仪表培训教材温度仪表.ppt

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1、中海石油（中国）有限公司湛江分公司,海上员工入职理论培训仪表,2,目 录,温度参数温度仪表的分类双金属温度计热电偶温度计热电阻温度计,3,温度参数,温度是个很重要的物理量，它是国际单位制(SI)中7个基本物理量之一，也是工业生产中的主要工艺参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，大多数生产过程均是在一定温度范围内进行的。因此，温度的测量是保证生产正常进行，确保产品质量和安全生产的关键环节。1、温标 温标是表示物体冷热程度的物理量。用来度量物体温度高低的标尺叫做温度标尺，简称温标。它规定了温度的起点和测量温度的基本电位。各种温度计的分度值都是由温标决定的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温

2、标和国际实用温标，我国法定计量单位现已采用了这两种温标。,4,温度参数,1)、摄氏温标 摄氏温标是根据物体受热后体积膨胀的性质建立起来的，一般用符号t表示，单位是度，记作。规定在标准大气压下冰的融点为零度(0)，将水的沸点定为100，在0一100之间划分一百等份，每一等份为摄氏1度(1)。摄氏温标是工程上通用的温度标尺。2)、国际实用温标 国际温标是一个国际协议性温标。选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点，规定了不同温度范围内的标准仪器如铂电阻、铂锗铂热电偶和光学温度汁等。建立了标准仪器的示值与国际温标关系的补插公式，应用这些公式可以求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。,5,温度测

3、量仪表的分类,温度测量范围广，测温仪表的种类也很多。按工作原理分：有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射式等；按测量方式分，有接触式和非接触式两类。温度不同的两物体相互接触由于它们之间有温差存在，热量就会从高温物体向低温物体传递，如果这两个物体与外界无能量交换，则经过足够长的时间两者就会达到热平衡状态即传热量为零，两者温度相等。接触式测温就是基于这一原理。接触式测温为了实现精确测量必须使温度计的感温部件与被测物体有良好的接触，它可以得到被测物体的真实温度，一般来说测温的准确性较高，应用广泛，但因感温部件与被测物体之间产生的热传递，会存在一定的测量滞后。特别对于热容量较小的被测对象还会因传热而破坏被测

4、物体原有的温度场。测温上限也受到感温材料耐温性能的限制。,6,温度测量仪表的分类,非接触式测温目前在工业上还是以辐射式测温为主，它的特点是感温元件不与被测物体相接触，而通过被测物体与感温元件之间的热辐射作用实现测温，因而不会破坏被测对象的温度场，不仅可以测量移动或转动物体的温度而且可以通过扫描的方法测得物体表面的温度分布。但辐射式测温一般只能测得亮度温度或辐射温度，为了求得真实温度，还必须根据被测对象的温度对测量值进行修正，另外还可能受到发射率、距离、烟尘等影响，故测温的准确性一般不高，通常仅用于高温测量。,7,温度测量仪表的分类,8,玻璃管液体温度计,基于物体受热体积膨胀的性质而制成的温度计

5、叫做膨胀式温度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大类。液体膨胀式温度计中应用员广泛的是玻璃管液体温度计，其结构简单、使用方便、精确度高、价格低廉。1)、测温原理 如图所示当破璃温包插入被测介质中，由于被测介质的温度变化，使感温液体膨胀或收缩，因而沿毛细管上升或下降，出刻度标尺显示出温度的数值。2)、结构与分类 玻璃管温度计按其结构可分为三种；棒状温度计、内标尺式温度计和外标尺式温度计。棒状温度计的标尺直接刻在玻璃管的外表面上。内标尺式温度计有乳白色的玻璃片温度标尺，该标尺放置在连通玻璃温包的毛细管后面，将毛细管和标尺一起变在玻璃管内，此温度计热惰性较大，但观测比较方便。外标尺式温度计是

6、将连通玻璃温包的毛细管固定在标尺板上，这种温度计多用来测量室温。,9,压力式温度计,压力式温度计是根据封闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸气压，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力表来测量此变化，从而测得温度。1)、测温原理 对一定质量的气体或液体，如果它的体积一定，则它的压力与温度之间的关系可用下式表示：Pt-Pt=k(t-t)式中：Pt气体、液体在一定体积的容器内温度为t 时的压力 Pt气体、液体在一定体积的容器内温度为t时的压力 由上式可以看出，当密封系统的容积不变时，气体或液体的压力与温度成线性关系，由此原理制成的压力式温度计的标尺应为均匀刻度。蒸气的压力与温度之间

