化工儀表自動化第三章溫度顯示演示文稿當前1頁，總共59頁?；x表自動化第三章溫度顯示當前2頁，總共59頁。第三章檢測儀表及傳感器

3.5溫度檢測及儀表當前3頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表當前4頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表當前5頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表當前6頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表一、溫度檢測方法

溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。當前7頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表分類按測量范圍按用途

高溫計、溫度計標準儀表、實用儀表按工作原理

膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計按測量方式

接觸式與非接觸式600℃當前8頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表1.膨脹式溫度計

膨脹式溫度計是基于物體受熱時體積膨脹的性質(zhì)而制成的。當前9頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表圖3-52雙金屬片

圖3-53雙金屬溫度信號器1—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號燈當前10頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表當前11頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表2.壓力式溫度計

應用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表叫壓力式溫度計。

當前12頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

它是根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度。圖3-54壓力式溫度計結(jié)構(gòu)原理圖

1—傳動機構(gòu)；2—刻度盤；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細管；8—溫包；9—工作物質(zhì)

溫包毛細管彈簧管（或盤簧管）

當前13頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表3.輻射式高溫計輻射式高溫計是基于物體熱輻射作用來測量溫度的儀表。800℃當前14頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表二、熱電偶溫度計

熱電偶溫度計是以熱電效應為基礎(chǔ)的測溫儀表。熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導線。當前15頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表圖3-55熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導線；3—測量儀表1.熱電偶圖3-56熱電偶示意圖當前16頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表當前17頁，總共59頁。（1）熱電現(xiàn)象及測溫原理

3.5溫度檢測及儀表圖3-57熱電現(xiàn)象圖3-58接觸電勢形成的過程圖3-59熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢或當前18頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表注意如果組成熱電偶回路的兩種導體材料相同，則無論兩接點溫度如何，閉合回路的總熱電勢為零；如果熱電偶兩接點溫度相同，盡管兩導體材料不同，閉合回路的總熱電勢也為零；熱電偶產(chǎn)生的熱電勢除了與兩接點處的溫度有關(guān)外，還與熱電極的材料有關(guān)。也就是說不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。當前19頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（2）插入第三種導線的問題

利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數(shù)值，見圖3-60。圖3-60熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖圖（a）總的熱電勢（3-65）由于（3-64）（3-67）將式（3-66）、式（3-67）代入式（3-64）（3-66）（3-71）當前20頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

故得（3-69）圖（b）總的熱電勢（3-71）（3-70）當前21頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（3）常用熱電偶的種類

工業(yè)上對熱電極材料的要求溫度每增加１℃時所能產(chǎn)生的熱電勢要大，而且熱電勢與溫度應盡可能成線性關(guān)系；物理穩(wěn)定性要高；化學穩(wěn)定性要高；材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲；復現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，而且在應用上也可保證良好的互換性。當前22頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表

工業(yè)用熱電偶當前23頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)①普通型熱電偶圖3-61熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護套管接線盒②鎧裝熱電偶

由金屬套管、絕緣材料（氧化鎂粉）、熱電偶絲一起經(jīng)過復合拉伸成型，然后將端部偶絲焊接成光滑球狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)點反應速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕振、耐高壓等。當前24頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表③表面型熱電偶

專門用來測量物體表面溫度的一種特殊熱電偶。優(yōu)點反應速度極快、熱慣性極小。

④快速熱電偶

測量高溫熔融物體一種專用熱電偶。

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)它的用途和安裝位置來確定。在熱電偶選型時，要注意三個方面：熱電極的材料；保護套管的結(jié)構(gòu)，材料及耐壓強度；保護套管的插入深度。當前25頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟。2.補償導線的選用圖3-62補償導線接線圖

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。當前26頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電偶名稱補償導線工作端為100℃，冷端為0℃時的標準熱電勢/mV正極負極材料顏色材料顏色鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅-銅鎳銅銅鎳鉻銅紅紅紅紅銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳綠藍棕白0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047表3-10常用熱電偶的補償導線當前27頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

在應用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為0℃，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。一般采用下述5種方法。3.冷端溫度的補償當前28頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（1）冷端溫度保持為0℃的方法圖3-63

熱電偶冷端溫度保持0℃的方法（2）冷端溫度修正方法

在實際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t1，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。熱電偶的冷端補償方法當前29頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表某一設(shè)備的實際溫度為t，其冷端溫度為t1，這時測得的熱電勢為E（t，t1）。為求得實際t的溫度，可利用下式進行修正，即因為由此可知，冷端溫度的修正方法是把測得的熱電勢E（t，t1），加上熱端為室溫t１，冷端為0℃時的熱電偶的熱電勢E（t1，0），才能得到實際溫度下的熱電勢E（t，0）。當前30頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表例6用鎳鉻-銅鎳熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得的熱電勢E（t，t1）＝66982μV，而自由端的溫度t1＝30℃，求被測的實際溫度。解

由附錄三可以查得

則再查附錄三可以查得68783μV對應的溫度為900℃。當前31頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度之間的關(guān)系都是非線性的（當然各種熱電偶的非線性程度不同），因此在自由端的溫度不為零時，將所測得熱電勢對應的溫度值加上自由端的溫度，并不等于實際的被測溫度。譬如在上例中，測得的熱電勢為66982μV，由附錄三可查得對應溫度為876.6℃，如果再加上自由端溫度30℃，則為906.6℃，這與實際被測溫度有一定誤差。其實際熱電勢與溫度之間的非線性程度越嚴重，則誤差就越大。當前32頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（3）校正儀表零點法

若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預先將儀表指針調(diào)整到相當于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測溫要求不太高的場合下應用。（4）補償電橋法

