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1、2/27/2019,1,第三章 过程检测技术,3 过程检测技术,2/27/2019,2,3.4 温度测量,3.4.1 概论 温度的测量方法：接触式测温法和非接触式测温法。 摄氏温度与华式温度的换算公式： F=(C9/5)+32 C=(F-32)5/9 摄氏温度与开尔文温度（绝对温度）的换算公式： K =C+273.16,2/27/2019,3,3.4 温度测量,3.4.1 概论 测温仪表从原理上可以分为以下几类： 利用物体的热膨胀来测温； 利用导体（半导体）的热电效应来测温； 利用电阻随温度变化而变化的特性来测温； 利用物体的表面辐射与其温度的关系来测温。,2/27/2019,4,3.4 温度
2、测量,3.4.1 概论,2/27/2019,5,3.4 温度测量,3.4.2 热膨胀式温度计 （1）液体膨胀式温度计,液体在温度为t时的体积,液体在温度为t0时的体积,液体的体积膨胀系数,被测液体的体积膨胀系数,2/27/2019,6,3.4 温度测量,3.4.2 热膨胀式温度计 （2）固体膨胀式温度计,2/27/2019,7,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 热电偶测温仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器。它由热电偶、电测仪表和连接导线组成，其核心元件是热电偶。 它具有以下特点：测量精度高，性能稳定； 结构简单、易于制造、产品互换性好； 将温度信号转换成电信号，便于信号远传和实现
3、多点切换测量； 测温范围广，可达-2002000； 形式多样，适用于各种测温条件。,2/27/2019,8,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （1）热电偶测温仪表工作原理 热电效应：两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点t0、t（假设t大于t0）的温度不同时，回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度有关。,2/27/2019,9,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表,3.4.3 热电偶测温仪表 （1）热电偶测温仪表工作原理 热电势是接触电势和温差电势共同作用的结果。 接触电势：当A、B材料特性确定后，接触电势只是接触点
4、温度的函数，可记作 。接点温度越高，接触电势 越大。 温差电势：温差电势只与导体材料性质和两端温差有关。当导体材料一定时只与两端的温度有关，记作 。一般记成：,2/27/2019,10,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （1）热电偶测温仪表工作原理 通过分析可以得到：,令：,2/27/2019,11,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （2）热电偶的基本定律 匀质导体定律：匀质导体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。 热电偶必然由两个不同质的材料组成； 同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否匀质。 中间导体定律：由两种不同导体构成的热电偶回路中，接入第三种导体
5、，只要保持第三种导体两端温度相等，则对回路热电势没有影响。,2/27/2019,12,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （2）热电偶的基本定律 中间温度定律：两种匀质导体A、B构成的热电偶，两端温度为t和t0，如存在一个中间温度，则热电偶存在以下关系：,标准电极定则：A、B导体的热电势等于它们对另一参考导体C的热电势之和，即,2/27/2019,13,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （3）常用热电偶测温系统 补偿导线是在一定的温度范围内与所接的热电偶热性能相同的廉价金属丝。,C，D,2/27/2019,14,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （3）常用热电
6、偶测温系统,两 点 温 度 差,2/27/2019,15,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （3）常用热电偶测温系统,多 点 温 度 和,2/27/2019,16,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （3）常用热电偶测温系统,多 点 温 度 平 均 值,2/27/2019,17,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （4）热电偶冷端温度的影响及处理,实际应用过程中，冷端温度大多是变化的，从而给测量带来误差。 恒温法：该方法就是把热电偶冷端置于人造恒温装置中，常用的恒温装置有冰点槽和热电式恒温箱。,2/27/2019,18,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪
7、表 （4）热电偶冷端温度的影响及处理,示值修正法 机械零位调整法，即预先把仪表的机械零件调整到冷端温度t0处，相当于预加了一个电势 ，综合起来，仪表的输入电势：,2/27/2019,19,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （4）热电偶冷端温度的影响及处理,示值修正法 假设冷端温度 ，被测温度为t，示值温度为 。那么显示出来的输入热电势应为 ，而实际产生的热电势是 。显而易见，输入热电势应为热电偶实际产生的热电势，即 ，由此可得计算修正法的公式：,2/27/2019,20,3.4 温度测量,例：利用镍铬-镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度t0=30，测得热电势E（t，t0）=25.566
