第3章_温度测量

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1、1.接触法 当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，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的热接触，使两者达到热平衡。 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。 膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计,2.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。 例如：辐射式、红外式

2、等。,一、液体膨胀式温度计 1、玻璃液体温度计 （1）测温原理 （2）构造 （3）分类 2、工作用玻璃液体温度计 3、水银做温度计工作液的优点：不沾玻璃、易提纯、液态范围广、200度以下体膨胀系数与T几乎成很好的线性关系。如何提高测温上限：水银液面上空加氮，采用热变形较小的石英做玻璃管，可使测温上限达600度。 4、温度计使用注意事项,二、压力式温度计 1、原理、结构 2、类型：根据所充介质的不同 （1）液体压力式温度计 （2）气体压力式温度计 （3）蒸汽压力式温度计 （4）压力式温度计型号 3、压力式温度计特点,图3-5 WT型压力表式温度计的结构 1-温包；2-毛细管；3-弹簧管；4-刻度

3、盘；5-齿轮传动机构；6-示值指针；7-表壳,温包,毛细管,弹簧管,三、双金属温度计,（1）原理 （2）分类 （3）型号 WS -,双金属温度计是采用金属片为感温元件的一种测量仪表，广泛用于机械、化工、轻纺、制药、食品、船舶等生产过程中的测量和控制。 型号：WS-71 WSX-71 WSS-301 WSS-311 WSS-321 WS-70 WSS-401 WSS-411 WSSX-401 WSSX-411 WSSX-421 WSS-401F WSS-411F WSSX-401F WSSX-411F WSS-421F WSSX-421F WSS-501 WSS-511 WSSX-501 WSS

4、X-511 WSS-501F WSS-511F WSS-461 WSS-561 WSSX-461 WSS-481 WSS-581 WSSX-48,WSS型双金属温度计的结构,主要内容 一、热电偶测温原理、基本定律 二、热电偶的连接、结构与类型 三、常用热电偶标准化和非标准化 四、热电偶的冷端温度补偿、检修问题 五、热电偶的示值标定、安装注意事项,3.3 热电偶温度计,1、热电偶测温原理 2、热电偶的三条基本定律,一、热电偶测温原理、基本定律,热电偶特点：范围-27035000C, 温度信号变成电信号，结构简单、性能稳定、容易制造，测量准确度高、动态特性好及远传。,热电偶测温原理 1.热电偶：两

5、种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路。A、B是热偶丝，也叫热电极。 2.热电势：热电偶放在被测对象中，两端温度不同时，会产生的电动势 3.热电流：回路中通过的电流。 4.热端（工作端）、冷端（自由端）：感受温度变化的那端称为工作端或热端，另一端称为自由端或冷端（参考端）。 热电现象（热电效应）热电偶的测温依据。测温原理：热电偶的冷端温度在保持不变的条件下，回路产生的热电势与热端温度有但只函数关系。,先看一个实验热电偶工作原理演示,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,热电偶的工作原理,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B

6、,热电势,A,B,上述现象称为热电现象，1821年赛贝克发现的，也称赛贝克效应,接触电势,k 玻耳兹曼常数k=1.3810-23(J/K) ； T 接触面的绝对温度； e 单位电荷量，e=1.610-19(C) ； NA金属电极A的自由电子密度 NA金属电极B的自由电子密度,接触电势 帕尔帖电势,温差电势, 汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生的电动势值， 它与材料的性质有关。,温差电势 （汤姆逊电势）,热电偶的分度表,不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。 供查阅使用，每10分

7、档 。中间值按内插法计算。,S型(铂铑10-铂)热电偶分度表,热电偶的四条基本定律,均匀导体定律、 中间导体定律、 中间温度定律、参考电极定律 1. 均匀导体定律 1）定律内容：由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论温度如何分布，都不能产生电动势。 2）定律推论 （1)热电偶必须由两种不同材料组成 （2)由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如回路有热电势，则材料不均匀,2 中间导体定律 1）定律内容：不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。 2）定律推论及应用 推论：在热电偶回路接入第三种导体，若第三种导体的两接点温度相同，对回路中总热电势无

8、影响。 应用：用任意导线焊接热电偶，开路热电偶测温等。,2. 中间导体定律,在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。,测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路,2 中间导体定律,EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+ eBC(t1) + eCB(t1)+ eBA(t0) = eAB(t)eAB (t0) = EAB(t,t0),1）第一种连接方式,EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+ eBC(t0) + eCA(t0) 若设tt1t0 ，则根据本定律有 eAB(t0)+ eBC(t0) + eCA(t0) 0

9、EABC(t,t1,t0)=eAB(t)- eAB(t0)=EAB(t,t0),2）第二种连接方式,3 中间温度定律 1）定律内容： 热电偶在两接点温度t1、t3时的热电动势等于接点温度分别为t1、t2和t2、t3 的两支同性质热电偶的热电动势的代数和。,EAB(t1, t2) EAB(t2, t3) = eAB(t1)+ eBA(t2)+ eAB(t2) + eBA(t3) = eAB(t1) + eBA(t3) = EAB(t1, t3),2)定律的应用： 1）为热电偶热电势温度关系分度奠定了理论基础。 已知热电偶在某一给定冷端温度下，电压对应的温度值，另外冷端温度下，电压应对应什么温度？

