19丽东化工YC127仪表4.2.2汤姆逊效应汤姆逊效应是指当电流流过导线时,即使是一种金属内部,只要存在温度差,当电流经过存在温度差的部位就会产生吸热,散热现象,不过产生的影响较PeltierEffect小.关于PeltierEffect,ThomsonEffect的研究仅仅做为理论研究结果,热电效应对热电偶的解释已经很充分了.
20丽东化工YC127仪表4.3热电回路定律想要说明热电偶回路的特性,就需要运用温度与电动势的理论关系被实际运用时的热电效应三定律,这些定律都是在实验中推导出来的.4.3.1均质回路定律由均匀的金属材质的导体构成的回路,不管其形式或温度分布,即使加热测量接点也不会产生热电流.即热电势为零的定律,不仅可以通过热力学考察来证明,还可以通过对只有一个热电系数的回路的线积分评价.V=Sa(T1+T2)+Sb(T2-T1)=0结果为零的原因是a,b金属拥有相同的热电系数.
21丽东化工YC127仪表4.3.2中间导体定律由不同金属构成的回路中,当整个回路都处在同一温度下时,其热电势的代数之和为0,这就是中间导体定律.它是根据热电偶的基础原理,温度均匀与不均匀的差别.V=Sa(T1-T1)+Sc(T1-T1)+Sa(T1-T1)+Sb(T1-T1)=0
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23丽东化工YC127仪表4.4热电偶如图所示:将两种不同材料的导体与半导体A,B焊接起来,当两个接点间存在温差,就会产生热电势.会在回路中形成电流.这一原理是1821年美国科学家Seebeck在铜与锑之间发现的现象,这就是热电效应.如下图所示:将金属A,B焊接起来,b,b’在同样的温度下与不同温度的a连接,可以发现b,b’之间产生热电势,并且与a-b间的温差有一定联系.同时,产生的热电势由两种金属和两接点间的温差决定,不受金属外形,过程中温度变化的影响.
24丽东化工YC127仪表4.4.1对热电偶的要求产生的电动势要大耐热性,耐腐蚀性良好,机械强度高长时间使用热电势依然稳定,热电偶磨损小同种热电偶拥有同样的特性,有互换性电阻和温度系数要小(测量高温时)虽然没有完全满足上述条件的材料,但可以根据测量条件选择使用比较接近的材料.
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26丽东化工YC127仪表K型热电偶(又称为CA型)使用的两条金属线都是以镍为主的合金,在非金属热电偶中(K,E,J,T型热电偶)可测量最高温度,比较R,S型热电偶可产生4.5倍的热电势,热电特性几乎是线性.为防止高温下被氧化,+端金属线在使用时镀有一层氧化保护膜,与合金结合良好,可以保护内部金属.老化的进程与氧化有着密切的关系.仔细观察CA热电偶的周围环境,我们可以发现,对于空气,等一般的氧化物,热电偶具有较高的化学稳定性,但对于还原性气体热电偶的化学稳定性较弱一些.CA热电偶使用直径为3.25mm的热偶丝,在710℃下经过1000小时后,热电势的变化大约为1.5℃,由温度引起的热电势变化在260℃左右时误差最大,可达3℃.同时如果想长时间保持其稳定性,必须使用粗的热偶丝.在氧化,惰性气体等环境中化学稳定性较强,但在还原性环境中化学稳定性较差,电动势会显著下降,与R型热电偶不同,对金属蒸汽化学稳定性较强,所以可以使用金属保护管,K型热电偶主要用于1000℃左右的高温环境.随着工业的发展,又出现了一些新的问题.
