第三章 过程检测技术(§3.3温度测量)

R1 输入 a
Cu
R2 b
R4
R3 输出 － ＋
R1、R2 、 R 3、 （锰铜 丝绕制，其电阻不随 温度而变化）和 R4 （铜丝绕制，其电阻 随温度的变化而变化） 在20℃时组成平衡桥 路。
图 3-68 具有补偿电桥的热电偶测温线路
⑤ 补偿热电偶法 就是设置补偿热电偶使多支热电偶的冷端温度保持恒定。一般 补偿热电偶的工作端置于恒温器中t0，其冷端与多支热电偶的冷端 接在温度为t1的接线盒中，则测温仪表的指示值E（t，t0）所对应 的温度，不受接线盒处温度t1的影响。
四 辐射式温度计 五 热电偶温度计
1 测温原理：是根据热电效应的原理来测量温度的。热电效应如 图3-63 热电势产生的条件： A ① 热电极必须是A、B两种不同的材料 ＋ ＋ t t0 ② 热电极的两接点温度不相等 － － B R1 ③构成闭合回路 闭合回路的总热电势方程式：
e AB（t） R2
•测温原理：基于物体热辐射作用来测量温度的。测温范围：＞800℃
①按规定的型号配用热电偶补偿导线 ②热电阻的线路电阻要符合所配的二次仪表的要求 ③导线应穿入钢管或走槽板 ④导线应尽量避免接头 ⑤导线应尽量避开交流动力线 ⑥ 补偿导线不应有中间接头，否则应加接线盒。最好与其他导线 分开铺设。
本节学习要点
（1）掌握热电偶温度计的测温原理、热电偶的热电势方程、 工业常用的热电偶及分度号、补偿导线的作用、冷端温度补 偿的方法。 （2）掌握热电阻温度计的测温原理、热电阻的电阻值与温 度的关系式、工业常用的热电阻及分度号。
图3-64 热电偶测温系统连接图
④补偿导线和冷端温度补偿
3 引入第三根导线C，对热电势E（t，t0）有无影响 E(t， t0)= e AB(t) ＋ e BC (t0)＋e CA(t0) 根据能量守恒，A、B、C三根导线，只要接点温 C C 度相同，则回路的总电势等于零，即 t0 t0 e AB(t0) + e BC(t0)＋e CA(t0)=0 所以 E(t， t0) = e AB(t)－ e AB(t0) A B 第三导线的引入只要保证引入线的两端温度t0相 t 同，则补偿导线的引入不会影响热电势的值，只起 延伸作用。
图3-66 补偿导线的接线。
表3-7常用热电偶的补偿导线
6 冷端温度的补偿
⑴ 为什么热电偶测温要进行冷端温度补偿？ 由于工业上的常用的各种热电偶的温度—热电势关系曲线是在 冷端温度保持0℃的情况下得到的，而且与其配套使用仪表也是根 据这仪关系曲线进行刻度的。而实践测量时，冷端温度往往高于 0℃，且是不断变化的，从而使测量结果产生误差。所以使热电偶 冷端的温度保持0℃，或进行一定的修正得到准确的测量结果的做 法称为冷端温度补偿。 ⑵ 冷端温度补偿的方法 ① 冷端温度保持0℃的方法。适合实验 室。如图3-67 ② 冷端温度修正法：适合实验 室或临时测量。 如冷端温度不是0℃，而是t1℃，测得的热电势为E（t， t1 ），则 实际温度下的热电势E（t， 0 ）按下式修正： E（t， 0 ）= E（t， t1 ）+ E（t1 ，0） ▲注意：由于热电势与温度之间的关系不是线性的，当自由端温度 不是0℃时，将测得的热电势对应的温度值加上自由端的温度值并 不等于实际的被测温度值。
图 3-69 补偿热电偶连接线路
六 热电阻温度计（ －200～＋500℃）
1.测温原理：利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性进行 温度测量的。其电阻值与温度的关系如下： R t=R0 [1+α（t—t0）] α——电阻温度系数 R0——温度为t0℃时电阻值 2.工业上常用的热电阻 ①铂电阻（新型号为WZP、老型号为WZB ）：有R0=10Ω和 R0=100Ω两种。对应的分度号Pt10、Pt100可查附录七。 ②铜电阻（新型号为WZC、老型号为WZG ）：有R0=50Ω和 R0=100Ω两种。对应的分度号Cu50、Cu100可查附录九。 3.热电阻结构 ①普通型热电阻：由电阻体、保护套管和接线盒等主要部分组成。 ②凯装热电阻：将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套连成 一体。体积小、抗震性强、可弯曲、热惯性小、使用说寿命长。 ③薄膜热电阻：将热电阻材料通过真空渡膜法，直接蒸渡到绝缘基 底上。体积小、热惯性小、灵敏度高。
图3-69 输入电桥
2 热电阻温度变送器
如3-71所示
输入电桥：热电阻以三线制的连接方式接入桥路。起线性化和零点 调整的作用。 反馈电路：对输出信号与被测温度的非线性给予修正 放大电路：将热电阻的输出电阻值进行放大。
输 入 电 桥
T（℃）
热 电 阻
Ω
பைடு நூலகம்
I0
放大电路
－
反馈电路
图3-71 热电阻温度变送器的结构方框图
§3.3 温度检测及仪表 一 温度检测方法
• 特点：不能直接测量，只能通过热交换间接测量。 • 测温仪表的分类： ①按测温范围分：高温计（≥600℃）、温度计（＜ 600℃） ②按用途分：标准仪表、实用仪表 ③按工作原理分： • 膨胀式温度计 • 压力式温度计 • 热电偶温度计 • 热电阻温度计 • 辐射式高温计 ④按测量方式分：接触式温度计、非接触式温度计 常用温度计的种类及优缺点见 表3-3
