5温度测量仪表

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1、-第五章温度测量仪表第一节概述在化工生产中温度是个最常见和非常重要的物理参数。由于物体的很多物理及化学性质都与温度有关，很多生产过程都必须在适当的温度下才能进行，因此，对温度进行精确的测量和控制十分重要。一、概念1、什么是温度？温度是反映物体冷热程度的一个状态参数，也可以说是对物体冷热程度的一种度量。2、温标：是温度的数值表示方法，是温度的标尺。常用温标有摄氏温标（）、华氏度（）和凯氏温标（K）三种，且5/9(-32)；=9/5+32；=K-273.15。二、测温仪表的分类测温仪表根据其在使用时感温元件是否与被测介质直接接触，可分为接触式和非接触式两大类：液体膨胀式：水银温度计膨胀式接触式固体

2、膨胀式：双金属温度计压力表式测温仪表热电阻式：Pt10、Pt100热电偶式：B、S、K、E、T非接触式光学高温计辐射高温计比色高温计第二节热电阻热电阻温度计的测温原理是根据导体(或半导体)的电阻值随温度变化而变化的性质，再用显示仪表把电阻值的变化显示出来。工业使用热电阻可检测-200+500范围的温度，其使用特点是：测量精度高，尤其适用于低温测量；常用热电阻有铂、铜热电阻。一、热电阻的材料用作热电阻的材料必须具有以下性质：具有较大的电阻温度系数；电阻率要大；电阻与温度近于线性关系；热容量小；物理化学性质稳定；易加工、复制性强，价格便宜。二、铂热电阻。1、铂的纯度：是用电阻比R100/R0来表示

3、；R100是铂在标准大气压下，水的沸点时阻值；R0是铂在水三相点的电阻值。2、连接方式：采用三线制连接，目的是在与电桥构成测温仪表时，可从减小一、二次仪表间连接导线因环境温度变化而引起的测量误差。三、热电阻的测温原理。热电阻阻值随温度的变化关系式：Rt=R01+0(t-t0)；R0温度为t0时的电阻值；0温度为t0时的电阻温度系数。-热电阻测量的温度的变化，通过测量电路(平衡电桥)转换成相应的电压信号，经放大器放大后，指示或记录被测介质的温度。第三节热电偶热电偶温度计使用范围广，可以完成-1001600范围内的温度测量，且便于远距离传送与集中检测。一、测温原理：EAB(T,T0)=EAB(T,

4、0)EAB(T0,0)式中EAB(T,0)工作端温度为T时的电势值；EAB(T0,0)冷端温度为T0时的电势值；EAB(T,T0)热电偶在工作端温度为T，自由端温度为T0时输出的电势值。1、热电偶组成：由两种不同材料的导体焊接而成，其中焊接的一端为热电偶工作端(热端)；与导线连接的一端为自由端(冷端)。2、热电效应：在两种不同的导体或半导体组成的闭合回路中，当两个接点所处的温度不同时，回路中就会产生电动势(热电势)，该现象叫做电效应热电现象。3、热电势组成：由接触电势和温差电势组成。接触电势：两种不同的导体，由于它们具有不同的电子密度，在两导体的接触面上形成了静电场，产生电动势，即接触电势。温

5、差电势：同一材料导体由于其两端温度不同而产生的热电势，即温差电势。二、电偶基本定律：有三条基本定律，即均质导体定律、中间导体定律和中间温度定律。1、均质导体定律：一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路，不管其截面积如何及温度的分布如何，都不产生热电势。2、中间导体定律：不同导体组成的闭合回路，当各接触点的温度都相同时，则回路中热电势的总和等于零。3、中间温度定律：接点温度为T1、T3的热电偶，其热电势等于接点温度分别为T1、T2和T2、T3两支同性质热电偶的热电势的代数和。该定律为补偿导线把热电偶的冷端移到温度恒定的地方提供了理论依据。三、热电偶材料。1、特性要求：物理、化学稳定性高；电导率高

6、；电阻温度系数小；产生的热电势大，且与温度成线性关系；复现性好。2、热电偶种类：常用的有以下六种。B型：铂铑30铂铑6简称双铂铑。正极为含铂70%、铑30%的铂铑丝；负极也为含铂94%、铑4%的铂铑丝。其特性是：热电子表性能稳定，精度高，适用于氧化性和中性介质中测温，测温区宽，使用寿命长，参考端不须用补偿导线进行补偿。S型：铂铑10铂热电偶。正极为含铂90%、铑10%的铂铑合金；负极为纯铂。其特性是：准确度最高，稳定性最好。K型：镍铬镍硅热电偶。正极为Ni:Cr=90:10的镍铬合金；负极为Ni:Si=97:3镍硅合金。其特性是：复制性好，热电势大，化学性质稳定，使用率高。E型：镍铬铜镍(康铜

