1、鍋爐內膽溫度位式控制第1頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三內容提要溫度變送器電動溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器2第2頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第一節 概述一、測溫儀表的分類 溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。 分類按測量方式 接觸式與非接觸式 3第3頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第一節 概述測溫方式溫度計種類 優點 缺點 使用范圍接觸式測溫儀表玻璃液體溫度計 結構簡單、使用方便、測量準確、價格低廉 容易破損、讀數麻煩

2、、一般只能現場指示 ,不能記錄與遠傳-100100（150）有機液體0 350（-30 650）水銀雙金屬溫度計結構簡單、機械強度大、價格低、能記錄、報警與自控 精度低、不能離開測量點測量 ,量程與使用范圍均有限 0 300（-50 600）壓力式溫度計結構簡單、不怕震動、具有防爆性、價格低廉、能記錄、報警與自控 精度低、測量距離較遠時 ,儀表的滯后性較大、一般離開測量點不超過 10米 0 500（-50 600）液體型0 100（-50 200）蒸汽型電阻溫度計測量精度高 ,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制 結構復雜、不能測量高溫 ,由于體積大 ,測點溫度較困難 -150 500（-20

3、0 600）鉑電阻0 100（-50 150）銅電阻-50 150（180）鎳電阻-100 200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計測溫范圍廣 ,精度高 ,便于遠距離、多點、集中測量和自動控制 需冷端溫度補償 ,在低溫段測量精度較低 -20 1300（1600）鉑銠10-鉑-50 1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40 800（900）鎳鉻-銅鎳-40 300（350）銅-銅鎳非接觸式測溫儀表光學高溫計攜帶用、可測量高溫、測溫時不破壞被測物體溫度場 測量時 ,必須經過人工調整 ,有人為誤差 ,不能作遠距離測量 ,記錄和自控 900 2000（700 2000）輻射高溫計測溫元件不破壞被測物體溫度場

4、,能作遠距離測量、報警和自控、測溫范圍廣 只能測高溫,低溫段測量不準,環境條件會影響測量精度,連續測高溫時須作水冷卻或氣冷卻 100 2000（50 2000）表5-1 各種溫度計的優缺點及使用范圍4第4頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第一節 概述1.應用熱膨脹原理測溫圖5-1 雙金屬片5圖5-2 雙金屬溫度信號器1雙金屬片；2調節螺釘；3絕緣子；4信號燈 利用液體或固體受熱時產生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計。第5頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第一節 概述2.應用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應用熱阻效應測溫 4.應用熱電效應測溫 5.

5、應用熱輻射原理測溫 6第6頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計一、熱電偶7熱電偶溫度計是以熱電效應為基礎的測溫儀表。圖5-3 熱電偶溫度計測溫系統示意圖1熱電偶；2導線；3測量儀表熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導線。 圖5-4 熱電偶示意圖第7頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計81.熱電現象及測溫原理圖5-5 熱電現象圖5-6 接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或圖5-7 熱電偶原理第8頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計注

6、意 由于熱電極的材料不同,所產生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產生的熱電勢是不同的。 熱電偶一般都是在自由端溫度為0時進行分度的,因此,若自由端溫度不為0而為t0時,則熱電勢與溫度之間的關系可用下式進行計算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 9第9頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計舉例例5-1 今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮肥廠中轉化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800,自由端(冷端)溫度為30,求熱電偶產生的熱電勢 E(800,30)。 解：由附錄三可以查得 E(800,0)=3

7、3.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 將上述數據代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)10第10頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計例5-2 某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0= 30,測得熱電勢 E(t,t0) =14.195mV，求被測介質的實際溫度。解:由附錄一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄一可以查得14.368mV對

8、應的溫度t為1400。11第11頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計注意：由于熱電偶所產生的熱電勢與溫度的關系都是非線性的 (當然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時,將所測熱電勢對應的溫度值加上自由端溫度,并不等于實際的被測溫度。 12第12頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計132.插入第三種導線的問題利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數值，見下圖。 總的熱電勢（5-4）能量守恒原理（5-5）（5-6）將式（5-5）5代入式（5-4）圖3-58 熱電偶測溫系統連接圖第13

9、頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產生的熱電勢數值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。 14第14頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計圖5-9 開路熱電偶的應用15第15頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計163.常用熱電偶的種類工業上對熱電極材料的要求在測溫范圍內其熱電性質要穩定,不隨時間變化; 在測溫范圍內要有足夠物理、化學穩定性,不易被氧化或腐蝕; 電阻溫度系數要小,電導率要高,組成熱電偶后產生的熱電勢要

10、大,其值與溫度成線性關系或有簡單的函數關系;復現性要好,這樣便于成批生產,而且在應用上也可保證良好的互換性; 材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。 第16頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計17熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/新舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金3001600-201300-501000-40800