7、也呈一定的函数关系。达就是压力温度计的测温原理。,10,压力式温度计,压力式温度计的基本结构是由充有感温介质的温包、传压元件(毛细管)及压力敏感元件(弹笑管)构成的合金同组件。温包内充填的感温介质有气体、液体及蒸发液体等。测温时将温包置于被测介质中，温包内的工作物质因温度升高体积膨胀而导致压力增大。该压力变化经毛细管传给弹簧管并使其产生一定的形变然后借助齿轮或杠杆等传动机构，带动指针转动，指示出相应的温度。由此可见，温包、毛细管及弹簧管是压力式温度计的三个主要部分，其性能对该温度计的精度影响极大。,11,温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体间热交换以及物体的某些物理性质随温度变化的特性间

8、接测量，现场温度仪表大部分均为接触式测温仪表，主要有双金属温度计，热电阻，热电偶三种测温方法。1、双金属温度计 利用两种膨胀系数不同的金属元件来测量温度的温度计称双金属温度计。它是一种固体膨胀式温度计。其结构简单、牢固，可部分取代水银温度计，用于气、液体及蒸汽的温度测量。采用双金属温度计是解决汞害的一条途径，因而近几年发展很快。双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的。双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而产生弯曲变形弯曲的程度与温度高低成比例。,双金属温度计,12,双金属温度计,为了提高仪表的灵敏度，工业上应用的双金属温度计是将双金属片制成螺旋形，如图所示，一端固定在

9、测量管的下部，另一端为自由端，与插入螺旋形双金属片的中心轴焊接在一起。当被测温度发生变化时，双金属片自由端发生位移，使中心轴转动，经传动放大机构，由指针指示出被测温度值。其实际结构如图所示，它是一种轴向结构除此之外还有一种径向结构，即刻度盘平面与保护管轴线成平行方向连接。可按生产操作中安装条件及观察方便来选择轴向与径向结构。,13,双金属温度计,双金属温度计1指针；2表壳；3金属保护套管；4指针轴；5双金属片6固定端；7仪表盘；8温度表,14,双金属温度计实物图,双金属温度计,温度计探杆,温度计表盘,15,热电偶温度计,热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。它的测量范围广，结构简单，使用方

10、便，测温准确可靠，便于信号的远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产和科研领域中应用极为普遍。1、热电偶的测温原理 热电偶温度计由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。下图是最简单的热电偶温度计示意图。,16,热电偶温度计,测温原理 按上图组成的热电偶温度计，如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和相接触电势两部分组成,热电偶温度计1热电偶；2导线（或补偿导线）；3显示仪表,17,热电偶温度计,温差电势：它是在同一导体材料的两端因其温度不同而产生的一种热电势。当同一导体两端

11、温度不同时，由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子比从低温端跑到高温端的电于数量要多，结果高温端因失去电子而显正电，低温端由于得到电子而显负电，从而在高、低温两端会形成一个由高温端指向低温端的静电场。该电场将阻止电于从高温端跑向低温端，同时加速电子从低温端向高温端移动，最后达到动态平衡，即从高温端跑向低温端的电子数等于从低温端他向高温端的电子数，则高、低温两端之间便形成一个电位差，会在导体内部产生电势此电势称为温差电势，此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体长度、截面大小及沿导体长度上的温度分布无关。,18,热电偶温度计,接触电势：它是两种电子密度不同

12、的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且NaNb，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散利导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电，导体B获很电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到4的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高

13、，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，致使接触面处所产生的电场强度越高，因而接触电势也就越大。,19,热电偶温度计,现将工业上最常用的(已标准化)几种热电偶介绍如下：1)、铂铑30铂铑6热电偶(分度号为B)它也称双铂铑热电偶，是20世纪60年代发展起来的一种典型的高温热电偶。以铂铑30(铂70，铑30)为正极、铂铑(铂94，铑6)为负极，测温上限长期可达1600短期可达1800。其热电特性在高温下更为稳定，适于在氧化性或中性介质中使用，但它产生的热电势小、价格高。在室温下热电势极小(25时为2uv，50时为3uv)，因此当冷端湿度在40 C以下范围使用时、一般不需要进行冷端

