《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案
《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案
過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章第第2 2章章 檢測儀表檢測儀表 生產(chǎn)中需要檢測大量的參數(shù)，如溫度、壓力、生產(chǎn)中需要檢測大量的參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等。用來檢測這些參數(shù)的工具稱為檢測流量、液位等。用來檢測這些參數(shù)的工具稱為檢測儀表，包括指示、記錄儀表及將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成標儀表，包括指示、記錄儀表及將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成標準信號輸出的變送器。準信號輸出的變送器。檢測是意義更為廣泛的測量。檢測是意義更為廣泛的測量。檢測過程包括：信息提取、信號轉(zhuǎn)換、存儲、檢測過程包括：信息提取、信號轉(zhuǎn)換、存儲、顯示記錄、分析處理、傳輸?shù)?。即：顯示記錄、分析處理、傳輸?shù)?。即：檢測檢測=測量測量+信號處理信號處理+傳輸傳輸過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、大型設(shè)備安全經(jīng)濟運行監(jiān)測大型設(shè)備安全經(jīng)濟運行監(jiān)測的重要手段的重要手段保證設(shè)備和人員安全保證設(shè)備和人員安全 提高經(jīng)濟效益提高經(jīng)濟效益3、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過程：生產(chǎn)過程：“信息流信息流”獲取獲取處理處理傳送傳送“物流物流”控制控制管理管理1、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段檢測的作用檢測的作用成品檢測成品檢測在線檢測在線檢測過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標檢測儀表的基本技術(shù)指標檢測儀表的性能用技術(shù)指標來表達，通過嚴謹檢測儀表的性能用技術(shù)指標來表達，通過嚴謹?shù)臋z定方法得到。的檢定方法得到。檢定方法：利用檢定設(shè)備模擬一個被測物理量檢定方法：利用檢定設(shè)備模擬一個被測物理量的變化過程，通過被檢儀表和標準儀表的檢測數(shù)據(jù)相的變化過程，通過被檢儀表和標準儀表的檢測數(shù)據(jù)相比較，計算其各項指標。比較，計算其各項指標。多功能壓力儀表檢定臺多功能壓力儀表檢定臺多功能壓力儀表檢定臺由全量程自動造壓多功能壓力儀表檢定臺由全量程自動造壓系統(tǒng)、高精度數(shù)字測量單元和計算機管理系統(tǒng)系統(tǒng)、高精度數(shù)字測量單元和計算機管理系統(tǒng)三部分組成。采用模塊化結(jié)構(gòu)、智能化管理、三部分組成。采用模塊化結(jié)構(gòu)、智能化管理、大屏幕液晶顯示大屏幕液晶顯示;檢定過程中壓力控制、數(shù)據(jù)記檢定過程中壓力控制、數(shù)據(jù)記錄、計算、建檔工作由自動控制器和計算機軟錄、計算、建檔工作由自動控制器和計算機軟件自動完成。件自動完成。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章由于真值是無法得到的理論值，實際計算時是由于真值是無法得到的理論值，實際計算時是用精確度較高的標準表所測得的標準值用精確度較高的標準表所測得的標準值X0代替真值代替真值X t，表示為：，表示為：=XX t 檢測儀表種類繁多，但目的都是快速、準確地檢測儀表種類繁多，但目的都是快速、準確地檢測某種物理量。因此，檢測儀表有一套通用的基檢測某種物理量。因此，檢測儀表有一套通用的基本性能指標項目：本性能指標項目：1.絕對誤差絕對誤差檢測儀表的指示值檢測儀表的指示值X與被測量真值與被測量真值Xt之間存在之間存在的差值稱為絕對誤差的差值稱為絕對誤差，表示為：，表示為：=XX0 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章最大絕對誤差最大絕對誤差max儀表在其標尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差中最儀表在其標尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差中最大的絕對誤差稱為大的絕對誤差稱為最大絕對誤差最大絕對誤差max。輸入輸入(被測量被測量)輸出輸出0標準輸入輸出特性曲線標準輸入輸出特性曲線實際上升校驗曲線實際上升校驗曲線實際下降校驗曲線實際下降校驗曲線max過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2基本基本誤誤差差基本基本誤誤差是一種差是一種簡簡化的相化的相對誤對誤差，又稱引用差，又稱引用誤誤差或相差或相對對百分百分誤誤差。定差。定義為義為：其中：儀表量程其中：儀表量程 =測量上限測量下限測量上限測量下限儀儀表的基本表的基本誤誤差表明了差表明了儀儀表在表在規(guī)規(guī)定的工定的工作條件下作條件下測測量量時時，允，允許許出出現(xiàn)現(xiàn)的最大的最大誤誤差。