测温仪表分类
第二章 温度测量 - - 网络教学与精品课程制作平台 广东轻工
5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？
几种常用热电偶的热电势与温度的关系 曲线
哪几种热 电偶的测温上 限较高？ 哪一种热电偶 的灵敏度较高？ 哪一种热电偶 的灵敏度较低？ 哪几种热电 偶的线性较差？
为什么所有的曲线均过原点（零度点）？
㈢热电偶的结构
■普通型：由热电极、绝缘管、保护套管 和接线盒组成。如图2-11。
四、热电偶冷端温度补偿
当冷端不为０℃时，必须首先使用补偿导线 将冷端延长到一个温度稳定的地方，然后 再考虑将冷端处理为０℃。
四、热电偶冷端温度补偿
当冷端不为０℃时，必须首先使用补偿导线 将冷端延长到一个温度稳定的地方，然后 再考虑将冷端处理为０℃。 ㈠补偿导线法 补偿导线通常由补偿导线合金丝、绝缘层、 护套和屏蔽层组成。在100℃以下的常温范 围内，它具有与所匹配的热电偶的热电势 称值相同的特性。起到延长热电偶冷端的 作用。 常用补偿导线见表２－７。 Ｘ－延伸型 Ｃ－补偿型
T T0 = EAB T A B dT EAB T0 A B dT 0 0 E AB T , T0 f T f T0
=f T C
从上式可看出，当T0为定值时,Ｅ与Ｔ之间有惟一对应 的关系。因此可以用测量的热电势Ｅ来找到对应的温 度值Ｔ。
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自 由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发 生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属 A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得 到电子带负电，从而产生接触热电势。
A
＋
T
B
eAB（ T ）
自由 电子
接触电势EAB(T)的大小： NA kT N A EAB (T ) ln f T , e NB NB
化工厂仪表分类
化工厂仪表分类
化工厂仪表主要分为以下几类：
1. 温度测量仪表：主要有液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计（双金属温度计）、压力式温度计和热电阻温度计等。
这些仪表可用于测量化工生产过程中的温度参数和变化情况。
2. 压力测量仪表：主要用于测量压力、液位等参数，包括压力表、压力变送器、压力开关等。
3. 流量测量仪表：用于测量流体的流量，如流量计、流量开关等。
4. 物位测量仪表：用于测量液体、固体物料的液位或料位，如液位计、料位计等。
5. 气体分析仪表：用于测量气体成分和浓度，如气体分析仪、气相色谱仪等。
6. 调节阀和执行机构：调节阀是化工厂自动化控制系统中非常重要的组成部分，用于控制各种工艺参数，如温度、压力、流量等；执行机构则用于驱动调节阀等设备。
这些仪表在化工厂中起着至关重要的作用，可以全面监测化工生产期间的温度、压力、流量等参数，生成相关检测数据，再通过调节温度等参数对整个生产过程进行有效控制。
常用温度测量仪表分类
温度测量仪表的分类温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。
通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。
非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。
按工作原理分为膨胀式、电阻式、热电式，辐射式。
玻璃管温度计是根据液体热膨胀原理测温，双金属温度计是根据固体热膨胀原理测温，热电阻根据热阻效应原理测温，热电偶根据热电效应原理测温，辐射高温计根据热辐射原理测温。
一、热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：①测量精度高、热惯性小。
因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。
④输出信号为电信号，便于远传。
1．热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
工业用热电偶的测温范围见下表：在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃，B偶不用补偿导线，用普通的屏蔽线。
2、热电偶的结构一般由热电极、绝缘套管、保护管、接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的固定形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接无固定装置等多种形式。
热电极：一般金属Φ0.5~3.2mm，昂贵金属Φ0.3~0.6mm，长度与被测物质有关，一般为300~2000mm，通常在350mm左右；绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温下要5MΩ左右；保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀和机械损伤；接线盒：固定接线座，连接补偿导线。
温度类仪表培训资料
02
使用
温度类仪表的选型原则
根据测量范围选择
根据实际测温需求，选择量程 合适的温度仪表。
根据精度要求选择
根据测温的精度要求，选择具 有相应精度的温度仪表。
根据安装环境选择
考虑温度、湿度、压力等环境 因素对仪表的影响，选择适合 的仪表型号。
根据可靠性要求选择
选择具有高可靠性、长寿命的 温度仪表，以确保测温的准确
在物理、化学、生物学等科学研究中，温 度是重要的实验参数之一，需要使用高精 度的温度类仪表进行测量。
医疗保健
环境监测
