1、过程检测仪表,浦铁成 ,第2页/共22页,本节内容,一、热电偶温度计,常用热电偶,第3页/共14页,三、热电偶温度计,测温原理 基于热电效应。,1、热电效应： .概念： 将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应。,起决定作用,第4页/共14页,2、应用定则： .均质导体定则： 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度以及其温度分布如何，都不能产生热电势。即：一种均质材料不能构成热电偶；由两种不同材料组成的热电偶则要求材质的均匀性要 好，否则热电极的温度分布将会对热电势值产生影响。热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指
2、标。,三、热电偶温度计,第5页/共14页,2、应用定则： .中间导体定则在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响。,一、热电偶温度计,推广：加入多种导体，只要加入导体的两接点温度相等，回路的总热电势就与原回路的电势值相同。 应用：可以在热电偶回路中引入各种仪表和连接导线，不影响回路电势，不影响测量结果；可以以任意焊接方式制成热电偶的测温接点，只需保证焊接点的温度均匀即可。,第6页/共14页,2、应用定则： .连接导线定律：如图：若导体A、B分别与连接导体A、B 相连接，接点温度为T、T0、Tn，则回路总电势为：,回路总热电势等于热电偶电势 与连
3、接导体电势 代数和。,一、热电偶温度计,该定理是工业上应用补偿导线进行温度测量的理论基础。根据这一定则，只需测出热电偶在参比端温度为0度时的分度表，就可依据上式求出参比端在其它温度时的热电势值。,第7页/共22页,3、常用热电偶： 理论上任何两种不同的导体都可以配制成热电偶，但作为实际测温元件，对电极材料有一定的要求： .测温范围内热电性能稳定，不易氧化和腐蚀，耐辐射； .热电势随温度的变化率要足够大； .热电特性接近单值线性； .机械性能好，机械强度高，材质均匀； .电导率高，电阻温度系数小；易加工；价格便宜,一、热电偶温度计,第8页/共22页,3、常用热电偶： 目前国际上8有种标准化热电偶
4、作为工业热电偶在不同场合中使用。标准化热电偶具有统一的分度表，具有良好的互换性。 .铂铑合金、铂系列热电偶： 属贵金属热电偶，分度号：R、B、S。,一、热电偶温度计,第9页/共22页,3、常用热电偶： 目前国际上8有种标准化热电偶作为工业热电偶在不同场合中使用。标准化热电偶具有统一的分度表，具有良好的互换性。 .廉价金属热电偶： 由廉价合金或纯金属材料构成,一、热电偶温度计,第10页/共22页,3、常用热电偶： 目前国际上8有种标准化热电偶作为工业热电偶在不同场合中使用。标准化热电偶具有统一的分度表，具有良好的互换性。 .廉价金属热电偶： 由廉价合金或纯金属材料构成.难熔合金热电偶： 钨铼合金
5、。用于高温测量，均匀性、再现性差。,一、热电偶温度计,第11页/共22页,4、结构形式： 需要良好的电绝缘，并需用保护套管将其与被测介质相隔离。 工业热电偶的典型结构有普通型和铠装型两种型式。 .普通型： 装配式结构，一般由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等部分组成，如图。整支热电偶长度由安装条件和插入深度决定，这种结构的热电偶热容量大，因而热惯性大，对温度变化的响应慢。,一、热电偶温度计,第12页/共22页,4、结构形式： 普通型和铠装型两种型式。 . 铠装型： 将热电偶丝、绝缘材料和金属保护套管三者组合成一种坚实的组合体。 铠装热电偶的测量端热容量小，因而热惯性小，对温度变化响应快；挠性好
6、，可弯曲，可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合。各种铠装热电偶也已得到较广泛的应用。,一、热电偶温度计,第13页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。由热电偶测温原理可知，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。受环境影响，难以保持恒定：在实际应用时，由于热电偶工作端与参比端距离近，冷端又暴露于空间，易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定，将给测量带来误差，因此需要采取措施进行处理。确定冷端温度：知道冷端温度才能计算热端温度,. 补偿导线法； . 参比端温度测量计算法； . 参比端冰浴法； . 补偿电桥法； . 一体法温度变送器；,一、热电
7、偶温度计,第14页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,. 补偿导线法： 问题的提出：为了使热电偶的冷端温度保持恒定(最好为0)，可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，并连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动较小的地方。但这种方法一方面安装使用不方便；另一方面也要多耗费许多贵重金属材料。 解决方法：,一、热电偶温度计,一般用一导线(称之为补偿导线)将热电偶的冷端延伸出来，如图。,第15页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,补偿导线要求： 补偿导线要求与选用的热电偶配用；在工作范围内（0100度变化范围）与被补偿的热电偶具有相同的电势温度关系；补偿导线延
