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1、温度传感器,1,热电偶传感器,2,3,在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。 特点：在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。,4,热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，再通过各种变送器显示到电脑上。,DCS或PLC的AI卡件,DCS或PLC的通讯模块,4-20mA,通讯协议,5,热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组
2、成闭合回路，当两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。,6,0.00,7,0.11,8,-0.11,9,10,热电偶测温原理 1.热电效应 两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。,11,单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且TTO。,单一导体温差电势示意图,导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势。,12,热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和（中间导体定律）： EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,T
3、O)-eAB(TO)-eA(T,TO) 式中： eAB(T): 热端接触电势； eB(T,TO): B导体温差电势； eAB(TO): 冷端接触电势； eA(T,TO): A导体温差电势。,13,在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为 EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 显然， 热电动势的大小与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关。,14,15,16,17,可见当冷端温度 t 0 恒定时， 热电偶产生的热电动势只与热端的温度有关， 即只要测得热电动势，便可确定热端的温度 t。由此得到有关热电偶的几个结论： （1）热电偶必须采用两种不同材料作为
4、电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。 （2）若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。 （3）热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关。,EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO),没有小结的小结,1）铂铑10铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热电偶） 特点是性能稳定，精度高，范围较大、抗氧化性强，长期使用温度可达1000，成本较高，热电动势较弱(我厂主要用于化验室的马弗炉)。 2）铂铑13铂热电偶（分度号为R，也称为单铂铑热电偶，我厂主要用焙烧P04T1A/B和P03T1) 同S型相比，它的热
5、电动势率大15%左右，其它性能几乎相同。,18,标准化热电偶材料和种类,3）铂铑30铂铑6热电偶（分度号为B，也称为双铂铑热电偶） 在室温下，其热电动势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响。 长期使用温度为1600，短期为1800，因热电动势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。 即使在还原气氛下，其寿命也是R或S型的1020倍。缺点是价格昂贵。,19,4）镍铬镍硅（镍铝）热电偶（分度号为K） 是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量01300温度。 热电动势与温度的关系近似线性、价格便宜、热电动势大，是目前用量最大的热电偶。(我厂主要用于锅炉和焙烧) 5）铜铜镍热电偶（分度号
6、为T） 价格便宜，使用温度是-200350。,20,6）铁铜镍热电偶（分度号为J） 价格便宜，适用于真空、氧化或惰性气氛中，温度范围为-200800。 7）镍铬铜镍热电偶（分度号为E） 是一种较新的产品，裸露式结构无保护管，价格比较便宜，在常用的热电偶中，其热电动势最大。适用于0600温度范围。,21,22,热电偶分类表,23,热电偶,24,热电偶的结构形式 1.普通型热电偶 普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。 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。,25,凡是在两个平面在周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，
7、一般都称为“法兰”。,26,2018/12/7,27,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,保护管： 保护管的作用是使热电偶电极不直接与被测介质接触。 它不仅可延长热电偶的寿命， 还可起到支撑和固定热电极，增加其强度的作用。 材料主要有金属和非金属两类。,28,2.铠装热电偶（缆式热电偶） 铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。 这种热电偶能弯曲、耐高压、反应时间短、坚固耐用。,29,30,2018/12/7,第四章 非电量的电测技术,31,铠装型热电偶外形,铠装
8、型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,铠装型热电偶横截面,法兰,2018/12/7,32,热电偶冷端温度补偿,热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数。,必要性： 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定， 因此将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。,2018/12/7,33,（一）补偿导线法,采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远离高
9、温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。 所谓补偿导线：实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0100温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。若利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。,2018/12/7,34,补偿导线型号,2018/12/7,35,补偿导线外形,A,B,屏蔽层,保护层,2018/12/7,36,在使用延长线时的应注意以下几方面：,各种延长线只能与相应型号的热电偶配用，而且必须在规定的温度范围内使用； 注意极性，不能接反，否则会造成更大的误差； 延长线与热电偶连接的两个结点，其温度必须相同。,热电偶的安装
10、要求,37,38,对热电偶的安装,应注意有利于测温准确，安全可靠及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作。要满足以上要求，在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点： 1、为了使热 热电偶的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻； 2、如果不得以必须要在弯头处安装，也尽量顶部迎着流体方向安装，而不是顶部顺着流体方向,3带有保护套管的 热电偶有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热电阻 热电偶应该有足够的插入深度: （1）对于测量管道中心流体温度的热电偶，一般都应将其测量端插入到管道中心处（垂直安
11、装或倾斜安装）。如被测流体的管道直径是200毫米，那热电偶或热电阻插入深度应选择100毫米；,39,（2）对于高温高压和高速流体的温度测量（如主蒸汽温度），为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,。浅插式的热电偶保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于探杆直径的810倍。如我们常规的6mm的探杆，常常建议最小插入深度为50mm； （3）假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m,热电偶或热电阻插入深度1m即可； （4）当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套,40,（2）对于高温高压和高速流体的温度测量（如主蒸汽温度），为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,。浅插式的热电偶保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于探杆直径的810倍。如我们常规的6mm的探杆，常常建议最小插入深度为50mm； （3）假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m,热电偶或热电阻插入深度1m即可； （4）当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套,41,热电偶常见故障,42,1.热电势比实际值小（显示仪表指示值偏低）,2.热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）,3.热电势输出不稳定,4.热电偶热电势误差大,最常见的故障,46,断管、断线,精度降低,热电偶的校验,47,
