第第2 2章章 检测仪表检测仪表 生产中需要检测大量的参数，如温度、压力、生产中需要检测大量的参数，如温度、压力、流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测仪表，包括指示、记录仪表及将被测参数转换成标仪表，包括指示、记录仪表及将被测参数转换成标准信号输出的变送器。准信号输出的变送器。检测是意义更为广泛的测量。检测是意义更为广泛的测量。检测过程包括：信息提取、信号转换、存储、检测过程包括：信息提取、信号转换、存储、显示记录、分析处理、传输等。即：显示记录、分析处理、传输等。即：检测检测 = 测量测量+信号处理信号处理+传输传输2、大型设备安全经济运行监测大型设备安全经济运行监测的重要手段的重要手段保证设备和人员安全保证设备和人员安全 提高经济效益提高经济效益3、自动控制系统中不可缺少的组成部分自动控制系统中不可缺少的组成部分生产过程：生产过程：“信息流信息流”获取获取处理处理传送传送“物流物流”控制控制管理管理1、产品检验和质量控制的重要手段产品检验和质量控制的重要手段检测的作用检测的作用成品检测成品检测在线检测在线检测2.1检测仪表的基本技术指标检测仪表的基本技术指标检测仪表的性能用技术指标来表达，通过严谨检测仪表的性能用技术指标来表达，通过严谨的检定方法得到。的检定方法得到。检定方法：利用检定设备模拟一个被测物理量检定方法：利用检定设备模拟一个被测物理量的变化过程，通过被检仪表和标准仪表的检测数据相的变化过程，通过被检仪表和标准仪表的检测数据相比较，计算其各项指标。比较，计算其各项指标。 多功能压力仪表检定台多功能压力仪表检定台多功能压力仪表检定台由全量程自动造压多功能压力仪表检定台由全量程自动造压系统、高精度数字测量单元和计算机管理系统系统、高精度数字测量单元和计算机管理系统三部分组成。采用模块化结构、智能化管理、三部分组成。采用模块化结构、智能化管理、大屏幕液晶显示大屏幕液晶显示;检定过程中压力控制、数据记检定过程中压力控制、数据记录、计算、建档工作由自动控制器和计算机软录、计算、建档工作由自动控制器和计算机软件自动完成。件自动完成。由于真值是无法得到的理论值，实际计算时是由于真值是无法得到的理论值，实际计算时是用精确度较高的标准表所测得的标准值用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值代替真值X t，表示为：，表示为： = XX t 检测仪表种类繁多，但目的都是快速、准确地检测仪表种类繁多，但目的都是快速、准确地检测某种物理量。因此，检测仪表有一套通用的基检测某种物理量。因此，检测仪表有一套通用的基本性能指标项目：本性能指标项目：1. 绝对误差绝对误差检测仪表的指示值检测仪表的指示值X与被测量真值与被测量真值Xt之间存在的之间存在的差值称为绝对误差差值称为绝对误差，表示为：，表示为： = XX0 最大绝对误差最大绝对误差max仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为大的绝对误差称为最大绝对误差最大绝对误差max。输入输入(被测量被测量)输出输出0标准输入输出特性曲线标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线实际下降校验曲线max2基本基本误差差基本基本误差是一种差是一种简化的相化的相对误差，又称引用差，又称引用误差或相差或相对百分百分误差。定差。定义为： 其中：仪表量程其中：仪表量程 = = 测量上限测量下限测量上限测量下限仪表的基本表的基本误差表明了差表明了仪表在表在规定的工定的工作条件下作条件下测量量时，允，允许出出现的最大的最大误差。差。 100100 3精确度（精度）精确度（精度） 为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度（精度）等级系列。（精度）等级系列。 如如0.5级，级，1.0级，级，1.5级等。级等。 仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“”号及号及“”号，归入仪表精度等级系列。号，归入仪表精度等级系列。 例如例如: 1.如果某台仪表的基本误差为如果某台仪表的基本误差为1.0，则该表，则该表的精确度等级等于的精确度等级等于1.0级。级。 2.如果某台仪表的基本误差为如果某台仪表的基本误差为1.3，则该表则该表的精确度等级归入的精确度等级归入1.5级。级。例例1 某台某台测温温仪表的表的测量量范范围为 100700，校校验该表表时测得得其其最大最大绝对误差差为5，试确定确定该仪表的精度等表的精度等级。解：解： 该仪表的基本表的基本误差差为： 将将去掉去掉“+”与与“%”号，其数号，其数值为0.625。由于。由于国家国家规定的定的仪表精度等表精度等级中没有中没有0.625级，该仪表的表的误差介于差介于0. 5级1.0级之之间。故：故：这台台测温温仪表的精度等表的精度等级确定确定为1.0级。 =700+100+5100% = +0.625%例例2 某工某工艺要求配一要求配一块测压范范围为 08MPa的的测压仪表，表，测压误差不允差不允许超超过0.05 Mpa。问应选择多高的多高的仪表精度等表精度等级？ 解：解： 按工按工艺要求，要求，仪表的允表的允许基本基本误差差应为： 去掉去掉“”和和“”号后，号后，0.625介于介于0.51.0之之间。若若选精度精度为1.0级的的仪表，其允表，其允许的最大的最大绝对误差差为0.08 MPa 。超。超过了此工了此工艺允允许的数的数值。 故：故： 应选择 08MPa，0.5级的的压力表。力表。 =8MPa0.05MPa100% =0.625%目前，我国生产的仪表常目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有：用的精确度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，1.6（只有压力表），（只有压力表），2.5等。等。仪表的精度等级数值越小，表明该仪表的精确仪表的精度等级数值越小，表明该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表精度大多为现场用的测量仪表精度大多为0.5级以下。级以下。4、灵敏度和分辨率、灵敏度和分辨率 灵敏度灵敏度表示表示指针式指针式仪表对被测参数变化的敏感程仪表对被测参数变化的敏感程度度。常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角位移）常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此位移的被测参数变化量之比表示：与引起此位移的被测参数变化量之比表示： 灵敏限灵敏限表示表示指针式仪指针式仪表表在量程起点处，能引起在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测仪表指针动作的最小被测参数变化值。参数变化值。 S 仪表灵敏度；仪表灵敏度；Y 仪表指针位移的距离（或转角）；仪表指针位移的距离（或转角）；X 引起引起Y的被测参数变化量。