热工测量及仪表-温度测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,热工仪表及测量技术,温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，需要测量温度和控制温度。随着科学技术的发展，对温度的测量越来越普遍，而且对温度测量的准确度也有更高的要求。,第一节 概 述,一、温度,温度是表征物体冷热程度的物理量,;,温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量,;,温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。,温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。,温度的微观概念表明：物体温度的高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。,温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。,虽然有不少物体的某些性质或状态（如电阻、体积、电势等）会随温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可制作成温度计。选作温度计的物质，其性质必须满足以下条件：,物质的某一属性,G,仅与温度,T,有关，即,G=G(T),，且必须是单调函数，最好是线性的。,随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量精确度。,应有较宽的测量范围。,有较好的复现性和稳定性。,二、温标,为了定量地描述温度高低，必须建立温度标尺，即温标。,温标是温度数值化的标尺，它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。,历史上提出过多种温标，如早期经验温标（摄氏温标和华氏温标），理论上热力学温标，当前世界通用的国际温标。,1,、摄氏温标,所用标准仪器是水银玻璃温度计。分度方法是规定在标准大气压力下，水的冰点为零度，沸点为,100,度，水银体积膨胀被分为,100,等份，对应每份温度定义为,1,摄氏度，单位为。,2,、华氏温标,标准大气压力下，水的冰点为,32,度，沸点是,212,度，分为,180,等份，每份温度定义为华氏,1,度，摄氏温度和华氏温度的关系为,类似的经验温标还有兰氏、列氏等。,经验温标的缺点在于它的局限性和随意性。,3,、热力学温标,热力学温标是英国物理学家开尔文,(Kelvin),于,1848,年以热力学第二定律为基础所引出的与测温物质无关的温标。热力学温标是以卡诺循环为基础。,卡诺定律指出，一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，其效率只与热源和冷源的温度有关。假设热机从温度为,T2,的热源获得的热量为,Q2,，放给温度为,T1,的冷源的热量为,Q1,，则有,开尔文引出此温标后，于,1854,年建议用一个固定点来确定此温标。人们发现水的三相点,(273.16K),的稳定性能长期维持在,0.1mK,范围内。因此，,1954,年第,10,届国际计量大会决定采用水的三相点作为热力学温际的基本固定点。此温标的表达式为：,这种温标的最大特点是与选用的测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质而变的缺陷，故称它为科学的温标或绝对热力学温标。由此而得的温度称为热力学温度。从此所有的温度测量都以热力学温标作为基准。,4,、国际实用温标,为了使用方便，国际上经协商，决定建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标，这就是国际温标的由来。,具备的条件：,尽可能接近热力学温标；,复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保温度量值的统一；,用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定。,国际实用温标是用来复现热力学温标的，简称,IPTS-68,，它是由,1968,年国际权度会议通过的。这个温标经过,20,多年使用，发现了一些问题，已无法满足现代科学发展对温度测量的要求。国际计量委员会决定用,1990,年国际温标（,ITS-90,）代替,IPTS-68,。,在,1990,年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为,K,。它规定水的三相点热力学温度为,273.16K,，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的,1/273.16,。,在,ITS-90,中同时使用国际开尔文温度（符号为,T,90,）和国际摄氏温度（符号为,t,90,），其关系为,t,90,=T,90,273.15,T,90,单位为开尔文（,K,），,t,90,单位为摄氏度（）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标（,ITS-90,）的规定。,ITS-90,的一些规定如下：,由,0.65K,到,4,He,临界点（,5.2K,）温度范围为一温度段，在此温度段内用,3,He,和,4,He,周期压力与温度的关系来确定温度。,由,4,He,沸点（,4.2K,）到氖三相点（,24.6K,）温度范围内，,T,90,的确定采用在三个规定温度点分度过的,3,He,或,4,He,气体温度计内插。这三个点分别是氖三相点（,24.6K,）、平衡氢三相点（,13.8K,）和,4,He,正常沸点（,4.2K,）。,由平衡氢三相点（,13.8K,）到银凝固点（,962,），这个温度段内，标准仪器应用铂电阻温度计。,银凝固点（,962,）以上温度区间采用普朗克定律外推。,三、温度计分类,1,、温度测量方法,(1),温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器,就测量系统的功能而言，通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成，如图,11-1,所示。简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的，一般在现场使用。,(2),温度测量方法及分类：测量方法按感温元件是否与被测介质接触,可以分成接触法与非接触法两大类。,a.,接触法,当两个物体接触后，经过足够长时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。