热工参数测量之温度测量课件.ppt
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1、第二篇 热工参数测量,一 温度测量二 压力测量三 流量测量四 液位测量五 烟气含氧量测量六 机械量测量,1,ppt课件,第二章 温度测量,第一节 温度测量的基本知识第二节 膨胀式温度计第三节 热电偶温度计第四节 热电阻温度计,2,ppt课件,温度是火电厂最普遍最重要的热工参数之一。温度是蒸汽质量的重要指标之一。温度是影响热力设备效率的主要因素。温度是影响传热过程的重要因素。温度是保证热力设备安全运行的重要参数。,温度的准确测量对保证火电厂安全、经济生产具有重大的意义。,3,ppt课件,1.温度,一、温度和温度测量,第一节 温度测量的基本知识,-宏观上:表示物体或热平衡系统冷热程度的物理量。,-
2、微观上:物体内部大量分子无规则热运动平均动能大小的标志。,2.温度测量,标准物体,被测物体,温度测量的基本原理 热力学第零定律:热平衡状态下的两种物体具有相同的温度。标准物体的某些物理性质随温度连续地变化,具有较好的复现性。,4,ppt课件,二、温标:衡量温度高低的标准尺度。即温度的数值表示方法,规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。,国际普遍使用的温标有四种:摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际温标。,温标建立的三要素(基本条件)选择某种物质(测温物质)的某一随温度变化的属性(测温属性)来标志温度。选定固定点(即物质不同相之间可以复现的平衡温度),便于与其他温度比较,确定测量温度数值。对
3、测温属性随温度的变化关系作出规定,确定任意点温度值的数学关系表达式-分度方法(内插函数)。,5,ppt课件,温标传递系统:包括生产中对各种温度测量仪表的分度,把标准传递到测量仪表以及对使用中或修理后的温度测量仪表进行检定两方面内容。,由研究机构(我国为中国计量科学研究院)按照国际温标要求,建立国家基准器具,复现国际温标。,三级温标传递系统,由国家掌握的基准器具和工作基准器具向省级一等标准器具进行检定。,由省级掌握的一等标准器具向厂级二等、三等标准器具进行检定。,由厂级二等、三等标准器具向工业用现场仪表进行检定。,6,ppt课件,三、温度测量仪表的分类,7,ppt课件,三、温度测量仪表的分类,8
4、,ppt课件,膨胀式温度计是利用物质受热时产生膨胀的原理制成的温度计,测温范围为-200600。这类温度计结构简单、价格低廉,一般用作就地测量。,液体膨胀式温度计(玻璃液体温度计),固体膨胀式温度计(双金属温度计),气体膨胀式温度计(压力式温度计),9,ppt课件,一、玻璃液体温度计:利用液体受热膨胀的性质制成,广泛用于测量-200500范围内温度。,1.工作原理利用玻璃管内液体的体积随温度变化而发生的变化与玻璃随温度变化而体积发生的变化之差测量温度。组成:液体存储器、毛细管、标尺、感温泡、安全泡、中间泡。液体可以为:水银、酒精、甲苯等。当温度超过300时,采用硅硼玻璃;500以上采用石英玻璃
5、。,2.特点 优点:构造简单,价格低廉,制作容易,安装使用方便,显示直观,测量范围较广,精度高,现场直接读数,一般无需辅助能源。缺点:容易破损,惰性大,能见度低,不能自动记录及远距离传送,一般不具有信号远传功能,常用作现场温度指示。,10,ppt课件,二、双金属温度计,结构简单、牢固,抗震性能好,避免水银污染,因此可以部分取代水银温度计,用于气体、液体及蒸气的温度测量。,1.双金属温度计的工作原理,利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件,其中双金属片的一端为固定端,另一端为自由端。当t=t0时,两金属片处于水平位置;当tt0时,双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使膨胀
6、系数较大的金属片向膨胀系数较小的金属片一面弯曲变形,弯曲变形的程度与温度的高低成正比。,11,ppt课件,2.类型 按照双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式 轴向型 径向型 万向型,12,ppt课件,三、压力式温度计:根据温度变化时,封闭在一定容积中的气体、液体或者某些液体的饱和蒸汽的压力相应发生变化的原理制造,测量范围为0300。,1.特点(1)优点:构造简单,价格便宜,读数方便、清晰,防爆、抗震性好,热惯性小,精度较高,可以远距离测量,并可制成自动记录式仪表。(2)缺点损坏后很难修理,不能测量点温和表面温度。动态性能差,准确度低,示值的滞后较大,不能测量迅速变化的温度。,13,ppt课
7、件,2.组成:温包、毛细管、压力敏感元件。毛细管细而长(规格为160m),它的作用主要是传递压力,长度愈长,则使温度计响应愈慢,在长度相等条件下,毛细管愈细,则准确度愈高。3.分类:根据感温系统所充介质不同,分为充液压力式温度计、充气压力式温度计、蒸汽压力式温度计。,14,ppt课件,第三节 热电偶温度计,目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量仪表,特点:结构简单,性能稳定,容易制作,使用方便,测量范围宽,准确度高,热惯性小,动态特性好,便于远距离显示和传送信号。,15,ppt课件,以两根不同的导体或半导体线状材料一端焊接或铰接起来形成的热电偶为敏感元件,将温度信号转换成为一定电势