27丽东化工YC127仪表4.5.5J型热电偶(Iron-Constantan)对于使用条件而言,在还原性条件下化学稳定性很好,氢气,一氧化碳等环境下也很稳定.在氧化性环境或空气中,温度升至高温,铁会急剧发生氧化反应,在有水蒸气的环境下,铁的化学稳定性也很差.区分热电偶导线时,铁的一侧由于氧化,很容易辨别出.因为长期使用时会生出铁锈,同时因为铁为磁性体,使用磁石很容易辨别.J型热电偶同K型热电偶一样,性能不高,但由于价格低廉,热电势较高,所以较为常用.由于J型热电偶使用铁,温度升高容易氧化.其使用范围的上线规定为热电偶线3.2mm时不超过600℃,在空气中的实验特性为热电偶线3.25mm时在600℃下连续暴露800小时输出降低4℃.在还原性介质中性质是稳定的,在常温下,由于与碳的结合很微弱,所以也很稳定.J型热电偶主要安装在有还原性介质的石化装置.
28丽东化工YC127仪表4.5.6T型热电偶(Copper-Constantan)由于铜的氧化性,在空气中的温度下线较低,为300℃,所以T型热电偶在氧化性环境中化学稳定性很差,但在还原性环境中化学稳定性却很好.由于铜的纯度可以提炼的很高,所以可以得到很高的测量精度.工业上常用于-250℃的低温测量.区别热电偶的极性时,铜线是红色,铜与镍的合金处为带有光泽的白铜色,所以很容易区别,长时间使用时,会带有蓝色.T型热电偶的铜很容易被氧化,其常用界限定为热电偶线为1.6mm时为300℃.如果使用与T型热电偶相同的热电线,就能互相替换了.
29丽东化工YC127仪表q1.-200℃0℃500℃1000℃1400℃RKEJT/Bi-metal*(RTD)Bearing,(Thermocouple).
30丽东化工YC127仪表4.5.7铠装热电偶(SHEATHED)4.5.7.1概述热电偶本身外径小,使用热容量小,热电导率高的绝缘材料,根据其形态可测量微小的温度变化.在不损伤功能的情况下,可随意弯曲到任何角度,具有良好的加工性和高可靠性.由于机械强度高,内部填充氧化镁材料,即使不采用套管安装,也不会被腐蚀.可承受最高500kg/cm2的压力.外径为0.2mm-12.7mm,其长度可达300m.可测量-200℃~1800℃的温度..
31丽东化工YC127仪表4.5.7.2铠装热电偶的热接点热电偶的前端直接与Sheath的前端焊接在一起,所以时间常数小,适用于测量高温高压介质.由于感温元件于Sheath焊接在一起,不适合在危险场所或带有杂波干扰的场所使用.TYPE-I(接壳型)热电偶材料与Sheath完全绝缘,所以时间常数较接壳型大,但长期使用较稳定.不受杂波干扰的影响,在危险场所也能安全使用.TYPE-II(绝缘型)热电偶感温元件暴露在Sheath外面,所以时间常数最小,即使很微小的温度变化也能测量,气密性,机械强度较低,所以在腐蚀性介质或高温高压环境下不是适合时间使用.TYPE-III(露头型)
32丽东化工YC127仪表4.6热电偶的工作方法及补偿导线热电偶的热电势是由热端与冷端的温度差而定.普通热电偶冷端到接线端的距离都很远,为了补偿接线端与冷端的温度变化,使用与热电偶特性非常相似热电特性的补偿导线来连接冷端与接线端.热电偶的连接接线有下面两种方法:一种是直接使用热电导线,另一种是使用与热偶丝特性相似的补偿导线.如下图:
33丽东化工YC127仪表l当形成温度测量回路时,工作端显示的并非是被测介质的温度,因为会受到热电偶冷端或者温度变送器周围温度变化会导致测量误差,一测量温度为基准,补偿周围温度变化导致的误差对测温的影响,称为温度补偿.l所谓温度补偿,就是消除持续变化的除测量端以外的周围温度变化,自身不断进行补偿,一旦周围温度变化导致误差,则采取一定方法进行补偿的方法.所以与周围环境温度无关,补偿导线具有自我持续补偿的能力.l补偿导线的功能如下图a)所示,若补偿接点的温度为0℃,产生的电动势E(t-0)=Et-0=Et.如果补偿接点的温度不是0,而是t℃,则产生的电动时为与t-t1相当的E(t-t1)=Et-Et1,就会产生Et1的误差.
