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热工测量仪表
热工测量仪表及系统维护measurement instruments in heat engineering and system maintaining教师：w津津自动检测技术Automatic Detection Technology教师：w津津热工测量及仪表measurement and instruments in heat engineering教师：w津津学习方法1.学会阅读。学会速读和精读，提高单位阅读量。学会读一本书或 者一个单元的目录、图解和插图，提前了解内容，获取更有效的信 息。当积极的阅读者，不断的提问，直到弄懂字里行间的全部信息 为止，特别要弄懂知识的起点和终点，梳理好知识要点。2.学会听课。上课基本上以听为主，紧跟老师步伐，积极思考，不 理解的地方课下或者当天找时间主动找老师请教，做到堂堂清。 3.善做笔记。一边听课一边记重点，不是事无巨细全盘记录，特别善于记下老师补充的东西，课本上没有的东西特别是思维方法更是 认真记录。能及时根据课件整理笔记，对老师强调的重要知识点格 外注意，特别注意让知识系统化。教材与参考书?热工参数测量及仪表，何适 生编，水利电力出版社， 1990热工测量和仪表，朱祖涛编， 水利电力出版社，1991 ? 热工测量及仪表，吴永生等 编，中国电力出版社,1998 ? 热工测量及仪表，潘汪杰主 编，中国电力出版社,2006 ? 热工测量及仪表，张东风主 编，中国电力出版社，2007?学习目的和要求1.了解常用热工参数测量的基本方法和基本原理。 2.掌握典型热工测量仪表的基本原理、基本结构、 使用方法和安装方法。 3.理论联系实际，具备一定热工测量仪表的校验 技能。
门捷列夫 ()科学始于测量,没有测量，便没有精密的科学。开尔文（）我常说的一句话是： 当你能够测量你所关注 的事物，而且能够用数量 来描述它的时候，你就对 其有所认识；当你不能测 量它，也不能将其量化的 时候，你对它的了解就是 贫乏和不深入的。信息：物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是 事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的 意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。 信息技术：信息的获取、传输和处理的技术。钱学森()信息技术包括测量 技术、计算机技术和通 信技术，测量技术是信 息技术的关键和基础。王大珩(1915- )仪器仪表是工业 生产的“倍增器”， 是高新技术和科研的 “催化剂”，在军事 上体现的是“战斗 力”。检测（detection）技术的含义? 测量（measurement）：将被测参数的量值与已知标 准量相比较，得到被测参数相对标准量的倍数的过程。 ? 检验：根据被测参数量值应属的范围，判断或分辨出被 测参数是否合格。? 检定（校验）：使用仪器仪表定期与标准仪器仪表比较， 判断使用仪器仪表准确度（精确度）是否合格。 利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装Z， 将生产、科研、试验、服务等各个领域的有关信息通过检 验与测量的方法，实时或非实时地对自然界物质进行定性 判断或定量掌握的一系列技术措施。一、热工测量的含义热工测量就是检查（包括检验和检定）和测量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状态，以监视生产过程进行情况和趋势的过程。
二、热工测量的意义 1.直接及时地反映热能利用过程中各热力设备及热力系统 的运行工况，为运行值班人员提供可靠的操作依据，并做 出正确地判断和合理地进行控制和调节，保证生产安全可 靠运行。 2.为热工自动化装Z准确、及时地提供测量信号，代替人 的重复性劳动，摆脱繁重、脏乱的工作环境，保障设备及 人身安全，减轻体力和脑力劳动强度，改善劳动条件，避 免人为的操作失误。 3.为热力发电厂运行经济核算和计算各项技术经济指标提 供数据，节约能源，减少消耗，延长设备使用的寿命，降 低生产成本。 4.在事故情况下追忆事故前后被控设备各部分的参数，分 析事故原因，吸取事故教训，促进文明安全生产。- 保证热力设备安全、经济运行及实现自动 控制的必要条件，也是经济管理、环境保护、 研究新型热力生产系统和设备的重要手段。主要内容第一篇 第二篇 热工测量的基础知识 热工参数测量（温度、压力、流量、液位、烟气含氧量、机械量）第三篇热工显示仪表第一篇一 二热工测量的基础知识热工测量的基本概念 热工测量仪表的基础知识一热工测量的基本概念一、测量工作的主要任务：获取有用的信息。 ? 确定测量对象 ? 选择测量工具（测量仪表）? 研究测量方法和测量原理? 规定测量单位 ? 分析测量误差测量三要素二、测量的定义按照被测对象的特点，利用专门的测量工具通 过适当的实验或者对实验数据的分析计算实现被 测量x与相同性质的标准量（即规定的测量单位） Ux相比较获取比值得到测量结果（即测量值）,并 且尽可能减小测量误差的全过程。 测量的基本方程 x ? A ?U x三、测量方法：根据被测对象的性质、特点和测量 任务的要求，实现被测量与测量单位比较并给出比 值的方法。 基本分类1.按获得测量结果的方式：直接测量法、间接测量法、组 合测量法。 2.按测量仪表与被测对象是否直接接触：接触式测量法、 非接触式测量法。 3.根据被测对象在测量过程中的状态：静态测量法、动态 测量法。 4.根据测量结果显示的方式：模拟式测量法、数字式测量 法、屏幕式测量法。 5.根据测量的地点：离线测量法、在线实时测量法。（1）直接测量法：不必对被测量进行任何函数运 算，而直接使被测量与选用的标准量进行比较立 即得到比值或者用预先标定好的测量工具进行测 量，从而直接得到测量结果的方法。? 直读法：被测量作用于仪表比较装Z，使比较装Z的某 种参数按已知关系随被测量变化，从而直接从测量工具 的刻度标尺上读出被测量的数值，而不需要任何运算。 ? 比较法：利用一个与被测量同类的已知标准量与被测量 相比较，根据它们之间的差值和已知标准量得出被测量 的数值。 - 零值法：被测量与已知标准量完全平衡。 - 差值法：被测量与已知标准量未完全平衡。直读法电子卡尺比较法曹冲称象（2）间接测量法：通过直接测量与被测量有确定 函数关系的其他各个物理量，利用已知函数关系 表达式进行计算，求得测量结果的方法。（3）组合测量法：测量出几组具有一定函数关系 的量值，然后通过解联立方程组求出被测量数值 的方法。思考：以下测量过程使用了哪种测量方法？? 通过公式W ? UI测量功率? 用铂电阻温度计测量温度，电阻值与温度的关系是Rt ? R0 (1 ? at ? bt )2? 用水银温度计测量介质温度（1）接触式测量法：测量过程中，仪表的全部 或一部分与被测对象相接触，受到被测对象的直 接作用才能得出测量结果的方法。特点： 对被测对象的性质有干扰， 影响测量结果的精确性，适用于静态或运动速度缓慢的物质参数测量。（2）非接触式测量：测量过程中，仪表的任何部分都不必与被测对象进行机械接触就能得到测量结果的测量方法。雷达测速仪 车载电子警察特点：不干扰被测对象，但可能受外界干扰，适用于高速 运动或环境稳定的场合。（1）静态测量法：被测量在测量过程中不随时间 变化。对变化速率相对于测量速率十分缓慢的对象进行测量亦属于静态测量。特点：对测量系统的动态响应要求不高，精确度高，操作 简便。（2）动态测量法：测量过 程中，被测量随时间有明显 变化。测量地震振动波形特点：对测量系统的动态响应要求很高，否则将引入较大 的测量误差。（1）模拟式测量法特点：仪表结构简单，价格低廉，便于直观表示被测量变化的方向，读数容易产生误差。（2）数字式测量法热敏电阻测量温度特点： 仪表结构复杂，测量速度高，精度好，读数直观， 复现性好，功能多。（3）屏幕式测量法特点： 仪表能显示复杂的图形和曲线，显示直观，设备投资 和技术要求高。（1）离线测量法产品质量检验（ 2 ） 在 线 实 时 测 量 法在流水线上，一边加工、一边检验，可以 提高产品的一致性和加工精度。测量方法的选择原则? 被测对象和被测量本身的具体特性? 要求被测量的测量准确程度? 测量环境? 现有的测量仪表思考：杆秤、磅秤和天平称量物体的质量的过程中分 别采用了什么测量方法？四、测量单位：测量同一被测量时，人为约定选取的并得 到国家或国际公认的特定固定同类量，一般有明确的定义 和名称。 基本单位 SI单位：国际单位制的基础 （Système International d’Unités） 辅助单位国际单位制SI词头 SI单位的十进倍数和分数单位： 导出单位由SI单位加SI词头构成。国际单位的基本量和基本单位SI基本单位的定义? 1米被定义为真空中的光在1/秒时间内所经 过的距离的长度（1983年）。该标准的复制精度可达 10-9 。 ? 1千克定义为国际千克原型器的质量（1889年），该国 际千克原型器是保存在法国巴黎塞夫勒博物馆中的一根 铂铱合金圆柱体。其复制精度可达10-9数量级。 ? 1秒被定义为铯133原子基态的两个超精细结构能级间 跃迁所对应的辐射的个周期的持续时间 （1967年）。 ? 1安培定义为流经在真空中两根平行且相距1m的无限长 直导线（其圆横截面可忽略不计）上并能在其每米长导 线之间产生0.2〓10-6N的电动力的不随时间变化的电流 量（1948年）。SI基本单位的定义（续）? 1开尔文被定义为水的三相点的热力学温度的1/273.16 （1967年）。 ? 1坎德拉被定义为在一标准大气压下，面积等于1/60平 方厘米的绝对黑体在纯铂Pt凝固温度（约1769℃）时， 沿垂直方向的发光强度（1979年）。 ? 1摩尔的定义为一个由确定成份组成的系统，如果它含 有粒子的个数等于碳12原子核的12/1000千克质量中所 含原子的个数，则该系统的物质量为一摩尔（1971 年），此处所述的粒子可以是原子、分子、离子和电子 及其组合。辅助单位：1.（平面）角：弧度，rad 2.立体角：球面度，sr国际单位制的导出单位导出单位从基本单位出发，通过基本单位和辅助单位以选定的代数运算定义。有的导出单位有各自专门的名称和专门的单位符号，这些单位名称和单位符号可以单独使用，还可以与基本单 位和辅助单位一起合成进一步的导出单位 。 ? 组合形式的SI导出单位 ? 具有专有名称的SI导出单位SI词头：不得单独使用。词头符号与所紧接的单位符号应作为一个整体对待，它们共同组成一个新单位。国际单位制的特点：?通用性 ―指国际单位适合于任何科学技术领域。?简明性―指国际单位规定每个单位只有一种名称和符号。?实用性―指国际单位使用方便，实际应用广。分析测量误差的意义正确认识误差的性质，分析误差产生的原因。 从根本上，消除或减小误差 正确处理测量和实验数据，合理计算所得结果。 通过计算得到更接近真值的数据正确组织实验过程，合理设计、选用仪表或测量方法。 根据目标确定最佳测量系统五、测量误差：通过测量仪表测量得到的结果减去 被测参数的真实值后的差值。1.真实值（true value）：在一定的时间、空间或某种状 态下被测参数客观存在的量值。 ? 