05 第5章 温度检测.pptx

第1页：第五章封面

第五章封面

化工仪表及自动化第五章温度检测

第2页：第五章内容提要（一）

第五章内容提要（一）

• 测温仪表的分类
• 温度检测的基本原理
• 热电偶温度计
• 热电偶
• 补偿导线与冷端温度补偿
• 热电阻温度计
• 测温原理
• 常用热电阻

第3页：第五章内容提要（二）

第五章内容提要（二）

• 温度变送器
• 电动温度变送器
• 一体化温度变送器
• 智能式温度变送器

第4页：测温仪表的分类

测温仪表的分类

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。分类按测量方式接触式与非接触式

第5页：各种温度计的优缺点及使用范围

各种温度计的优缺点及使用范围

说明：表中玻璃液体、双金属、压力式、电阻与热电偶温度计属于接触式测温仪表，光学高温计与辐射高温计属于非接触式测温仪表；原表按列提取，测温范围与元件的对应关系按教材常用值整理。

第6页：应用热膨胀原理测温

应用热膨胀原理测温

图5-1双金属片；图5-2双金属温度信号器

1.应用热膨胀原理测温5

• 1—双金属片；
• 2—调节螺钉；
• 3—绝缘子；
• 4—信号灯利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。

第7页：其他测温原理

其他测温原理

• 2.应用压力随温度变化的原理测温
• 3.应用热阻效应测温
• 4.应用热电效应测温
• 5.应用热辐射原理测温

第8页：热电偶温度计测温系统

热电偶温度计测温系统

图5-3热电偶温度计测温系统示意图；图5-4热电偶示意图

• 7热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。
• 测量仪表；
• 连接热电偶和测量仪表的导线。

• 1—热电偶；
• 2—导线；
• 3—测量仪表热电偶温度计由三部分组成：热电偶；

第9页：热电现象及测温原理

热电现象及测温原理

图5-5热电现象图；图5-7热电偶原理

81.热电现象及测温原理

• 5-6接触电势形成的过程左图闭合回路中总的热电势或

第10页：热电势与热电极材料

热电势与热电极材料

• 热电势亦不同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。
• 热电偶一般都是在自由端温度为0℃时进行分度的,因此,若自由端温度不为0℃而为t0时,则热电势与温度之间的关系可用下式进行计算。
• EAB(t,t0) =EAB(t,0)-EAB(t0,0)

第11页：例5-1 镍铬-镍硅热电偶计算

例5-1 镍铬-镍硅热电偶计算

解：由附录三可以查得E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074 ( mV)

• 5-1今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800℃,自由端(冷端)温度为30℃,求热电偶产生的热电势E(800,30)。

第12页：例5-2 铂铑10-铂热电偶计算

例5-2 铂铑10-铂热电偶计算

解:由附录一可以查得E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)变换得E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400℃

• 5-2某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0=30℃,测得热电势E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的实际温度。

第13页：热电势的非线性的注意

热电势的非线性的注意

关系都是非线性的(当然各种热电偶的非线性程度不同),因此在自由端温度不为零时,将所测热电势对应的温度值加上自由端温度,并不等于实际的被测温度

第14页：插入第三种导线的问题

插入第三种导线的问题

图3-58热电偶测温系统连接图

132.插入第三种导线的问题利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。总的热电势（5-4）能量守恒原理（5-5）（5-6）将式（5-5）5代入式（5-4）

第15页：第三种金属导线的影响

第三种金属导线的影响

对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同

第16页：开路热电偶的应用

开路热电偶的应用

图5-9开路热电偶的应用

第二节热电偶温度计

第17页：常用热电偶的种类

常用热电偶的种类

• 163.常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化;
• 在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易被氧化或腐蚀;
• 电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单的函数关系;
• 复现性要好,这样便于成批生产,而且在应用上也可保证良好的互换性;
• 材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。