差。100100過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 3精確度（精度）精確度（精度）為了便于量值傳遞，國家規(guī)定了儀表的精確度為了便于量值傳遞，國家規(guī)定了儀表的精確度（精度）等級系列。（精度）等級系列。如如0.5級，級，1.0級，級，1.5級等。級等。儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉“”號及號及“”號，歸入儀表精度等級系列。號，歸入儀表精度等級系列。例如例如:1.如果某臺儀表的基本誤差為如果某臺儀表的基本誤差為1.0，則該表，則該表的精確度等級等于的精確度等級等于1.0級。級。2.如果某臺儀表的基本誤差為如果某臺儀表的基本誤差為1.3，則該表則該表的精確度等級歸入的精確度等級歸入1.5級。級。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例1 某臺某臺測測溫溫儀儀表的表的測測量量范范圍為圍為 100700，校校驗該驗該表表時測時測得得其其最大最大絕對誤絕對誤差差為為5，試試確定確定該該儀儀表的精度等表的精度等級級。解：解：該儀該儀表的基本表的基本誤誤差差為為：將將去掉去掉“+”與與“%”號，其數(shù)號，其數(shù)值為值為0.625。由于。由于國家國家規(guī)規(guī)定的定的儀儀表精度等表精度等級級中沒有中沒有0.625級級，該儀該儀表的表的誤誤差介于差介于0.5級級1.0級級之之間間。故：故：這這臺臺測測溫溫儀儀表的精度等表的精度等級級確定確定為為1.0級級。=700+100+5100%=+0.625%過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例2 某工某工藝藝要求配一要求配一塊測壓塊測壓范范圍為圍為 08MPa的的測壓儀測壓儀表，表，測壓誤測壓誤差不允差不允許許超超過過0.05 Mpa。問應(yīng)選問應(yīng)選擇擇多高的多高的儀儀表精度等表精度等級級？解：解：按工按工藝藝要求，要求，儀儀表的允表的允許許基本基本誤誤差差應(yīng)為應(yīng)為：去掉去掉“”和和“”號后，號后，0.625介于介于0.51.0之之間間。若若選選精度精度為為1.0級級的的儀儀表，其允表，其允許許的最大的最大絕對誤絕對誤差差為為0.08 MPa。超。超過過了此工了此工藝藝允允許許的數(shù)的數(shù)值值。故：故：應(yīng)選擇應(yīng)選擇 08MPa，0.5級級的的壓壓力表。力表。=8MPa0.05MPa100%=0.625%過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章目前，我國生產(chǎn)的儀表常目前，我國生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級有：用的精確度等級有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，1.6（只有壓力表），（只有壓力表），2.5等。等。儀表的精度等級數(shù)值越小，表明該儀表的精確儀表的精度等級數(shù)值越小，表明該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標準表；工業(yè)級以上的儀表，常用來作為標準表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表精度大多為現(xiàn)場用的測量儀表精度大多為0.5級以下。級以下。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章4、靈敏度和分辨率、靈敏度和分辨率 靈敏度靈敏度表示表示指針式指針式儀表對被測參數(shù)變化的敏感程儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度度。常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比表示：與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比表示：靈敏限靈敏限表示表示指針式儀指針式儀表表在量程起點處，能引起在量程起點處，能引起儀表指針動作的最小被測儀表指針動作的最小被測參數(shù)變化值。參數(shù)變化值。S 儀表靈敏度；儀表靈敏度；Y 儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；X 引起引起Y的被測參數(shù)變化量。的被測參數(shù)變化量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限。敏度和靈敏限。分辨率分辨率表示儀表顯示值的精細程度。表示儀表顯示值的精細程度。如一臺儀表的顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為如一臺儀表的顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為千分之一。數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。千分之一。數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。分辨力分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。