1、过程控制系统及自动化仪表,温度测量仪表,检测仪表概述 温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 物位检测仪表 成分分析仪表,2 检测仪表,目的检测连续生产过程中参数，如温度、压力、液位、流量、成分等 组成,2.1 过程检测仪表概述,输出装置,传感器,变送装置,显示记录装置,检测仪表概述 温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 液位检测仪表 成分分析仪表,2 检测仪表,温度检测概述 热电偶测温原理 热电阻测温原理 集成温度传感器 接触测温元件的安装原则 测温元件的选型原则 温度的显示与记录 温度变送器原理,2.2 温度检测仪表,2.2.1 温度检测概述,温度：表征物体冷热程度的一个物理量。 温
2、标：将温度数值化的一套规则和方法， 温标有起点、单位和方向。 温标有华氏、摄氏及开氏温标（热力学温标）。 温标换算公式,温度检测方法,非接触式测温,通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场，误差小，反应速度快； 测温上限原则上不受限制； 易受被测物体热辐射率及环境因素（物体与仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。,红外线测温计,光学高温计,1、 辐射式温度计通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、 红外式温度计通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。,接触式测温,接触测量，简单、可靠、精度高； 测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测介质发生化学反应； 因受到耐高温材料的限制，测温上限有界
3、。 主要类型： 非电参数温度传感器：膨胀式和压力式等。 电参数温度传感器：热电偶、热电阻、半导体热敏元件等。,玻璃管温度计,接触式非电参数测温仪表1、膨胀式温度计 膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。液体膨胀式温度计：利用液体（水银、酒精）受热时体积膨胀的特性测温。,固体膨胀式温度计用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。,双金属片常用来做温度报警或控制,随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警灯和继电器回路被接通。调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报警温度。,如图是一双金属温控器。,继电器,
4、原理: 封闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽，受热后体积膨胀，压力增大。,2、压力式温度计利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温。,1、热电偶温度计 利用物体的热电性质测温。 2、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。 3、半导体温度计 利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度。,接触式电参数测温仪表：,2.2.2 热电偶测温原理,（1）热电偶的测温原理：热电效应,两种不同导体接触并构成回路，若两个接点温度不同，则回路中出现毫伏级热电势，并产生电流。当一端温度固定，则该热电势与温度有准确的单值对应关系,特点：
5、结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量5001600之间的温度。,1、接触电势当不同导体A、B接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上产生电子的相互扩散，致使在接触处产生接触电势。其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。,NA( t )、 NB( t ) 自由电子密度； e 单位电荷,2、温差电势对于同一金属 A（或B），其两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差电势。 热电势由两部分组成： 接触电势和温差电势。 但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。,3、回路总电势热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称为热电势 EAB 。因由于温差电势
6、很小，热电势基本由接触电势eAB 构成：EAB (t，t0) = e AB (t) - e AB (t0)计算式中，有的常数很难确定，无法实用。 实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论： 对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。 当冷端温度固定时， E(t，t0) 是热端温度 t 的单值函数。,热电偶三大定律,均质导体定律：由一种均匀介质导体组成的闭合回路，不论导体的 截面、长度以及各处温度分布，均不产生热电势。(如果导体不均质，会产生附加电势，引起测量误差) 中间导体定律：由导体 A、B 组成热电偶回路，当引入第三种导体 C 时，主要保持导体 C 两端温度相同，则引入导体 C
7、 对回路总热电动势无影响。(保证导线两端温度相同，可方便连接各种仪表、导线) 中间温度定律：总热电动势等于热电偶与连接导体的热电动势代数和。(连接导电特性相同的导体起到延长热电极作用),标准电极定律,标准电极定律：如果导体 A、B 分别与第三导体 C 组成热电偶，测量端温度均为 t，参考端温度均为 t0，产生的热电动势分别为 EAC(t, t0)和 EBC(t, t0)，则由导体 A、B 组成的热电偶产生的热电动势为：EAB(t, t0) = EAC(t, t0) - EBC(t, t0) = EAC(t, t0) + ECB(t, t0)称第三导体 C 为标准电极，一般选择纯铂。(只要知道材
8、料与标准电极的热电动势，就可以求出任意两种材料组成热电偶的热电动势),热电偶特点,热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、 线性关系； 稳定性和复现性较好； 响应时间较快； 测温范围宽，高温热电偶测温上限可达2800, 低温热电偶可达 4K； 测温精度高；使用范围广。,几点结论,若两种导体相同则无论两端点温度如何， 回路中热电势为零。 若两端点温度相同，而A、B材料不同， 回路中热电势为零。 热电势与材料的中间温度无关， 只与两接点温度有关。 热电势的大小取决于两种导体的材质 和接触点的温度。,热电偶的构造 热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、薄膜型等。,普通
9、型,铠装型,薄膜型,热电偶分度号,理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。选取原则 在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。IEC国际标准 国际电工委员会（简称IEC）规定了热电偶材料的取材标准。用分度号命名不同取材的热电偶，并给出了标准的热电势分度表：S, B, E, K, R, J, T 七种标准.,几种常用的标准型热电偶简介,镍铬镍硅热电偶分度表（简表）分度号 K t0=0，E /mV,铂及其合金（B、S）属于贵重金属，价格很贵，但其热电势非常稳定，主要用做标准热电偶及测量1100以上的高温。,镍铬镍硅
10、（K）线性度最好镍铬康铜（E）灵敏度最高铜康铜（T）价格最便宜,不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关系不同。,热电偶温度补偿,只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。热电偶的温度补偿(也称冷端处理)：把热电偶延伸到环境中以便测量和稳定冷端温度。 补偿导线 计算校正 冰浴 补偿电桥,1. 补偿导线,使冷端延伸到恒温或温度波动较小的地方。 对贵重金属不经济。 选配廉价的补偿导线与冷端连接，且在0100内 应与所连接材料具有相同的热电性能。,补偿导线示例,2. 计算校正,如果冷端温度不为 0，而是温度的 t0 0，则 应按下式进行修正： E(t, 0) = E (t,
11、t0) + E (t0, 0)例2-1 热电偶分度号为E，冷端为30时测得热电 动势为 55.498 mV，求被测介质的实际温度。,3. 冰浴法把热电偶的冷端插入盛有绝缘油的试管中，然后将试管放入装有冰水混合物的容器中，保持冷端为0。这种方法多数实验室中对热电偶的检定。,4. 补偿电桥利用不平衡电桥产生的电动势，补偿热电偶因冷端温度变化引起的热电动势的变化值，通常按 t0 = 20设计。,补偿电桥法基本原理,作 业 一,用分度号为S的热电偶测温，冷端温度为20。测得热电势 E(t, 20) = 11.30 mV，求被测温度 t。2. 用分度好为K的热电偶测试，冷端温度为25，热端温度为750，则产生的热电势是多少。,
