《温度检测仪表》PPT课件.ppt
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1、温度温度检测仪表表编制:刘莉制:刘莉圆2015年年5月月1温度检测的基本概念2温度仪表的分类3压力式温度计4双金属温度计5热电阻温度计6热电偶温度计7温度仪表选型规范8练习题一、温度的基本概念一、温度的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。是化工生产中重要的测量及控制参数。它不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度的不同而变化的物理特性来间接测量。摄氏温标:以“”来表示,在一个标准大气压下把纯水的冰点定为0C,沸水温度定为100C。在0C和100C之间分成100等份,每一份就是1C,这种方法确定的温标叫做摄氏温标,摄氏温标是瑞典天文学家摄尔修斯在17
2、42年提出来的。华氏温标:以“”表示,华氏温标把水的冰点定为32,水的沸点定为212,在32和212之间分为180等份,每份为1。热力学温标:又称国际温标,单位为开(尔文)用K表示,它是把水的冰点定为273.15K,沸点定为373.15K。由于水的三相点在摄氏温标上为0.01,所以0=273.15K热力学温标的零点,即绝对零度,记为“0K”换算关系算关系=(9/5)+32=(-32)5/9K=+273.15式中:K开尔文温度(热力学温度)摄氏温度华氏温度二、温度二、温度仪表的分表的分类按测量方式液体玻璃管温度计(玻璃棒温度计)接触式压力式温度计(液体式,气体式,蒸汽式)固体膨胀式温度计(双金属
3、温度计)热电阻温度计(Pt100,Cu50)热电偶温度计(K,S,B,E,J,E,T)光学高温计非接触式辐射高温计测温测温测温测温方式方式方式方式温度计温度计温度计温度计种类种类种类种类 优点优点优点优点 缺点缺点缺点缺点 使用范围使用范围使用范围使用范围接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测量结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示能现场指示 ,不能记录与远传不能记录与远传-100-100100100(150150)有机液体)有机液体0 0 350350(-30-30 650
4、650)水银)水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限 0 0 300300(-50-50 600600)压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具有结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控报警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时,仪表仪表的滞后性较大、一般离开测量的滞后性较大、一般离开测量点不超过点不超过 10米米 0 0 500500(-50-50
5、 600600)液体型)液体型0 0 100100(-50-50 200200)蒸汽型)蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温,由于由于体积大体积大,测点温度较困难测点温度较困难-150-150 500500(-200-200 600600)铂电阻)铂电阻0 0 100100(-50-50 150150)铜电阻)铜电阻-50-50 150150(180180)镍电阻)镍电阻-100-100 200200(300300)热敏电阻)热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围
6、广测温范围广,精度高精度高,便于远便于远距离、多点、集中测量和自距离、多点、集中测量和自动控制动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿,在低温段测量在低温段测量精度较低精度较低-20-20 13001300(16001600)铂铑)铂铑1010-铂铂-50-50 10001000(12001200)镍铬)镍铬-镍硅镍硅-40-40 800800(900900)镍铬)镍铬-铜镍铜镍-40-40 300300(350350)铜)铜-铜镍铜镍非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测温携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场时不破坏被测物体温度场 测量时测量时,必须
