第二章 温度测量仪表

热工仪表修理工第二章温度测量仪表莱钢培训中心许月军Mobile:15066348861E-mail:[e-mail]2第二章温度测量仪表第一节温度测量仪表概述第二节热电偶温度计第三节热电阻温度计第四节其它接触式温度检测仪表第五节非接触式温度检测仪表第六节显示仪表3第一节温度测量仪表概述1.温度的概念热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。4温标是温度的数值表示法，是衡量温度大小的尺度。2.温标的概念摄氏温标华氏温标热力学温标国际实用温标（选择题：第17小题）目前我国采用的温标是()。A摄氏温标B华氏温标CIPTS-68温标DITS-4温标D原试题中ITS-4温标不正确第一节温度测量仪表概述5(1)摄氏温标工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是指在标准大气压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，℃)，水的冰点及沸点分别对应0度和100度。一般用小写字母t表示。(2)华氏温标目前已用得较少，其规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号用℉。它和摄氏温度的关系如下：m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃第一节温度测量仪表概述6(3)热力学温标又称开尔文温标，符号：K，是国际基本单位制之一。规定水的冰点（绝对零度）及沸点分别对应273.15度和373.15度。(4)国际实用温标1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位：开尔文，符号：K。注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1K=1℃。若T0表示在标准大气压下冰的融化温度，T0=273.15K。由此得摄氏温标与热力学温标的关系：t=T-T0第一节温度测量仪表概述7分类按测量范围按用途高温计、温度计标准仪表、实用仪表按工作原理热电偶温度计、热电阻温度计、膨胀式温度计、压力式温度计和辐射高温计按测量方式接触式与非接触式3.温度检测仪表的分类温度不能直接测量，只能借助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。第一节温度测量仪表概述8常用温度测量仪表的种类及优缺点测温方式种类和材质测温范围／℃优点缺点接触式测温仪表膨胀式玻璃液体-50～600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传双金属-80～600结构紧凑，牢固可靠精度低，量程和使用范围有限压力式液体气体蒸汽-30～600-20～3500～250结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉精度低，测温距离短，滞后大热电偶铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜0～1600-50～1000-50～600测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低热电阻铂铜-200～600-50～150测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制不能测高温，需注意环境温度的影响非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400～2000700～3200900～1700测温时，不破坏被测温度场低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度红外线光电探测热电探测0～3500200～2000测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快易受外界干扰，标定困难9习题多选题:(第94小题)接触式测温仪表常用的有（）。A光电式温度计B膨胀式温度计C热电偶D热电阻BCD多选题:(第66小题)温度测量的方式有（）两类。A接触式B插入式C浸入式D非接触式AD10第二节热电偶温度计一、热电偶测温原理热电偶温度计是基于热电效应原理测量温度的。热电效应：将两种不同的导体连接成闭合回路，只要两端有温度差，回路中就有电流通过，产生的相应电动势称为热电势，这种现象称为热电效应（或温差效应）。解释题第4小题11热电极A右端称为：自由端(参考端、冷端）左端称为：测量端(工作端、热端)热电极B热电势AB由此效应所产生的电势，通常称为热电势，用符号EAB（t，t0）表示。第二节热电偶温度计一、热电偶测温原理12热电势主要由两部分组成：接触电势和温差电势接触电势：两种不同导体接触时产生BtAtABNNekttelnABeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)第二节热电偶温度计一、热电偶测温原理dtdtNtdNekttett01,0温差电势：同一导体因两端温度不同而产生的热电势130000(,)()()(,)(,)ABABABBAEttetetettett接触电势温差电势温差电势比接触电势小的多，只与两种导体材料及两端温度有关，与热电极的形状、大小、长短无关。000,tetet-etettEBAABABABAB当冷端温度t0一定时，对于确定的热电偶来说，eAB(t0)为常数，因此，其总热电势EAB(t,t0)就与温度t成单值函数对应关系，只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的高低，这就是热电偶的温度测量原理。第二节热电偶温度计一、热电偶测温原理14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；如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零；如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关。