第二章温度检测与控制

第二章温度检测与控制第1页，课件共29页，创作于2023年2月它具有：①结构简单，制造容易，使用方便，热电偶的电极不受大小和外形的限制，可按照需要进行配制。因为它属于自发电型传感器，因此测量时，可以不要外加电源；②测温范围广，高温热电偶可达1800℃以上,低温用热电偶可达-269℃；③测量精确度较高；④便于远距离测量、自动记录及多点测量。

第2页，课件共29页，创作于2023年2月（一）热电偶测温的基本原理及冷端温度校正1、热电效应

热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。由两种不同材料的导体A和B组成闭合回路，如下图所示。当两个结点温度不同时，回路中将产生电动势。如果将回路中接入一个毫安表，则毫安表的指针将发生偏转。这种现象即称为热电效应或塞贝克效应。两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端，而置于参考温度为T0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。第3页，课件共29页，创作于2023年2月2、热电偶产生的热电动势①如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同(T≠T0），但总输出电动势仍为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶；②如果热电偶两结点温度相同,则回路总的热电动势必然等于零,温差越大，热电动势越大；③热电动势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸形状无关。3、中间导体定律若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电动势无影响。这就是中间导体定律。

利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成是中间导体，只要保证中间导体两端的温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响。因此中间导体定律对热电偶的实际应用是非常重要的。第4页，课件共29页，创作于2023年2月4、常用热电偶类型名称

分度号

代号

测温范围特点

铂銠①30-铂銠6

B（LL-2）WRR50～18200.033熔点高，测温上限高，性能稳定，精度高，电动势小；只适用于高温域的测量

铂銠13-铂

R（PR）

——50～17680.647精度较高，性能稳定，复现性好；但热电动势较小，不能在金属蒸汽和还原性气氛中使用，

铂銠10-铂

S（LB-3）

WRP—50～17680.646同上，性能不如R热电偶。长期以来曾作为国际温标的法定标准热电偶

镍铬-镍硅

K（EU-2）

WRN—270～13704.096热电动势大，线性好，稳定性好，廉价；但材质较硬，在1000℃以上长期使用会引起热电动势漂移；多用于工业测量镍铬硅-镍硅

N——270～137020774是一种新型热电偶，各项性能比K热电偶更好，适宜于工业测量

镍铬-铜镍（康铜）

E（EA-2）

WRK—270～8006.319热电动热比K热电偶大50％左右，线性好，耐高湿度，价廉；但不能用于还原性气氛；多用于工业测量

铁-铜镍（康铜）J（JC）

——270～7605.269价格低廉，在还原性气体中较稳定；但纯铁易被腐蚀和氧化；多用于工业测量

铜-铜镍（康铜）

T（CK）

WRC—270～4004.279价廉，加工性能好，离散性小，性能稳定，线性好，精度高；铜在高温时易被氧化，测温上限很低；多用于低温域测量，可作（—200～0）℃温域的计量标准

第5页，课件共29页，创作于2023年2月5、热电偶冷端补偿由热电偶测温原理可知，热电偶的输出电动势是热电偶两端温度t和差值的函数，当冷端温度不变时，热电动势与工作端温度成单值函数关系。各种热电偶温度与热电动势关系的分度表都是在冷端温度为零时作出的，因此，用热电偶测温时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足=0℃的条件。像化工厂、发电厂等，要用到大约几百只热电偶，一年四季要恒定到0℃，在工程实际中是不现实的；而在实际测温中，冷端温度常随环境温度变化而变化，这样，不但不是0℃，而且也不恒定，因此将引入误差。消除或补偿所能够这个误差的方法，常用的有：补偿导线法、冷端温度校正法、水浴法和补偿电桥法。电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电动势变化值，如图8—8所示。热电偶经补偿导线接至补偿电桥，热电偶的冷端与电桥处于同一环境温度中，桥臂电阻R2，R3

，R4

由电阻温度系数很小的锰铜丝绕制而成RRcu，是由温度系数较大的铜丝绕制而成的。第6页，课件共29页，创作于2023年2月第7页，课件共29页，创作于2023年2月（二）动圈式双位温度指示调节仪1、概述动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计，

与传感器配合可测量温度、压力等，还能对这些物理量自动调节和越线报警。2、工作原理3、特点：

采用继电器触点控制加热器的通断，继电器触点工作寿命有限，且通断方式调节，动差大、连续性差，控制精度低。第8页，课件共29页，创作于2023年2月（三）动圈连续电流输出PID温度指示调节仪1、概述随着晶闸管在控制领域的普及应用，越来越多的电加热设备采用这种无触点执行元件代替继电器。2、组成3、控制实例工作原理

