温度检测与仪表

这是一篇关于温度检测与仪表的思维导图，包含测温的方法及分类、热电偶、组成结构、 分类等内容。

温度检测与仪表

• 测温的方法及分类
  • 按用途分
    • 基准温度计
    • 工业温度计
  • 按测量方法分
    • 接触式
      • 温度传感器的检测部分直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度
    • 非接触式
      • 感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，来测出被测物体的温度
  • 按工作原理分
    • 膨胀式
    • 电阻式
    • 热电式
    • 辐射式
  • 按输出方法分
    • 自发电型
    • 非电测型
• 热电偶
  • 测温原理
    • 热电效应
      • 如果两个结合点处的温度 ，则回路中就会有电流产生，即回路中会有电动势存在，这种现象叫热电效应
    • 接触电势
      • 当两种电子密度不同的导体或半导体材料相互接触时就会发生自由电子扩散现象，自由电子从电子密度高的导体流向电子密度低的导体。当电子扩散力和电场阻力达到平衡时，材料A和B之间建立起一个固定的接触电势
        • 关系式为
      • 接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低
    • 温差电势
      • 由于同一种导体或半导体材料其两端温度不同而产生的一种电动势。由于温度梯度的存在改变了电子的能量分布，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端迁移，于是在材料两端之间形成一个由高温指向低温的静电场。电子的迁移力和静电场力达到平衡时所形成的的电位差叫温差电势。
        • 关系式为
      • 温差电势的方向由高温端指向低温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关
    • 总电势
      • 闭合回路的总电势应为两个接触电势和两个温差电势的代数和
        • 关系式为
  • 特性
    • 只有两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势，且两端温度必须不同
    • 热电偶回路热电势大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关
    • 如果两个热电极的材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端点的温度有关，如果T0已知且 恒定，则回路总热电势为温度T的单值函数
  • 基本定律
    • 均质材料定律
      • 由同一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势
      • 组成热电偶的两种材料A和B必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加热电势
    • 中间导体定律
      • 在热电偶测温回路中插入第三种（或多种）导体，只要插入导体两端温度相同，则热电偶回路的总热电势与串联的中间导体无关
    • 中间温度定律
      • 在热电偶测温回路中，测量端的温度为T，连接导线各端点的温度分别为Tn和T0，如果A与A'、B与B’的热电性质相同则总的热电势等于热电偶的热电动势与连接导线的热电动势的代数和
      • 工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据
    • 参考电极定律
• 组成结构
  • 热电极
    • 一般金属直径0.5~3.2mm，昂贵金属直径0.3~0.6mm，长度300~2000mm，一般为350mm
    • 热电偶应输出较大热电势，灵敏度高
    • 热电势和温度t尽可能呈线性函数关系
    • 能应用于较宽的温度范围
    • 物理化学性能、热电特性稳定，即具有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能
    • 较高的电导率和较低的电阻温度系数
    • 满意的复现性，便于采用统一的分度表
  • 绝缘管
    • 提供一定支撑，防止两根电极短路
  • 保护管
    • 避免受被测介质的化学腐蚀或机械损伤，提供支撑
  • 接线盒
    • 密封、保护和屏蔽作用
• 分类
  • 贵金属热电偶
    • S 铂铑10-铂
    • R 铂铑13-铂
    • B 铂铑30-铂铑6
    • 测温范围大，稳定性好
  • 廉价金属热电偶
    • K 镍铬-镍硅（铝）
    • N 镍铬硅-镍硅
    • T 铜-康铜
    • E 镍铬-康铜
    • J 铁-康铜
    • 灵敏度高
  • 难熔金属高温热电偶
    • 钨铼系
    • 测温上限高，线性较差
• 分度表的使用
• 冷端补偿
  • 冰点法
    • 将细玻璃试管放入冰水混合物的保温瓶中，在试管底部注入适量油类或水银，热电偶的参比端就插入到试管底部
      • 精度最高，短时间使用
  • 计算法
    • 设法将参比端置于已知的恒定温度条件，得到稳定的t0
  • 冷端补偿器法
    • 很多工业生产过程，既没有保持0℃的条件，也没有长期维持参比端恒温的条件，此时采用冷端补偿器来自动补偿t0的变化
    • 冷端补偿器是一个不平衡电桥，R1=R2=R3=1Ω；0℃时R4=1Ω，Rg是限流电阻
  • 补偿导线法
    • 生产过程用的热电偶一般直径和长度一定，而生产现场又往往需要把热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定的场合，以免参比端温度受到被测介质的热干扰，此时应用补偿导线解决
    • 补偿导线是在一定温度范围内具有与所匹配的热电偶的热电动势的标称值相同的一对带绝缘层的导线，用它们连接热电偶和测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。分延长型和补偿型
  • 结合显示仪表出计算题
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