,特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。,b.,非接触法,利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法。,特点：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。,通常用来测定,1000,以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。,按工作原理来划分，也根据温度范围（高温、中温、低温等）或仪表精度（基准、标准等）来划分。,(3),测量仪表的分类,接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度变化。,非接触式测温仪表是采用感温元件与被测物体不直接接触的方法来测量温度。,在高温范围内，用直接接触测温法非常困难，可采用非接触式测温法，利用物体的热辐射特性对物体的温度进行非接触式测量。,光学高温计、比色高温计、辐射高温计,表,2,常用的测温仪表特点,第二节 热电偶温度计,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。,它将温度信号转换成电势（,mV,）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。,具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。,它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。,并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。,1.,热电偶测温原理,两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路，如图所示。当两个接触点,(,称为结点,),温度,t,和,t,0,不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应，称回路电势为热电势。,两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为测量结称工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。,热电偶所产生的热电势由两部分组成,:,温差电势和接触电势。,（,1,）接触电势,两种不同导体接触的时候，由于导体内的自由电子密度不同，如果,NANB,电子密度大的导体,A,中的电子就向电子密度小的导体,B,扩散，从而由于导体,A,失去了电子而具有正电位。相反导体,B,由于接收到了扩散来的电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时,A,、,B,之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电势。,接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电势,EAB(T),和,EAB,（,T,0,）可表示为,式中,:K,波尔兹曼常数,;,e,单位电荷电量,;,N,AT,、,N,BT,和,N,AT0,、,N,BT0,分别在温度为,T,和,T,0,时,导体,A,、,B,的电子密度。,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。,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,同一导体的两端温度不同时,高温端的电子能量要比低温端的电子能量大,因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多,结果高温端因失去电子而带正电,低温端因获得多余的电子而带负电,因此,在导体两端便形成接触电势,其大小由下面公式给出,:,式中,:NAT,和,NBT,分别为,A,导体和,B,导体的电子密度,是温度的函数。,（,3,）热电偶回路的热电势,热电偶回路中产生的总热电势为,AB,(T,T,0,)=E,AB,(T)-E,AB,(T,0,)+E,B,(T,T,0,)-E,A,(T,T,0,),在总热电势中,温差电势比接触电势小很多,可忽略不计,热电偶的热电势可表示为,E,AB,(T,T,0,)=E,AB,(T)-E,AB,(T,0,),对于已选定的热电偶，当参考端温度,T,0,恒定时，,E,AB,(T,0,)=c,为常数,则总的热电动势就只与温度,T,成单值函数关系,即,E,AB,(T,T,0,)=E,AB,(T)-c=f(T),两个,热电极,热电偶接点,从以上式子可以得到如下结论：,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。,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。,热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果,T,0,已知且恒定，则,f,（,T,0,）为常数，回路总热电势,E,AB,（,T,，,T,0,）只是温度,T,的单值函数。,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。,2.,热电偶基本定律,（,1,）均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路中,不论导体的截面和长度如何以及各处的温度分布如何,都不能产生热电势。这条定理说明,热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。如材料不均匀、由于温度梯度的存在，将会有附加电动势产生。,（,2,）中间导体定律：在热电偶测温回路内,接入第三种导体,只要其两端温度相同,则对回路的总热电势没有影响。,接入第三种导体回路如图所示。由于温差电势可忽略不计,则回路中的总热电势等于各接点的接触电势之和。即,E,ABC,(T,T,0,)=E,AB,(T)+E,BC,(T,0,)+E,CA,(T,0,),当,T=T,0,时,有,BC,(T,0,)+E,CA,(T,0,)=-E,(T,0,),所以,(T,T,0,)=E,AB,(T)-E,AB,(T,0,)=E,AB,(T,T,0,),同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势。