1、過程控制系統(tǒng)及自動(dòng)化儀表,溫度測(cè)量?jī)x表,檢測(cè)儀表概述 溫度檢測(cè)儀表 壓力檢測(cè)儀表 流量檢測(cè)儀表 物位檢測(cè)儀表 成分分析儀表,2 檢測(cè)儀表,目的 檢測(cè)連續(xù)生產(chǎn)過程中參數(shù)，如溫度、壓力、液位、流量、成分等 組成,2.1 過程檢測(cè)儀表概述,輸出裝置,傳感器,變送裝置,顯示記錄裝置,檢測(cè)儀表概述 溫度檢測(cè)儀表 壓力檢測(cè)儀表 流量檢測(cè)儀表 液位檢測(cè)儀表 成分分析儀表,2 檢測(cè)儀表,溫度檢測(cè)概述 熱電偶測(cè)溫原理 熱電阻測(cè)溫原理 集成溫度傳感器 接觸測(cè)溫元件的安裝原則 測(cè)溫元件的選型原則 溫度的顯示與記錄 溫度變送器原理,2.2 溫度檢測(cè)儀表,2.2.1 溫度檢測(cè)概述,溫度：表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量。

2、溫標(biāo)：將溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法， 溫標(biāo)有起點(diǎn)、單位和方向。 溫標(biāo)有華氏、攝氏及開氏溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)）。 溫標(biāo)換算公式,溫度檢測(cè)方法,非接觸式測(cè)溫,通過熱輻射來測(cè)溫，不會(huì)破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)，誤差小，反應(yīng)速度快； 測(cè)溫上限原則上不受限制； 易受被測(cè)物體熱輻射率及環(huán)境因素（物體與儀表間的距離、煙塵和水汽等）的影響。,紅外線測(cè)溫計(jì),光學(xué)高溫計(jì),1、 輻射式溫度計(jì) 通過測(cè)量物體熱輻射功率來測(cè)量溫度。 2、 紅外式溫度計(jì) 通過測(cè)量物體紅外波段熱輻射功率來測(cè)量溫度。,接觸式測(cè)溫,接觸測(cè)量，簡(jiǎn)單、可靠、精度高； 測(cè)溫元件有時(shí)可能破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)或與被測(cè)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 因受到耐高溫材料的限制，測(cè)溫

3、上限有界。 主要類型： 非電參數(shù)溫度傳感器：膨脹式和壓力式等。 電參數(shù)溫度傳感器：熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體熱敏元件等。,玻璃管溫度計(jì),接觸式非電參數(shù)測(cè)溫儀表 1、膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。 液體膨脹式溫度計(jì)：利用液體（水銀、酒精）受熱時(shí)體積膨脹的特性測(cè)溫。,固體膨脹式溫度計(jì) 用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生彎曲。,雙金屬片常用來做溫度報(bào)警或控制,隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點(diǎn)接觸到固定觸點(diǎn)時(shí)，報(bào)警燈和繼電器回路被接通。 調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固定觸點(diǎn)的位置，以調(diào)整報(bào)警溫度。,如圖是一雙金屬溫

4、控器。,繼電器,原理: 封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽，受熱后體積膨脹，壓力增大。,2、壓力式溫度計(jì) 利用封閉容器中的介質(zhì)壓力隨溫度變化的現(xiàn)象來測(cè)溫。,1、熱電偶溫度計(jì) 利用物體的熱電性質(zhì)測(cè)溫。 2、熱電阻溫度計(jì) 利用金屬電阻值或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測(cè)溫。 3、半導(dǎo)體溫度計(jì) 利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的特性，通過測(cè)量感溫器元件（結(jié)）電壓變化來測(cè)量溫度。,接觸式電參數(shù)測(cè)溫儀表：,2.2.2 熱電偶測(cè)溫原理,（1）熱電偶的測(cè)溫原理：熱電效應(yīng),兩種不同導(dǎo)體接觸并構(gòu)成回路，若兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同，則回路中出現(xiàn)毫伏級(jí)熱電勢(shì)，并產(chǎn)生電流。當(dāng)一端溫度固定，則該熱電勢(shì)與溫度有準(zhǔn)確的單

5、值對(duì)應(yīng)關(guān)系,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠、信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。一般用于測(cè)量5001600之間的溫度。,1、接觸電勢(shì) 當(dāng)不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，兩邊的自由電子密度不同，在交界面上產(chǎn)生電子的相互擴(kuò)散，致使在接觸處產(chǎn)生接觸電勢(shì)。 其大小取決于兩種材料的種類和接觸點(diǎn)的溫度。,NA( t )、 NB( t ) 自由電子密度； e 單位電荷,2、溫差電勢(shì) 對(duì)于同一金屬 A（或B），其兩端溫度不同，自由電子所具有的動(dòng)能不同，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電勢(shì)，稱為溫差電勢(shì)。 熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)。但溫差電勢(shì)值遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，常忽略不計(jì)。,3、回路總電勢(shì) 熱電偶回路總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)疊加而成，稱為熱電勢(shì) E

