溫度測量基礎(chǔ)知識

溫度測量基礎(chǔ)知識
一、溫度測量的基本概念
溫度是石油、化工較為普遍，又相當(dāng)重要的熱工參數(shù)之一，是各種物質(zhì)的物理、化學(xué)變化的重要條件。除石油、化工以外，冶金、電力、國防等工業(yè)中均有溫度測量。
溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物理溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得最多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。
1、華氏溫標(biāo)（℉）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為℉。
2、攝氏溫標(biāo)（℃）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的融點為零度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度，符號為℃。
攝氏溫度值t和華氏溫度值tf 有如下關(guān)系：
t=5/9*( tf－32) ℃
3、熱力學(xué)溫標(biāo)：又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對溫標(biāo)。它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，記符號為K。
4、國際實用溫標(biāo)：是一個國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。我國自1994年1月1日開始全面實施　ITS-90國際溫標(biāo)。
二、溫度測量儀表的分類
工業(yè)上常用的溫度檢測儀表有：
1、玻璃液體溫度計
a、  常用測溫范圍：－50（℃）～600（℃）
b、  優(yōu)　點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量準(zhǔn)確，價格低廉。
c、  缺　點：測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄和遠(yuǎn)傳。
2、雙金屬溫度計
a、  常用測溫范圍：－80（℃）～600（℃）
b、  優(yōu)　點：結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠。
c、  缺　點：精度低，測量和適用范圍有限。
3、工業(yè)熱電偶溫度計
a、常用測溫范圍: 鉑銠-鉑------- 0（℃）～1600（℃）
鎳鉻-鎳鋁---- 0（℃）～900（℃）
鎳鉻-康銅----0（℃）～600（℃）
b、優(yōu)　點：測溫范圍廣,精度高,結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,便于遠(yuǎn)距離、多點集中測量和自動控制。
c、缺　點：需冷端溫度補償,在低溫段測量精度較低。
4、工業(yè)熱電阻溫度計
a、常用測溫范圍:鉑電阻溫度計-----－200（℃）～500（℃）
               銅熱電阻溫度計---－50（℃）～150（℃）
               熱敏電阻溫度計---－50（℃）～300（℃）
b、優(yōu)　點：測溫精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點集中測量和自動控制。
c、缺　點:不能測量高溫,須注意環(huán)境溫度的影響。
三、熱電偶
1、熱電偶測溫原理
    兩種電子密度不同的導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路,如果兩接頭的溫度不同,回路中就有電流產(chǎn)生,這種現(xiàn)象成為熱電現(xiàn)象,相應(yīng)的電動勢成為溫差電勢或熱電勢,它與溫度有一定的函數(shù)關(guān)系,利用此關(guān)系就可測量溫度。
這種現(xiàn)象包含的原理有: 帕爾帖定理----不同材料結(jié)合在一起,在其結(jié)合面產(chǎn)生電勢。
                   湯姆遜定理---由溫差引起的電勢。
