温度测量原理及接线方法

热电偶的正确使用
• 1、安装不当引入的误差 如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的 真实温度等，换句话说，热电偶不应装在太靠近 阀门和加热的地方，插入的深度至少应为保护管 直径的8～10倍；热电偶的保护套管与壁间的间 隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入， 因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火 泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而 影响测温的准确性；热电偶冷端太靠近炉体使温 度超过100℃；热电偶的安装应尽可能避开强磁 场和强电场，所以不应把热电偶和动力电缆线装 在同一根导管内以免引入干扰造成误差；热电偶 不能安装在被测介质很少流动的区域内，当用热 电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流 速方向安装，而且充分与气体接触。
实际应用
目前热电阻应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻 精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有 一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在 测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大， 适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用 的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们 的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有 R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和 Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
热电阻接线
• 1、两线制热点阻：一点接a线，另一点接两根线。 • 2、三线制如三点必须找出a线，用万用表测对另两个有电 阻那就是a线。a线接在仪表端标有电阻一端。 • 电阻为0的两根线短接（实际为一小阻值，该值是线阻， 用以消除线阻对测量值的影响），接测量仪表的另一头。 • 2、热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接 导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一 般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连 接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分， 这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差 。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根 分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消 除了导线线路电阻带来的测量误差。
热电阻
工作原理
• 热电阻的测温原理是基于导体或半导 体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。 热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用 最多的是铂和铜，现在已开始采用镍、锰 和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要 把电阻信号通过引线传递到计算机控制装 置或者其它二次仪表上。
热电阻种类
普通型热电阻 从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的 变化来测量的，因此，热电阻的引出线或各种导线电阻的变化会给温 度测量带来影响。 铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套 管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm。与普通型热电阻 相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞 后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿 命长。 铠装热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变 化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对 应的温度值。 常温绝缘电阻 热电阻在环境温度为15—35°C，相 对湿度不大于80%，试验电压为10—100V（直流）电极与外套管之 间的绝缘电阻>100MΩ 除此之外，还有端面热电阻，隔爆型热电阻等
温度测量原理及接线方法
热电偶的相关知识
基本介绍
概述
特点 结构 工作原理
相关介绍
热电偶的安装要求 热电偶的正确使用 故障处理案例 温度补偿
种类
常见热电偶材料 类别
常见问题
热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度， 并把温度信号转 热电偶 • 换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介 质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导 体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通 过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓 的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为 热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由 端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温 度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃ 时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
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2、绝缘变差而引入 的误差 如热电偶 绝缘了，保护管和百度文库 线板污垢或盐渣过多 致使热电偶极间与炉 壁间绝缘不良，在高 温下更为严重，这不 仅会引起热电势的损 耗而且还会引入干扰， 由此引起的误差有时 可达上百度。
• 3、热阻误差 高 温时，如保护管上有 一层煤灰，尘埃附在 上面，则热阻增加， 阻碍热的传导，这时 温度示值比被测温度 的真值低。因此，应 保持热电偶保护管外 部的清洁，以减小误 差。
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• 在热电偶回路中接入第三种金属 材料时，只要该材料两个接点的 温度相同，热电偶所产生的热电 势将保持不变，即不受第三种金 属接入回路中的影响。因此，在 热电偶测温时，可接入测量仪表， 测得热电动势后，即可知道被测 介质的温度。 • 热电偶测量温度时要求其冷端 （测量端为热端，通过引线与测 量电路连接的端称为冷端）的温 度保持不变，其热电势大小才与 测量温度呈一定的比例关系。若 测量时，冷端的（环境）温度变 化，将严重影响测量的准确性。 在冷端采取一定措施补偿由于冷 端温度变化造成的影响称为热电 偶的冷端补偿。
类别
• 热电偶类别
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代号 铂铑30－铂铑6 WRR 铂铑10－铂 WRP 镍铬－镍硅 WRN 镍铬－康铜 WRE 铂铑13-铂 WRB
分度号 测温范围 B 0－1800℃ S 0－1600℃ K 0－1300℃ E 0－800℃ R 0-1600℃
允许偏差限
±0.25%t
±0.25%t ±0.75%t ±0.75%t ±0.25%t
温度补偿
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由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金 属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶 材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自 由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子 上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极， 使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不 能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此， 还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的 影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性 不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度差不能超过 100℃
信号连接
目前热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通 常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其 它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室 之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有 较大的影响。 热电阻的引线主要有三种方式 二线制：在热电阻的两端 各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引 线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大 小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只 适用于测量精度较低的场合 三线制：在热电阻的根 部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为 三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除 引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。 四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为 四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换 成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可 见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高 精度的温度检测。
结构
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它结构要 求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
工作原理
• 两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合 成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势， 这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。 • 热电偶是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介 质温度的一端叫做工作端（也称为测量端或热端），另一端叫做 冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示 仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶实际上是一种 能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度， 对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的 热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端 与工作端，两端温度差的函数；
热电偶的安装要求
对热电偶与热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及 维修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求,在 选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几 点: 1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有 充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管 道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻. 2、带有保护套 管的热电偶和热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热 电偶和热电阻应该有足够的插入深度: (1)对于测量管道中 心流体温度的热电偶,一般都应将其测量端插入到管道中心处 (垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热 电偶或热电阻插入深度应选择100毫米; (2)对于高温高压和 高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的 阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方 式或采用热套式热电偶.浅插式的热电偶保护套管,其插入主蒸 汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度为 100mm; (3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直 径为4m,热电偶或热电阻插入深度1 m即可. (4)当测量原件 插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套 管.
常见问题
• 对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 装 配热电偶 • 1：热电偶的热电势是热电偶工作端与冷端两端温 度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温 度差的函数； 2 ：热电偶所产生的热电势的 大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度 和直径无关， 3：当热电偶的两个热电偶丝材 料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶 的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这 热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两 种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成 一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执 着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动 势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象 称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
常用热电偶材料
热电偶分度号 热电极材料 使用温度范围（℃）
S 铂铑合金（铑含量10 %） 纯铂 0-1400 R 铂铑合金（铑含量13 %） 纯铂 0-1400 B 铂铑合金（铑含量30%） 铂铑合金（铑含量6% ） 0-1400 K 镍铬 镍硅 -200-+1000 T 纯铜 铜镍 -200-+300 J 铁 铜镍 -200-+600 N 镍铬硅 镍硅 -200-+1200 E 镍铬 铜镍 -200-+700
• 4、热惰性引入的误差 由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变 化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能 采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许 可时，甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后，用热电 偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞 后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也 就越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显 示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。为 了准确的测量温度，应当选择时间常数小的热电偶。时间 常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密 度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以 外，最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中，通常 采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管。在 较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但 热电偶容易损坏，应及时校正及更换。