是指儀表能夠顯示的、最小被測值。如一臺溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度如一臺溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值為值為0.1，即該表的分辨力為，即該表的分辨力為0.1。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章變差變差=量程量程正反行程最大差值正反行程最大差值100%造成變差的原因造成變差的原因:傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩擦力擦力;彈性元件的彈性滯后等。彈性元件的彈性滯后等。ymaxyxmin xmaxOx5、變差變差在外界條件不變的情況下，同在外界條件不變的情況下，同一儀表對被測量進行往返測量時一儀表對被測量進行往返測量時（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大差值與測量范圍之比稱為變差。差值與測量范圍之比稱為變差。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章6、響、響應(yīng)時間應(yīng)時間當當用用儀儀表表對對被被測測量量進進行行測測量量時時，被被測測量量突突然然變變化化以以后后，儀儀表表指指示示值值總總是是要要經(jīng)經(jīng)過過一一段段時時間間后后才才能能準準確確地地顯示出來。這段時間稱為響應(yīng)時間。顯示出來。這段時間稱為響應(yīng)時間。響應(yīng)時間的計算：響應(yīng)時間的計算：從從輸輸入入一一個個階階躍躍信信號號開開始始，到到儀儀表表的的輸輸出出信信號號（即即指指示示值值）變變化化到到新新穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值的值的95所用的時間。所用的時間。以上是檢測儀表常用的性能指標。以上是檢測儀表常用的性能指標。txytp過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章檢測儀表的基本技術(shù)指標檢測儀表的基本技術(shù)指標1.絕對誤差絕對誤差2基本基本誤誤差差3精確度（精度）精確度（精度）4、靈敏度和分辨率、靈敏度和分辨率5、變差變差6、響、響應(yīng)時間應(yīng)時間小結(jié)小結(jié)作業(yè)作業(yè)(P70)：第第2-1、2-5 題題過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表溫溫度度是是表表征征物物體體冷冷熱熱程程度度的的物物理理量量。是是工工業(yè)業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。2.2.1溫度檢測方法溫度檢測方法一一般般利利用用物物體體的的某某些些物物理理性性質(zhì)質(zhì)隨隨溫溫度度變變化化的的特特性來感知、測量溫度。有性來感知、測量溫度。有接接觸觸式式測測溫溫通通過過測測溫溫元元件件與與被被測測物物體體的的接接觸而感知物體的溫度。觸而感知物體的溫度。非非接接觸觸式式測測溫溫通通過過接接受受被被測測物物體體發(fā)發(fā)出出的的熱熱輻射熱來感知溫度。輻射熱來感知溫度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章接觸式測溫儀表有：接觸式測溫儀表有：1、膨脹式溫度計、膨脹式溫度計基于物體受熱時體積膨脹的性質(zhì)而制成?；谖矬w受熱時體積膨脹的性質(zhì)而制成。有有液體膨脹式溫度計液體膨脹式溫度計：利利用用液液體體（水水銀銀、酒酒精精）受受熱熱時時體體積積膨膨脹脹的的特性特性測溫測溫。玻璃管溫度計玻璃管溫度計電接點式電接點式玻璃管溫度計玻璃管溫度計過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 有有固體固體膨脹膨脹式溫度計式溫度計：用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲。而產(chǎn)生彎曲。若將雙金屬片制成螺旋形，若將雙金屬片制成螺旋形，當溫度變化時，螺旋的自由端便當溫度變化時，螺旋的自由端便圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動指針在圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動指針在刻度盤上指示出相應(yīng)溫度值?？潭缺P上指示出相應(yīng)溫度值。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章雙金屬片常用來做溫度報警或控制雙金屬片常用來做溫度報警或控制 隨著溫度上升，雙金隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當其觸點屬片逐漸彎曲，當其觸點接觸到固定觸點時，報警接觸到固定觸點時，報警燈和繼電器回路被接通。燈和繼電器回路被接通。調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固定觸點的位置，以調(diào)整報定觸點的位置，以調(diào)整報警溫度。警溫度。如圖是一雙金屬溫控器。如圖是一雙金屬溫控器。