,(3),中间温度定律,：热电偶,AB,在接点温度为,t,、,t,0,时的热电势,E,AB,(t,t,0,),等于热电偶,AB,在接点温度,t,、,t,c,和,t,c,、,t,0,时的热电势,E,AB,(t,t,c,),和,EAB(t,c,t,0,),的代数和，即,:,两端点在任意温度时的热电势为：,该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为,0,的热电势进行修正,。,3,、常用热电偶的材料,虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求却是多方面的。,两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线性的函数关系。,能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。,要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数。,具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。,4.,热电偶类型,理论上讲,任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶,但为了准确可靠地测量温度,对组成热电偶的材料必须经过严格的选择。,国际电工委员会（,IEC,）向世界各国推荐,8,种标准化热电偶,所谓标准化热电偶,它已列入工业标准化文件中,具有统一的分度表。我国从,1988,年开始采用,IEC,标准生产热电偶。表,11-1,为我国采用的几种热电偶的主要性能和特点。,表中所列每一种热电偶中前者为热电偶的正极,后者为负极。,目前工业上常用的有四种标准化热电偶,即铂铑,30-,铂铑,6,铂铑,10-,铂,镍铬,-,镍硅和镍铬,-,铜镍（我国通常称为镍铬,-,康铜）热电偶,它的分度表见表,11-2,至表,11-5,另外,目前还生产一些特殊用途的热电偶,以满足特殊测温的需要。如用于测量,3800,超高温的钨镍系列热电偶,用于测量,2273K,的超低温的镍铬,-,金铁热电偶等,。,5.,热电偶的结构形式,为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。,(1),普通型热电偶,普通型结构热电偶工业上使用最多,它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成,其结构如图所示。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。,(2),铠装热电偶,铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,如图所示。它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小,动态响应快,机械强度高,挠性好,可安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工业部门中,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,(3),薄膜热电偶：薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶,如图所示。薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到,0.010.1m,）,具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。,6.,热电偶的补偿导线及参考端温度补偿方法,由热电偶原理可知，只有热电偶冷端温度恒定时，热电偶才是被测温度的单一函数关系，但实际应用中，冷端温度很难恒定，因此要进行冷端温度补偿。,（,1,）冷端温度校正法,工作端温度为,t,时,分度表所对应的热电势,E,AB,(t,0),与热电偶实际产生的热电势,E,AB,(t,t,0,),之间的关系可根据中间温度定律得到下式,:E,AB,(t,0)=E,AB,(t,t,0,)+E,AB,(t,0,0),，然后通过分度表查得被测温度值。,（,2,）热电偶补偿导线,在实际测温时,需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米的控制室里的显示仪表或控制仪表,这样参考端温度,t,0,也比较稳定。热电偶一般做得较短 需要用导线将热电偶的冷端延伸出来。工程中采用一种补偿导线,它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成,而且在,0100,温度范围内,要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。,常用热电偶的补偿导线列于表,11-6,(3),冰浴法,在实验室及精密测量中,通常把参考端放入装满冰水混合物的容器中,以便参考端温度保持,0,这种方法称冰浴法。,(4),补偿电桥法,补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程中因参考端温度不为,0,或变化而引起热电势的变化值。,如图所示,不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻,r,1,、,r,2,、,r,3,，,电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻,r,CU,和稳压电源组成。,补偿电桥与热电偶参考端处在同一环境温度,但由于,r,CU,的阻值随环境温度变化而变化,如果适当选择桥臂电阻和桥路电流,就可以使电桥产生的不平衡电压,U,ab,补偿由于参考端温度变化引起的热电势,E,AB,(t,，,t,0,),变化量,从而达到自动补偿的目的。,7.,热电偶的检定和误差分析,1).,热电偶的检定,为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，比较法和定点法。,用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较法。,2).,热电偶测温误差分析,分度误差：指检定时产生误差，其值不得超过允许误差。,冷端温度引起的误差,补偿导线的误差：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的,热交换所引起的误差,测量线路和显示仪表的误差,其他误差,8.,热电偶的使用与安装,热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。