6、AB 。因由于溫差電勢(shì)很小，熱電勢(shì)基本由接觸電勢(shì)eAB 構(gòu)成： EAB (t，t0) = e AB (t) - e AB (t0) 計(jì)算式中，有的常數(shù)很難確定，無法實(shí)用。實(shí)際中用實(shí)測(cè)標(biāo)定。但從上述公式可以得出基本結(jié)論： 對(duì)于確定的熱電偶，熱電勢(shì)只與熱端和冷端溫度有關(guān)。當(dāng)冷端溫度固定時(shí)， E(t，t0) 是熱端溫度 t 的單值函數(shù)。,熱電偶三大定律,均質(zhì)導(dǎo)體定律： 由一種均勻介質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的 截面、長(zhǎng)度以及各處溫度分布，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。 (如果導(dǎo)體不均質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生附加電勢(shì)，引起測(cè)量誤差) 中間導(dǎo)體定律： 由導(dǎo)體 A、B 組成熱電偶回路，當(dāng)引入第三種導(dǎo)體 C 時(shí)，主要保持導(dǎo)體 C

7、兩端溫度相同，則引入導(dǎo)體 C 對(duì)回路總熱電動(dòng)勢(shì)無影響。 (保證導(dǎo)線兩端溫度相同，可方便連接各種儀表、導(dǎo)線) 中間溫度定律： 總熱電動(dòng)勢(shì)等于熱電偶與連接導(dǎo)體的熱電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和。 (連接導(dǎo)電特性相同的導(dǎo)體起到延長(zhǎng)熱電極作用),標(biāo)準(zhǔn)電極定律,標(biāo)準(zhǔn)電極定律： 如果導(dǎo)體 A、B 分別與第三導(dǎo)體 C 組成熱電偶，測(cè)量端溫度均為 t，參考端溫度均為 t0，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)分別為 EAC(t, t0)和 EBC(t, t0)，則由導(dǎo)體 A、B 組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為： EAB(t, t0) = EAC(t, t0) - EBC(t, t0) = EAC(t, t0) + ECB(t, t0) 稱第三導(dǎo)體 C

8、 為標(biāo)準(zhǔn)電極，一般選擇純鉑。 (只要知道材料與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢(shì)，就可以求出任意兩種材料組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)),熱電偶特點(diǎn),熱電動(dòng)勢(shì)與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、 線性關(guān)系； 穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好； 響應(yīng)時(shí)間較快； 測(cè)溫范圍寬，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫上限可達(dá)2800, 低溫?zé)犭娕伎蛇_(dá) 4K； 測(cè)溫精度高；使用范圍廣。,幾點(diǎn)結(jié)論,若兩種導(dǎo)體相同則無論兩端點(diǎn)溫度如何， 回路中熱電勢(shì)為零。 若兩端點(diǎn)溫度相同，而A、B材料不同， 回路中熱電勢(shì)為零。 熱電勢(shì)與材料的中間溫度無關(guān)， 只與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)。 熱電勢(shì)的大小取決于兩種導(dǎo)體的材質(zhì) 和接觸點(diǎn)的溫度。,熱電偶的構(gòu)造 熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊接而成

9、。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、薄膜型等。,普通型,鎧裝型,薄膜型,熱電偶分度號(hào),理論上任何兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但考慮有良好的應(yīng)用性能，必須對(duì)熱電偶材料加以選擇。 選取原則在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)及物理性質(zhì)，熱電勢(shì)要大，且與溫度接近線性關(guān)系。 IEC國際標(biāo)準(zhǔn) 國際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）規(guī)定了熱電偶材料的取材標(biāo)準(zhǔn)。用分度號(hào)命名不同取材的熱電偶，并給出了標(biāo)準(zhǔn)的熱電勢(shì)分度表：S, B, E, K, R, J, T 七種標(biāo)準(zhǔn).,幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶簡(jiǎn)介,鎳鉻鎳硅熱電偶分度表（簡(jiǎn)表） 分度號(hào) K t0=0，E /mV,鉑及其合金（B、S）屬于貴重金屬，價(jià)格很貴，但其熱電勢(shì)非常穩(wěn)定，主要用做

10、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及測(cè)量1100以上的高溫。,鎳鉻鎳硅（K） 線性度最好 鎳鉻康銅（E） 靈敏度最高 銅康銅（T） 價(jià)格最便宜,不同材質(zhì)的熱電偶，其熱電勢(shì)與熱端溫度的特性關(guān)系不同。,熱電偶溫度補(bǔ)償,只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。 熱電偶的溫度補(bǔ)償(也稱冷端處理)：把熱電偶延伸到環(huán)境中以便測(cè)量和穩(wěn)定冷端溫度。 補(bǔ)償導(dǎo)線 計(jì)算校正 冰浴 補(bǔ)償電橋,1. 補(bǔ)償導(dǎo)線,使冷端延伸到恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方。 對(duì)貴重金屬不經(jīng)濟(jì)。 選配廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端連接，且在0100內(nèi) 應(yīng)與所連接材料具有相同的熱電性能。,補(bǔ)償導(dǎo)線示例,2. 計(jì)算校正,如果冷端溫度不為 0，而是溫度的 t0 0，則 應(yīng)按下式進(jìn)行修正： E(t, 0) = E (t, t0) + E (t0, 0) 例2-1 熱電偶分度號(hào)為E，冷端為30時(shí)測(cè)得熱電 動(dòng)勢(shì)為 55.498 mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。,3. 冰浴法 把熱電偶的冷端插入盛有絕緣油的試管中，然后將試管放入裝有冰水混合物的容器中，保持冷端為0。這種方法多數(shù)實(shí)驗(yàn)室中對(duì)熱電偶的檢定。,4. 補(bǔ)償電橋 利用不