14、温度补偿。,20,热电偶温度计,2)、铂铑10铂热电偶(分度号为5)铂铭10为正极，纯铂丝为负极，测温上限长期使用为1300，短期可达1600，适于在氧化性及中性介质中使用，物理化学性能稳定，耐高温，不易氧化，在所有的热电偶中，它的精度最高可用于精密温度测量和做基准热电偶。但价格高，热电势小，线性较差，在还原介质及金属蒸汽中使用易于污染变质，在真空下只能短期使用。3)、镍铬镍硅热电偶(分度号为K)镍铬为正极，镍硅为负极，测温上限长期使用为1000、短期使用可达1200。此热电偶由于正、负极材料中部含镍，故抗氧化性抗腐蚀性好，500以下可用于氧化性及还原性介质中。500以上只宜在氧化性和中性介质

15、个使用。热电势与温度近似为线性，热电势比铂铑铂热电偶高34倍，价格便宜，应用广泛。,21,热电偶温度计,4)、镍铬康铜热电偶(分度号为E)镍铬为正极，康铜(含镍40的铜镍合金)为负极，测温范围为200870，但在750以上只宜短期使用。该热电偶稳定性好，使用条件同K型热电偶，但热电势比K型热电偶高倍，价格低廉，并可用于低温测量，尤其适宜在0以下使用，而正在湿度大的情况下、较其它热电偶耐腐蚀。5)、铜康铜热电偶(分度号为T)该热电偶正极为纯铜，负极为康铜，适用测温范围一般为200300，短期可达350。在廉价金属热电偶中它的精确度高。稳定性好，低温测量灵敏度高，可用于真空、氧化、还原及中性介质中

16、，但由于铜在高温时易氧化，故一般使用时不超过300，因铜热电极的热导率高，低温下易引入误差。,22,热电偶温度计,6)、铁康铜热电偶(分度号为J)该热电偶正极为铁，负极为康铜，一般测温范围为40750。它是廉价金届热电偶，适用的介质同铜康铜热电偶，这种热电偶在700以下线性非常好，具有较高的灵敏度。由于铁易氧化生锈，故它不能在高温或含硫的介质中使用。,23,铠装热电偶,铠装热电偶是我国20世纪60年代发展起来的测温元件。它较好地解决了普通热电偶体积及热惯性较大，对被测对象温度场影响较大，不易在热容量较小的对象中使用，在结构复杂弯曲的对象上不便安装等问题。所谓铠装热电偶是将热电偶丝与绝缘材料及金

17、属套管经整体拉伸工艺加工而成的坚实组合体，如下图所示。安管材料一般采用不锈钢或镍基高温合金热电极和套管之间填满了绝缘材料的粉末，绝缘材料采用高纯度脱水氧化镁或氧化铝粉末。热电极有单丝、双丝及四丝等。,24,铠装热电偶,铠装型热电偶的外径为0.25-12mm，热电极直径为0.035一1.3mm，套管壁厚为，长度可以根据需要任意裁取或选购，最长可达100m。热电偶冷端可以用接线盒或其它形式的接插件与外部导线连接。,1接线盒；2金属套管；3固定装置；4绝缘材料；热电偶丝,25,热电偶的冷端补偿,热电偶的分度表均是在冷端温度为0的条件下热电势与温度(t)之间的关系，因此要求在热电偶测温时，冷端必须保持

18、在0，否则将产生误差。但在工业上使用时，要使冷端保持在0是比较因难的，因此，要根据不同的使用条件及要求的测量精度对热电偶冷端采用一些不同的处理方法。1)、补偿导线延伸法 由于热电偶一般做得比较短(除铠装热电偶外)，特别是贵金属热电偶就更短。这样热电偶的冷端离被测对象很近，使冷端温度较高且波动较大。如果把热电偶做得很长，使冷端延伸到温度比较稳定的地方，这种方法由于热电极不便于敷设，且对于贵金属热电偶很不经济。解决这个问题的方法是采用一种专用导线将热电偶的冷端延伸出来，这种导线也是由两种材料制成在一定温度范围内(100以下)与所连接的热电偶具有相同或十分相近的热电特性，其材料又是廉价金属，称为补偿