的被测参数变化量。对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。敏度和灵敏限。分辨率分辨率表示仪表显示值的精细程度。表示仪表显示值的精细程度。如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为千分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。千分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。 分辨力分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。是指仪表能够显示的、最小被测值。 如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为值为0.1，即该表的分辨力为，即该表的分辨力为0.1 。变差变差 =量程量程正反行程最大差值正反行程最大差值100%造成变差的原因造成变差的原因: 传动机构间存在的间隙和摩传动机构间存在的间隙和摩擦力擦力; 弹性元件的弹性滞后等。弹性元件的弹性滞后等。ymaxyxmin xmaxOx5、 变差变差在外界条件不变的情况下，同在外界条件不变的情况下，同一仪表对被测量进行往返测量时一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。差值与测量范围之比称为变差。6、响、响应时间应时间当当用用仪仪表表对对被被测测量量进进行行测测量量时时，被被测测量量突突然然变变化化以以后后，仪仪表表指指示示值值总总是是要要经经过过一一段段时时间间后后才才能能准准确确地地显示出来。这段时间称为响应时间。显示出来。这段时间称为响应时间。响应时间的计算：响应时间的计算：从从输输入入一一个个阶阶跃跃信信号号开开始始，到到仪仪表表的的输输出出信信号号（即即指指示示值值）变变化化到到新新稳稳态态值的值的95所用的时间。所用的时间。 以上是检测仪表常用的性能指标。以上是检测仪表常用的性能指标。txytp检测仪表的基本技术指标检测仪表的基本技术指标1 、 绝对误差绝对误差2 、基本基本误差差3 、精确度（精度）精确度（精度）4、 灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率5、 变差变差6、 响响应时间应时间小结小结作业作业(P70)： 第第2-1、2-5 题题2.2温度检测及仪表温度检测及仪表温温度度是是表表征征物物体体冷冷热热程程度度的的物物理理量量。是是工工业业生产中最普遍而重要的操作参数。生产中最普遍而重要的操作参数。温度检测方法温度检测方法一一般般利利用用物物体体的的某某些些物物理理性性质质随随温温度度变变化化的的特特性来感知、测量温度。有性来感知、测量温度。有接接触触式式测测温温通通过过测测温温元元件件与与被被测测物物体体的的接接触而感知物体的温度。触而感知物体的温度。非非接接触触式式测测温温通通过过接接受受被被测测物物体体发发出出的的热热辐射热来感知温度。辐射热来感知温度。接触式测温仪表有：接触式测温仪表有：1、膨胀式温度计、膨胀式温度计基于物体受热时体积膨胀的性质而制成。基于物体受热时体积膨胀的性质而制成。有有液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计：利利用用液液体体（水水银银、酒酒精精）受受热热时时体体积积膨膨胀胀的的特性特性测温测温。玻璃管温度计玻璃管温度计电接点式电接点式玻璃管温度计玻璃管温度计 有有固体固体膨胀膨胀式温度计式温度计： 用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。而产生弯曲。 若将双金属片制成螺旋形，若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上指示出相应温度值。刻度盘上指示出相应温度值。双金属片常用来做温度报警或控制双金属片常用来做温度报警或控制 随着温度上升，双金随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点属片逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警接触到固定触点时，报警灯和继电器回路被接通。灯和继电器回路被接通。 调节螺钉用来调整固调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报定触点的位置，以调整报警温度。警温度。如图是一双金属温控器。如图是一双金属温控器。继电器继电器双金属片双金属片调节螺钉调节螺钉绝缘柱绝缘柱 继电器继电器原原理理: 封封闭闭容容器器中中的的液液体体、气气体体或或低低沸沸点点液液体体的的饱饱和和蒸蒸汽汽，受受热热后后压压力力增增大体积膨胀。大体积膨胀。2、压力式温度计压力式温度计利利用用封封闭闭容容器器中中的的介介质质压压力力随随温温度度变变化化的的现现象象来测温。如弹簧管式温度计。来测温。如弹簧管式温度计。弹簧管变形带弹簧管变形带动连杆机构，驱动动连杆机构，驱动指针转动，指示温指针转动，指示温度。度。3、热电偶温度计、热电偶温度计利用物体的热电性质测温。利用物体的热电性质测温。4、热电阻温度计、热电阻温度计利用金属电阻值或半导体利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。电阻值随温度变化的性质测温。5、半导体温度计、半导体温度计利用半导体利用半导体PN结的结电压结的结电压随温度变化的特性，通过测量感随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温器元件（结）电压变化来测量温度。温度。红外线测温计红外线测温计光学高温计光学高温计非接触式测温的具体方法有：非接触式测温的具体方法有：1、 辐射式温度计辐射式温度计通过测量物体热辐射功率来测量温度。通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、 红外式温度计红外式温度计通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量传。一般用于测量5001600之间的温度。之间的温度。2.2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。势称为热电势。2.2.2 热电偶热电偶热电偶是以热电效应为原理热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（成电势信号（mV） 。热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 当热电偶两个结点温度不同时，回路中会产生当热电偶两个结点温度不同时，回路中会产生热电势，热电势由接触电势和温差电势组成。热电势，热电势由接触电势和温差电势组成。热电极热电极A A热电极热电极B B1、接触电势、接触电势当不同导体当不同导体A、B接触时，两边自由电子密度不接触时，两边自由电子密度不同，在交界面上产生电子相互扩散，使接触端产生同，在交界面上产生电子相互扩散，使接触端产生接触电势。