常用温度测量仪表原理与维护

温度测量常用仪表原理及维护运营维护中心目录1：温度测量的基本概念2：温度的测量与变送3：温度计的分类和形式4：热电偶温度计5：热电偶冷端温度补偿6：热电偶的校验和误差分析7：热电阻温度计测温原理8：热电阻温度计常见的故障温度测量及温度传感器一、温度测量的基本概念温度的定义：表征分子热运动的程度的物理量温标：衡量温度大小的标尺摄氏：℃热力学：K华氏：℉二、温度的测量与变送温度是工业生产过程中最普遍而重要的操作参数。所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；温度决定一些反应能否进行和反应方向；温度决定一些反应的进程程度；温度显示反应的能量变化。温度不能直接测量。温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其物理性质随温度变化而进行的。三、温度计的分类和形式膨胀式温度计玻璃温度计压力式温度计双金属温度计热电偶温度计热电阻温度计辐射式温度计四、膨胀式温度计玻璃温度计压力式温度计双金属温度计玻璃液体温度计利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度双金属温度计不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度t=t0tt01、玻璃液体温度计是膨胀式温度计之一种,利用液体受热膨胀的性质制成,常用的液体有水银和酒精。广泛用于测量-200-500摄氏度范围内的温度。（1）优点和缺点玻璃液体温度计是最常用,也是最简单,最便宜的温度计。这种温度计主要优点是构造简单,使用方便,精度高和价格低廉。缺点是惰性大,能见度低,不能自动记录及远距离传送。玻璃温度计2、压力式温度计压力式温度计的工作原理是当温度变化时,工质的体积或压力相应发生变化,以此制成温度计这种温度计的主要优点是构造简单,防震可以远距离测量,并可制成自动记录式。主要缺点是损坏后很难修理,不能测点温和表面温度。国产WTQ型式气体压力温度计,可用来指示或记录工业设备中气体,蒸汽或液体的温度。测量范围:0-120,0-160,0-200,0-3009(单位摄氏度)工作压力:60kgf/cm^2,精度1.5与2.5级。压力式温度计工作原理利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行测量。温包：传热、容纳膨胀介质；毛细管：传递压力；弹簧管：显示压力（温度）。带温压补偿的压力式温度计3、双金属温度计(一)双金属温度计的工作原理：双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属片A和B将其焊接在一起并将一端固定。当温度发生变化时,膨胀悉数较大的金属片B伸长较多,故其未固定端(自由端)必然向膨胀系数较小的金属A一方弯曲变形。利用弯曲变形的大小不同,从而可表示出温度的高低不同。双金属温度计(二).双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式不同,分为下列三种类型:(1)轴项型(2)径向型(3)135度角型双金属温度计四、辐射式温度计通过特定波长光波的强度或热辐射强度来确定光源温度。1.辐射式温度计：测定热辐射强度；2.光学温度计：采用光学分频法，测定不同频率光波的强度比值；3.比色法：直接通过可见光颜色的对比，确定光源温度。辐射式温度计，通常用于测量高温条件，特别是光学温度计和比色温度计需要利用物体在高温下发射的可见光进行检测。辐射式温度计五、热电偶温度计1、热电偶的测温原理热电势：两种不同的导体材料（或半导体）A，B组成的闭合回路。相接触时，存在电子的迁移，达到平衡时，在接触的两端形成电势可用于点温度的测量只与材料和温度有关，与热电偶的长度、直径无关接触电势和温差电势组成mV热电偶温度计2、温差电势温差电势：同一金属导体两端温度不同而产生的。高温端流向低温端的自由电子与低温端被电场吸引流向高温端的自由电子达到了动态平衡，这时的电位差称为温差电势e，大小仅与金属材料及两端温差有关，而与几何尺寸及金属（导体）温度分布无关。e(t,t0)可用下面的函数差来表示eA(t,t0)=eA(t)-eA(t0)eA（t，t0）A+t－t03、热电偶的材质与选择热电偶的材质要求：单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；热电性质稳定；化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀；具有较好的延展性，易于加工；复现性好，便于批量生产和互换。不同材质的热电偶有不同的特性，应根据实际需要选择测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精度、抗腐蚀能力、价格等。耐腐热电偶和耐磨热电偶压着式铠装热电偶耐高温耐腐蚀热电偶以特殊金属陶瓷材料作为外保护套管，采用复合型结构，使用温度1600°C，具有良好的耐高温、抗气流冲击、抗氧化性能。主要用于高温加热炉、裂解炉、尾气焚烧炉、焦化炉等装置的测温。吹气型热电偶吹气型热电偶的结构原理：铠装热电偶感温元件和外保护管之间构成一定的气路，在气路中，通入一定压力的惰性气体，以排除或减少热电偶在高温、高压条件下还原气体的渗入。WR系列隔爆热电偶4、热电偶冷端温度补偿热电偶的热电势是两个接点温度的函数表,只有当冷端温度不变时,热电势才是热端温度的单值函数。实际应用中,热电偶冷端所处环境温度总有波动,从而使测量得不到正确结果,必须采取补偿措施.冷端温度处理办法有以下几种:1.计算修正法2.仪表机械零点调整法3.恒温法4.补偿法5.多点测量的热电偶冷端温度补偿（1）.计算修正法若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为零摄氏度,而在使用中冷端温度不为零摄氏度时,根据热电偶的中间温度定律,得知在这种情况下产生的热电势为:EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)式中:EAB(t,0)-冷端为0,热端为t时的热电势；EAB(t,t0)-冷端为t0,热端为t时的热电势,即实测值；EAB(t0,0)-冷端为t0,时的应加校正值。将t0摄氏度的仪表实测读数与相应的校正值代数相加得EAB(t,0),然后从分度表查得被测温度t值。这种方法只适用于实验室。（2）.仪表机械零点调整法仪表的机械零点为仪表输入电势为零时,指针停留的刻度点,也就是仪表的起始点。