理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出的给 定值。 ? 约定真值（conventional true value）：世界各国公认的 几何量和物理量的最高基准的量值。获取真实值的常用方法 ? 用标准物质（标准仪器）所提供的标准值作为 真实值。 ? 用高一级的标准仪器仪表测量得到的值近似作 为真实值。 ? 对被测量进行N次等准确度测量，各次测量值的 算术平均值近似作为真实值。N越大，越接近真实 值。2.误差的来源（1）测量工具误差以固定形式复现标准量值的 器具本身体现的量值，不可避免 地存在误差。一般要求标准器件 的误差占总误差的1/3~1/10。 测量装Z在制造过程中由于设计、制 造、装配、检定等的不完善，以及在 使用过程中，由于元器件的老化、机 械部件磨损和疲劳等因素而使设备所 产生的误差。 测量仪器所 带附件和附 属工具所带 来的误差。量具误差设计测量装Z 时，由于采用 近似原理所带 来的工作原理 误差 组成设备的 主要零部件 的制造误差 与设备的装 配误差仪器误差附件误差设备出厂 读数分辨 数字式仪 元器件老化、 时校准与 力有限造 器特有的 磨损、疲劳 定度所带 成的读数 量化误差 所造成的误 来的误差 差 误差（2）人员误差?指由于测量者工作责任心、技术熟练程度、感官的 分辨能力、视觉疲劳、测量固有习惯等而对测量实验 中的现象与结果判断不准确而造成的误差。 减少人员误差的途径：要求操作人员在测量过程中 具有高度的责任感，熟练掌握的测量规程，并具有一 定的测量身体素质和心理素质。?（3）环境误差? 指由于温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等环境因素和仪表要求条件不一致而引起的误差。?对于电子测量，主要的影响因素包括：环境温度、电 源电压和电磁干扰等。（4）方法误差?它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操 作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对 测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差， 也称理论误差。 原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法 以及测量程序来加以消除或修正。?3.测量误差的分类 ? 根据测量误差的性质或出现的特征规律（1）系统误差（system error）：相同测量条件（相同 观测者，相同测量器具，相同环境条件）下，多次重复测 量同一被测量时，误差的绝对值和符号基本保持不变，或 在条件变化时按某种一定的规律变化的误差。-系统误差的分类和特征 ? 恒值系统误差：大小和符号都不改变的系统误差。? 变值系统误差：按照一定规律变化的系统误差。可以分为累进性系统误差、周期性系统误差。系统误差的分类3.测量误差的分类 ? 根据测量误差的性质(或出现规律)或产生原因（1）系统误差（system error）- 产生原因：由于测量仪表本身不够完善、仪表持久使用 发生的人为原因或者测量时外界环境条件发生较大变化等 原因产生的。 测量工具和测量条件不变时，增加测量次数并不能 减少系统误差对测量结果的影响。 - 减小或消除系统误差的方法： 修正法；补偿法；替代法；交换法。替代法交换法（2）随机误差（偶然误差，random error）：相同测量条 件下，多次重复测量同一被测量时，绝对值和符号没有一定规律，以不可预知形式变化的误差。? 随机误差就个体而言是无规律的，不能通过实验的方法来消除。? 但在等精度条件下，只要测量次数足够多，那么就会 可以从理论上来估计随机误差对测量结果的影响。发现：从总体来说随机误差的分布服从一定的统计规律，（2）随机误差f (? ) ?1 e 2???2 ? 2 2?? ? x ? x0测量标准差??1 n 2 ? ? x ? x ? 0 n i ?1- 产生原因：由测量过程中多个对测量影响微小的彼此独 立的未知和难以控制的随机因素引起的误差。（2）随机误差- 特点 ? 对称性。绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相 等，以零误差为中心成对称分布。重复测量次数越多，误 差分布图形的对称性越好。 ? 有限性。在一定条件下，随机误差的绝对值不会超过 一定的范围或绝对值很大的随机误差出现的概率几乎为零。 ? 单峰性。绝对值小的随机误差大于绝对值大的随机误 差出现的概率。零误差对应误差概率的峰值。 ? 抵偿性。相同条件下，对同一被测量测量次数趋于无 穷多，全部随机误差的算术平均值趋于零。抵偿性是随机 误差最本质的特点。注意? 随机误差与系统误差既有区别又有联系，二者 之间并无绝对的界限，在一定条件下可以相互转 化。 ? 对某一具体误差，随着测量条件的改善、认识 水平的提高，一些过去视为随机误差的测量误差 可能分离出来作为系统误差处理。（3）粗大误差（疏忽误差，abnormal error）：测量过 程中由于操作人员的技术水平低和责任心差，对仪表不了 解、精力不集中计算错误或操作过程错误等主观过失、仪 器仪表突然失灵产生误动作或测量条件意外变化等原因，造成读数错误、记录错误，明显歪曲测量结果，超出在相同的规定条件下的预期值，使该次测量失效的误差。 粗大误差一经发现，测量值必须立即从测量数据中剔 除，并重新进行测量。 一般情况下，应该尽量减小测量的系统误差和随机 误差，并避免产生粗大误差。思考：下列测量误差属于什么误差？（1）用一块普通万用表测量同一电压，重复测 量20次后所得结果的测量误差。 随机误差 （2）观测者抄写记录时错写了数据造成的测量 误差。 粗大误差 （3）在流量测量中，流体温度、压力偏离设计 值造成的流量测量误差。 系统误差? 按被测参数与时间的关系? 静态误差：在被测参数不随时间变化或随时间变化很 缓慢时的测量误差。 ? 动态误差：当被测参数随时间迅速变化时，测量系统 的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合时所 产生的附加误差。 由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差4.测量误差的表示方法 ? 绝对误差（ ? ）：仪器显示的数值 x 与被测参数 真实值 x0之间的代数差值。（absolute error）? ? x ? x0修正值（C）： C? x0 ? x4.测量误差的表示方法（续）? 相对误差（? ）（relative error）：测量的绝对 误差与约定值之比的百分数。－实际相对误差：示值的绝对误差与被测参数真实值的比 ? 值，以百分数形式表示。 ? ? ?100% x0 －标称相对误差：示值的绝对误差与仪表示值的比值，以 百分数形式表示。 ???x?100%－引用相对误差（诱导相对误差）：示值的绝对误差与仪 ? 表量程的比值，以百分数形式表示。 ? ? ? 100% A思考：某采购员分别在三家商店购买100kg大米、 10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但 该采购员对卖巧克力的商店意见最大，为什么？对于相同的被测量，绝对误差可以评定其测量精度的 高低；对于大小数值不同的被测量，绝对误差不能作为衡 量测量准确程度的标准，这时相对误差比绝对误差能更好 地说明测量的准确程度：相对误差越小，准确程度越高。5.测量的正确度、精密度和精确度- 正确度：反映了测量过程中系统误差的大小，表明了对 同一被测量进行多次测量时测量值偏离真实值的程度。 - 精密度：反映了测量过程中随机误差的大小，表明了对 同一被测量进行多次测量时多次测量结果的一致程度。 - 精确度（accuracy）：正确度和精密度的总称，表示测 量值与真实值间综合的接近程度，反映了测量结果的可靠 程度。对于具体的测量结果，正确度高的精密度不一定高， 精密度高的而正确度不一定高，但是精确度高，则精密度 和正确度一定高。六、数字修约?数字修约规则有效数字及其运算 有效数字具体应用??（一）数字修约规则我国科学技术委员会正式颁布的《数字修 约规则》，通常称为“四舍六入五成双”法则。 四舍六入五考虑，即当尾数≤4时舍去，尾数 ≥6时进位。当尾数为5时，若后面数全为0，则 5前为偶数应将5舍去，5前为奇数应将5进位； 若后面数不全为0，则无论5前为偶数或奇数均 进位。?这一法则的具体运用如下：将28.175和28.165处理成4位有效数字，则分1.别为28.18和28.16。2.若被舍弃的第一位数字大于5，则其前一位数 字加1。?例如: 28.2645处理成3位有效数字时，其被 舍去的第一位数字为6，大于5，则有效数字应为28.3。3. 若被舍其的第一位数字等于5，而其后数字全部为 零时，则是被保留末位数字为奇数或偶数（零视为偶），而定进或舍，末位数是奇数时进1，末位数为偶数时还进1，例如: 28.350、28.250、28.050处理成3位有效数字时，分别为28.4、28.2、28.0。4. 若被舍弃的第一位数字为5，而其后的数字并非全 部为零时，则进1，例如28.2501，只取3位有效数 字时，成为28.3。5. 若被舍弃的数字包括几位数字时，不得对该数字进行连续修约，而应根据以上各条作一次处 理。 ? 例如: 2.154546，只取3位有效数字时，应该 为2.15，不得按下法连续修约为2.16： 2..16→2.155→2.16（二）有效数字及其运算实验离不开测量，测量是借助仪器读取数据，测量的结果总有误差。那么，实验中如何读取数据，测得的数据如何进行运算，才能既方便，又具有合理的准确度呢?这就是有效数字及其运算所要讨论的问题。1.有效数字的意义（1）有效数字的定义我们把通过直读获得的准确数字叫做可靠数字；把通过估读得到的那部分数字叫做存疑数字。把测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫有效数字。如上例中测得物体的长度7.45cm。数据记录时，我们记录的数据和实验结果的表述中的数据便是有效数字。（2）仪表的读数规则在实验中，使用仪表读取待测量的数值时，所 读取的数字的准确程度直接受仪器本身的精密度― ―最小刻度的限制。为了获得较好的测量结果，在 读取数字时，我们通常的作法是：首先读出能够从仪表上直接读出的准确数字，对余下部分再进行估计读数。即将读数过程分为直读和估读。? 例如: 用米尺测量一物体的长度时，物体的 长度在7.4～7.5厘米之间。那么首先直读，可 以直接读出的部分――准确数字应为7.4cm；然后估读，估计余下部分约为0.5mm，物体的长度即为7.45cm。其中7.4cm部分为可靠数字，0.05cm部分为存疑数字。（3）说明? 实验中的数字与数学上的数字是不一样的。?例如: 数学的 8.35=8.350=8.3500 ,而实验的8.35≠8.350≠8.3500。? 有效数字的位数与被测量的大小和仪表的精确度有关。如前例中测得物体的长度为7.45cm，若用千分尺来测，其有效数字的位数有五位。? 第一个非零数字前的零不是有效数字。?例如: 0.0125有效数字的位数是三位。? 第一个非零数字开始的所有数字(包括零)都是有效数字。?