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1、温度测量,温度测量,热电偶温度计热电阻温度计双金属温度计,热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量500以上的高温，长期使用时其测温上限可达1300，短期使用时可达1600，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为20003000。 特点：热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传和实现多点切换测量。 应用：电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、烟气高温等都是采用热电偶来测量的。热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。,热电偶温度计,一、热电偶的基本原理,热电偶测温主要利用热电效应热电效应：两种不同的导体（
2、或半导体）A和B组成闭合回路，如下图所示。当A和B相接的两个接点温度T和T0不同时，则在回路中就会产生一个电势，这种现象叫做热电效应。由此效应所产生的电势，通常称为热电势，用符号EAB（T，T0）表示。,热端,冷端,什么是热电偶？ 图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端，温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势是由接触电势和温差电势两种电势的综合效果。,1接触电势,T,接触电势原理图,接触电势：是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度，而热电极接点接触面处就产
3、生自由电子的扩散现象，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定电势差。,接触电势用EAB(T)表示，其数值可用下式表示 式中 e 单位电荷，1.602X10-19C； K波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K； NA(T)、NB(T)材料A、B在温度为T时的自由电子密度； TA、B接触点的温度，K。,结论：1.从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低。2.温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。,2温差电势,温差电势：同一热电极两端因温度不同而产生的电势。为了分析方便，温差电势可由下面函数差来表示：,3.
4、回路热电势 如果tt0，NA（t）NB（t），则在回路内便产生两个接触电势eAB(t)和eAB(t0)，两个温差电势eA（t，t0）和eB（t，t0），各电势的方向如图所示。回路的总电势EAB(t,t0)等于回路中各电势的代数和。即,结论：,1.热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。2.只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。,3.如果保持热电偶冷端温度to恒定不变，对一定材料的热电偶，其fAB（t0）亦为常数，设为C，则热电偶的热电势只与热电偶热端温度t有关，若测得EAB(t,
5、t0) 值，便可知温度t值，这就是热电偶测温原理。即 EAB ( t, t0 )=fAB ( t ) C,4.工程上所使用的各种类型的热电偶均把E(t)和t的关系制成易于查找的表格形式，这种表格称为热电偶的分度表。,需要说明的几个问题： 1.热电偶的热电势与热端温度的关系一般为非线性关系。,2.热电极与热电势的极性热电偶的两个热电极有正负之分。热电势也有正负极性之分。,二、热电偶的基本定律,这些定律已在理论分析和实践中得到证明，对保证热电偶正确测量温度至关重要。1均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回
6、路中有热电势存在则材料必为非均质的.结论： （1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。 （2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性。,2中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。 引出结论：热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。,应用： 该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。,3中间温度定律 热电偶回路中，
7、两接点温度分别为T、T0时的热电势，等于接点温度为T、TN和TN、T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0) 作用：该定律为制定和使用热电偶的热电势-温度关系即分度表奠定了理论基础。,4.热电偶分度表,不同材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的,可在分度表中查得,分度表中数据都是以t0=0的条件下进行分度的,配套使用的仪表也是以冷端为0进行刻度的,如实际测温时, t0不是0,则热电势与温度间的关系可按下式进行计算:,做一做,1用镍铬-镍硅K型热电偶测炉温，当冷端温度为30 (且为恒定时)，测出热端温度为t时的热电动势为33.