繼電器繼電器雙金屬片雙金屬片調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘絕緣柱絕緣柱 繼電器繼電器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章原原理理:封封閉閉容容器器中中的的液液體體、氣氣體體或或低低沸沸點點液液體體的的飽飽和和蒸蒸汽汽，受受熱熱后后壓壓力力增增大體積膨脹。大體積膨脹。2、壓力式溫度計壓力式溫度計利利用用封封閉閉容容器器中中的的介介質(zhì)質(zhì)壓壓力力隨隨溫溫度度變變化化的的現(xiàn)現(xiàn)象象來測溫。如彈簧管式溫度計。來測溫。如彈簧管式溫度計。彈簧管變形帶彈簧管變形帶動連桿機構(gòu)，驅(qū)動動連桿機構(gòu)，驅(qū)動指針轉(zhuǎn)動，指示溫指針轉(zhuǎn)動，指示溫度。度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、熱電偶溫度計、熱電偶溫度計利用物體的熱電性質(zhì)測溫。利用物體的熱電性質(zhì)測溫。4、熱電阻溫度計、熱電阻溫度計利用金屬電阻值或半導(dǎo)體利用金屬電阻值或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測溫。電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測溫。5、半導(dǎo)體溫度計、半導(dǎo)體溫度計利用半導(dǎo)體利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的特性，通過測量感隨溫度變化的特性，通過測量感溫器元件（結(jié)）電壓變化來測量溫器元件（結(jié)）電壓變化來測量溫度。溫度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章紅外線測溫計紅外線測溫計光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計非接觸式測溫的具體方法有：非接觸式測溫的具體方法有：1、輻射式溫度計輻射式溫度計通過測量物體熱輻射功率來測量溫度。通過測量物體熱輻射功率來測量溫度。2、紅外式溫度計紅外式溫度計通過測量物體紅外波段熱輻射功率來測量溫度。通過測量物體紅外波段熱輻射功率來測量溫度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章特點：結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確可靠、信號便于遠特點：結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確可靠、信號便于遠傳。一般用于測量傳。一般用于測量5001600之間的溫度。之間的溫度。2.2.2.1 熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個連接點溫度不同，回路中會產(chǎn)生電勢。此電若兩個連接點溫度不同，回路中會產(chǎn)生電勢。此電勢稱為熱電勢。勢稱為熱電勢。2.2.2 熱電偶熱電偶熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理的測溫元件，能將溫度信號轉(zhuǎn)換的測溫元件，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢信號（成電勢信號（mV）。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶工作原理演示工作原理演示工作原理演示工作原理演示 當熱電偶兩個結(jié)點溫度不同時，回路中會產(chǎn)生當熱電偶兩個結(jié)點溫度不同時，回路中會產(chǎn)生熱電勢，熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。熱電勢，熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。熱電極熱電極A A熱電極熱電極B B過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章1、接觸電勢、接觸電勢當不同導(dǎo)體當不同導(dǎo)體A、B接觸時，兩邊自由電子密度不接觸時，兩邊自由電子密度不同，在交界面上產(chǎn)生電子相互擴散，使接觸端產(chǎn)生同，在交界面上產(chǎn)生電子相互擴散，使接觸端產(chǎn)生接觸電勢。接觸電勢。其大小取決于兩種材料的種類和接觸點其大小取決于兩種材料的種類和接觸點的溫度。的溫度。NA(t)、NB(t)自由電子密度；自由電子密度；e 單位電荷單位電荷熱端熱端 tt0冷端冷端BA過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、溫差電勢、溫差電勢對于同一金屬對于同一金屬，若其兩端溫度不同，則自由電子若其兩端溫度不同，則自由電子所具有的動能不同，也會產(chǎn)生相應(yīng)的電勢，稱為溫差所具有的動能不同，也會產(chǎn)生相應(yīng)的電勢，稱為溫差電勢。電勢。熱端熱端 tt0冷端冷端BANA(t)、NB(t)自由電子密度；自由電子密度；e 單位電荷；單位電荷；k 玻耳茲曼常量。玻耳茲曼常量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章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)但溫差電勢值遠小于接觸電勢，常忽略不計。