若预知热电偶冷端温度为t0,在此时相当于人为给仪表输入热电势EAB(t0,0),在接通测温回路后,输入仪表的热电势为：EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=EAB(t,0)使仪表指针指示热端温度t值。仪表机械零点调整法比较简单,如热电偶冷端温度波动频繁,变化较大,不宜采用此法（3）.恒温法在精密测温中,一般要求热电偶温度保持为0摄氏度,通常采用冰点槽。用清洁的水制成冰屑与清洁的水相混合盛于冰点槽的保温瓶内,并使其达到平衡而保持恒定的0摄氏度,使用时将热电偶冷端放在插入冰点槽的试管底部恒温法是准确度很高的冷端处理方法,然而使用比较麻烦,需要保持冰,水两相。（4）.补偿法补偿法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。由热电势计算修正法可知,当热电偶冷端温度tn偏离规定值t0时,热电势的修正值为EAB(tn,t0),如果在热电偶测量回路中串接一个等于EAB(tn,t0)的直流电压U,则回路的总电势为：EAB(t,tn)+U=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)=EAB(t,t0)（5）、多点测量的热电偶冷端温度补偿在工业生产中为了有效利用控制盘和节省显示仪表，常通过多点切换开关把几只甚至几十只同一分度号的热电偶接到一块表上.这时可将各热电偶的冷端用补偿导线引至温度变化比较小的地方，然后共用一个桥式补偿器进行冷端温度补偿.补偿方法有以下两种.补偿方法有以下两种:(1)利用一块显示仪表和一个冷端温度补偿器的多点测量线路.(2)用一只辅助热电偶对多只同型号热电偶冷端进行补偿的线路.5、使用热电偶补偿导线应该注意的问题（1）补偿导线必须与相应型号的热电偶配用；（2）补偿导线在与热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，两对连接点要处于相同温度；（3）补偿导线与热电偶连接点温度不得超过规定使用的温度范围；（4）要根据所配仪表的不同要求选有补偿导线的线径。热电偶补偿导线的外形图六、热电阻温度计1.热电阻测温原理2.工业常用热电阻3.热电阻构造1、热电阻温度计测温原理测量原理物理学指出:各种材料的电阻率都随温度变化。若忽略物体的长度和截面随温度的变化,则在参比温度t0下的电阻值Rt0和电阻率的温度系数(简称电阻温度系数)a已知物体,可以通过测量此物体的电阻来反映其温度。简言之就是利用金属电阻随温度变化的规律进行测量；测量金属在不同温度下电阻值的变化。结构：普通型，铠装型，薄膜型2.工业常用热电阻在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种材质：铂电阻：0~650ºC，Pt10，Pt100铜电阻：-50~+150ºC，Cu50，Cu100工业热电阻的品种与性能:1.分度号2.R0电阻与比阻W1003.使用特点（1）.分度号及分度表根据IEC规定,铂电阻有Pt10和Pt100两种分度号铜热电阻按WZC标准,代号有Cu50和Cu100两种。温度0102030405060708090℃-20018.49-10060.2556.1952.1148.0043.8739.7135.5331.3227.0822.80-0100.0096.0992.1688.2284.2780.3176.3372.3368.3364.300100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.70100138.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16200175.84179.51183.17186.82190.45194.07197.69201.29204.88208.45300212.02215.57219.12222.65226.17229.67233.17236.65240.13243.59400247.04250.48253.90257.32260.72264.11267.49270.84274.22277.56500280.90284.22287.53290.83294.11297.39300.65303.91307.15310.38600313.59316.80319.99323.18326.35329.51332.66335.79338.92342.03700345.13348.22351.30354.37357.42360.47363.50366.52369.53372.52800375.51378.48381.45384.40387.34390.26温度0102030405060708090℃-050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1454.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13分度号：Ｃｕ５０　　铜热电阻分度表电阻值(Ω)分度号：Pt100　　铂热电阻分度表电阻值(Ω)（2）.使用特点铂热电阻用于－２００－＋６５０摄氏度范围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于５０－＋１５０摄氏度范围内测温。前者稳定性好，准确度高；后者价格便宜，电阻与温度关系的线性度较好。3.热电阻构造与热电偶一样，工业热电阻有普通基型结构和铠装结构两种。它们都由感温元件，引出线，保护套管，接线盒，绝缘材料等组成。热电阻的接线采用三线制，其目的是减少引线电阻变化引起的附加误差。热电阻的结构专用热电阻和隔爆型热电阻套管式热电阻套管式热电阻作为温度测量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接测量和控制生产过程中气体，液体和蒸汽的温度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其他工业部门的测温。装配式热电阻工业用铂电阻作为温度测量的传感器，通常用来和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。耐腐型、耐磨型热电阻但在某些特殊场合，如化工厂、冶炼厂、火电厂等，用普通热电偶，热电阻就极易损坏。因此，在这些场合必须采用特殊材料及机构的热电偶热电阻。3、热电阻温度计常见的故障（1）热电阻电阻丝之间短路或接地；（2）热电阻电阻丝断开；（3）保护套管内积水或污物，局部短路；（4）电阻元件与接线盒间引出导线断路；（5）连接导线接触不良使阻值增大，或有局部