第三章第五节温度

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1、第三章 检测仪表与传感器第一节第一节 概述概述第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表第七节第七节 显示仪表显示仪表第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表一、温度检测方法一、温度检测方法二、热电偶温度计二、热电偶温度计三、热电阻温度计三、热电阻温度计五、电动温度变送器五、电动温度变送器八、测温仪表的选用及安装八、测温仪表的选用及安装一、温度检测方法一、温度检测方法温度测量仪表的分类：按测量方式分为两大类。温度测量仪表的分类：按测量方式分为两大类。接触式测温仪表接触

2、式测温仪表 热热电电偶偶温温度度计计热热电电阻阻温温度度计计压压力力式式温温度度计计双双金金属属温温度度计计非接触式测温仪表非接触式测温仪表 辐射高温计辐射高温计光学高温计光学高温计1 1、膨胀式温度计、膨胀式温度计 双金属温度计：双金属温度计：两种两种线膨胀系数不同线膨胀系数不同的金属薄片的金属薄片叠焊在一起制成。叠焊在一起制成。 一端固定，另一端自由。受热后由于两种金属片一端固定，另一端自由。受热后由于两种金属片 的膨胀长度不同而产生弯曲变形。的膨胀长度不同而产生弯曲变形。 弯曲程度与温度成比例。弯曲程度与温度成比例。 基于物体基于物体受热时体积膨胀受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制

3、成的。图图3-52 双金属片双金属片 膨胀式温度计膨胀式温度计 膨胀式温度计膨胀式温度计2 2、压力式温度计、压力式温度计 由由温包、毛细管和弹簧管温包、毛细管和弹簧管构成构成封闭系统。封闭系统。 利用液体的蒸发或气体的膨胀而利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行温度测量。引起的压力变化进行温度测量。 (1) 温温 包包：传热、容纳膨胀介质；：传热、容纳膨胀介质； (2) 毛细管毛细管：传递压力的变化；：传递压力的变化；在同在同样的长度下毛细管越细，仪表的精度样的长度下毛细管越细，仪表的精度就越高。就越高。 (3) 弹簧管弹簧管：显示压力（温度）。：显示压力（温度）。图图3-54 应用

4、应用压力随温度的变化压力随温度的变化来测温。来测温。 对于一定质量的液体或气体，如果对于一定质量的液体或气体，如果V一定，则一定，则)(00ttPPtt 气、液体的体积膨胀系数；气、液体的体积膨胀系数；气体的压缩系数气体的压缩系数。 蒸汽蒸汽（低沸点丙酮、乙醚）（低沸点丙酮、乙醚） 气体气体（氮气、氢气）（氮气、氢气） 感温介质：感温介质： 液体液体（水银或有机液体）（水银或有机液体）3、辐射式温度计、辐射式温度计 基于物体基于物体热辐射作用热辐射作用来测量温度的仪表。来测量温度的仪表。 广泛用来测量高于广泛用来测量高于800的温度。的温度。第五节第五节 温度测量及变送温度测量及变送一、温度检

5、测方法一、温度检测方法二、热电偶温度计二、热电偶温度计三、热电阻温度计三、热电阻温度计五、电动温度变送器五、电动温度变送器八、测温仪表的选用及安装八、测温仪表的选用及安装二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶温度计是以热电偶温度计是以热电效应热电效应为基础的测温仪表。为基础的测温仪表。由三部分组成：由三部分组成：热电偶、测量仪表和连接导线热电偶、测量仪表和连接导线。（1 1）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理 热电效应热电效应( (热电现象）：热电现象）： 由两种由两种不同成份的均质导体不同成份的均质导体组成组成闭合回路闭合回路, ,当当两端存在温差两端存在温差时时, ,回路回路中有电流通

