测温元件与安装

测温元件与安装

温度是表征物体冷热程度的物理量。任何一种化工生产过程都伴随着物质和化学性质的改变，都必然有能量的变换和转化，其中最普遍的交换形式就是热交换形式。因此，化工生产的各种工艺过程都是在一定的温度下进行的，例如铬锆冶炼厂双罐增容项目中，还原反P应炉上部、中部、下部、炉盖、过道等温度必须按照工艺要求控制在一定数值上，否侧，产品不合格，严重时会发生事故，因此说，温度的测量与控制是保证反应过程正常进行与安全运行的重要环节。

一、温度测量仪表的种类

1、按使用的测量范围分：测量600℃以上的测温仪表叫高温计，测量600℃以下的测温仪表叫温度计；

2、按工作原理分：膨胀式温度计、压力式温度计、热电阻温度计、热电偶高温计、辐射高温计；

3、按测量方式分：接触式与非接触式两大类；

常用温度计的种类及优缺点

二、温度测量的基本原理

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。

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，热量将由受热程度高的物体传到受热程度低的物体，直到两物体的冷热程度完全一致，即达到热平衡状态为止。利用这一原理，我们可以选择某一物体同被测物体相接触，并进行热交换，当两者达到热平衡状态时，选择物体与被测物体温度相等，于是，可以通过测量选择物体的某个物理量（如液体的体积、导体的电量等）便可以定量地给出被测物体的温度数值，也可以利用热辐射原量，来进行非接触测温。

测量温度时感受温度的元件称为感温元件。感温元件是利用物质的不同物理性质来反映温度的，常用的物理性质有以下几个方面：

1、利用物体受热体积膨胀的性质来测温

基于物体受热体积膨胀的性质制成的温度计叫做膨胀式温度计。玻璃管温度计是属于液体膨胀式温度计，双金属温度计是属于固体膨胀式温度计。

双金属温度计中的感温元件是用两片膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的，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，温度越高引起弯曲的角度越大。双金属片制成的温度计，通常被用作温度继电控制器，极值温度控制器等。

2、利用工作物质的压力随温度变化的原理测量

应用压力随温度的变化来测量的仪表叫压力式温度计。它是根据在封闭系统中的液体，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作的，并用

压力表来测量这种变化，从而测得温度。

3、利用热电现象，即两种不同材料的金属丝两端互相连接起来，当它们的两端温度不同时，会产生热电势。利用这种物理性质所做成的感温元件称为热电偶。

4、利用金属导体的电阻随温度变化而变化的性质来测量。以此性质做成的感温元件称为热电阻。

5、利用热辐射原理测温，基于物体热辐射作用来测量温度的仪表，称为辐射高温计。

以上介绍的几种测量原理，在化工生产中，使用最多的是利用热电偶和热电阻这两种感温元件来测量温度。

三、热电偶温度计

热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表，它的测量范围很广，结构简单，使用方便，测温准确可靠。它由三部分组成：热电偶（感温元件），测量仪表（动圈仪表或电位差计），连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜导线）。

1、热电偶

热电偶是工业上最常用的一种测温元件（感温元件）。它是由两种不同材料的导体焊接而成，焊接的一端插入被测介质中，感受到被测温度，称为热电偶的工作端或热端，另一端与导线连接，称为冷端或自由端。当工作端感受到热量而温度升高时，则回路中就会有热电势产生，如果在此回路中串接一只直流毫伏计，就可以见到毫伏计中有电热指示，这种现象就叫做热电现象，这就是热电偶利用热电现象测温的原理。

热电偶温度计测温系统原理图

工业上对热电偶材料有严格的要求：

（1）温度每增加1℃时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；

（2）物理稳定性要高，即在测温范围内其热电性质不随时间而变化，以保证与其配套使用的温度计测量准确性；

（3）化学稳定性要高，即在高温下不被氧化和腐蚀；

（4）材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；

工业上最常用的几种热电偶

2、补偿导线

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，而测量仪表往往要远离测温点，把热电偶做的很长，使冷端远离工作端，这样做要多消耗许多贵重的金属材料，是不经济的，所以这就要接入连接导线，根据能量守恒原理可知，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（冷端）的温度相同。而在实际应用时，由于热电偶的工作端（热端）与冷端离的很近，而且冷端又暴露在空间，容易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。觖决这个问题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来。这种专用导线称为“补偿导线”。它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0—100℃）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不应起过100℃。

常用热电偶的补偿导线

补偿导线接线图

3、冷端温度的补偿

采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，工业上常用的各种热电偶的温度—热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的。由于操作室的温度往往高于0℃，而且不是恒定的，这时热电偶产生的热电势偏小，且测量值也随着冷端温度的变化而变化，这样测量结果就会产生误差，因此我们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进行热电偶的冷端温度补偿：

1、冷端温度保持为0℃的方法（冷却法）

2、冷端温度修正方法；（计算法）

3、校正仪表零点法；（预先将仪表指针调整到室温的数值上）

4、补偿电桥法；（利用不平衡电桥产生的电势来补偿温度变化引起的电势变化）

5、补偿热电偶法；（其中一支热电偶工作端插入地下或放在恒温器中，冷端与其它热电遇冷端放在同一个接线盒中）

1，2方法多用于实验室，3，4，5多用于工业。

四、热电阻温度计

上面介绍的热电偶温度计，其感温元件是热电偶，这类仪表适用于测量500℃以上的较高温度，对于在300℃以下的中、低温度用热电偶测温就不一定适合。第一在中、低温区热电偶输出的热电势很小，所以对电位差计放大器和抗干扰措施要求都很高，否则就测量不准。第二在较低的温度区域，由于冷端温度的变化和环境温度的变化所引起