接触电势。 其大小取决于两种材料的种类和接触点其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。的温度。NA( t )、 NB( t ) 自由电子密度；自由电子密度；e 单位电荷单位电荷热端热端 tt0冷端冷端BA2、温差电势、温差电势对于同一金属对于同一金属，若其两端温度不同，则自由电子若其两端温度不同，则自由电子所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差电势。电势。热端热端 tt0冷端冷端BANA( t )、 NB( t ) 自由电子密度；自由电子密度；e 单位电荷；单位电荷；k 玻耳兹曼常量。玻耳兹曼常量。e eABAB(t)(t)e eABAB(t(t0 0) )e eA A(t,t(t,t0 0) )e eB B(t,t(t,t0 0) ) 但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。上式可以近似成：上式可以近似成：3、回路总电势回路总电势热电偶回路总电势即为热电势，由接触电势和热电偶回路总电势即为热电势，由接触电势和温差电势合成：温差电势合成：热电势热电势：公式中公式中自由电子密度自由电子密度很难确定，因此用公式计很难确定，因此用公式计算热电势误差很大，但从此式可以得出基本结论：算热电势误差很大，但从此式可以得出基本结论：对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。度有关。当冷端温度固定时，当冷端温度固定时， EAB( t, t0 )是热端温度是热端温度 t 的单值函数。的单值函数。 tot0mVE EABAB(t,t(t,t0 0) )实际中通过实测标定热电实际中通过实测标定热电势：将冷端温度固定在势：将冷端温度固定在0 ，热端温度每增加热端温度每增加1 时产生的时产生的热电势为标准热电势。热电势为标准热电势。 镍铬镍铬镍硅热电偶分度表（简表）镍硅热电偶分度表（简表） 分度号分度号 K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.3982.2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律据据EAB(t，t0)= e AB (t)- e AB(t0)可导出：可导出：1、均质导体定律均质导体定律由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。布如何，都不能产生热电势。因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成，但其截面和长度不限。半导体组成，但其截面和长度不限。热电偶丝材热电偶丝材2、中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中接入另一种中间导体（在热电偶回路中接入另一种中间导体（C）后，后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对回路只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对回路的热电势没有影响。的热电势没有影响。ABCt 0t 0t 例：例： EABC (t，t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+ eCA(t0)当：当： t = t0 有：有： eAB(t0)+ eBC(t0)+ eCA(t0)= 0 即：即： eBC(t0)+e CA(t0)= e AB(t0) 得：得：EABC (t，t0)= e AB(t) e AB(t0)v中间导体定律中间导体定律可以推广至：可以推广至：若在热电偶回路中若在热电偶回路中接入多种导体接入多种导体，只要其接入只要其接入点温度相等，则对热电势毫无影响。点温度相等，则对热电势毫无影响。热电偶使用时，必须将热电偶回路打开接入测热电偶使用时，必须将热电偶回路打开接入测量仪表，即接入了多个中间导体。量仪表，即接入了多个中间导体。经济型热电偶温度计经济型热电偶温度计3、中间温度定律中间温度定律一一支支热热电电偶偶在在两两接接点点温温度度为为t 、t0 时时的的热热电电势势，等等于于两两支支同同温温度度特特性性热热电电偶偶在在结结点点温温度度为为t、0和和0、t0时热电势的代数和。即时热电势的代数和。即 E AB ( t ，to ) = E AB( t , 0 ) E AB( to , 0 )=符合分度符合分度表要求表要求ABt0t AB0t AB0t0 tot0mV应应用用：对对于于测测得得的的任任意意冷冷端端温温度度时时的的热热电电势势EAB(t, to ) ，只只要要再再加加上上冷冷端端温温度度的的标标准准热热电电势势EAB(to ,0)，便便可可得得出出( t ,0 )时时的的标标准准热热电电势势EAB( t ,0 )，后后面的显示或处理就标准化了。面的显示或处理就标准化了。E AB ( t ，0 ) = E AB( t , to ) + E AB( to , 0 )+=符合分度符合分度表要求表要求ABt0t AB0t AB0t0 热电偶的构造热电偶的构造热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。普通型普通型铠装型铠装型普通热电偶普通热电偶接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）工作端（热端）工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形2.2.2.4 热电偶材料类型热电偶材料类型理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑要有良好的应用性能，必须对热电偶材偶，但考虑要有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。料加以选择。选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。国际电工委员会（简称国际电工委员会（简称IEC）规定了热电偶材）规定了热电偶材料的取材标准。料的取材标准。用分度号命名不同用分度号命名不同取材取材的热电偶，的热电偶，并给出了标准的热电势分度表。并给出了标准的热电势分度表。 几种常用的标准型热电偶简介几种常用的标准型热电偶简介热电偶名称偶名称分度号分度号测温范温范围（）平均灵敏度平均灵敏度特特 点点铂铑30铂铑6B0+180010V/稳定性好定性好,精度高精度高,可在可在氧化气氛使用氧化气氛使用铂铑l0铂S0+160010V/同上，同上，线性度性度优于于B镍铬镍硅硅K0+100040V/价廉价廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性气氛中使用性气氛中使用镍铬康康铜E-200+90080V/灵敏灵敏,价廉价廉,可在氧化及可在氧化及弱弱还原气氛中使用原气氛中使用铜康康铜T-200+40050V/价廉价廉,但但铜易氧化易氧化,常用常用于于150以下温度以下温度测量量不同材质的热电偶的热电势特性不同：不同材质的热电偶的热电势特性不同：铂铂及及其其合合金金（B、S）热热电电势势非非常常稳稳定定，可可以以做做标标准准热热电电偶偶。