8、信号,经连接导线配以相应的测量毫伏级电压信号的显示仪表实现远距离测量、自动记录和温度的自动控制。,热电极:两种不同的导体或半导体。测量端(工作端、热端):插入被测介质中。参比端(自由端、冷端):处于周围环境中。,一、热电偶测量温度的基本原理,1.热电偶温度计的组成,16,ppt课件,热电效应,热能电能,17,ppt课件,2.热电偶测量温度的基本原理,(1)热电效应(塞贝克效应):若把A、B两种不同的导体或半导体材料接成闭合回路,当回路两个接点温度不相同时,回路中产生热电势,形成电流的现象。,热电势由接触电势和温差电势两部分组成。,18,ppt课件,(2)接触电势:在两种不同性质的导体或半导体材
9、料相接触点产生。,接触电势的大小与两种金属导体或半导体材料的性质和接触点的温度有关,方向由电子密度小的电极指向电子密度大的电极。,19,ppt课件,(3)温差电势:同一种性质导体或半导体材料两端因为温度不同产生。,温差电势的大小与金属导体或半导体材料的性质和两端温度有关,方向由低温端指向高温端。,20,ppt课件,(4)热电势,规定:热电偶的热电极中电子密度大的导体A为正极,电子密度小的B为负极,在参比端热电势的方向由A指向B。,21,ppt课件,结论,热电偶两端温度相等,两个电极内部温差电势等于零,接点处接触电势大小相等、方向相反,回路热电势等于零。热电偶两个电极材料相同,接点处接触电势等于
10、零,电极内部温差电势大小相等、方向相反,回路热电势等于零。热电偶回路的热电势大小只与热电极材料的性质及热电偶两端接点处的温度有关,而与热电极的直径、长度及沿热电极的温度分布无关。热电极材料一定,若保持热电偶一端温度t0不变,则,热电偶回路的热电势与另一端温度t一一对应。,22,ppt课件,1.均质导体定律:由一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路,不论导体(半导体)的几何尺寸以及沿材料长度方向上各处的温度分布如何,在回路上不可能产生热电势;反之,如果一种材料组成的闭合回路中存在温差时,回路中如果有热电势存在,则材料必为非均质的。,二、热电偶的基本定律,推论,热电偶必须采取两种不同性质的导体或半
11、导体材料构成。若热电极本身的材质不均匀,由于温度差的存在,将会产生附加热电势,造成测量误差。,应用:,检验热电极材料是否均匀一致的依据,即用来衡量热电偶质量的高低。,23,ppt课件,2.中间导体定律:多种均质导体组成的闭合回路,只要各种导体接触点温度相等,则此回路中的热电势总和为零。,推论,在热电偶回路中加入第三种、第四种均质导体,只要中间接入的导体两端温度相同,它对回路中的热电势就没有影响。如果两种导体A、B对参考导体C的热电势已知,则两种导体组成热电偶的热电势是对参考导体热电势的代数和。(标准热电极定律),24,ppt课件,应用,开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。,25,ppt课件
12、,例1:当t为100,t0为0时,铬合金-铂热电偶的E(100,0)=3.13mV,铝合金-铂热电偶E(100,0)=-1.02mV,求铬合金-铝合金组成热电偶的热电势E(100,0)。,解:设铬合金为A,铝合金为B,铂为C 即 EAC(100,0)=3.13mV,EBC(100,0)=-1.02mV,则 EAB(100,0)=EAC(100,0)+ECB(100,0)=EAC(100,0)-EBC(100,0)=3.13-(-1.02)=4.15mV,简化热电偶热电极的选配工作。,26,ppt课件,测量仪表及连接导线作为第三种导体接入热电偶回路。,27,ppt课件,3.中间温度定律:接点温度
13、为t和t0的热电偶,产生的热电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别为t、tn和tn、t0时产生的热电势的代数和,其中tn为中间温度即,。,应用:,为制定和使用热电偶的热电势-温度关系分度表奠定理论基础。为工业测量温度中应用与热电偶同样热电性质的补偿导线提供理论依据。,反映了冷端温度为0条件下,热电偶回路中产生的热电势和测量端温度之间的对应关系。,28,ppt课件,S型(铂铑10-铂)热电偶分度表,三、热电偶分度表,29,ppt课件,思考:用S型热电偶测量温度差值。在t1=500时热电势EAB(t2,t1)=0.495mV,求温度差值(t2-t1)是多少?,例2:求如图所示三种热电极组成的闭合回