34丽东化工YC127仪表图中的电动势为于t-t1相当的Et-Et1,t1-t2的电动势为Et1-Et2(采用补偿导线或热电导线),所以与t-t2相当的电动势的和可以如下表示:(Et-Et1)+(Et1-Et2)=Et-Et2=Et-0=Et所以使用补偿导线或者热电导线可补偿周围温度变化导致的误差,使用补偿导线时,从测量端至自由端就形成等价回路,与使用热电导线有着同样的效果.
35丽东化工YC127仪表热电偶的电动势特性表(ThermoelectricVoltageCurves)J:铁-铜与镍的合金K:镍铬-镍硅T:铜-康铜R:铂-铂+13%铑S:铂-铂+10%铑
36丽东化工YC127仪表一般的热电偶铠装(SHEATHED)热电偶
37丽东化工YC127仪表温度测量元件Thermocouple2-1金属保护管热电偶种类和测量范围K:Type-200℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type-200℃~350℃E:Type-200℃~800℃保护管材料SUS304,SUS316SUS310,INCONEL600其它特殊钢保护管外径10mm,12mm15mm,22mmPT/PF螺栓-1/8~1inch
38丽东化工YC127仪表带保护管测温元件种类和温度B:Type-600℃~1700℃R:Type0℃~1600℃S:Type0℃~1600℃C:Type800℃~2300℃材料PT-0PT-1SiCZirconia保护管外径6mm,8mm,10mm13mm,15mm,17mm20mm,26mm,40mm,
39丽东化工YC127仪表其他形式热电偶种类和温度K:Type-200℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type-200℃~350℃E:Type-200℃~800℃N:Type-200℃~1200℃Sheath铠装材料SUS316,SUS310SUS446,INCONEL600Sheath外径0.5mm,1.0mm,1.6mm2.3mm,3.2mm,4.8mm6.4mm,8.0mm,12.7mm连接PT/PF1/8~1inchRF/FF10A~125A防爆[d2G4]
40丽东化工YC127仪表Max.2300℃国外最新[Exotic]热电偶种类和测量温度C:Type800℃~2300℃B:Type600℃~1700℃R:Type0℃~1600℃S:Type0℃~1600℃Sheath材料钽(Tantalnum)forMax.2300℃钼(Molybdenum)forMax.2200℃铂合金(PlatinumAlloy)forMax.1650℃Sheath外径1.6mm,3.2mm,6.4mm用途真空,热处理
41丽东化工YC127仪表特殊形式热电偶种类和测量温度K:Type0℃~1200℃N:Type0℃~1200℃R:Type0℃~1600℃外径1.6mm,3.2mm,6.4mm
42丽东化工YC127仪表高压用热电偶种类和测量温度K:Type0℃~1200℃J:Type0℃~750℃T:Type0℃~350℃E:Type0℃~800℃Sheath材料SUS316哈氏合金Hastelloy特殊钢
43丽东化工YC127仪表一体化温度计ModelTTSeries输入信号K,J,T,E,TypeRTDPt100ohm/1000ohmRTDNi120ohm/Cu10ohm输出4~20mADC.
44丽东化工YC127仪表5-3冷端补偿器ColdjuntionCompensator精确度(Accuracy)0.25℃at25℃0.5℃at25℃输出阻抗<250ohm
45丽东化工YC127仪表4.7热电偶的特点•结构简单,机械强度高,坚固,误差较小.•可测量大范围温度(0℃-2500℃)•感温元件小巧,可在很小的环境下测量,且响应时间较快.•可把温度转换成电动势并检测出来,因此适合远传,且不受中间过程温度的影响.•价格低廉,容易购买.•需要冷端温度补偿•要考虑补偿导线的误差.•由于输出较小,对传送线路的阻抗等要求较高.•在高温下或者长时间使用时,会缩短使用寿命.
