过程装备控制技术及应用教案 三章过程检测技术 6页共21页 EA(,b)=e2()+e2(t,n)-e2(t0)-e(,) e()+e()-e(t)-eB(0)-eA()+e() =[()+e2()-e1()-{l2()+en(t0)-e 令 f2()=e2(t)+e2()-e() f2(0)=e2(x)+e(G0)-e1(n) 可的热电势的公式为 EA(,t0)=f2()-f(0) 该式表明:对于给定热电偶,热电势是其两端温度函数之差。若其冷端温度t恒定,则 f2(0)是定值,因此,热电势的大小只依赖于热端温度t,两者一一对应。 (2)热电偶的基本定律 物质导体定律:到体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。“匀质”仅指导 体的成分、材质相同,与其外形无关。 该定律可得出以下两个结论 热电偶必然由两个不同质的材料组成 同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否均匀 中间导体定律:由两种不同导体构成的热电偶回路中,接入第三种导体,只要保持第三 种导体两端温度相等,则对回路热电势没有影响 中间温度定律:两种匀质导体A、B构成的热电偶,两端温度为t和t0,如存在一个中 间温度Ln,则热电偶存在以下关系: EA(,0)=EA(,n)+EA(n20) 标准电极定则:A、B导体的热电势等于它们对另一参考导体C的热电势之和,即 E(,0)+EC2(t,b)=E2(t,) (3)常用热电偶测温系统 补偿导线是在一定的温度范围内与所接热电偶热电性能相同的廉价金属丝。采用补偿导 线只是改变了冷端的位置,不会影响热电偶的正常工作 证明上面结论 回路总电势 E=E12(,)+ECD(a,) 由补偿导线的性质得 Ea(1,b)=E2(t,0) 代入上式得 E=E1(,4)+E12(1,4)=En() 在使用补偿导线时要注意形号和极性,补偿导线必须和热电偶配套,正确与热电偶的正 负极连接 应用热电偶的基本定律,可以实现以下几种情况的测温 测两点的温差(反向串联) 测多点温度之和(正向串联) 测多点的平均温度(并联) (4)热电偶冷端温度的影响及处理 在实际应用过程中,冷端温度大多是变化的,从而给测量带来误差。常用的修正方法有 恒温和补偿两大类。 恒温法 该方法就是把热电偶冷端置于人造恒温装置中,常用的恒温装置有冰点槽和热电式恒温 箱 示值修正法 根据热电势与温度的对应关系,显示仪表可以直接读出温度。一般显示仪表的分度是在
过程装备控制技术及应用教案 第三章 过程检测技术 第 6 页 共 21 页 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 , , , e t e t e t e t e t e t e t e t e t e t e t e t E t t e t e t t e t e t t AB B A AB B A AB B B AB A A AB AB B AB A = + − − + − = + − − − + = + − − 令 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 f t e t e t e t f t e t e t e t AB AB B A AB AB B A = + − = + − 可的热电势的公式为 ( ) ( ) ( ) 0 0 E t,t f t f t AB = AB − AB 该式表明：对于给定热电偶，热电势是其两端温度函数之差。若其冷端温度 t0 恒定，则 ( ) 0 f t AB 是定值，因此，热电势的大小只依赖于热端温度 t，两者一一对应。 （2）热电偶的基本定律 物质导体定律：到体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。“匀质”仅指导 体的成分、材质相同，与其外形无关。 该定律可得出以下两个结论： 热电偶必然由两个不同质的材料组成； 同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否均匀。 