例如: 12500有效数字的位数是五位。? 单位的变换不能改变有效数字的位数。因此，实验 中要求尽量使用科学计数法表示数据。 ?例如: 100.2m可记为0.1002km。但若用cm和mm作单 位时，数学上可记为10020cm和100200mm，但却改变了有效数字的位数。而采用科学计数法就不会产生这个问题了。?有效数字与不确定度的关系：有效数字的末位是估读数字，存在不确定性。 一般情况下不确定度的有效数字只取一位，其数位即是测量结果的存疑数字的位置；有时不确定度需要取两位数字，其最后一个数位才与测量结果的存疑数字的位置对应。注意：由于有效数字的最后一位是不确定度所在的位置，因此有效数字在一定程度上反映了测量值的不确定度（或误差限值）。测量值的有效数字位数越多，测量的相对不确定度越小；有效数字位数越少，相对不确定度就越大。可见，有效数字可以粗略反映测量结果的不确定度。2.运算规则一般来讲，有效数字的运算过程中，有很多规则。为了应用方便，我们本着实用的原则，加以选择后，将其归纳整理为如下两类，即一般规则和具体规则。（1）一般规则? 可靠数字之间运算的结果为可靠数字。? 可靠数字与存疑数字，存疑数字与存疑数字之间 运算的结果为存疑数字。 ? 测量数据一般只保留一位存疑数字。? 运算结果的有效数字位数不由数学或物理常数来确定，数学与物理常数的有效数字位数可任意选取，一般选取 的位数应比测量数据中位数最少者多取一位。 ? 运算结果将多余的存疑数字舍去时应按照“四舍六入五 成双”的法则进行处理。即小于等于四则舍；大于六则 入；等于五时，根据其前一位按奇入偶舍处理。 ?例如: 3.625化为3.62，4.235则化为4.24。（2）具体规则 ?有效数字相加(减)的结果的末位数字所在的位 置应按各量中存疑数字所在数位最前的一个为 准来决定。 ? 例如： 30.4 26.65 + 4.325 - 3.905 34.725 22.745 取30.4+4.325=34.7， 26.65-3.905=22.74。小数点后位数最少的数据? 乘（除）运算后的有效数字的位数与参与运算的 数字中有效数字位数最少的相同。 ?例如： 2.5×1.26=3.15，取 3.2； 4.60÷0. 25=18.4，取18。有效数字位数最少的数据（三）有效数字具体应用? 有效数字的位数，不仅表示数值的大小，还反映 测量的精确程度。 ?例如：一支刻度到0.1ml的滴定管读数最多只能 读到0.01ml，如2.52ml，但一支刻度到0.01ml的 微量滴定管读数就可读到0.001ml，如2.524ml， 这两个读数的末位数字2和4均是估计数。七、测量工具（测量仪表）：输入被测量和预先 存贮的测量单位信号，直接或间接得到测量值的 装Z或设备。?量具：以固定形态复现单个或多个已知量值的测 量工具。 仪器：将被测量转换成指示值或等值信号的测量 工具。 附件：用于扩展器具和仪器功能或提高其性能的 附加元、部件。??为了实现一定的测量目的，将测量工具（测 量仪表）按照一定方式进行组合的系统称为测量 系统。热工测量系统是对热工过程中的热工参数进 行测量的系统，其中用来测量热工参数的仪表叫 做热工测量仪表（简称为热工仪表）。二热工测量仪表的基础知识一、热工测量仪表的组成1.感受件（传感器、检测元件、一次元件）：直接 与被测对象发生联系，感受被测介质信号（或能 量）并随被测量大小和变化按一定规律转换成便 于传输、转换、处理和显示的输出信号。① 感受件是测量装Z，能在规定条件下完成获取外界信 息的检测任务。 ② 输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学 量、生物量等。 ③ 输出量是某种便于传输、转换、放大、处理及显示等 的物理量，可以是气、光、电量，但目前主要是电量。 ④ 输出量输入量之间具有一一对应关系，且应该保持一 定的精确度。将不易变换为电量信 号的非电量转换为易于 转换为电量信号的非电 量信号。物理信息敏感元件化学信息 生物信息电信号光信号（sensitive element） 变换元件（传感元件） （transduction element）感受件将敏感元件输出非 电量信号按一定对 应关系转换为适于 传输和测量的电信 号。感受件的性能好坏直接影响测量仪表能否快速、准 确地反映被测参数变化，因此性能应该符合要求：（1）选择性。感受件的输出信号与被测对象非被测量作用的影响 大小可以忽略。 （2）复现性。输出信号随被测参数变化，并且与被测参数在数值 上具有单值函数关系，最好是线性关系。 （3）稳定性。规定工作条件下，保持输入信号不变，感受件物理 性质和化学性质稳定，输出信号不随时间或环境变化。 （4）超然性。测量过程中，感受件尽量减小对被测对象能量的消 耗，并且不干扰被测对象的状态或干扰极小。 （5）灵敏性。输入信号一定，输出信号大，具有较高的灵敏度。 （6）可靠性。感受件的工作范围或测量范围足够大，具有一定的 过载能力，响应速度快，迟延小。 （7）经济性。体积小，重量轻，价格便宜，使用寿命长，易于使 用、维修和校准。感受件的分类 ? 按被测物理量分类明确表明了感受件的测量对象，便于使用者根据测量要求选择应用；难以对感受件的测量原理与性能进行分析比较。感受件的分类（续）? 按感受件工作原理分类 表明了感受件的工作原理，便于了解感受件的特性， 有利于结合工程实际进行感受件的设计和应用。 - 物理型传感器：利用某些变换元件的物理性质以及某些 功能材料的特殊的物理性能制成的传感器。 - 化学型传感器：利用敏感元件与物质间的电化学反应原 理，把无机和有机化学成分、浓度等转换为电信号。- 生物型传感器：利用生物活性物质有选择地识别来测定 生物化学物质的传感器。感受件的分类（续）? 按感受件工作原理分类- 物理型传感器? 结构型传感器：根据某些物理规律，被测量变化，材 料的结构变化，从而实现被测非电量信息成比例地转换为 输出电量变化。 ? 物性型传感器：利用某些功能材料本身所具有的内在 物理或化学特性及效应，把被测非电量直接转换为电量。 特点：响应速度快，容易实现小型化、集成化和智能化。感受件的分类（续）? 按感受件转换能量供给形式分类- 能量变换型传感器（无源传感器）：在进行信号转换时， 不需要另外提供能量，而直接由被测对象输入的能量变换为另一种形式能量输出使感受件工作。- 能量控制型传感器（有源传感器）：感受件依靠外部提供辅助能源来工作，由被测量来控制该能量的变化。2.传输变换部件（中间元件）：将感受件输出的信 号，根据显示件的要求传输给显示元件。? 作用（1）输出信号只送给显示件时，单纯起传输作用。 （2）放大感受件输出的微弱信号，以满足远距离传输及 驱动显示、记录装Z需要。 （3）感受件输出信号不便于与显示仪表和调节装Z配接 时，根据某些特定要求需要转换为标准化的统一数值范围 的气、电信号。? 基本要求 （1）性能稳定，转换精度高。（2）信号失真和畸变程度小，信息损失少。3.显示件（二次元件）:与测量人员直接发生联系， 接受传输变换部件送来的信号，最终向测量人员 直接反映被测参数在数值上的变化。（1）模拟显示：由指示器在标尺上的位Z连续标识被测 量的数值。 （2）数字显示：直接以数字量表示被测量的数值。 （3）屏幕画面显示：应用计算机技术和工业电视屏幕通 过液晶屏或CRT显示屏以图形、数字等多种形式显示测量 结果，还可以给出数据表格、曲线和工艺流程图及工艺流 程各处的工质参数。要求：结构方便测量人员读出数据，防止观测者的主观误 差。二、热工测量仪表的分类1. 按被测参数分类 2. 按感受件与被测对象关系分类 接触式测量仪表 非接触式测量仪表 3. 按仪表各环节组成测量系统的方式分类 (1) 直接变换式仪表：仪表各组成环节开环联接，即信号 从输入到输出经过串联的各环节，沿一个方向传递。 (2) 平衡式仪表：仪表环节的一部分构成闭环系统，该系 统由直接变换部分和反变换部分组成。4.按用途分类5.按工作原理分类 6.按安装地点分类7.按使用方式分类8.按显示特点和功能分类 9.按使用能源分类(1) 直接变换式仪表(2) 平衡式仪表三、热工测量仪表的质量指标指评估仪表质量优劣的标准，与仪表的设计和制造 质量有关，是正确选择和使用仪表的重要依据，也是校验 仪表、判断仪表是否合格的重要依据。 （一）仪表的性能：描述仪表输入量和输出量对应关系。 ? 计量性能：指仪表在标准条件下能否满足测量要求并给 出准确结果的能力。 ? 抗干扰能力：指仪表受到影响作用时仍然保持计量性能 相同的测量程序、测量 原理和测量方法，相同的观 的能力。 测人员，相同条件下使用相 ? 防护能力：指仪表在特殊环境下的适用性能。 同测量仪表，相同地点，在 ? 消耗能量：包括测量过程中消耗被测对象功率和仪表本 短时间内的重复测量。 身是否需要辅助能源的性质。 ? 经济性能：即仪表价格、体积和质量，使用寿命及自动 化程度。（二）仪表的质量指标1.静态性能指标：指仪表的输入信号处于稳定状态或随时 间变化非常缓慢时，输出信号与输入信号间呈现的关系。一般可以用数学表达式、特性曲线或表格表示。 数学表达式：y ? x ? ? a0 ? a1x ? a2 x ????? ai x ????? an x2 in?测量范围和量程- 测量下限（零点） xmin ；测量上限 xmax- 测量范围（range）xmin : xmax ：在允许误差限内测量 下限与测量上限所表示的测量区间。 - 量程（span） A ? xmin ? xmax 的代数差值。 +150℃ 如：A=150-（-50） =200℃ 测量上限和测量下限-50℃基本误差（? ）：规定正常技术条件下，仪表全 j 量程范围内绝对值最大的引用相对误差。??j ???maxA?100%?允许误差和精确度等级－允许误差：根据仪表的设计要求和制造质量，生产厂家 对出厂的仪表规定正常使用时基本误差不得超过的允许具 有的最大值。 －精确度等级：允许误差去掉百分号以后余下数字的绝 对值。 仪表的允许误差=精确度等级%仪表的精确度等级和允许误差仪表的精确度等级一般用符号标志在仪表面板上。例1：某温度计的测量范围为0～500℃，校验时该 表的最大绝对误差为 6℃，试确定该仪表的精确 度等级。解：0 0 | ? | ? 6 C ? ? 500 C ，代入式中 根据题意知 max ，?j ?|? |maxA6 ? 100% ? ? 100% ? 1.2% 500所以该温度计的基本误差介于1.0%与1.5%之间，因 此该表的精确度等级应定为1.5级。例2：现有0.5级的0～300℃和1.0级的0～100℃的两个温 度计，欲测量80℃的温度，试问选用哪一个温度计好？ 为什么？解：0.5级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量 80℃可能出现的最大示值相对误差分别为: |? | max1 ? ? j 1 ? ?1 ? 0.5% ? ? 300 ? 0 ? ? 1.5?1 ?|? |max1同样道理，1.0级温度计测量时， |? |max2 ? ? j 2 ? ?2 ? 1.0% ? ?100 ? 0? ? 1?2 ?|? |max 2x1.5 ? 100% ? ? 100% ? 1.875% 80x 选用仪表时，不能单纯追求高精度，而应兼顾精确度 等级和量程，一般最好使测量值落在仪表满度值的2/3以 上区域内。