热工仪表与自动控制2-3

第四讲 温度测量 的基本方法 一.概述 1.概念 温度是表征物体冷热程度及周边环境的物理量。 温度不能直接衡量(比较),只能借助于冷热不 同的物体之间的热交换以及物体的某些物理性质 随冷热程度 不同而变化的特性来间接测量。 ∴ 接触测温量物体的某一物理量(如液体体积、 导体电阻)必须是连续的、单值 的、复现的。非 接触测温则需响应快速，不易受物质腐蚀的某物 体。 2.重要性 3.直接测量 与间接测量

二.温标 1.摄氏温标 定义为：水银体膨胀是线性的，标准大气压下纯水的冰点 是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为 100格，每等 分格为摄氏1度。标记为℃ 。 2.华氏温标 同上，纯水冰点为32ºF ,沸点为212ºF ,两点间等分180 格，每等分格为华氏1 度，标记为ºF 。可以有： ℃=(ºF32)× 5/9 3.热力学温标 又称绝对温标。是一种理想温标 4.国际温标 定义为：热力学温度(符号T)是基本的物理量，其单位 为开尔文(符号为K),定义为水三相点的热 力学温度的 1/273.15。规定 了17个温标定义固定点，还有基准温度 计和插补公式。

三.玻璃液体温度计 1.原理 2.结构和类型 棒式、内标式、外标式 3.特点： 1)测量范围广，为-200 ~ 600 ℃ 2)结构简单，使用方便， 价格便宜，精确 3)观察、监测不便。 4)易损坏。 4.读数方法 视线应与温标垂直，水银 温度计应在凸面最高点读 数，水和无机液体温度计 应在凹面最低点读数。

显示

刻度

变换棒 式 温 度计

感温 包

传感

四.固体膨胀式温度计 1.双金属温度计 1)感温元件 2)测温原理 3)定义 4)分类 5)特点 2.杆式温度计 精度低，体积大

五.压力式温度计 1.工作原理与结构形式 2.蒸气压力表式温度计 1)原理 2)工作液体 3)结构 毛细管 4)特点

第五讲 热电偶温度计 一.热电偶的好处： 结构简单、测温范围广、准 确度高、热惯性小、输出为 电信号、便 于远传与转换 等 二.测温原理 由两 种不同导体(或 半导体)组合成闭合 回路， 当两 导体A与B相边处温度 不同(θ> θ0)时，则回路 中产生热电效应(也称之为 塞贝克效应),所产生的电 势称热 电势EAB(θ, θ0 )。 它由两部分组成，即汤姆逊 温差电势E( θ, θ0 )和珀尔 贴电势EAB。

EAB(θ0)

θ0

EB(θ, θ0 )

A

B

EAB(θ)

θ

三.热电偶的三大定律 1.均值导体定律 一种导体组合成闭合回路，无论是否顾在温度梯度， 均不能产生电势。 2.中间导体定律 在热 电偶回路中加入第三种

导体，只要插入导体的两 端温度相同，则对回路的热电势没有影响。 3.中间温度定律 热电偶在接点温度A、B两点之间的电势等于该热电偶 在接点温度A、C与C、B 时的热电势之和。即EAB(θ, θ0)=EAB(θ, θn) +EAB(θn, θ) 由此有统一的热电偶分度表，可用补偿导线代替贵重金 属。

四.结构形式种类 型 等 使用范 号 级 围 丝径 特点 缺点 铂铑10- S Ⅰ 0~1300( 0.5mm 铂 Ⅱ 1600 ℃) 正-负 镍铬-镍 K Ⅰ -40~900 0.3,0.5,0. 8,1.0 ,1.2 硅 Ⅱ (1300) 1.5 ,2.0 Ⅲ 氧化介 2.5 ,3.2、 质 mm 镍铬-铜 E Ⅰ 0~600(9 0.3~ 镍 Ⅱ 00)还原 3.2mm Ⅲ 性中性 介质 铜-康铜 T Ⅰ -200~ 非 Ⅱ 200 ℃ 标 Ⅲ (300)0.5、0.8、 1.2、1.6、 2.0、 3.2mm

物理化学性能稳定， 热电势小，0.009mV/℃ , 测量精度高 灵敏度低。 化学稳定，抗氧化， 无,0.04 耐腐蚀，灵敏，线 性好，复现性好， 便宜。 热电势大灵敏度高， 测温上限不高，加工 价格低廉 工艺较差。0.078