在医疗领域，体温是常见的生理参数之一 ，而温度类仪表则是测量体温的重要工具 。
在环保和气象领域，温度类仪表用于监测 环境温度变化，为气象预报和环境评估提 供数据支持。
温度类仪表的选型与
性和稳定性。
温度类仪表的使用方法
安装与调试
按照说明书正确安装温 度仪表，并进行必要的
调试。
操作与使用
熟悉温度仪表的操作界 面和功能，正确设置参
数和使用。
数据读取
定期读取温度仪表的测 量数据，并记录在相应
的记录表中。
异常处理
发现温度仪表异常时， 应及时处理或联系专业
人员进行检修。
温度类仪表的维护与保养
温度类仪表的技术创新
精度提高
通过改进传感器材料、优 化信号处理算法等手段， 提高温度测量的精度和稳 定性。
智能化
借助物联网、云计算等技 术，实现温度仪表的远程 监控、数据分析和故障预 警等功能。
节能环保
开发低功耗、环保型的温 度仪表，减少对环境的负 面影响。
未来温度类仪表的应用前景
工业自动化
随着工业自动化程度的提高，温 度仪表将在智能制造、流程控制
《仪表选用及DCS组态》 1.1 温度仪表的选用
DISCRIPTION
1.1.7 测温原件及仪表的安装 测温原件的安装
测 温 仪 表 选 (a) 逆流 型 原 则
(b) 正交
(c) 弯头
温度检测元件的安装示意
双金属温度计的安装
测
(b) 径向型双金属温度计在肘管上的安
温
仪
表
选
型
原
(a)轴向则型双金属温度计在垂直扩大管上的安装
热电阻温度计的安装
热电势
精度高、测量范围广、可 远传
热电偶
不破坏被测物体的温度场， 辐射高温计、光学
非接 触式
热辐射 可远距离测量、测温范围 广
高温计、红外温度 计
（二）测温仪表的性能特点
名称
简单原理
特点 优点
缺点
批 示
报 警
远距离
记 录
变 送
液体受热时体积 液体膨胀式 膨胀
价廉，准确度较高，稳定 性好
易破碎，只能 装在易测的地 方
阻值 号
/Ω Pt10 10
Pt10 0
100
Cu50 50
Cu10 100
0
测温范 围/℃
主要特点
-200～ 精度高，适用于中性和氧化 850 性介质，稳定性好，具有一
-200～ 定的非线性，温度越高电阻
850 的变化率越小，价格较贵。
-50～ 150
-50～ 150
在测温范围内电阻和温度呈 线性关系，温度系数大，适 用于无腐蚀介质，超过150℃ 易被氧化，价格便宜。
可
可
金属受热时线性
固体膨胀式
示值清楚、机械强度好 准确度较低 可 可
可
膨胀
压力式
温包里的气体或 液体因受热而改 变压力
工业上常用的温度检测仪表分为两大类：非接触式测温仪表
工业上常用的温度检测仪表分为两大类：非接触式测温仪表（如：辐射式、红外线）。
接触式测温仪表（如：膨胀式、压力式、热电偶、热电阻）。
本文将对实际工作中温度仪表出现的故障进行分析并说明处理办法，详情请看下文。
1热电阻测温计工业热电阻的常见故障是工业热电阻断路和短路。
一般断路更常见，这是因为热电阻丝较细所致。
断路和短路是很容易判断的，可用万用表的“×1Ω”档，如测得的阻值小于R0，则可能有短路的地方；若万用表指示为无穷大，则可判定电阻体已断路。
电阻体短路一般较易处理，只要不影响电阻丝长短和粗细，找到短路处进行吹干，加强绝缘即可。
电阻体断路修理必须要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此以更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊接后要校验合格后才能使用。
热电阻测温系统在运行中常见故障及处理方法如下表：2热电偶测温计正确使用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证产品质量。
除了补偿导线接反，用错及接线松动引起的常见误差外（处理方法：正确使用补偿导线，紧固接线端子），安装不正确，热导率和时间滞后等误差，它们是热电偶在使用中的主要误差。
2.1.安装不当引入的误差如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等，换句话说，热电偶不应装在太靠近门和加热的地方，插入的深度至少应为保护管直径的8～10倍；热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入，因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的准确性；热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃；热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场，所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差；热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内，当用热电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流速方向安装，而且充分与气体接触。
2.2.绝缘变差而引入的误差如热电偶绝缘了，保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上百度。
温度测量仪表
此外，现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表，如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表；采用热象扫描方式的热象仪，可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图， 可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布，对于节能非常有益；另外还有利用激光，测量物体温度分布的温度测量仪器等。