6、过中有电流通过, ,即即两端存在热电势两端存在热电势。1 1、热电偶、热电偶图图3-55 热电偶温度计测温系热电偶温度计测温系统示意图统示意图1-热电偶热电偶, 2-导线导线, 3-测量仪表测量仪表t0t0t123图图3-56热端热端冷端冷端热电极热电极图图3-57热端热端tt0冷端冷端tt01）接触电势）接触电势 由两种由两种电子密度不同电子密度不同的导体相互接触所产生的电势。的导体相互接触所产生的电势。 eAB(t) 的大小的大小取决于两导体材料及接触点温度取决于两导体材料及接触点温度。 当材料一定时，该电势大小当材料一定时，该电势大小只与接触点温度有关只与接触点温度有关，故称为热电势故称

7、为热电势,记作记作eAB(t) 注脚注脚A表示正极金属，表示正极金属，B表示负表示负极金属极金属热电势包括热电势包括接触电势接触电势和和温差电势。温差电势。)(tfE 图图3-58 接触电势形成的过程接触电势形成的过程 金属金属A就因失去电子就因失去电子而带正电，而带正电， 金属金属B则因得到电子则因得到电子而带负电。而带负电。且有且有eAB=-eBA。 2 2）温差电势）温差电势 在同一导体材料的在同一导体材料的两端因其温度不同两端因其温度不同而产生的电势。而产生的电势。 温差电势温差电势eA(t,t0)与与eB(t,t0)的大小的大小只与导体的材料和只与导体的材料和导体两端温度导体两端温度

8、t、t0有关有关。与导体长度、截面大小及沿与导体长度、截面大小及沿长度上的温度分布情况无关。长度上的温度分布情况无关。 Att0eA(t,t0)Btt0eB(t,t0)由于温差电势远小于接触电势，常将其忽略不计。由于温差电势远小于接触电势，常将其忽略不计。则此闭合回路中总电势可表示为：则此闭合回路中总电势可表示为： )()(),()()(),(0000tetettEtetettEBAABABAB 或或eAB(t0)eAB(t)ABt0t+-+-图图3-59 热电偶原理及电路图热电偶原理及电路图(b)(a)(3-64)结论：结论：1.热电偶必须采用两种不同的导体组成；热电偶必须采用两种不同的导体

9、组成；2.必须有温差；必须有温差；5.热电偶产生的热电势只与不同的导体有关，与两端热电偶产生的热电势只与不同的导体有关，与两端温差有关。温差有关。与导体的长度、粗细无关。与导体的长度、粗细无关。4.热电偶热电偶两接点温度相同两接点温度相同，则尽管导体，则尽管导体A、B材料材料不同，热电偶回路的不同，热电偶回路的总热电势为零总热电势为零。3.组成热电偶回路的组成热电偶回路的两种材料相同两种材料相同，则无论接点温度，则无论接点温度如何，热电偶回路的如何，热电偶回路的总热电势为零总热电势为零。(2) 第三导体定律第三导体定律 在图在图(b)中中2，3接点的温度相同均接点的温度相同均为为t0 ,故总电

10、势为：故总电势为：E (t，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0) 因为，在回路中只要因为，在回路中只要各接点的温度相各接点的温度相同同，则回路，则回路总电势为零总电势为零。 若若A、B、C三种金属丝组成的闭合回三种金属丝组成的闭合回路中，各接点温度相同，则有：路中，各接点温度相同，则有：E (t0，t0)=eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)= 0则：则：- eAB(t0)= eBC(t0)+eCA(t0)代入式代入式(3-69)得得E (t，t0)=eAB(t) - eAB(t0) (3-69)(3-70)(3-71)结论：热电偶回路接入第三种导体结论：热电偶回路接

11、入第三种导体,只要与第三种导只要与第三种导体相接的两接点温度相同体相接的两接点温度相同, ,则对热电偶回路中电势无则对热电偶回路中电势无影响。影响。（3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类热电极材料应满足以下的要求：热电极材料应满足以下的要求：a.物理稳定性要高物理稳定性要高,即即热电性能稳定热电性能稳定,在测温范围内在测温范围内不随时间变化。不随时间变化。b.化学稳定性要高化学稳定性要高,即在高温下不被氧化和腐蚀。即在高温下不被氧化和腐蚀。 e.电阻温度系数小电阻温度系数小,导电率要高导电率要高,即温度升高即温度升高,导体导体 的阻值不要变化太大。的阻值不要变化太大。f. 热电势与温度成热电