化工测量仪表课件(温度)

受物体发射率、对象与仪表间距、烟尘和蒸汽等介 质的影响，准确性不高，通常用来测量1000℃以上的 移动、旋转或反应迅速的高温物体温度。
目前多以辐射式为主，通过被测物体与感温元件之间 的热辐射作用实现测温。
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二、温标
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1. 摄氏温标（用 t 表示，单位记为℃。） 2. 国际温标
结构 测温原理
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一、结构
温包内充填的感温介质有气体、液体及蒸发液体等。 毛细管容积<<温包容积，通常为铜或不锈钢冷拉无 缝管，内径0.4mm左右，长度< 50m。
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二、测温原理
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液体压力温度计 若忽略温包、毛细管和弹性元件组成的密封系统容
外标尺式温度计：毛细管固定在标尺板上，多用来
测室温。
2. 按用途分为 标准温度计：有棒状、内标尺式的，分一等和二等，
分度值为0.05～0.1℃。
工业用温度计 一般为内标尺式。
实验室用温度计：形式与标准的相仿，精度较高。
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第二节 压力式温度计
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三、热电偶的基本定律
（一）中间导体定律
EABC(t,t1,t0)＝eAB(t)+eB(t,t1)+eBC(t1)+eC(t1,t1)
+eCB(t1)+eB(t1,t0)+eBA(t0)+eA(t0,t) 据温差和接触电势定义，可得
eC(t1,t1)＝0 eBC(t1)＝-eCB(t1) eBA(t0)＝-eAB(t0) eA(t0,t)＝-eA(t,t0) eB(t,t1)+eB(t1,t0)＝eB(t,t0)
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Hale Waihona Puke Baidu
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(二)均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路，无论导体截面、 长度以及各处温度分布如何，均不产生热电势。
eAA (t0 )
kt0 e
ln
NA NA
0
eAA (t1)
kt1 e
ln
NA NA
0
定律说明：若两热电极分别由两种均质导体组成，则
热电势仅与两接点温度有关，与沿热电极的温度分布
积变化，对一定质量的液体，压力与温度的关系可表
示为：
pt pt0 (t t0 )
即： P t
Pt—工作液在t 时的压力; Pt0 —工作液在t0时的压力; α—工作液的体积膨胀系数;
β—工作液的可压缩系数。
多以有机液（甲苯、酒精、戊烷等）或水银作感温 介质。
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t中↑国→石eA油B(t管)↑道学院
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热电偶回路总电势
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EAB(t,t0)＝eAB(t) +eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) (4-3-3)
kt ln
e
N At N Bt
t t0
B dt
kt0 e
ln
N At0 N Bt0
t
t0 Adt
温差电势<<接触电势，则回路总电势EAB(t,t0)的方向
要求: 测温物体的物理性质必须是连续、单值地随温
度变化，并且复现性好。
常用: 玻璃温度计、压力温度计、双金属温度计、
热电偶温度计、热电阻温度计等。
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。
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2. 非接触式测温
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测温元件的任何部位均不与被测物体相接触。 特点：不会破坏被测对象的温度场，可测移动或转 动物体的温度，可通过扫描的方法测得物体表面的温 度。反映速度较快，测温范围很广，原理上不受温度 上限的限制。
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第二章 膨胀式温度计
第一节 玻璃管液体温度计 第二节 压力式温度计 第三节 双金属温度计
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第一节 玻璃管液体温度计
测温原理 结构与分类
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一、测温原理
液体受热后体积膨胀和温度的关系可用下式表示：
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二、接触电势
两种电子密度不同的导体接触时产生的热电势。
eAB (t)
kt e
ln
NA NB
（4-3-2）
k —波尔兹曼常数；
e —单位电荷；
NA、NB—温度为t时， A、B导体
的电子密度；
t —接触点的温度。
只与两种导体的性质和接触点温度有关。 若两导体材料一定，仅与其接点温度有关。
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第三节 双金属温度计
测温原理 双金属温度计的结构
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一、测温原理
两种膨胀系数不同的金属组成固体膨胀式温度计。
l2 x G t
d
x —双金属片自由端的位移； l —双金属片的长度； d —双金属片的厚度； Δt —双金属片的温度变化量； G —弯曲率
-200～1000℃，短期1300℃。误差±1.5～2.5℃。
5．镍铬—康铜热电偶（分度号：E）
灵敏度最高。价廉，湿度较大时较其它热偶耐腐蚀。
-200～750℃，短期870℃。误差±1.5～2.5℃。
6．铜—康铜热电偶（分度号：T） 在廉价金属热电偶中精确度最高，稳定性好，低
温测量灵敏度高。
-200～300℃，短期350℃。误差±0.5～1℃。
常用连接方式： 螺纹或法兰连接
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螺纹连接或法兰连接 用于P<10MPa的测量。
固定螺纹锥形保护管连接 高强度结构，用于P<30MPa、流速<80m/s的测量。
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2.铠装热电偶
将热电极与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工 艺加工而成的可弯曲坚实组合体。 铠装热电偶
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第一节 测温原理
概述 温差电势 接触电势 热电偶的基本定律
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概述
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两种不同导体或半导体连接成闭合回路，若两个 接点的温度不同，在该回路内就会产生热电动势， 此现象称热电效应。
