第二章 温度检测与仪表
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
第二章 温度检测
(一)接触电势
如图2—2所示，当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时， 由于内部电子密度不同，例如材料A的电子密度大于材料B，则会 有一部分电子从A扩散到B，使得A失去电子更呈正电位，B获得电 子而呈负电位，最终形成 由A向B的静电场。静电场的作用 又阻止电子进一步地由A向B扩散。 当扩散力和电场力达到平衡时， 材料A和B之间就建立起一个固定 的电动势。这种由于两种材料自 由电子密度不同而在其接触处形 成电动势的现象，称为珀尔帖效 应。其电动势称为珀尔帖电势或 接触电势。
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(三)摄氏温标 摄氏温标是工程上使用最多的温标。它规定标准大气 压下纯水的冰融点为0度，水的沸点为l00度，中间等分为 l00格，每一等分格为摄氏1度，符号为℃。 (四)华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度， 水的沸点为212度，中间等分为180格，每格为华氏1 度，符号为0F。它与摄氏温标的关系为： C＝5(F－32)/9 式中：C为摄氏温度值；F为华氏温度值。
2011/4/20 核工程检测技术 25
(二)镍铬—镍硅热电偶
分度号K
这是一种廉价金属热电偶。正极为镍铬，负极为镍硅。 其优点是化学稳定性好，可以在氧化性或中性介质中长时 间在1000℃以下的温度工作，短期可达到1300℃，灵敏 度较高、复现性较好，热电特性线件度好，价格低廉。金 属丝直径范围较大．工业应用一般为(0.5—3)mm，实验研 究使用时，根据需要可以拉延至更细直径。是工业中和实 验室里大量采用的一种热电偶。但在还原性介质或含硫化 物气氛中易被侵蚀，所以在这种气氛环境中工作的K型热 电偶必须加装保护套管。 热电势为0.04mv/℃ 允差：t＞400℃时为±0.75％t
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仪器仪表基础知识-第二节温度检测仪表
仪器仪表基础知识
补偿导线法： 补偿导线的作用是将热电偶的冷端延长，使之 延长至距离热源较远的地方或温度比较稳定的地方。 A t0‘ A’ t0
t B t0‘ B’ t0
仪器仪表基础知识
例：用镍铬—镍硅热电偶测量某一实际为 1000℃的对象温度。所配用仪表在温度为 20℃的控制室里，设热电偶冷端温度为50℃。 当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线 连接时，测得温度各为多少?又与实际温度相差 多少?
仪器仪表基础知识
温度检测仪表
仪器仪表基础知识
常见的检测仪表
温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 物位检测仪表 机械量的测量
仪器仪表基础知识
温度的概念
温度是表示物质冷热程度的一个量，它反映 物质内部热运动的状况，任何一种物质都是由 大量的分子组成的，这些分子总是处于热运动 的状态，分子热运动越快，物质的温度越高， 相反分子的热运动越慢，物质的温度越低。
仪器仪表基础知识
总电动势
△EAB（t，t0）=△ EAB（t）+△ EB （t，t0）- △ EAB（t0） - △ EA （t，t0） 温差电动势与接触电动势相比要小的多，因此在总电动势中， 接触电动势起决定性的作用，一般会忽略温差电动势的影响， 则总电动势为： △EAB（t，t0）=△ EAB（t）- △ EAB（t0）
压力式温度计是利用感温物质的压力随温度而 变化的特性工作的。当温包内的感温物质受到温 度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹 簧管的自由端产生位移。
仪器仪表基础知识
压力式温度计组成
1.温包：温包是感受被测介质温度变化的敏感元件。
2.毛细管：毛细管是由铜或钢的无缝管冷拉而成， 其作用是传递压力
3.压力计：它是用来测量压力的变化并指示被测温 度。
化工自动化及仪表电子教案过程参数的检测与仪表
第二章过程参数的检测与仪表教学要求：掌握检测仪表的基本性能指标（精度等级、变差、灵敏度等）掌握压力的检测方法（液柱测压法、弹性变形法、电测压法）学会正确选用压力计掌握应用静压原理测量液位和差压变送器测量液位时的零点迁移差压式流量计测量原理，常用节流元件，转子流量计结构、测量原理掌握容积式流量计（腰轮流量计）结构、工作原理、使用场合掌握应用热电效应测温原理掌握补偿导线的选用掌握冷端温度补偿的四种方法；了解热电偶结构，分类重点：弹性变形法、电测压法压力计选用应用差压变送器测量液位的零点迁移问题补偿导线的选用和冷端温度补偿难点：确定精度等级，压电式测量原理应用差压变送器测量液位的零点迁移问题第三导体定理电桥补偿法§2.1 概述一、检测过程及误差1．检测过程检测过程的实质在于被测参数都要经过能量形式的一次或多次转换，最后得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。
检测误差误差-------测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因，根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。
（1）系统误差------------在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。
