第五章 温度测量仪表第一节 概述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。
一、概念1、 什么是温度？温度是反映物体冷热程度的一个状态参数，也可以说是对物体冷热程度的一种度量。
2、 温标：是温度的数值表示方法，是温度的标尺。
常用温标有摄氏温标（℃）、华氏度（℉）和凯氏温标（K ）三种，且℃＝5/9 (℉-32)；℉=9/5 ℃+32；℃=K-273.15。
二、测温仪表的分类测温仪表根据其在使用时感温元件是否与被测介质直接接触，可分为接触式和非接触式两大类：第二节 热电阻热电阻温度计的测温原理是根据导体(或半导体)的电阻值随温度变化而变化的性质，再用显示仪表把电阻值的变化显示出来。
工业使用热电阻可检测-200~+500℃范围的温度，其使用特点是：测量精度高，尤其适用于低温测量；常用热电阻有铂、铜热电阻。
一、热电阻的材料用作热电阻的材料必须具有以下性质：①具有较大的电阻温度系数；②电阻率要大；③电阻与温度近于线性关系；④热容量小；⑤物理化学性质稳定；⑥易加工、复制性强，价格便宜。
二、铂热电阻。
1、 铂的纯度：是用电阻比R 100/R 0来表示；R 100是铂在标准大气压下，水的沸点时阻值；R 0是铂在水三相点的电阻值。
2、 连接方式：采用三线制连接，目的是在与电桥构成测温仪表时，可从减小一、二次仪表间连接导线因环境温度变化而引起的测量误差。
三、热电阻的测温原理。
热电阻阻值随温度的变化关系式：R t =R 0〔1+∝0(t-t 0)〕；R 0—温度为t 0时的电阻值；∝0—温度为t 0时的电阻温度系数。
测温仪表接触式非接触式 膨胀式压力表式 热电阻式： 热电偶式： Pt10、Pt100 B 、S 、K、E 、T 液体膨胀式： 固体膨胀式：水银温度计 双金属温度计 光学高温计 辐射高温计 比色高温计热电阻测量的温度的变化，通过测量电路(平衡电桥)转换成相应的电压信号，经放大器放大后，指示或记录被测介质的温度。
第三节热电偶热电偶温度计使用范围广，可以完成-100~1600℃范围内的温度测量，且便于远距离传送与集中检测。
一、测温原理：E AB(T,T0)=E AB(T,0)－E AB(T0,0)式中E AB(T,0)—工作端温度为T时的电势值；E AB(T0,0)—冷端温度为T0时的电势值；E AB(T,T0)—热电偶在工作端温度为T，自由端温度为T0时输出的电势值。
1、热电偶组成：由两种不同材料的导体焊接而成，其中焊接的一端为热电偶工作端(热端)；与导线连接的一端为自由端(冷端)。
2、热电效应：在两种不同的导体或半导体组成的闭合回路中，当两个接点所处的温度不同时，回路中就会产生电动势(热电势)，该现象叫做电效应热电现象。
3、热电势组成：由接触电势和温差电势组成。
①接触电势：两种不同的导体，由于它们具有不同的电子密度，在两导体的接触面上形成了静电场，产生电动势，即接触电势。
②温差电势：同一材料导体由于其两端温度不同而产生的热电势，即温差电势。
二、电偶基本定律：有三条基本定律，即均质导体定律、中间导体定律和中间温度定律。
1、均质导体定律：一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路，不管其截面积如何及温度的分布如何，都不产生热电势。
2、中间导体定律：不同导体组成的闭合回路，当各接触点的温度都相同时，则回路中热电势的总和等于零。
3、中间温度定律：接点温度为T1、T3的热电偶，其热电势等于接点温度分别为T1、T2和T2、T3两支同性质热电偶的热电势的代数和。
该定律为补偿导线把热电偶的冷端移到温度恒定的地方提供了理论依据。
三、热电偶材料。
