，并与液柱于同一水平面上，手持温度计顶端的小耳环，不可触摸标尺。（3）全浸温度计感温液部分全部浸入被测介质。（4）不应有断柱、气泡等产生。（5）要定期检定。2023/6/8检测仪表二.固体膨胀式温度计工作原理

利用固体受热膨胀原理制成的温度计1.杆式温度计

利用固体（一般采用膨胀系数较大的金属）材料构成2023/6/8检测仪表2双金属温度计它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固地结合在一起制成。可作温度继电控制、极值温度控制信号固定端自由端2023/6/8检测仪表双金属温度计2023/6/8检测仪表（一）工作原理与结构形式1原理

压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化来测温；2分类按所充物质相态分充气式、充液式、蒸发式按功能分：指示式、记录式、报警式和温度调节式等二、压力式温度计2023/6/8检测仪表利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行测量。温包：传热、容纳膨胀介质；毛细管：传递压力；弹簧管：显示压力（温度）。抗震压力表3组成

温包、毛细管、感压元件（弹簧管、波纹管等）2023/6/8检测仪表（二）使用方法与特点对毛细管采取保护措施，防止损坏；注意安装方式与位置对精度的影响。特点：结构简单，价格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。2023/6/8检测仪表河北凯瑞贺仪表厂压力式温度计2023/6/8检测仪表三、辐射式温度计

通过特定波长光波的强度或热辐射强度来确定光源温度。

辐射式温度计：测定热辐射强度；

光学温度计：采用光学分频法，测定不同频率光波的强度比值；

比色法温度计：直接通过可见光颜色的对比，确定光源温度。

辐射式温度计，通常用于测量高温条件，特别是光学温度计和比色温度计需要利用物体在高温下发射的可见光进行检测。2023/6/8检测仪表携带式红外辐射温度计IR-TAFluke60系列手持式红外温度计2023/6/8检测仪表四、热电偶温度计

根据热电现象制成的测温仪表

。测量范围广，结构简单，使用方便，精度高，便于信号的远传、自动记录和集中控制。ABCC一、特点二、组成热电偶测量仪表导线感温元件为热电偶

热端

冷端

冷端

热电极

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三、热电偶测量原理AB1eAB(t0)21ABB2t0t0eAB(t)热电现象

取两根不同材料的金属导线A和B,如上图将两端焊在一起，这样就组成了一个闭合回路。将接点1处加热，使其温度t高于接点2处的温度t0，那么在此回路中就有电势产生，如果将金属B断开，在回路中串联一只直流毫伏计，如上图右，就可看到毫伏计中有电势指示，这就是热电现象。2023/6/8检测仪表

不同金属具有不同的电子密度；两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场—热电现象；电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；电场强度仅仅与金属A、B的材料及接触面温度t有关。++--扩散作用电场作用金属A金属B热电势（eAB)金属A金属B++--平衡时eAB2023/6/8检测仪表测量原理E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

AB

++-eAB(t)+-+-R2eAB(t)eAB(t0)R1等效电路图R1----热电极A的等效电阻R2----热电极B的等效电阻eAB(t)---1点的热电势eAB(t0)---2点的热电势21eAB(t0)2023/6/8检测仪表E(t、t0)=eAB(t)-eAB(t0)

当A、B材料固定时，E(t、t0)=f(t)-f(t0)当A、B材料固定，且2点恒定时，E(t、t0)=f(t)当A、B材料相同时，E(t、t0)=0当t=t0，E(t、t0)=0注意

2023/6/8检测仪表实用价值：可在热电偶回路中接入连接导线和测量仪表。可采用分立的热电偶测量固态金属表面温度和液态金属温度。

在热电偶回路中引入第三种导体，只要第三种导体两端的温度相同，则此第三种导体的引入不会影响热电偶的热电势。tt0t0ABCt0t0tt0t0tt四、插入第三根导线的问题2023/6/8检测仪表热电势及热电势率要大。热电势与温度间的关系最好为线性或近似线性的单值函数关系。物理化学性质要稳定。要有高的电导率、小的电阻温度系数及小的导热系数。复制性要好。材料组织要均匀，具有良好的韧性，焊接性能好，以便热电偶的制作。资源要丰富，价格要低廉。五、热电偶的种类热电偶的材质要求2023/6/8检测仪表标准化热电偶是指工艺较成熟，能成批生产，性能优良，应用广泛并已列入工业标准文件中的几种热电偶。同一型号的标准化热电偶可以互换，并具有统一的分度表，使用很方便，且有与其配套的显示仪表可供使用。2023/6/8检测仪表八种国际通用热电偶：