用用于于现现场场主主要要测测1100以以上上的的高高温温，灵敏度较低、线性度略差、价格较贵。灵敏度较低、线性度略差、价格较贵。 镍铬镍铬镍硅（镍硅（K） 线性度最好线性度最好 镍铬镍铬康铜（康铜（E） 灵敏度最高灵敏度最高 铜铜康铜（康铜（T） 价格最便宜价格最便宜 2.2.2.5 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿热电偶的热电势不仅与热端温度有关，还与冷热电偶的热电势不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时需保持热电偶冷端温度恒端温度有关。所以使用时需保持热电偶冷端温度恒定。但热电偶使用环境温度较高且变化较大，很难定。但热电偶使用环境温度较高且变化较大，很难达到达到0 要求，需要采取冷端温度补偿措施。要求，需要采取冷端温度补偿措施。 首先考虑的是将热电偶首先考虑的是将热电偶冷端移至低温处，但加长热冷端移至低温处，但加长热电偶成本很高。依据中间温电偶成本很高。依据中间温度定律可用度定律可用补偿导线补偿导线将热电将热电偶延长。偶延长。 根据中间温度定律，热电势可以分解成根据中间温度定律，热电势可以分解成 E AB ( t ,0 ) = E AB( t , tn ) + E AB( tn ,0 ) 为为了了节节约约，可可选选用用在在低低温温区区与与所所用用热热电电偶偶的的热热电电特特性性相相近近的的廉廉价价金金属属，在在低低温温区区代代替替热热电电偶偶，称称为补偿导线。为补偿导线。 tnt0mV补偿导线补偿导线热偶热偶ttn0 补偿导线和热电偶相连后，可以将热电偶冷端补偿导线和热电偶相连后，可以将热电偶冷端延至温度稳定处。其总的热电势等同于将热电偶本延至温度稳定处。其总的热电势等同于将热电偶本身延长产生的热电势。身延长产生的热电势。 E ( t , t0 ) = E热偶热偶( t , tn ) + E补偿导线补偿导线( tn)补偿导线补偿导线热偶热偶tt nt 0E (t,t0) E ( t ,0 ) = E ( t , to ) + E( to ,0 )如果补偿导线的冷端温度如果补偿导线的冷端温度 t0不为零，则还要补不为零，则还要补偿：偿：补偿导线型号型号配用配用热电偶名称偶名称正极正极负极极E（t0,0）（mV）材料材料绝缘层颜色色材料材料绝缘层颜色色SCKCEXTXS(铂铑10铂)K(镍铬镍硅硅)E(镍铬康康铜)T(铜康康铜)铜铜镍铬铜红红红红铜镍康康铜铜镍铜镍绿蓝棕棕白白0.645 50.0374.0950.1056.3170.1704.2770.047 用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电偶配不同的补偿导线。常用热电偶的补不同的热电偶配不同的补偿导线。常用热电偶的补偿导线见表偿导线见表2.2。tnt0mV 补偿导线只将热电偶的冷端延长到温度比较稳补偿导线只将热电偶的冷端延长到温度比较稳定的地方，但冷端温度还不一定是零度，为符合标定的地方，但冷端温度还不一定是零度，为符合标准热电势的要求还要采取补偿措施。准热电势的要求还要采取补偿措施。 1查表法（计算法）查表法（计算法） 如果被测温度为如果被测温度为t，用热电偶测得的热电势为，用热电偶测得的热电势为EAB(t,t0)，t0不为不为0。则根据中间温度定律有：。则根据中间温度定律有： EAB(t ,0)EAB(t ,t0) EAB(t0 ,0) 用温度计测出用温度计测出t0，查分度表得出，查分度表得出EAB(t0 ,0)，用，用上式计算出标准热电势上式计算出标准热电势EAB(t ,0)，再查分度表就可，再查分度表就可得出被测温度得出被测温度t例例 用用K型型(镍铬镍铬-镍硅镍硅)热电偶测量某加热炉的温度。热电偶测量某加热炉的温度。测得热电势测得热电势E(t，t0)36.122mV，冷端温度冷端温度t030，求被测温度。求被测温度。解解 由分度表可以查得由分度表可以查得 E(30，0)1.203mV则则 E(t，0) E(t，30)+ E(30，0) 36.122+1.20337.325mV 再查分度表，可以查得再查分度表，可以查得37.325mV对应的温度为对应的温度为900 。v 计算法适用于实验或临时测温。计算法适用于实验或临时测温。 2、仪表零点调整法、仪表零点调整法 如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就调整到冷端温度处，再开始测量。调整到冷端温度处，再开始测量。 此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。100100 3、冰浴法、冰浴法 把把热热电电偶偶的的冷冷端端插插入入盛盛有有绝绝缘缘油油的的试试管管中中，然然后后将将试试管管放放入入装装有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，保保持持冷端为冷端为0。这种方法多数用于热电偶的检定。这种方法多数用于热电偶的检定。4、 补偿电桥法补偿电桥法利用温度不平衡电桥输出电压的变化来补偿热利用温度不平衡电桥输出电压的变化来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。E(t,t0)E(t0 ,0)E(t,0)电桥电桥补偿导线补偿导线E(t,0)E(t,t0)E(t0 ,0) 5半导体半导体PN结补偿法结补偿法 利用半导体利用半导体PN結电压随温度升高而降低的特性結电压随温度升高而降低的特性自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。 图中半导体三极管基极结电压图中半导体三极管基极结电压V be随冷端温度随冷端温度升高而降低，运放输出电压将抬高，冷端补偿电压升高而降低，运放输出电压将抬高，冷端补偿电压输出输出e0将升高。将升高。 只要保持三极管集只要保持三极管集电极电流电极电流 Ic 恒定，冷端恒定，冷端补偿电压补偿电压e0 即与冷端温即与冷端温度成正比。度成正比。Vbe铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶可长达上百米可长达上百米薄壁金属保护薄壁金属保护套管（铠体）套管（铠体） BA绝缘绝缘 材料材料保护保护套管套管铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面其他形式其他形式其他形式其他形式热电偶热电偶热电偶热电偶小形小形K K型热电偶型热电偶隔爆型热电偶隔爆型热电偶厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒热电阻热电阻对对于于500以以下下的的中中、低低温温，用用热热电电偶偶测测量量时时热热电电势势很很小小，容容易易受受到到干干扰扰。