专题一温度压力流量仪表.ppt
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1、第一节第一节 温度仪表温度仪表温度参数 温温度度是是个个很很重重要要的的物物理理量量,它它是是国国际际单单位位制制(SI)(SI)中中7 7个个基基本本物物理理量量之之一一,也也是是工工业业生生产产中中的的主主要要工工艺艺参参数数。物物体体的的许许多多物物理理现现象象和和化化学学性性质质都都与与温温度度有有关关,大大多多数数生生产产过过程程均均是是在在一一定定温温度度范范围围内内进进行行的的。因因此此,温温度度的的测测量量是是保保证证生生产产正正常常进进行行,确确保保产产品品质质量量和和安安全全生生产产的的关关键键环环节。节。1 1、温标、温标 温标是表示物体冷热程度的物理量。用来度量物体温温
2、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标和国温标决定的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标和国际实用温标,我国法定计量单位现已采用了这两种温标。际实用温标,我国法定计量单位现已采用了这两种温标。温度参数1)1)、摄氏温标、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,摄氏温标是根据物体受热后体积膨胀的性质建立起来的,一般用符号一般用符
3、号t t表示,单位是度,记作表示,单位是度,记作。规定在标准大气压下。规定在标准大气压下冰的融点为零度冰的融点为零度(0)(0),将水的沸点定为,将水的沸点定为100100,在,在0 0一一100100之间划分一百等份,每一等份为摄氏之间划分一百等份,每一等份为摄氏1 1度度(1)(1)。摄氏温标是。摄氏温标是工程上通用的温度标尺。工程上通用的温度标尺。2)2)、国际实用温标、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
4、如铂电阻、铂锗准仪器如铂电阻、铂锗铂热电偶和光学温度汁等。建立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式可以求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。温度测量仪表的分类 温度测量范围广,测温仪表的种类也很温度测量范围广,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,有接触式和非接以及辐射式等;按测量方式分,有接触式和非接触式两类。触式两类。玻璃管液体温度计 基基于于物物体体受受热
5、热体体积积膨膨胀胀的的性性质质而而制制成成的的温温度度计计叫叫做做膨膨胀胀式式温度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大类。温度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大类。1)1)、测温原理、测温原理 当破璃温包插入被测介质中,由于被测介质的温度变化,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。尺显示出温度的数值。2)2)、结构与分类、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
6、计和外标尺式温度计。棒状温度计的标尺直接刻在玻璃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,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,起变在玻璃管内,此温度计热惰性较大,压力式温度计 压压力力式式温温度度计计的的基基本本结结构构是是由由充充有有感感温温介介质质的的温温包包、传传压压元元件件(毛毛细细管管)及及压压力力敏敏感感元元件件(弹弹笑笑管管)构构成成的的合合金金同同组组件
7、件。温温包包内内充充填填的的感感温温介介质质有有气气体体、液液体体及及蒸蒸发发液液体体等等。测测温温时时将将温温包包置置于于被被测测介介质质中中,温温包包内内的的工工作作物物质质因因温温度度升升高高体体积积膨膨胀胀而而导导致致压压力力增增大大。该该压压力力变变化化经经毛毛细细管管传传给给弹弹簧簧管管并并使使其其产产生生一一定定的的形形变变然然后后借借助助齿齿轮轮或或杠杠杆杆等等传传动动机机构构,带带动动指指针针转转动动,指指示示出出相相应应的的温温度度。由由此此可可见见,温温包包、毛毛细细管管及及弹弹簧簧管管是是压压力力式式温温度度计计的的三三个个主主要要部部分分,其性能对该温度计的精度影响极
8、大。其性能对该温度计的精度影响极大。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接测量,现场温度仪及物体的某些物理性质随温度变化的特性间接测量,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,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。热电偶三种测温方法。1 1、双金属温度计、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,