7、经过人工调整必须经过人工调整,有有人为误差人为误差,不能作远距离测量不能作远距离测量,记录和自控记录和自控 900 900 20002000(700 700 20002000)辐射高温辐射高温计计测温元件不破坏被测物体温测温元件不破坏被测物体温度场度场,能作远距离测量、报能作远距离测量、报警和自控、测温范围广警和自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环环境条件会影响测量精度境条件会影响测量精度,连续测连续测高温时须作水冷却或气冷却高温时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000(50 50 20002000)各各类温度温度计的特点的特点三、三、压力式温
8、度力式温度计3.1原理及结构压力式温度计是利用封闭容器内的液体,气体或饱和蒸汽受热后产生体积膨胀或压力变化作为检测信号。它的基本结构是由温包、毛细管和指示表三部分组成。3.2压力式温度计的分类A液体式:利用液体受热后体积膨胀带动指针偏转显示温度。B气体式:利用高温下的气体压力与温度的关系显示温度。C蒸汽式:利用低沸点液体的饱和蒸汽压随温度变化的特性来测量温度。压力式温度力式温度计的基本指的基本指标四、双金属温度四、双金属温度计4.1工作原理及结构双金属温度计是利用固体受热产生几何位移作为测温信号的一种固体膨胀式温度计。双金属温度计的感温元件通常是由两种膨胀系数不同,彼此又牢固结合的金属制作成螺
9、旋形状。绕城螺旋形状的双金属感温元件一端固定,另一端连接指针轴。当被测物体温度变化时,两种金属由于膨胀系数不同,使螺旋管曲率发生变化,通过指针轴带动指针偏转,直接显示温度示值。4.2双金属温度计分类按双金属温度计指针盘与保护管的连接方向分为:轴向型双金属温度计:指针盘与保护管垂直连接。径向型双金属温度计:指针盘与保护管平行连接。135向型双金属温度计:指针盘与保护管成135连接。万向型双金属温度计:指针盘与保护管连接角度可任意调整。4.3双金属温度计的基本参数WSS表盘公称尺寸:3-60;4-100;5-150结构形式:0-轴向型;1-径向型;2-135向;8-万向型0-无固定装置;1-可动外
10、螺纹;2-可动内螺纹;3-固定外螺纹;4-固定法兰F-防护性;O-电接点型;MO-大电流型;EX-防爆型双金属温度双金属温度计的基本参数的基本参数五、五、热电阻温度阻温度计5.1测温原理热电阻时利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的敏感元件。它由热电阻丝、骨架及引线组成的热电阻测温元件。热电阻温度计适用于测量-200+500范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。对于线性变化的热电阻来说,其电阻值与温度关系如下式 式中,Rt是温度为t时的电阻值,Rt0是温度为t0 时的电阻值通常为100),a是电阻温度系数,t是温度的变化值,Rt是电阻值的变化量。5.2热电阻传感器的材料金属
11、导体-铂、铜、镍等;半导体-锗、碳、热敏电阻等。作为热电阻的金属材料一般要求:尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大、在使用的温度范围内具有稳定的化学和物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有单值函数关系(最好呈线性关系)。我国最常用的铂热电阻有R010、R0100和R01000等几种,它们的分度号分别为Pt10、Pt100和Pt1000;铜热电阻有R050和R0100两种,分度号分别为Cu50和Cu100其中Pt100和Cu50的应用更为广泛铂电阻金属铂容易提纯,在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性,有良好的复制性。但价格较贵。要确定Rtt的关系,首先要确定R0的大小。R0不同,Rt
12、t的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表,用分度号来表示。工业上使用的铂电阻主要有分度号为Pt100,它的R0=100。铂电阻温度系数为0.00395,0时电阻值为100,电阻变化率为0.3851/所谓电阻的温度系数,是指当温度每升高一度时,电阻增大的欧姆数。Pt100热电阻分度表铜电阻金属铜易加工提纯,价格便宜;它的电阻温度系数很大,且电阻与温度呈线性关系;在测温范围为-50+150内,具有很好的稳定性。在-50+150的范围内,铜电阻与温度的关系是线性的。即其中铜电阻温度系数a=0.00425工业上常用的铂电阻有两种,一种是R050,对应的分度号为Cu50。另一种是R0100,对应的分度
13、号为Cu100。Cu50铜热电阻分度表5.3热电阻的结构热电阻的电阻体由电阻丝和电阻支架组成。电阻丝采用双线无感绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上,由玻璃或陶瓷作外保护层,防止有害气体腐蚀和氧化。支架起支撑和绝缘作用,引出线通常采用直径1mm的银丝或镀银铜丝,它与接线盒柱相接,以便与外接线路相连而测量机显示温度。铂热电阻结构示意图铜热电阻结构示意图5.4热电阻的分类按材料分:可分为金属热电阻式和半导体热电阻式1 1 1 1按结构分:普通型热电阻、铠装热电阻、薄膜热电阻2 2 2 23 3 3 3按用途分:工业用热电阻、精密标准电阻普通型热电阻:普通装配式热电阻是由感温体、不锈钢
