计量课件

1第三章热电偶温度计在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。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，由于热电偶是一种有源传感器，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。2第三章热电偶温度计热电偶的冷端处理和补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。热电偶的冷端处理和补偿:当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为０℃。3第三章热电偶温度计1.补偿导线法2.热电偶冷端温度恒温法3.计算修正法4.冷端补偿电桥法5.机械调零法6.多点测量的热电偶冷端温度补偿冷端处理方法：4第三章热电偶温度计1.补偿导线法组成：补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。热电偶补偿导线功能：其一实现了冷端迁移；其二是降低了电路成本。补偿导线又分为延长型和补偿型两种延长形：补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，用字母“Ｘ”附在热电偶分度号后表示，补偿型：其合金丝的名称化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在100℃以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，有字母“C”附在热电偶分度号后表示，5第三章热电偶温度计补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色补偿导线型号配用热电偶补偿导线的线芯材料绝缘层着色正极负极SC或RC铂铑10（铂铑）-铂SPC（铜）SNC（铜镍）红绿KC镍铬-镍硅KPC（铜）KNC（铜镍）红蓝KX镍铬-镍硅KPX（铜镍）KNX（镍硅）红黑NX镍铬硅-镍硅NPS（铜镍）NNX（镍硅）红灰EX镍铬-铜镍EPX（镍铬）ENX（铜镍）红棕JX铁-铜镍JPX（铁）JNX（铜镍）红紫TX铜-铜镍TPX（铜）TNX（铜镍）红白6第三章热电偶温度计使用补偿导线时注意问题：补偿导线的作用是对热电偶冷端延长1、补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）；2、热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；3、不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；4、补偿导线的正、负极需分别与热电偶正、负极相连；7第三章热电偶温度计冷端温度恒温法：适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。8第三章热电偶温度计热电偶的分度表是按冷端温度为0度分度的，但在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0度，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。计算修正法)0,(),()0,(11TETTETE9第三章热电偶温度计用镍铬--镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30℃。测得的热电势为28mV，求热端温度。mVE203.1)0,30(mVTE28)30,(mVmVmVTE203.29203.128)0,(反查K分度表T=701.5℃10第三章热电偶温度计利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值冷端补偿器：不平衡电桥法11第三章热电偶温度计热电偶材料根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：(1)温度测量范围广要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。(2)性能稳定要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。(3)物理化学性能好要求在规定的温度测量范围内使用时不产生蒸发现象。有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。12第三章热电偶温度计满足上述条件的热电偶材料并不很多。目前我国大量生产和使用、性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的热电偶材料称为标准热电偶，共有六个品种。它们分别是：铜-康铜、镍铬-考铜、镍铬-镍硅、镍铬-镍铝、铂铑10-铂及铂铑30-铂铑6。其中镍铬-考铜热电偶材料将逐渐地被淘汰。根据国际电工委员会(IEC)标准的规定，我国将发展镍铬-康铜、铁-康铜热电偶材料。此外，我国还生产一些未定型热电偶材料，如铂铑13-铂、铱、铑40-铱、钨铼5-钨铼26、等等。13第三章热电偶温度计热电偶名称分度号热电极识别E（100,0）（mV）测温范围（℃）对分度表允许偏差（℃）新极性识别长期短期等级使用温度允差铂铑10-铂S正亮白较硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃负亮白柔软＞600±0.25%t铂铑13-铂R正较硬0.6470~13001600Ⅱ＜600±1.5℃负柔软＞1100±0.25%t铂铑30-铂铑B正较硬0.0330~16001800Ⅲ600~900±4℃负稍软＞800±0.5%t镍铬-镍硅K正不亲磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t负稍亲磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t镍铬硅-镍硅N正不亲磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t负稍亲磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t镍铬-康铜E正暗绿6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t负亮黄Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t铜-康铜T正红色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t负银白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t铁-康铜J正亲磁5.269-40~600750Ⅱ-40~750±2.5℃或±0.75%t负不亲磁14第三章热电偶温度计铂铑10-铂热电偶（S型）贵金属热电偶。