1 ? 100% ? ? 100% ? 1.25% 80?灵敏度（sensitivity）：指仪表在稳态工作时， 输出信号的变化量与引起此变化的输入信号变化 量的比值。?y dy S? ? ?x dx问： 转角为270度，它的灵敏度是多少？2.7度/MPa某测量范围是0~100MPa的压力表，其满量程时指针如果仪表各刻度点灵敏度相同，则仪表输入信号与输 出信号呈线性关系，仪表为线性仪表，否则为非线性仪表。 对于线性仪表，刻度方便、均匀、准确，容易读数。线性度（linearity，非线性误差） 指仪表的输出信号与输入信号之间的线性程度， 用实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与仪表量程 范围内的输出之百分比表示。?1-拟合曲线（用切线或割线等直线近似代替实际静态特性 曲线） 2-实际特性曲线?? Lmax ?L ? ?100% ymax ? ymin变差（hysteresis）：反映了仪表在相同工作条件下， 对相同输入信号的正行程（测量系统的输入量从量程下限 增至量程的上限的测量过程 ）和反行程（测量系统的输 入量从量程上限减少至量程的下限的测量过程）间输出信 号的不一致程度。???H max ?H ? ? 100% y max ? y min产生原因：机械部件的摩擦、间隙、弹性元件的弹性滞后、 磁性材料的磁滞等。?重复性（ repeatability ）：表示同一观察者采用相同 的测量条件、方法时，仪表在输入量按同一方向 ( 同 为正行程或同为反行程 ) 作全量程连续多次重复测量 时所得到的特性曲线不一致的程度。??Rmax ?R ? ? 100% y max ? y min重复性反映了测量仪表随机误差接近于零的程度。分辨率（resolution） ：表示仪表当一个被测量从一 个相对于零值的任意值开始连续增加时，使指示值产生 可察觉的最小变化量所需的输入量的变化量。?- 被测量的变化小于分辨率时，仪表对输入量变化没 有反应。 - 数字仪表的最后一位所表示的数值就是它的分辨率；数字仪表显示位数越多，分辨率越高。- 一般地说，分辨率的数值小于仪表的最大绝对误差。阈值（threshold，死区）：输入信号变化不致引起示值 可察觉的最小变动的有限区间与量程之比的百分数。?稳定性（stability）:一般指长期稳定性。即仪表在相当长时间内仍保持其性能的能 力。表示为在室温条件下，经过相当长的时间间 隔，如一天、一月或一年，仪表的输出信号与 起始标定时的输出信号之间的差异。 抗干扰稳定性温度稳定性可靠性（reliability）：反映仪表在规定的条件下，在规 定的时间内是否正常工作的一种综合性的质量指标。?更新点 交付使用点故障率变化曲线平均无故障工作时间 ?? 平均无故障工作时间 ? 平均修复时间MTBF=Mean Time Between Failures?零点漂移（ drift）：指在外界干扰下，仪表输出 信号在保持工作条件不变和输入信号不变时所发 生的变化。? 零点时间漂移：反映了仪表在恒定的温度环境中，当 输入信号不变时，输出信号随时间变化的特性，简称 为零漂。? 零点温度漂移：反映了当输入信号不变时，仪表的输 出信号随温度变化的特性，简称为温漂。2.动态性能指标：指仪表输入信号随时间变化时， 其输出信号与输入信号之间呈现的关系。dny d n ?1 y dy d mx d m?1 x dx an n ? an ?1 n?1 ? ??? ? a1 ? a0 y ? bm m ? bm?1 m?1 ? ??? ? b1 ? b0 x dt dt dt dt dt dt- 阶跃响应指标：指仪表在单位阶跃信号作用下的输出特性，它反映了仪表的输出信号随输入信号变化的稳定性、 准确性和快速性。 - 频率响应指标：指仪表的输出特性曲线与输入正弦信号 的频率之间的关系，由幅频特性和相频特性组成。3.测量仪表合格的标准?? ?仪表的基本误差小于或等于仪表的允许误差。仪表的变差小于或等于仪表的允许误差。 仪表标尺上的分格值大于仪表允许误差的绝对值；仪表 分辨率的数值小于或等于仪表允许误差绝对值的一半。例3：有一只量程为0~1000℃，准确度等级为0.5级的温 度计。当被测温度增加到100℃时仪表指示101℃；当被 测温度减小到100℃时，仪表指示99℃。问：此温度计是 否合格？如果仪表合格，则它的最大测量绝对误差为多少？ 仪表分格值为多少？ 解：由已知，该温度计在100℃的不灵敏区为101-99=2℃；仪表分辨率等于2/%＜1/2〓0.5%=0.25%，所以此温度计合格。?max ? 0.5%? ? xmax ? xmin ? ? 0.5%? ?1000 ? 0? ? 5 oC因此，该温度计在规定条件下使用时，它的最大测量误差为5℃。 仪表分格值应该不小于5℃，最多可以分格。四、热工测量仪表的校验：评定仪表的性能，并与规定的 质量指标比较，以确保测量结果的真实性和可靠性，即仪 表合格。 1.仪表的校验步骤 （1）外观检查－看有无损坏，仪 表表盘盘面应该光洁，分度数字清 晰完整，同时注意仪表型号、量程、 精确度等级和配用一次元件。 （2）内部机件性能检查－仪表装配 牢固，不得有影响计量性能的锈蚀、 裂纹等缺陷。（3）绝缘性检查－仪表耐磨损，抗酸和碱性物质腐蚀。 （4）示值校验2.示值校验方法按照产生标准量值，即约定真值的方式（1）示值比较法 选取基本均匀分布于被校仪表的整个量程范围的包 括零点及满刻度点在内的至少五个被校表上的整数刻度点 （即校验点），用标准仪表与被校仪表同时测量同一被测 参数，以标准仪表的示值作为约定真值，确定被校仪表各 校验点的误差；如果各校验点的误差不超过仪表的允许误 差，则被校仪表视为合格。 （2）标准物质法：利用某些参考物质标准状态校验仪表。 特点：精确度高，灵活性差，测量环境和测量条件对参考 物质有影响。 防止参考物质“污染”讨论? 如何考虑标准仪表的误差？ 通常如果标准仪表的允许误差小于被校仪表的三分之 一，量程等于或略大于被校仪表的量程，则可以忽略标准 仪表的误差。 ? 如何保证标准仪表和被校仪表测量的是同一被测参数？ 创造一个均匀稳定的测量环境，精心设计和制作产生 被测参数的设备，校验时严格按照设备的技术要求正确使 用。例4：某压力表，测量范围为0~25MPa，精确度等级1.0， 仪表的标尺总角度为2700。经校验结果如下表所示，试 求： （1）各点示值的绝对误差。 （2）仪表的基本误差。 （3）仪表的变差。 （4）仪表的平均灵敏度。 （5）判断仪表是否合格。被测压力 正行程示值 反行程示值 0 0 0.1 5 10 15 20 25 4.9 10.2 15.1 19.9 24.9 4.7 10.1 14.8 19.8 25.0第二篇一 二 三 四 五 六热工参数测量温度测量 压力测量 流量测量 液位测量 烟气含氧量测量 机械量测量一第一节 第二节 第三节 第四节温度测量温度测量的基本知识 膨胀式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计火电厂热力生产过程中，从工质到各部件无不伴有 温度的变化，对各种工质及各部件的温度必须进行密切的监视和控制，以确保机组安全经济运行。温度是火电厂最普遍最重要的热工参数之一。 ? 温度是蒸汽质量的重要指标之一。? 温度是影响热力设备效率的主要因素。? 温度是影响传热过程的重要因素。 ? 温度是保证热力设备安全运行的重要参数。 温度的准确测量对保证火电厂安全、经济生产具有 重大的意义。第一节温度测量的基本知识一、温度和温度测量1.温度 - 宏观上：表示物体或热平衡系统冷热程度的物理量。- 微观上：物体内部大量分子无规则热运动平均动能大小 的标志。2.温度测量 标准物体 被测物体温度测量的基本原理 ? 热力学第零定律：热平衡状态下的两种物体具有相同的 温度。 ? 标准物体的某些物理性质随温度连续地变化，具有较好 的复现性。我们的身体能感觉到物体的冷热 ? 我们的身体已经是温度计？对温度不能只做定性的描述， 还必须有定量的表述。二、温标：衡量温度高低的标准尺度。即温度的数值表示方法，规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。温标建立的三要素（基本条件）? 选择某种物质（测温物质）的某一随温度变化的属性 （测温属性）来标志温度。 便于与其他温度比较，确定测量温度数值。? 选定固定点（即物质不同相之间可以复现的平衡温度），? 对测温属性随温度的变化关系作出规定，确定任意点温度值的数学关系表达式-分度方法（内插函数）。国际普遍使用的温标有四种：摄氏温标、华 氏温标、热力学温标、国际温标。根据水银在玻璃管内受热后体积膨胀的性质-? 摄氏温标（t）：摄氏度，℃- 由瑞典物理学家摄尔修斯（Anders Celsius， ）在1742年制定的。0摄氏度和100摄氏度的规定0摄氏度冰水混合物的温度规定为0℃，这是水的冰点。0℃冰水混合物100摄氏度一标准大气压下，沸水的温100℃度规定为100℃，这是水的沸点。沸腾的水100℃90 80 70 60 50 40 30 20 10能不能将这只温度计 的测量范围扩大到0℃以 下和100℃以上？0℃0度和100度之间分成100等分,每一等分为摄氏温度的 一个单位，叫做1摄氏度，记做1℃。? 华氏温标（t）：华氏度，H华 伦 海 特规定标准大气压下氯化铵和冰水混合物的温度为 0度， 水沸点为212度，中间等分212格，每格为华氏1度，记做1H。5 它与摄氏温标的关系为： t ? ?? ? 32 ? 9 特点：依赖于测温物质的具体性质，使温标具有随意性和 局限性，不能适用于任意地区或任何场合。 思考：不依赖任何物质具体性质的、客观的温标是什么？根据热力学卡诺循环的理论基础? 热力学温标（T）：开尔文，K- 规定分子运动停止时的温度为绝对零度。- 水的冰点是273.15K，沸点是373.15K。- 热力学温度和摄氏温度的数量关系：T＝t＋273.15。威廉? 汤姆逊? 开尔文勋爵思考关于热力学温度的说法中，正确的是( ABC ) A．热力学温度的零点是－273.15℃ B．-136℃比136K温度高 C．0℃等于273.15K D．1℃就是1K E．升高1℃就是升高274K?国际温标根据第18届国际计量大会的决议，自日起开始在全世界实行国际温标(ITS－90)。国际温标指出，热力学温度为基本物理量，规定水的三相点温度为273.16，单位为K，1K的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16。由于摄氏温标将冰点定义为 0℃，而冰点比水的三相点低0.01K，那么冰点温度为 273.15K，即90国际温标定义国际开尔文温度T90和国际 摄氏度t90，它们之间关系如同T和t一样，即 t90=T90-273.15。温标传递系统：包括生产中对各种温度测量仪表的分度，把标准传递到测量仪表以及对使用中或修理后的温度测量仪表进行检定两方面内容。由研究机构（我国为中国计量科学研究院）按照国际温标 要求，建立国家基准器具，复现国际温标。 由国家掌握 的基准器具由省级掌握的 一等标准器具 向厂级二等、 三等标准器具和工作基准 器具向省级 一等标准器 具进行检定。三级温标传递系统进行检定。由厂 级二 等、 三等 标准 器具 向工 业用 现场 仪表 进行 检定。