中国石油大学化工检测仪表第六温度测量 ppt课件

6.3.2 常用热电阻的材料
一、金属热电阻
热电阻材料要求
（1）电阻温度系数大，即灵敏度高； （2）物理化学性能稳定，能长期适应较恶劣的测温
环境，互换性好； （3）电阻率要大，以减小电阻体积，减小热惯性； （4）电阻与温度近似为线性关系，测温范围广； （5）价格低廉，复制性强，加工方便。
6.3.2 常用热电阻的材料
常用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的 温度测量。
6.2.3 双金属温度计（固体膨胀）
一、测量原理 两种线膨胀系数不同的金属片叠焊，一端固定，一端自由。
受热后产生弯曲变形。 弯曲程度与温度成比例。
温 度 t 膨 胀 系 数 大 的 伸 长 较 多 向 膨 胀 系 数 小 的 一 面 弯 曲 变 形
感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的
加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过 感温元件能承受的上限温度;被测对象不对感 温元件产生腐蚀
需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上
特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难
常用T表示。
国际单位制中七个基本物理单位之一
4 各温标关系
t 5(F32) 9
tT27.135
二、温度测量方法
1. 接触式测温
当两个两个冷热程度不同物体接触后，均会发生热交 换，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然 相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体 实现温度测量，这种测温方式称为接触法。 要求: 测温物体的物理性质必须连续、单值地随温度变化，
则封闭系统中气体的质量为：
m =(VA+VB) ρ0 =(VA+VB)P0M/RT0
P0 、 To—封闭系统内初始压力、温度； VA—温包容积； VB—封闭系统其余部分的容积；
ρ0—系统内工作气体密度。
若温包内气体密度为ρ1 ，质量为m1 ；其余部分毛细管、弹 簧管中气体密度为ρ2 ，质量为m2 ；则
常用F表示。
2 摄氏温标 （宏观） 1750年，瑞典物理学家、天学家摄尔修斯提出摄氏温标。
0℃：标准大气压下纯水的冰的融点； 100℃：标准大气压下纯水的沸点。 1℃：在0~100℃之间划分100等份，每一等份为摄氏1度（1℃）。
单位：摄氏度，符号℃ 常用t表示。
3 热力学温标（绝对温标、国际温标）（微观）
VA
线性
多以氮气或氢气为感温介质。
3．蒸汽压力温度计
液体饱和蒸汽压只与温度有关，利用低沸点液体饱和蒸 汽压随温度变化的性质来测量温度。
各种液体饱和蒸 汽压与温度的关系 可表示为：
lgPa1.7l5gTbT c T
P —液体的饱和蒸汽压； T —温包内自由液面的温度；
a、b、c —与液体性质有关的常数。
x G l 2 t
d
x —双金属片自由端位移； l —双金属片长度； d —双金属片厚度； Δt —温度变化量； G —弯曲率，取决于头金属片的材质， 通常为(5～14)×10-6／K 。
二、双金属温度计的结构
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三、双金属温度计的两位式温度控制 双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作 简单温度控制装置，两位式控制。
Rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ U
I
半导体电阻：多数电子以束缚电子存在，只有少量自由电子
T 自 由 电 子 无 规 则 运 动 加 剧 数量少，碰撞几率小，可忽略 部 分 束 缚 能 量 挣 脱 束 缚 成 为 自 由 电 子 数 量 IR
金属导体电阻： T R 半导体电阻： T R
一般温度每上升1℃: 导体电阻增大0.36～0.68%；半导体电阻下降3～6%。
玻璃管液体温度计 压力式温度计 双金属温度计
6.2.1 玻璃管液体温度计
一、结构
体温计、工业水银温度计 。
结构：感温包、玻璃毛细管和刻度标尺。
感温液体：酒精、水银等
上部真空，压力不变
