检测技术与仪表课程设计

课程设计报告
温度检测仪表选型及其应用
目录
引言 (3)
1、温度仪表分类 (3)
1.1.热电阻传感器 (4)
1.1.1.工业铜热电阻（Cu100 、Cu50）性能和技术指标 (4)
1.1.1.1.适用范围 (4)
1.1.2. 工业铂热电阻（Pt10、Pt100）性能和技术指标 (4)
1.1.2.1.适用范围 (4)
1.2. 热电偶传感器 (5)
1.2.1 镍铬-镍硅（K分度）热电偶 (6)
1.2.2 铜-康铜（T分度）热电偶 (6)
1.2.3 铂铑10-铂（S分度）热电偶 (6)
1.2.4 铂铑30-铂铑6（B分度）热电偶 (7)
1.3.膨胀式温度仪表 (8)
1.3.1.玻璃温度计 (8)
1.3.2.压力温度计 (9)
1.4.辐射式温度仪表 (9)
2、选型与应用 (9)
2.1.工业生产中常用温度检测仪表类型 (9)
2.1.1.工业用装配式热电偶 (9)
2.1.2.装配式热电阻 (10)
2.1.3.一体化温度变送器 (10)
2.1.4.二线制电动温度变送器 (10)
2.2.选择方法 (11)
2.2.1.按照使用方式进行选择 (11)
2.2.2.按照测量的不同范围要求进行选择 (11)
2.2.3 按照测量精度需要进行选择 (11)
2.2.4.按照被测介质的化学性能进行选择 (12)
3、结语 (12)
参考文献 (13)
摘要: 温度是工业生产中常用关键参数，对于产品的质量、设备以及人身安全都有很大的影响。

本文论述了温度仪表是工业生产过程中温度测量的重要仪表，主要有热电阻、热电偶、工业双金属温度计和温度变送器等几大类。

本文主要介绍了温度检测仪表的种类以及基本的工作原理，利用对比当前普遍使用的各种类型的温度检测仪表的优点与缺点，深入分析探讨了温度检测仪表在实践运用中的选型对策。

还包括热电阻和热电偶的精度、测量范围、和产品结构，详细介绍了不同部件的功能、不同类型保护管的适用工况、法兰安装时压力等级规格选定的注意事项，使用户能更好地完成选型，确保订货的正确性。

关键词：温度；温度变送器；温度仪表；选型
引言
温度是一个很重要的物理量，自然界中任何物理、化学过程都与温度有紧密
的联系。

在工业生产过程中，所有工艺过程无一例外的都要在一定的温度下完成。

温度的检测及控制在工业生产、科学实验等领域都具有十分重要的意义，而温度仪表是温度检测的重要仪表。

温度仪表结构型式多样，不同型式产品适用不同的工况测温环境。

用户在选型时应明确了解不同部件的使用性能，才能确保选型产品符合工况环境测温需求。

1、温度仪表分类
温度仪表是众多仪表中的一个分支，常见的温度仪表有温度计，温度记录仪，温度送变器等。

温度仪表通常分一次仪表与二次仪表，一次仪表通常为：热电偶、热电阻、双金属温度计、就地温度显示仪等二次仪表通常为温度记录仪、温度巡检仪、温度显示仪、温度调节仪、温度变送器等。

温度仪表的分类方法有很多，按测温方式还可分为接触式和非接触式两大类；按用途可分为基准温度计和工业温度计；按测温芯装配方式不同分为装配式和铠装式；按防爆性能分为防爆类和防水类。

目前工业生产过程中使用的温度仪表主要有热电阻、热电偶、工业双金属温度
计和温度变送器等几大类，其中热电阻和热电偶又称温度传感器，是一种接触式测量的一次仪表，通常与其相应的显示、记录及调节仪表配套，或经温度变送器与工控系统配套使用。

