温度检测仪表化工仪表.ppt

——中间导体定律和热电势的测量
热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不 仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材 料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电 偶，都会产生热电势。
但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？
因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫 伏信号的检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生 额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？
－80～600
结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有 限
接 触
热电效应 热电偶
－200～ 1800
测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集 中检测和自动控制，应用广泛；需自由端温度补偿， 在低温段测量精度较低
式
铂电阻
－200～
600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测
和自动控制，应用广泛；不能测高温
3.5.2 热电偶及其测温原理
热电偶工作原理 热电效应和热电偶 热电偶中间导体定律与热电势的检测 热电偶的等值替代定律和补偿导线 标准化热电偶和分度表 热电偶冷端温度的处理 热电偶的结构型式
—— 热电偶工作原理
不同金属具有不同的电子密度；
两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生 电场—热电现象；
t
——等值替代定律和补偿导线
如果热电偶AB在某一温度范围内所产生的热电势与热电偶CD在同一温度范围内所
产生的热电势相等，即 EAB (t, t0 ) ECD (t, t0 ) ，则这两支热电偶在该温度
EAB (t, t0 ) eAB (t) eAB (t0 )
(i)
eAB(t)
注意：如果下标次序改为eBA，则热电势e前面的符号也应相应改变，即 eAB (t) eBA (t)
式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t0一定时，对于确定的热电偶来说，eAB(t0)为常 数，因此，其总热电势EAB(t,t0)就与温度t成单值函数对应关系，和热电偶的长短、直径无关。 只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的高低，这就是热电偶的温度测量原理。
t 于是可得 EABC (t, t0 ) eAB (t) eAB (t0 ) EAB (t, t0 )
t0 B
C
C
Baidu Nhomakorabeat0
A
B
毫伏计
同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种……导 体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原 热电偶回路中的热电势均没有影响。
根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接 导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行 测量而不影响热电偶的输出。
重要结论：
1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合 回路中的总热电势为零；
2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电 势也为零
3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是 说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。
C
C
t0
A
B
t
毫伏计
答：不会产生影响的。
中间导体定律
t0
A
B
如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持A和C、B和C接触处的温 度均为t0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和:
EABC (t, t0 ) eAB (t) eBC (t0 ) eCA (t0 )
t
t0
A
C
当t＝t0时，有 EABC (t0 , t0 ) eAB (t0 ) eBC (t0 ) eCA (t0 ) 0
3.5 温度检测
温度检测的主要方法和分类 ☆
热电偶及其测温原理 ★
热电阻及其测温原理 ★
温度变送器简介
★
其它温度检测仪表简介 ☆
温度检测仪表的选用和安装 ☆
3.5.1 温度检测方法和分类
测温方式
测温仪表 测温范围℃
主要特点
膨胀式
玻璃液体 双金属
－100～ 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉；测量 600 上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传
利用液体受热膨胀并 沿玻璃毛细管延伸而
t = t0
直接显示温度
双金属温度计
不同金属受热膨胀不 同，双金属片在受热
情况下发生弯曲而显
示温度
2、压力式温度计
原理：利用液体的蒸发或气体的膨 胀而引起的压力变化进行测量。
组成： 温包：传热、容纳膨胀介质； 毛细管：传递压力； 弹簧管：显示压力（温度）。
热阻效应 铜电阻 －50～150
非接触式
非接触式
半导体热 敏电阻
辐射式
－50～150
灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便； 互换性较差，测量范围有一定限制
0～3500
不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物 体的温度；易受外界环境的影响，标定较困难
1、膨胀式温度计
t t0
玻璃液体温度计
闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成：
eA(t,t0) A B
eB(t,t0)
EAB (t,t0 ) eAB (t) eAB (t0 ) eB (t,t0 ) eA(t,t0 )
接触电势
温差电势
下标A表示正电极，B表示负电极，由于温差电势比接触电势 小很多，常常把它忽略不计，这样热电偶的电势可表示为：
电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平 衡；
电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作 用越强。
扩散作用
+ 金属A
+
金属B -
电场作用
——热电效应和热电偶
热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体
组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及 t0 的热源
中，则在该回路内就会产生热电势。
3、辐射式温度计
通过特定波长光波的强度或热辐射强度来确 定光源温度。 辐射式温度计：测定热辐射强度； 光学温度计：采用光学分频法，测定不同频 率光波的强度比值； 比色法：直接通过可见光颜色的对比，确定 光源温度。
辐射式温度计，通常用于测量高温条件，特 别是光学温度计和比色温度计需要利用物体 在高温下发射的可见光进行检测。
eAB(t0)
A BA
B eA(t,t0) A B eB(t,t0)
eAB(t)
图3-37 热电偶示意图 图3-38 热电现象 t 端称为工作端(假定该端置于热源中)，又称测量端或热端 t0端称为自由瑞，又称参考端或冷端 这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶 每根单独的导体或半导体称为热电极
eAB(t0)