46丽东化工YC127仪表4.7.1冷端及温度补偿热电势的产生要求冷热两端温度不同,在理论计算时,冷端温度是在0摄氏度进行的,而实际上冷端温度并不为0摄氏度,因此必须进行冷端温度补偿.(1)室温式冷端将仪表端子等作为冷端,测量冷端温度A.补偿电桥C.冰点式冷端B.电位差式补偿
47丽东化工YC127仪表(2)补偿式冷端(图A,B)这是常用的温度补偿方法,使用室内补偿电路自动补偿.(3)固定冷端(图C)将冷端温度固定在一定的温度上,最具代表性的就是零点式冷端,只在精度要求较高时使用.
48丽东化工YC127仪表冷端补偿回路因为理论上冷端温度是在0℃进行分度的,所以就要求将冷端温度维持在零度,或者用某种方法测量冷端温度,然后再用热电势补偿那一部分温度.补偿元件用多种,目前都已达到实用化.
49丽东化工YC127仪表4.7.2信号传送热电偶的信号传送主要方式:仪表控制室现场补偿导线接收器补偿导线变送器一般导线接收器传送器热电偶的信号传送一种是将补偿导线从现场延伸到控制室后再进行转换,另一种是使用现场传送器直接转换为4~20mADC标准信号后,使用一般导线进行传输的方式.
50丽东化工YC127仪表4.7.2使用补偿导线的理由使用热电偶测量温度时,原则上是热电偶直接与仪表连接最为理想,不过测量端与仪表距离过远时,用热偶材料延长到仪表,价格将非常昂贵.所以我们使用与热电偶具有同样或者相类似热电特性的导体来替代热偶丝,这种导体就叫补偿导线.
51丽东化工YC127仪表4.7.3补偿导线的种类和规格补偿导线有两种:同材质型和代用合金型.同材质型使用与热偶相同的材料,所以在很大范围内都能维持很高的精确程度,缺点是价格昂贵.合金型的优点是价格低廉,但是毕竟与热电偶材质不同,所以在很大范围内很难保证高精度,测量范围受到限制是它的缺点.
52丽东化工YC127仪表补偿导线的颜色和规格(ThermocoupleandExtensionwireColorcodes)
53丽东化工YC127仪表5.热电阻5.1概要热电阻同热电偶是接触式感温元件中最为常用的感温元件.铂电阻是其中稳定性最好,测量范围较广,所以主要用于测量精度较高的场合,其结构有:线圈型,厚膜型,薄膜型.5.2热电阻的工作原理众所周知,物质的电阻是随着温度而变化的,金属具有电阻随温度几乎成正比增加的温度系数,金属的纯度越高,温度系数就越大.热电偶使用铂,铜,镍等纯金属,也就是利用金属电阻值的温度依存性,只要测出金属的电阻就能知道温度了.
54丽东化工YC127仪表5.3铂电阻的特性铂电阻的最大特点就是已经实用化的温度检测元件中稳定性最好,测量精度最高.优点稳定性最好测量精度高灵敏度好Pt100Ω时,每1℃的电阻值变化量约为0.4Ω,如果让2mA的电流通过,则得到0.8mV/℃的输出电压.这相当于K型元件20℃的热电势.不需要热电偶的冷端温度补偿回路,只要求出电阻值就能得到温度.从简单的附加回路中得到线性输出缺点电阻元件结构复杂,所以外型较大.响应较慢,不适合在狭窄场所进行测量.不能测量高温.最高使用温度低于600℃.耐受震动,冲击性能较差.价格昂贵.
55丽东化工YC127仪表5.4热电阻的种类5.4.1铂热电阻铂热电阻是已经实用化的感温元件中稳定性能最好,测量精度最高的感温元件,除了工业测量外,还被作为国际实用温标(IPTS)基准器.线径0.05mm的铂电阻被使用的最多,低温时场合使用更细的线径,高温领域时选用更粗的线径.铂的纯度可以相当高,为99.00%以上,通常其纯度的基准用100℃的电阻值与0℃时的电阻值之比R100/R0来表示,铂经过加工之后,电阻值会下降.5.4.2铜热电阻铜电阻价格低廉,是除铂电阻外纯度最高的热电阻,是一种热电特性稳定的感温元件.但是由于铜的固有电阻较小,需要很长的铜线,所以比铂电阻体积大.高温下铜容易被氧化.因此,缺点是使用范围小.铜在250℃左右被氧化产生电阻变化,所以使用温度控制在120℃以下.铜电阻的用途为测量发电机轴承温度的上升或者用于各种温度补偿回路的感温元件,其中代表性的例子为热电偶的冷端温度补偿.