虽然有不少物体的某些性质或状态（如电阻、体积、电势等）会随温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可以制作成温度测量仪表。温度测量仪表的性质必须满足 以下条件：?物理特性与温度之间关系适中，容易检测和处理，且随 温度呈单调线性变化。 除温度以外，物理特性对其它物理量的灵敏度低。 物理特性随时间变化小，重复性好，没有滞后和老化。 灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响小。? ? ???机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好。能大批量生产，价格便宜，无危险性，无公害等。三、温度测量仪表的分类测温方式 温度计种类 测量原理 优 点 缺 点感 受 件 与 被 测 介 质 直 接 接 触接 触 式 温 度 计 ：利用液体或者固 体热胀冷缩的性 膨胀式温度计 质，以液体的体 积变化或固体的 变形量测量温度构造简单，使 量程和使用范围有限， 用方便，测量 惰性大，不能自动记 精度高，价格 低，性能可靠 录及远距离传送 构造简单、坚 固，防震，可 以远距离测量, 并可制成自动 记录式 测温范围广， 准确度高，便 于远距离、多 点、集中测量 和自动控制 低温条件下测 量准确度高， 便于远距离、 多点、集中测 量和自动控制 测量时不破坏 被测温度场， 测温上限高， 响应速度快 准确度低，滞后大， 损坏后难修理,不能测 量点温度和表面温度 环境温度变化时需进 行冷端温度补偿，在 低温段测量准确度低 不能测量较高温度， 使用时须注意环境温 度对一次元件的影响 低温段测量不准确， 测温准确度受环境条 件影响压力式温度计 （属于膨胀式 温度计）利用定容气体或 液体受热膨胀时 压力随温度变化 的性质测量温度利用金属或半导 热电偶温度计 体的热电效应测 量温度 利用金属或半导 体的电阻随温度 变化的特性测量 温度 利用物体的热辐 射强度随温度变 化特性测量温度电阻温度计非接触式 温度计辐射式 温度计三、温度测量仪表的分类温度仪表 接触式温度测量仪表 非接触式温度测量仪表 感温元件要与被测对象良好接 触；感温元件的加入几乎不改变 需要准确知道被测对象表 测量条件 对象的温度；被测温度不超过感 面发射率；被测对象的辐射能 温元件能承受的上限温度;被测 充分照射到检测元件上 对象不对感温元件产生腐蚀特别适合1200℃以下、热 原理上测量范围可以从超 测量范围 容量大、无腐蚀性对象的连续在 低温到极高温，但1000℃以下 线测量温度，对高于1800℃以上 测量误差大，能测量运动物体 的温度测量比较困难 和热容小的物体温度 响应速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2~3秒钟结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常 只反映被测物体表现温度(需进 一步转换)；不容易组成测温、 控温一体化的温度控制装Z 结构简单、体积小、可靠、 维护方便、价格低廉，仪表读数 其他特点 直接反映被测物体实际温度；可 以方便地组成多路集中测量与控 制系统液体膨胀式温度计（玻璃液体温度计） （固 双体 金膨 属胀 温式 度温 计度 ）计 （气 压体 力膨 式胀 温式 度温 计度 ）计第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计是利用物质受热时产生膨胀的 原理制成的温度计，测温范围为-200~600℃。这 类温度计结构简单、价格低廉，一般用作就地测量。一、玻璃液体温度计：利用液体受热膨胀的性质制成 , 广 泛用于测量-200~500℃范围内温度。 1.工作原理? 利用玻璃管内液体的体积随温度变化而发生的变化与玻璃随温度变化而体积发生的变化之差测量温度。? 组成：液体存储器、毛细管、标尺、感温泡、安全泡、中间泡。? 液体可以为：水银、酒精、甲苯等。 ? 当温度超过300℃时，采用硅硼玻璃；500℃以上采用石英玻璃。2.特点?优点：构造简单,价格低廉，制作容易，安装使 用方便，显示直观，测量范围较广，精度高， 现场直接读数，一般无需辅助能源。?缺点：容易破损，惰性大 , 能见度低 , 不能自动 记录及远距离传送，一般不具有信号远传功能， 常用作现场温度指示。3.分类（1）按结构分?棒式温度计：具有厚壁毛细管，标尺直接刻度在玻璃管 上。测温精度高，多用于实验室或标准传递使用。 内标式温度计：毛细管贴靠在标尺板上，两者都封装在 玻璃管中。多用于生产过程的温度测量，也可以作为二?等标准温度计。?外内标式温度计：毛细管贴靠在标尺板上，标尺板不封装在玻璃管中。多用于室温测量。（2）按浸没的方式分全浸式：测量时温度计的液柱全部浸没在被测介质中。 测量准确度高，读刻度困难，使用操作不便。?局浸式：测量时温度计的部分液柱浸没在被测介质中， 而且浸入长度固定，其余部分暴露在大气中。读数容易， 但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要 大好几倍或更多。?（3）按用途分? ?实验室用 工业用V形工业玻璃温度计二、双金属温度计- 结构简单、牢固，抗震性能好，避免水银污染，因此可 以部分取代水银温度计，用于气体、液体及蒸气的温度测 量。1.双金属温度计的工作原理利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成 的测温元件，其中双金属片的一端为固定端，另一端为 自由端。当t=t0时，两金属片处于水平位Z；当t&t0时， 双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使膨 胀系数较大的金属片向膨胀系数较小的金属片一面弯曲 变形，弯曲变形的程度与温度的高低成正比。2.类型按照双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式?? ?轴向型 径向型 万向型三、压力式温度计：根据温度变化时，封闭在一 定容积中的气体、液体或者某些液体的饱和蒸汽 的压力相应发生变化的原理制造，测量范围为 0~300℃。1.特点抗震性好，热惯性小，精度较高，可以远距离测量，并可制成自动记录式仪表。（1）优点：构造简单,价格便宜，读数方便、清晰，防爆、（2）缺点? ?损坏后很难修理，不能测量点温和表面温度。 动态性能差，准确度低，示值的滞后较大，不能测量迅 速变化的温度。2.组成：温包、毛细管、压力敏感元件。?毛细管细而长(规格为1~60m)，它的作用主要是传递压力，长度愈长，则使温度计响应愈慢，在 长度相等条件下，毛细管愈细， 则准确度愈高。 3.分类：根据感温系统所充介质不同，分为充液压力式温 度计、充气压力式温度计、蒸汽压力式温度计。目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广 泛的温度测量仪表-第三节热电偶温度计特点：结构简单，性能稳定，容易制作，使用方便，测量 范围宽，准确度高，热惯性小，动态特性好，便于远距离 显示和传送信号。一、热电偶测量温度的基本原理1.热电偶温度计的组成以两根不同的导体或半导体线状材料一端焊接或铰接 起来形成的热电偶为敏感元件，将温度信号转换成为一定电势信号，经连接导线配以相应的测量毫伏级电压信号的显示仪表实现远距离测量、自动记录和温度的自动控制。 ? 热电极：两种不同的导体或半导体。 ? 测量端（工作端、热端）：插入被测介质中。 ? 参比端（自由端、冷端）：处于周围环境中。热电效应热能→电能2.热电偶测量温度的基本原理（1）热电效应（塞贝克效应）：若把A、B两种不 同的导体或半导体材料接成闭合回路，当回路两 个接点温度不相同时，回路中产生热电势，形成 电流的现象。 热电势由接触电势和温差电势两部分组成。（2）接触电势：在两种不同性质的导体或半导体 材料相接触点产生。eAB ? t ?eAB ?t0 ?接触电势的大小与两种金属导体或半导体材料的性质 和接触点的温度有关，方向由电子密度小的电极指向电子 密度大的电极。（3）温差电势：同一种性质导体或半导体材料两 端因为温度不同产生。eA ?t, t0 ? ? eA ?t ? ? eA ?t0 ? eB ?t, t0 ? ? eB ?t ? ? eB ?t0 ?温差电势的大小与金属导体或半导体材料的性质和 两端温度有关，方向由低温端指向高温端。（4）热电势A eA (t, t0 )eAB (t ) eAB (t0 )EAB ?t, t0 ?B eB (t, t0 )E AB ? t , t0 ? ? eAB ? t ? ? eA ? t , t0 ? ? eAB ? t0 ? ? eB ? t , t0 ? ? eAB ? t ? ? ? ? eA ? t ? ? e A ? t0 ? ? ? ? eAB ? t0 ? ? ? ?eB ? t ? ? eB ? t0 ? ? ? ?? ?eAB ? t ? ? eB ? t ? ? eA ? t ? ? ??? ?eAB ? t0 ? ? eB ? t0 ? ? eA ? t0 ? ? ? ? f AB ? t ? ? f AB ? t0 ?规定：热电偶的热电极中电子密度大的导体A为正极，电 子密度小的B为负极，在参比端热电势的方向由A指向B。结论 ?热电偶回路的热电势大小只与热电极材料的性质 及热电偶两端接点处的温度有关，而与热电极的 直径、长度及沿热电极的温度分布无关。 ?热电偶两端温度相等，两个电极内部温差电势等 于零，接点处接触电势大小相等、方向相反，回 路热电势等于零。 ?热电偶两个电极材料相同，接点处接触电势等于 零，电极内部温差电势大小相等、方向相反，回 路热电势等于零。 ?热电极材料一定，若保持热电偶一端温度t0不变， 则 f AB ?t0 ? ? C，热电偶回路的热电势与另一端温度t 一一对应。思考热电偶闭合回路中产生热电势的基本条件是 什么？二、热电偶的基本定律1.均质导体定律：由一种均质导体（或半导体）组 成的闭合回路，不论导体（半导体）的几何尺寸 以及沿材料长度方向上各处的温度分布如何，在 回路上不可能产生热电势；反之，如果一种材料 组成的闭合回路中存在温差时，回路中如果有热 电势存在，则材料必为非均质的。推论 ? 热电偶必须采取两种不同性质的导体或半导体材 料构成。 ? 若热电极本身的材质不均匀，由于温度差的存 在，将会产生附加热电势，造成测量误差。 应用： 检验热电极材料是否均匀一致的依据，即用 来衡量热电偶质量的高低。2.中间导体定律：多种均质导体组成的闭合回路， 只要各种导体接触点温度相等，则此回路中的热 电势总和为零。推论 ? 在热电偶回路中加入第三种、第四种…均质导 体，只要中间接入的导体两端温度相同，它对回 路中的热电势就没有影响。 ? 如果两种导体A、B对参考导体C的热电势已知， 则两种导体组成热电偶的热电势是对参考导体热 电势的代数和。（标准热电极定律）应用? 开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。mV mV液态金属金属? 简化热电偶热电极的选配工作。 