當(dāng)組成熱電偶的導(dǎo)體材料均勻時,其熱電勢的大小與導(dǎo)體本身的長度和直徑大小無關(guān),只與導(dǎo)體材料的成分及兩端的溫度有關(guān)。因此,用各種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體可做成各種用途的熱電偶,以滿足不同溫度對象測量

的需要。
2、常用熱電偶種類(八種)
    B型------鉑銠30-鉑銠6              R型-----鉑銠13-鉑  
S型------鉑銠10-鉑                  E型------鎳鉻-康銅
    J型------鐵-康銅                     K型------鎳鉻-鎳鋁
    T型------銅-康銅                     N型------鎳鉻硅-鎳硅
其中:B、R、S屬于貴金屬熱電偶;K、E、N、J屬于廉金屬熱電偶; T型熱電偶用于測量低溫。
3、熱電偶的結(jié)構(gòu)
熱電偶是有兩根不同導(dǎo)體(或稱電極)構(gòu)成的.這兩根導(dǎo)體一端焊接在一起,成為熱端(或稱工作端),測溫時將此端處于被測介質(zhì)中。另一端稱為冷端(或自由端),接入二次儀表(顯示儀表)或電測設(shè)備。
a、普通型熱電偶:是應(yīng)用最多的,主要用來測量氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度。根據(jù)測溫范圍及環(huán)境的不同,所用的熱電偶電極和保護套管的材料也不同,但因使用條件基本類似,所以這類熱電偶已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。按其安裝時的連接方法可分為螺紋連接合法蘭連接兩種。
b、鎧裝熱電偶:又稱纜式熱電偶,是由熱電極(多數(shù)采用的是鉑絲,也有用鎳絲的)、絕緣材料(通常為氧化鎂粉末)和金屬保護管三者結(jié)合,經(jīng)拉制而成一個堅實的整體。
鎧裝熱電偶有單支(雙芯)和雙支(四芯)之分,其測量端有露頭型、接殼型和絕緣型三種基本形式。
鎧裝熱電偶的參比端(接線盒)形式有簡易式、防水式、防濺式、接插式和小接線盒式等。
鎧裝熱電偶具有體積小、精度高、反應(yīng)迅速、耐震動、耐沖擊、機械強度高、可繞性好、壽命長、便于安裝等優(yōu)點。外形尺寸有φ5、φ6、φ8多種,長度為10~1000mm。
4、熱電偶測溫系統(tǒng)常見故障原因及處理方法
故障現(xiàn)象        可能原因        處理方法
熱電偶比實際值小        熱電極短路        找出短路原因,如因潮濕所至,則需要進行干燥;如因絕緣端子損壞所至,則需更換絕緣子
        熱電偶的接線柱處積灰,造成短路        清掃積灰
        補償導(dǎo)線線間短路        找出短路點,加強絕緣或更換補償導(dǎo)線
        熱電偶熱電極變質(zhì)        在長度允許的情況下,剪去變質(zhì)段重新焊接,或更換新熱電偶
        補償導(dǎo)線與熱電偶極性接反        重新接正確
        補償導(dǎo)線與熱電偶不配套        更換相配套的補償導(dǎo)線
        熱電偶安裝位置不當(dāng)或插入深度不符合要求        重新按規(guī)定安裝
        熱電偶冷端溫度補償不符合要求        調(diào)整冷端補償器
        熱電偶與顯示儀表不配套        更換熱電偶或顯示儀表使之相配
故障現(xiàn)象        可能原因        處理方法
熱電勢比實際值大        熱電偶與顯示儀表不配套        更換熱電偶或顯示儀表使之相配
        補償導(dǎo)線與熱電偶不配套        更換相配套的補償導(dǎo)線
        有直流干擾信號進入        排除直流干擾
熱電勢輸出不穩(wěn)定        熱電偶接線柱與熱電極接觸不良        將接線柱螺絲擰緊
        熱電偶安裝不牢或外部震動        緊固熱電偶,消除震動或采取減震措施
        熱電極將斷未斷        修復(fù)或更換熱電偶
        外界干擾(交流漏電,電磁感應(yīng)等)        查出干擾源,采取屏蔽措施
熱電偶熱電勢誤差大        熱電極變質(zhì)        更換熱電極
        熱電偶安裝位置不當(dāng)        改變安裝位置
        保護管表面積灰        清除積灰
5、熱電偶安裝及注意事項
