1、過程檢測儀表,浦鐵成 ,第2頁/共22頁,本節(jié)內(nèi)容,一、熱電偶溫度計,常用熱電偶,第3頁/共14頁,三、熱電偶溫度計,測溫原理基于熱電效應(yīng)。,1、熱電效應(yīng)： .概念： 將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連成閉合回路，當(dāng)兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。,起決定作用,第4頁/共14頁,2、應(yīng)用定則： .均質(zhì)導(dǎo)體定則： 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面和長度以及其溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。 即：一種均質(zhì)材料不能構(gòu)成熱電偶； 由兩種不同材料組成的熱電偶則要求材質(zhì)的均勻性要 好，否則熱電極的溫度分布將會對熱電勢值產(chǎn)生影響。 熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重

2、要指標(biāo)。,三、熱電偶溫度計,第5頁/共14頁,2、應(yīng)用定則： .中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對熱電偶回路的總熱電勢值沒有影響。,一、熱電偶溫度計,推廣：加入多種導(dǎo)體，只要加入導(dǎo)體的兩接點溫度相等，回路的總熱電勢就與原回路的電勢值相同。 應(yīng)用：可以在熱電偶回路中引入各種儀表和連接導(dǎo)線，不影響回路電勢，不影響測量結(jié)果；可以以任意焊接方式制成熱電偶的測溫接點，只需保證焊接點的溫度均勻即可。,第6頁/共14頁,2、應(yīng)用定則： .連接導(dǎo)線定律： 如圖：若導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)體A、B 相連接，接點溫度為T、T0、Tn，則回路總電勢為：,回路總熱電勢等于熱電偶電

3、勢與連接導(dǎo)體電勢代數(shù)和。,一、熱電偶溫度計,該定理是工業(yè)上應(yīng)用補償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測量的理論基礎(chǔ)。根據(jù)這一定則，只需測出熱電偶在參比端溫度為0度時的分度表，就可依據(jù)上式求出參比端在其它溫度時的熱電勢值。,第7頁/共22頁,3、常用熱電偶： 理論上任何兩種不同的導(dǎo)體都可以配制成熱電偶，但作為實際測溫元件，對電極材料有一定的要求： .測溫范圍內(nèi)熱電性能穩(wěn)定，不易氧化和腐蝕，耐輻射； .熱電勢隨溫度的變化率要足夠大； .熱電特性接近單值線性； .機械性能好，機械強度高，材質(zhì)均勻； .電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)??；易加工；價格便宜,一、熱電偶溫度計,第8頁/共22頁,3、常用熱電偶： 目前國際上8有種標(biāo)準(zhǔn)化熱

4、電偶作為工業(yè)熱電偶在不同場合中使用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，具有良好的互換性。 .鉑銠合金、鉑系列熱電偶：屬貴金屬熱電偶，分度號：R、B、S。,一、熱電偶溫度計,第9頁/共22頁,3、常用熱電偶： 目前國際上8有種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶作為工業(yè)熱電偶在不同場合中使用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，具有良好的互換性。 .廉價金屬熱電偶： 由廉價合金或純金屬材料構(gòu)成,一、熱電偶溫度計,第10頁/共22頁,3、常用熱電偶： 目前國際上8有種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶作為工業(yè)熱電偶在不同場合中使用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，具有良好的互換性。 .廉價金屬熱電偶： 由廉價合金或純金屬材料構(gòu)成 .難熔合金熱電偶： 鎢錸

5、合金。 用于高溫測量，均勻性、再現(xiàn)性差。,一、熱電偶溫度計,第11頁/共22頁,4、結(jié)構(gòu)形式： 需要良好的電絕緣，并需用保護(hù)套管將其與被測介質(zhì)相隔離。 工業(yè)熱電偶的典型結(jié)構(gòu)有普通型和鎧裝型兩種型式。 .普通型： 裝配式結(jié)構(gòu)，一般由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等部分組成，如圖。整支熱電偶長度由安裝條件和插入深度決定，這種結(jié)構(gòu)的熱電偶熱容量大，因而熱慣性大，對溫度變化的響應(yīng)慢。,一、熱電偶溫度計,第12頁/共22頁,4、結(jié)構(gòu)形式： 普通型和鎧裝型兩種型式。 . 鎧裝型： 將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合成一種堅實的組合體。 鎧裝熱電偶的測量端熱容量小，因而熱慣性小，對溫度變化響應(yīng)快；

6、撓性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合。各種鎧裝熱電偶也已得到較廣泛的應(yīng)用。,一、熱電偶溫度計,第13頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。 由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。 受環(huán)境影響，難以保持恒定：在實際應(yīng)用時，由于熱電偶工作端與參比端距離近，冷端又暴露于空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恒定，將給測量帶來誤差，因此需要采取措施進(jìn)行處理。 確定冷端溫度：知道冷端溫度才能計算熱端溫度,. 補償導(dǎo)線法； . 參比端溫度測量計算法； . 參比端冰浴法； . 補償電橋法； . 一體法溫度變送器