7、)热电偶。正极镍铬10合金，负极为铜镍合金。-其特性是：热电势、灵敏度最高，可用于测量微小温度变化。 T型：铜铜镍(康铜)热电偶。正极为纯铜，负极为铜镍合金。其特性是：可测量低温，在-2000内使用，稳定性好。铠装热偶：是将热电偶丝、绝缘材料组装在金属套管内，经模具多次拉制的整体。其优点是：热响应时间短、抗震等。四、热电偶冷端温度补偿：1、补偿必要性：热电偶产生热电势与热端、冷端间的温度有关，且只有冷端温度为零或恒定不变的情况下，热电势才是被测温度的单值函数，热电偶的分度表也是以其冷端温度为0时为条件的。而实际中，冷端不是0同时也不是恒定不变的，故而应对热电偶冷端进行补偿，以消除测量误差。2、

8、补偿方法：补偿导线法：应用一种热电特性相近的补偿导线作为热偶的延长线，从而达到热偶冷端的延伸。冷端温度校正法：在冷端温度恒定不变的情况下，可以用计算方法加以修正，即E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)，E(T,0)为被测介质实际温度热电势；E(T,T0)为测量值温度热电势；E(T0,0)为冷端热电势。补偿电桥法：将由电阻温度系数较大的热电阻(铜电阻)构成的不平衡电桥串联在热电偶测量回路中，通过热电阻电压变化值来补偿冷端温度变化而引起的热电势变化。第四节温度显示仪表用来接收热电偶或电阻体的测量信号，用于显示被测介质温度值。可分为：模拟式、数字式和图象显示三大类。模拟式：用指针或纪录笔等形

9、式，通过偏转角或位移量模拟显示。有动圈式温度指示仪、电子电位差计、电子平衡电桥等。数字式：将被测温度直接通过数字的形式显示出来。如数字式显示仪等。图象式：以图形、字符、曲线等方式，用屏幕对被测温度进行显示。如无纸记录仪等。一、电子电位差计：1、组成：由热电偶、测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机等组成。2、测量原理：基于电压补偿原理工作的。热电偶感测的热电势和不平衡桥路输出的电势值作比较，并将偏差信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变测量桥路的输出电势值，最终使仪表处于平衡状态而显示被测温度。二、电子平衡电桥：1、组成：热电阻、平衡电桥、放大器等。2、测量原理：基于平衡电

10、桥原理工作的。即热电阻感测的电阻值与平衡桥路的桥臂阻值作比较，打破原来桥路的电阻平衡关系，产生相应的偏差电势信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变桥路的桥臂电阻，从而使仪表桥路牌新的平衡状态而显示被测温度。习题集1、常用的温标有几种？它们之间的关系如何？答：常用温标有摄氏温标()、华氏温标()和凯氏温标(K)三种；华氏温标和摄氏温标关系是：5/9(-32)，=9/5+32；凯氏温标和摄氏温标关系：=K-273.15。2、试简述摄氏温标，华氏温标和凯氏温标对温度表示的不同处是什么？答：摄氏温标()又称百分温标，它把标准大气压下冰的融点定为零度(0)；把水的沸点定-为壹百度(

11、100)，在0至100之间划分一百等份，每一等份为一摄氏度。华氏温标()规定标准大气压下冰的融点为32，水的沸点为212，中间划分180等分，每一等分为1华氏度。凯氏温标(K)又称热力学温标，是一种绝对温标。它规定分子运动停止时的温度为绝对零度或最低理论温度(0K)。3、气、液两相之间的平衡温度称为(熔点)；固、液两相间的平衡温度为(凝固点)；固、液、气三相间的平衡温度为(三相点)；而冰和空气饱和水的平衡温度称(冰点)。4、玻璃温度计是利用(感温液体受热膨胀)原理工作的。压力式温度计利用气体、液体或蒸气的体积或压力随温度变化性质设计制成；双金属温度计是利用(固体受热膨胀)的性质制成。5、压力式

