常见仪表知识浙大中控DCS材料.doc

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1、工程人员手册第五章常见仪表知识5.1热电偶测温原理5.1.1热电效应与热电偶热电效应是热电偶测温的基本原理。根据热电效应，任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如图5.1-1所示，如果将它们的两个接点分别置于温度各为t及t0的热源中，则在该回路内就会产生热电势。这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。每根单独的导体或半导体称为热电极。两个接点中，t端称为工作端（假定该端置于被测的热源中），又称测量端或热端；t0端称为自由端，又称参考端或冷端。由热电效应可知，闭合回路中所产生的热电势由两部分组成，

2、图5.1-1热电效应即接触电势和温差电势，总电势由（5.1-1）式给出。实验结果表明，接触电势比温差电势小很多，可忽略不计，则热电偶的电势可表示为EAB（t,t0）=eAB(t)－eAB（t0）（5.1-1）这就是热电偶测温的基本公式。；当t0为一定时，eAB(t0)=C为常数。则对确定的热电偶电极，其总电势就只与温度t成单函数关系，即EAB（t,t0）=eAB(t)－C（5.1-2）根据国际温标规定：t0=0℃时，用实验的方法测出各种不同热电极组合的热电偶在不同的工作温度下所产生的热电势值，

3、列成一张张表格，这就是常说的分度表。温度与热电势之间的关系也可以用函数式表示，称为参考函数。新的ITS-90的分度表和参考函数是由国际电工委员会和国际计量委员会合作安排，国际上有权威的研究机构（包括中国在内）共同参与完成的，它是热电偶的测温的主要依据。5.1.2热电偶基本定律1、中间导电定律如图5.1-2所示将A、B构成的热电偶的t0端断开，接入第三种导体C，并使A与C和B与C接触处的温度均为t0，则接入导体C后对热电偶回路中的总电势没有影响。证明如下：由于接触电势忽略不计，则回路中的总电势等于各

4、第1页共1页工程人员手册接点的温差电势之和，即EABC（t，t0）＝eAB（t）＋eBC（t0）＋eCA（t0）当t=t0时，有EABC（t，t0）＝eAB（t0）＋eBC（t0）＋eCA（t0）＝0图5.1-2三种导体的热点回路（5.1-3）（5.1-4）由上式可得eBC（t0）＋eCA（t0）＝－eAB（t0），代入（3–3）式得EABC（t，t0）＝eAB（t）－eAB（t0）＝EAB（t，t0）（5.1-5）同理还可以证明，加入第四、第五种导体后，只要加入的导体的两端温度相等，则总电势与

5、原热电偶回路的电势值相同。根据热电偶的这一性质，可以在热电偶回路种引入各种仪表、连接导线等。例如，在热电偶的自由端接入一只测量电势的仪表，并保证两各接点的温度一致就可以对热电势进行测量而且不影响热电偶的输出。2、均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面如何以及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。这条定律说明，热电偶必须由两种不同性质的材料构成。3、中间温度定律热电偶AB在接点温度为t，t0时的热电势EAB（t，t0）等于热电偶AB在接点温度为t，t0的热电势EAB（t，tc）和

6、EAB（tc，t0）的代数和（见图5.1-3），即EAB（t，t0）＝EAB（t，tc）＋EAB（tc，t0）（5.1–6）4、等值替代定律如果使热电偶AB在某一温度范围内所产生的热电势等于热电偶CD在同一温度范围内所产生的热电势，即EAB（t，t0）＝ECD（t，t0），则这两支热电偶在该温度范围内可以互相代用。图5.1-3中间温度定律5.2热电阻测温原理电阻的热效应早已被人们所认识，即电阻体的阻值随温度的升高而增加或减小。从电阻随温度的变化原理来看，大部分的导体或半导体都有这种性质，但作为

7、温度检测元件，这些材料应满足以下这些要求：1、要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数；2、电阻率要大，以便在同样灵敏度下减小元件的尺寸；3、电阻值随温度变化要有单值函数关系，最好呈线性关系；4、在电阻的使用温度范围内，其化学和物理性能稳定，并且材料复制性好，价格尽可能便宜。能用作温度检测元件的电阻体称为热电阻。根据上述要求，目前国际上最常见的热电阻第2页共2页工程人员手册有铂、铜及半导体热敏电阻等。5.2.1金属热电阻金属热电阻主要有铂电阻、铜电阻和镍电阻等，其中铂电阻和铜电阻最为常用，有一套标准的制作

8、要求和分度表、计算公式。金属热电阻阻值随温度得变化大小用电阻温度系数α来表示，其定义为：α＝（R100－R0）/100R0（5.2-1）式中R0和R100分别为0℃和100℃时热电阻的电阻值。可见R100/R0越大，α值也越大，说明温度升高使热电阻的电阻值增加越多。金属的纯度对电阻温度系数影响很大，纯度越高，α值越大，例如，作为基准器用的－－Ω·℃。另外α值还与制造工艺有关。因为在电阻丝的拉伸过程中，电阻丝的内应力应会引起α的变化，所以电阻丝在做成热电阻之前，必须进