温度检测方法及仪表培训课件

E t E ( t ,t 0 ) f( t ) C ( t ) 测出EAB(t,t0)就可以测算出t
分度表 如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系
A(tB ,t0 ) A(tB ) C
分度表-----热电势与热端温度之间 关系列成表格 注：热电势与热端温度之间 关系是非线性
结构复杂、不能测量高温 ,由于体
积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型
-150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻
热电偶温度 测温范围广 ,精度高 ,便于远距
热电偶的结构
热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500℃以上较高 温度的测量。
根据用途和安装位置不同：
1.普通型热电偶; 2.铠装热电偶; 3.表面型热电偶----利用真空镀膜法将两电极材料蒸镀在绝缘基底上;测
量物体的表面温度
4.快速热电偶-------测量高温熔融物体的一种专用热电偶
测量时 ,必须经过人工调整 ,有人 为误差 ,不能作远距离测量 ,记录 和自控
只能测高温,低温段测量不准,环境 条件会影响测量精度,连续测高温 时须作水冷却或气冷却
900 ～2000（700 ～ 2000） 100 ～2000（50 ～ 2000）
温标
摄氏温标 ---------是把标准大气压下纯水的冰融点定为0度，纯水的沸点定为100度的一种
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➢应用热膨胀原理测温
测量原理
物体受热时产生膨胀
液体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计
玻璃管温度计
双金属温度计
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➢膨胀式温度计
感温元件:两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的.
双金属片
双金属片温度计
双金属温度信号器 1-双金属片 2-调节螺钉 3-绝缘子 4-信号灯
计
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
-20 ～1300（1600）铂铑10-铂 -50 ～1000（1200）镍铬-镍硅 -40 ～800（900）镍铬-铜镍 -40 ～300（350）铜-铜镍
光学高温计 携带用、可测量高温、测温时 不破坏被测物体温度场
辐射高温计 测温元件不破坏被测物体温度 场 ,能作远距离测量、报警和 自控、测温范围广
eAB(t)eAB(t0) eAB(t)eBA(t0)
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闭合回路中总热电势 E t E ( t ,t 0 ) e A B ( t ) e A B ( t 0 )
热电势E(t,t0）等于热电偶两接点热电势的代数和 当A、B材料固定后，如果t0保持不变,则eAB(t0)为常数，有：
-100～100（150）有机液体 0 ～350（-30 ～ 650）水银
0 ～300（-50 ～ 600）
压力式温度 结构简单、不怕震动、具有防
计
爆性、价格低廉、能记录、报
警与自控
电阻温度计 测量精度高 ,便于远距离、多 点、集中测量和自动控制
精度低、测量距离较远时 ,仪表的 滞后性较大、一般离开测量点不 超过 10米
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。
温标。在0度和100度之间分成100等分，每一分为一摄氏度，符号为℃。 华氏温标
---------规定在大气压下，纯水的冰融点为32度，纯水的沸点为212度，中间划 分为180等分，每一分为一华氏度，符号为℉。 热力学温标
---------又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。
国际实用温标 ---------是一种符合热力学温标又使用简单的温标。 最新温标是1990年国际温标 (ITS－90)
e A B ( t0 ) e B C ( t0 ) e C A ( t0 )
于是可得
E t E A B C ( t , t 0 ) e A B ( t ) e A B ( t 0 ) E A B ( t , t 0 )
温度检测方法及仪表
Hale Waihona Puke 热电偶的“中间导体定律”根据热电偶的“中间导体定律”可知： 热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两接点处
温度检测方法及仪表
冷端温度补偿 问题引出
解决方法
热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0℃时的 热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪 表就是根据这一关系进行刻度的。
0℃恒温法 冷端温度修正法 仪表机械零点调整法 补偿电桥法 补偿热电偶法
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0℃恒温法
适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用
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。
1 热电偶
这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶 每根单独的导体或半导体称为热电极 t 端称为工作端(假定该端置于热源中)，又称测量端或热端 t0端称为自由瑞，又称参考端或冷端
热电现象
接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触 面温度的高低。
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➢压力式温度计
利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀 或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度
工作介质是气体、液体或蒸气 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅
速变化的温度
热电偶温度计
普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式
保护套管
接线盒
热电偶
绝缘管 安装法兰
引线口
铠装型热电偶
铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型制得。
热电极 绝缘材料 金属套管
铠装热电偶的特点
热电极
·热响应时间少，减小动态误差； ·可弯曲安装使用；
绝缘材 料
铠装型热 电偶断面
结构
解决方法
把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方 造成浪费 选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线
功能
其一实现了冷端迁移； 其二是降低了成本。
补偿导线
温度检测方法及仪表
使用补偿导线注意问题 不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同 连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的 正负极一一对应 补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则 会给测量带来误差。