8、31mV，求炉子的真实温度。 解： E(t,30)= 33.31mV 由K型热电偶分度表查出E(30,0)=1.20mV E(t,0) E(t,30)+ E(30,0)= 34.51mV 再通过分度表查出其对应的实际温度为：t=830,某只铂铑10铂（S型）热电偶测温，冷端温度30，测得回路热电势为7.385mV，求被测介质温度。 E(t,30)=7.385mV E(30,0)=0.173mV 根据中间温度定律： E(t,0)= E(t,30)+ E(30,0)=7.531 mV 查表t=820,5.热电偶冷端温度的修正和处理方法,为什么要对热电偶进行参考端的温度处理？答：热电偶的热电势是两个
9、接点温度的函数差，只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温度的单值函数。但在实际应用中，热电偶冷端所处环境温度总有波动，从而使测量得不到正确结果，因此必须对热电偶冷端温度变化的影响采取补偿措施，使热电偶的热电势只反映热端温度（被测温度）的变化，而不受冷端温度变化的影响。,公式修正法（校正法）恒温箱法（冰浴法）冷端集中补偿方法补偿导线法补偿电桥法,1.公式修正法 当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度T0处（通常是环境温度），然后再对冷端温度进行修正。 三个步骤：测温，查表，计算查表,EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0),做一做,1用镍铬-镍硅K型热电偶测炉温，当冷端温度
10、为30 (且为恒定时)，测出热端温度为t时的热电动势为33.31mV，求炉子的真实温度。 解： E(t,30)= 33.31mV 由K型热电偶分度表查出E(30,0)=1.20mV E(t,0) E(t,30)+ E(30,0)= 34.51mV 再通过分度表查出其对应的实际温度为：t=830思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上30 ,计算得到炉温的方法对不对？为什么？,某只铂铑10铂（S型）热电偶测温，冷端温度30，测得回路热电势为7.385mV，求被测介质温度。 E(t,30)=7.385mV E(30,0)=0.173mV 根据中间温度定律： E(t,0)= E(t,30)
11、+ E(30,0)=7.531 mV 查表t=820,2.恒温箱法（冰浴法） （1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为0，但使用起来不大方便。,冰点槽法是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确测温或热电偶检定时使用。,3.冷端集中补偿方法 冷端连接到数据采集设备上，利用计算机查表计算。 一般计算机数据采集时一个设备上连接的热电偶是同型号的。,图2-21 计算机数据采集系统热电偶冷端集中补偿方法,原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。,补偿导线,补偿导线,4.补偿导线法,按照补偿原理分为补偿型及延
12、伸型两种补偿导线按使用温度可分为一般用（0100）和耐热用（0200）,补偿导线使用须注意事项如下：各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；补偿导线与热电偶连接点的温度，不得超过规定的使用温度范围；补偿导线的正负要和热电偶正负相连。由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此两连接点温度必须相同；在需高精度测温场合，处理测量结果时应加上补偿导线的修正值，以保证测量精度。,1. 热电偶结构 普通型、铠装型和薄膜型普通型：（1）热电极（2）绝缘套管（3）保护套管（4）接线盒,三、常用热电偶的材料及特点,普通型热电偶的结构,普通型热电偶的结构,2、铠装热电偶 铠装热电偶是由金属套管、绝缘材料和热
13、电极经拉伸加工而成的坚实组合体。,优点：1、热惰性小反应迅速；2、具有良好的机械性能，可耐强烈的振动和冲击；3、除热电阻头部外，其它部分可以任意弯曲，适宜于安装在结构复杂的设备上进行测温；4、其电阻体由金属套管和绝缘材料覆盖，不易受到有害介质的腐蚀，使用寿命长。缺点：耐高温的性能很差。,铠装热电偶图型,WRTK2-434/8*1000mm 铠装固定卡套法兰热电偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 铠装防爆热电偶 WRNK-332/4*1000mm Gh2520 铠装可动卡套螺纹热电偶,2. 分类,（1）廉价金属热电偶 1）T型（铜康铜）热电偶，测温范围-200-350 2）K型