B:铂铑30—铂铑6R:铂铑13—铂、

S:铂铑10—铂K:镍铬—镍硅、

N:镍铬硅—镍硅E:镍铬—铜镍、

J:铁—铜镍T:铜—铜镍

用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝2023/6/8检测仪表几种常用热电偶的测温范围及适应介质

分度号

名称

测量温度范围

适应介质B铂铑30－铂铑6300～1600C氧化及中性介质S铂铑10—铂-20～1300C-----------K镍铬－镍铬(铝)-50～1000C还原性介质E镍铬－铜镍(康铜)－40～800C还原性或中性介质2023/6/8检测仪表几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析

哪几种热电偶的测温上限较高？结论：哪几种热电偶的线性较差？

哪一种热电偶的灵敏度较高？

哪一种热电偶的灵敏度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？2023/6/8检测仪表六、分度表

如果能使冷端温度t0

固定，则总的热电势就只与温度t成单值函数关系E(t、t0)=f(t)分度表-----热电势与热端温度之间关系列成表格注：热电势与热端温度之间关系是非线性2023/6/8检测仪表例1：热电偶分度表的用法？例如：查表求E型E（1023，0）E（1020，0）=9.816E（1023，0）=？E（1030，0）=9.932102010231030练习：查表训练计算K型E（966，0）=？E型E（t，0）=7,1835

mV，求t=?E（1023，0）=9.8508mV解:2023/6/8检测仪表

为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。

1.普通型热电偶3、表面型热电偶

2.铠装热电偶4、快速热电偶七、热电偶结构2023/6/8检测仪表热电极工作部分绝缘子防止电极与电极、套管短路保护套管保护接线盒热电极绝缘子保护套管接线盒1.普通型热电偶2023/6/8检测仪表接线盒引出线套管

固定螺纹

（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）

不锈钢保护管

2023/6/8检测仪表普通装配型热电偶的外形安装螺纹2023/6/8检测仪表2.凯装热电偶结构：热电极，绝缘材料，保护套管特点：测量端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐振动，寿命长，适用各种工业测量。2023/6/8检测仪表手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶2023/6/8检测仪表铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）

BA绝缘材料铠装型热电偶横截面2023/6/8检测仪表3.表面型热电偶利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基座上制成的薄膜热电偶。特点响应快，时间常数小，可作温度变化的动态测量。2023/6/8检测仪表SWK-2表面温度计

具有数字显示、读数直观、精度高、操作简单之特点。数显仪内设有热电偶冷端自动补偿电路，开机测量，无需调整。MXM1310表面温度计1310数字温度计是一起具有较高性能的温度计，配用Ｋ分度热电偶。采用反馈式线性补偿电路，测量精度高，测量范围宽。2023/6/8检测仪表4.快速热电偶主要由测温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合成一整体，不可拆卸，故为一次性使用。测量高温熔融物体的一种专用热电偶。用于测量钢水及高温熔融金属的温度。

2023/6/8检测仪表八、补偿导线

问题引出---热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响---热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响解决方法---把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费---选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线功能其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本。补偿导线E(t、t0)=f(t)2023/6/8检测仪表●

不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同●连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应●补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测量带来误差。

使用补偿导线注意问题补偿导线2023/6/8检测仪表

工业上常用各种热电偶的热电势-温度的关系（分度表）是在冷端温度为0℃的情况下得到的，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。九、冷端温度补偿问题引出

解决方法0℃恒温法

冷端温度修正法

仪表机械零点调整法

补偿电桥法

2023/6/8检测仪表

1、0℃恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用2023/6/8检测仪表2、冷端温度修正法

设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为t修正公式测量得出的热电势

冷端t0的热电势被测温度t的热电势适用于实验室或临时性测量。2023/6/8检测仪表例用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势为7.32mv，求被测对象的实际温度t。2023/6/8检测仪表例用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势为7.32mv，求被测对象的实际温度t。解由分度表查得E(20,0)=0.113mv则E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv

再查分度表得其对应的被测温度t=808℃2023/6/8检测仪表

3、仪表机械零点调整法

将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0,0)。此种方法比较简单，在工业上经常使用。2023/6/8检测仪表4、补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化值。根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥

原理2023/6/8检测仪表3.补偿电桥法利用电桥不平衡原理，桥臂热电阻随温度变化，产生补偿电压V2023/6/8检测仪表具体实现方法r1=r2=r3=1

与温度无关热电阻20℃，rCU=1Ω，Vab=0；环境不等于20℃，电桥失去平衡，产生电势Vab与E(Tn,T0)相等，叠加补偿电桥又叫毫伏发生器使用时，注意零点是20℃2023/6/8检测仪表注意补偿温度的起点