12、温度计主要由(温度)、(毛细管)、(弹簧管压力计)三部分组成。6、压力式温度计是怎样工作的？有何特点？答：它是利用感温物质的压力随温度而变化的特性工件的。当温包内感温物质受到温度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹簧管的自由端产生位移，通过连杆和传动机构带动指针，在刻度盘上指示相应的温度。其特点是：可远距离显示，但滞后大，反应慢。7.热电偶产生热电势的条件是：(两热电极材料不同)及(两接点温度不同)。8、热电偶的热电特性由(电极材料的化学成分和物理性能)所决定。热电势的大小与(组成热电偶的材料)及(两端温度)有关，与热偶丝的(粗细)和(长短)无关。9.当补偿导线类型和可信性混淆不明时如何判

13、别？答：将补偿导线一端相连浸入沸水中，另一端分接于按一定热电偶分度号刻度的显示仪表上，若仪表上反指示，说明极性接反；若100指示附近，则说明该补偿导线与该显示仪表配用的热电偶相符合。10、简述铠装热电偶的及分类。答：铠装热偶是把热偶丝、绝缘材料和金属套管三者加工在一起的坚实缆状组合体；根据套管内铠装热电偶的数量，可分为单支双芯、双支四芯两种。11、热电偶测温时为什么需要进行冷端补偿？答：热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，且只有在冷端温度恒定不变时是，热电势值才是被测温度的单值函数，并且热电偶的分度表是以热电偶冷端温度为0时分度的。但实际应用中，冷端温度不可能保持0不变，故而会引起测量误差，

14、必须对其冷端进行温度补偿。12、热电偶或补偿导线短路时，显示仪表的示值约为(短路处)的温度值。习惯上称短路时指示(室温)；热电偶或补偿导线断路时显示仪表的示值(不动)。而有“断偶”保护的仪表示值为(仪表上限)。13、一支测温电阻体，分度号已看不清，你如何用简单方法鉴别的分度号？答：用万用表R1档或R10档测量电阻体阻值，测出电阻为Rt，再估计一下周围环境温度为t，最后查对电阻-温度对照表，即可很快鉴别出电阻体的温度号。14、应用热电偶测温的基本原理是什么？其测温特点有哪些？答：两种不同的导体或半导体构成的热电偶，当两接点温度不同时，在热电偶的冷端和热端将会产生热电势，其大小取决于热端温度，这就

15、是热电偶测量温度的原理。采用热电偶测温的特点是：.测温高，且测温范围宽，一般可测量-1001600温度范围。.便于远距离传送与集中检测。15、热电阻测温的基本原理是什么？有何特点？答：热电阻测温原理是导体（或半导体）的电阻值，随温度变化而变化。热电阻测温特点是适宜于较低温度的测量。因为热电偶在测量较低温度时，其热电势很小，产生的测量温差较-大，一般不宜采用。16、为什么铂铑30铂铑6热电偶可以不采用补偿导线？答：B型热电偶在较低的温度时热电势极小，一般在050范围内热电势3uV，故而现场冷端温度一般都可忽略不记，也就可以不采用补偿导线。17、什么叫热电效应是？答：在两种不同的导体或半导体组成的

16、明辨真伪闭合回路中，当两个接点所处的温度不同时，回路中，就会产生电动势(热电势)，应现象叫做热电效应。18、热电偶的电势信号包括几部分？答：一支热电偶产生的电势信号包括两部分，即两种热电极间的接触电势和单支热电极热端和冷端的温差电势。19、热电偶一般遵循的基本定律是什么？答：热电偶有三条基本定律，包括均质导体定律，中间导体定律和中间温度定律。20、试简述补偿导线为什么能作为能作为热偶的延长使用？答：根据热电偶的中间温度定律可知接点温度为T1，T3的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为T1，T2和T2，T3的两支同性质热电偶的热电势的代数和；再者补偿导线一般在0100温度范围内具有所连接的热电偶

17、相同的热电性能。故而可以作为热偶的延长线使用。21、用作热电偶的材料必须具备哪些条件？答：一般热电偶材料应满足的主要要求有以下几点：产生的热电势大，热电势率高并热电势与温度成线性。物理、化学性质及热电性较稳定。电导率高，电阻温度系数小。易于复制。22、常用的热电偶有几种类型？答：普通型：B、S、K、E、T。套管热电偶：单支双芯、双芯四支及多支多芯。表面热电偶：如气化炉壁热偶。23、有一支质地很硬的热电偶，请判别其正负极，并在两种没有标签的补偿导线(红、蓝绝缘皮和红、黄绝缘皮)中选配一种。答：因其质地很硬，可以肯定不是S型。可观察正负极颜色，而镍铬表面为褐绿色为正极，然后利用其负极的亲磁性来判断