温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的， 温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生
导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。 测量方法：接触式测温和非接触式测温
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接触式测温
温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。
(1) 膨胀式温度计
的温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第 三种导体时热电偶所产生的总热电势相同； 同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温 度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回 路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。
根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只 要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电 偶所产生的热电势值。
(2) 热电阻温度计
(3)热电偶温度计
(4)其他原理的温度计
红外线温度计
特点 直观、可靠，测量仪表也比较简单
缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量， 这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量 热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。 不适于直接对腐蚀性介质测量。
温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越 大。
热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定
闭和回路总电势
eAB(t)
eA(t,t0)
A
B
eB(t,t0)
eAB(t0)
( t , t 0 ) e A ( t ) e B B ( t , t 0 ) e A ( t 0 ) B e A ( t , t 0 )
E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV) 再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000℃,这 就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。
·测量范围大； ·机械强度高，耐压性能好；
金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等
保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。
铠装型热电偶可以做得很细，一般为1～8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。
补偿导线
问题引出
热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响 热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响
非接 触式 测温 仪表
温度计种 优点 类
表3-3 各种温度计的优缺点及使用范围
缺点
使用范围／℃
玻璃液体温 结构简单、使用方便、测量准
度计
确、价格低廉
双金属温度 结构简单、机械强度大、价 计
格低、能记录、报警与自控
容易破损、读数麻烦、一般只 能现场指示 ,不能记录与远传
精度低、不能离开测量点测量 ,量 程与使用范围均有限
非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射
能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 红外线温度计：
特点 不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。
缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。
温度检测方法及仪表
测温 方式 接 触 式 测 温 仪 表
热电偶的“中间导体定律”
如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持A和C、B和C接触处的温 度均为t0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和:
E t E A B C ( t , t 0 ) e A B ( t ) e B C ( t 0 ) e C A ( t 0 )
当t＝t0时，有 E A B C ( t 0 , t 0 ) e A B ( t 0 ) e B C ( t 0 ) e C A ( t 0 ) 0
温度检测方法及仪表
冷端温度修正法
设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为 t
测量得出的热电势
修正公式 ( t,0 ) E ( t,t0 ) E ( t0 ,0 )
被测温度 t 的热电势
冷端 t0的热电势
仪表机械零点调整法
将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就 给显示仪表输入了电势E(t0, 0)
温度检测方法及仪表
举例 例5-3 用铂铑10-铂热电偶进行温度检测,热电偶的冷 端温度t0=30℃，显示仪表的温度读数 (假定此仪表 是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为 985℃，试求被测温度的实际值。
解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表 (附录一)查 出985℃时的热电势值为9.412mV。也就是 E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。将此两个数值代入式 (5-14),得
热电偶的种类
热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热
电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互 换性好等要求
在所有标准化热电偶中，相同温度条件下B型热电偶产生的热电势最小，E型最大。如果把 各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的非线性关系。
普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构 热电偶选型注意事项: (1)热电极的材料 (2)保护套管的结构 (3)材料及耐压强度 (4)保护套管的插入深度
普通型热电偶
普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。
绝缘管用于防止两根电极短路 保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤
温度检测方法及仪表
本 ➢温度检测方法
节 主
❖应用热膨胀测温
要
❖应用工作物质的压力随温度变化的原理测温
内
❖应用热电效应测温
容
❖应用热电阻原理测温
❖应用热辐射原理测温
➢温度检测仪表
❖热电偶温度计 ❖热电阻温度计 ❖温度变送器
温度检测方法及仪表
➢温度检测的基本知识
温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。