中间导体定律：由两种不同导体构成的热电偶回路中，接入第三种导体，只要保持第三 种导体两端温度相等，则对回路热电势没有影响。 中间温度定律：两种匀质导体 A、B 构成的热电偶，两端温度为 t 和 t0，如存在一个中 间温度 n t ，则热电偶存在以下关系： ( ) ( ) ( ) 0 0 E t,t E t,t E t ,t AB = AB n + AB n 标准电极定则：A、B 导体的热电势等于它们对另一参考导体 C 的热电势之和，即 ( ) ( ) ( ) 0 0 0 E t,t E t,t E t,t AC + CB = AB （3）常用热电偶测温系统 补偿导线是在一定的温度范围内与所接热电偶热电性能相同的廉价金属丝。采用补偿导 线只是改变了冷端的位置，不会影响热电偶的正常工作。 证明上面结论： 回路总电势 ( ) ( ) 1 1 0 E E t,t E t ,t = AB + CD 由补偿导线的性质得 ( ) ( ) 1 0 1 0 E t ,t E t ,t CD = AB 代入上式得 ( ) ( ) ( ) 1 1 0 0 E E t,t E t ,t E t,t = AB + AB = AB 在使用补偿导线时要注意形号和极性，补偿导线必须和热电偶配套，正确与热电偶的正 负极连接。 应用热电偶的基本定律，可以实现以下几种情况的测温： 测两点的温差（反向串联） 测多点温度之和（正向串联） 测多点的平均温度（并联） （4）热电偶冷端温度的影响及处理 在实际应用过程中，冷端温度大多是变化的，从而给测量带来误差。常用的修正方法有 恒温和补偿两大类。 恒温法 该方法就是把热电偶冷端置于人造恒温装置中，常用的恒温装置有冰点槽和热电式恒温 箱。 示值修正法 根据热电势与温度的对应关系，显示仪表可以直接读出温度。一般显示仪表的分度是在
过程装备控制技术及应用教案 三章过程检测技术 7页共21页 冷端温度恒定在0℃条件下进行的。若冷端温度l0≠0℃时,输入电势为E(,0),而 E(t,l0)≠E(t0),因此示值不能正确反映被测温度,需要加以修正。 在现场采取机械零位调整法,即预先把仪表的机械零件调整到冷端温度L处,相当于预 加了一个电势E(t00),综合起来,仪表的输入电势 E(,t0)+E(00)=E(0) 另一种是计算修正法。假设冷端温度≠0℃,被测温度为t,示值温度为1。那么显示 出来的输入热电势应为E(,0),而是及产生的热电势是E(b)显而易见,输入热电势应 为热电偶实际产生的热电势,即E(,0)=E(,4),由此可得计算修正法的公式: E(0)=E(,)+E(n,0)=EG0)+E(10) 通过示值和冷端温度t查分度表求得E(,0)和E(n0),代入上式可求出E(O),在 依据分度表求出被测温度to。 冷端温度补偿电桥法 该方法是利用不平衡电桥产生的电压作为补偿电压,以抵消因冷端温度变化引起的热电 势的变化。 电桥的桥臂R=R2=R3=19为锰铜丝电阻,它们的阻值几乎不随温度变化。R。是由 铜丝制成的补偿电阻,阻值随温度变化。R,是由铜丝制成的补偿电阻,阻值大小因热电偶 不同而不同。电桥直流电源E=4V,U为输出的补偿电势。 选择R。=19,使电桥在20℃达到平衡,此时Ua=0。当冷端温度升高时,R。也随 之增大,因而Ub也增大,热电势Ex在逐渐减小。如果△Uab=△E2,则UAB=Ub+E,不 会随冷端温度变化而变化 (5)热电偶的结构形式 热电偶的结构可分为普通热电偶、铠装热电偶和特殊热电偶。结合教材讲解普通热电偶 结构 344热电阻测温仪表 通常金属导体或半导体电阻都随温度的变化而变化,当温度每升高1℃,大多数金属导 体电阻将升高0.4%~0.6%,而半导体电阻将减小2%~6%。热电阻就是通过测量阻值的变化 而间接测量温度 热电阻测温仪在中低温范围内测量精度髙、灵敏度高、性能稳定,输出信号较强,同时 还便于远距离测量,因此得到广泛应用。 (1)测温原理 金属热电阻与温度的关系: R=R[+4(t-6)+B(-4)+Cv-4)+ R,R分别表示温度为0,【时的阻值:A、B、C均为常数,只与热电阻材料性质有 常用温度系数和电阻比来表征热电阻的电阻温度特性 = 称α为下的温度系数,α越大,测温灵敏度也就越高。 电阻比R0R是指在100℃C和0℃下的电阻值的比值,R00/R越大,a也就越大 纯金属的电阻温度特性最好,测温灵敏度最高,因此测温电阻一般应采用纯金属制作。 半导体热电阻又称为热敏电阻,与金属热电阻不同之处在于阻值随温度升高而减小,与 金属热电阻相比,优点是电阻温度系数高、测温灵敏、电阻率高、体积小。但它互换性差、 复现性差、阻值与温度的关系不太稳定