被测 t 介 质 感温 V 液 体 刻度标 尺示值
V t V t0(')(tt0)
-- 感温液体的体积膨胀系数
受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等影响， 精度不高，常用于测量1000℃以上移动、旋转或反应迅速 的高温物体温度。
多以辐射式为主，经被测物体与感温元件之间的热辐射 作用实现测温。
例如：红外辐射式。
非接触式测温
非典
钢水
红外温度计
接触式与非接触式测温特点比较
方式
接触式
非接触式
测量 条件
测量 范围
第六章 温度测量及变送
概 述 膨胀式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计 非接触式温度计 小结
第一节 概述
温度是重要的热工参数,如: ① 原油外输：加热炉的温度控制； ② 常减压装置，出口温度控制等。 温度定义：
①宏观：表征物体冷热程度的物理量。 热力学第零定律：任意两个冷热程度不同的物体相互接触， 热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间 的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也就是所 描述的，系统温度相等是建立热平衡的充要条件。
通常采用具有所定标物理量固定不变的东西作为基准。
例如：长度单位，1983年10月第十七届国际计量大会通过了米 的新定义：“1米是光在真空中1／299792458秒的时间间隔内 所经路程的长度”。 新的米定义有重大科学意义。从此光速c 成了一个精确数值。
例如：时间单位，在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒 的定义是：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射 的9,192,631,770个周期的持续时间。
A
电阻定义： R = U U一 定 ， I R I
U
从微观的角度：电流I表示单位时间内流过
导体某一截面的电子数量。
B
金属导体电阻：电子全部以自由电子存在
半导体电阻：多数电子以束缚电子存在，只有少量自由电子
金属导体电阻：电子全部以自由电子存在
T 电 子 无 规 则 运 动 加 剧 I R
1. 铂热电阻
国标ITS一90规定，在-259．34～630．74℃温度范围 内，以铂电阻温度计作为基准温度仪器。
测温范围：-200～850℃。
-200℃～0℃范围： Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]
0～850℃范围： Rt=R0(1＋At＋Bt2）
R0—0℃阻值；
分度号: Pt10 、Pt100 、Pt1000 。
热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一，国际温 标。 1848年，由英国物理学家开尔文提出热力学温标。
0K：分子运动停止时的温度为绝对零度。 273.16K：水在标准大气压下的三相点温度。
三相点：单组分（一种纯物质）中有固、液、气平衡共存。 三相点特点：只出现在固定的压强和温度下。水三相点0.01℃ 1K：水的三相点热力学温度的1/273.16。 单位：开尔文，符号K
②微观：组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度， 即对其分子平均动能大小的一种量度。
七个基本物理单位之一
一、温标
温标：为了保证温度量值的准确和利于传递， 需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，这 种用来量度物体温度高低的标尺叫温度标尺， 简称温标。
各种温度计的刻度数值均由温标确定。
它规定了： ① 温度的起点； ② 测量温度的基本单位； ③ 各种温度计的分度值。
整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置
第二节 膨胀式温度计
原理：物体受热体积膨胀。 一般膨胀式温度测量大都在-5℃0～550℃范围内， 用于温度就地指示，不需远传的场合。 分为气体、液体、固体膨胀式。
'-- 盛液容器的体积膨胀系数
α 与α′差别越大，灵敏度越高。
二. 按用途分类
标准温度计：精度高 有棒状、内标尺式的，分一等和二等， 分度值为0.05～0.1℃。
实验室用温度计： 形式与标准的相仿，精度较高。
工业用温度计:精度较低