9、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。弯曲变形弯曲的程度与温度高低成比例。双金属温度计热电偶温度计 热电偶温度
10、计是以热电效应为基础的测温仪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,使用方便,测表。它的测量范围广,结构简单,使用方便,测温准确可靠,便于信号的远传、自动记录和集中温准确可靠,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控制,因而在工业生产和科研领域中应用极为普遍。遍。1 1、热电偶的测温原理、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表三部分组成。下图是最简单的热电偶温度计示意图。意图。热电偶温度计测温原理测温原理 按上图组成的热电偶温度计,如
11、果将热电偶的热端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中就会产生热电势,这种物理现象就称为热电现象(即热即热电效应电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和相接。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触电势两部分组成热电偶温度计热电偶温度计1热电偶;热电偶;2导线(或补偿导线);导线(或补偿导线);3显示仪表显示仪表热电偶温度计 温温差差电电势势:它它是是在在同同一一导导体体材材料料的的两两端端因因其其温温度度不不同同而而产产生
12、生的的一一种种热热电电势势。当当同同一一导导体体两两端端温温度度不不同同时时,由由于于高高温温端端的的电电子子能能量量比比低低温温端端的的电电子子能能量量大大,因因而而从从高高温温端端跑跑到到低低温温端端的的电电子子比比从从低低温温端端跑跑到到高高温温端端的的电电于于数数量量要要多多,结结果果高高温温端端因因失失去去电电子子而而显显正正电电,低低温温端端由由于于得得到到电电子子而而显显负负电电,从从而而在在高高、低低温温两两端端会会形形成成一一个个由由高高温温端端指指向向低低温温端端的的静静电电场场。该该电电场场将将阻阻止止电电于于从从高高温温端端跑跑向向低低温温端端,同同时时加加速速电电子子
13、从从低低温温端端向向高高温温端端移移动动,最最后后达达到到动动态态平平衡衡,即即从从高高温温端端跑跑向向低低温温端端的的电电子子数数等等于于从从低低温温端端他他向向高高温温端端的的电电子子数数,则则高高、低低温温两两端端之之间间便便形形成成一一个个电电位位差差,会会在在导导体体内内部部产产生生电电势势此此电电势势称称为为温温差差电电势势,此此电电势势只只与与导导体体性性质质和和导导体体两两端端的的温温度度有有关关,而而与与导导体体长长度度、截截面面大大小小及及沿沿导导体体长长度度上上的的温温度度分分布布无关。无关。热电偶温度计 接接触触电电势势:它它是是两两种种电电子子密密度度不不同同的的导导
14、体体相相互互接接触触时时产产生生的的一一种种热热电电势势。当当两两种种不不同同的的导导体体A A和和B B相相接接触触时时,假假设设导导体体A A和和B B的的电电子子密密度度分分别别为为NaNa和和NbNb并并且且NaNaNbNb,则则在在两两导导体体的的接接触触面面上上,电电子子在在两两个个方方向向的的扩扩散散率率就就不不相相同同,由由导导体体A A扩扩散散利利导导体体B B的的电电子子数数比比从从B B扩扩散散到到A A的的电电子子数数要要多多。导导体体A A失失去去电电子子而而显显正正电电,导导体体B B获获很很电电子子而而显显负负电电。因因此此,在在A A、B B两两导导体体的的接接
15、触触面面上上便便形形成成一一个个由由A A到到B B的的静静电电场场,这这个个电电场场将将阻阻碍碍扩扩散散运运动动的的继继续续进进行行,同同时时加加速速电电子子向向相相反反方方向向运运动动,使使从从B B到到4 4的的电电子子数数增增多多,最最后后达达到到动动态态平平衡衡状状态态。此此时时A A、B B之之间间也也形形成成一一电电位位差差,这这个个电电位位差差称称为为接接触触电电势势。此此电电势势只只与与两两种种导导体体的的性性质质相相接接触触点点的的温温度度有有关关,当当两两种种导导体体的的材材料料一一定定,接接触触电电势势仅仅与与其其接接点点温温度度有有关关。温温度度越越高高,导导体体中中
16、的的电电子子就就越越活活跃跃,由由A A导导体体扩扩散散到到B B导导体体的的电电子子就就越越多多,致致使使接接触触面面处处所所产生的电场强度越高,因而接触电势也就越大。产生的电场强度越高,因而接触电势也就越大。热电偶温度计工业上最常用的工业上最常用的(已标准化已标准化)几种热电偶:几种热电偶:1)1)、铂铑、铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶热电偶(分度号为分度号为B)B)2)2)、铂铑、铂铑1010铂热电偶铂热电偶(分度号为分度号为5)5)3)3)、镍铬、镍铬镍硅热电偶镍硅热电偶(分度号为分度号为K)K)4)4)、镍铬、镍铬康铜热电偶康铜热电偶(分度号为分度号为E)E)5)5)、铜康铜热电偶
