工业过程控制第2章 2.1指标 2.2温度检测模板

热电偶工作原理演示
热电极B
当热电偶两个结点温度不同时，回路中会产生 热电势，热电势由接触电势和温差电势组成。
1、接触电势
当不同导体A、B接触时，两边自由电子密度不 同，在交界面上产生电子相互扩散，使接触端产生 接触电势。 其大小取决于两种材料的种类和接触点 的温度。
Kt N A ( t ) e AB ( t ) ln e NB( t )
第2章
检测仪表
生产中需要检测大量的参数，如温度、压力、 流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测 仪表，包括指示、记录仪表及将被测参数转换成标 准信号输出的变送器。
检测是意义更为广泛的测量。
检测过程包括：信息提取、信号转换、存储、 显示记录、分析处理、传输等。即： 检测 = 测量+信号处理+传输
o
镍铬—镍硅热电偶分度表（简表）
分度号 K
t/℃ 0 100 200 300 400 00 0.000 4.095 8.137 12.207 16.395 10 0.397 4.508 8.537 12.632 16.818 20 0.798 4.919 8.938 13.039 17.241 30 1.203 5.327 9.341 40 1.611 5.733 9.745 50 2.022 6.137 10.151 14.292 18.513 60 2.436 6.539 10.560 14.712 18.938
3、热电偶温度计 利用物体的热电性质测温。 4、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体 电阻值随温度变化的性质测温。 5、半导体温度计 利用半导体PN结的结电压 随温度变化的特性，通过测量 感温器元件（结）电压变化来 测量温度。
非接触式测温的具体方法有： 1、 辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度。 2、 红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。
热端
A
Kt0 N A ( t0 ) e AB ( t0 ) ln e N B ( t0 )
t
B
t0 冷端
NA( t )、 NB( t ) —自由电子密度；e —单位电荷
2、温差电势
对于同一金属，若其两端温度不同，则自由电子 所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差 电势。 k T 1 dN ( t )
利用液体（水银、酒精）受热时体积膨胀的 特性测温。
电接点式 玻璃管温度计
玻璃管温度计
有固体膨胀式温度计： 用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制 成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同 而产生弯曲。
若将双金属片制成螺旋形， 当温度变化时，螺旋的自由端便 围绕着中心轴偏转，带动指针在 刻度盘上指示出相应温度值。
eA(t,t0) eAB(t) eB(t,t0) eAB(t0)
热电势： E AB ( t ,t0 ) eAB ( t ) eAB ( t0 ) 公式中自由电子密度很难确定，因此用公式计 算热电势误差很大，但从此式可以得出基本结论： 对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温 度有关。当冷端温度固定时， EAB( t, t0 )是热端温度 t 的单值函数。 实际中通过实测标定热电 mV 势：将冷端温度固定在0 ℃， EAB(t,t0) 热端温度每增加1 ℃时产生的 热电势为标准热电势。 0 t t
例1 某台测温仪表的测量范围为 －100～700℃， 校验该表时测得其最大绝对误差为＋5℃，试确定该 仪表的精度等级。 解： 该仪表的基本误差为：
δ=
+5 700+100 ×100% = +0.625%
将δ 去掉“+”与“%”号，其数值为0.625。 由于国家规定的仪表精度等级中没有0.625级，该仪 表的误差介于0. 5级～1.0级之间。 故：这台测温仪表的精度等级确定为1.0级。
双金属片常用来做温度报警或控制
如图是一双金属温控器。 随着温度上升，双金 属片逐渐弯曲，当其触点 继电器 接触到固定触点时，报警 灯和继电器回路被接通。 调节螺钉用来调整固 定触点的位置，以调整报 警温度。
继电器
绝缘柱
双金属片
调节螺钉
2、压力式温度计 利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象 来测温。如弹簧管式温度计。 原理 : 封闭容器中的液体、气体或 低沸点液体的饱和蒸汽，受热后压力增 大体积膨胀。 弹簧管变形带 动连杆机构，驱动 指针转动，指示温 度。
对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵 敏度和灵敏限。分辨率表示仪表显示值的精细程度。 如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为 千分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。 分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。 如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度 值为0.1℃，即该表的分辨力为0.1℃ 。