误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。
（2）疏忽误差------------明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，特点：无任何规律可循。
误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。
热工仪表基础知识
第一章 热工仪表概述
热力生产过程中对各种热工参数，如温度、 压力、流量、液位、物位及位移等状态参 数的测量称为热工测量。实现热工测量所 使用的工具称为热工仪表。 热工测量及仪表不仅在火电厂热力生产过 程中占有重要地位，在化工、石油、冶金 等工业部门及科学研究中也都不可缺少。
第一章 热工仪表概述
第二章 温度测量及仪表
华氏温标（oF）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32 度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报 氏1度，符号为oF。 摄氏温度（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0 度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报 氏1度，符号为℃。
热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分 子运动停止时的温度为绝对零度，定义为水三相点的热 力学温度的1/273.16,记符号为K。
1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热 交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道 和设备的死角附近装设热电阻. 2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减 少测量误差热电阻应该有足够的插入深度:
三、热电阻温度计
(1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管 道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米, 那热电阻插入深度应选择100毫米;
○3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线 制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U， 再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消 除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
三、热电阻温度计
对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及维 修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要 求,在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下 几点:
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疏忽误差 （特别需要避免）
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第一节 检测仪表的性能指标
二、测量仪表的性能指标
仪表的性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要依 据。
仪表的性能指标： 技术
经济
使用方面
注：仪表性能指标指的是对仪表规定的正常工作条件下而言的。
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第一节 检测仪表的性能指标
1、绝对误差和相对误差 绝对误差：
第一节 检测仪表的性能指标
a
b
c
a 表示系统误差大而随机误差小，即精密度高而正确度低；
b 表示系统误差小而随机误差大，即精密度低而正确度 高；
c 表示系统误差和随机误差都小，精密度合正确度都高， 这是我们最希望得到的结果。
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分辩率
数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辩率就越高。
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第一节 检测仪表的性能指标
4、回差（又称变差）
h
（
x正 x反）max
100%
L
造成回差的原因：
传动机构的间隙 运动部件的磨擦
弹性元件的弹性滞后的影响
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化工仪表自动化基础知识
DTCO
1-2自动控制系统的组成 1自动化装置的的三大功能 （1）检测 眼睛 （2）运算（思考） 大脑 （3）执行 手 2自动化装置的三个部分 （1）测量元件及变送器（眼睛及神经) （2）自动控制器（大脑分析发出指令） （3）执行器（手动）
(5)磁翻转式液位计
磁翻转式液位计示意图
四、温度检测及仪表