第18页：常用热电偶表

常用热电偶表

说明：原表数据按列提取，热电偶名称、分度号、代号与测温范围的对应关系按常用标准热电偶整理；旧分度号一栏“—”表示原表未给出。

第19页：热电偶的构造及结构形式

热电偶的构造及结构形式

图5-10热电偶的结构|热电极|绝缘管|保护套管|接线盒

184.热电偶的构造及结构形式

第20页：补偿导线的作用

补偿导线的作用

图5-11补偿导线接线图

• 19
• 二、补偿导线与冷端温度补偿采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。
• 它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0～100℃）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。
• 见左图。
• 1.补偿导线

第21页：补偿导线回路的推导

补偿导线回路的推导

图5-11所示回路的总热电势为(

、铜镍记为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响(因其两端温度均为t0)，则

• 5-7)如果假定各接点温度全为t1，代入式(5-7)，则有(5-8)(5-9)或由于t1一般是在100℃以下,在此温度范围内,根据补偿导线的性质,有(5-10)

第22页：补偿导线公式推导

补偿导线公式推导

• 5-9)(5-11)将式(5-11)代入式(5-7),便有(5-12)因为故(5-13)

第23页：常用热电偶的补偿导线表

常用热电偶的补偿导线

说明：原表按列提取，正负极性材料的对应关系按常用补偿导线型号整理；使用时应保证补偿导线与热电偶型号相配。

第24页：补偿导线的使用注意

补偿导线的使用注意

• 正、负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。
• 此外,正、负两极的接点温度t1应保持相同,延伸后的冷端温度t0应比较恒定且比较低。
• 对于镍铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,则可用其本身材料作补偿导线,将冷端延伸到环境温度较恒定的地方

第25页：冷端温度变化的影响

冷端温度变化的影响

图5-12热电偶冷端温度保持０℃的方法（

• 2.冷端温度的变化对测量的影响及消除方法在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为０℃，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。
• 这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。
• 一般采用下述几种方法。
• 1）热电势的修正方法在实际生产中，冷端温度往往不是0℃，而是某一温度t0，这就引起测量误差。
• 因此，必须对冷端温度进行修正

第26页：热电势的修正方法

热电势的修正方法

0，即有或由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势EAB（t，t0），加上热端为室温t0，冷端为0℃时的热电偶的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度下的热电势EAB（t，0）

第27页：例5-3 冷端温度修正

例5-3 冷端温度修正

• 26解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表(附录一)查出985℃时的热电势值为9.412mV。
• 也就是E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得E(t0,0) = E(30 ,0) =0.173mV。
• 将此两个数值代入式(5-14),得E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000℃,这就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。

• 5-3用铂铑10-铂热电偶进行温度检测,热电偶的冷端温度t0=30℃，显示仪表的温度读数(假定此仪表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为985℃，试求被测温度的实际值。

第28页：校正仪表零点法

校正仪表零点法

• 2）校正仪表零点法若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。
• 注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。
• （3）补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值

第29页：补偿电桥法

补偿电桥法

图5-13具有补偿电桥的热电偶测温线路

• 20℃时平衡的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到20℃处。
• 如果补偿电桥是在0℃时平衡设计的（DDZ-Ⅱ型温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在0℃处。
• 注意！

第30页：补偿热电偶法

补偿热电偶法

图5-14补偿热电偶连接线路

29（4）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。

第31页：热电阻温度计的应用

热电阻温度计的应用

30在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。热电阻温度计是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。

第32页：热电阻与温度的关系

热电阻与温度的关系

度关系如下式热电阻温度计适用于测量-200～+500℃范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。一、测温原理利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的

第33页：工业常用热电阻

工业常用热电阻

• 般要求是：
• 电阻温度系数、电阻率要大；
• 热容量要小；
• 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；
• 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；
• 价格便宜