一一般般使使用用热热电电阻阻温温度度计计来进行中低温度的测量。来进行中低温度的测量。热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻金属热电阻金金属属热热电电阻阻测测温温精精度度高高。大大多多数数金金属属电电阻阻阻阻值值随温度升高而增大，具有正温度系数。随温度升高而增大，具有正温度系数。如如 ：R t =R0 (1 + At) A =1 dRR dT温度系数温度系数原因：原因：温度升高，金属内部原子晶格的振动加温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子定向运动时的阻碍剧，从而使金属内部的自由电子定向运动时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加。增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加。 实验：实验：取一只取一只取一只取一只 100W/220V 100W/220V 灯泡，用灯泡，用灯泡，用灯泡，用万用表测量其冷态阻万用表测量其冷态阻万用表测量其冷态阻万用表测量其冷态阻值只有几十欧姆，而值只有几十欧姆，而值只有几十欧姆，而值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态计算得到的额定热态计算得到的额定热态计算得到的额定热态电阻值为电阻值为电阻值为电阻值为484484 。 电阻温度系数大，电阻率大；电阻温度系数大，电阻率大； 在测温范围内物理化学性能稳定；在测温范围内物理化学性能稳定； 温度特性的线性度好。温度特性的线性度好。 工业中用得最多的是铂电阻和铜电阻，也有镍工业中用得最多的是铂电阻和铜电阻，也有镍电阻、锰电阻及碳电阻等用于低温及超低温的测量。电阻、锰电阻及碳电阻等用于低温及超低温的测量。作为工业测温用热电阻的材料要求：作为工业测温用热电阻的材料要求：防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 电阻温度关系：电阻温度关系： R t =R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000) R t =R0 (1+At+Bt2) ( 0850) 铂电阻有两种分度号：铂电阻有两种分度号：Pt10 , Pt1001.铂电阻铂电阻 铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际测温复现性好、精度高。被国际电工委员会电工委员会规定规定为为-259+630 间的基准器，但线性度稍差，常间的基准器，但线性度稍差，常用于用于-200+600 温度测量。温度测量。2.铜电阻铜电阻铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，常用于化，常用于-50+150 温度测量。铜电阻有两种温度测量。铜电阻有两种分度号：分度号：Cu50 ，Cu100 。电阻温度关系：。电阻温度关系： R t =R0 (1 +At) (-50150) 热电阻的结构型式有：热电阻的结构型式有：普通型热电阻，铠装热电阻，薄膜热电阻等。普通型热电阻，铠装热电阻，薄膜热电阻等。普通热电阻结构普通热电阻结构普通型热电阻的电阻体结构是：普通型热电阻的电阻体结构是：以以云云母母片片或或石石英英玻玻璃璃柱柱作作骨骨架架，将将金金属属丝丝用用双双线法绕在骨架上，以消除电感。线法绕在骨架上，以消除电感。热电阻的引线方式热电阻的引线方式热电阻阻值变化由电桥测量，热电阻通过热电阻阻值变化由电桥测量，热电阻通过接接线线连接到测量电桥的一个桥臂中。连接到测量电桥的一个桥臂中。接接线电阻在环境温线电阻在环境温度变化时电阻会发生变化，接法不同对测量结果影度变化时电阻会发生变化，接法不同对测量结果影响不同。常用的响不同。常用的接接线方式有线方式有3 3种：种：两线制、三线制和四线制。两线制、三线制和四线制。1热电阻；热电阻；2引线；引线；3接线盒；接线盒；4接线；接线；5显示仪表；显示仪表；6转换开关；转换开关；7电位差计；电位差计；8标准电阻；标准电阻；9电池；电池；10滑线电阻滑线电阻热电阻两线制接法：热电阻两线制接法：是最基本的接法是最基本的接法，两根，两根接接线都在测量桥臂内。线都在测量桥臂内。如果接线很长，如果接线很长，接接线电阻的阻值变化会给测量结果线电阻的阻值变化会给测量结果带来附加误差。带来附加误差。两线制接法两线制接法只适用于只适用于接接线较短、或线较短、或测量精度要求不高的场合。测量精度要求不高的场合。RtR3rrR1R23.热电阻的三线制接法热电阻的三线制接法如图，工业现场的热电阻用三根接线连接测量如图，工业现场的热电阻用三根接线连接测量电桥，可以抵消接线电阻随温度变化对电桥输出的电桥，可以抵消接线电阻随温度变化对电桥输出的影响。影响。 测量仪表测量仪表R tRtR3rrrR1R2热电阻三线制接法：热电阻三线制接法：将两根接将两根接线分别接在电桥相邻桥臂内，线分别接在电桥相邻桥臂内，可以基可以基本消除接线电阻随温度变化本消除接线电阻随温度变化带来的附加误差。第三带来的附加误差。第三根接根接线接在电源回路中，其温度附加误差在电源回线接在电源回路中，其温度附加误差在电源回路中解决。路中解决。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2 热电阻的四线制接法：热电阻的四线制接法：热电阻两端各并接两根接线，其中一对接线热电阻两端各并接两根接线，其中一对接线ac将热电阻接入恒定电流将热电阻接入恒定电流I；另一对接线；另一对接线bd将热电阻上将热电阻上产生的压降引至电位差计；通过转换开关切换电位产生的压降引至电位差计；通过转换开关切换电位差计处于差计处于“标准标准”或或“测量测量”。电位差计先测标准电阻上电位差计先测标准电阻上的电压的电压IRN，再测热电阻上的电，再测热电阻上的电压压IRt，可得到，可得到Rt的值。的值。四线制接法能完全消除接四线制接法能完全消除接线电阻的影响，测量精度最高。线电阻的影响，测量精度最高。5显示仪表；显示仪表；6转换开关；转换开关；7电位差计；电位差计；8标准电阻；标准电阻；9电池；电池；10滑线电阻。滑线电阻。I各种热电阻传感器各种热电阻传感器热电阻检定系统热电阻检定系统汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻 2.2.3.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻是非线性电阻，材料配方不同，呈现热敏电阻是非线性电阻，材料配方不同，呈现特性不同，特性不同，有负温度系数（有负温度系数（NTC型）、正温度系数型）、正温度系数（PTC型）、临界温度系数（型）、临界温度系数（CTR型）三种。型）三种。(1)(1)NTC型适用于测温（型适用于测温（-100 -100 300300）。）。(2)(2)PTC型可以测温（型可以测温（-50-50+150 +150 ）或开关。）或开关。