第三章检测仪表与传感器温检测演示文稿

第三章检测仪表与传感器温度检测演示文稿1当前第1页\共有35页\编于星期五\8点2HG第三章检测仪表与传感器温度检测当前第2页\共有35页\编于星期五\8点温标（1）摄氏温标：以水的冰点为“0”，水的沸点为“100”，中间等分为100份，每份为1度，以OC表示。（2）华氏温标：冰水融体为“32”，水的沸点为“212”，中间等分为180份，每份为1度，以OF表示。（3）热力学温标

----又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。（4）国际实用温标

-----是一种符合热力学温标又使用简单的温标。

最新温标是1990年国际温标(ITS－90)当前第3页\共有35页\编于星期五\8点测温方式可分为接触式和非接触式两大类。接触式：温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。比较简单、可靠，测量精度较高；但因充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触测温：温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。

(1)辐射式温度计，(2)光纤式温度计。不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。一、温度测量的主要方法温度的测量：以热平衡为基础的。温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。当前第4页\共有35页\编于星期五\8点常用温度计的种类及适用温度当前第5页\共有35页\编于星期五\8点1、膨胀式温度计t=t0tt0玻璃液体温度计利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度。双金属温度计不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度。当前第6页\共有35页\编于星期五\8点2、压力式温度计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）。当前第7页\共有35页\编于星期五\8点二、

热电偶测温热电偶测温系统可实现远距离温度自动测量。它的测温范围为：-270～+1800℃。是广泛应用的温度检测系统.常用来测量中高温。-当前第8页\共有35页\编于星期五\8点1、工作原理与热电效应将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，当两接点分别置于两种不同的温度时，则在回路中产生热电势，形成回路电流.这种现象称塞贝克效应，即热电效应.

热电偶回路产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

测温时，将焊接的一端置于被测温度场中，称为测量端（或工作端、热端）。另一段一般要求恒定在某一温度，称为参考端（或自由端、冷端）。-当前第9页\共有35页\编于星期五\8点热电势的产生扩散作用电场作用++--金属A金属B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；电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。自由电子密度大自由电子密度小当前第10页\共有35页\编于星期五\8点接触电势与温差电势接触电势：温差电势：同一根导体两端处于不同的温度，导体中会产生温差电势（很小可忽略不计）。K：波尔兹曼常数，e：单位电荷电量n，N为自由电子密度。--当前第11页\共有35页\编于星期五\8点热电偶回路的总的热电势

接触电势的大小与不同导体的电子密度及接点处温度高低有关.回路热电势的大小仅与材料和端点的温度有关，与热电偶的尺寸形状无关。

当冷端温度保持不变时，热电势才是被测热端温度的单值函数-当前第12页\共有35页\编于星期五\8点2、热电偶基本定律如下：中间导体定律：如果插入热电偶回路的第三根导线两端的温度相同，将不影响整个回路总的热电势。等值替代定律：在某一温度范围内如果产生的热电势相同，则两支热电偶在此温度范围内可互相代用。均质导体定律：由同一种均质导体组成的闭合回路不可能产生热电势。中间温度定律：当前第13页\共有35页\编于星期五\8点3、标准化热电偶与分度表热电偶的材质要求单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；热电性质稳定；化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀；具有较好的延展性，易于加工；复现性好，便于批量生产和互换。几种型号（分度号）的国际标准化热电偶正极负极长期工作：1300oCS：铂铑10-铂，-50~1768oC;K：镍铬-镍硅，-270~1372oC;长期工作：900oC当前第14页\共有35页\编于星期五\8点热电偶的热电特性使冷端保持0℃时，得到热电偶的热电特性-当前第15页\共有35页\编于星期五\8点温度的计算当已知冷端温度不等于0摄氏度时，如何计算所测的温度值?回路的热电势差表可得热电偶的分度表见附录一：第95页当前第16页\共有35页\编于星期五\8点4、补偿导线问题引出：热电偶一般由贵金属制成，热电极长度有限；生产现场距控制室较远；热电偶冷端暴露于空间，易受周围环境温度影响。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。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。补偿导线功能：其一延长了热电偶的冷端；其二是降低了成本。造成浪费当前第17页\共有35页\编于星期五\8点带有补偿导线的热电偶测温原理。显示仪表AB补偿导线A’B’t1t2当前第18页\共有35页\编于星期五\8点使用补偿导线应注意的问题：不同的热电偶配不同的补偿导线；补偿导线有正（绝缘层为红色）、负极，分别接热电偶的正、负极；补偿导线两个接点的温度应相同补偿导线的作用只是延伸了热电偶的冷端，当冷端温度不等于0时需要对冷端温度进行补偿。当前第19页\共有35页\编于星期五\8点5、热电偶的冷端温度补偿

