第三章过程检测仪表

几种温标的对比
正常体温 为37 C ， 相当于华 氏温度多 少度？
测温方法及其分类:
温度传感器按照用途可分为基准温 度计和工业温度计；按照测量方法又可 分为接触式和非接触式；按工作原理又 可分为膨胀式、热电式、电阻式、压力 式、辐射式等等；按输出方式分，有自 发电型、非电测型等。
体积热膨胀
物
理
各种热电偶
➢各种压力式温度计
压力式温度计结构
3.1 温度检测仪表
1. 热电偶温度计 1）工作原理：
利用导体或半导体的热电效应，将温度的变 化转换成电动势的变化。即：当两种不同材料的导
体或半导体A、B连接成一个闭合回路时，只要两连接 点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。
热电极A
测量端
第3章 过程控制检测仪表
源自文库 本章内容：
3.1 温度检测仪表 3.2 压力检测仪表 3.3 流量检测仪表 3.4 液位检测仪表
3.1 温度检测仪表
温度是表示物体冷 热程度的物理量。
温度标志着物质内 部大量分子无规则运动 的剧烈程度。温度越高， 表示物体内部分子热运 动越剧烈。
模拟图：在一个密闭的空间里，气 体分子在高温时的运动速度比低温 时快！
参考端
热电极B
热电效应
2）热电势产生过程：
当A、B接触时，两边自由电子密度不同，交界面上 产生电子的相互扩散，若DA>DB时，A向B扩散的电子数> B向A扩散的电子数,导致A带正电荷，B带负电荷，接触处 产生的电场阻碍电子在B中的积累，最后达到平衡状态， 此时电位差称为接触电势。
接触电势 S
AB(t)
T
热电阻
R
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热电阻材料
电阻温度系数要大； 电阻率尽可能大，热容量要小； 在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性； 电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。
目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
名称
铂 电 阻
铜 电 阻
分度号
Pt10 Pt100 Cu50 Cu100
冰浴法
镍铬-镍硅
t
铜-铜镍
玻璃管内 变压器油
mV 保温瓶内冰水
补偿电桥法
0C时，桥路Ua输 b0出 , 冷端温度升Rs高 ,U时 ab， ,电势 Ex , 当Uac的增加 E量 x的减少量，正测 确温 指度 示 t。值 被
计算法
由 EAB (t,t0)EAB (t)EAB (t0) 则 EAB (t,tn)EAB (t)EAB (tn) 相减 E A( tB ,t0 ) 得 E A( tB ,tn ) ： E A( tB n ,t0 )
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器
种
超声波温度计
类
示温涂料 液晶
半导体二极管
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅 辐射温度传感器 光学高温计
➢热膨胀原理测温
测量原理 物体受热时产生膨胀
液体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计
玻璃管温度计
双金属温度计
➢热电偶-双金属温度计
双金属温度计
双金属温度计结构
1-指针；2-表壳；3-金属保护管；4-指针轴； 5-双金属感温元件；6-固定端；7-刻度盘
电阻变化
现 温差电现象 象 导磁率变化
电容变化
压电效应
超声波传播速度变化
物质 颜色
P–N结电动势 晶体管特性变化
可控硅动作特性变化
热、光辐射
1.气体温度计
2. 玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
1． 热铁氧体 2． Fe-Ni-Cu合金
热电阻类型
金属热电阻
阻值温度关系：
Rt R0[1(tt0)]
半导体热敏电阻
阻值温度关系：
( BB)
Rt Ae t t0
温度 系数
A、B取决于 半导体材料和
结构参数
热电阻结构
普通热电阻
接线盒
连接 法兰
保护 套管
热电阻的接法
三线制与两线制的对比
1-热电阻感温元件； 2、4-引线； 3－接线盒； 5－显示仪表；
4）热电偶冷端温度补偿
实际测温过程：将一端温度维持恒定（冷端，自由端）， 另一端插在需测温的地方（热端，工作端）
补偿导线法
A’、 B’为补 偿导线
常用的几种补偿导线
注：①型号的第一个字母与配用热电偶的分度号对应； ②型号第二个字母C-补偿型；X-延长型。
使用补偿导线注意问题：
不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同; 连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热 电偶的正负极一一对应; 补偿导线连接端的工作温度不能超出(0∽100℃),否 则会给测量带来误差。 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度； 使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。
将t0 0C代入，得：
E A t , 0 B E A t ,B t n E A t n B , 0
测得的 电势
分度表 查得
2.热电阻温度计
对于500℃以下的中、低温度，热电偶难以实现精 确测量。所以在测量中、低温度，通常用热电阻温度计 来进行测量。
基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的电阻值随 温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而 达到测温的目的。
在两点处产生不同的接触电势，温度不同产生温差电势。
温差电势
A(t,t0)
S
3）回路中热电势的数学描述：
AB(t)
A(t,t0)
A
B B(t,t0)
NA NB
AB(t0)
E A ( t , t 0 B ) E A ( t ) B E A ( t 0 ) B E A ( t , t 0 ) E B ( t , t 0 ) E A ( t) B E A ( t 0 B ) E A ( t) B E B ( t 0 A )
0℃时阻值 /Ω 10 100 50
100
测温范围/℃
-200∽850 -200∽850 -50∽150 -50∽150
主要特点
精度高，稳定性好，性能可靠适 用于中性或氧化性介质；电阻温 度系数小，价格昂贵。
价格便宜，温度系数大，在测温 范围内电阻值和温度的变化呈线 性关系，适用于无腐蚀介质，超 过150℃易被氧化。
温标:
温度的数值表示方法称为温标。规定了温度 的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类 温度计的刻度均由温标确定。
国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、 热力学温标等。从1990年1月1日开始在全世界范 围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义 了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点 的标准仪器以及计算公式等。