1、特性要求：①物理、化学稳定性高；②电导率高；③电阻温度系数小；④产生的热电势大，且与温度成线性关系；⑤复现性好。
2、热电偶种类：常用的有以下六种。
①B型：铂铑30—铂铑6简称双铂铑。
正极为含铂70%、铑30%的铂铑丝；负极也为含铂94%、铑4%的铂铑丝。
其特性是：热电子表性能稳定，精度高，适用于氧化性和中性介质中测温，测温区宽，使用寿命长，参考端不须用补偿导线进行补偿。
②S型：铂铑10—铂热电偶。
正极为含铂90%、铑10%的铂铑合金；负极为纯铂。
其特性是：准确度最高，稳定性最好。
③K型：镍铬—镍硅热电偶。
正极为Ni:Cr=90:10的镍铬合金；负极为Ni:Si=97:3镍硅合金。
其特性是：复制性好，热电势大，化学性质稳定，使用率高。
④E型：镍铬—铜镍(康铜)热电偶。
正极镍铬10合金，负极为铜镍合金。
其特性是：热电势、灵敏度最高，可用于测量微小温度变化。
⑤T型：铜—铜镍(康铜)热电偶。
正极为纯铜，负极为铜镍合金。
其特性是：可测量低温，在-200~0℃内使用，稳定性好。
⑥铠装热偶：是将热电偶丝、绝缘材料组装在金属套管内，经模具多次拉制的整体。
其优点是：热响应时间短、抗震等。
四、热电偶冷端温度补偿：1、补偿必要性：热电偶产生热电势与热端、冷端间的温度有关，且只有冷端温度为零或恒定不变的情况下，热电势才是被测温度的单值函数，热电偶的分度表也是以其冷端温度为0℃时为条件的。
而实际中，冷端不是0℃同时也不是恒定不变的，故而应对热电偶冷端进行补偿，以消除测量误差。
2、补偿方法：①补偿导线法：应用一种热电特性相近的补偿导线作为热偶的延长线，从而达到热偶冷端的延伸。
②冷端温度校正法：在冷端温度恒定不变的情况下，可以用计算方法加以修正，即E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)，E(T,0)为被测介质实际温度热电势；E(T,T0)为测量值温度热电势；E(T0,0)为冷端热电势。
③补偿电桥法：将由电阻温度系数较大的热电阻(铜电阻)构成的不平衡电桥串联在热电偶测量回路中，通过热电阻电压变化值来补偿冷端温度变化而引起的热电势变化。
第四节温度显示仪表用来接收热电偶或电阻体的测量信号，用于显示被测介质温度值。
可分为：模拟式、数字式和图象显示三大类。
模拟式：用指针或纪录笔等形式，通过偏转角或位移量模拟显示。
有动圈式温度指示仪、电子电位差计、电子平衡电桥等。
数字式：将被测温度直接通过数字的形式显示出来。
如数字式显示仪等。
图象式：以图形、字符、曲线等方式，用屏幕对被测温度进行显示。
如无纸记录仪等。
一、电子电位差计：1、组成：由热电偶、测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机等组成。
2、测量原理：基于电压补偿原理工作的。
热电偶感测的热电势和不平衡桥路输出的电势值作比较，并将偏差信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变测量桥路的输出电势值，最终使仪表处于平衡状态而显示被测温度。
二、电子平衡电桥：1、组成：热电阻、平衡电桥、放大器等。
2、测量原理：基于平衡电桥原理工作的。
即热电阻感测的电阻值与平衡桥路的桥臂阻值作比较，打破原来桥路的电阻平衡关系，产生相应的偏差电势信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变桥路的桥臂电阻，从而使仪表桥路牌新的平衡状态而显示被测温度。