8、mV，求被测的实际温度。（E（30，0）=1.203mV）,再查K分度表得到实际温度为644 。,2/27/2019,21,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （4）热电偶冷端温度的影响及处理,冷端温度补偿电桥法,当冷端温度升高时，RCu也随之增大，因而Uab也增大，热电势Ex在逐渐减小。如果 ，则 不会随冷端温度变化而变化。,2/27/2019,22,3.4 温度测量,3.4.3 热电偶测温仪表 （5）热电偶的结构型式,2/27/2019,23,3.4 温度测量,3.4.4 热电阻测温仪表 热电阻温度计由热电阻、连接导线及显示仪表组成。 （1）测温原理,温度为t时的电阻值,温度为t
9、0时的电阻值,电阻温度系数,金属导体电阻与温度关系,每升高1时电阻相对变化量,半导体电阻与温度关系,T为绝对温度，A、B为与半导体材料有关的常数,2/27/2019,24,3.4 温度测量,3.4.4 热电阻测温仪表 （2）常用热电阻 铂热电阻性能可靠、精确度高，在氧化甚至高温条件下物理化学性能非常稳定，一般作为标准仪表。但在还原性条件中易变脆，且价格高。 铜热电阻的优点是阻值与温度几乎成线性关系，但它高温下易被氧化，测量精度不高，适用于测量准确度要求不高、温度较低的场合。 镍热电阻的最大特点是温度系数较大，测温灵敏度高，当温度系数在200时产生特殊变化，因此，测温范围低于200。,2/27/
10、2019,25,3.4 温度测量,3.4.4 热电阻测温仪表 （3）热电阻的结构 热电阻有电阻体、绝缘套管、保护套管和接线盒组成。 电阻体是由绝缘骨架和电阻丝构成。绝缘骨架用来缠绕、固定和支撑热电阻丝。不同的骨架及骨架材料对热电阻的构造和性质都有影响。,2/27/2019,26,3.4 温度测量,2/27/2019,27,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用 根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适的测温仪表，使之有足够的量程和精度。 根据生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪表、自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。 根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，防止过
11、多的维护管理费用。,2/27/2019,28,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用 根据生产所要求的测量范围，允许的误差，选择合适的测温仪表，使之有足够的量程和精度。 根据生产现场对仪表功能的要求，可选用一般性仪表、自动记录仪表、可远传仪表以及自动测温系统等。 根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，防止过多的维护管理费用。,2/27/2019,29,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用,2/27/2019,30,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用,2/27/2019,31,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用 1、就地温度仪表选择 在满足测量范围、工作
12、压力、精确度要求下，应优先选用双金属温度计。 对于-80 以下低温，无法近距离观察，有振动以及对精确度要求不高的场合可以选择压力式温度计。 玻璃温度计由于易受机械损伤造成汞害，一般不推荐使用。,2/27/2019,32,3.4 温度测量,3.4.5 测温仪表的选用 2、温度检测元件选择 热电偶适合一般场合，热电阻适合要求测量精度高、无振动场合。 根据对测量响应速度的要求选择： 热电偶：600s，100s，20s； 热电阻：90180s，3090s，1030s，10s；,2/27/2019,33,3.4 温度测量,3.4.6 测温仪表的安装 （一）测量元件的安装要求 1、正确选择测温点 （1）在
13、测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差； （2）测温点不应在死角区域，应尽量避开有电磁干扰的场合，必要时应采取抗干扰的措施。,2/27/2019,34,3.4 温度测量,2、合理确定测温元件的插入深度 插入深度的选取，应使感温元件能够充分地感受到被测物体的实际温度。 （1）在管道上安装时，测量元件的感温点应处于管道中心流速最大处；保护管的末端分别越过管中心线热电偶为510mm、铜电阻为2630mm、铂电阻为5070mm。若工艺管道过细（直径小于80mm），应插入弯头处或加装扩大管。 （2）在设备上安装时，一般插入深度应使感温部分处于具有代表性的区域内。,2/27/2019
14、,35,3.4 温度测量,3、测温元件的安装应确保安全可靠 （1）凡安装承受压力的感温元件，都必须保证其密封性。 （2）高温下工作的热电偶，其安装位置应尽量可能保持垂直，以防止保护管在高温下产生变形。 （3）在介质流速较大的管道中，测温元件必须倾斜安装。 （4）热电偶、热电阻接线盒面盖应向上密封，以免雨水或其他液体、赃物进入接线盒中而影响测量。,2/27/2019,36,3.4 温度测量,（二）连接导线的安装 （1）按照规定型号配用相应的补偿导线，注意连接极性； （2）导线应尽量避免接头、应有良好的绝缘性，禁止与交流输电线一同敷设，以免引起干扰； （3）为保护连接导线与补偿导线不受外来机械损伤，应将连接导线或补偿导线穿入金属管或汇线槽架空敷设。,