第34页：铂电阻

铂电阻

• 331.铂电阻金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性,有良好的复制性。
• 但价格较贵。
• 要确定Rt～t的关系,首先要确定R0的大小。
• R0不同,Rt～t的关系也不同。
• 这种Rt～t的关系称为分度表,用分度号来表示。
• 工业上使用的铂电阻主要有分度号为Pt100,它的R0= 100Ω,其分度表见附录四。

第35页：铜电阻

铜电阻

• 342.铜电阻金属铜易加工提纯，价格便宜；
• 它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；
• 在测温范围为-50～+150℃内，具有很好的稳定性。
• 在-50～+150℃的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。
• 即工业上常用的铂电阻有两种，一种是R0＝50Ω，对应的分度号为Cu50。
• 另一种是R0＝100Ω，对应的分度号为Cu100。

第36页：电动温度变送器

电动温度变送器

35电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模拟式温度变送器,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信号输出。

第37页：DDZ-Ⅲ型温度变送器

DDZ-Ⅲ型温度变送器

组合仪表中的一个变送单元。根据输入信号的不同，DDZ-Ⅲ型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型

第38页：温度变送器的结构

温度变送器的结构

图5-15所示。温度检测元件输入电路放大电路反馈电路被测温度输出电流I；图5-15温度变送器原理框图

变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路,其原理框图如0

第39页：一体化温度变送器

一体化温度变送器

图5-16一体化温度变送器结构框图结构测温元件和变送器模块常用的变送器芯片：AD

38它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。693、XTR101、XTR103、IXR100等变送器模块的正常工作温度-20～+80℃

第40页：智能式温度变送器

智能式温度变送器

• 39以SMART公司的TT302温度变送器为例加以介绍。
• 优点
• 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；
• 具有量程范围宽、精度高；
• 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；
• 质量轻；
• 安装维护方便。
• 结构由硬件部分和软件部分两部分构成。

第41页：TT302温度变送器构成框图

TT302温度变送器构成框图

图5-17TT

302温度变送器基本构成框图

第42页：例题1 冷端未补偿的误差

例题1 冷端未补偿的误差

1.用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500℃,而这时冷端温度为60℃,试问实际温度应为多少?如果热端温度不变,设法使冷端温度保持在20℃,此时显示仪表的指示值应为多少?解：显示仪表指示值为500℃时,由附录三可以查得这时显示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的,即E(t,t0) = 20.64 (mV)由附录三同样可以查得E(t0,0) = E(60,0) = 2.436 (mV)

第43页：例题1解答

例题1解答

• 由式(5-14)可以得到E(t,0) =E(t,t0) +E(t0,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV)由23.076mV,查附录三,可得t≈557℃即被测实际温度为557℃。
• 当热端为557℃,冷端为20℃时,由于E(20 ,0) = 0.798mV,故有E(t,t0) =E(t,0)-E(t0,0) = 23.076-0.798 = 22.278 (mV)由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约为538.4℃。
• 由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测温度实际值

第44页：例题2 热电偶串联测温

例题2 热电偶串联测温

图5-18(a)、(b)、(c)所示。已知炉内温度均匀,最高温度为；图5-18炉子温度测量

2.如果用两支铂铑10-铂热电偶串联来测量炉温,连接方式分别如1000℃,试分别计算测量仪表的测量范围(以最大毫伏数表示)。

第45页：例题2解（a）

例题2解（a）

(a)由于这时热电偶的冷端均为0℃,每支热电偶对应于1000℃时的热电势可以由附录一查得E(1000 ,0℃) = 9. 585 (mV)两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为Emax= 2×9.585 = 19.17 (mV)根据这个数值可以确定仪表的测量范围。(b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度(30℃),而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度(100℃)对热电势的影响

第46页：例题2补偿导线的影响

例题2补偿导线的影响

假定补偿导线C、D与热电偶A、B本身在100℃以下的热电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为E(30 ,0℃) = 0.173 (mV)在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶相当于热电偶在100℃时形成的热电势,即E(100 ,0℃) = 0.645 (mV)由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的,所以这时总的热电势为Emax= 2E(1000 ,0℃)-E(100 ,0℃)-E(30 ,0℃)= 2×9.585-0.645-0.173 = 18.352 (mV)