56丽东化工YC127仪表5.4.3镍热电阻镍线与铂相比较价格低廉,电阻温度系数大.不过由于无法得到均匀的特性,所以在电阻元件中串连或并联电阻来增加温度系数.同时在340℃附近线性变化,限制了它的使用范围.使用温度范围为-50℃~300℃主要用于测量常温附近的温度,亦用于冷端温度补偿.测温元件是装入保护管里使用的,电阻与保护端子之间的内部连线也由于受温度变化而产生电阻变化,这一变化与热电阻特性相加,也就随之产生误差.需要进行精密测量时,可采用四线制.
57丽东化工YC127仪表5.4.4陶瓷型铂电阻(CERAMICTYPER.T.DELEMENT)
58丽东化工YC127仪表5.4.5云母型铂热电阻(MICATYPER.T.DELEMENT)
59丽东化工YC127仪表5.4.6薄膜型热电阻(MICATYPER.T.DELEMENT)
60丽东化工YC127仪表5.4.7玻璃骨架铂热电阻(GALSSTYPER.T.DELEMENT)
61丽东化工YC127仪表5.4.8铠装(Sheath)热电阻
62丽东化工YC127仪表5.4.9热电阻的注意事项5.4.9.1配线电阻导致的误差热电阻的内部导线如图所示优二线制,三线制,四线制三种类型测温电阻的内部导线备注:(1)⊙为端子,S为电阻元件,连接端子与电阻元件的线是内部导线.(2)A,B为端子记号.5.3.9.2安装方法导致的误差表面黏附工艺介质,结焦;插入深度不够;高速气流都会引起误差,要充分注意.
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64丽东化工YC127仪表5.4.9.3注意介质气体导致的热化热电阻材料周围介质气体导致导线发热,电阻温度系数降低,特别是H2,H2S,金属气体影响最大,应给予重视.5.3.9.4自身发热导致的误差利用热电阻测量温度时,通常使用闭合回路,流过热电阻的电流越大,测量的灵敏度越高,但由于热电阻自身发热会产生测量误差.所以不同精度的热电阻使用的电流是不同的.0.15级或0.2级时规定使用2mA.
65丽东化工YC127仪表热电阻5.4.9.5注意事项由被测流体导致的保护管的腐蚀或者磨损,振动引起的共振,弯曲导致的破损等等要给予重视.
66丽东化工YC127仪表铠装热电阻铠装热电阻的测量端由高纯度的铝粉充填着,同时由金属保护管包着,即使微小的温度变化也能迅速传送.除了感温元件末端60mm的部位,铠装热阻可弯曲至2倍外径.由于使用高纯度的铂,测量精度可以达到很高.可制造Ø3.2mm~Ø8.Omm,长度达150m的热电阻测温范围广,可测量-200‘c∼500“C的温度.