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表3-3 常用温度计的种类及优缺点见Pg86
二 膨胀式温度计
①测温原理：是利用物体受热时体积膨胀的性质而制成的。 常见的有： •玻璃管温度计：属液体膨胀式温度计 •双金属温度计：属固体膨胀式温度计 ②双金属温度计：其感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片 叠焊在一起而制成的，由于两片金属片的膨胀长度不同而产生弯 曲，温度越高产生的线膨胀长度差就越大，因而引起弯曲的角度 就越大。如图 3-56 。利用双金属片还可做成温度控制器，如图357。
图3-71 热电阻的支架形式（已绕电阻丝） 4 小结： 热电阻温度计与热电偶温度计的比较 ●热电阻温度计包括：感温元件热电阻、连接导线和显示仪表。
温度
测温元件热电阻
电阻值
●热电偶温度计包括：感温元件热电偶、补偿导线及连接铜导线 和显示仪表 温度 测温元件热电偶 电势值
七 电动温度变送器
• 作用：与热电偶、热电阻配套使用。将温度信号 热电偶温度变送器 • 分类 热电阻温度变送器
（3）掌握热电偶温度计与热电阻温度计的区别。
（4）了解电动温度变送器的作用及原理。 （5）掌握测温元件的安装及布线要求。
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温度变送器
热电阻
热电偶
电阻值
电势值
（4～20 m A） 标准信号
直流毫伏变送器 1.热电偶温度变送器 主要由三大部分组成。其结构如图3-68所示 输入电桥：冷段温度补偿，调整零点。如图3-69 反馈电路：对输出信号与被测温度的非线性给予修正 放大电路：将热电偶的输出电势进行放大。
图3-68 热电偶温度变送器的结构方框图
4 常见热电偶的种类及结构 工业上常见的热电偶如表3-4。注意：不同分度号的热电偶必须 与其相对应的显示仪表配套使用。 表3-4 工业用热电偶
热电偶的结构： •普通型热电偶：由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分 组成 •铠装热电偶：金属导管、热电偶丝和绝缘材料（氧化镁粉）一起经 过复合拉伸成型。 •表面型热电偶：利用真空镀膜法将热电偶材料蒸镀在绝缘基底上的 薄膜热电偶。专门册表面温度。
图 3-56 双金属片
图3-57 双金属片温度控制器
三 压力式温度计
①测温原理：是利用封闭系统中 的液体、气体或低沸点液体的饱 和蒸汽受热后体积膨胀或压力变 化的原理制成的。并由压力表来 测量压力的变化，从而测得温度。 ②结构：如图3-58 ，由三部分组 成 温包：感受温度的变化 毛细管：传递压力的变化 （D0=1.2～5mm，D i= 0.15～0.5mm） 弹簧管：压力表的弹性元 件 如图3-58 压力式温度计的结构原理图
图 3-77 测温元件安装示意图之一
④ 当管道直径＜80mm，应接扩压管。如图3-78
图3-78 小工艺管道测温元件安装示意图 ⑤ 接线盒的面盖应朝上，避免其他液体进入接线。如图3-79
图3-79测温元件安装示意图之四 ⑥应插在有保温层的管道或设备处。 ⑦测温元件安装在负压管道中，应保证密封性。
2.布线要求
图3-67 热电偶冷端温度保持0℃的方法
③校正仪表零点法
就是把仪表的指针调整到相当于室温的数值上。由于室温在不 断变化，故适合于要求不太高的场合。 ④ 补偿电桥法：适合工业生产的连续测量 就是利用不平衡电桥（也叫补偿电桥或冷端温度补偿器）产生 的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。如 图3-68
八 测温元件的安装 1.测温元件的安装要求
① 保证测温元件与流体接触充分。测温元件应迎着被测流体流向 插入。如图3-76
图 3-76 测温元件安装示意 图之一 ②感温点处于流速最大处：热电偶、铂电阻、铜电阻的保护套末端 应分别越过流束中心线5～10mm、50～70mm、25～30mm ③有足够的插入深度： 如图3-77
I
e AB（t0）
E（t，t0）= e AB（t）＋e BA（t0）
= e AB（t）－e AB（t0） 如果e AB（t0）为常数，则E（t，t0） 就是t的单值函数，只要测得E（t，t0） 就可知道温度t的数值。
图3-63 热电偶原理
2 热电偶温度计的组成：如图3-64
①热电偶：是测温元件。
②连接导线：用来连接热电 偶与测温仪表。 ③测量仪表：用来检测热电 偶产生的热电势信号的。
•快速热电偶：测高温熔融物体的专用温度计。
图3-65 热电偶的结构
5 补偿导线
为了使热电偶的冷端远离工作端，使冷端的温度保持恒定以保 证热电偶测得的温度是被测温度的单值函数，常采用一种专用的将 热电偶的冷端延伸出来的导线，叫补偿导线。 注意：补偿导线必须与 所使用的热电偶配套使 用，且正、负极不能接 错；接点的温度必须在 0～100℃。