例1：当t为100℃，t0为0℃时，铬合金-铂热电偶的 E(100,0)=3.13mV，铝合金-铂热电偶E(100,0)= -1.02mV，求铬合金-铝合金组成热电偶的热电势 E(100,0)。解：设铬合金为A，铝合金为B，铂为C 即 EAC(100,0)=3.13mV，EBC(100,0)=-1.02mV，则 EAB(100,0)= EAC(100,0)+ECB(100,0)= EAC(100,0)-EBC(100,0) = 3.13-(-1.02) = 4.15mV? 测量仪表及连接导线作为第三种导体接入热电 偶回路。3.中间温度定律：接点温度为t和t0的热电偶，产生 的热电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别 为t、tn和tn、t0时产生的热电势的代数和，其中tn 为中间温度，即 EAB ?t, t0 ? ? EAB ?t, tn ? ? EAB ?tn , t0 ?。 应用 ? 为制定和使用热电偶的热电势-温度关系分度表 奠定理论基础。 ? 为工业测量温度中应用与热电偶同样热电性质 反映了冷端温度为0℃条件 的补偿导线提供理论依据。 下，热电偶回路中产生的热电势和测量端温度之间的对应关系。S型(铂铑10-铂)热电偶分度表思考：用S型热电偶测量温度差值。在t1=500℃时热 电势EAB(t2,t1)=0.495mV，求温度差值（t2-t1）是 多少？例2：求如图所示三种热电极组成的闭合回路的总 电势大小，并确定方向。A三、热电偶的测量线路（一）串联线路：将n支同型号热电偶依次按照正负极相 连接的线路。串联线路总的热电势：E ? E1 ? E2 ? ? En ? nE优点：热电势大，测量精度比单支 热电偶高。 缺点：只要有一支热电偶断路，整 个测量系统不能工作。将多支热电偶串联形成热电堆，用于测量辐射温度。（二）并联线路：将n支同型号热电偶的正极和负极分别 连接在一起的线路。如果n支热电偶的 电阻值相等，则并联线 路的总热电势：E1 ? E2 ? E? n特点：某支热电偶断路时，整个测量系统照常工作。? En并联热电偶用于测量多点的平均温度。（三）反向串联线路：将两支同型号热电偶反向连接的线 路。线路的总热电势：E ? E1 ? E2反向串联热电偶用于测量两点的温度差。四、热电偶的材料 ? 组成热电偶的两个热电极必须焊接牢固。 ? 两个热电极彼此之间绝缘，防止短路。 ? 连接导线与热电偶自由端的连接方便可靠。? 热电极与有害介质充分隔离，免受被测介质的化 学腐蚀和外力的机械损伤。1.热电偶的基本结构：热电极、绝缘材料、保护套 管、接线盒。(1)热电极?热电偶的热电极直径由材料的机械强度、电导率、价格 及热电偶的用途和测量范围等决定。用贵金属时的直径 0.35~0.65mm, 用廉价金属时的直径为 0.5~3.2mm 。热 电偶的长度根据热端的介质中的插入深度决定，普通插 入式热电偶的长度在350mm~2000mm之间。 热电偶测量端通常采用焊接方?式形成。为了减小热传导误差和滞后，焊点应该小，直径不应超过两倍的热电极直径。焊点形式有点焊、对焊、绞状点焊等。焊接方法有气焊法及电焊法两种。(2)绝缘材料?在热电偶的两根电极上套有绝缘材料, 其作用是 防止两根电极之间和电极与保护套管之间发生短 路。?圆形或椭圆形的绝缘材料低温下可以用橡胶、塑 料,高温下可以采用氧化铝、陶瓷等制成，火电 厂中最常用的是瓷绝缘套管。结构有单孔、双孔、 四孔,孔的大小根据热电极的直径而定。(3)保护套管?热电偶的热电极(包括绝缘管)装在保护套管中。使热电极避免遭受有害气体的化学腐蚀、玷污及机械损伤 , 防止或减小火焰与气流的冲刷和辐射,保护热电极.?对保护套管材料的要求是价格低，耐酸碱腐蚀, 不与氧 化性和还原性气体发生化学反应, 有良好的气密性和足 够的机械强度，有高的热导率，热惯性小 , 能承受温度 的剧变 ,在高温下不致和绝缘材料及热电极起作用，也不产生对热电极有害的气体。?常用的保护套管材料有:铜,20号碳钢,镍铬合金。(4)接线盒?主要作用是密封和保护接线端子，防止灰尘和水、 汽的侵入,便于热电偶与补偿导线或导线连接。 常用铝合金材料制成 , 装在保护套管的尾部 , 它 的上部有垫片或垫圈加以密封，有普通式、防溅 式、防水式、隔爆式和插座式。?2.热电偶的类型? 普通型热电偶? 铠装热电偶：将热电极、绝缘材料连同金属保护套管一起拉制成型，经焊接密封和装配等工艺制成的坚实组合体。优点：节省材料，特别是贵金属，使用寿命长；热端热容 量小，动态响应快；机械强度高，适应性强，可以在各种 气氛中使用；挠性好，有良好的柔性；耐高压，抗强烈震 动和冲击，可以安装在结构复杂的装Z上。? 薄膜热电偶：由两种金属薄膜连接而成的一种片状或针 状的热电偶。它的测量端既小又薄，热容量很小，动态响 应快，可以用于微小面积上测量温度，以及测量快速变化的表面温度。? 热套式热电偶：能在高温高压及大流量的介质中安全可 靠地进行测量。其结构形式既保证了热电偶的测温精度和 灵敏度，又提高了热电偶保护套管的机械强度和热冲击性能。? 快速消耗型热电偶：主要用于测量钢水、铝水以及其他 熔融金属的温度。3.热电极材料的选择要求?物理与化学性能稳定，高温下不产生再结晶或蒸发现象， 可以在较宽温度范围内使用，热电特性（热电势与测量端 温度关系）不随时间变化，耐高温、耐氧化和腐蚀。热电偶的热电势与测量温度间最好成线性或近似线性的 单值函数关系，而且热电偶产生的热电势率（温度每变化 1℃引起的热电势变化）大，具有足够高的灵敏度。? ? ? ?复制性好，便于批量生产，利于互换。 机械性能好，便于加工。电导率高，电阻温度系数小，即热电偶的内阻随温度变 化小，从而减小附加误差。?价格便宜，原材料容易得到，尽量少用贵金属。4.常用标准化热电偶：指制造工艺比较成熟、应用广泛、能够成批生产、性能优良稳定并已经列入专业或国家工业标准化文件，规定了其热电势-温度关系及允许误差，并有统一热电势-温度分度表的热电偶。? ? ? ? ? ? ?铂铑10-铂热电偶（型号WRP,分度号S） 铂铑30-铂铑6热电偶（型号WRR,分度号B） 镍铬-镍硅热电偶（型号WRN,分度号K） 镍铬-铜镍热电偶（型号WRE,分度号E） 铜-铜镍热电偶（型号WRC,分度号T） 铁-铜镍热电偶（型号WRF,分度号J） 镍铬硅-镍硅热电偶（型号WRM,分度号N）铂铑10-铂热电偶（S型）属于贵金属热电偶。热电极直径规定为0.02~0.5mm。 正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金；负极 （SN）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。 长期最高使用温度为1300℃，短期使用温度为1600℃。 优点：测量准确度高，热电特性稳定，复制性好，可以用 于基准和标准热电偶；测温温区和使用寿命长，物理化学 性质稳定，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和中性气 氛中长期使用，在真空中可以短期使用。 缺点：热电势率较小，热电特性是非线性的，灵敏度低， 高温下机械强度下降，对污染敏感，不能用于金属和非金 属蒸汽及还原性气体中，价格昂贵，因此一次性投资大。铂铑30-铂铑6（B型）属于贵金属热电偶。热电极直径规定为0.5mm。 正极（BP）和负极（BN）的名义化学成分均为铂铑 合金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。 长期最高使用温度为1600℃，短期使用温度为1800℃。 优点：准确度高，稳定性好，热电性质稳定，测量温度区 域宽，使用寿命长，适用于氧化性和惰性气氛中，也可以 短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非 金属蒸汽中；因为在0~50℃范围内热电势小于3?V，所以 参比端温度不需要进行冷端温度补偿。 缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗 污染能力差，贵金属材料昂贵。镍铬-镍硅热电偶（K型） 目前工业上使用量最大的廉价金属热电偶，用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10，负极（KN）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3。热电极直径一般为0.3~3.2mm。测量温度为-200~1300℃。 优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复 现性好，抗氧化性和腐蚀性强，价格便宜；能用于氧化性 和惰性气氛中。 缺点：不能在高温下直接用于还原性或还原、氧化交替的 气氛中，也不能用于真空中。镍铬-铜镍热电偶（E型） 也称为镍铬-康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶，测量范围为-200~900℃。 正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同；负 极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为55%的铜、45% 的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。热电极直径一般为 0.3~3.2mm。 该热电偶电动势之大，灵敏度之高居所有标准热电偶 之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化，但是测量上 限低。 可以用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化 性能高，价格便宜等优点，但是不能在高温下用于还原性 气氛中。铜-铜镍热电偶（T型）是一种廉价金属热电偶，测量范围为-200~400℃。 热电极直径一般为0.2~1.6mm。在潮湿的气氛中具有 抗腐蚀性，特别适合于0℃以下低温测量。优点：测量准确度高，稳定性好，低温时灵敏度高，价格低廉。缺点：高温下容易氧化，测量上限不高。铁-铜镍热电偶（J型）属于一种廉价金属热电偶，测量范围为-40~750℃。热电极直径一般为0.3~3.2mm。适用于氧化、还原性气氛中测量温度，也可以用于真空、中性气氛中，不能在538℃以上含硫气氛中使用。优点：稳定性好，灵敏度高，价格低廉。镍铬硅-镍硅热电偶（N型）特点：1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及250~550℃范围内的热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能好，在-200~1300℃范围内可以部分代替S分度号热电偶。? 热电偶的热端与冷端离得很近。 ? 热电偶的冷端暴露在空间，容易受到周围高温设备和环 境温度波动的影响。 冷端温度难以保持恒定。五、热电偶冷端温度补偿1.计算修正法EAB ?t, 0? ? EAB ?t, tn ? ? EAB ?tn , 0?需要多次查热电偶分度表进行计算，只适用于实验室中或在离线测量时对示值进行修正。