14、路的总电势大小,并确定方向。,A,30,ppt课件,四、热电偶的测量线路,将多支热电偶串联形成热电堆,用于测量辐射温度。,(一)串联线路:将n支同型号热电偶依次按照正负极相连接的线路。,串联线路总的热电势:,优点:热电势大,测量精度比单支热电偶高。缺点:只要有一支热电偶断路,整个测量系统不能工作。,31,ppt课件,并联热电偶用于测量多点的平均温度。,(二)并联线路:将n支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路。,如果n支热电偶的电阻值相等,则并联线路的总热电势:,特点:某支热电偶断路时,整个测量系统照常工作。,32,ppt课件,反向串联热电偶用于测量两点的温度差。,(三)反向串联线路:
15、将两支同型号热电偶反向连接的线路。,线路的总热电势:,33,ppt课件,五、热电偶的基本结构:热电极、绝缘材料、保护套管、接线盒。,34,ppt课件,普通型热电偶,六、热电偶的类型,铠装热电偶,35,ppt课件,薄膜热电偶,热套式热电偶,36,ppt课件,热电极材料的选择要求,物理与化学性能稳定,高温下不产生再结晶或蒸发现象,可以在较宽温度范围内使用,热电特性(热电势与测量端温度关系)不随时间变化,耐高温、耐氧化和腐蚀。热电偶的热电势与测量温度间最好成线性或近似线性的单值函数关系,而且热电偶产生的热电势率(温度每变化1引起的热电势变化)大,具有足够高的灵敏度。复制性好,便于批量生产,利于互换。
16、机械性能好,便于加工。电导率高,电阻温度系数小,即热电偶的内阻随温度变化小,从而减小附加误差。价格便宜,原材料容易得到,尽量少用贵金属。,37,ppt课件,七、常用标准化热电偶:指制造工艺比较成熟、应用广泛、能够成批生产、性能优良稳定并已经列入专业或国家工业标准化文件,规定了其热电势-温度关系及允许误差,并有统一热电势-温度分度表的热电偶。,铂铑10-铂热电偶(型号WRP,分度号S)铂铑30-铂铑6热电偶(型号WRR,分度号B)镍铬-镍硅热电偶(型号WRN,分度号K)镍铬-铜镍热电偶(型号WRE,分度号E)铜-铜镍热电偶(型号WRC,分度号T)铁-铜镍热电偶(型号WRF,分度号J)镍铬硅-镍硅
17、热电偶(型号WRM,分度号N),38,ppt课件,1.计算修正法,八、热电偶冷端温度补偿,热电偶的热端与冷端离得很近。热电偶的冷端暴露在空间,容易受到周围高温设备和环境温度波动的影响。冷端温度难以保持恒定。,需要多次查热电偶分度表进行计算,只适用于实验室中或在离线测量时对示值进行修正。,冷端温度补偿,39,ppt课件,EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV,由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8,例:用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉的温度。已知冷端温度t0=30,测得热电势EAB(t,t0)为33.29mV,求加热炉的温度。,所以加热炉
18、的温度为829.8。,解:查镍铬-镍硅热电偶分度表得EAB(30,0)=1.203mV。,40,ppt课件,2.补偿导线法,(1)补偿导线:在一定温度范围内(0100),和所连接使用的热电偶具有相同热电性能的两种廉价金属材料。,补偿导线外形,A,B,屏蔽层,保护层,绝缘层,41,ppt课件,(2)补偿导线的形式 按照补偿原理,可以分为补偿型和延伸型。,按照结构,可以分为普通型和带屏蔽层型。按照使用温度,可以分为一般用(0100)和耐热用(0200)。,42,ppt课件,(3)使用补偿导线不会影响热电偶的热电特性。,已知:,求证:。,证明:,由已知,,43,ppt课件,把热电偶的冷端延伸到远离被
19、测对象且恒温或温度波动比较小的地方,改善热电偶测温线路的机械与物理性能。,(4)补偿导线的作用,节省贵金属和性能稳定的稀有金属热电偶材料,降低测量线路的成本。,结构形式与电缆一样,便于实际安装使用和线路敷设;若用直径粗、电导系数大的补偿导线,还可以减少测量回路电阻。,44,ppt课件,(5)使用补偿导线的注意事项,各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用,热电偶和所配用的补偿导线在规定温度范围(0200)内热电特性必须相同。由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同,因此各种热电偶和所配用的补偿导线两个连接点的温度必须相同,而且不得超过规定的使用温度(0100)。补偿导线和热电偶、显示仪表连接时,正
20、负极极性不能接错,而且两对连接点处于相同的温度。,45,ppt课件,3.冰点槽法:一个标准大气压下,人为制作一个冰水两相共存的温度恒为0的冰点槽,将热电偶冷端置于其中,从而保持冷端温度恒定。,测量准确度高,使用麻烦,只适用于实验室,工业生产中一般不采用。,46,ppt课件,4.显示仪表机械零点调整法,机械零点:指仪表在没有外加输入电源的情况下,指针在标尺上停留的位置。(一般为仪表的刻度起始点,即仪表测量下限。),若tn为冷端温度,机械零点调整法表面是通过机械的手段,在测温回路开路时人为给仪表的刻度起始点调到tn位置,实质上相当于在输入热电偶热电势之前,给显示仪表叠加了一个电势EAB(tn,0)
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