14、（镍铬镍铝或镍硅）热电偶，范围-200-1100 3）E型（镍铬康铜）热电偶，上限1000 4）J型（铁康铜）热电偶 5）镍铬考铜热电偶,（2）贵金属热电偶 1）S型（铂铑10铂）热电偶 2）R型（铂铑13铂）热电偶 3）B型（铂铑30铂铑6）热电偶 4）铱铑热电偶,1铂铂铑热电偶(S型) 测量温度：长期：1300、短期：1600。,标准化热电偶,2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型)测量温度：长期1000，短期1300。,3镍铬考铜热电偶(E型)测量温度：长期600，短期800。,4铂铑30铂铑6热电偶(B型)测量温度：长期可到1600，短期可达1800。,（二）热电偶的使用与安装,1. 使用注意
15、事项：测温范围，正负极性，热偶与仪表配套否等。2. 安装原则,热电偶,小结,1热电偶测温原理。将两种不同性质的一端焊接起来，即构成一支热电偶。当热电偶的两端温度不同时，在热电偶回路中将产生热电势；如果冷端温度恒定，则热电势只与热端温度有关。因此测出热电势，即可测得热端温度。2热电偶的基本定律。均质导体定律、中间导体定律和中间温度定律为制造和使用热电偶奠定了理论基础。,热电阻温度计,WZP2-240/A级3线300/150mmE(0-300)隔爆热电阻 WZC-111/12*1000mm Cu50铜热电阻 WZPK2-103/B级6*515mm(0-300)铂热电阻,热电阻温度计的测量范围为-2
16、00-+600.优点：无冷端温度补偿问题,特别适宜于低温测量, 在中低温下（ 500以下）测温, 它的输出信号比热电偶的要大得多,故灵敏度高；电阻温度计的输出是电信号，因此便于信号的远传和实现多点切换测量。缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。,一、电阻温度计的测温原理,导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成热电阻温度感温件，它与测量电阻阻值的仪表配套组成热电阻温度计。,电阻温度计就是利用导体(或半导体)的电阻值随着温度变化这一特性来进行温度测量的,即把温度变化所引起导体电阻变化,通过测量桥路转换成电压(毫伏级)信号,然后送入显示仪表以指
17、示或记录被测温度。,大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升高1时，其阻值约增加0.4%0.6%，称具有正的电阻温度系数。大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小，当温度升高1时，其阻值约减小3%6%，称具有负的电阻温度系数。,二、常用热电阻元件,1.铂热电阻铂是一种贵金属。它的特点是精度高，稳定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。 铂在很宽的温度范围内约1200C以下都能保证上述特性。铂很容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小； 价格
18、贵,铂的纯度用铂的电阻比W（100）表示，即W（100）= R100 / R0式中，R100 100时铂电阻值； R0 0时铂电阻值。W（100）越高，则其纯度越高。分度表,2铜热电阻特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。在50 150范围内，铜的电阻温度关系为 Rt = R0 ( 1 + t )式中， 铜的电阻温度系数。分度表,图2中，非平衡电桥的BD两端接负载电阻为Ro的电压表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压Uo或电流Io，就可得到Rx值。 当负载电阻Ro（即电桥输出处于开路状态）时，Io=0，电桥输出端接
19、数字电压表或高输入阻抗放大器时属这种情况。,3.两线制测量线路,两线制,两线制热电阻测量电桥,利用不平衡电桥测量。缺点：即使被测温度没有变化，如果环境温度发生变化，也会使测量值发生变化。适用场合：环境温度恒定或变化不大的现场。,4.三线制测量线路,三线制,克服了两线制测量线路的缺陷，当环境温度发生变化，但是测量温度没有变化时不会引起测量数值的变化。现场通常采用这种接线方式。,三、热电阻测温元件的结构,热电阻体、引线、绝缘套管、保护套管、接线盒。,小结,1热电阻测温原理。将热电阻插入在测温场所，被测温度变化会引起金属阻值变化，测出电阻值，便可测得温度的数值。2常用热电阻。有铂电阻（分度号为Pt50、Pt100）、铜电阻（分度号为Cu50、Cu100）。其中铂电阻的准确度高、稳定性好、性能可靠；铜电阻的线性度好、灵敏度高、但测温上限不超过150。,2-2 双金属片温度计,它是利用两种热膨胀系数不同的金属片制成。,双金属温度计测量原理,两热膨胀系数不同的金属粘帖而成，一端固定，另一端为自由端，自由端与指示系统连接。,螺纹旋形的热双金属片,当温度发生变化时，感温元件的自由端随即转动，从而细轴带动指针产生角位移，在标度盘上指示出温度的变化。,固体膨胀式温度计特点,优点：结构简单、耐振动、耐冲击、使用方便、价格便宜。缺点：测量的精度不高，量程不能做得很大。,