过程装备控制技术及应用教案 第三章 过程检测技术 第 7 页 共 21 页 冷端温度恒定在 0℃条件下进行的。若冷端温度 t 0 0 ℃时，输入电势为 ( ) 0 E t,t ，而 ( , ) ( ,0) 0 E t t E t ，因此示值不能正确反映被测温度，需要加以修正。 在现场采取机械零位调整法，即预先把仪表的机械零件调整到冷端温度 0 t 处，相当于预 加了一个电势 ( ,0) 0 E t ，综合起来，仪表的输入电势： ( , ) ( ,0) ( ,0) 0 0 E t t + E t = E t 另一种是计算修正法。假设冷端温度 t 0 0 ℃，被测温度为 t，示值温度为 ' 0 t 。那么显示 出来的输入热电势应为 ( ,0) ' E t ，而是及产生的热电势是 ( ) 0 E t,t 。显而易见，输入热电势应 为热电偶实际产生的热电势，即 ( ) ( ) 0 ' E t ,0 = E t,t ，由此可得计算修正法的公式： ( ,0) ( , ) ( ,0) ( ,0) ( ,0) 0 ' 0 0 E t = E t t + E t = E t + E t 通过示值 ' t 和冷端温度 0 t 查分度表求得 ( ,0) ' E t 和 ( ,0) 0 E t ，代入上式可求出 E(t,0) ，在 依据分度表求出被测温度 0 t 。 冷端温度补偿电桥法 该方法是利用不平衡电桥产生的电压作为补偿电压，以抵消因冷端温度变化引起的热电 势的变化。 电桥的桥臂 R1 = R2 = R3 =1 Ω为锰铜丝电阻，它们的阻值几乎不随温度变化。 RCu 是由 铜丝制成的补偿电阻，阻值随温度变化。 Rs 是由铜丝制成的补偿电阻，阻值大小因热电偶 不同而不同。电桥直流电源 E=4V，Uab 为输出的补偿电势。 选择 RCu =1 Ω，使电桥在 20℃达到平衡，此时 Uab = 0 。当冷端温度升高时， RCu 也随 之增大，因而 Uab 也增大，热电势 Ex 在逐渐减小。如果 Uab = Ex ，则 UAB =Uab + Ex 不 会随冷端温度变化而变化。 （5）热电偶的结构形式 热电偶的结构可分为普通热电偶、铠装热电偶和特殊热电偶。结合教材讲解普通热电偶 结构。 3.4.4 热电阻测温仪表 通常金属导体或半导体电阻都随温度的变化而变化，当温度每升高 1℃，大多数金属导 体电阻将升高 0.4%~0.6%，而半导体电阻将减小 2%~6%。热电阻就是通过测量阻值的变化 而间接测量温度。 热电阻测温仪在中低温范围内测量精度高、灵敏度高、性能稳定，输出信号较强，同时 还便于远距离测量，因此得到广泛应用。 （1）测温原理 金属热电阻与温度的关系： [1 ( ) ( ) ( ) ] 3 0 2 Rt = Rt0 + A t −t 0 + B t −t 0 +C t −t + 0 Rt ， Rt 分别表示温度为 0 t ，t 时的阻值；A、B、C 均为常数，只与热电阻材料性质有 关。 常用温度系数和电阻比来表征热电阻的电阻温度特性： 0 0 1 t dt t t dR R = = 称 为 0 t 下的温度系数， 越大，测温灵敏度也就越高。 电阻比 100 0 R / R 是指在 100℃和 0℃下的电阻值的比值， 100 0 R / R 越大， 也就越大。 纯金属的电阻温度特性最好，测温灵敏度最高，因此测温电阻一般应采用纯金属制作。 半导体热电阻又称为热敏电阻，与金属热电阻不同之处在于阻值随温度升高而减小，与 金属热电阻相比，优点是电阻温度系数高、测温灵敏、电阻率高、体积小。但它互换性差、 复现性差、阻值与温度的关系不太稳定