14、外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置级成,安装固定装置有固定外螺纹、活动法兰盘、固定法兰和带固定螺栓锥形保护管等形式。铠装热电阻:将电阻体(感温元件)焊到由金属保护套管、绝缘材料和金属导线三者拉伸而成的细管导线上形成的,然后再外面再焊一段短管做保护套管,在热电阻体与保护套管之间填满绝缘材料,最后焊上封头。优点:(1)尺寸小,响应速度快。(2)机械性能好,耐震动和冲击。(3)除感温元件外,其它部分可弯曲,适合复杂结构。(4)不易侵蚀,寿命长薄膜热电阻:它将热电阻材料通过真空镀膜,直接蒸镀到绝缘基座底上。这种热电阻体积小,灵敏度高。端面热电阻:它是特殊处理的丝材绕制,紧巾在温度计前端,与一般轴向
15、热电阻相比,更能更正确和迅速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦或其他机件的端面温度。两线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,R大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。5.5热电阻的接线方式三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的引线电阻四线制:在热电阻根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流Is,把Rt转换为电压信号Ui
16、,再通过另两根引线把Ui引至二次仪表。可见这种引线方式可以完全消除引线电阻的影响,主要用于高精度的温度检测.5.6热电阻的选型热电阻型号命名方法:WZ-ABCW-温度仪表Z-热电阻-热电阻材料:P-铂电阻;C-铜电阻-装配形式:无-普通装配式;K-铠装-阻丝对数:无-单只;2双支A-安装固定形式:1-无固定装置式;2-固定螺纹式;3-活动法兰式;4-固定法兰式;5-固定螺纹锥形保护管式。B-接线盒形式:2-防溅式;3-防水式;6-防爆式C对于装配式热电阻:0-16保护管;1-12保护管对于铠装热电阻代表铠装直径:3-3mm;4-4mm;5-5mm;6-6mm5.7热电阻常阻常见故障及故障及处理
17、理办法法故障原因显示仪表指示值比实际值低或示值不稳1热电阻元件插深不够,没有顶到保护套管端部查明套管长度,选用合适长度的热电阻元件,安装时保证热电阻元件顶到套管端部。2保护套管内积水清理保护套管内的积水并将潮湿部分加以干燥处理,做好防水处理3热电阻测量回路短路或接地1)如外回路短路或接地,用万用表检查短路或接地部位并加以消除。2)如热电阻元件内部短路或接地,应更换热电阻。使用100V兆欧表检查热电阻测量回路三相之间及三相对地绝缘均在1兆欧以上,说明热电阻测量回路无接地、电缆绝缘良好。4接线柱积灰或接触不好清理灰尘或紧固接线柱显示仪表指示偏大1测量回路断线或热电阻体内部断路用万用表档检测电阻体当
18、前阻值,若无穷大则表示电阻损坏进行更换。2接触不好检查接线柱导线是否氧化,去除氧化部分。显示仪表指示负值1接线错误重新接线六、六、热电偶温度偶温度计6.1测温原理热电偶测温的基本原理:任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路,如果将它们的两个接点分别置于温度各为t及t0的热源中,则在该回路内就会产生热电势。t端称为工作端(假定该端置于热源中),又称测量端或热端t0端称为自由瑞,又称参考端或冷端这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶每根单独的导体或半导体称为热电极闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成:式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t0一定时,对于确定的热电偶来说,
19、EAB(t0)为常数,因此,其总热电势EAB(t,t0)就与温度t成单值函数对应关系,和热电偶的长短、直径无关。只要测量出热电势大小,就能判断被测温度的高低,这就是热电偶的温度测量原理。右图A表示正电极,B表示负电极,由于温差电势比接触电势小很多,常常把它忽略不计,这样热电偶的电势可表示为:重要重要结论:1.如果如果组成成热电偶的两种偶的两种电极材料相同,极材料相同,则无无论热电偶冷、偶冷、热两端的两端的温度如何,温度如何,闭合回路中的合回路中的总热电势为零;零;2.如果如果热电偶冷、偶冷、热两端的温度相同,两端的温度相同,则无无论两两电极材料如何,极材料如何,闭合合回路中的回路中的总热电势也
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