例3用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉的温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势EAB（t，t0）为33.29mV, 求加热炉的温度。 解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得EAB（30，0）=1.203mV。 EAB（t，0） =EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8℃,所以加热炉的温度为829.8℃。2.补偿导线法（1）补偿导线：在一定温度范围内（0~100℃），和所连接使用的热电偶具有相同热电性能的两种廉价金属材料。补偿导线外形 A’ B’ 绝缘层 屏蔽层 保护层（2）补偿导线的形式? 按照补偿原理，可以分为补偿型和延伸型。? 按照结构，可以分为普通型和带屏蔽层型。 ? 按照使用温度，可以分为一般用（0~100℃）和耐热用（0~200℃）。（3）使用补偿导线不会影响热电偶的热电特性。EABB' A' ?t, t0 ? ? EAB ?t, t0 ? 。 已知： EAB ?t, t0 ? ? EA B ?t, t0 ? ，求证：' '证明：E' ' t , t ? E t , 0 ? E t , 0 ? E t , 0 ? E t ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 AB 0 0 0 , 0? ABB A BB BA AA' ' ' ' ' '由已知， E AB ? t0' , 0 ? ? E A B ? t0' , 0 ? ? E A B ? t0' , 0 ? ? E A B ? t0' , 0 ?' ' ' '' ' ? E AA' ? t0 , 0 ? ? EBB ' ? t0 , 0?' ' ? EABB' A' ? t , t0 ? ? E AB ? t , 0 ? ? E AA' ? t0 , 0 ? ? EB' A' ? t0 , 0 ? ? E A' A ? t0 , 0?? EAB ? t , 0 ? ? EB' A' ? t0 , 0 ? ? EAB ? t , 0 ? ? EBA ? t0 , 0 ? ? E AB ? t , t0 ?（4）补偿导线的作用 ①把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且恒温或温度波动 比较小的地方，改善热电偶测温线路的机械与物理性能。 ②节省贵金属和性能稳定的稀有金属热电偶材料，降低测 量线路的成本。 ③结构形式与电缆一样，便于实际安装使用和线路敷设； 若用直径粗、电导系数大的补偿导线，还可以减少测量回 路电阻。 tn A A't0 ℃ t? E AB ? t , tn ? ? E A' B' ? tn , t0 ? ? E AB ? t , tn ? ? E AB ? tn , t0 ? ? E AB ? t , t0 ?Q E AB ? tn , t0 ? ? E A' B' ? tn , t0 ?BtnB't0（5）使用补偿导线的注意事项?各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，热电偶和所配用的补偿导线在规定温度范围（0~200℃）内热电特性必须相同。?由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此各种而且不得超过规定的使用温度（0~100℃）。热电偶和所配用的补偿导线两个连接点的温度必须相同，?补偿导线和热电偶、显示仪表连接时，正负极极性不能 接错，而且两对连接点处于相同的温度。3.冰点槽法：一个标准大气压下，人为制作一个冰水两相 共存的温度恒为0℃的冰点槽，将热电偶冷端Z于其中， 从而保持冷端温度恒定。测量准确度高，使用麻烦，只适用于实验室，工业生 产中一般不采用。4.显示仪表机械零点调整法若tn为冷端温度，机械零点调整法表面是通过机械的 手段，在测温回路开路时人为给仪表的刻度起始点调到 tn 位Z，实质上相当于在输入热电偶热电势之前，给显示仪 表叠加了一个电势EAB(tn,0)， 则EAB（t,tn）+EAB（tn,0） =EAB（t,0）。机械零点：指仪表在没有外加输入电源的情况下，指针在 标尺上停留的位Z。（一般为仪表的刻度起始点，即仪表 测量下限。）例4：现有由S分度号热电偶和显示仪表组成的测温系 统。被测温度已知为1000℃，仪表所处的环境温度为30℃ 。当显示仪表的机械零点分别在0℃、30℃、60℃时，表计指示各为多少？ 提示：通常情况下，与热电偶配套的显示仪表是根据冷端 温度为0℃的热电势与温度关系曲线进行刻度。例5：现有E分度号的热电偶和显示仪表，它们之间由相 应的EX型补偿导线相连接组成测温系统。已知接点温度 t=800℃ 、t1=50℃ ；仪表的环境温度tn=30℃ ，机械零点tm=30℃ 。如果将EPX、ENX补偿导线都换成铜导线，仪表指示为多少？如将EPX、ENX补偿导线的位Z对换，仪 表的指示又为多少？5.冷端温度补偿器（补偿电桥）法：利用直流不平衡电桥产生的电压补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势变化。不平衡电桥由外接4V直 流电源经限流电阻RS供给 电压。 桥臂电阻R1=R2=R3=1欧 姆，20℃以下RCu=1欧姆。（1）热电偶冷端温度 tn 20 0C 时，不平衡电桥处于平衡 状态，没有电压输出，即Uab＝0，输入到显示仪表中电势 为EAB（t，20）。0 t f 20 C 时，不平衡电桥处于不平 （2）热电偶冷端温度 n 衡状态，有电压输出，正确选择限流电阻RS，使Uab ＝EAB（tn，20），输入到显示仪表中电势为EAB(t，tn)+EAB（tn，20）＝EAB（t，20）。使用注意事项? 为了使显示仪表指示被测温度t，和热电偶配用的显示 仪表的机械零点应该调整到电桥处于平衡状态时的温度。? 热电偶冷端温度必须与冷端温度补偿器工作温度一致。 ? 冷端温度补偿器在测温系统中连接时的极性必须正确连 接，否则会加大测量误差。 ? 冷端温度补偿器只能在规定的温度范围内，与相应型号 的热电偶配套使用。例6：有一采用S分度热电偶的测温系统如图所示。试问这时显示仪表的机械零点tm应调整在什么位Z？当冷端温度补偿器的供电电源开路（失电）时，仪表指示为多少？ 供电电源极性接反时，仪表的指示为多少？6.多点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，然后共用一个冷端温度 补偿器进行冷端温度补偿。6. 多点冷端温度补偿（续）补偿方法： 首先，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。然后，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。 ? 辅助热电偶冷端恒温 ? 辅助热电偶热端恒温E ?t, t1 ? ? E ?t1, t0 ? ? E ?t, t0 ?E ?t, t1 ? ? E ?t0 , t1 ? ? E ?t, t0 ?显示仪表输入电势7.分散控制系统（DCS）对冷端温度的补偿热电偶产生的热电势经补偿导线送入相应的机柜对应 的输入模件上，该输入模件同时接受模件处热电阻测得的温度（即热电偶的冷端温度）信号，然后进行处理并转换成数字信号经接口送入计算机，最后进行补偿处理后再显 示或控制。六、热电偶温度传感器的安装要求 1.测量准确? 细管道内流体的温度测量时，为了 使热电偶测量端与被测介质达到充分 热交换，热电偶的测量端应该处于管 道内有代表性温度部位（管道中心）， 不应该插到阀门、管道和设备的死角。 ? 含大量粉尘的气体温度测量时，粉尘 对保护管长期摩擦，会使管壁损坏，宜 采用端部切开的保护筒，再采用铠装热 电偶，这样既提高响应速度，又可以延 长寿命。? 对体积很小的物体测温，安装热电偶时，注意不要改变原来的热传导及对流条件。 ? 热电偶的插入深度，带有金属保护管的，应为直径的 15~20倍；带有非金属保护管的，应为直径的10~15倍。 ? 测量高压气流的温度，因为气体的压缩与内摩擦发热， 显示温度高于真实温度，在安装热电偶时必须采取一定的措施。? 周围有热辐射源和强磁场、强电场时，因为热电偶接收 辐射造成误差，这时对热电偶要采取适当的热屏蔽措施。? 热电偶应与被测介质形成逆流，亦即安装时热电偶应迎 着被测介质的流向插入，至少亦须与被测介质成正交。? 热电偶安装在负压管道或设备中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气袭入，使测量值偏低。? 热电偶接线盒的盖子应朝下或水平安装，以免雨水或其他液体的进入，影响测量的准确性。? 热电偶传感器安装后应该进行充分保温，防止因为散热 影响测量准确性。2.安全可靠? 在压力管道或容器上安装保证热电偶保护套管与管道或 容器接口处的密封性。 ? 在高温高压下工作的热电偶，应尽量垂直安装，以防止 则应采用耐火黏土或耐热金属制成的支架加以支持。保护套管在高温高压作用下产生变形。若必须水平安装时，? 在大流速的流体管道上热电偶必须倾斜安装，以免受到过大冲击。? 当热电偶安装在具有固体颗粒的介质中时，可以在保护套管之前加装保护屏，从而防止保护套管长期受到冲刷而 损坏。3.维修方便不容易受到外界损伤和便于操作的地方。热电偶安装部位应该选在便于装卸、周围没有障碍体、七、热电偶的常见故障及处理方法当热电偶发生故障时，首先将补偿导线和接线盒分开，然后分别检查热电偶与补偿导线，确定故障现象后，根据情况进行处理。? 热电势比实际值小（显示仪表指示值偏低）? 热电极短路→找出短路原因：如果因潮湿所致，则需进行干燥； 如因绝缘子损坏所致，则需更换绝缘子? 热电偶的接线柱处积灰，造成短路→清扫积灰 ? 补偿导线间断路→找出短路点，加强绝缘或更换补偿导线 ? 热电偶热电极变质→在长度允许的情况下，剪去变质段重新焊 接，或更换新热电偶 ? 补偿导线与热电偶极性接反→重新接正确 ? 补偿导线与热电偶不配套→更换相配套的补偿导线 ? 热电偶安装位Z不当或插入深度不要求→重新按规定安装 ? 热电偶冷端温度补偿不符合要求→调整冷端补偿器? 热电偶与显示仪表不配套→更换热电偶或显示仪表使之配套? 热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）? 补偿导线与热电偶不配套→更换相配套的补偿导线? 热电偶与显示仪表不配套→更换热电偶或显示仪表使之配套? 有直流干扰信号进入→排除直流干扰? 热电偶热电势误差大? 热电极变质→更换热电极? 热电偶安装位Z不当→更换安装位Z? 保护管表面积灰→消除积灰? 热电势输出不稳定? 热电偶接线柱与热电极接触不良→将接线柱螺丝拧紧? 热电偶测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地→找出故障点，修复绝缘? 热电偶安装不牢或外部振动→紧固热电偶，消除振动或采取减振措施? 热电极将断未断→修复或更换热电偶? 