1.1.热电阻传感器
热电阻是利用电阻与温度呈一定函数关系的温度传感器，输出信号为欧姆值。

根据热电阻测温元件不同分为铜热电阻和铂热电阻，目前工业上使用的热电阻分度号主要有Cu100 、Cu50 、Pt10、Pt100等几大类。

1.1.1.工业铜热电阻（Cu100 、Cu50）性能和技术指标
1.1.1.1.适用范围
低于550℃的工业生产过程测温中使用比较多。

通常情况下，当二次仪表接收信号为欧姆信号时必须选用热电阻传感器，具体选用哪种分度号需综合考虑系统设计、系统测量精度和测量范围。

相关技术参数如表1。

表1工业铜热电阻技术参数
注：1、表中t为被测温度值。

1.1.
2. 工业铂热电阻（Pt10、Pt100）性能和技术指标
1.1.
2.1.适用范围
工业铂热电阻广泛用于测量-200～550℃范围内的温度。

标准铂电阻温度计的准确度最高，可作为国际温标中961.78℃以下内插用标准温度计。

与热电偶相比，它有准确度高、输出信号大、灵敏度高、稳定性好等优点。

相关技术参数如表2。

注：1、表中t为被测温度值。

2、A级允许不适用于采用二线制的铂电阻。

1.2. 热电偶传感器
热电偶是利用两种不同成分的导体A和B连接在一起，形成一个闭合回路，当冷端和热端温度不同时，在回路中产生了电动势。

热电偶的输出信号为毫伏值。

目前，国内外热电偶种类繁多，主要分为廉金属热电偶和贵金属热电偶两大类。

其中廉金属热电偶主要有镍鉻-镍硅（K分度）、镍铬-康铜（E分度）、铁-康铜（J 分度）、铜-康铜（T分度）等，贵金属热电偶主要有铂铑10-铂（S分度）、铂铑13-铂（R分度）、铂铑30-铂铑6（B分度）。

热电偶是利用两种不同成分的导体A和B 连接在一起，形成一个闭合回路，当冷端和热端温度不同时，回路中产生了电动势。

热电偶的输出信号为毫伏值。

目前，国内外热电偶种类繁多，主要分为廉金属热电偶和贵金属热电偶两大类。

其中廉金属热电偶主要有镍鉻-温度范围目前在定型产品中是最高的。

结构如图1所示。

普通装配型热电偶结构示意图以及相关技术参数如图2所示。

图1 热电偶产品结构图
图2 普通装配型热电偶结构示意图
1.2.1 镍铬-镍硅（K分度）热电偶
镍铬-镍硅热电偶是目前定型产品中性能最好，使用最多的一个品种，适用于-200℃～800℃范围内氧化性或惰性气氛中的温度测量。

其优点：1）热电势与温度关系近似呈线性，使得显示仪表的刻度均匀；2）稳定性和均匀性好；3）抗氧化性能比其他廉金属热电偶好。

此类产品不适用以下场合：还原性气氛或交替氧化和还原的气氛中，除非用合适的保护管加以保护；含硫气氛中，除非加以适当的保护；真空气氛中。

1.2.2 铜-康铜（T分度）热电偶
铜-康铜热电偶在潮湿气氛中能耐腐蚀，它是适用于负温的测量，使用上限为400℃，用于真空、氧化和还原或惰性气氛中。

此类产品性能稳定，特别是在-200℃～0℃下使用稳定性好，一年左右其示值变化在±3微伏，铜-康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是几种定型产品中最便宜的一种。

1.2.3 铂铑10-铂（S分度）热电偶
铂铑10-铂热电偶耐高温1300℃，具有许多特点：精度高；物理、化学性能好；在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。

其缺点有：与前几种热电偶比较，其微分热电势很小，灵敏度低，要选择较精密的显示仪表与它配套才能保证得到准确的测量结果；属于贵金属材料，价格很高。

1.2.4 铂铑30-铂铑6（B分度）热电偶
铂铑30-铂铑6热电偶可以说是测量高温用的比较理想的温度仪表，它适宜于连续用在温度为0℃～1800℃的氧化性和惰性气氛中，亦可短时间使用在真空气氛中。

凡是铂铑10-铂热电偶具备的优点，它基本上都具备，而它的测量温度范围目前在定型产品中是最高的。

表3 热电偶技术参数
注：1、表中t为被测温度值。

2、表中测量范围主要是铠装热电偶。

3、测量3范围要综合考虑套管材质和铠装丝直径。

表4 标准热电偶的主要特性
1.3.膨胀式温度仪表
膨胀式温度计是利用物体受热膨胀这一原理进行测量的。

最常见的就是酒精温度计，水银温度计，这种液体膨胀式的温度计的测量上下限受液体汽化和凝固温度的限制，最小分度可以到0.1℃。

还有利用固体膨胀来测量温度的温度计，常见的是双金属温度计，由两种膨胀系数不同的金属作成螺旋型，一端固定，在受热膨胀时，由于膨胀系数的不同，自由端会有一定的角位移，这个角位移经过传动放大机构，带动指针把相应温度指示出来。