利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

當前33頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這種補償電橋時須把儀表的機械零位預先調(diào)到20℃處。

如果補償電橋是在0℃時平衡設(shè)計的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補償電橋），則儀表零位應調(diào)在0℃處。注意！圖3-64具有補償電橋的熱電偶測溫線路當前34頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（5）補償熱電偶法

圖3-65補償熱電偶連接線路

在實際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補償導線和投資費用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。當前35頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表三、熱電阻溫度計

在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導線所組成。圖3-66熱電阻溫度計當前36頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表

對于呈線性特性的電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。1.測溫原理

利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應）來進行溫度測量的。

當前37頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表2.工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要?。辉谡麄€測溫范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性。當前38頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（1）鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對應分度號為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對應分度號為Pt100。（2）銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應的分度號為Cu10。另一種是R0＝100Ω，對應的分度號為Cu100。當前39頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表３.熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護套管和接線盒等主要部件所組成。圖3-65熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲)（2）鎧裝熱電阻

將電阻體預先拉制成型并與絕緣材料和保護套管連成一體。

（3）薄膜熱電阻

將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。當前40頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表四、光纖溫度傳感器

采用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質(zhì)。1.組成：光發(fā)送器、光源、光纖（含敏感元件）、光接收器、信號處理系統(tǒng)和各種連接件等部分。2.分類：（1）接觸型和非接觸型（2）功能型和非功能型（傳光型）

功能型：利用光纖的各種特性，由光纖本身感受被測量的變化，光纖即是傳輸介質(zhì)，又是敏感元件；

光的強度、偏振態(tài)、頻率和相位

非功能型：由其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為光信號的傳輸介質(zhì)。圖3-68光纖傳感器原理圖當前41頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表實用化的非功能光纖傳感器：

1.液晶光纖測溫2.熒光光纖測溫3.半導體光纖測溫4.光纖輻射測溫當前42頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表五、電動溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ系列電動單元組合式檢測調(diào)節(jié)儀表中的一個主要單元。

它既可與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，然后，它和顯示單元、控制單元配合，實現(xiàn)對溫度或溫差及其他各種參數(shù)進行顯示、控制。當前43頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表溫度變送器有三種類型：

熱電偶溫度變送器；

熱電阻溫度變送器；

直流毫伏變送器。

當前44頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表六、一體化溫度變送器

將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

圖3-73一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)測溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃當前45頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表七、智能式溫度變送器

以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；安裝維護方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。當前46頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表1.TT302溫度變送器的硬件構(gòu)成輸入板主電路板液晶顯示器圖3-72TT302溫度變送器硬件構(gòu)成原理框圖2.TT302溫度變送器的軟件構(gòu)成系統(tǒng)程序，功能模塊當前47頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表八、測溫儀表的選用與安裝1.溫度測量儀表的選用（1）就地溫度儀表的選擇

①精確度等級 ②測量范圍③雙金屬溫度計在滿足測量范圍、工作壓力和精確度的要求時，應被優(yōu)先選用于就地顯示。④壓力式溫度計適用于-80℃以下低溫、無法近距離觀察、有振動及精確度要求不高的就地或就地盤顯示。⑤玻璃溫度計僅用于測量精確度較高、振動較小、無機械損傷、觀察方便的特殊場合。不得使用玻璃水銀溫度計。當前48頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（2）溫度檢測元件的選用①根據(jù)溫度測量范圍，參照表3-12選用相應分度號的熱電偶、熱電阻或熱敏熱電阻。②鎧裝式熱電偶適用于一般場合；鎧裝式熱電阻適用于無振動場合；熱敏熱電阻適用于測量反應速度快的場合。（3）在特殊場合適用的熱電偶、熱電阻：

當前49頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表2.測溫元件的安裝（1）測溫元件的安裝要求

①在測量管道溫度時，應保證測溫元件與流體充分接觸，以減少測量誤差。見圖3-76。②測溫元件的感溫點應處于管道中流速最大處。③測溫元件應有足夠的插入深度，以減小測量誤差。見圖3-77。圖3-76測溫元件安裝示意圖之一圖3-77測溫元件安裝示意圖之二當前50頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表④若工藝管道過小（直徑小于80mm），安裝測溫元件處應接裝擴大管，如圖3-78所示。⑤熱電偶、熱電阻的接線盒面蓋應向上，以避免雨水或其他液體、臟物進入接線盒中影響測量，如圖3-79所示。⑥為了防止熱量散失，測溫元件應插在有保溫層的管道或設(shè)備處。⑦測溫元件安裝在負壓管道中時，必須保證其密封性，以防外界冷空氣進入，使讀數(shù)降低。圖3-78小工藝管道上測溫元件安裝示意圖圖3-79熱電偶或熱電阻安裝示意圖當前51頁，總共59頁。3.5溫度檢測及儀表（2）布線要求①按照規(guī)定的型號配用熱電偶的補償導線，注意熱電偶的正、負極與補償導線的正、負極相連接，不要接錯。②熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求。③為了保護連接導線與補償導線不受外來的機械損傷，應把連接導線或補償導線穿入鋼管內(nèi)或走槽板。④導線應盡量避免有接頭。應有良好的絕緣。禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應。⑤導線應盡量避開交流動力電線。

⑥補償導線不應有中間接頭，否則應加裝接線盒。另外，最好與其他導線分開敷設(shè)。當前52頁，總共59頁。3.6現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展一、軟測量技術(shù)的發(fā)展解決工業(yè)過程的測量要求的兩條途徑：

沿襲傳統(tǒng)的檢測技術(shù)發(fā)展思路，通過研制新型的過程測量儀表，以硬件形式實現(xiàn)過程參數(shù)的直接在線測量；采用間接測量的思路，利用易于獲取的其他測量信