电极线径规定为0.5mm，正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金负极（SN）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。15第三章热电偶温度计铂铑30-铂铑6（B型）为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为0.5mm，正极（BP）和负极（BN）的名义化学成分均为铂铑合金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽中；参比端不需进行冷端补偿，因为在0～50℃范围内热电势小于3µV。缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵。16第三章热电偶温度计镍铬-镍硅热电偶（K型）使用量最大的廉金属热电偶，用量为其它热电偶的总和正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10，负极（KN）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3。其使用温度为-200～1300℃。优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。K型热电偶不能在高温下直接用于还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。17第三章热电偶温度计镍铬-铜镍热电偶（E型）称为镍铬-康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。其正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为55%的铜、45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。E型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。18第三章热电偶温度计标准化热电偶热电势和温度的关系19第三章热电偶温度计热电偶种类优点缺点B适于测量1000℃以上的高温常温下热电动势极小，可不用补偿导线抗氧化、耐化学腐蚀在中低温领域热电动势小，不能用于600℃以下灵敏度低热电动势的线性不好R、S精度高、稳定性好，不易劣化抗氧化、耐化学腐蚀可作标准灵敏度低不适用于还原性气氛(尤其是H2、金属蒸气)热电动势的线性不好价格高N热电动势线性好1200℃以下抗氧化性能良好短程表序结构变化影响小不适用于还原性气氛同贵金属势电偶相比时效变化大K热电动势线性好1000℃下抗氧化性能良好在廉金属热电偶中稳定性更好不适用于还原性气氛同贵金属热电偶相比时效变化大因短程有序结构变化而产生误差E在现有的热电偶中，灵敏度最高同J型相比，耐热性能良好两极非磁性不适用于还原性气氛热导率低具有微滞后现象J可用于还原性气氛热电动势较K型高20%左右铁正极易生锈热电特性漂移大T热电动势线性好低温特性好产品质量稳定性好可用于还原性气氛使用温度低铜正极易氧化热传导误差大20第三章热电偶温度计名称热电极材料使用温度范围(℃)过热使用温度范围(℃)特征正极负极钨铼系WRe5、WRe3WRe26、WRe250～23003000适用于还原性、H2及惰性气体。质脆铂铑系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh20300～15001100～160018001800在高温下使用，热电动势小，其它性能与R型相同铱铑系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh601100～20002100适用于真空、惰性气体及微氧化性气氛。质脆镍钼系NiNiMo180～1280/可用于还原性气氛，热电动势大钯铂系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金0～11001300耐磨性能强，热电动势的大小基本上与K型相同镍铬、金铁以Ni-Cr为主的合金含0.07mo1%Fe的合金0～300K/20K以下热电动势比较大，热电动势的线性好银金、金铁含Au为0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金1～40K/热电动势小，受磁场影响21第三章热电偶温度计1.插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线5~10mm。2.注意保温为防止传导散热产生测温附加误差，保护套管露在设备外部的长度应尽量短，并加保温层。3.防止变形应尽量垂直安装。在有流速的管道中必须倾斜安装，若需水平安装时，则应有支架支撑。热电偶安装注意事项22第三章热电偶温度计23第三章热电偶温度计+tABˊBAˊmV+tABˊBAˊmVt0t0a)冷端在仪表内b)冷端在仪表外RDA+t1BˊBAB+t2AˊmV用两支热电偶和一个仪表配合测量两点之间温差的线路。用两支型号相同的热电偶并配用相同的补偿导线。工作时，两支热电偶产生的热电动势方向相反，故输入仪表的是其差值，这一差值正反映了两支热电偶热端的温差。为了减少测量误差，提高测量精度，要尽可能选用热电特性一致的热电偶，同时要保证两热电偶的冷端温度相同。24第三章热电偶温度计AB+AB+AB+R1R2R3t1t2t3e=(e1+e2+e3)/3AB+AB+AB+e=e1+e2+e3有些大型设备，需测量多点的平均温度。可以通过热电偶并联的测量电路来实现，如图所示。将n支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路称并联测量线路。如果n支热电偶的电阻均相等，则并联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势的平均值，即nEEEEn21并热电偶并联线路中，当其中一支热电偶断路时，不会中断整个测温系统的工作。25第三章热电偶温度计将n支同型号热电偶依次按正负极相连接的线路称串联测量线路，串联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势之和，即串联线路的主要优点是热电动势大，仪表的灵敏度大为增加。缺点是只要有一支热电偶断路，整个测量系统便无法工作。nEEEEEn21串26第三章热电偶温度计热炉内温度检测点选择热炉内温度的分布并