10、（修正解决） 2）为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。 1 测温时，其冷端温度要求恒定（？），如直接满足此条件，热电偶冷端直接延伸放到恒温的地方，热电偶很长，价格较高。 2 用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降低造价。,分为补偿型和延伸型 补偿型的材料与对应的热电偶不同，价格便宜，但在低温下热电性质相同 延伸型的材料与对应的热电偶相同，但准确度要求略低 4）使用补偿导线的注意事项 （1）在一定的温度范围内使用 （2）补偿导线与热电偶极热电性质相同 （3）极性不能接反 （4）接入点温度一致,3）补偿导线的分类,4.参考电极定律：如果两种导体A,B

11、对另一种导体C的热电势已知，则这两种导体组成热电势=是它们对参考导体热电势的代数和。,参考电极定律用途： 已知热电极与标准铂电极配对的热电势，任何两种热电极配对的热电势可知。,S型(铂铑10-铂)热电偶分度表,1、材料选择热电极稳定，不易被氧化和腐蚀 1）物理性质稳定，其热电性质不随时间变化 2）化学性质，电阻温度系数小 3）灵敏度和线性度好 4）电导率高材料及性质 5）复制性好，以便交换 6）价格便宜。目前材料无法满足全部要求，不同条件下使用不同的热电极材料。,二、热电偶的连接、结构和类型,2、热电偶的连接串联、并联和差接 3、热电偶的结构和类型,组成：热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管等

12、几个主要部分组成，其常见外形结构如图所示。,安装螺纹,安装法兰,1 普通型热电偶 本体是热电极，绝缘套，保护套管，接线端子。,普通装配型热电偶的 结构放大图,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,2 铠装热电偶 铠装热电偶：金属套管、绝缘材料和热电极三者一体,优点： 1）动态响应快； 2）机械强度高，挠性好，耐高压、强烈震动和冲击； 3）能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。,3 薄膜热电偶 由两种金属薄膜连接而成。 1）特点：微小面积上的温度测量；动态响应快，可测瞬变的表面温度。 2)应用： (1)如将热电极材料直接

13、蒸镀到被测表面，可测微秒级变化的温度。 (2)如制成针状，针尖为热端，可测量点的温度,标准化热电偶 标准化热电偶：是指制造工业较成熟，应用广泛，能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶。 标准化热电偶具有互换性。 互换性是指：同一分度标准的热电偶可以互换使用。 分度号相同的合格热电偶产品，它们输出的热电势与温度比值【曲线】是一致的，所以，可以互换而不会出现测量误差。,三、常用热电偶,1. 几种标准化热电偶的性能和特点 1）铂铑10-铂热电偶（S型） 分度号为“S”，贵金属热电偶。 常用直径0.5mm。正极：铂铑丝(铂90%，铑l0%)，负极：纯铂丝。 长期使用最

14、高温达1300，短期可达1600。 特点：热电性能稳定，精度高，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作，在无合适的非金属保护套管时，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽中使用。 缺点：高温下长期，铂电极易断，对污染敏感，导致热电势下降。它的热电势较小，灵敏度较低；价格昂贵。 常用作标准热电偶或用于高温测量,价格贵，精度高，灵敏度低。,标准化热电偶,2）B型（铂铑30铂铑6）热电偶 这是一种贵金属热电偶，它的特点是测温上限短时可达1800，测量精度高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。但不宜在还原气氛中使用，灵敏度较低，价格昂贵。 3）T型（铜康铜）热电偶 这是一种贱金属热电偶，测温范围为-20

15、0-350度，测量精度高，稳定性好，低温时灵敏度高，价格低廉。,4）镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶 分度号为“K”，贱金属热电偶。常用直径0.30.32m m。正极：镍铬合金(镍90.5%，铬9.5%)，负极：镍硅(镍97.5%，硅2.5%)。长期使用最高温度可达1200 ，短期使用可达1300。在500 以下可在还原性、中性、氧性气氛中可靠的工作，在500 以上只能中性、氧性气氛中工作。此热电偶可用于温度很低的含氢或氨的气氛中，而不能用于氧化还原交替的气氛中，也不能用于含硫的气氛中，真空中只能短期使用。其热电势比铂铑10-铂热电偶大45倍，且线性好。,测温1200以下，贱金属，线性度好，灵敏

16、度大。,5 镍铬-康铜热电偶 分度号为“E”。是一种贱金属热电偶，测温范围为-200900，常用直径0.33.2mm。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜55%，镍45%)。长期使用最高温度可达750 ，短期使用可达900。抗氧化及抗硫化物介质的能力较差适合在中性、氧性气氛中工作，其它气氛中使用所受的限制镍铬-镍硅热电偶相同。适合在0以下测温度，在高湿性气氛中不易腐蚀。其特点是每摄氏度下对应热电动势最高，因此经常被使用。,热电偶冷端温度的补偿问题,一、计算法 二、冰点槽法 三、补偿电桥法（冷端补偿器） 四、多点冷端温度补偿法 五、晶体管PN结温度补偿法 六、机械零点调整法,一、计算法（热电势修正法、温度修正法） 1.问题提出 分度的冷端温度为0 ，如测温时热电偶是t0，不为0 ，不能用测得E(t, t0) 直接查分度表求t。 2 .计算公式（热电势修正法） E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0) 用E(t,0) 查表求t 。