17、、铜康铜热电偶(分度号为分度号为T)T)6)6)、铁、铁康铜热电偶康铜热电偶(分度号为分度号为J)J)铠装热电偶 铠铠装装型型热热电电偶偶的的外外径径为为0.25-12mm0.25-12mm,热热电电极极直直径径为为0.0350.035一一1.3mm1.3mm,套套管管壁壁厚厚为为0.12-0.60mm0.12-0.60mm,长长度度可可以以根根据据需需要要任任意意裁裁取取或或选选购购,最最长长可可达达100m100m。热热电电偶偶冷冷端端可可以以用用接接线盒或其它形式的接插件与外部导线连接。线盒或其它形式的接插件与外部导线连接。1接线盒;接线盒;2金属套管;金属套管;3固定装置;固定装置;4
18、绝缘材料;热电偶丝绝缘材料;热电偶丝热电偶的冷端补偿 热电偶的分度表均是在冷端温度为热电偶的分度表均是在冷端温度为00的条件下热电势与温度的条件下热电势与温度(t)(t)之之间的关系,因此要求在热电偶测温时,冷端必须保持在间的关系,因此要求在热电偶测温时,冷端必须保持在00,否则将产,否则将产生误差。但在工业上使用时,要使冷端保持在生误差。但在工业上使用时,要使冷端保持在00是比较因难的,因此是比较因难的,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,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。同的处理方法。1)1)、补偿导线延伸法、补偿导线延伸
19、法 由于热电偶一般做得比较短由于热电偶一般做得比较短(除铠装热电偶外除铠装热电偶外),特别是贵金属热,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
20、是由两种材料制成在一定温度范围内延伸出来,这种导线也是由两种材料制成在一定温度范围内(100(100以下以下)与所连接的热电偶具有相同或十分相近的热电特性,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,称为补偿导线。其材料又是廉价金属,称为补偿导线。热电偶的冷端补偿2)2)、冰点法、冰点法 热电偶的分度表都是在冷端温度为热电偶的分度表都是在冷端温度为00的情况下制定的情况下制定的,如果将冷端置于能保持温度为的,如果将冷端置于能保持温度为00的冰点槽内,则测的冰点槽内,则测得的热电势就代表被测的实际温度。得的热电势就代表被测的实际温度。3)3)、仪表零点校正法、仪表零点校正法
21、 如果热电偶冷端温度比较恒定,与之配用的显示仪表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。若冷端温度温度补偿。若冷端温度t0t0已知,可将显示仪表的机械零已知,可将显示仪表的机械零点直接调至点直接调至t0t0处,这相当于在插入热电偶热电势之前就处,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结显示仪表输入了一个电势E(t0E(t0,0)0),因为与热电偶配,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
22、得输入显示仪表的电势相当于之后,使得输入显示仪表的电势相当于E(t,t0)E(t,t0)E(t0,0)E(t0,0)E(t,0)E(t,0),因此显示仪表可显示热端的温度,因此显示仪表可显示热端的温度t t。热电偶的冷端补偿4)、补偿电桥法、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。称为冷端补偿器。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
23、量精度相测量较低温度时,由于产生的热电势较小,测量精度相应降低。因此在应降低。因此在200200500500温度范围内,一般使用热温度范围内,一般使用热电阻温度计测量效果较好。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或传送信号。但是由于热电阻温度计的感温部件热热电阻的体积较大,因此热容量较大,
24、动态持性则不如热电阻的体积较大,因此热容量较大,动态持性则不如热电偶。电偶。热电阻温度计1 1、热电阻的测温原理、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。定函数关系的原理实现温度测量的。P Pt t100100热电阻测温原理:纯铂丝的电阻值随其外界温度变化热电阻测温原理:纯铂丝的电阻值随其外界温度变化而变化。而变化。2 2、金属热电阻、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
25、。一般对热电阻导体热电阻两类,其中以金属热电阻应用较多。一般对热电阻材料要求如下:材料要求如下:(1)(1)电阻温度系数大,即灵敏度高;电阻温度系数大,即灵敏度高;(2)(2)物理化学性能稳定,能长期适应较恶劣的测温环境;物理化学性能稳定,能长期适应较恶劣的测温环境;(3)(3)电阻串要大,以使电阻体积较小,减小测温的热惯性;电阻串要大,以使电阻体积较小,减小测温的热惯性;(4)(4)电阻与温度之间近似为线性关系;电阻与温度之间近似为线性关系;(5)(5)价格低廉,便于复制。价格低廉,便于复制。热电阻温度计结构普通热电阻结构: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、保金属
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