灵敏度高，低温时 精度高，价格低

康铜复制性差

五结构型式 1.普通型工业用热电偶 它由热电极、绝缘瓷管、(接线盒、接线座、接线柱)和 保护套管所组成。 ?材料 2.铠装热电偶 ?结构 ?测量端形式 ?材料 ?优点：热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好， 耐高压，耐 冲击，搞振动，寿命长，适用于各种工业测 量。 3.小惯性热电偶 ?快速薄膜热电偶 特点 4.其它热电偶

六.冷端补偿方法 1.冰浴法 实验室用 ?广口保温瓶，(内有冰块混合，有两只试管(试管直径15mm,内盛 变压器油)插入深度≤ 100mm,有盖密封。 结构，系统原理图 2.计算法 在常温下测量，测出热电势，用分度表查出常温下的热电势，二者相 加，用分度表扫求出温度数值来。 例3-1:用镍铬—镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度θn = 25 ℃ ,EAB (θ, θn) = 40.347mV,由分度表查得EAB( θn,0℃ )=1.00mV,则： EAB(θ,0) = EAB(θ,θn)+ EAB( θn,0℃ )= 40.347+1.00 = 41.347mV 同样，用分度表查得θ=1002℃ 。 3. 校正仪表机械零点法 EAB(θ,θn)+ EAB( θn,0℃ )= EAB(θ,0) 4.补偿电桥法 ？?不平衡电桥 ？原理

七.应用 1.热电偶串联 提高测量精度， 求微小温度 2.并联 求平均温度 3.反接 直接求温差，可 间接求其它有关 温差的量值 。主一 _

+- +

①+ + +

②

主一 + + +

③

八.误差 对热电偶仪表系统进行误差分析 ?1.系统误差 1).工具误差与环境影响方面： 2).方法误差方面： 3).测试人员误差方面： ??2.随机误差方面，不可消除的误差因素： ?3.粗大误差方面： ∴ 我们应该合理地配置仪器设备进

行必要的测试、 调试工作，还要注意合适的测量 方法 ，配备合适 的测量人员，一般应该做到多次测量取平均值 ， 同时应注意保养和校验工作。 当然对于非精确测 量，可以适当放宽要求。

第六讲 热 电 阻 一.概述 1.优点 是结构简单、精度高、使用方便等尤其是 功率大，无冷端补偿问题 ，对于热敏半导体温度 计，又没有热惰性大的缺点 。 2.原理 是金属(或半导体)的电阻随着温度的升 高而升高(或降低),用显示仪表测出热电阻的 电阻值 ，从而可得到与电阻值相应的温度值来。 3.条件： (1)电阻温度系数大； (2)复现性好，复制性强，互换性好； (3)电阻率大； (4)价格便宜，工艺性好。

二.分类 1.金属热电阻 1)铂电阻 ，为标准化热电阻，性质稳定，常做基 准温度计使用。测温范围为-200~ 500 ,电阻丝直 径d=0.05~0.07mm,电阻温度系数小，为 3.8~3.9× 10-3,近线性，价格贵。 Rθ =R0(1+Aθ +Bθ2) 2)铜热电阻 -50~50 ℃ ,丝径为0.1mm,线性，电阻 温度系数大，为43~43×10-3,价格廉。也容易制 造。 3)镍热电阻，-50~100 ℃,丝径为0.5mm,线性 较差，常用于空调系统中，其电阻温度系数为 6.3~6.7 ×10-31/ ℃。

2).半导体温度计 1.半导体热敏电阻温度计 测量范围为-100~300 ℃。 有较大的负温度 系数，约为-2~6*10-2(1/ ℃),配用的二次仪表 简单，灵敏度高，传6感器体积小，构造简 单，可以测量点温度和动态温度。 缺点：测温范围较窄，温度系数电阻变化 呈非线性，复现性差，稳定性差。 结构：珠形、杆形、片形等 ，测量线路彩 不平衡电桥。

2.热敏二极管温度计 原理 ：当流过晶体管的电流恒定量，二极 管P-N结因温度变化而电压随着变化，由此 可测温。 与热敏电阻相比：有温度与电压的线性关 系，更有-2.4mV/℃的灵敏和0.1℃的灵敏限， 又成本低，重复性与稳定性好。 ??若给予硅电压不整流器来恒定电流， 或自制恒流源，则温度的精度可达0.1℃, 且易实现数字化。

三构造与误差分析 1.构造大部同热电偶 ? 也有不同之处 2.误差分析方法一致 内容大部相同，但不完全一样。

(略)

四显示仪表 1.动圈式指示仪表(配热电阻，要求线路电阻5或2.5 )

33VAC变 压器

硅 整 流 器

三 线 制

测量 电桥

热敏电阻 动圈仪表

配热电偶的动圈式仪表 外线路总电阻为15限 流 电 阻 量程调 整电阻

冷端补偿电桥 热 电 偶

N

S 刻度表

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