2023年温度检测及仪表（教学课件）.ppt

3.5 温度检测及仪表 温度是化工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；温度决定一些反响能否进行和反响方向；温度决定一些反响的进程程度；温度显示反响的能量变化。一、测温原理 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。热交换 热辐射 3.5.1 概述概述 二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标。、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点它规定了温度的读数的起点即零即零点点以及温度的单位。各类温度计以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。的刻度均由温标确定。2 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。华氏温标、热力学温标等。几种温标的比照几种温标的比照 正常体温正常体温为为37 C C，相当于华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？热力学温标热力学温标K K 热力学温标是热力学温标是建立在热力学第二建立在热力学第二定律根底上的最科定律根底上的最科学的温标，是由开学的温标，是由开尔文尔文KelvinKelvin根根据热力学定律提出据热力学定律提出来的，因此又称开来的，因此又称开氏温标。它的符号氏温标。它的符号是是T T，单位是开尔，单位是开尔文文K K 。威廉威廉 汤姆逊汤姆逊 开尔文勋爵像开尔文勋爵像 1990国际温标国际温标(ITS-90)从从1990年年1月月1日开始在全世界范日开始在全世界范围内采用围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为及计算公式，例如水的三相点为273.16K0.01C等。等。600 C以上-高温计 600 C以下-温度计 接触式、非接触式 三、温度测量仪表的种类 四、温度测量的根本原理及方法四、温度测量的根本原理及方法 1、物体受热，体积膨胀、物体受热，体积膨胀 V-T 2、压力随温度变化、压力随温度变化 P-T 3、金属导体电阻随温度变化、金属导体电阻随温度变化 R-T 4、热电效应原理、热电效应原理 E-T 5、热辐射原理、热辐射原理 常用温度计的种类及适用温度 CCCCCCCCCCCCCCC2000200:35000:1700900:3200700:2000400:15050:600200:60050:100050:16000:2500:35020:60030:60080:60050:热电式光电式红外线比色光辐射热辐射辐射式非接触式、铜热电阻：铂考铜镍铬镍硅镍铬铂铂铑热电偶蒸汽气体液体压力式双金属玻璃液体膨胀式接触式温度计1、膨胀式温度计 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=t0 t t0 双金属温度计 图3-51 双金属温度信号器 1双金属片；2调节螺钉；3绝缘子；4信号灯 2、压力式温度计 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。3、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。辐射式温度计：测定热辐射强度；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；比色法：直接通过可见光颜色的比照，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。1.1.红外线辐射温度计红外线辐射温度计 红外辐射温度计既可用于高温测量，红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，市售的红又可用于冰点以下的温度测量，市售的红外辐射温度计的温度范围可以从外辐射温度计的温度范围可以从-303000303000，中间分成假设干个不同的规，中间分成假设干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。格，可根据需要选择适合的型号。一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的外表温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的外表温度。红外辐射温度计测温依据红外辐射温度计测温依据 红外系统：红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等局部组成。光学系统会聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅用于瞄准激光仅用于瞄准 红外线辐射温度计红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用在非接触体温测量中的应用 耳温仪耳温仪 红外线辐射温度计在红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用非接触温度测量中的应用 集成集成IC 温度测量温度测量 红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用 利用红色激光瞄准被利用红色激光瞄准被测物测物电控柜、天花电控柜、天花板内的布线层板内的布线层 温度温度 采集系统采集系统 光学高温计光学高温计 隐丝式光学高温计 测量方法：调节电阻R以改变灯丝亮度,当它与待测光源像的亮度相等时，灯丝在光源的像上消失,这时由电表G上读出物体的亮度温度；或用补偿法由电位差计测量电流的精确值，再通过计算求出亮度温度，后一方法适用于精密测量温度。WFT-202辐射温度计 根据物体的热辐射效应原理来测量物体外根据物体的热辐射效应原理来测量物体外表温度。表温度。