18、类别。用磁铁靠近时，倾磁的为镍铬，否则为考铜。镍铬镍铝应配红、蓝色绝缘皮的铜康铜补偿线，而镍铬考铜应配红、黄色绝缘皮的镍铬考铜补偿线。24、试简述补偿导线的长度对温度测量的影响程度如何？答：补偿导线作为热电偶的延长线是，其两端热电势值仅和两端温度有关，但由于其连接的仪表不同，其在仪表电路中发挥的作用也不尽相同。如和动圈表连接使用时，由于其内部有电流通过，其长度不同，势必会影响温度测量指示；但如和温度变送器、电子电位差计等接受毫伏热电势信号的仪表连接时，其长度如何则不会影响测量结果。25、有人说补偿导线作为热偶的延长线可以随便使用而不需考虑热偶和补偿导线处的温度，试问他说的对吗？答：该说法是错误

19、的。因为一般补偿导线的性能只是在一定温度范围内（0100）热偶相同，超过100就会在补偿导线和热偶连接处产生附加电势，因此不能笼统的说热偶补偿线可随便使用而不需考虑其冷端温度。26、试述用作热电阻的材料必须具备对此条件？答：具有较大的电阻温度系数。电阻率大。热容量小。物理和化学性质稳定。电阻与温度成近似线性关系。；、复制性强。27、有一位仪表工工维修某台设备的温度检测表时，错把补偿导线和仪表输入端都接反了。-试分析该仪表指示温度会怎样变化？答：该仪表的变化情况要根据补偿导线两端温差情况而定。若温差为零，仪表示值不会有变化；若热偶冷端温度高于仪表输入端温度，仪表示值将比实际值低两倍的温差值；若冷

20、端温度低于仪表输入端温度，仪表示值将比实际温度高两倍的温差。28、某台设备反应温度实际为100，而某人在检修该温度表示时误将补偿导线的极性及到温度变送器的输入线接反了，当冷端温度为25，温变处温度为15时，仪表示值应约为(80)；而当冷端温度为15，温度处温度为25时，仪表示值则应约为(120)。29、试简述电阻体采用“三线制”连接的原因是什么？答：电阻体温度计测温原理是根据其电阻体随温度变化而变化的性质，而电阻体往往在仪表中构成电桥回路；如果采用“二线制”，导线的电阻随环境温度变化的值与热电阻的值相迭加，就会给仪表的测量带来很大的误差，尤其是一、二次晴相距较远的情况，误差会更大，而采用“三线

21、制”连接，其中两根线产生的电阻变化是一样的，会相互补偿，就在程度上减小了导线电阻的变化引起的误差。30、试比较电子电位差计和平衡电桥测温有什么不同？答：电子电位差计和平衡电桥都是自动平衡式显示仪表，信号来达到温度测量的目的，后者则是利用平衡电桥通过接受现场热电阻的阻值来达到温度测量的；当仪表达到平衡时，电子平衡电桥的测量桥路本身平衡状态，测量桥路无输出；而电子电位差计的测量桥路本身处于不平衡状态，测量桥路有不平衡电势并通过与被测热电势相补偿，从而使仪表达到平衡。ERt输出输出电子电位差计原理图31.在用动圈表或电子平衡电桥测量温度时，线路电阻温度的变化对温度精度的影响较大，试分析说明你是如何解

22、决这一问题的。答：一般首先用惠斯登电桥测出每两根引线间的电阻值，然后通过计算得出规定值（5）来求出调正电阻的阻值，并将具有一定调整值的锰钢丝串接于各支引线端子上，来达到消除误差的目的。下图线路是热电阻的三线制接法。我们右先把测温电阻体短接（如图虚线所示）起来是，测出“1”和“2”之间，“1”和“3”之间，“2”和“3”之间的电阻，若阻值分别为a=4.325,b=4.2,c=4.1。则即可计算出RX、RY、RZ的值及各支调正电阻值了。其计算方法如下：RX+RY=aRX+RZ=bRY+RZ=c求解此三元一次联立方程-R1-RzRXabc=4.354.24.1=2.22522RY4.354.24.1测温电桥三线制连接图=2.1252RZ4.24.14.35=1.9252而R1R规Rx=52.225=2.775R2=R规Ry=52.125=2.875R3=R规Rz=51.975=3.025-