,热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类,一般把金属热电阻称为热电阻,而把半导体热电阻称为热敏电阻。,热电阻广泛用来测量,-200+850,范围内的温度,少数情况下,低温可测量至,1K,高温达,1000,。标准铂电阻温度计的精确度高,并作为复现国际温标的标准仪器。,第三节 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,WZPK2-130/B,级,6*515mm(0-300),铂热电阻,热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成,如图所示。热电阻也可与温度变送器连接,转换为标准电流信号输出。,1,、热电阻的特性,热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。,铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。,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/,。,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。电阻值,R,t,与温度,t,（）的关系可表示为,(,课本,47,页,),R,t,=R,0,（,1+At+Bt,2,+Ct,3,）,式中,R,t,温度为,t,时金属导体的电阻；,R,0,温度为,0,时金属导体的电阻；,A,、,B,、,C,与金属材料有关的常数。,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。电阻值,R,T,与热力学温度,T,（,K,）的关系可表示为,R,T,=R,T0,exp B(1/T),B(1/T,0,),式中，,R,T0,热力学温度,T,0,（,K,）时的电阻值；,B,与半导体材料有关的常数。,虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定关系，但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计。,用于测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：,（,1,）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；,（,2,）在测温范围内化学与物理性能要稳定；,（,3,）复现性要好；,（,4,）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；,（,5,）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；,（,6,）价格相对低廉。,目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：,（,1,）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；,（,2,）灵敏度高，当温度升高,1,时，大多数热电阻的阻值增加,0.4%0.6%,，半导体材料的阻值降低,3%6%,；,（,3,）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。,2,常用热电阻,用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率,R-t,关系最好成线性,物理化学性能稳定,复现性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻等。,(1),铂热电阻,特点：,精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。,缺点：,电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。,按,IEC,标准,铂热电阻的使用温度范围为,-200+850,。,铂热电阻的特性方程为：,-2000:R,t,=R,0,1+A,t,+B,t2,+C,t3,(t-100),0850:R,t,=R,0,(1+A,t,+B,t2,),式中,R,t,和,R,0,分别为,t,和,0,时铂电阻值,;A,、,B,和,C,为常数。目前我国规定工业用铂热电阻有,R,0,=10,和,R,0,=100,两种,它们的分度号分别为,P,t10,和,P,t100,其中以,P,t100,为常用。,铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比,W100,表示,它是铂热电阻在,100,时电阻值,R100,与,0,时电阻值,R0,之比。按,IEC,标准,工业使用的铂热电阻的,W1001.3850,。,(2),铜热电阻,由于铂是贵重金属,在一些测量精度要求不高且温度较低的场合,可采用铜热电阻测温,它的测量范围为,-50+150,。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的,可近似地表示为,:R,t,=R,0,（,1+t,）,式中,为铜热电阻的电阻温度系数,取,=4.2810-3/,。铜热电组的两种分度号为,Cu,50,(R,0,=50),和,Cu,100,（,R,100,=100,）,铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。,(3),镍热电阻,特点：电阻温度系数较铂大，约为铂的,1.5,倍。,在,50,150,内，其电阻与温度关系为,R,t,=100+0.5485t+0.66510,-3,t,2,+2.80510,-9,t,4,(4),半导体热敏电阻,大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，其电阻值与温度的关系为,R,T,=Ae,B/T,半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。,与金属热电阻相比，半导体热敏电阻具有如下优点：,（,1,）具有较大的负电阻温度系数，约为,(3 6)%,，因此灵敏度比较高；,（,2,）半导体材料的电阻率远比金属材料大得多，因此它的体积可做得非常小，同时热惯性就小并适合用于测量点温度与动态温度；,（,3,）电阻值很大，故连接导线的电阻变化影响可以忽略；,（,4,）结构简单。