但溫差電勢值遠小于接觸電勢，常忽略不計。上式可以近似成：上式可以近似成：3、回路總電勢回路總電勢熱電偶回路總電勢即為熱電勢，由接觸電勢和熱電偶回路總電勢即為熱電勢，由接觸電勢和溫差電勢合成：溫差電勢合成：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電勢熱電勢：公式中公式中自由電子密度自由電子密度很難確定，因此用公式計很難確定，因此用公式計算熱電勢誤差很大，但從此式可以得出基本結(jié)論：算熱電勢誤差很大，但從此式可以得出基本結(jié)論：對于確定的熱電偶，熱電勢只與熱端和冷端溫對于確定的熱電偶，熱電勢只與熱端和冷端溫度有關(guān)。度有關(guān)。當冷端溫度固定時，當冷端溫度固定時，EAB(t,t0)是熱端溫度是熱端溫度 t 的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。tot0mVE EABAB(t,t(t,t0 0)實際中通過實測標定熱電實際中通過實測標定熱電勢：將冷端溫度固定在勢：將冷端溫度固定在0，熱端溫度每增加熱端溫度每增加1 時產(chǎn)生的時產(chǎn)生的熱電勢為標準熱電勢。熱電勢為標準熱電勢。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 鎳鉻鎳鉻鎳硅熱電偶分度表（簡表）鎳硅熱電偶分度表（簡表）分度號分度號 K t0=00，E/mVE/mVt/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.2 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律據(jù)據(jù)EAB(t，t0)=e AB(t)-e AB(t0)可導(dǎo)出：可導(dǎo)出：1、均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其截面和長度如何，以及沿長度方向上各處的溫度分其截面和長度如何，以及沿長度方向上各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成，但其截面和長度不限。半導(dǎo)體組成，但其截面和長度不限。熱電偶絲材熱電偶絲材過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體（在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體（C）后，后，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對回路只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對回路的熱電勢沒有影響。的熱電勢沒有影響。ABCt 0t 0t 例：例：EABC(t，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)當：當：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)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章v中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律可以推廣至：可以推廣至：若在熱電偶回路中若在熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體接入多種導(dǎo)體，只要其接入只要其接入點溫度相等，則對熱電勢毫無影響。點溫度相等，則對熱電勢毫無影響。熱電偶使用時，必須將熱電偶回路打開接入測熱電偶使用時，必須將熱電偶回路打開接入測量儀表，即接入了多個中間導(dǎo)體。量儀表，即接入了多個中間導(dǎo)體。經(jīng)濟型熱電偶溫度計經(jīng)濟型熱電偶溫度計過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、中間溫度定律中間溫度定律一一支支熱熱電電偶偶在在兩兩接接點點溫溫度度為為t、t0 時時的的熱熱電電勢勢，等等于于兩兩支支同同溫溫度度特特性性熱熱電電偶偶在在結(jié)結(jié)點點溫溫度度為為t、0和和0、t0時熱電勢的代數(shù)和。即時熱電勢的代數(shù)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過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章應(yīng)應(yīng)用用：對對于于測測得得的的任任意意冷冷端端溫溫度度時時的的熱熱電電勢勢EAB(t,to)，只只要要再再加加上上冷冷端端溫溫度度的的標標準準熱熱電電勢勢EAB(to,0)，便便可可得得出出(t,0)時時的的標標準準熱熱電電勢勢EAB(t,0)，后后面的顯示或處理就標準化了。面的顯示或處理就標準化了。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 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.3熱電偶的構(gòu)造熱電偶的構(gòu)造熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊接而成。