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一、热电偶材料及特性
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（一）标准化热电偶
1．铂铑10—铂热电偶（分度号：S） 贵金属，用于精密温度测量及作为基准热电偶。
0～1400℃，短期1600℃。误差可为±1℃。 2．铂铑13—铂热电偶（分度号：R） 热电势比S热电偶大15%左右，其它性能几乎相同。 测温范围：同S ，误差±(1±0.25%t）℃。 3．铂铑30—铂铑6热电偶（分度号：B）
(2)WSi2—MoSi2热电偶 含碳气氛、中性和还原性气氛中,可达2500℃。
(3)碳化硼—石墨热电偶（B4C—C） 600～2000℃范围内线性好，热电势大，为钨铼热
电偶的19倍，最适宜作控制信号。
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标准化热电偶的热电特性曲线
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高温热电偶。热电势小，冷端温度在40℃以下使 用时，一般不需进行冷端温度补偿。价格高。 0～1600℃，短期1800℃。误差±0.25%t℃～±4℃。
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4．镍铬—镍硅热电偶（分度号：K） 热电特性近似线性，热电势比S热电偶高3～4倍，
复制性好，价格便宜。
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二、热电偶的结构
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1.普通型热电偶 热电极: 贵金属D=0.3～0.65mm，
普通金属D=0.5～3.2mm。 长度由安装条件及插入深度而定，一般350～2000mm。 绝缘子: 材料有聚四氟乙烯、石英、陶瓷管等，
结构有单孔、双孔和四孔之分。 保护套管：有金属、非金属和金属陶瓷三类。
接线盒：用于导线 与热电极连接。
第一章 概述 第二章 膨胀式温度计 第三章 热电偶温度计 第四章 热电阻温度计 第五章 接触式温度计的安装
本篇小结
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第一章 概述
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一、温度测量方法
1. 接触式测温 任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然要发生
热交换现象，热量将由温度高的物体传向温度低的物
体，直到两物体完全达到热平衡状态为止。
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一、温差电势
同一导体中，因其两端温度不同而产生的热电势。
t
eA (t, t0 ) t0 Adt （4-3-1）
σA —导体的汤姆逊系数。表示
温差1℃(或1K)所产生的电动势， 与材料性质及两端温度有关。
温差电势只与导体材料性质和两端温度有关，与导 体长度、截面及沿导体长度上的温度分布无关。
测量范围 -80～600℃，
精度1、1.5、2.5级。
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二、双金属温度计的结构
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第三章 热电偶温度计
第一节 测温原理 第二节 热电偶材料与结构 第三节 热电偶冷端温度的处理方法 第四节 热电偶测温线路及误差分析
取决于eAB(t)的方向。脚标AB的顺序表示热电势的方向，
若顺序改变，则热电势符号也随之改变。即：
eAB(t)＝-eBA (t) EAB(t,t0)＝-EBA(t,t0)＝-EAB(t0 ,t)
A、B导体材料确定，t0不变，总电势为t的单值函数。
不同热电极制成的热电偶，在相同温度下产生的热
电势不同，见各热电偶分度表。
Vt＝Vt0(α－α′)(t－t0)
(4－2-1)
Vt —液体在t℃时的体积; Vt0 —液体在t0℃时的体积; α—液体的体积膨胀系数;
α′—盛液容器的体积膨胀系数。
α 与α′差别越大，灵敏度越高。
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二、结构与分类
1. 按结构分为 棒状温度计
内标尺式温度计
热力学温度是基本温度，用 T 表示，单位开尔文， 记为Ｋ。 规定: 水的三相点热力学温度为273.16Ｋ；
定义 1K=1／273.16。 0℃ = 273.15K t ＝T - 273.15
三、温度测量仪表的分类
按工作原理：膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式等。
按测量方式：接触式和非接触两类。
各常用测温仪表的测温原理、基本特性见表4-1-1。
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7．铁—康铜热电偶（分度号：J） 700℃以下线性非常好，具有较高的灵敏度。
-40～700℃，短期750℃，误差±1.5～2.5℃。 8．镍铬硅—镍硅热电偶（分度号：N）
1300℃以下，高温抗氧化能力强，稳定性及复现性
好，耐核辐射及耐低温性能好。有取代廉价金属热电
则上式可整理为
EABC(t,t1,t0)＝eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0) ＝EAB(t,t0)
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同理：可证图(b)，回路中2、3
接点温度均为t0 ，回路中总热
电势仍为EAB(t,t0) 。
中间导体定律：回路中引入第三 种导体C时，只要保持导体C两端 温度相同，则对总电势无影响。
（四） 标准电极定律
导体A、B分别与导体C组成热电偶，测量端温度均
为t，参考端均为t0 ，则 EAB(t,t0)= EAC(t,t0) - EBC(t,t0) = EAC(t,t0)+ ECB (t,t0)
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第二节 热电偶材料与结构
热电偶材料及特性 热电偶的结构
偶与部分替代S热电偶的趋势。 -200～1200℃，短期1300℃。误差±1.5～2.5℃。
9．钨铼系列热电偶
热电特性曲线
钨铼5—钨铼26热电偶 分度号：WRe5-WRe26。 钨铼3—钨铼25热电偶 分度号：WRe3-WRe25。
用于1600℃以上高温。上限达2800℃，
最好2000℃以下使用。误差±1%t℃。
无关。 用于衡量热电极材料的均匀性。
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（三）中间温度定律
若连接点温度为tn，连接导体Aˊ或Bˊ的热电特性与A、
B相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的
代数和。即
EABBˊAˊ(t,tn,t0) = EAB(t,tn) + EAˊBˊ(tn,t0)
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(二)非标准化热电偶
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1．镍铬—金铁热电偶 用于0～273K低温，误差±0.5℃, 是较理想的低温
测量热电偶。
2．非金属热电偶 热电势远大于金属热电偶；熔点高, 复现性差，机
械强度较低。
(1)石墨—碳化钛热电偶（C—TiC )
含碳气氛、中性气氛中可测2000℃高温。