目前，用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等，采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系，我们这里主要介绍铂电阻温度计。
铂是一种贵金属，它的物理化学性能很稳定，尤其是耐氧化能力很强，它易于提纯，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝，与铜，镍等金属相比，有较高的电阻率，复现性高，是一种比较理想的热电阻材料，缺点是电阻温度系数较小，在还原介质0
R100表示100℃时的电阻值；R0表示0℃时的电阻值
根据IEC标准，采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω（R0=10Ω）的铂电阻为工业用标准铂电阻，R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗，主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程：
Rt=R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] t表示在－200～0℃
4.温度测量仪表的测量方法
4.1热电阻温度仪表
热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。热电阻温度计的主要优点有：测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易于使用在自动测量中，也便于远距离测量。同样，热电阻也有缺陷，在高温（大于850℃）测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。
化工仪表及自动化之温度检测及仪表
测温 方式
接 触 式 测 温 仪 表
温度计 种类
玻璃液体 温度计 双金属温 度计
压力式温 度计
电阻温度 计
热电偶温 度计
优点
缺点
结构简单、使用方便、测量 容易破损、读数麻烦、一般只
准确、价格低廉
能现场指示 ,不能记录与远传
结构简单、机械强度大、价 精度低、不能离开测量点测量
格低、能记录、报警与自控 ,量程与使用范围均有限
优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命 长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好， 适用于氧化和惰性气氛中。
缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下 降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投 资较大。
3、镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的 总和 正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-50～1000℃。
所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两 端的温度相同。
二、热电偶温度计
3.常用热电偶的种类
工业 上对 热电 极材 料的 要求
在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化;
在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易 被氧化或腐蚀;
电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产 生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单 的函数关系;
汤姆逊电势大小为：
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
δ —— 汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生 的电动势值，它与材料的性质有关。
（3） 热电偶回路的总热电势
EAB ( T ,T0 ) e AB ( T ) eA( T ,T0 ) eAB ( T0 ) eB ( T ,T0 )
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测温仪表分类
从测温方式的角度来看大体可以把温度测量分成两类：接触式测温仪表和非接触式测温仪表。
接触式测温仪表在测温过程中测温元件与被
测物体相接触，通过热传递来测量物体温度。
这类温度计结构简单、
可靠性好，测量精度较高。
但是由于测温过程中要通过热传递实现，
所以这类仪表在测温过程中延迟较严重，不适合测量快速变化的温度;同时，接触式测温过程“接触”是测量的关键，所以对于运动物体的
温度测量采用此类方法比较困难;接触式测温要通过热传递实现，会
带来仪表和被测物体间的热量迁移，很容易破坏被测物体的温度场;受测温材料的限制，此类方法不适合高温、腐蚀物体的温度测量。
非
接触式测温仪表和被测物体不接触，通过测量物体的辐射能来判断物
体温度。
因此，这类仪表测量响应快。
测温范围广，不会破坏被测物
体温度场;但由于辐射能在传递过程中受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响较大，使此类仪表的测量误差较大。
接触式测温仪表分类：
1、膨胀式温度计：固体膨胀式温度计、液体膨胀式温度计
2、压力式温度计
3、热电偶温度计
4、电阻式温度计：金属热电阻式温度计、半导体热敏电阻温度计
非接触式测温仪表分类：
1、辐射温度计
2、亮度温度计
3、比色温度计。