罗第五节-温度检测及仪表

第五节温度检测及仪表

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、热电阻温度计第五节温度检测及仪表

温度是表征物体冷热程度的物理量。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。

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！●

温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；温度决定一些反应能否进行和反应方向；温度决定一些反应的进程程度；温度显示反应的能量变化。●温度不能直接测量

只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。测量温度用的仪表称为温度计。温度计的分类

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等。1．接触式测温：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．非接触式测温：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。室外温度传感器热电偶温度计一、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、气体膨胀式（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。一、玻璃管温度计4（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。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二.固体膨胀式温度计（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3、结构组成温包：传热、容纳膨胀介质毛细管：传递压力弹簧管：显示温度三、辐射式高温度计

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。

携带式红外辐射温度计IR-TAFluke60系列手持式红外温度计二、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

1、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。

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eAB

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)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

思考：插入第三根导线，组成回路的热电势如何变化？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。2、热电偶的种类热电偶的材质要求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6300～1600

C氧化及中性介质S铂铑10—铂-20～1300

C-----------K镍铬－镍硅(铝)-50～1000

C氧化及中性介质E镍铬－铜镍－40～600

C还原性或中性介质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？

为什么所有的曲线均过原点（零度点）？3、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

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4、热电偶结构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

普通装配型热电偶的外形安装螺纹（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。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（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。（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。

八、补偿导线---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:---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E(t、t0)=f(t)原因:●

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

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。5、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

补偿热电偶法

（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（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。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℃（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。（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℃31（5）补偿热电偶法

在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。图5-14补偿热电偶连接线路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6、热电偶测量误差三、热电阻温度计

1、热电阻温度计组成1、热电阻2、显示仪表3、连接导线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。

2、热电阻温度计测量原理温度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: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电阻温度系数α应大复现性要好电阻率大物理、化学性质要稳定电阻值随温度的变化最好成线性价格便宜，工艺性好

3、热电阻的材质要求Pt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℃，规格型号：Pt100、Pt10。典型热电阻在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。铂电阻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Cu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,Cu100铜热电阻

(1)、普通型热电阻

(2)、铠装热电阻（3）薄膜热电阻

4、热电阻的结构分类：平衡电桥二线制不平衡电桥