还有一种时利用密封容器中液体受热膨胀或汽化引起的压力变化来测量相应温度。

1.3.1.玻璃温度计
具有结构简单、价格低廉、使用方便的特点，但缺点也很多，玻璃的强度差，容易损坏，含有水银的玻璃温度计在玻璃破碎后会对环境造成大污染，水银的毒性很大，在发达国家里已经开始淘汰这类产品，测量范围在0～300℃，根据实际使用中发现读数不方便，特别是需要精确读数时不准，只能估计值，也无法自动记录和控制设备。

1.3.
2.压力温度计
在管道中使用比较普遍，常见有气体式和液体式两大类种使用范围可达到-100～500℃，结构简单，价格一般，抗震性好，和玻璃温度计相比，仪表刻度间距大，字体大，读数容易，可适用于各种环境条件，但仪表时间常数大，准确度一般，不能做高精度的测量，也不能与各种记录和控制仪表连接，只能由于读数。

1.4.辐射式温度仪表
任何物体受热后都将有一部分热能转变为辐射能，物体的温度越高，则辐射到周围空间的能量就越多，辐射能以波动形式表现出来，其波长范围极广，由短波开始，有X光，紫外线，可见光，红外线一直到电磁波。

一般工程测温用主要时可见光和红外线。

辐射测温属于非接触式测温，能应用到许多不好测温的场合，但辐射测温一般应用在900℃以上的高温，不过科技在发展，目前应用红外测温原理的温度计已能测量低温如人体温度。

2、选型与应用
温度是工业生产中一个十分关键的技术参数与工艺指标。

温度检测的主要任务是对各种热力生产中的温度实施检测，使得生产人员可以及时掌握设备的运行状态，以确保设备能够安全、稳定以及经济地运行。

为了确保温度测量更加准确可靠，首先应当考虑怎样选用适宜的温度检测仪表。

2.1.工业生产中常用温度检测仪表类型
当前工业生产中常用的温度检测仪表主要有如下几种类型：
2.1.1.工业用装配式热电偶
这是一种测量温度的传感器，一般与显示、记录以及调节仪表结合起来使用。

它能够直接测量工业生产中0~C到1600℃范围内的固体表面、液体、蒸汽、以
及气体(介质)的温度。

这种仪表由感温元件、外保护管(不锈钢)、接线盒以及一些固定装置所构成。

2.1.2.装配式热电阻
这是一种测量温度的传感器，一般与显示、记录、调节仪表结合起来使用。

它能够直接测量工业生产中一200"C到500℃范围内的固体的表面、液体、蒸汽以及气体(介质)的温度。

这种仪表由感温元件、外保护管(不锈钢)、接线盒以及一些固定装置构成，分为双支以及单支元件两种型号规格，双支热电阻能够将两组相同电阻信号同时输出。

2.1.
3.一体化温度变送器
这种仪表具有集热电偶或者热电阻以及变送器为一体，能够直接测量工业生产中一200℃到900℃范围内的液体、蒸汽以及气体(介质)的温度，能够使得温度转变成和热电偶以及热电阻信号成正比关系的4mA到20mA的统一输出信号，并且能够传输到显示、记录、调节仪表或者是计算机上。

2.1.4.二线制电动温度变送器
这种仪表能够和控制器、执行器以及记录仪等形成自动调节或者指示回路。

其主要特点是变送器为现场安装的形式。

两线制变送器由于受到输出信号下限造成影响，通常无线性校正电路，所以变送器的输出只和毫伏、△R成正比关系。

为达到精确指示温度，和它配套的二次仪表(包括调节仪、指示仪以及记录仪等)的刻度必须和测温元件的毫伏或者△R温度特性相同。

选择温度检测仪表不应盲目要求测量的精度高、范围大以及自动化程度高等，而应结合工业生产中的具体工艺、被Industrial＆Science Tribune测介质的实际以及经济性等各种因素全盘考虑。

需要遵循的原则是检测仪表测量温度的上下限应当大于被测介质温度的波动范围、测量精度符合生产工艺技术要求、使用方式满足测量人员观察需要、便于日常检修以及维护工作，并在此基础上，尽可能选择价经济实惠的检测仪表。