测量范围测量范围 4002000 CIT比色在线式红外测温仪 测温范围-203500 比色式温度传感器比色式温度传感器 比色式温度传感器采用比色式比色式温度传感器采用比色式双波段双波段测温原理实现对被测目标测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准准 ,测量小目标，可不考虑距离系数，测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。可准确测量。比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如 :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。场。非接触式光纤传感测温仪 热电偶测温的主要优点 1、它属于、它属于自发电型自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；可直接驱动动圈式仪表；2、测温范围广：下限可达、测温范围广：下限可达-270 C C，上限可达，上限可达18001800 C C以上；以上；3 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国际计量委员会国际计量委员会的标准。的标准。3.5.2 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶温度计分三局部热电偶温度计分三局部 热电偶 补偿导线 测温仪表 热电效应热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点热其中一个接触点称为结点称为结点)，发现放，发现放在回路中的指南针发生偏转在回路中的指南针发生偏转说明什么说明什么)，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小指南针的偏转角反而减小又说明什又说明什么？么？。指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A 右端称为：右端称为：自由端自由端(参参考端、冷端考端、冷端 一、热电偶一、热电偶 1.热电现象及测温原理热电现象及测温原理 左端称为：左端称为：测量端测量端(工作端、工作端、热端热端)热电极热电极B B 热电势热电势 A B 热电势的产生热电势的产生 不同金属具有不同的电子密度；两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场；电子在扩散作用和电场力作用下最终到达平衡；电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。+-扩散作用 电场作用 金属A 金属B+-金属A 金属B 接触电势eAB e eABAB(t)t(t)t 对于一定材料对于一定材料(1).热电现象及测温原理 A B eAB(t)eAB(t0)eA(t,t0)eB(t,t0)图5-7 热电偶原理(1).热电现象及测温原理 A B eAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两局部组成：两局部组成：0000(,)()()(,)(,)A BA BA BBAEtt et et ett ett 接触电势温差电势由于温差电势比接触电势小很多由于温差电势比接触电势小很多，常常把它忽略常常把它忽略不计不计，这样热电偶的电势可表示为：这样热电偶的电势可表示为：00(,)()()(i)ABAB ABE t t e te t注意：如果下标次序改为注意：如果下标次序改为eBAeBA，那么热电势那么热电势e e前面的符号也应相应改变前面的符号也应相应改变，即即 ()()A BB Ae te t式式(i)当冷端温度当冷端温度t0一定时一定时，对于确定的热电偶来说对于确定的热电偶来说，eAB(t0)为常数为常数，因此因此，其总热电势其总热电势EAB(t,t0)就与温度就与温度t 成单值函数对应关系成单值函数对应关系，和热电偶的长短和热电偶的长短、直径无关直径无关。只要测量出热电势大小只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的上下就能判断被测温度的上下，这就是热这就是热电偶的温度测量原理电偶的温度测量原理。=eAB(t)+eBA(t0)(1).热电现象及测温原理 重要结论：重要结论：1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，如果组成热电偶的两种电极材料相同，那么无论热电偶冷、热两端的温度如何，那么无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零；闭合回路中的总热电势为零；2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，那如果热电偶冷、热两端的温度相同，那么无论两电极材料如何，闭合回路中的总么无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零热电势也为零 3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热电偶在相同是说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。的温度下产生的热电势是不同的。热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势EAB(t,t0)等于热电偶AB在接点温度为t、tc和tc、t0的热电势EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代数和 EAB(T,T0)=EAB(T,TC)+EAB(TC,T0)热电偶的“中间温度定律(2).(2).插入第三种导线的问题插入第三种导线的问题 利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见以下图。来测量热电势的数值，见以下图。00teteteECABCABt总的热电势（5-4）0000000teteteteteteCABCABCABCAB（5-5）0teteEABABt（5-6）将式（5-5）5代入式（5-4）t A B C t0 t0