由XCT-191型PID温度指示调节仪和ZK-50型晶闸管电压调整器组成温度控制系统。第9页，课件共29页，创作于2023年2月EB温度变化→热电偶电势变化

→PID温度指示调节仪→指示温度并进行PID运算→输出0-10mA电流信号→ZK50转换成直流电压→RA2上的分压、RA4上的设定电压和RA8上的反馈电压叠加→输入放大与触发电路→直流信号转换成移相触发脉冲→脉冲变压器TA2→改变晶闸管的导通角。

第10页，课件共29页，创作于2023年2月（四）过零触发晶闸管温度控制系统采用移相触发晶闸管，在负载上得到电压波形是不完整的正弦波，会引起电源波形畸变，对电网产生电流冲击，对周围电子仪器设备产生电磁干扰，因此，建议采用过零触发。就是在晶闸管电压或电流过零3-5度，触发使其导通。第11页，课件共29页，创作于2023年2月二、热电阻温控系统（一）热电阻式传感器

热电阻传感器是利用导电物体电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器。1、分类

（1）金属热电阻：热电阻。金属热电阻常用铂、铜两种热电阻。（2）非金属热电阻：热敏电阻。2、金属热电阻

金属热电阻选用感温材料的要求：a.温度系数ai值要大，热电阻的灵敏度就越高。b.在测量范围内，其材料的物理、化学性质应稳定，以保持电阻基值的稳定性。

c.在测量范围内，电阻温度系数要保持常数，以确保输入—输出线性，提高测量精度。

d.具有较高的电阻率,采用较高电阻率的感温材料，可以减少热电阻体积和热惯性。e.材料容易提纯，确保较好的复制性。第12页，课件共29页，创作于2023年2月各种热电阻第13页，课件共29页，创作于2023年2月几种铂电阻第14页，课件共29页，创作于2023年2月WZP系列装配式铂电阻

及铠装电阻芯

用于一般工业场测温

使用温度-200℃～700℃

高强度石英管测温铂电阻

温度范围-100°C至+500°C

适用于镀锌锅炉、耐酸、耐碱等强腐蚀场合

注:不耐氢氟酸及磷酸第15页，课件共29页，创作于2023年2月精密温度传感器

PtWD－1A型-100℃～300℃

误差小于0.1℃，精度为超A级

天燃气流量计

温度补偿用铂电阻

天燃气涡轮流量计等用油浸变压器用铂电阻第16页，课件共29页，创作于2023年2月防水封装铂电阻核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100PT1000）

元件精度：±0.15℃(A级)±0.30℃(B级)

封装材料：镀镍铜管或不锈钢管

管料尺寸：ø4*25mm

连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）第17页，课件共29页，创作于2023年2月铜电阻的特点电阻率小；容易氧化；价格便宜。第18页，课件共29页，创作于2023年2月WZC-111/Φ12*1000mmCu50

第19页，课件共29页，创作于2023年2月热电阻的结构保护管内部导线绝缘管热电阻盖接线座骨架漆包铜线引出线铜热电阻结构示意图云母骨架铂丝弹簧支承片银引出线云母弹簧型玻璃封装型塑封型第20页，课件共29页，创作于2023年2月热电阻的结构保护管内部导线绝缘管热电阻盖接线座骨架漆包铜线引出线铜热电阻结构示意图云母骨架铂丝弹簧支承片银引出线云母弹簧型第21页，课件共29页，创作于2023年2月(1)铂热电阻铂的物理、化学性能稳定，测量精度高、电阻率较高；铂丝在0℃以上，其电阻值与温度之间具有较好的线性度。铂热电阻使用范围是－200℃～850℃。除作为温度标准外，还广泛用于高精度的工业测量。(2)铜热电阻铜热电阻的线性较好，具有电阻温度系数大，价格便宜，互换性好等优点。铜热电阻的使用范围是-50~150℃。(3)热电阻的测量电路—三线制电桥电路第22页，课件共29页，创作于2023年2月(3)热电阻的测量电路—三线制电桥电路第23页，课件共29页，创作于2023年2月(4)热电阻的测量电路—四线制电桥电路第24页，课件共29页，创作于2023年2月热电阻分度表第25页，课件共29页，创作于2023年2月3、热敏电阻热敏电阻是由两种以上的金属氧化物如Mn、Co、Ne、Fe等氧化物构成的烧结体，热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。优点：(1)电阻温度系数大，灵敏度高，比一般金属电阻大10～