67丽东化工YC127仪表感温元件-热电阻R.T.D金属保护管电阻体种类Pt100ohmat0℃保护管材料SUS304其他用途特殊钢保护管外径8mm,15mm连接PT/PF螺栓-1/8~1inch
68丽东化工YC127仪表室内温度感测元件ModelTS-001[ROOM]种类Pt100ohmat0℃测温范围-50℃~70℃外观塑胶ModelTS-002[DUCT]种类Pt100ohmat0℃测量温度-50℃~200℃外观铝质外壳
69丽东化工YC127仪表轴承温度感测元件种类:Pt100ohmat0℃测量温度:-50℃~260℃标准规格长度:90cm2~3WireCu10ohmat25℃StyleA7.0cm×6.4cmLNi120ohmat0℃StyleB6.4cm×6.4cmLStyleC3.2cm×7.6cmL
70丽东化工YC127仪表电温种类Pt100ohmat0℃Cu10ohmat25℃Ni120ohmat0℃外观材料Epoxyglassfor155℃PolyesterGlassfor180℃耐压实验3200VRMSat60Hz维持5秒标准规格长度152mm,245mm280mm,305mm直径6.6mm,7.7mm,8.8mm10.3mm,12.7mm,14.3mm16.6mm,19.0mm,22.2mm25.4mm,27.0mm,28.6mm厚度0.76mm,1.27mm,1.98mm感测电机定子温度,插入使用,柔软性好,抗震动,耐高压,坚固耐用.
71丽东化工YC127仪表表面感温元件热带式(Thermal-Ribbon)种类Pt100ohmat0℃Cu10ohmat25℃Ni120ohmat0℃Ni-iron604ohmat0℃使用范围-200℃~200℃外观材料Epoxyglass为测量强烈振动的泵的驱动部位与发电机冷却水部位的温度,设计的极为抗震动,且体积小巧.
72丽东化工YC127仪表表面温度感测元件使用铂电阻,响应速度快,体积小,耐潮湿.用于测量蓄电池等的表面温度,防止内部液体或线圈过热损坏设备.
73丽东化工YC127仪表钻杆式(DrilledBar)套管形式ES-40SeriesEF-60Series材料SUS304,SUS316SUS310,INC600UMCO50,SANDVIKP4HASTELLOY,MONEL其它用途的特殊钢
74丽东化工YC127仪表耐腐蚀保护套管**防腐蚀性能较强0.5mmPFATeflonCoating温度Max.200℃用途-食品,制药工程-电镀
75丽东化工YC127仪表感温元件保护管
76丽东化工YC127仪表室内温度感测元件用PT感温元件测量室内温度时使用,测量的温度为常温,温度感知速度快.薄膜铂温度感测元件TFStype,厚度薄,体积小,测温速度快,从低温到高温,测量范围很广.
77丽东化工YC127仪表6热敏电阻感温元件6.1概要热敏电阻(thermallysensitiveresistor)与铂电阻一样都是利用电阻随温度变化的特性测量温度的,但是铂电阻价格昂贵,制造成本高,需要精密的电阻测量装置,热敏电阻在稳定性等方面要稍逊于铂电阻,但由于制造成本低廉,目前已被广泛应用.NTC:(negativetemperaturecoefficientthermistor)负温度系数热敏电阻器[在工作温度范围内，零功率电阻值随温度增加而减小的热敏电阻器。PTC:(positivetemperaturecoefficientthermistor)正温度系数热敏电阻器[在工作温度范围内，零功率电阻值随温度增加而增加的热敏电阻器.CTR:(criticaltemperatureresistor)临界温度电阻.热敏电阻技术目前正在飞速发展,相关的研究正在进行,可以预见会有更新更好的技术出现.
78丽东化工YC127仪表7.双金属温度计(BIMETALTHERMOMETER)双金属温度计是将热膨胀系数不同的两个金属片粘在一起,主要用于-50~-500℃温度的测量,是一种价格低廉的生产用温度指示计.BIMETALTHERMOMETER
79丽东化工YC127仪表8.充液式温度计充液式温度计利用了液体的热膨胀,感温部分与指示部分用毛细管(CapillaryTube)来连接,适合工作在环境恶劣的场合.材质使用不锈钢(STAINLESSSTEEL),即使在腐蚀环境下也可工作.
80丽东化工YC127仪表9.玻璃管温度计玻璃管温度计是利用外层玻璃与内部液体(感温液)的膨胀率之差显示温度的温度计.温度增加时液体体积也随之增加,体积增加时,毛细管的高度也会改变,这时就能直接读取温度值.测量方法是把温度计放在被测物体上,当达到热量平衡时,读取液柱的高度即可.
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