,缺点是同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此互换性差，精度较低,。,3.,热电阻的结构,工业用热电阻的结构如图所示。它由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒等部分组成。,电阻体由电阻丝和电阻支架组成。电阻丝采用双线无感绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上,支架起支撑和绝缘作用,引出线通常采用直径,1mm,的银丝或镀银铜丝,它与接线盒柱相接,以便与外接线路相连而测量显示温度。用热电阻传感器进行测温时,测量电路经常采用电桥电路。而热电阻与检测仪表相隔一段距离,因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。,1.,比较法,第五节 热电阻的校验,热电阻分度校验（,P32,）,2.,两点法,只需要冰点槽和水沸点槽，分别测得,R,0,和,R,100,，检查,R,0,值和,R,100,/R,0,的比值是否满足技术数据指标。,热电阻纯度校验,工业生产中广泛使用的温度变送器大多是与各种热电偶或热电阻配合,把温度（或温差）信号转换成统一标准电流信号输出,其中又分为输出直流,010mA,和输出直流,420mA,的两类。,对于其他传感器,如果能提供直流电动势或电阻值的变化,也可以与这些变送器配合,以将其它被测量也可变成相应的统一标准信号。,第六节 温度变送器,（一）温度变送器,主要由输入回路、自激调制式直流放大器及负反馈回路等组成。其构成方框图如图所示。,（二）动圈式指示仪表,动圈式显示仪表是工业上广泛使用的模拟式指示仪表。它与热电偶、热电阻、霍尔变送器或压力变送器等相配合可用来指示、调节工业对象的温度与压力等参数。,被指示和调节的参数（如温度、压力等）首先经过上述感受元件被转换成电势或电阻信号，然后再经过测量线路转换成流过动圈的微安级电流。电流的大小可由动圈的偏转角度指示出来，因此，动圈式仪表实际上是一种测量电流的仪表。,1,、工作原理,动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。其中的可动线圈是用绝缘的细铜线绕成的矩形框，它被置于永久磁铁的磁场中。当测量信号加在动圈上时，便有电流流过动圈。使动圈两个有效边（与磁场方向垂直的两边）受到大小相等、方向相反的力,F,，在,F,的作用下，形成力矩，推动线圈转动。,动圈测量机构工作原理,动圈式指示仪表要求输入量为毫伏信号，热电偶输出为毫伏级热电势。因此，当用热电偶测温时，它与动圈仪表可直接相 连，而不需要附加的变换装置。其线路如图所示。,1,）配热电偶的动圈仪表,动圈仪表测量机构要求输入的信号为直流毫伏信号。因此，当用热电阻来测量温度时，必须设法将电阻随温度的变化值转换成毫伏信号，然后与动圈测量机构相配，以指示出被测对象的温度来。为了达到此目的，这里系采用不平衡电桥测量线路。,2,）配热电阻的动圈仪表,a,不平衡电桥的测温原理,线路中由,Rt,十,R1,R0,、,R1,R2,、,R3,及,R4,组成不平衡电桥的四个桥臂。通常，为方便起见取,R3=R4,；,R1,R2=Rto,R1,R0,。当被测温度为仪表刻度始点温度时（即,Rt=Rto,），电桥达到平衡，流过动圈表头的电流为零。,当被测温度增高时，,Rt,阻值增大，电桥失去平衡，此时有不平衡电流流过动圈，仪表指针所指示的位置即为被测温度。所以，被测温度越高，,Rt,阻值越大，则桥路输出的不平衡电压就越大，流过动圈的电流也就越大，仪表指针的偏转也越大。,不平衡电桥的输出电压不仅与,Rt,大小有关，而且与电源电压有关。所以电源采用二级稳压，为了消除环境温度变化对其影响，还加入了铜补偿电阻，以保证电桥电压的稳定性。,（二）自动平衡记录仪表,自动平衡式显示仪表是具有较高灵敏度和精度的一种模拟式显示仪表。它与不同的传感器（或变送器）配套后，可用于显示各种不同的参量，在石油、化工、冶金等厂矿企业和科研部门都得到广泛的应用，并已经形成一个完整的系列。,在仪表的功能上，不仅可以指示记录，且附加各种装置，可以实观调节、报警、程序控制等。仪表元件现已普遍采用集成线路运算放大器，有的仪表还采用了导电塑料电位器等新元件。自动平衡式显示仪表在采用计算机控制的现代化企业中仍被广泛地应用着。,常用的自动平衡式显示仪表有电子电位差计、电子平衡电桥和差动线圈三种基本形式。,电子平衡电桥是与热电阻相配套的，它与电子电位差计一样是用来显示和记录温度的仪表，与其它变送器相配套时，也可以测量和记录其它一些参效，因而在工并上获得广泛的作用。由测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机等主要部分所组成，其方框图如图所示,1.,热力学温标的理论基础是什么？,2.,压力表式温度计是如何实现温度测量的？它有哪几种类型？其测温特点是什么？,3.,试述液体膨胀式温度计产生测温误差的主要原因有哪些？,4.,何谓热电现象？产生热电现象的原因是什么？热电偶回路中的总热电势如何表示？,5.,为什么要对热电偶的参与端温度进行处理？常用的处理方法有几种？,习 题,根据液体、固体、气体受热时产生热膨胀的原理，这类温度传感器有液体膨胀式、固体膨胀式和气体膨胀式。,1,液体膨胀式,在有刻度的细玻璃管里充入液体（称为工作液，如水银、酒精等）构成液体膨胀式温度计。常用的有水银玻璃温度计和酒精温度计，,这种温度计远不能算传感器,它只能就地指示温度。这是应用最早而且使用最广泛的一种温度计，典型结构如图所示。它由液体储存器、毛细管和标尺组成。,第二节 膨胀式温度传感器,2,固体膨胀式,固体膨胀式是以双金属元件作为温度敏感元件受热而产生膨胀变形来测温的。它由两种线膨胀系数不同的金属紧固结合而成双金属片为提高灵敏度常作成螺旋形。螺旋形双金属片一端固定,另一端连接指针轴,当温度变化时,双金属片弯曲变形,通过指针轴带动指针偏转显示温度。,它常用于测量,-80,600,范围的温度,抗震性能好，读数方便,但精度不太高,用于工业过程测温、上下限报警和控制。图为双金属温度计的结构示意图。,3,气体膨胀式,气体膨胀式是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的,利用这种原理测温的温度计又称,压力计式温度计,如图所示。温包、毛细管和弹簧管三者的内腔构成一个封闭容器,其中充满工作物质（如气体常为氮气）,工作物质的压力经毛细管传给弹簧管,使弹簧管产生变形,并由传动机构带动指针,指示出被测温度的数值。,压力温度计结构简单、抗振及耐腐蚀性能好,与微动开关组合可作温度控制器用,但它的测量距离受毛细管长度限制,一般充液体可达,20m,充气体或蒸汽可达,60m,。,