温度是表征物体冷热程度的物理量，根据测温方式分为接触式和非接触式两种 1、接触式温度测量仪表 ①膨胀式温度计 利用热胀冷缩原理，如玻璃管温度计、双金属温度计 ②压力式温度计 根据封闭系统的液体、气体受热体积膨胀压力升高的原理制成，再用压力表测量压力得到相对应的温度值 ③热电偶温度计 基于热电效应原理，适合500℃以上 ④热电阻温度计 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性，适合500℃以下 2、非接触式温度测量仪表 ①辐射式光学高温计 基于物体热辐射作用 ②红外线光学测温仪 通过测量物体的红外线强度测量温度
引入两个概念
控制 智能控制
内容综述
第一章化工仪表自动化的基本概念 第二章检测仪表及传感器 第三章计算机控制系统 第四章基本控制理论及专业特点
第一章化工仪表自动化的基本概念
1-1化工仪表自动化的主要内容 化工生产过程自动化，主要包括自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制等方面内容。 1.自动检测系统 利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录称为自动检测系统 2.自动信号和联锁保护系统 在生产中对某些参数超出允许范围进入联锁系统采取紧急措施使系统进入安全状态称为自动信号和联锁保护系统。如ESD、SIS 3.自动操纵及自动开停车系统(顺序控制） 根据预先设定的程序自动对生产设备进行周期性操作的称为自动操纵及自动开停车系统 4.自动控制系统 对生产过程进行监控使其达到预期工艺要求的称为自动控制系统
热工仪表基础知识
热工仪表基础知识————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：热工仪表基础知识第一章、热工测量和仪表第一节、测量的基本概念一、测量:1、测量是人们借助专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算,将被测量x 0以测量单位U 的倍数显示出来的过程。
2、被测量的真值μ只能近似地等于其测量值x ：3、热工测量是指压力、温度等热力状态参数的测量,通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量 。
二、测量方法:按测量结果的获取方式来分（1)直接测量法：使被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量、从而得到被测量数值的测量方法，称直接测量法。
(2)间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其他各变量、再按函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法,称为间接测量法。
按被测量与测量单位的比较方式来分(1)偏差测量法：测量器具受被测量的作用,其工作参数产生与初始状态的偏离，由偏离量得到被测量值,称为偏差测量法。
(２)微差测量法：用准确已知的、与被测量同类的恒定量去平衡掉被测量的大部分,然后用偏差法测量余下的差值，测量结果是已知量值和偏差法测得值的代数和。
（3）零差测量法：用作比较的量是准确已知并连续可调的,测量过程中使它随时等于被测量，也就是说，使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仅起检零作用,因此，被测量就是已知的比较量。
0x U μ=0x xU≈三、测量误差测量误差是被测量参数的测量值x 与其真值μ的之差。
真值常用的方法有:(1）用标准物质(标准器)所提供的标准值，例如水的三相点。
（２）用高一级的标准仪表测量得到的值来近似作为真值。
（3）对被测量进行N 次等准确度测量,各次测量值的算术平均值近似为真值。
N 越大，越接近真值。
常见的测量误差表达方式:1．绝对误差２.实际相对误差 3.标称相对误差 4.折合误差折合误差一般用于比较测量仪表的优劣。
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第二章温度检测与仪表
1.什么是热电效应？热电偶的热电势由几部分组成？热电偶回路中
的总电势如何表示？有何结论？
2.热电偶的基本定律有那些？分别有何实际应用意义？
3.为什么要对热电偶的冷端温度进行补偿？常用的热电偶的冷端温
度处理方法有哪些？并给出相应的表达式？
4.什么是热电偶的补偿导线？为什么要规定补偿导线的型号和极性？
在使用中应注意哪些问题？
5.试用热电偶原理分析：（1）补偿导线的作用；（2）如果热电偶已
选择了配套的补偿导线，但连接时正负极接错了，会造成什么测量结果？
6.用分度号为K型的镍铬-镍硅热电偶测量温度，冷端温度为80℃，
在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为600℃。
试问被测的真实温度应该是多少？如果热端温度保持不变，用KX型补偿导线将冷端延长到23℃的恒温室内，问这时显示仪表的示值应为多少？如果将冷端采用冰点法置于0℃，则显示仪表的示值又应为多少？
7.用分度号为S型的铂铑-铂热电偶测量某设备的温度，测到的热电
势为10mv,冷端温度为25℃,求设备的真实温度。
如果改用K型热电偶，在同样的条件下，测到的热电势应为多少？
8.在用热电偶和热电阻测量某一温度时，若出现如下几种情况，问
仪表的指示值如何变化？
（1）当热电偶开路、短路或极性接反时；
（2）当热电阻开路、短路或热电阻使用二线制时。
9．非接触式测温方法的理论基础是什么？辐射测温仪表有几种？。