第47页：例题2接线盒温度的影响

例题2接线盒温度的影响

• 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。
• 在这种情况下,如果炉旁边接线盒内的温度变化,会以测量产生较大的影响,造成较大的测量误差。
• (c)由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷端温度为30℃,故总的热电势为Emax= 2E(1000 ,0℃)-2E(30 ,0℃)= 2×9.585-2×0.173 = 18.824 (mV)由此可知,在同样都是用两支热电偶串联来测量炉温时,由于接线不同,产生的热电势也是不相同的,在选择测量仪表时,一定要考虑这种情况

第48页：例题3 由热电势求炉温

例题3 由热电势求炉温

• 3.在上题所述三种情况时,如果由测量仪表得到的信号都是15mV,试分别计算这时炉子的实际温度。
• 解：在(a)情况时,由于2E(t,0) =15mV,即E(t,0) = 7.5mV,查表(附录一)可得实际温度约为814.3℃。
• 在(b)情况时,由于2E(t,0) = 15 +E(30 ,0) +E(100 ,0)=15 + 0.173 + 0.645 = 15. 818 ( mV)E(t,0) = 7. 909 ( mV)查表可得实际温度约为851.2℃

第49页：例题3解（c）

例题3解（c）

• 在(c)情况时,由于2E(t,0) = 15 + 2E(30 ,0) = 15 + 2×0. 173 = 15.346 (mV)即E(t,0) = 7. 673 (mV)查表可得实际温度约为830℃。
• 由上述例子可以看出,虽然采用了补偿导线,但并不能完全克服冷端温度变化对测量的影响。
• 补偿导线只是将冷端由温度变化比较剧烈的地方移至温度变化较小的地方。
• 如果这时冷端的温度仍不为0℃,那么还必须考虑如何进行冷端温度补偿的问题

第50页：例题4 热电偶使用注意

例题4 热电偶使用注意

• 4.在用热电偶测量温度时,除了要考虑冷端温度的影响外,还要注意热电偶极性不能接错;
• 热电偶与补偿导线要配套;
• 热电偶分度号与指示仪表要配套等问题。
• 在用热电阻测量温度时,同样要考虑热电阻分度号与测量仪表配套、三线制接法等,下面给出几个思考题及其结论,请大家自行证明(或说明)。
• (1)如果热电偶热端为600℃,冷端为30℃,仪表的机械零点为0℃,没有加以冷端温度补偿。
• 问该仪表的指示值将高于还是低于600℃? (低于600℃)

第51页：例题4 机械零点的影响

例题4 机械零点的影响

• (2)采用镍铬-镍硅热电偶测量温度,将仪表机械零点调至25℃,但实际上室温(冷端温度为10℃) ,问这时仪表指示值将偏高还是偏低? (偏高)。
• (3)有S分度号动圈仪表一台,错接入K分度号热电偶,问指示值偏高还是偏低? (偏高)。
• (4)铂铑10-铂热电偶,错接入铜-铜镍补偿导线(铂铑10与铜相接,铂与铜镍相接) ,问指示值将偏高还是偏低? (偏高)。
• (5)当热电偶补偿导线极性接错时,指示值偏高还是偏低?(偏低)

第52页：例题4 故障判断

例题4 故障判断

• (6)当热电偶短路、断路及极性接反时,与之配套的自动电子电位差计的指针各指向哪里? (室温或指示值偏低、断偶前的温度、始端)。
• (7)当热电阻短路或断路时,与之配套的动圈仪表指针将指向哪里? (始端、终端)。
• (8)当用热电阻测温时,若不采用三线制接法,而连接热电阻的导线因环境温度升高而增加时,其指示值将偏高还是偏低? (偏高)

第53页：本章结束页

本章结束页

本页为本章结束页，标示本章内容讲完。