在20℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20℃

在0℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0℃补偿是相对的，因此有一定误差2023/6/8检测仪表

单点测温线路两点温差测量线路同向串联线路并联线路方法十、热电偶常用测温线路2023/6/8检测仪表

(1)单点测温线路如果所用仪表为动圈仪表，则补偿导线电阻应尽量小，而在用变送器和电位差计时，可不受补偿导线尺寸的影响。2023/6/8检测仪表将两支同型号的热电偶反接起来,可以测量两点的温差。t1t0t2t0E反向=E(t1,t0)-E(t2,t0)(2)两点温差测量线路注意：两支热电偶的特性曲线必须相同且成线性。2023/6/8检测仪表tt0tt0（3）同向串联线路两支同型号热电偶的串联，此时输入给仪表的电势信号为各支热电偶热电势的总和。作这种连接时，各支热电偶必须用补偿导线引至冷端。若将多支热电偶的测量端置于同一测量点上可大大提高灵敏度。这也正是热电堆的测温原理。E同向=E(t,t0)+E(t,t0)=2E(t,t0)应用：多支热电偶串联，可以测量各支热电偶产生热电势之和，提高灵敏度，是制成热电堆的理论基础。2023/6/8检测仪表（4）并联线路三支同型号的热电偶的并联路线，此时输入到显示仪表的电势值为三支热电偶输入热电势的平均值，如果三支热电偶均工作在特性曲线的线性部分，则E值就代表了各点温度的算术平均值。注意：只有三支热电偶均工作在特性曲线的线性部分才能测出三点平均温度。并且，每个热电偶要串联一个大电阻。t1t0t2t0t3t02023/6/8检测仪表1.补偿导线与热电偶的热电特性不完全相同带来的误差2.冷端温度变化引起的误差3.热电极变质产生的误差4.绝缘不良引起的误差5.二次仪表的基本误差十一、热电偶测量误差2023/6/8检测仪表五、热电阻温度计一、热电阻温度计组成1、热电阻2、显示仪表3、连接导线2023/6/8检测仪表二、热电阻温度计特点输出信号大，测量精确；能够进行信号远传、自动记录和实现多点测量。适用于中低温测量。2023/6/8检测仪表TRt铂电阻热敏电阻对于一个给定电阻，其电阻值是温度的单值函数，因而可以通过测量电阻值来推算温度。二、热电阻温度计测量原理2023/6/8检测仪表金属导体的电阻值随温度变化

T

R热电阻温度t℃时的电阻值

电阻温度系数

温度0℃时的电阻值

电阻值与温度的关系为2023/6/8检测仪表在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为在-50～180℃范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为温度t℃时的电阻值

温度0℃时的电阻值

2023/6/8检测仪表电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化1℃时的电阻相对变化量，单位为1/℃。

平均电阻温度系数金属导体电阻温度系数一般为正值纯金属一般为0.38~0.68%，金属纯度越高，其电阻温度系数越大2023/6/8检测仪表1、电阻温度系数α应大2、复现性要好3、电阻率大4、物理、化学性质要稳定5、电阻值随温度的变化最好成线性6、价格便宜，工艺性好四、热电阻的材质要求2023/6/8检测仪表1、铂热电阻2、铜热电阻3、镍热电阻热电阻的类型2023/6/8检测仪表1铂热电阻特点：准确度高，稳定性好、性能可靠、有较高电阻率，广泛应用于基准、标准化仪器中，是目前测温复现性最好的一种。使用范围：-200～850℃，在90年国际温标中规定平衡氢三相点13.8k到凝固点961.78℃标准仪器应用铂电阻。规格型号：Pt100、Pt10。2023/6/8检测仪表在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为工业上用的铂电阻有两种，一种是R0=10，对应的分度号位Pt10。另一种是R0=100，对应的分度号为Pt100。2023/6/8检测仪表结构(1）电阻丝(2)绝缘管(3)保护套管(4)接线盒2023/6/8检测仪表铂电阻2023/6/8检测仪表普通型铂热电阻薄膜型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻2023/6/8检测仪表2铜热电阻特点：线性度高、电阻温度系数高、价格便宜、电阻率低、易氧化。使用范围：-50～180℃。电阻值与温度关系标准化热电阻Cu50,Cu1002023/6/8检测仪表铜热电阻2023/6/8检测仪表

(1)、普通型热电阻

(2)、铠装热电阻（3）薄膜热电阻五、热电阻的结构2023/6/8检测仪表分类：平衡电桥二线制不平衡电桥三线制

六、热电阻测量电路2023/6/8检测仪表平衡电桥二线法电源电压和稳定性一般不影响测量结果如果不计RW