石油大學(xué)化工儀表溫測(cè)量及變送第1頁(yè)/共20頁(yè)第一節(jié)概述

溫度是重要的熱工參數(shù),如熱爐的溫度,溫度太高,會(huì)導(dǎo)致?tīng)t子損壞,另外,溫度太高,使得加熱的物料溫度太高,影響生產(chǎn)正常進(jìn)行,所以測(cè)出溫度并進(jìn)行控制具有重要意義。一、測(cè)溫基本原理溫度是用來(lái)表示物體冷熱程度的物理量溫度測(cè)量有接觸式和非接觸式測(cè)量:(1)接觸式溫度計(jì):利用:(A)熱交換,充分接觸,如體溫計(jì).(B)某種物體的物理特性,如熱脹冷縮,金屬溫度計(jì).(2)非接觸式溫度計(jì).利用高溫輻射等.第2頁(yè)/共20頁(yè)第3頁(yè)/共20頁(yè)工程上測(cè)溫采用攝代溫標(biāo):用t表示，單位記為℃計(jì)算上采用國(guó)際溫標(biāo)：熱力學(xué)溫度,用符號(hào)T表示，單位是開(kāi)爾文，記為K.t=T-273.15三、溫度測(cè)量?jī)x表的分類1、按工作原理分：膨脹式，熱電阻、熱點(diǎn)偶式及輻射式等2、按測(cè)量方式分：接觸式、非接觸式。二、溫標(biāo)第4頁(yè)/共20頁(yè)第二節(jié)膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)常見(jiàn)的形式有：玻璃液體式溫度計(jì)、氣體壓力式溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)等。雙金屬溫度計(jì)利用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬來(lái)測(cè)量溫度。兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片焊接在一起,受熱膨脹情況不同,產(chǎn)生彎曲:彎曲程度與溫度成比例.第5頁(yè)/共20頁(yè)第三節(jié)熱電偶溫度計(jì)一、組成1、熱電偶:測(cè)溫元件2、導(dǎo)線:補(bǔ)償導(dǎo)線3、顯示儀表:動(dòng)圈表、電位差計(jì)、數(shù)字式顯示儀表二、測(cè)溫原理熱電效應(yīng)----兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成一個(gè)閉合回路,若兩接點(diǎn)溫度不同,回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電勢(shì)包括溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。第6頁(yè)/共20頁(yè)1、溫差電勢(shì)

t>t0,熱端電子能量>冷端電子能量,則Vt(電子移動(dòng)速度)>Vt0,從而使熱端缺電子而帶正電,冷端多電子帶負(fù)電,熱冷兩端形成了電場(chǎng)e(t,t0),冷端電子多了之后排斥熱端來(lái)的電子,則Vt減小,同時(shí)熱端由于帶正電而吸引電子,則Vt0增大,最后Vt0=Vt,即達(dá)到平衡,已形成穩(wěn)定電場(chǎng)e(t,t0).eA=(t,t0)=

σA-----Thomson系數(shù)

2、接觸電勢(shì)兩種導(dǎo)體A和B電子密度不同，假設(shè)NA>NB，兩種導(dǎo)體焊接一起時(shí)電子相互擴(kuò)散速度不同，導(dǎo)致接觸電勢(shì)eAB(t),大小取決于兩導(dǎo)體電子密度比值及接點(diǎn)溫度。㏑eAB(t)=k—波爾茲曼常數(shù)；e—單位電荷；NA,NB--在溫度為t時(shí)導(dǎo)體A和B的電子密度t—接觸點(diǎn)的溫度第7頁(yè)/共20頁(yè)實(shí)踐證明：

接觸電勢(shì)遠(yuǎn)大于溫差電勢(shì)，則熱電勢(shì)主要由接觸電勢(shì)決定。將兩導(dǎo)體組成閉合回路時(shí)，回路總電動(dòng)勢(shì)：EAB（t，t0）=eAB（t）+eB(t,t0)-eAB（t0）-eA(t,t0)溫差電勢(shì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì),忽略溫差電勢(shì)。Note:eAB(t)=-eBA(t)EAB(t,t0)=-EBA(t,t0)=-EAB(t0,t)(1)EAB（t，t0）取決于兩種材料及兩端溫度,與導(dǎo)體粗細(xì)長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。

(2)材料選定,且固定冷端溫度t0,如測(cè)得EAB（t，t0）則可知t(工作端溫度).(3)兩端溫度相同或兩種相同材料均無(wú)法產(chǎn)生熱電勢(shì)。第8頁(yè)/共20頁(yè)3、熱電偶基本定律

第三導(dǎo)體定律：回路中接入第三種導(dǎo)體,只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同,則對(duì)測(cè)量回路的總電勢(shì)沒(méi)有影響。這個(gè)定律說(shuō)明在回路中接入各種儀表或?qū)Ь€,只要保持導(dǎo)體兩端溫度相同,就不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響.中間溫度定律：EABB′A′(t,tn,t0)=EAB(t,tn)+EA′B′(tn,t0)EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)第9頁(yè)/共20頁(yè)常用熱電偶：1、鉑銠30----鉑銠6分度號(hào):B測(cè)溫范圍300～1600℃。精度高,高溫測(cè)量,價(jià)格高,熱電勢(shì)很小2、鉑銠10-----鉑分度號(hào):S測(cè)溫范圍-20～1300℃。

