化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第5章温度检测

温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之 间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不 同而变化的特性来加以间接测量。
分类
按测量方式 接触式与非接触式
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第一节 概述
表5-1 各种温度计的优缺点及使用范围
测温 方式 接 触 式 测 温 仪 表 温度计 种类
玻璃液体 温度计 双金属温 度计 压力式温 度计 电阻温度 计
Et eAB t eBC t0 eCA t0
（5-4）
能量守恒原理
e AB t0 eBC t0 eCA t0 0
图3-58 热电偶测温系统连接图
e AB t0 eBC t0 eCA t0
（5-5）
将式（5-5）5代入式（5-4）
(5-12)
eAB t0 eCD t0
E eAB t eAB t0
(5-13)
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第二节 热电偶温度计
在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。
表5-3 常用热电偶的补偿导线
热电偶名称 正极 铂铑10-铂 镍铬-镍硅 镍铬-铜镍 铜 铜 镍铬 补偿导线 负极 铜镍 铜镍 铜镍 工作端为100℃，冷端为0℃ 时的标准热电势mV 0.64±0.03 4.10±0.15 6.95±0.30
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 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 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
优点
结构简单、使用方便、测量 准确、价格低廉 结构简单、机械强度大、价 格低、能记录、报警与自控
缺点
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
使用范围／℃
-100～100（150）有机液体 0 ～350（-30 ～ 650）水银 0 ～300（-50 ～ 600）
900 ～2000（700 ～ 2000）
100 ～2000（50 ～ 2000）
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第一节 概述
1.应用热膨胀原理测温
利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀 式温度计。
图5-2 双金属温度信号器
图5-1 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
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第一节 概述
2.应用压力随温度变化的原理测温
第二节 热电偶温度计
1.热电现象及测温原理
图5-5 热电现象
图5-6 接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t , t0 e AB t e AB t0
图5-7 热电偶原理
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或
E t , t0 e AB t eBA t0
第二节 热电偶温度计
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第二节 热电偶温度计
举例
例5-1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转 化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800℃,自由端 (冷端)温度为30℃,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。
解：由附录三可以查得
E(800,0)=33.277(mV)
E(30,0)=1.203(mV) 将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) E(30,0)=32.074 ( mV)
化工仪表及自动化
第五章 温度检测
内容提要
概述
测温仪表的分类 温度检测的基本原理
热电偶温度计
热电偶 补偿导线与冷端温度补偿
测温原理 常用热电阻
热电阻温度计1内源自提要 温度变送器 电动温度变送器 一体化温度变送器 智能式温度变送器
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第一节 概述
一、测温仪表的分类
热电偶温 度计
测温范围广 ,精度高 ,便于 远距离、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
非接 触式 测温 仪表
光学高温 计 辐射高温 计
携带用、可测量高温、测温 时不破坏被测物体温度场 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
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
注意！
由于电桥是在20℃时平衡 的，所以采用这种补偿电桥时 须把仪表的机械零位预先调到 20℃处。如果补偿电桥是在 0℃时平衡设计的（DDZ-Ⅱ型 温度变送器中的补偿电桥）， 则仪表零位应调在0℃处。
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第二节 热电偶温度计
注意 使用补偿导线时,应当注意补偿导线的正、 负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。 此外,正、负两极的接点温度t1应保持相同,延伸 后的冷端温度 t0应比较恒定且比较低。对于镍 铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,则可 用其本身材料作补偿导线,将冷端延伸到环境温 度较恒定的地方。
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第二节 热电偶温度计
2.冷端温度的变化对测量的影响及消除方法
在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为０℃，或 者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就 称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。 （1）热电势的修正方法 在实际生产中，冷端 温度往往不是0℃，而是某 一温度t0，这就引起测量误 差。因此，必须对冷端温 度进行修正。
图5-12 热电偶冷端温度保持 ０℃的方法
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第二节 热电偶温度计
实际生产中，其冷端温度为t0，即有
E AB t , t0 E AB t ,0 E AB t0 ,0
或
E AB t ,0 E AB t , t0 E AB t0 ,0
由此可知，热电势的修正方法是把测得的热电势 EAB（t，t0），加上热端为室温t0，冷端为0℃时的热电 偶的热电势EAB（t0，0），才能得到实际温度下的热电 势EAB（t，0）。
Et eAB t eAB t0
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（5-6）
第二节 热电偶温度计
说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶
所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两 端的温度相同。
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第二节 热电偶温度计
图5-9 开路热电偶的应用
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第二节 热电偶温度计
3.常用热电偶的种类
在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化;
工业 上对 热电 极材 料的 要求
在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易 被氧化或腐蚀; 电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产 生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单 的函数关系; 复现性要好,这样便于成批生产,而且在应用上也 可保证良好的互换性; 材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。
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第二节 热电偶温度计
注意：由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都 是非线性的 (当然各种热电偶的非线性程度不同), 因此在自由端温度不为零时,将所测热电势对应的 温度值加上自由端温度,并不等于实际的被测温度。
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第二节 热电偶温度计
2.插入第三种导线的问题
利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势 的数值，见下图。 总的热电势
图5-11 补偿导线接线图
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第二节 热电偶温度计
假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜镍记 为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响 (因其两端温度均为t0)，则图5-11所示回路的总热电势为
E eAB t eBD t1 eDC t0 eCA t1
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第二节 热电偶温度计
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 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。
注意
由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不 同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产 生的热电势是不同的。 热电偶一般都是在自由端温度为0℃时进行分度的, 因此,若自由端温度不为0℃而为t0时,则热电势与温度 之间的关系可用下式进行计算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0)
eAB t1 eCD t1 eDC t1
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(5-10)
第二节 热电偶温度计
将此式代入式(5-9)
eBD t1 eCA t1 0
(5-11)
将式(5-11)代入式(5-7),便有 E eAB t eDC t0 eAB t eCD t0 因为 故
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第二节 热电偶温度计
例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30℃,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的 实际温度。 解:由附录一可以查得