在化工生产中温度是个最常见和非常重要的物理参数。由于物体的很多物理及化学性质都与温度有关,很多生产过程都必须在适当的温度下才能进行,因此,对温度进行精确的测量和控制十分重要。首先温度是不可以直接测量的,只能通过热交换进行测量!

双金属温度计 

一、双金属温度计的工作原理 

双金属温度计的工作原理是利用二种不同温度膨胀系数的金属,为提高测温灵敏度,通常将金属片制成螺旋卷形状,当多层金属片的温度改变时,各层金属膨胀或收缩量不等,使得螺旋卷卷起或松开。   由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由转动的指针相连,因此,当双金属片感受到温度变化时,指针即可在一圆形分度标尺上指示出温度来。 

这种仪表的测温范围一般在-80℃~+500℃间,允许误差均为标尺量程的1.5%左右。 

二、双金属温度计分类 

普通双金属温度计、耐震型双金属温度计、电节点双金属温度计。 按双金属温度计指针盘与保护管的连接方向可以把双金属温度计分成轴向型、径向型、135°向型和万向型四种。 ① 轴向型双金属温度计:指针盘与保护管垂直连接。

② 径向型双金属温度计:指针盘与保护管平行连接。 ③ 135°向型双金属温度计:指针盘与保护管成135°连接。 ④ 万向型双金属温度计:指针盘与保护管连接角度可任意调整。

 三、选型与使用 

在选用双金属温度计时要充分考虑实际应用环境和要求,如表盘直径、精度等级、安装固定方式、被测介质种类及环境危险性等。除此之外,还要重视性价比和维护工作量等因素。 

此外,双金属温度计在使用过程中应注意以下几点: 

A、双金属温度计保护管浸入被测介质中长度必须大于感温元件的长度,一般浸入长度大于100mm,0-50℃量程的浸入长度大于150mm,以保证测量的准确性。 

B、各类双金属温度计不宜用于测量敞开容器内介质的温度,带电接点温度计不宜在工作震动较大的场合的控制回路中使用。   

C、双金属温度计在保管、使用安装及运输中,应避免碰撞保护管,切勿使保护管弯曲变型及将表当扳手使用。 

D、温度计在正常使用的情况下应予定期检验。一般以每隔六个月为宜。电接点温度计不允许在强烈震动下工作,以免影响接点的可靠性。 

E、仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1/3~2/3处。 

压力式温度计 

一、 压力式温度计的工作原理 

压力式温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系,而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时,密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力,引起弹性元件曲率的变化,使其自由端产生位移,再由齿轮放大机构把位移变为指示值。 二、 压力式温度计组成 

压力式温度计由敏感元件温包,传压毛细管和弹簧管压力表组成。 若给系统充以气体,如氮气,称为充气式压力式温度计,测温上限可达500℃,压力与温度的关系接近于线性,但是温包体积大,热惯性大。 

若充以液体,如二甲苯、甲醇等,温包小些,测温范围分别为-40℃~200℃和-40℃~170℃, 

若充以低沸点的液体,其饱和汽压应随被测温度而变,如丙酮,用于50℃~200℃。但由于饱和汽压和饱和汽温呈非线性关系,故温度计刻度是不均匀的。 

三、 压力式温度计的特点 

必须将温包全部浸入被测介质;毛细管最长不超过60 m;仪表精度低,但使用简便,而且抗震动。 

电阻式温度计 

一、 电阻式温度计的工作原理 

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度或者与温度有关的参数。 

绝大多数金属的电阻值随温度而变化,温度越高电阻越大,即具有正的电阻温度系数。而大多数半导体材料具有负的电阻温度系数,即温度越高电阻越小。 

二、 电阻式温度计对材料的要求 

1、在测温范围内化学和物理性能稳定; 2、复现性好; 

3、电阻温度系数大,以得到高灵敏度; 4、电阻率大,可以得到小体积元件; 5、电阻温度特性尽可能接近线性; 6、价格低廉。 

三、 常用的热电阻元件 

常用的热电阻元件有:铂热电阻 、铜热电阻 、半导体热敏电阻 。 铂热电阻采用高纯度铂丝绕制而成,具有测温精度高、性能稳定

复现性好、抗氧化等优点,因此在基准、实验室和工业中被广泛应用。但其在高温下容易被还原性气氛所污染,使铂丝变脆,改变其电阻温度特性,所以需用套管保护方可使用。铂丝纯度是决定温度计精度的关键。铂丝纯度越高其稳定性越高、复现性越好、测温精度也越高。 

铜热电阻的电阻值与温度近于呈线性关系,电阻温度系数也较大,且价格便宜,所以在一些测量精度要求不是很高的情况下,就常采用铜热电阻。但其在高于100℃的气氛中易被氧化,故多用于测量-50~150℃温度范围。  

半导体热敏电阻 优点:负电阻温度系数大,因此灵敏度高。电阻率大,可作成体积小而电阻值大的电阻元件,这就使之具有热惯性小和可测量点温度或动态温度。 

缺点:同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大,非线性严重,元件性能不稳定,因此互换性差、精度较低。  

四、 热电阻的接线方式 

二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二

线制,这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻R,R大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合 

三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线

的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的。 

四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。 

五、 热电阻的安装要求 

对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可靠及维修方便,

而且不影响设备运行和生产操作。在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点: 

  1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。 

  2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度: 

  1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是200毫米,那热电阻插入深度应选择100毫米; 

  2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm。 

3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1m即可。 

4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支支撑架和保护套管。

  

  3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1m即可。 

4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支支撑架和保护套管。 

热电偶温度计 

    利用不同导体间的“热电效应”现象制成的,具有结构简单、制作方便、测量范围宽、应用范围广、准确度高、热惯性小等优点。且能直接输出电信号,便于信号的传输、自动记录和自动控制。 

一、 热电偶的工作原理 

两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路,如果A和B所组成回路的两个接合点处的温度不相同,则回路中就有电流产生,说明回路中有电动势存在,这种现象叫做热电效应。也称为塞贝克效应。由此效应所产生的电动势,通常称为热电势。 

热电势是由两部分电势组成的,即接触电势和温差电势。  

接触电势 当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时,由于内部

电子密度不同,例如材料A的电子密度大于材料B,则会有一部分电子从A扩散到B,使得A失去电子而呈正电位,B获得电子而呈负电位,最终形成由A向B的静电场。静电场的作用又阻止电子进一步地由A向B扩散。

当扩散力和电场力达到平衡时,材料A和B之间就建立起一个固定的电动势。  

由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电动势的现象,称为珀尔帖效应。其电动势称为珀尔帕电势或接触电势。  

理论上已证明该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。其关系式为: 

  

结论:接触电势的大小只与接点温度的高低以及导体A和B的电子密度有关。温度越高,接触电势越大,两种材料电子密度比值越大,接触电势也越大。

因材料两端温度不同,则两端电子所具有的能量不同,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运动,于是在材料两端之间形成一个由高温端向低温端的静电场,这个电场将吸引电子从温度低的一端移向温度高的一端,最后达到动态平衡。 

由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应。其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势。温差电势的方向是由低温端指向高温端,其大小与材料两端温度和材料性质有关。

热电偶回路热电势的大小,只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关,与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。 

 只有用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。 

热电偶的两种材料确定之后,热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定,则f(T0)为常数。回路总热电势EAB(T,T0)只是温度的单值函数。

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