溫度儀表的基本原理

1.1溫度丈量儀表

 

　　溫度是表征物體冷熱水平的參數，它不能象質量，長度那樣用直接比擬的辦法來取得量值，我們只能用物質的與溫度有關的其它物理性質來丈量它，如物體的體積，密度，粘度，硬度，電導率等。

　　1.1.1熱電阻溫度儀表

　　熱電阻溫度計的原理是應用導體或半導體的電阻隨溫度變化這一特性。熱電阻溫度計的主要優點有：丈量精度高，復現性好;有較大的丈量范圍，特別是在低溫方面;易于運用在自動丈量中，也便于遠間隔丈量。同樣，熱電阻也有缺陷，在高溫（大于850℃）丈量中性不好;易于氧化和不耐腐蝕。

　　熱電阻與溫度的關系，能夠用一個二次方程描繪：

　　：電阻率，Ω·㎝t：溫度，℃

　　a，b，c：常量（由實驗肯定），單位分別為Ω·㎝，Ω·㎝·℃-1，Ω·㎝·℃-2

　　目前，用于熱電阻的資料主要有鉑、銅、鎳等，采用這些資料主要是它們在常用溫度段的溫度與電阻的比值是線性關系，我們這里主要引見鉑電阻溫度計。

　　鉑是一種貴金屬，它的物理化學性能很穩定，特別是耐氧化才能很強，它易于提純，有良好的工藝性，能夠制成極細的鉑絲，與銅，鎳等金屬相比，有較高的電阻率，復現性高，是一種比擬理想的熱電阻資料，缺陷是電阻溫度系數較小，在復原介質中工作易變脆，價錢也較貴。鉑的純度通常用電阻比來表示：

　　W（100）=R100/R0

　　R100：100℃時的電阻值R0：0℃時的電阻值

　　依據IEC規范，采用W（100）=1.3850初始電阻值為R0=100Ω（R0=10Ω）的鉑電阻為工業用規范鉑電阻，R0=10Ω的鉑電阻溫度計的阻絲較粗，主要應用于丈量600℃以上的溫度。鉑電阻的電阻與溫度方程為一分段方程：

　　Rt=R0[1+At+Bt2+C（t-100℃）t3] t在-200～0℃

　　Rt=R0（1+At+Bt2） t在0～850℃

　　解此方程，則可依據電阻值曉得溫度值，但實踐工作中，我們能夠查熱電阻分度表來依據電阻值肯定溫度值。

　　依據規范規則，鉑熱電阻分為*和B級，*測溫允許誤差±（0.15℃+0.002|t|）, B級測溫允許誤差±（0.3℃+0.005|t|）

　　現場運用的熱電阻普通都是鎧裝熱電阻，它是由熱電阻體、絕緣資料、維護管組成，熱電阻體和維護管焊接一同，中間填充絕緣資料，這樣可以很好的維護熱電阻體，耐沖擊，耐震，耐腐蝕。如右圖1所示。

　　鉑熱電阻有兩線制，三線制，四線制幾種，兩線制在丈量中誤差較大，已不運用，如今工業用普通是三線制的，實驗室用普通為四線制。這里主要引見下三線制鉑熱電阻的接線。如下圖2所示，三線制鉑熱電阻是在電阻的a端并聯一個c端，從而完成電阻引出a，b，c三個接線端子，這樣，由b導線引入的丈量導線自身的電阻，能夠由c導線來補償，使引線電阻不隨溫度變化而引入的引線電阻誤差的影響減小很多。在秦山二期運用的三線制鉑熱電阻，在二次儀表中，均有可變阻值的電橋，依據所配合的鉑熱電阻的量程不同，能夠對二次儀表的電橋中的鉑熱電阻停止微調，能停止更準確的丈量。

　　a

　　b

　　c

　　MV

　　1.2熱電偶溫度儀表

　　熱電偶溫度計是應用熱電效應來丈量溫度的，熱電效應：兩種不同資料的導體組成一個回路時，假如兩端結點溫度不同，則回路中就將產生一定大小的電流，這個電流的大小與導體資料以及結點溫度有關。兩個結點一個為T端，丈量端，一個為T0端，參比端，如右圖3所示。在實踐丈量中，熱電偶產生的毫伏信號要用較精細的毫伏表或I/O卡件丈量。