外界干扰（交流漏电、电磁场感应等）→查出干扰源，采取屏蔽措施八、热电偶测量误差及校验（一）热电偶测量误差1.热电偶分度误差：指校验时产生的误差，其值不得超过允许误差。2.补偿导线与热电偶的热电特性不完全相同带来的误差。 3.冷端温度变化引起的误差。 4.热电极变质产生的误差。 5.绝缘不良引起的误差。 6.显示仪表的基本误差。（二）热电偶的校验?热电偶出厂使用一段时间后，或热电偶重新焊制后，必须进行校验。?高于300℃热电偶的校验原理与方法第四节 电阻温度计在中、低温下具有较高的准确度，性能稳定，灵敏 度高，通常用于远距离测量－200~＋650℃范围内的温度， 能实现温度自动控制和记录。电阻温度计利用金属或非金 属的电阻随温度变化的特性实现温度测量，由电阻温度传感器、连接导线及显示仪表组成。 ? 热电阻温度计 ? 热敏电阻温度计一、金属导体热电阻Rt=R0[1+α(t-t0)]?-温度在t0~t范围内金属导体的平均电阻温度系数。在温度变化不大的范围内，金属导体电阻-温度关系：Rt ? R0 1 1 ?Rt ?? ? ? ? R0 t ? t0 R0 ?t 表示在某一温度范围内，温度每变化1℃时电阻值的 相对变化量，单位1/℃。意义：电阻温度系数?值越大，热电阻随温度变化越显著， 测温灵敏度越高。-与金属热电阻材料的纯度有关。R100 电阻比： R0金属导体纯度越高，电阻比越大。热电阻的电阻值与温度的关系特性表示方法?作图法：即用画曲线的方法将热电阻的温度特性 在坐标纸上表示出来。?函数表示法：用数学公式描述热电阻材料的电阻 与温度关系。?列表法：用表格的形式表示热电阻的温度特性， 即热电阻分度表。1.热电阻材料的要求（1）材料具有较大电阻温度系数，以得到较高的测温灵 敏度，即要求材料具有一定纯度。（2）具有较大的电阻率，热容量和热惯性小，从而减小热电阻体积，提高温度变化反应速度。 （3）在测温范围内具有稳定的物理和化学性质，不易氧 化，能够长时期适应比较恶劣的测量环境。 （4）测量范围内电阻温度系数保持为常数，电阻温度特性接近于线性关系，便于分度和读数。（5）良好的工艺性和复现性，复制性强，易于加工及批 量生产，价格低廉。2.热电阻的基本类型和结构 ? 基本类型－普通型热电阻、铠装型热电阻和端面热电阻 ? 基本结构－热电阻体（包括热电阻丝和绝缘骨架）、引 出线、绝缘材料、保护套管和接线盒。 热电阻体由纯金属材 料制成的热电阻丝采用双 线并绕方式绕制在绝缘骨 架上，其中电阻丝绕完之 后应该进行退火处理，从 而消除内应力对电阻温度 特性的影响。绝缘骨架要求有较好的电绝缘性及机械强度，热膨胀系数与 电阻丝相近，物理及化学性能稳定，不产生有害物质污染热电阻丝， 具有良好的加工性能，低温时可以采用塑料制作。引出线：将热电阻体线端引至接线盒，便于外部导线及显 示仪表连接。? 材料最好与热电阻丝相同，避免产生附加热电势。 ? 为减小附加测量误差，其直径较粗，一般约为1mm。二线制?结构简单、费用低，但是引出线电阻的变化会带来附 加误差。?二线制适用于引出线不长、测温精度要求较低的场合。三线制热电阻一端与一根导线相连，另一端同时与两根导线相连，从而减小或消除导线电阻受环境温度的影响。用于一般精度的工业测量。四线制热电阻两端各用两根导线为电阻提供恒流源I，在电 阻上产生电压降，用另外两根导线连到显示仪表进行测量， 从而完全消除导线电阻受环境温度的影响。 实验室用，可以进行高精度测量。3.工业用热电阻? 铂电阻（WZP或WZB）：-200~＋850℃。特点 －精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温 下的物理化学性质都非常稳定。它容易提纯，复现性好，有良好的 工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相 比，有比较高的电阻率。 －电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污 变脆，价格较贵。 规格型号：Pt100、Pt10。? 铜电阻（WZC或WZG）：-50~＋180℃。 特点 －工艺性好，价格便宜，复制性能好，材料容易加工和提 纯。－电阻温度特性接近于线性，电阻温度系数大。－电阻率小，体积大，热惯性大，测量范围小，怕潮湿， 容易高温氧化和化学腐蚀。 规格型号：Cu100、Cu50。CPU的温度测量电热水器的温度控制二、半导体热敏电阻：将一些金属氧化物按一定比例混合、 压制和高温烧结而成，测温范围为1mK~2000℃，在40~350℃范围可以取代传统的温度传感器。1.热敏电阻的主要优点 （1）电阻温度系数大，灵敏度高。通常温度变化1℃，电阻阻值变化1~6%，电阻温度 系数的绝对值比一般金属电阻大10~100倍。（2）结构简单坚固，能承受较大的冲击、振动，体积小， 能测量热电偶和其他温度传感器无法测量的空隙、腔体、 内孔等处的点温度。（3）电阻率高，热惯性小，响应速度快，不需要进行冷 端温度补偿，适宜动态测量。（4）阻值范围10~105欧姆，使用方便，不必考虑线路引 线电阻和接线方式，容易实现远距离测量，功耗小。2.热敏电阻的主要缺点 （1）阻值与温度变化成非线性关系。（2）元件的稳定性差，互换性差。（3）元件容易老化，稳定性较差。（4）除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0~150℃范围，使用时必须注意。3.热敏电阻的基本类型 （1）负温度系数热敏电阻（negative temperature coefficient，NTC）：电阻率随温度升高而均匀减小。MF12型热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻MF58型热敏电阻玻璃封装热敏电阻贴片式热敏电阻测量原理特点RR ? A?eTB TA，B－与热敏电阻材料的 物理性能及热敏电阻的尺 寸、形式有关，而与温度 无关的常数。? 负电阻温度系数大，灵敏度高，可以做成体积很小而电阻很大的 热敏电阻元件，且连接导线电阻的变化忽略不计。 ? 电阻率大，可靠性好，体积小，热容量小，响应快，可以测量点 的温度，也用于快速测量温度。 ? 性能不稳定，测量准确度低，电阻温度关系为非线性，互换性差，一般用于测量要求不高的场合，测量范围－100~＋300℃。? 成本低，引线电阻影响小，适合测量微小温度变化，在点温、表 面温度、温差、温场等测量中应用较多，同时也广泛应用于自动 控制及电子线路热补偿线路中。（2）正温度系数热敏电阻（positive temperaturecoefficient，PTC）：电阻率随温度升高而减小， 经过某一温度后急剧增加。R?eAT大功率PTC热敏电阻A－与热敏电阻材料的物理性能及热敏电阻的尺寸、形式 有关，而与温度无关的常数。 - 主要采用BaTiO3系列材料加入少量Y2O3和Mn2O3烧结 而成。- 用作各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制或用 作限流元件。（3）临界温度系数热敏电阻（critical temperatureresistor，CTR）：温度接近某一数值时，电阻率下降产生突变。- 主要采用VO2系列材料在弱还原气氛中烧结而成。- 在某个温度上，电阻值随温度急剧变化。- 用作温度开关元件。4.热敏电阻的结构形式和符号? 热敏元件? 引线? 壳体三、热电阻温度测量电路? 平衡电桥法如果电阻R2=R3，当热电阻Rt阻值随温度变化时， 调节电位器R1的触点位Z，使电桥处于平衡状态，则Rt ? nR1 （n=0~1）。特点? 热电阻与滑线电阻位于 相邻的桥臂，实现了线性 测量，测量精度高。? 不平衡电桥法工作原理：被测温度为下限值时，电桥处于平衡状态，输出电压U=0；温度升高，电桥平衡被破坏，输出电压 U≠0，而且随着温度升高输出电压增加，并满足关系RT=f（U），从而根据输出电压U的大小判断被测温度大小。特点? 属于非线性测量。 ? 电源电压的稳定性对测量结果有影响，所以最好用稳压 电源供电。 ? 不需要象平衡电桥那样增加一套自动平衡装Z，因此结构简单，价格低，并可以连续地自动指示测量温度。四、热电阻的使用注意事项1.根据测量温度范围和测量对象，选择适当的热电阻的型号、规格以及保护管材料。2.热电阻最高使用温度和工作压力不能超过该热电阻的额定数值。3.如果热电阻需要在腐蚀性介质中使用，应该采用由不锈钢制成的保护管。4.大多数热电阻的敏感元件长度约为120mm，当选择热电阻的插入深度时，应该考虑到热电阻只能测量敏感元件附近范围内被测介质的平均温度。5.热电阻接线时，先将接线盒打开，然后采用二线制或三 线制方法接线。 6.热电阻与显示仪表的连接导线应该采用绝缘铜线，不得 使用热电偶的补偿导线。铜线的电阻值按照显示仪表技术 条件规定的数据选配，一般为2~5欧姆，导线的电阻值可 以用直流平衡电桥调整。 7.不能把一个热电阻与两个显示仪表并联使用，只有双支 式热电阻才可以用来和两个显示仪表一起使用。 8.热电阻及其附件在不使用的时候，必须保存在不受振动 和碰撞的地方。其中最合适的存放场所条件：环境温度 10~35℃，相对湿度不大于80%，周围空气中不可以含有 可能造成热电阻零件腐蚀的物质。五、热电阻的常见故障处理常见故障：热电阻断路和短路。 故障现象 可能原因 处理方法保护管内有金属屑、灰 除去金属屑，清 显示仪表指示值比 尘，接线柱间积灰以及 扫灰尘，找短路 实际值低或示值不稳 热电阻短路 点，加好绝缘 显示仪表指示无穷大 显示仪表指示负值 热电阻或引出线断路更换热电阻或焊 接断线处显示仪表与热电阻接线 改正接线，找短 有错或热电阻短路 路点，加好绝缘 更换热电阻电阻值与温度关系变化 热电阻丝材料腐蚀变质作业 1.有两支无铭牌标志的热电偶，如果插入80℃的热水中， 此时环境温度为25℃，测出两支热电偶产生的热电势分 别为2.26mV和3.48mV。试问它们是什么热电偶？ 2.铂铑10-铂热电偶测量端温度为1300℃，参比端温度为 0℃,用铜线接向仪表，若铜线与铂铑10电极相连接处的 温度为100℃ ，求此时热电势值。已知 E铂铑10-铜（100，0）=-0.116mV。 ※3.用标准铂铑10-铂热电偶检定工业用镍铬-镍硅热电偶， 在温度1000℃附近，测得被检热电偶的热电势平均值为 40.580mV，水银温度计测量出冷端为20℃。标准热电偶 读数平均值为9.558mV，它在1000℃时的修正值为 -0.025mV。求冷端为0℃时，被检热电偶在1000℃时的 绝对误差及修正值。二第一节压力测量压力测量的基本知识第二节第三节液柱式压力计弹性式压力计第四节第五节压力（差压）变送器压力测量仪表的选择和安装第六节第七节压力测量系统故障分析弹簧管压力测量仪表的校验压力或压差是表征热力过程中工质状态的主要 参数之一，生产中监视和控制压力，对保证工艺 过程的安全和经济有重要的意义。在火力发电厂 中，压力是热力过程的重要参数。 在火电生产过程中，被测压力值的范围也比 较宽，约103~25×106Pa。第一节压力测量的基本知识一、压力的概念与表示方法 （一）压力的概念 由气体或液体垂直均匀地作用在物体单位表 面积上的力的大小。 F F p? A A式中，p表示压力，F表示垂直作用力，A表示受力面积。（二）压力的表示方法?绝对压力（P）：以完全真空为参考零点表示的介质所受的}