(3)(3)CTR型典型的开关特性，适用于型典型的开关特性，适用于0 0150150之之间的温度开关及报警。间的温度开关及报警。 温度()1081061041021001601208040电阻()负温度系数热敏电阻特性负温度系数热敏电阻特性 热敏电阻的特点是：热敏电阻的特点是： 电阻率大电阻率大电阻体积小，响应快；电阻体积小，响应快； 温度系数大温度系数大灵敏度高；灵敏度高； 非线性严重非线性严重影响精度。影响精度。 温度特性分散温度特性分散互换性差互换性差 NTCNTC热敏电阻的温度特性公式热敏电阻的温度特性公式: :R Rt t温度为温度为t t 时的电阻值时的电阻值; ;R Rt0t0温度为温度为t t0 0 时的电阻值时的电阻值BB与材料成分结构有关的常数。与材料成分结构有关的常数。热敏电阻结构热敏电阻结构热敏电阻结构热敏电阻结构热敏电阻由热敏探头，引线和壳体等构成。热敏电阻由热敏探头，引线和壳体等构成。典型的热敏电阻有圆形、珠形、扁圆形、圆片典型的热敏电阻有圆形、珠形、扁圆形、圆片形等多种形式，可以满足不同需要。形等多种形式，可以满足不同需要。1-1-热敏探头热敏探头热敏探头热敏探头2-2-引线引线引线引线3-3-壳体壳体壳体壳体其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻非标热敏电阻非标热敏电阻热敏电阻广泛应用于民用领域。热敏电阻广泛应用于民用领域。热敏电阻体温表热敏电阻体温表 热敏电阻用于热敏电阻用于CPUCPU的温度测量的温度测量 热敏电阻用于热水器的温度测量热敏电阻用于热水器的温度测量 2.2.4 集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器（温度（温度IC）将温度敏感元件、）将温度敏感元件、放大、运算和补偿等电路集成在一片芯片上，是集测放大、运算和补偿等电路集成在一片芯片上，是集测量、放大、电源供电回路于一体的传感器件。量、放大、电源供电回路于一体的传感器件。特点：体积小、反应快、线性较好、价格便宜，特点：体积小、反应快、线性较好、价格便宜，测温范围一般为测温范围一般为-50150。 AD590 集成温度传感器利用晶体管集成温度传感器利用晶体管b-e结压降的不饱和结压降的不饱和值值Vbe与热力学温度与热力学温度 T 及通过发射极电流及通过发射极电流 Ic 的下述关的下述关系实现对温度的检测：系实现对温度的检测：式中式中: K波尔兹常数；波尔兹常数；q电子电荷量电子电荷量VbeebcIc温度温度Vbe 晶体管的晶体管的b-e结压降结压降Vbe在恒在恒定集电极电流定集电极电流 I的条件下，与温的条件下，与温度呈近似线性关系。温度升高，度呈近似线性关系。温度升高，b-e结电压下降。结电压下降。集成温度传感器电路集成温度传感器电路原理：原理：一般用两个温敏晶体管接成差分对管，构成感一般用两个温敏晶体管接成差分对管，构成感温核心电路（温核心电路（PTAT）。此电路提高了晶体管温敏特）。此电路提高了晶体管温敏特性的线性度和一致性，性的线性度和一致性，通过对通过对Vbe的放大及线性化的放大及线性化处理，实现温度信号的线性输出。处理，实现温度信号的线性输出。LM135LM135电路电路例如例如以以PTATPTAT为为核心的集成温度传核心的集成温度传感器感器LM135LM135电路：电路：校准校准输出输出 集成温度传感器按输出信号形式不同，分为电集成温度传感器按输出信号形式不同，分为电压型、电流型和数字型三类。压型、电流型和数字型三类。1、电压输出型、电压输出型电压输出型的灵敏度一般为电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度，温度0时输出为时输出为0，温度，温度25时输出时输出2.982V。常见的有常见的有LM35/LM135/LM235/LM335LM35/LM135/LM235/LM335系列。系列。LM135器件器件 LM35构成的摄氏温度测量电路及构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器组装成的测温传感器2、电流输出型、电流输出型电流输出型的灵敏度一般为电流输出型的灵敏度一般为1 A/K。最典型的。最典型的是美国模拟器件公司生产的是美国模拟器件公司生产的AD590 。AD590是单片是单片集成两端感温电流源，主要特性如下：集成两端感温电流源，主要特性如下：IT流过器件的电流，单位为流过器件的电流，单位为 AT热力学温度，单位为热力学温度，单位为K。(2)测温范围为测温范围为-55+150(3)电源电压范围为电源电压范围为4V30V(4)输出电阻为输出电阻为710M (1)流过器件的电流（流过器件的电流（ A）等于器件所处环境）等于器件所处环境的热力学温度：的热力学温度： IT=TAD590器件器件AD590封装示意图封装示意图 空脚（接地）空脚（接地）AD590的基本转换电路的基本转换电路 输出输出电压电压UO与与热力学温度成正比热力学温度成正比 输出电压输出电压UO与与 摄氏温度成正比摄氏温度成正比 AD590转换电路的转换电路的调整调整如图，当电阻如图，当电阻R1和电位器和电位器R2的电阻之和为的电阻之和为1k 时，输出电压时，输出电压V0随温度的变化为随温度的变化为1mV/K。由于由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。如此应对电路进行调整。如1、在、在0条件下调整条件下调整R2，使，使 V0=273.2mV2、在、在25条件下调整条件下调整R2，使，使 V0=273.2+25 =298.2mV接地接地在电脑中，集成温度传感器用于在电脑中，集成温度传感器用于CPUCPU散热保护电路散热保护电路散热风扇散热风扇集成温度集成温度ICCPU插座插座CPU散热片散热片3、数字输出型、数字输出型最典型的最典型的数字输出型集成温度传感器是数字输出型集成温度传感器是DS1820， 9 9位数字输出。位数字输出。其外形如一只三极管，三个引脚分其外形如一只三极管，三个引脚分别是电源、地、数据线别是电源、地、数据线 ，测温范围为测温范围为-55+125，分辨率为分辨率为0.5 。DS1820器件器件DS1820传感器传感器应用实例：应用实例：SLMT系列智能温度数据采集器可系列智能温度数据采集器可以对以对DS1820数字温度传感器系列产品进行温度数据数字温度传感器系列产品进行温度数据采集、显示、报警设定、数据传输，可应用于分布采集、显示、报警设定、数据传输，可应用于分布式温度数据监控，使温度巡迴检测系统获得高可靠式温度数据监控，使温度巡迴检测系统获得高可靠性、低成本和最简单的布线结构。性、低成本和最简单的布线结构。长距离通讯组网方案长距离通讯组网方案温度显示与记录温度显示与记录温度显示与记录温度显示与记录温度显示和记录仪表从模拟仪表发展到数字仪温度显示和记录仪表从模拟仪表发展到数字仪温度显示和记录仪表从模拟仪表发展到数字仪温度显示和记录仪表从模拟仪表发展到数字仪表，种类繁多，但原理相似。表，种类繁多，但原理相似。表，种类繁多，但原理相似。表，种类繁多，但原理相似。动圈式指示仪表动圈式指示仪表动圈式指示仪表动圈式指示仪表 可可分分别别与与热热电电偶偶、热热电电阻阻配配套套指指示示温度，是最简单的模拟指示仪表。