　　T

　　T0

　　B資料

　　A資料

　　T0

　　C資料

　　T

　　T0

　　B資料

　　A資料

　　依據IEC規范，目前運用的熱電偶主要有鉑銠10-鉑，鎳鉻-鎳硅，鎳鉻-銅鎳，鉑銠30-鉑銠6，等幾種熱電偶，他們都具有熱電性能穩定，物理化學性能穩定，不易被氧化和腐蝕，電阻溫度系數小，電導率高，資料的熱電動勢隨溫度為線性變化，資料工藝性好，易加工等特性。目前秦山二期運用的是鉑銠10-鉑，鎳鉻-鎳硅兩種熱電偶，如今熱電偶均為鎧裝熱電偶，構造與鎧裝熱電阻相同，也是由熱電偶體，絕緣資料，維護管構成。

　　T

　　T0

　　B資料

　　A資料

　　Ta

　　中間溫度定律

　　熱電偶在應用中，主要有兩個根本定律：中間導體定律和中間溫度定律。

　　中間導體定律：如右圖4所示，將A,B資料構成的熱電偶的T0端拆開，引入第三種導體C，那么回路種的總電動勢為EABC（T,T0）=EAB（T）-EAB（T0）,即第三種導體兩端溫度相同時，不對原先的熱電偶的電動勢形成影響

　　熱電偶丈量

　　中間溫度定律：在熱電偶回路種，兩結點溫度為T,T0時的熱電動勢，等于該熱電偶在結點溫度為T,Ta和Ta,T0時熱電動勢的代數和。EAB（T,T0）=EAB（T, Ta）-EAB（Ta,T0）

　　T

　　T0

　　T0

　　C資料

　　MV

　　應用熱電偶的中間導體定律和中間溫度定律，我們能夠將熱電偶T0端拆開，接入丈量用毫伏表，并可在遠處丈量。如圖6。為了將熱電偶的參比端引到恒定溫度T0處或者補償器中，需求延長熱電偶，為了節約貴重金屬或暫時延長，我們常用補償導線停止延長。補償導線就是用熱電性質與工作熱電偶相近的資料制成導線，用它將熱電偶的參比端延長到所需求的*，而且不會對工作熱電偶回路引入超出允許的誤差。

　　熱電偶的參比端處置：熱電偶輸出的電動勢是熱電偶兩結點溫度的函數差，為了堅持溫度與電動勢的線性，必需使一個結點溫度堅持恒定，規范分度表就是依據參比端為0℃時電動勢與溫度的對應值，在實踐應用中，參比端不會堅持0℃，所以我們采用一些辦法來補償，我們會盡量將參比端堅持在一個恒定溫度Ta，查規范分度表后再經過計算能夠得到溫度值, E （T,T0）=E （T, Ta）+E（Ta,T0），如今二次儀表有能夠對參比端溫度停止自動補償的，有電位自動補償法和電橋自動補償法。

　　1.1.3收縮式溫度儀表

　　收縮式溫度計是應用物體受熱收縮這一原理停止丈量的。zui常見的就是酒精溫度計，水銀溫度計，這種液體收縮式的溫度計的丈量上下限受液體汽化和凝固溫度的限制，zui小分度能夠到0.1℃。還有應用固體收縮來丈量溫度的溫度計，常見的是雙金屬溫度計，由兩種收縮系數不同的金屬作成螺旋型，一端固定，在受熱收縮時，由于收縮系數的不同，自在端會有一定的角位移，這個角位移經過傳動放大機構，帶動指針把相應溫度指示出來。還有一種時應用密封容器中液體受熱收縮或汽化惹起的壓力變化來丈量相應溫度。

　　1.1.4輻射式溫度儀表

　　任何物體受熱后都將有一局部熱能轉變為輻射能，物體的溫度越高，則輻射到四周空間的能量就越多，輻射能以動搖方式表現出來，其波長范圍極廣，由短波開端，有X光，紫外線，可見光，紅外線不斷到電磁波。普通工程測溫用主要時可見光和紅外線。輻射測溫屬于非接觸式測溫，能應用到許多不好測溫的場所，但輻射測溫普通應用在900℃以上的高溫，不過科技在開展，目前應用紅外測溫原理的溫度計已能丈量低溫如人體溫度。