精度最高,可用于精密測(cè)量，作基準(zhǔn)熱偶,價(jià)格高.3、鎳鉻-----鎳硅分度號(hào):K測(cè)溫范圍-50～1000℃

熱電勢(shì)大,造價(jià)低,應(yīng)用廣.4、鎳鉻----康銅分度號(hào):E測(cè)溫范圍-200～750℃

電勢(shì)最大,價(jià)格便宜,耐腐蝕,應(yīng)用廣.5、銅----康銅分度號(hào):T測(cè)溫范圍-200～300℃

精度較高,穩(wěn)定性好,低溫測(cè)量靈敏度高.三分度號(hào)與分度表熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度是一種非線性關(guān)系，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了各種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶當(dāng)t0=0℃時(shí)的電勢(shì)值的表——分度表。第10頁(yè)/共20頁(yè)第11頁(yè)/共20頁(yè)五、熱電偶冷端溫度處理:

冷端處于環(huán)境中,環(huán)境溫度的變化也將導(dǎo)致熱電勢(shì)的變化,保持t0的穩(wěn)定對(duì)提高溫度測(cè)量準(zhǔn)確性有重要作用,也才能保持熱電勢(shì)與熱端溫度的單值函數(shù)關(guān)系，有以下幾種方法:1、補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法.

熱電偶造價(jià)總是比普通導(dǎo)線高,如果把熱電偶一直接到控制室中,造價(jià)太高,我們用兩種與熱電偶材料熱電特性相近但較便宜的導(dǎo)體,將冷端由現(xiàn)場(chǎng)延伸到控制室內(nèi),這種導(dǎo)線叫補(bǔ)償導(dǎo)線,補(bǔ)償導(dǎo)線有補(bǔ)償型和延伸型兩種。補(bǔ)償導(dǎo)線有不同的型號(hào)，對(duì)應(yīng)于不同的熱電偶分度號(hào)，補(bǔ)償導(dǎo)線連接時(shí)兩端必須對(duì)應(yīng)于相應(yīng)分度號(hào)的相應(yīng)極性。然后在控制室內(nèi)保持t0的穩(wěn)定同樣實(shí)現(xiàn)了熱電偶冷端的穩(wěn)定.第12頁(yè)/共20頁(yè)2.冰浴法.冰水混合物為0℃,將冷端延伸到冰水混合物中,則測(cè)得EAB（t，0），直接查分度表.第13頁(yè)/共20頁(yè)

3、冷端溫度修正法.根據(jù)不同t0分別補(bǔ)上EAB(t0,0)值,則可得出EAB(t,0)→t4、補(bǔ)償電橋法.方法:用不平衡電橋產(chǎn)生的隨溫度變化的電壓補(bǔ)償熱偶冷端溫度變化而產(chǎn)生的總熱電勢(shì)變化:R1,R2,R3固定電阻,Rcu銅絲繞制的,隨溫度變化的電阻.熱電偶的冷端與Rcu處于同一溫度t0下.若橋路設(shè)計(jì)在20℃平衡,顯示儀表起始點(diǎn)應(yīng)調(diào)到20℃.第14頁(yè)/共20頁(yè)第四節(jié)熱電阻溫度計(jì)

熱電偶比較適合于高溫測(cè)量，溫度較低(-200—500℃)時(shí)可以用熱電阻溫度計(jì)。一、組成

1、熱電阻金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體

2、導(dǎo)線普通導(dǎo)線

3、顯示儀表:動(dòng)圈,電橋.二、測(cè)溫原理利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻的阻值與溫度呈一定的函數(shù)關(guān)系的特性.第15頁(yè)/共20頁(yè)

金屬導(dǎo)體電阻與溫度關(guān)系：Rt=Rt0[1+α(t-t0)]式中：Rt—溫度為t℃時(shí)的電阻值；

Rt0—溫度為t0℃時(shí)的電阻值;

α—電阻溫度系數(shù),即溫度每升高1℃時(shí)電阻相對(duì)變化值。半導(dǎo)體電阻與溫度關(guān)系:RT=AeB/T式中:RT—溫度為T時(shí)的電阻值；

T—絕對(duì)溫度，K;e—自然對(duì)數(shù)的底，2.71828;A、B為常數(shù)，其值與半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)有關(guān)。第16頁(yè)/共20頁(yè)三、常用熱電阻.1、鉑電阻:分度號(hào)Pt10Pt100

測(cè)溫范圍:-200--850℃Pt10表示起始電阻為10ΩPt100表示起始電阻為100Ω

特點(diǎn):精度高,性能穩(wěn)定,非線性2、銅電阻:分度號(hào)Cu50Cu100

測(cè)溫范圍:-50--150℃Cu50表示起始電阻為50ΩCu100表示起始電阻為100Ω

特點(diǎn):價(jià)格低,靈敏度高,易氧化,線性第17頁(yè)/共20頁(yè)第五節(jié)接觸式測(cè)溫元件安裝一、測(cè)溫元件安裝1、正確選擇測(cè)溫點(diǎn)保證測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)充分接觸,并保證測(cè)溫元件置于溫度靈敏區(qū)內(nèi),以減小測(cè)量誤差,安裝要求:①管道測(cè)溫時(shí)應(yīng)將測(cè)溫元件迎著流體流向插入,至少須與被測(cè)介質(zhì)正交.②測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)測(cè)溫不靈敏區(qū)(死角),避免電磁干擾.第18頁(yè)/共20頁(yè)3、安裝應(yīng)保證安全可靠.

保證密封,有壓力時(shí)尤為重要,高溫測(cè)量時(shí)熱偶應(yīng)盡可能保持垂直(防變形),熱偶外加裝保護(hù)蓋,嚴(yán)防雨水進(jìn)入短路.二、連接導(dǎo)線安裝1、按規(guī)定型號(hào)配用熱電偶,補(bǔ)償導(dǎo)線,注意正負(fù)極性2、導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有