19、导线。,26,热电偶的冷端补偿,2)、冰点法 热电偶的分度表都是在冷端温度为0的情况下制定的，如果将冷端置于能保持温度为0的冰点槽内，则测得的热电势就代表被测的实际温度。3)、仪表零点校正法 如果热电偶冷端温度比较恒定，与之配用的显示仪表机械零点调整又比较方便，则可采用此种方法实现冷端温度补偿。若冷端温度t0已知，可将显示仪表的机械零点直接调至t0处，这相当于在插入热电偶热电势之前就结显示仪表输入了一个电势E(t0，0)，因为与热电偶配套的显示仪表是根据分度表刻度的，这样在接入热电偶之后，使得输入显示仪表的电势相当于E(t,t0)E(t0,0)E(t,0)，因此显示仪表可显示热端的温度t。,2

20、7,热电偶的冷端补偿,4)、补偿电桥法 补偿电桥法是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化，又称为冷端补偿器。,28,热电阻温度计,热电阻温度计是一种较为理想的高温测量仪表，但在测量较低温度时，由于产生的热电势较小，测量精度相应降低。因此在200500温度范围内，一般使用热电阻温度计测量效果较好。热电阻温度计是由热电阻、连接导线及显示仪表所组成，如图所示。由于热电阻输出的是电阻信号，所以热电阻温度计与热电偶温度计一样，也便于远距离显示或传送信号。但是由于热电阻温度计的感温部件热电阻的体积较大，因此热容量较大，动态持性则不如热电偶。,29,热电阻温度计实物图,热电阻

21、温度变送器,温井,30,热电阻温度计,1、热电阻的测温原理 热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。大多数金属导体当温度上升1时，其电阻值均增大0.4-0.6；而半导体当温度上升1时，其电阻值则下降3-6。Pt100热电阻测温原理：纯铂丝的电阻值随其外界温度变化而变化。2、金属热电阻 作为电阻温度计感温元件的热电阻，分为金属热电阻和半导体热电阻两类，其中以金属热电阻应用较多。一般对热电阻材料要求如下：(1)电阻温度系数大，即灵敏度高；(2)物理化学性能稳定，能长期适应较恶劣的测温环境；(3)电阻串要大，以使电阻体积较小，减小测温的热惯性；(4)电阻与温

22、度之间近似为线性关系；(5)价格低廉，便于复制。,31,热电阻温度计结构,普通热电阻结构：金属热电阻感温元件一般由电阻体、引线、绝缘子、保护套管及接线盒等组成电偶相似。热电阻通常也有普通型和铠装型等结构形式。下图为普通型热电阻的结构图：,1电阻体；2引线，3绝缘体；4一保护套管 5接线盒；6固定螺 纹,32,常用热电阻温度计,1)、铂电阻 铂电阻由纯铂电阻丝绕制而成，其使用温度范围(按国际电工协会IEC标准)为200850。铂电阻的特点是精度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化学性能稳定。另外它易提纯，复制性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝(直径可达0.02mm或更细)或极薄铂箔，与其它热电

23、阻材料相比，有较高电阻串。因此，它是一种较为理想的热电阻材料，除作为一般工业测温元件外，还可作为标准器件。但它的缺点是电阻温度系数小，电阻与温度里非线性，高温下不宜在还原性介质中使用，而且价格较贵。一般工业上常用的铂电阻，我国规定的分度号为Ptl0和Ptl00。即相应0时的电阻分别为及。10欧姆和RD100欧姆。Ptl0的电阻温度计电阻丝较粗，主要应用于600以上的温度测量。,33,常用热电阻温度计,2)、铜电阻 铜电阻一般用于50150范围的温度测量。它的特点是电阻值与温度之间基本为线性关系，电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，但它的电阻率低，易氧化，所以在温度不同，测温元件体积无特殊限制时，可以使用铜电阻温度计。,34,Pt铂100热电阻分度表,35,热电阻温度变送器的校验,热电阻温度变送器的校验1、确认热电阻的型号（是Pt10,Pt100,Pt1000电阻中的哪一种）2、依据热电阻的型号来查找各不同温度对应的热电阻值；3、安装校验其它型号的两线制变送器的接线方法接线；4、将连接在变送器上的热电阻拆除；5、按变送器是两线，三线，四线来接上标准电阻箱；6、按照步骤2查得的数值来给变送器输入电阻，看变送器的输出是否正确,36,THANKS！,