溫度檢測(cè)與儀表

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溫度檢測(cè)與儀表
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溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測(cè)量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo),。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo),。 　華氏溫標(biāo)（oF）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32度,，水的沸點(diǎn)為212度,，中間劃分180等分，每第分為報(bào)氏1度,，符號(hào)為oF,。 　攝氏溫度（℃）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0度,，水的沸點(diǎn)為100度,，中間劃分100等分,，每第分為報(bào)氏1度,，符號(hào)為℃。 　熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo),，或稱絕對(duì)溫標(biāo),，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，記符號(hào)為K,。 4 i8 i+ G, n7 {& H3 P( K# W& o. }; E　國際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國際協(xié)議性溫標(biāo),，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高,，使用方便,。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會(huì)通過的《1968年國際實(shí)用溫標(biāo)-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（Rev-75）,。但由于IPTS-68溫示存在一定的不足,，國際計(jì)量委員會(huì)在18屆國際計(jì)量大會(huì)第七號(hào)決議授權(quán)予1989年會(huì)議通過了1990年國際溫標(biāo)ITS-90，ITS-90溫標(biāo)替代IPTS-68。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫標(biāo),。 　1990年國際溫標(biāo)（ITS-90）簡(jiǎn)介如下,。 . @+ W2 `9 \- x! q2 v  M1．溫度單位     熱力學(xué)溫度（符號(hào)為T）是基本功手物理量，它的單位為開爾文（符號(hào)為K）,，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16,。由于以前的溫標(biāo)定義中，使用了與273.15K（冰點(diǎn)）的差值來表示溫度,，因此現(xiàn)在仍保留這各方法,。 根據(jù)定義，攝氏度的大小等于開爾文,，溫差亦可以用攝氏度或開爾文來表示,。 國際溫標(biāo)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度(符號(hào)為T90)和國際攝氏溫度(符號(hào)為t90) 2．國際溫標(biāo)ITS-90的通則 8 z! c  U5 m% n9 _5 m% u    ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測(cè)量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的,，即在全量程中,，任何溫度的T90值非常接近于溫標(biāo)采納時(shí)T的最佳估計(jì)值，與直接測(cè)量熱力學(xué)溫度相比,，T90的測(cè)量要方便得多,，而且更為精密，并具有很高的復(fù)現(xiàn)性,。 3． ITS-90的定義     第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義,。 ! x' X+ J% a, R& X) w- l    第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義. " E$ a5 w# p- j' A) _    第二溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78℃)之間,T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義.它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)及利用規(guī)定的內(nèi)插法來分度. 8 Q  J; d8 g$ m/ T' Y  銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì). / ?0 [1 ~6 |( A1 M- b2 _: B% | 二、溫度測(cè)量?jī)x表的分類 ' V2 D- D. E; k溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,。通常來說接觸式測(cè)溫儀表測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單,、可靠，測(cè)量精度較高,；但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛,，幫需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象,，同時(shí)受耐高溫材料的限制,，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。非接觸式儀表測(cè)溫是通過熱輻射原理來測(cè)量溫度的,，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸,，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫上限的限制,，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng),，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率,、測(cè)量距離,、煙塵和水氣等外界因素的影響,，其測(cè)量誤差較大。 6 T( N, i/ G& D0 z # t0 P" |  i- Z1 p三,、熱電偶 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一,。其優(yōu)點(diǎn)是：   ①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,，不受中間介質(zhì)的影響,。   ②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量,，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻）,，最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。   ③構(gòu)造簡(jiǎn)單,，使用方便,。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制,，外有保護(hù)套管,，用起來非常方便。 * j! E+ f6 a0 a0 q% }/ T1．熱電偶測(cè)溫基本原理     將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,，構(gòu)成一個(gè)閉合回路,，如圖2-1-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在 ( o' H$ b1 A8 t% `6 |- G回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工 作的。 ' n- ~& P+ e$ @; g2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 9 M2 Y" \, \" I  y! o& X（1）熱電偶的種類       常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類,。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系,、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,，它 ' u) `0 S  ?0 A有與其配套的顯示儀表可供選用,。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn) 化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表,，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量,。 0 |$ K- l0 ^' L6 q5 P  t   標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶  我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),，并指定S、B,、E,、K、R,、J,、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶,。 ) R/ x0 R2 b8 S/ D  (2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式  為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 1 |/ m  P* n& R  ^7 C  n　 ①  組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固,； 　 ②  兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路,； 　 ③  補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠,； 　 ④  保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 3．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償 　由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)）,，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本,，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi),，連接到儀表端子上。必須指出,，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響,，不起補(bǔ)償作用,。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響,。 　在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配,，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃,。 6 B# ^8 R- e- ~: l4 N# a四,、熱電阻 2 j% j, P! |5 e  W　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高,，性能穩(wěn)定,。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫,，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀,。 " K3 `& k& H4 y8 f$ w3 }; E7 s1．熱電阻測(cè)溫原理及材料 1 Y3 d" x+ Z# b: \  V# t+ L* E　熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。 　熱電阻大都由純金屬材料制成,，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,，此外，現(xiàn)在已開始采用甸,、鎳,、錳和銠等材料制造熱電阻。 2．熱電阻的結(jié)構(gòu) ! p! f$ z/ r3 R" n4 q（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表2-1-11,。從熱電阻的測(cè)溫原理可知,，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測(cè)量的,，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響,。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制,，有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié). - a! t3 V/ d1 h（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線,、絕緣材料,、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示,，它的外徑一般為φ2~φ8mm,，最小可達(dá)φmm。 0 v/ p6 [& q7 o. M與普通型熱電阻相比,，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小,，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上,，測(cè)量滯后�,。虎跈C(jī)械性能好,、耐振,，抗沖擊；③能彎曲,，便于安裝④使用壽命長(zhǎng),。 ' s9 `2 n' ?$ R$ v  H- `% \（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面,，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示,。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度,，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度,。 $ B6 {: q) @4 s/ `5 D/ M7 O' T（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi),，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸,。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。 3．熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成 3 ~% ^9 i4 Y* ?; e熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻,、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成,。必須注意以下兩點(diǎn)： 3 i; C5 U2 L( N9 _# M①熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致 ②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法,。具體內(nèi)容參見本篇第三章,。 （2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線,、絕緣材料,、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示,，它的外徑一般為φ2~φ8mm,，最小可達(dá)φmm。 與普通型熱電阻相比,，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小,，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上,，測(cè)量滯后�,。虎跈C(jī)械性能好,、耐振,，抗沖擊；③能彎曲,，便于安裝④使用壽命長(zhǎng),。 3 f$ ?( q# ?$ K& O; W（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面,，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示,。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度,，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度,。 （4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影 電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(zhǎng)短而影響電阻值,，為此更換新的電阻體為好,，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用,。