8、长的新的参比端应远离热源，且温度稳定； 补偿导线类型： 延长型(X)：化学成分与被补偿的热电偶相同，用于廉价金属热电偶；补偿型(C)：化学成分与被补偿的热电偶不同，用于贵金属热电偶，节省材料。,一、热电偶温度计,第16页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,. 补偿导线法： 补偿导线应用注意事项：型号及极性不能接反；补偿导线和热电偶相连的接点温度要相同，以免造成不必要的误差；补偿后的新的冷端温度必须恒定才有意义；,一、热电偶温度计,第17页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,. 参比端温度计算法：只要参比端温度不等于0，就必须对仪表加以修正。,一、热电
9、偶温度计,第18页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,. 补偿电桥法：补偿环境温度变化对参比端温度的影响。,一、热电偶温度计,当T0=20C: 补偿电桥是按T0=20C时设计的，当T0=20C时，r1=r2=r3=rcu ,电桥平衡，无电压输出，即Uab=0，对热电势无补偿作用。,当T020C:热电偶输出热电势减小，铜热电阻阻值增大，电桥输出增大(正)，补偿热电势。,当T0 20C:热电偶输出热电势增大，铜热电阻阻值减小，电桥输出减小(负)，补偿热电势。,电桥是设计在20C时平衡，所以采用补偿电桥法需要将仪表机械零位调到20C,第19页/共22页,3、常用热电偶： 举例1
10、：已知热电偶的分度号为K型，工作时，自由端温度T0 为30，今测得热电势为38.560mV。求工作端温度是多少？,解：由题意：,对于K型热电偶， T0 为30时：,一、热电偶温度计,T=961.5 ,查分度表,线性插值,第20页/共22页,3、常用热电偶： 举例2：检定配热电偶的温度显示仪表时，常用标准电势输入代替实际热电势，现要检定K型温度显示仪表在700时的准确度，问需要输入多大的标准电势？设环境温度为25。,问题分析： 因在检定时，环境温度为25，即需要确定在环境温度为25，被测温度为700时，热电偶的输出电势。,一、热电偶温度计,第21页/共22页,3、常用热电偶： 举例2：检定配热电
11、偶的温度显示仪表时，常用标准电势输入代替实际热电势，现要检定K型温度显示仪表在700时的准确度，问需要输入多大的标准电势？设环境温度为25。,解：由连接导体定则，,一、热电偶温度计,第22页/共22页,3、常用热电偶： 举例3：用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500,而这时冷端温度为60,试问实际温度应为多少?如果热端温度不变,设法使冷端温度保持在20,此时显示仪表的指示值应为多少?,解：显示仪表指示值为500时,由分度表可以查得这时显示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的,即E(t,t0) = 20.64 (
12、mV)由分度表同样可以查得E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV),一、热电偶温度计,查表,第23页/共22页,3、常用热电偶： 举例3：用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500,而这时冷端温度为60,试问实际温度应为多少?如果热端温度不变,设法使冷端温度保持在20,此时显示仪表的指示值应为多少?,由E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV)由23.076mV,查分度表,可得 t557即被测实际温度为557。,一、热电偶温度计,查表,第24页/共2
13、2页,3、常用热电偶： 举例3：用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500,而这时冷端温度为60,试问实际温度应为多少?如果热端温度不变,设法使冷端温度保持在20,此时显示仪表的指示值应为多少?,当热端为557,冷端为20时,由于E(20 ,0) = 0.798mV,故有E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV)由此电势,查分度表,可得显示仪表指示值约为538.4。由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测温度实际值。,一、热电偶温度计,查表,第25页/共22页,5、热电偶参比端温度的处理：即冷端温度补偿。,.一体化温度变送器： 这种温度变送器具有参比端温度补偿功能，并装在接线盒中，因而不需要补偿导线，输出信号为420mA或010mA标准信号，适用于-2080的环境温度 ，配用这种装置可简化测温电路设计。,一、热电偶温度计,第26页/共22页,今天就到这里！ 谢谢！,第27页/共23页,返回,
