32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★
—调节仪表与过程控制系统 — 1 3.2 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 ☆ ★ ★ ☆ ☆ ★
3.21温度和温标 1:温度 温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度 的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低 只能借助于某种物质的某种特性(如体积、长度和电阻等) 随温度变化的规律来测量,于是就会有形形色色的温度计。 但是,迄今为止,还没有适应整个温度范围用的温度计(或 物质) 比较理想的物质及相应的物理性质有:固体、液体、气体 的热膨胀性质;导体或半导体受热后电阻值变化的性质;热 电偶的热电势和物体的热辐射。利用这些物理性质制成的测 温仪表被广泛的应用着。吡外,也应用了一些新的测温原理 如射流测温、涡流测温、激光测温等
—调节仪表与过程控制系统 — 2 温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度 的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低， 只能借助于某种物质的某种特性（如体积、长度和电阻等） 随温度变化的规律来测量，于是就会有形形色色的温度计。 但是，迄今为止，还没有适应整个温度范围用的温度计（或 物质）。 3.2.1温度和温标 1：温度 比较理想的物质及相应的物理性质有：固体、液体、气体 的热膨胀性质；导体或半导体受热后电阻值变化的性质；热 电偶的热电势和物体的热辐射。利用这些物理性质制成的测 温仪表被广泛的应用着。此外，也应用了一些新的测温原理， 如射流测温、涡流测温、激光测温等
321温度检测方法和分类与经影 测温方式测温化表测温范围 主要特点 玻璃液体 100~结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉 600 测量上限和精度受瓌璃质量的限制,易碎,不 膨胀式 能远传 双金属 80~结构紧凑、可靠;测量精度低、量程和使用范 600围有限 接热电效热电偶 200~测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点 1800 集中检测和自动控制,应用广泛;需自由瑞温 触 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 热阻效 50~自动控制,应用广泛;不能测高温 铜电阻 150 半导体热敏-50~灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便;互 电阻 150换性较差,测量范围有一定限制 非接非接触蝠射式 0 不破坏温度场,测温范围大,响应块,可测运 触式」式 3500动物体的温度;易受外界环境的影响,标定较 困难
—调节仪表与过程控制系统 — 3 测温方式 测温仪表 测温范围 ℃ 主要特点 接 触 式 膨胀式 玻璃液体 －100～ 600 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉； 测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不 能远传 双金属 －80～ 600 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范 围有限 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；需自由瑞温 度补偿，在低温段测量精度较低 热阻效 应 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 铜电阻 －50～ 150 半导体热敏 电阻 －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 非接 触式 非接触 式 辐射式 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 3.2.1 温度检测方法和分类
3.21温度和温标 1:温度 温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度 的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低 只能借助于某种物质的某种特性(如体积、长度和电阻等) 随温度变化的规律来测量,于是就会有形形色色的温度计。 但是,迄今为止,还没有适应整个温度范围用的温度计(或 物质) 比较理想的物质及相应的物理性质有:固体、液体、气体 的热膨胀性质;导体或半导体受热后电阻值变化的性质;热 电偶的热电势和物体的热辐射。利用这些物理性质制成的测 温仪表被广泛的应用着。吡外,也应用了一些新的测温原理 如射流测温、涡流测温、激光测温等
—调节仪表与过程控制系统 — 4 温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度 的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低， 只能借助于某种物质的某种特性（如体积、长度和电阻等） 随温度变化的规律来测量，于是就会有形形色色的温度计。 但是，迄今为止，还没有适应整个温度范围用的温度计（或 物质）。 3.2.1温度和温标 1：温度 比较理想的物质及相应的物理性质有：固体、液体、气体 的热膨胀性质；导体或半导体受热后电阻值变化的性质；热 电偶的热电势和物体的热辐射。利用这些物理性质制成的测 温仪表被广泛的应用着。此外，也应用了一些新的测温原理， 如射流测温、涡流测温、激光测温等
3.22热电偶及其测温原理 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
—调节仪表与过程控制系统 — 5 3.2.2 热电偶及其测温原理 ❖ 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
一热电效应和热电偶 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t的热源中,则在该回路内就会产生热电势 salto) B B (LtO) JA 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 t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
—调节仪表与过程控制系统 — 6 ——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 t 0的热源中，则在该回路内就会产生热电势。 A B A B 图3-37 热电偶示意图 A B eAB(t0 ) eAB(t) eA(t,t0 ) eB(t,t0 ) 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 t 0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
闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差串 势两部分组成 A B AB(t,1)=eB2(t)-eA2(t0)+e2(t20)-eA(,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 e0小很多,常常把它忽略不计,这样热电偶的电势可表示为: EAB(t,10)=e2(1)-eAB(t0) 注意:如果下标次序改为en4,则热电势e前面的符 号也应相应改变,即 42(t) B 式()就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度一定时,对于 确定的热电偶来说,eAB(为常数,因此,其总热电势EAB(4 就与温度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
—调节仪表与过程控制系统 — 7 A B eAB(t0 ) eAB(t) eA(t,t0 ) eB(t,t0 ) 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： 0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( , ) ( , ) E t t e t e t e t t e t t AB AB AB B A = − + − 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： 0 0 ( , ) ( ) ( ) (i) E t t e t e t AB AB AB = − 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 ( ) ( ) AB BA e t e t = − 式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t 0一定时，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
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
—调节仪表与过程控制系统 — 8 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
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? 毫伏计 C C 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,↓t 那中接的检测仪表是否会产生额外的热电势,射热电偶回路产生影响 呢? 答:不会产监影响的
—调节仪表与过程控制系统 — 9 ——中间导体定律和热电势的测量 答：不会产生影响的。 t t0 A B C C 毫伏计 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？
中间导体定律如果断开冷端,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t则回路中的总热电势等于各接十 点处的接触电势之和: (t, to)=er(t)+eg(to)+ec(to) 当t=t时,有EABC(t0,10)=eB(0)+eBC(1)+ec()=0 于是可得E()=en(O)-en()=E(4) 同理还可以证明,在热电偶中接入第四种、第五种.….导体 ,八cQ伙计以后,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
—调节仪表与过程控制系统 — 10 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: 中间导体定律 t A B C t0 t0 A B t t0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) E t t e t e t e t ABC AB BC CA = + + 当t＝t 0时，有 0 0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) 0 E t t e t e t e t ABC AB BC CA = + + = 于是可得 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( , ) E t t e t e t E t t ABC AB AB AB = − = 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。 t t0 A B C C 毫伏计