三. 特点
优点：结构简单，精度较高0.1~2.5，价格 便宜。 缺点: (1)玻璃易碎； (2)用于就地指示，不能远传; (3) 属于接触式测量，需要充分传热，使温 包与被测液体达到热平衡，需要几分钟。
且复现性好。 常用: 玻璃温度计、压力温度计、双金属温度计、
热电偶温度计、热电阻温度计。
需满足条件：感温部件与被测介质充分接触； 保证热交换时间。
接触式测温
2. 非接触式测温
测温元件任何部位均不与被测物体相接触。
特点：不破坏被测的温度场，可测移动或转动物体及物 体表面温度。反映速度较快，测温范围广。
电熨斗、吹风机、彩灯
节日彩灯 1—双金属片；2—调节螺钉；
3—绝缘子；4—彩灯
四 特点
优点: (1)结构简单，具有强度大、不易破损，价格便宜； (2)不需电源，防爆，用于工业的温度就地指示。
缺点：精度较低： 1、1.5、2.5级，不能远传。
适用于-80 ~ +600℃。
前面介绍的膨胀式温度计：主要用于温度的就地指示。
实用中，大多采用经验公式：
n
m、n、q —与液体有关的常数，
l nPm ql nT T
由实验确定。
多以低沸点液体（丙酮、乙醚等）为感温介质。
三 特点
优点: (1)结构简单，具有强度大、不易破损，价格便宜； (2)可较远距离传送（<50米）； (3)不需电源，防爆，用于狭小位置的温度就地指示。
缺点：环境温度影响大。精度较低：1~2.5, 不能远传。 适用于-100 ~ +600℃，一般0~+300℃。
测量范围宽，适合中低温；
下面我们介绍两种用于温度信号远传的温度计：
热电偶： 温 度 t 电 动 势 E （ 热 电 势 ） 热电阻：温 度 t 电 阻 R （ 热 电 阻 ）
第四节 热电阻温度计
金属导体电阻 半导体电阻
6.4.1 热电阻温度计测温原理
利用金属导体或半导体自身电阻随温度发生变化的特性。
T
热电阻
R
电信号
金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系。
A=3.90802×10-3 1/℃; B=-5.80195×10-7 1/℃2 ;
Pt100最常用。
C=-4.27350×10-12 1/℃4 。
Pt10电阻丝较粗（贵、不易断），主要用于600℃以上温度测量。
在测量精度要求低时：
Rt≈R0(1+αt)
α=3.85×10-3 1/℃。
特点：性能稳定可靠、抗氧化性好，精度高；
被测 t 介 感 质 温 P 物 弹 质 性 元 刻 件 度 变 标
PP tP t0(tt0) α—液体的体积膨胀系数；
利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过 对工作介质的压力测量来测量温度值的一种机械式仪表。
2．气体压力温度计
因气体膨胀系数>>封闭系统材料的膨胀系数，可忽略系 统容积变化的影响，系统视为定容系统。
温度定标：在标准大气压下，单组分物质具有固定的三相点、 沸点、融点等。
1 华氏温标（宏观）
1724年，德国玻璃工华伦海特在荷兰首次创立温标 -华氏温标。
32℉：标准大气压下纯水的冰的融点； 212℉：标准大气压下纯水的沸点。 1℉：在32~212℉之间划分180等份，每一等份为华
氏1度（1℉）。 单位：华氏度，符号℉
ρ1 = PM/RT m1 = VAρ1= VAPM/RT
ρ2 = PM/RT0 m2 =VBρ2=VBPM/RT0
因m = m1 + m2 ，可得：
p p0 VA VB T0 V A VB
（4-2-4）
T T0
压力与温度为非线性。VA >> VB 时，可近似为：
p p0 (1VB )T
T0
常用于实验室。 适用范围：-200～600℃。
6.2.2 压力式温度计
一、结构 由温包、毛细管和弹簧管
构成封闭系统。
毛细管容积<<温包容积 内径约0.4mm，长度< 50m。
感温介质： 液体（水银或有机液体） 气体（氮气、氢气） 蒸汽（低沸点丙酮、乙醚）
有动画
二、测量原理 1．液体压力温度计
一定质量液体或气体，体积V一定，则
原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度
精度
响应 速度
其它 特点
工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级
慢，通常为几十秒到几分钟
通常为1.0、1.5、2.5级 快，通常为2～3秒钟
整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统