温度，是最简单的模拟指示仪表。动圈式仪表的驱动动圈式仪表的驱动部件部件是动圈测量机构，是动圈测量机构，其本其本质是一个磁电式毫安表。质是一个磁电式毫安表。在在均均匀匀磁磁场场中中，载载流流直直导导线线受受到到的的作作用用力力符符合合下列关系：下列关系： F=BLIFF导线受力导线受力BB磁场强度磁场强度LL导线长度导线长度I I 通过电流通过电流NS导线受到的作用力方向可由左手定则判断。导线受到的作用力方向可由左手定则判断。F将很细的漆包铜线绕城矩形线圈（几百圈），将很细的漆包铜线绕城矩形线圈（几百圈），用有弹性的导电张丝拉紧并悬挂在永久磁铁的气隙用有弹性的导电张丝拉紧并悬挂在永久磁铁的气隙间构成动圈测量机构间构成动圈测量机构。信信号号电电流流流流过过动动圈圈时时，动动圈圈受受磁磁场场力力作作用用而而偏偏转转，带带动动指指针针偏偏转转。同同时时张张丝丝被被扭扭转转产产生生反反作作用用力力矩矩，当当与与磁磁场场力力矩矩平平衡衡时时，动动圈圈就就停停留留在在某某一一位位置置上，指针指示出被测参数值。上，指针指示出被测参数值。动圈测量机构配接不同的测温元件时电路有所动圈测量机构配接不同的测温元件时电路有所不同。不同。1、配热电偶的动圈仪表、配热电偶的动圈仪表热电偶直接输出毫伏信号，可以驱动动圈仪表。热电偶直接输出毫伏信号，可以驱动动圈仪表。但有但有动圈电阻温度补偿和动圈电阻温度补偿和量程匹配问题要解决。量程匹配问题要解决。由由于于热热敏敏电电阻阻RT温温度度系系数数太太大大，用用锰锰铜铜电电阻阻RM（50）和）和RT（6820）并联。）并联。解决办法：解决办法：1）用热敏电阻）用热敏电阻RT补偿动圈电阻的温度误差，用补偿动圈电阻的温度误差，用RW调整量程。调整量程。RDRMRWRTRX热电偶热电偶2 2）外接电阻和外接调整电阻）外接电阻和外接调整电阻热电偶和动圈仪表相接后，流过动圈的电流为：热电偶和动圈仪表相接后，流过动圈的电流为：R内内 = 表内电阻之和表内电阻之和R外外 = RX+ R补补+ R偶偶 RDRMRWRTRX热电偶热电偶因此：因此：要求接线时调整要求接线时调整RX，使使 R外外 =15R外外 = R调整电阻调整电阻+ R连接导线连接导线+ R补偿器补偿器+R补偿导线补偿导线+ R热偶热偶=15如果用冷端补偿器，则要求：如果用冷端补偿器，则要求：2 2、配热电阻的动圈仪表、配热电阻的动圈仪表用电桥将热电阻值转换成电压信号再驱动动圈。用电桥将热电阻值转换成电压信号再驱动动圈。 1）电桥工作原理）电桥工作原理设设0时，电桥平衡，时，电桥平衡，则则 R1R3 =R2（R0+Rto）因因 R1= R2 ， R3 = Rto + R0有：有：I1 = I2 = I 当当T 时，电桥输出时，电桥输出Uab =R3 I （Rt+R0）I =R3 I （Rto+Rt+R0）I = Rt IRwRmRdR0R2R1RTR3abRtI2I1r r r 为为了了确确保保消消除除接接线线电电阻阻的的影影响响，规规定定每每根根接接线线的的电电阻阻值值为为5，为为此此，仪仪表表配配有有外接调整电阻外接调整电阻。2） 三线制与外接调整电阻三线制与外接调整电阻三线制接法可以消除接线电阻的影响。设接线三线制接法可以消除接线电阻的影响。设接线电阻为电阻为rUab =（R3+r) I （Rt +Rt +R0+r）I = Rt IRwRmRdR0R2R1RTR3abRtI2I1r r r 2.2.5.2 数字式指示仪表数字式指示仪表 数字式指示仪表是以数字式指示仪表是以数字电压表为主体而构成数字电压表为主体而构成的测量仪表。其原理框图的测量仪表。其原理框图如下：如下： 检检测测变变送送 寄寄存存器器 模模/数转换数转换计数器计数器 脉冲信号脉冲信号 数数字字译译码码器器 显显示示器器模拟信号模拟信号 例：配热电偶的数字例：配热电偶的数字式测温仪表原理框图式测温仪表原理框图标准标准热电势热电势滤波滤波放大放大线性化线性化标度变换标度变换自动记录仪表自动记录仪表 自动记录仪能实时记录被测参数。自动记录仪能实时记录被测参数。记录的方式有纸记录和无纸记录两类。记录的方式有纸记录和无纸记录两类。RpRtR3r图图2.22 自动平衡电桥原理图自动平衡电桥原理图R0R2R11.自动平衡电桥式记录仪自动平衡电桥式记录仪配接热电阻的测温记录仪。利用电桥的平衡动配接热电阻的测温记录仪。利用电桥的平衡动作进行测量记录。作进行测量记录。 Rt是是测测温温电电阻阻，Rp是是滑滑线线电电阻阻，触触点点B由由电电机机带带动动，电电机机由由电电桥桥的的不不平平衡衡电电压压驱驱动动。触触点点到到达达平平衡衡点点时时，电电桥桥输输出出为为零零，电电机机停停止止。 B的的位位置置反反映映Rt大小，即反映了温度的大小。大小，即反映了温度的大小。平衡电桥测温原理平衡电桥测温原理RpRtR3rR0R2R1 电桥测温关系电桥测温关系当当被被测测温温度度为为下下限限时时，R Rt t有有最最小小值值R Rt0t0，滑滑动动触点应在触点应在R Rp的左端，此时电桥平衡，条件是的左端，此时电桥平衡，条件是: : R2R4R3（Rto+Rp）被测温度升高时，电桥不平衡输出驱动电机，被测温度升高时，电桥不平衡输出驱动电机，带动触点向右移动，直至新的平衡点带动触点向右移动，直至新的平衡点: 两式相减得：两式相减得： R2(R4+ r1 ) R3(Rto+ Rt+Rp-r1)2.自动电位差计式记录仪自动电位差计式记录仪 自动电位差计式记录仪是配接热电偶的测温记自动电位差计式记录仪是配接热电偶的测温记录仪。和自动平衡电桥式记录仪相比，放大、驱动、录仪。和自动平衡电桥式记录仪相比，放大、驱动、走纸机构都相同，仅测量电路不同。走纸机构都相同，仅测量电路不同。图图2.23中，测量电桥的输出电压与热电偶电势中，测量电桥的输出电压与热电偶电势相平衡。同时为了冷端补偿，将相平衡。同时为了冷端补偿，将R2换成铜电阻，和换成铜电阻，和热电偶的冷端置于同一温度下。当冷端温度升高时，热电偶的冷端置于同一温度下。当冷端温度升高时，设计使电压设计使电压VR2的增加量恰好弥补热电势的减少值。的增加量恰好弥补热电势的减少值。VR2 =E(t0,0)E(t,t0)数字式记录仪表数字式记录仪表 形式多样，内装形式多样，内装CPU，可多通道储存记录被测参，可多通道储存记录被测参数。可以实时显示，也可以调出历史曲线。数。可以实时显示，也可以调出历史曲线。温度变送器温度变送器检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号转换成标准信号输出。模拟系统的信号标准有：号转换成标准信号输出。模拟系统的信号标准有：型：型：010mA、010V ；型：型：420mA、15V 型仪表的优点是：现场仪型仪表的优点是：现场仪表可做成二线制（表可做成二线制（24V供电），且供电），且断线可识别。断线可识别。数字控制系统的信号标准有：数字控制系统的信号标准有：FF协议、协议、 HART协议等协议等 模拟式温度变送器模拟式温度变送器模拟式温度变送器有多个品种、规格，以配合模拟式温度变送器有多个品种、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需要，但电路结构基不同的传感元件和不同的量程需要，但电路结构基本相同。