习题集1、常用的温标有几种？它们之间的关系如何？答：常用温标有摄氏温标(℃)、华氏温标(℉)和凯氏温标(K)三种；华氏温标和摄氏温标关系是：℃＝5/9 (℉-32)，℉=9/5 ℃+32；凯氏温标和摄氏温标关系：℃=K-273.15。
2、试简述摄氏温标，华氏温标和凯氏温标对温度表示的不同处是什么？答：摄氏温标(℃)又称百分温标，它把标准大气压下冰的融点定为零度(0℃)；把水的沸点定为壹百度(100℃)，在0℃至100℃之间划分一百等份，每一等份为一摄氏度。
华氏温标(℉)规定标准大气压下冰的融点为32℉，水的沸点为212℉，中间划分180等分，每一等分为1华氏度。
凯氏温标(K)又称热力学温标，是一种绝对温标。
它规定分子运动停止时的温度为绝对零度或最低理论温度(0K)。
3、气、液两相之间的平衡温度称为(熔点)；固、液两相间的平衡温度为(凝固点)；固、液、气三相间的平衡温度为(三相点)；而冰和空气饱和水的平衡温度称(冰点)。
4、玻璃温度计是利用(感温液体受热膨胀)原理工作的。
压力式温度计利用气体、液体或蒸气的体积或压力随温度变化性质设计制成；双金属温度计是利用(固体受热膨胀)的性质制成。
5、压力式温度计主要由(温度)、(毛细管)、(弹簧管压力计)三部分组成。
6、压力式温度计是怎样工作的？有何特点？答：它是利用感温物质的压力随温度而变化的特性工件的。
当温包内感温物质受到温度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹簧管的自由端产生位移，通过连杆和传动机构带动指针，在刻度盘上指示相应的温度。
其特点是：可远距离显示，但滞后大，反应慢。
7.热电偶产生热电势的条件是：(两热电极材料不同)及(两接点温度不同)。
8、热电偶的热电特性由(电极材料的化学成分和物理性能)所决定。
热电势的大小与(组成热电偶的材料)及(两端温度)有关，与热偶丝的(粗细)和(长短)无关。
9.当补偿导线类型和可信性混淆不明时如何判别？答：将补偿导线一端相连浸入沸水中，另一端分接于按一定热电偶分度号刻度的显示仪表上，若仪表上反指示，说明极性接反；若100℃指示附近，则说明该补偿导线与该显示仪表配用的热电偶相符合。
10、简述铠装热电偶的及分类。
答：铠装热偶是把热偶丝、绝缘材料和金属套管三者加工在一起的坚实缆状组合体；根据套管内铠装热电偶的数量，可分为单支双芯、双支四芯两种。
11、热电偶测温时为什么需要进行冷端补偿？答：热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，且只有在冷端温度恒定不变时是，热电势值才是被测温度的单值函数，并且热电偶的分度表是以热电偶冷端温度为0℃时分度的。
但实际应用中，冷端温度不可能保持0℃不变，故而会引起测量误差，必须对其冷端进行温度补偿。
12、热电偶或补偿导线短路时，显示仪表的示值约为(短路处)的温度值。
习惯上称短路时指示(室温)；热电偶或补偿导线断路时显示仪表的示值(不动)。
而有“断偶”保护的仪表示值为(仪表上限)。
13、一支测温电阻体，分度号已看不清，你如何用简单方法鉴别的分度号？答：用万用表R×1档或R×10档测量电阻体阻值，测出电阻为Rt，再估计一下周围环境温度为t℃，最后查对电阻--温度对照表，即可很快鉴别出电阻体的温度号。
14、应用热电偶测温的基本原理是什么？其测温特点有哪些？答：两种不同的导体或半导体构成的热电偶，当两接点温度不同时，在热电偶的冷端和热端将会产生热电势，其大小取决于热端温度，这就是热电偶测量温度的原理。
采用热电偶测温的特点是：⑴.测温高，且测温范围宽，一般可测量-100~1600℃温度范围。
⑵.便于远距离传送与集中检测。
15、热电阻测温的基本原理是什么？有何特点？答：热电阻测温原理是导体（或半导体）的电阻值，随温度变化而变化。