a、        在管道安裝中，感溫元件的工作端應(yīng)置于管道中流速最大處。熱電偶的保護套管的末端應(yīng)越過流束中心線5~10mm。
b、        感溫元件與被測介質(zhì)形成逆流，應(yīng)迎著氣流流向插入，至少應(yīng)與被測介質(zhì)流束方向成90°。特別情況下也不能順流安裝測溫元件，否則會產(chǎn)生測溫誤差。
c、        插深一般不應(yīng)小于300mm，如果插入深度不夠，外露部分又空氣流通，這樣所測出的溫度比實際溫度低3~4度。
d、        在測溫元件安裝時，應(yīng)防止電磁場干擾的引入而影響準(zhǔn)確測量。`
四、鉑電阻
1、鉑電阻測溫原理
   是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測量溫度
    熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度檢測器.它的主要特點是測量精度高,性能穩(wěn)定。
2、鉑電阻的結(jié)構(gòu)
   鉑電阻由感溫元件、外套管和接線盒組成。
   感溫元件主要由電阻絲、骨架（絕緣物質(zhì)，如云母、陶瓷等）、引線組成。
3、鉑電阻的分類
a、        按骨架分：陶瓷、云母、石英、玻璃。對標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻而言，由不銹鋼、石英。
b、        按引出線分：二線制、三線制、四線制
二線制有引線誤差，但通常生產(chǎn)廠家已將這種誤差在生產(chǎn)過程中給予修正，故二線制的熱電阻，其測量值中包括內(nèi)引線的電阻值。四線制徹底消除了引線誤差。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻均采用四線制。
    C、    按裝配形式分：套管性、鎧裝型、特殊型（如防爆、防水等）
4、熱電阻測溫系統(tǒng)常見故障原因及處理方法
故障現(xiàn)象        可能原因        處理方法
儀表顯示值比實際值低或示值不穩(wěn)定        保護管內(nèi)有金屬屑、灰塵，接線柱間贓污及熱電阻短路（水滴等）        除去金屬屑，清掃灰塵、水滴等，找到短路點，加強絕緣等
顯示值無窮大        熱電阻或引出線斷路及接線端子松開等        更換電阻體，或焊接及檸緊接線螺絲等
阻值與溫度關(guān)系有變化        鉑電阻絲材料受腐蝕變質(zhì)        更換熱電阻絲
儀表顯示值為零或有負(fù)值        顯示儀表與熱電阻接線有錯，或熱電阻短路        改正接線，或找出短路處，加強絕緣
5、鉑電阻的修理及應(yīng)注意的幾個問題
a、        鉑絲很細(xì)（Φ0.03~0.07mm），修理是要耐心、細(xì)心。修理時把鉑絲從保護套管中輕輕抽出（當(dāng)鉑絲和陶罐內(nèi)壁相碰時不能硬拉出來）。
b、        打開扎線后，先檢查云母片是否損壞，再查鉑絲引出與引出線連接處是否良好，如鉑絲斷路，可用電壓6~8V的電弧焊焊好，如鉑絲與銀引出線連接處斷開，可用電壓10~14V的電弧焊焊好。焊好后予以檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn)并剪去多余部分，以免阻值變化造成測量準(zhǔn)確性。
c、        電阻短路故障較少，容易處理，只要找出短路點，用耐熱絕緣材料（云母片）加以襯墊絕緣，并用少許漆片膠固，即可修復(fù)。
d、        如果要改變電阻體長度，只準(zhǔn)改變引出線的長度，不允許改變電阻體部分長度。
e、        經(jīng)修理恢復(fù)后的鉑電阻，要經(jīng)過檢定合格后才可再使用。
6、熱電阻的安裝與注意事項
e、        在管道上安裝時，熱電阻的感溫元件應(yīng)與被測介質(zhì)形成逆流，至少應(yīng)與被測介質(zhì)流束方向成90°角；同時，應(yīng)將感溫元件總長的1/2放置在最高流速的位置，鉑電阻的護套管末端應(yīng)越過流束中心線50~70mm。
f、        熱電阻的插入深度，一般不得小于套管外徑的8~10倍，一般不應(yīng)小于300mm。如果插入深度不夠，外露部分又空氣流通，這樣所測出的溫度比實際溫度低3~4度。
g、        為避免液體、灰塵滲入電阻的接線盒內(nèi)，應(yīng)將其接線盒蓋朝上，出線孔螺栓朝下，尤其是在有雨水濺灑的場所應(yīng)特別注意。