热电偶的热电动势大小与热电极材料和两节点的温度有关,同时热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表都是以热电偶参考端温度等于零为条件的。但实际上,冷端温度受周围温度的影响不可能保持为C

或某一常数。因此要测出实际温度就必须采取修正或补偿措施。常用的补偿方法有：冷端温度保持C法；冷端温度修正法；校正仪表零点法；补偿电桥法；补偿热电偶法；补偿是相对的，因此有一定误差！！当前第20页\共有35页\编于星期五\8点冷端温度保持C法；1）冷端温度保持C法:使冷端温度处于C

。例如：将冷端放在盛有绝缘油的试管中，再置入装满冰水混合物的容器中,容器维持在C不变，精度高。用在实验室和精密测量，“冰浴法”当前第21页\共有35页\编于星期五\8点冷端温度修正法；校正仪表零点法2）修正法3）校正仪表零点法设：冷端温度恒为t0（t0≠0）,被测温度为t！修正公式如下：被测温度t的热电势测量得出的热电势

冷端t0的热电势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)。当前第22页\共有35页\编于星期五\8点例：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。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℃解：当前第23页\共有35页\编于星期五\8点补偿电桥法；4）、补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电势的变化值。铜电阻蜢铜电阻电桥平衡时的温度显示仪表的起始点（机械零点）在20℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20℃。当前第24页\共有35页\编于星期五\8点补偿热电偶法；当前第25页\共有35页\编于星期五\8点6、热电偶的结构普通型

通常由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒等主要部分组成.2.铠装热电偶

它是由金属套管、绝缘材料和热电极经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体.3.薄膜热电偶.4.表面热电偶.当前第26页\共有35页\编于星期五\8点普通型热电偶的结构-当前第27页\共有35页\编于星期五\8点铠装热电偶的结构-当前第28页\共有35页\编于星期五\8点四、热电阻测温1、金属热电阻(热电阻)2、半导体热电阻(热敏电阻)电阻的热效应:利用金属电阻随温度变化的规律进行测量。TR热电阻材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，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；应有良好的可加工性，且价格便宜。当前第29页\共有35页\编于星期五\8点1、金属热电阻(热电阻)铜电阻：测温范围：－50～150C

；

Rt=R0(1+t)；近似线性；温度t℃时的电阻值

铂电阻测温范围：－200～850C

；Rt=R0(1+At＋Bt2＋Ct3)；当0～650

C

分度号：

Pt10,Pt100温度升高，阻值增加。结构形式和热电阻的接线方式。与热电偶的比较。温度0℃时的电阻值

分度号：

Cu50,Cu100当前第30页\共有35页\编于星期五\8点工业热电阻的基本结构当前第31页\共有35页\编于星期五\8点工业热电阻的引线形式当前第32页\共有35页\编于星期五\8点2、半导体热电阻(热敏电阻)负电阻温度系数的热敏电阻（NTC型）指数关系优缺点当前第33页\共有35页\编于星期五\8点热敏电阻结构形式当前第34页\共有35页\编于星期五\8点五、辐射式温度计辐射式温度计是利用物体的辐射能随温度而变化的原理制成的。(非接触式)检测原理：温度为T的