11、-40700-400300180016001200900750350表5-2 常用熱電偶第17頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計184.熱電偶的構造及結構形式圖5-10 熱電偶的結構熱電極絕緣管保護套管接線盒第18頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計19 二、補償導線與冷端溫度補償 采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經濟。 它也是由兩種不同性質的金屬材料制成，在一定溫度范圍內（0100）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。 1.補償導線圖

12、5-11 補償導線接線圖第19頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計 假設將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導線對回路的總熱電勢沒有影響 (因其兩端溫度均為t0)，則圖5-11所示回路的總熱電勢為 (5-7)如果假定各接點溫度全為t1，代入式(5-7)，則有 (5-8)(5-9)或 由于t1一般是在100以下,在此溫度范圍內,根據補償導線的性質,有 (5-10)20第20頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計將此式代入式(5-9) (5-11)將式(5-11)代入式(5-7),便有 (5

13、-12)因為故(5-13)21第21頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電偶名稱補償導線工作端為100，冷端為0時的標準熱電勢mV正極負極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.640.034.100.156.950.30表5-3 常用熱電偶的補償導線22第22頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計注意 使用補償導線時,應當注意補償導線的正、負極必須與熱電偶的正、負極各端對應相接。此外,正、負兩極的接點溫度t1應保持相同,延伸后的冷端溫度 t0應比較恒定且

14、比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補償導線,將冷端延伸到環境溫度較恒定的地方。 23第23頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法 在應用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。一般采用下述幾種方法。圖5-12 熱電偶冷端溫度保持的方法（1）熱電勢的修正方法 在實際生產中，冷端溫度往往不是0，而是某一溫度t0，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。 24第24頁，共51頁，2022年，5月20日，

15、23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計實際生產中，其冷端溫度為t0，即有 或 由此可知，熱電勢的修正方法是把測得的熱電勢 EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0時的熱電偶的熱電勢EAB（t0，0），才能得到實際溫度下的熱電勢EAB（t，0）。 25第25頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計舉例例5-3 用鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度檢測,熱電偶的冷端溫度t0=30，顯示儀表的溫度讀數 (假定此儀表是不帶冷端溫度自動補償且是以溫度刻度的)為985，試求被測溫度的實際值。 26解：由分度號為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表 (附錄一)查出985時的熱

16、電勢值為9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又從分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。將此兩個數值代入式 (5-14),得 E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV) 再查分度表可知,對應于9.585mV的溫度t=1000,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測得的溫度實際值。 第26頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計（2）校正儀表零點法 若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預先將儀表指針調整到相當于室溫的數值上。 注意：只能在測溫要求不太高的場合下應用。（3）補償

17、電橋法 利用不平衡電橋產生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。 27第27頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計 由于電橋是在20時平衡的，所以采用這種補償電橋時須把儀表的機械零位預先調到20處。如果補償電橋是在0時平衡設計的（DDZ-型溫度變送器中的補償電橋），則儀表零位應調在0處。注意！圖5-13 具有補償電橋的熱電偶測溫線路28第28頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第二節 熱電偶溫度計29（4）補償熱電偶法 在實際生產中，為了節省補償導線和投資費用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。 圖5-14 補償熱

18、電偶連接線路第29頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第三節 熱電阻溫度計30 在中、低溫區，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。 熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導線所組成。 第30頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第三節 熱電阻溫度計 對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關系如下式 熱電阻溫度計適用于測量-200+500范圍內液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。 一、測溫原理 利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。 31第31頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第三節 熱電阻溫度計

19、 二、工業常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是： 電阻溫度系數、電阻率要大； 熱容量要小； 在整個測溫范圍內，應具有穩定的物理、化學性質和良好的復制性； 電阻值隨溫度的變化關系，最好呈線性； 價格便宜。 32第32頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第三節 熱電阻溫度計331.鉑電阻 金屬鉑容易提純,在氧化性介質中具有很高的物理化學穩定性,有良好的復制性。但價格較貴。 要確定 Rtt的關系,首先要確定 R0的大小。R0不同, Rtt的關系也不同。這種Rtt的關系稱為分度表,用分度號來表示。 工業上使用的鉑電阻主要有分度號為 Pt100 ,它的 R0 = 100,其分度表見

20、附錄四。 第33頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第三節 熱電阻溫度計342.銅電阻 金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數很大，且電阻與溫度呈線性關系；在測溫范圍為-50+150內，具有很好的穩定性。 在-50+150的范圍內，銅電阻與溫度的關系是線性的。即 工業上常用的鉑電阻有兩種，一種是R050，對應的分度號為Cu50。另一種是R0100，對應的分度號為Cu100。第34頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器一、電動溫度變送器35 電動溫度變送器是工業生產過程中應用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱

21、電阻配合使用,將某點的溫度或某兩點的溫差轉換成相應的標準直流電流信號輸出。 第35頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器 DDZ-型溫度 (溫差)變送器是電動單元組合儀表中的一個變送單元。 根據輸入信號的不同，DDZ-型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。 36第36頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器 DDZ-型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結構大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。溫度檢測元件輸入電路放大電路反饋電路被測

22、溫度輸出電流I0 圖5-15 溫度變送器原理框圖37第37頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器二、一體化溫度變送器38 它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或專用接線盒內的一種溫度變送器。 圖5-16 一體化溫度變送器結構框圖結構測溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20+80第38頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器三、智能式溫度變送器39以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優點 可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測

23、量溫度； 具有量程范圍寬、精度高； 環境溫度和振動影響小、抗干擾能力強； 質量輕； 安裝維護方便。 結構由硬件部分和軟件部分兩部分構成。第39頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三第四節 溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖5-17 TT302溫度變送器基本構成框圖40第40頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償的情況下,顯示儀表指示值為500,而這時冷端溫度為60,試問實際溫度應為多少?如果熱端溫度不變,設法使冷端溫度保持在20,此時顯示儀表的指示值應為多少?

24、 解：顯示儀表指示值為500時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產生的,即 E(t,t0) = 20.64 (mV) 由附錄三同樣可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 41第41頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析 由式 (5-14)可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV) 由23.076mV,查附錄三,可得 t557 即被測實際溫度為557。 當熱端為557,冷端為20時,由于E(20 ,0)

25、= 0.798mV,故有 E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV) 由此電勢,查附錄三,可得顯示儀表指示值約為538.4。 由此可見,當冷端溫度降低時,顯示儀表的指示值更接近于被測溫度實際值。 42第42頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯來測量爐溫,連接方式分別如圖5-18(a)、(b)、(c)所示。已知爐內溫度均勻,最高溫度為1000,試分別計算測量儀表的測量范圍 (以最大毫伏數表示)。 圖5-18 爐子溫度測量43第43頁，共51頁，2022年，5

26、月20日，23點40分，星期三例題分析解: (a)由于這時熱電偶的冷端均為0,每支熱電偶對應于1000時的熱電勢可以由附錄一查得 E(1000 ,0) = 9. 585 (mV) 兩支熱電偶串聯,測量儀表所測信號的最大值為 Emax = 29.585 = 19.17 (mV) 根據這個數值可以確定儀表的測量范圍。 (b)由于這時不僅要考慮補償導線引出來以后的冷端溫度(30),而且要考慮爐旁邊補償導線與熱電偶的接線盒內的溫度(100)對熱電勢的影響。44第44頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析 假定補償導線 C、D與熱電偶 A、B本身在100以下的熱電特性是相同的

27、,所以在冷端處形成的熱電勢為E(30 ,0) = 0.173 (mV) 在補償導線C、D與熱電偶的連接處1、4兩點可以認為不產生熱電勢,但在接線盒內2、3兩點形成的熱電偶相當于熱電偶在100時形成的熱電勢,即E(100 ,0) = 0.645 (mV) 由于該電勢的方向與兩支熱電偶在熱端產生的電勢方向是相反的,所以這時總的熱電勢為E max = 2E(1000 ,0) - E(100 ,0) - E(30 ,0) = 29.585 - 0.645 - 0.173 = 18.352 (mV)45第45頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析 根據這個數值可以確定儀表的測

28、量范圍。在這種情況下,如果爐旁邊接線盒內的溫度變化,會以測量產生較大的影響,造成較大的測量誤差。 (c)由于這時兩支熱電偶冷端都用補償導線引至遠離爐子處,冷端溫度為30,故總的熱電勢為Emax = 2E(1000 ,0) - 2E(30 ,0) = 29.585 - 20.173 = 18.824 (mV) 由此可知,在同樣都是用兩支熱電偶串聯來測量爐溫時,由于接線不同,產生的熱電勢也是不相同的,在選擇測量儀表時,一定要考慮這種情況。 46第46頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三例題分析3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都是15mV,試分別計算這時爐子的實際溫度。 解：在(a)情況時,由于2E(t,0) =15mV,即E(t,0) = 7.5mV,查表(附錄一)可得實際溫度約為814.3。 在(b)情況時,由于 2E(t,0) = 15 + E(30 ,0) + E(100 ,0) =15 + 0.173 + 0.645 = 15. 818 ( mV)E(t,0) = 7. 909 ( mV)查表可得實際溫度約為851.2。 47第47頁，共51頁，2022年，5月20日，23點40分，星期三