第四章 过程参数检测技术(温度).ppt

第二篇 过程参数检测技术 第4章.温度检测 4.1.测温方法及温标 4.1.1.测温原理及方法 温度——反映物体的冷热程度，是物体分子运动平均动能大小的标志。 ⒈原理： 选择合适的物体作为温度敏感元件，已知某一物理特性随温度而变化，通过其与被测对象的热交换，测量相关的物理量，既可确定温度。 ⒉方法： 接触式测量和非接触式测量。 温度检测方法分类 膨胀类： 1）玻璃液体温度计，（液体热膨胀） 2）双金属温度计，（热胀差） 热电类： 热电偶温度计，（热电转换效应） 电阻类： 铂热电阻，铜电阻，热敏电阻（电阻变化） 光学类：光纤温度传感器，光电高温计， 红外温度计（热辐射） 4.1.2.温标 为了客观地计量物体的温度，必须建立一个衡量温度的标尺，简称温标。 早期建立的华氏和摄氏温标都是根据物体体积的热胀冷缩制定的，成为经验温标。 华氏温标 与摄氏温标 的换算关系是： 4.1.2.1.国际实用温标 世界上实际通用的温标是国际实用温标，由其来统一各国之间的温度计量，这是一种协议温标。始于1927年目前推行的 是1990年国际实用温标ITS-90。 热力学温度用符号T表示，单位为开尔文，符号为K。摄氏温度用符号t来表示，单位是摄氏度，符号为 。 和 的关系是： 4.2.接触式测温 4.2.1.热电偶测温 ⒈原理：热电效应。 闭合回路中产生的热电势分为：温差电势和接触电势两种。 闭合回路中产生的总热电势为： 当T0一定其热电势只与温度成单值函数关系，既 结论： ⒈热电偶产生热电势的 条件是两种不同的导 体材料构成，回路端点 温度不同。 ⒉热电势大小只与热电 极材料及温度有关。 ⒊热电极材料确定以后， 热电势的大小只与温度有关。 4.2.1.2.热电偶的应用定则 ⑴ 均质导体定则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度以及其温度分布如何，都不能产生热电势。 ⑵中间导体定则 在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响。 ⑶中间温度定则 4.2.1.3.常用工作热电偶 实际选择热电极材料的要求如下： ⑴在测温范围内热电性能稳定 ⑵在测温范围内物理化学性质稳定 ⑶热电特性接近单值线性或近似线性 ⑷电导率高，电阻温度系数小 ⑸机械性能好，强度高，性价比高 4.2.1.3.常用工作热电偶 几种常用工业热电偶的主要性能和特点如下： ⑴铂铑合金、铂系列的热电偶：B, R, S 型； 使用温区宽，特性稳定，用与检测较高温度 ⑵廉价金属热电偶：K, N, E 型； 性能稳定，产生的热电势大，热电特性好，复现性好，抗氧化，抗辐射，使用范围广 ⑶低温应用热电偶：T, J 型； 4.2.1.4.工业热电偶结构形式 工业热电偶有普通型和铠装型两种型式 ⑴普通型热电偶 为装配式结构，由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等部分组成。 ⑵铠装热电偶 是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经拉伸加工而成的坚实组合体。 4.2.1.5.热电偶参比端温度的处理 ⑴补偿导线法 是一对与热电偶配用的导线，在工作范围内与被补偿的热电偶具有相同的电势-温度关系。 补偿导线分延长型和补偿型两种。 ⑵参比端温度测量计算法 式中E（T，T0）为测出的回路电势，T0为已知温度、 ⑶参比端恒温法 参比端温度测量计算法需要保持参比端温度恒定。在实验室情况及精密测量中，是把参比端置于能保持恒温的冰点槽中，温度为0℃，测得电势后直接查分度表得知被测温度 4.2.1.6.热电偶冷端温度的补偿 ⑷补偿电桥法 利用不平衡电桥产生相应的电势，以补偿热电偶由于参比温度变化而引起的漏电事故。 如图，补偿电桥串接 在热电偶回路中，与其 参比端同为温度T0，在 选定T0的情况下， 使r1=r2=r3=rCu=1Ω，电桥 平衡无信号输出当T0变化时，rCu的 阻值改变，电桥输出不平衡电压。 4.2.2.热电阻测温 热电阻测温基于导体或半导体的电阻随温度而变化的特性。 4.2.2.1.金属热电阻 ⑴ 热电阻材料