7、；,一、熱電偶溫度計,第14頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。,. 補償導(dǎo)線法： 問題的提出： 為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定(最好為0)，可以把熱電偶做得很長，使冷端遠(yuǎn)離工作端，并連同測量儀表一起放置到恒溫或溫度波動較小的地方。但這種方法一方面安裝使用不方便；另一方面也要多耗費許多貴重金屬材料。 解決方法：,一、熱電偶溫度計,一般用一導(dǎo)線(稱之為補償導(dǎo)線)將熱電偶的冷端延伸出來，如圖。,第15頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。,補償導(dǎo)線要求： 補償導(dǎo)線要求與選用的熱電偶配用； 在工作范圍內(nèi)（0100度變化范圍）與被補償?shù)臒犭娕季哂邢嗤碾妱轀囟?/p>

8、關(guān)系； 補償導(dǎo)線延長的新的參比端應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，且溫度穩(wěn)定； 補償導(dǎo)線類型： 延長型(X)：化學(xué)成分與被補償?shù)臒犭娕枷嗤?，用于廉價金屬熱電偶； 補償型(C)：化學(xué)成分與被補償?shù)臒犭娕疾煌?，用于貴金屬熱電偶，節(jié)省材料。,一、熱電偶溫度計,第16頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。,. 補償導(dǎo)線法： 補償導(dǎo)線應(yīng)用注意事項： 型號及極性不能接反； 補償導(dǎo)線和熱電偶相連的接點溫度要相同，以免造成不必要的誤差； 補償后的新的冷端溫度必須恒定才有意義；,一、熱電偶溫度計,第17頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。,. 參比端溫度計算法： 只要參比端溫度不等于0，就必

9、須對儀表加以修正。,一、熱電偶溫度計,第18頁/共22頁,5、熱電偶參比端溫度的處理：即冷端溫度補償。,. 補償電橋法：補償環(huán)境溫度變化對參比端溫度的影響。,一、熱電偶溫度計,當(dāng)T0=20C: 補償電橋是按T0=20C時設(shè)計的，當(dāng)T0=20C時，r1=r2=r3=rcu ,電橋平衡，無電壓輸出，即Uab=0，對熱電勢無補償作用。,當(dāng)T020C:熱電偶輸出熱電勢減小，銅熱電阻阻值增大，電橋輸出增大(正)，補償熱電勢。,當(dāng)T0 20C:熱電偶輸出熱電勢增大，銅熱電阻阻值減小，電橋輸出減小(負(fù))，補償熱電勢。,電橋是設(shè)計在20C時平衡，所以采用補償電橋法需要將儀表機械零位調(diào)到20C,第19頁/共22

10、頁,3、常用熱電偶： 舉例1：已知熱電偶的分度號為K型，工作時，自由端溫度T0 為30，今測得熱電勢為38.560mV。求工作端溫度是多少？,解：由題意：,對于K型熱電偶， T0 為30時：,一、熱電偶溫度計,T=961.5 ,查分度表,線性插值,第20頁/共22頁,3、常用熱電偶： 舉例2：檢定配熱電偶的溫度顯示儀表時，常用標(biāo)準(zhǔn)電勢輸入代替實際熱電勢，現(xiàn)要檢定K型溫度顯示儀表在700時的準(zhǔn)確度，問需要輸入多大的標(biāo)準(zhǔn)電勢？設(shè)環(huán)境溫度為25。,問題分析： 因在檢定時，環(huán)境溫度為25，即需要確定在環(huán)境溫度為25，被測溫度為700時，熱電偶的輸出電勢。,一、熱電偶溫度計,第21頁/共22頁,3、常用

11、熱電偶： 舉例2：檢定配熱電偶的溫度顯示儀表時，常用標(biāo)準(zhǔn)電勢輸入代替實際熱電勢，現(xiàn)要檢定K型溫度顯示儀表在700時的準(zhǔn)確度，問需要輸入多大的標(biāo)準(zhǔn)電勢？設(shè)環(huán)境溫度為25。,解：由連接導(dǎo)體定則，,一、熱電偶溫度計,第22頁/共22頁,3、常用熱電偶： 舉例3：用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500,而這時冷端溫度為60,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在20,此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?,解：顯示儀表指示值為500時,由分度表可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的,即 E(

12、t,t0) = 20.64 (mV) 由分度表同樣可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV),一、熱電偶溫度計,查表,第23頁/共22頁,3、常用熱電偶： 舉例3：用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500,而這時冷端溫度為60,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在20,此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?,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 即被測實際溫度為557。,一、熱電偶溫度計,查表,第24頁/共22頁,3、常用熱電偶： 舉例3：用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500,而這時冷端溫度為60,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在20,此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?,當(dāng)熱端為557,冷端為20時,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) 由此電勢,查分度表,可得顯示儀表指示值約為538.4。 由此可見,當(dāng)冷端溫度降低時,顯示儀表的指示