从以上式子可以得到如下重要结论：15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。二、热电偶测温的优点第二节热电偶温度计16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。分度号名称测量温度范围1000C热电势/mVB铂铑30－铂铑650～1800C4.834R铂铑13—铂-40～1600C10.506S铂铑10—铂-40～1600C9.587K镍铬－镍硅(铝)-270～1300C41.276E镍铬－铜镍(康铜)－270～800C76.373三、几种常用标准化热电偶：分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。第二节热电偶温度计17普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰多选题：（第55小题）测温元件在管道、设备上安装时，固定方式有（）。A螺纹连接头固定B法兰固定C铰接固定D膨胀固定AB第二节热电偶温度计18WRTK2-434/ⅡΦ8*1000mm铠装固定卡套法兰热电偶WRSK-143/ⅡΦ6*1000mmGh3030铠装防爆热电偶WRNK-332/ⅠΦ4*1000mmGh2520铠装可动卡套螺纹热电偶第二节热电偶温度计19耐腐热电偶和耐磨热电偶：第二节热电偶温度计20压着式铠装热电偶：第二节热电偶温度计21耐高温耐腐蚀热电偶：以特殊金属陶瓷材料作为外保护套管，采用复合型结构，使用温度1600°C，具有良好的耐高温、抗气流冲击、抗氧化性能。主要用于高温加热炉、裂解炉、尾气焚烧炉、焦化炉等装置的测温。第二节热电偶温度计22吹气型热电偶：吹气型热电偶的结构原理：铠装热电偶感温元件和外保护管之间构成一定的气路，在气路中，通入一定压力的惰性气体，以排除或减少热电偶在高温、高压条件下还原气体的渗入。第二节热电偶温度计23四、热电偶的基本定律由一种均质导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。1．均质导体定律第二节热电偶温度计在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。2．中间导体定律24热电偶回路中，两接点温度分别为t、t0时的热电势，等于接点温度为t、tn和tn、t0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。3．中间温度定律00(,)(,)(,)ABABnABnEttEttEtt该定律说明当热电偶参比端温度t0≠0℃时，只要能测得热电势E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。四、热电偶的基本定律第二节热电偶温度计254.连接导体定律在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导体A’和B’相连接，各有关接点温度为t，tn和t0，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A’和B’两端处于tn和t0温度条件下的热电势EA’B’(tn,t0)的代数和。''0''0(,,)(,)(,)ABBAnABnABnEtttEttEtt中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据四、热电偶的基本定律第二节热电偶温度计26五、热电偶测温系统热电偶测温系统是由热电偶、补偿导线、测量仪表及相应的电路构成的。实际应用中,热电偶冷端所处环境温度总有波动,从而使测量得不到正确结果,必须采取补偿措施。热电偶参考端的温度处理方法：1.补偿导线法在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉价金属导线为补偿导线。第二节热电偶温度计27当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度t0处（通常是环境温度），然后再对冷端温度进行修正。2.计算修正法（热电势修正法）（1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为0℃。（2）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内。3.冷端恒温法（自由端恒温法）五、热电偶测温系统第二节热电偶温度计补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。4.补偿电桥法（温度补偿器法）28六、热电偶的使用与安装1、正确选择测温点，因为感温元件是与被测介质进行热交换而测量温度的，因此感温元件与被测介质要进行充分的交换，有利于热交换的进行，不应插至死角区域。2、测温元件应与被测介质充分接触保证足够的插入深度，热电偶温度计保护管的末端应超过管中心线5-10mm，热电阻温度计的插入深度在减去感温元件的长度后，应为金属保护管直径的15-20倍，非金属保护管直径的10-15倍，为增加插入深度可采用斜插，根据生产实践经验，无论多粗的管道，温度计的插入深度为300mm已足够，但一般不应小于温度计全长的2/3。3、避免热辐射，减少热损失4、安装应确保正确、安全可靠5、应迎着被测介质流向插入，至少与被测介质流向成正交安装，切勿与被测介质形成顺流。第二节热电偶温度计29安装热电偶时注意事项：热电偶在测量较高温度时，应尽可能垂直安装，以避免保护管长期工作后变形弯曲。有流速时，倾斜安装，如需水平安装，应用耐火材料制成的支架支撑。热电偶不应装在靠近炉门和加热的地方。热电偶的插入深度至少应为保护管直径的8-10倍，其工作端应尽可能靠近被测物体，以保证测量准确。热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝缘物质堵塞，以免冷热空气对流而影响测温的准确性。热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场，以免引入干扰。热电偶安装时，不应把热电偶的测量线和电力线放在同一走线管道内。热电偶不能安装在被测介质很少流动的