本相同。-+电量电量传感元件传感元件被测温度被测温度输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路输出电流输出电流输出电路输出电路如如DDZ-III型热电偶温度变送器是一款和热电型热电偶温度变送器是一款和热电偶配接的本安型变送器，安装在控制室使用。偶配接的本安型变送器，安装在控制室使用。Et 电源电源输出电路输出电路放大电路放大电路反馈反馈输入电路输入电路电路原理分析：电路原理分析：1输入电路输入电路输入电路主要是在热电偶输入回路中串接一个电输入电路主要是在热电偶输入回路中串接一个电桥。在电桥中实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调桥。在电桥中实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。整。Ei=Et + VRcu VR4Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿 调调R4实现实现零点调整。零点调整。VRcutot 0时时Rcu上的电压增量上的电压增量VRcuo 0时时Rcu上的电压上的电压Ei = Et + VRcuVR4 = Et + VRcuto + VRcuo VR4标准热电势标准热电势零点调整零点调整 冷端补偿设冷端补偿设计依据：计依据：VRcuto=E(t0 ,0)Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿 除除了了冷冷端端补补偿偿和和零零点点调调整整外外，还还有有输输入入保保护护和和量量程程调调整整。通通过过RP2可可改改变变反反馈馈电电压压Vf的的分分压压比比，即即改变反馈强度，进而改变整个变送器的量程。改变反馈强度，进而改变整个变送器的量程。稳压管稳压管VDVDi1i1、VDVDi2i2 限压保护；限压保护；电阻电阻R Ri1i1、R Ri2i2 限流保护。限流保护。实际输入电路实际输入电路Et反馈信号反馈信号电桥供电电桥供电Ei = Et + VRcuto + VRcuo VRP1 VRP2 零点迁移零点迁移 量程调整量程调整 大幅度的零点调整叫大幅度的零点调整叫零点迁移零点迁移；测量范围的调；测量范围的调整叫整叫量程调整量程调整，此举可提高测量灵敏度。，此举可提高测量灵敏度。例如，某设备的温度在例如，某设备的温度在5001000之间变化。之间变化。如果仪表测量范围是如果仪表测量范围是0 1000，则，则500以下的测以下的测量区域属于浪费。可通过零点迁移、量程调整，使量区域属于浪费。可通过零点迁移、量程调整，使仪表的测量范围在仪表的测量范围在5001000之间。之间。Et反馈信号反馈信号电桥供电电桥供电01000 1000 500 4mA20mA20mA4mA150010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/5000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/204442020 a. 未迁移未迁移 b. 零点正向迁移零点正向迁移 c. 零点正向迁移零点正向迁移 且缩小量程且缩小量程图图2.26 温度变送器的零点迁移和量程调整温度变送器的零点迁移和量程调整2、放大电路放大电路热电偶输出的热电势为毫伏信号，而测量现场热电偶输出的热电势为毫伏信号，而测量现场很容易引入干扰，因此很容易引入干扰，因此放大电路必须是高增益低漂放大电路必须是高增益低漂移的运放，深度反馈，同时还要采取抗干扰措施。移的运放，深度反馈，同时还要采取抗干扰措施。例如用热电偶测量电炉温度时，放大电路要浮空。例如用热电偶测量电炉温度时，放大电路要浮空。 耐火砖的漏电耐火砖的漏电阻、漏电容阻、漏电容eab如果不接地，如果不接地，则则eab= 0实际放大电路实际放大电路 高高增增益益、低低漂漂移移的的ICIC2 2 ，构构成成差动放大器差动放大器复复合合管管VTVTa a1 1 VTVTa a2 2接接成成射射极极输输出出器器，实现实现V-I V-I 转换转换稳稳压压管管VDVD0 0的的作作用用是是当当电电流流输输出出回回路路断断开开时时，电压输出不受影响电压输出不受影响调制调制隔离隔离3、反馈电路反馈电路在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调整反馈电阻的大小就可实现。而放大倍数，通过调整反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。非线性校正则需要一个校正网络来实现。 IoEt-+Et热电偶热电偶被测温度被测温度T输入电路输入电路放大电路放大电路非线性反馈非线性反馈输出电流输出电流loTIoVfT实际反馈电路实际反馈电路ICIC1 1及及非非线线性性反反馈馈构构成成的的线线性性化化修修正正电电路路，将将V Vf f转转换换为为电电压压V Vf f后，反馈到后，反馈到ICIC2 2的反相输入端。的反相输入端。I I0 0经经T Tf f隔隔离离，再再整整流流滤滤波波后后，在在R Rf f 、C Cf f 上上得得到到与与I I0 0成正比的反馈电压成正比的反馈电压V Vf f供电电源供电电源变变送送器器是是24VDC供供电电。为为了了提提高高变变送送器器的的抗抗共共模模干干扰扰能能力力和和安安全全防防爆爆，放放大大电电路路要要与与电电源源隔隔离离。24VDC经调制、隔离、解调后，供电路各部使用。经调制、隔离、解调后，供电路各部使用。电桥稳压块电桥稳压块集成运放集成运放调制电路调制电路 安全防爆措施安全防爆措施VDi1、VDi2限压限压Ri1、 Ri2限流限流变压器隔离变压器隔离限压限压限流限流4、DDZ-III型热电偶温度变送器原理电路型热电偶温度变送器原理电路Et 电源电源输出电路输出电路放大电路放大电路反馈反馈输入电路输入电路 近年来，已推出模块式、导轨式和一体化温度近年来，已推出模块式、导轨式和一体化温度变送器。变送器。24VDC供电，电路高度集成，自带冷端补供电，电路高度集成，自带冷端补偿功能，偿功能， 并可以智能化。并可以智能化。智能温度变送器智能温度变送器 智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪表。智能变送器是采用微处理器技术的现场型仪表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，可以通可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，可以通过总线网络与上位计算机通信，构成集散控制系统过总线网络与上位计算机通信，构成集散控制系统或现场总线控制系统。或现场总线控制系统。智能一体化温度变送器智能一体化温度变送器小结小结温度测量温度测量热电阻热电阻集成温度传感器集成温度传感器 温度变送器温度变送器动圈仪表动圈仪表自动平衡记录仪自动平衡记录仪测量方法测量方法 非接触式非接触式接触式接触式作业（作业（P69）：）：2-7、2-9题题热电偶热电偶