2.2.选择方法
2.2.1.按照使用方式进行选择
假如只是就地显示，通常可以选择液体玻璃、双金属以及压力式温度计等。

假如不仅需要具备测量温度的功能，还要求具备当被测温度接近极限值的时候能够报警，应当选择附加报警装置的液体玻璃、双金属以及压力式温度计等。

假如要求远距离显示的话，可以选择热电阻、热电偶或者温度变送器等。

2.2.2.按照测量的不同范围要求进行选择
被测量介质的温度是选择适宜的检测仪表的一个非常关键的依据。

假如是测量常温，可以选择热电偶温度计、热电阻温度计、压力式测度计以及双金属温度计等。

有机液体玻璃温度计的特点是其指示液为红色，有利于读数，但是无法带电接点，所以在测量温度低于10o℃的介质并且不需要发送信号的时候，可以优先选择有机液体玻璃温度计。

双金属温度计的主要优点是其刻度比较清晰、耐振以及无水银等，所以当被测介质的温度低于300℃的时候，最好选择双金属温度计。

如果被测介质的稳定低于15o℃的时候，可以选择铜热电阻；如果被测介质的温度在300℃到600℃的范围之内，可以选择镍铬一考铜热电偶，然而因为考铜合金丝容易被氧化，所以用于测量超过5OO℃的蒸汽温度的时候，最好选择镍铬一镍硅热电偶，如果被测介质的温度在600℃到1000℃的时候可以选择镍铬一镍硅热电偶；如果被测介质的温度在1000℃到1300℃的时候应选择铂铑一铂热电偶。

如果被测介质的温度非常高，可以选择辐射式高温计或者红外线式高温计。

2.2.3 按照测量精度需要进行选择
假如要求的测量精度非常高，可以选择铂热电阻以及铂铑一铂热电偶或者是铂铑一铂铑热电偶。

假如要求的测量精度不是很高，可以选择铜热电阻以及镍铬一镍硅热电偶。

2.2.4.按照被测介质的化学性能进行选择
大部分的热电偶在氧化性或者中性介质中其性质非常稳定，但是不宜在还原性介质中长时间工作；同时铂热电阻也不宜在还原性介质长时间工作；温度达到100℃的时候铜热电阻容易被氧化；热敏电阻也非常容易被氧化变质。

为此，应当通过安装保护套管加以预防，应按照被测介质的化学性质选择适宜的保护套管材料。

例如对于热电偶而言：如果温度低于600℃可以选择中碳钢、铜、铅等当作套管；温度低于IO00~C的话，通常选择的是奥氏体不锈钢(耐热腐蚀)。

另外，必须重视二次仪表的、热电偶补偿导线以及自由端温度补偿器等仪表的配套使用。

安装的时候必须保证检测的准确性，同时应有利于仪表的维修校验、避免测温的滞后。

3、结语
温度是工业生产必须控制的一个非常关键参数，对于工业生产的产品质量、设备以及人身安全有直接的影响。

温度检测仪表类型非常多，根据使用场合、测温范围以及测量精度要求的不同，所选择的检测仪规格型号也不相同。

设计人员必须结合工艺的要求，充分考虑有关的综合因素，遵循实用、可靠以及经济的原则选择适宜的温度检测仪表。

通过检测技术与仪表课程设计的教学实践，使我对所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使自己得到运用所学理论知识解决实际问题的初步认识和锻炼。

掌握相关课题的资料收集、整理；方案的设计和对比；提高了分析、综合能力，为后续的毕业设计和工程实践作必要的准备。

使我掌握相关传感器的原理、结构及在工程中的实际应用。

结合实际案例分析微变电容式传感的应用技术及应用领域。

参考文献
[1]牟爱霞. 工业检测与转换技术[J].北京:化学工业出版社,2005.
[2]孟庆华,王建腾,吕建国. 温度测量仪器在烟草制丝生产线的应用[J].中国仪器仪表,2006.
[3]张继培. 温度计量技术进展近况[J].上海计量测试,2002.
[4]游伯坤. 温度测量与仪表-热电偶和热电阻[C].北京:科学技术文献出版社,1990.
[5]李吉林. 常用热电偶、热电阻分度表(第2版)[M].北京:中国计量出版社,2010.
[6]钢制管法兰中华人民共和国化工行业标准[S].
[7] 康东.射频识别(RFID)核心技术与典型应用开发案例[M].北京:人
民邮电出版社,2008:1-9.
[8] 慈新新.无线射频识别(RFID)系统技术与应用[D].北京:人民邮电
出版社,2007:165-168.
[9] 周晓光.射频识别(RFID)系统设计,仿真与应用[J].北京:人民邮电
出版社,2008:7,141.
[10]张国忠，赵家贵.检测技术[M].北京：中国计量出版社，1998.
[11]王家桢，王俊杰.传感器与变送器[J].北京：清华大学出版社，1996.。