检测仪表的指示值X与被测量真值Xt之间存在 的差值称为绝对误差Δ，表示为： Δ= X－X t 由于真值是无法得到的理论值，实际计算时是 用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值 X t，表示为： Δ= X－X0
最大绝对误差Δmax
仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最 大的绝对误差称为最大绝对误差Δmax。
输出 实际下降校验曲线 标准输入输出特性曲线
Δmax
0
实际上升校验曲线
输入(被测量)
2．基本误差 基本误差是一种简化的相对误差，又称引用 误差或相对百分误差。定义为：
最大绝对误差 max 基本误差 100% 仪表量程
其中：仪表量程 = 测量上限－测量下限
仪表的基本误差表明了仪表在规定的工 作条件下测量时，允许出现的最大误差。
光学高温计
红外线测温计
2.2.2 热电偶
热电偶是以热电效应为原理 的测温元件，能将温度信号转换 成电势信号（mV） 。 特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远 传。一般用于测量500～1600℃之间的温度。 2.2.2.1 热电偶的测温原理
将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路， 若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电 势称为热电势。
5、 变差 在外界条件不变的情况下，同 一仪表对被测量进行往返测量时 （正行程和反行程），产生的最大 差值与测量范围之比称为变差。
变差 =
正反行程最大差值 量程
×100%
y
造成变差的原因: 传动机构间存在的间隙和摩 擦力; 弹性元件的弹性滞后等。
∆ymax
O
xmin
xmax
x
6、响应时间
当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变 化以后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确 地显示出来。这段时间称为响应时间。 响应时间的计算： 从输入一个阶跃信号 开始，到仪表的输出信号 （即指示值）变化到新稳 态值的95％所用的时间。
24.050
28.288 32 32.866
800
900 1000 1100
33.277
37.325 41.269 45.108
33.686
37.724 41.657 45.486
34.095
38.122 42.045 45.863
34.502 34.909
38.519 38.915 42.432 42.817 46.238 46.612
检测的作用 1、产品检验和质量控制的重要手段
成品检测 在线检测
2、大型设备安全经济运行监测的重要手段
保证设备和人员安全 提高经济效益
3、自动控制系统中不可缺少的组成部分
生产过程： 控制 “物流” 管理 “信息流” 获取 处理 传送
2.1检测仪表的基本技术指标 检测仪表的性能用技术指标来表达，通过严谨 的检定方法得到。 检定方法：利用检定设备模拟一个被测物理量 的变化过程，通过被检仪表和标准仪表的检测数据 相比较，计算其各项指标。
2.2.1温度检测方法
一般利用物体的某些物理性质随温度变化的特 性来感知、测量温度。有 接触式测温——通过测温元件与被测物体的接 触而感知物体的温度。 非接触式测温——通过接受被测物体发出的热 辐射热来感知温度。
接触式测温仪表有： 1、膨胀式温度计 基于物体受热时体积膨胀的性质而制成。
有液体膨胀式温度计：
仪表的精度等级数值越小，表明该仪表的精确 度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。
0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业 现场用的测量仪表精度大多为0.5级以下。 目前，我国生产的仪表常 用的精确度等级有：
0.005，0.02，0.05，0.1， 0.2，0.4，0.5，1.0，1.5， 1.6（只有压力表），2.5等。
0 100
×10℃
3．精确度（精度） 为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度 （精度）等级系列。 如0.5级，1.0级，1.5级等。 仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉 “±”号及“％”号，归入仪表精度等级系列。 例如: 1.如果某台仪表的基本误差为±1.0％，则该表 的精确度等级等于1.0级。 2.如果某台仪表的基本误差为±1.3％，则该表 的精确度等级归入1.5级。
例2 某工艺要求配一块测压范围为 0～8MPa的 测压仪表，测压误差不允许超过±0.05 Mpa。问应 选择多高的仪表精度等级？ 解： 按工艺要求，仪表的允许基本误差应为：
±0.05MPa ×100% =±0.625% δ= 8MPa
去掉“±”和“％”号后，0.625介于0.5～1.0之 间。若选精度为1.0级的仪表，其允许的最大绝对误 差为±0.08 MPa 。超过了此工艺允许的数值。 故： 应选择 0～8MPa，0.5级的压力表。
热电偶回路总电势即为热电势，由接触电势和 温差电势合成：
E AB ( t ,t0 ) eAB ( t ) eAB ( t0 ) eB ( t ,t0 ) eA ( t ,t0 )
但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。 上式可以近似成：
E AB ( t ,t0 ) eAB ( t ) eAB ( t0 )