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、簿膜型等。接而成。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、簿膜型等。普通型普通型鎧裝型鎧裝型普通熱電偶普通熱電偶過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋（出廠時用塑料包裹）（出廠時用塑料包裹）工作端（熱端）工作端（熱端）不銹鋼不銹鋼保護管保護管 普通裝配型熱電偶的外形普通裝配型熱電偶的外形普通裝配型熱電偶的外形普通裝配型熱電偶的外形過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.4 熱電偶材料類型熱電偶材料類型理論上任何兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱電理論上任何兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但考慮要有良好的應(yīng)用性能，必須對熱電偶材偶，但考慮要有良好的應(yīng)用性能，必須對熱電偶材料加以選擇。料加以選擇。選取原則：在測溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)及物選取原則：在測溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)及物理性質(zhì)，熱電勢要大，且與溫度接近線性關(guān)系。理性質(zhì)，熱電勢要大，且與溫度接近線性關(guān)系。國際電工委員會（簡稱國際電工委員會（簡稱IEC）規(guī)定了熱電偶材）規(guī)定了熱電偶材料的取材標準。料的取材標準。用分度號命名不同用分度號命名不同取材取材的熱電偶，的熱電偶，并給出了標準的熱電勢分度表。并給出了標準的熱電勢分度表。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 幾種常用的標準型熱電偶簡介幾種常用的標準型熱電偶簡介熱電熱電偶名稱偶名稱分度號分度號測測溫范溫范圍圍（）平均靈敏度平均靈敏度特特 點點鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6B0+180010V/穩(wěn)穩(wěn)定性好定性好,精度高精度高,可在可在氧化氣氛使用氧化氣氛使用鉑銠鉑銠l0鉑鉑S0+160010V/同上，同上，線線性度性度優(yōu)優(yōu)于于B鎳鉻鎳鉻鎳鎳硅硅K0+100040V/價廉價廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性氣氛中使用性氣氛中使用鎳鉻鎳鉻康康銅銅E-200+90080V/靈敏靈敏,價廉價廉,可在氧化及可在氧化及弱弱還還原氣氛中使用原氣氛中使用銅銅康康銅銅T-200+40050V/價廉價廉,但但銅銅易氧化易氧化,常用常用于于150以下溫度以下溫度測測量量過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章不同材質(zhì)的熱電偶的熱電勢特性不同：不同材質(zhì)的熱電偶的熱電勢特性不同：鉑鉑及及其其合合金金（B、S）熱熱電電勢勢非非常常穩(wěn)穩(wěn)定定，可可以以做做標標準準熱熱電電偶偶。用用于于現(xiàn)現(xiàn)場場主主要要測測1100以以上上的的高高溫溫，靈敏度較低、線性度略差、價格較貴。靈敏度較低、線性度略差、價格較貴。鎳鉻鎳鉻鎳硅（鎳硅（K）線性度最好線性度最好 鎳鉻鎳鉻康銅（康銅（E）靈敏度最高靈敏度最高 銅銅康銅（康銅（T）價格最便宜價格最便宜 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.2.5 熱電偶冷端溫度補償熱電偶冷端溫度補償熱電偶的熱電勢不僅與熱端溫度有關(guān)，還與冷熱電偶的熱電勢不僅與熱端溫度有關(guān)，還與冷端溫度有關(guān)。所以使用時需保持熱電偶冷端溫度恒端溫度有關(guān)。所以使用時需保持熱電偶冷端溫度恒定。但熱電偶使用環(huán)境溫度較高且變化較大，很難定。但熱電偶使用環(huán)境溫度較高且變化較大，很難達到達到0 要求，需要采取冷端溫度補償措施。要求，需要采取冷端溫度補償措施。首先考慮的是將熱電偶首先考慮的是將熱電偶冷端移至低溫處，但加長熱冷端移至低溫處，但加長熱電偶成本很高。依據(jù)中間溫電偶成本很高。依據(jù)中間溫度定律可用度定律可用補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線將熱電將熱電偶延長。偶延長。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 根據(jù)中間溫度定律，熱電勢可以分解成根據(jù)中間溫度定律，熱電勢可以分解成 E AB(t,0)=E AB(t,tn)+E AB(tn,0)為為了了節(jié)節(jié)約約，可可選選用用在在低低溫溫區(qū)區(qū)與與所所用用熱熱電電偶偶的的熱熱電電特特性性相相近近的的廉廉價價金金屬屬，在在低低溫溫區(qū)區(qū)代代替替熱熱電電偶偶，稱稱為補償導(dǎo)線。為補償導(dǎo)線。tnt0mV補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線熱偶熱偶ttn0過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 補償導(dǎo)線和熱電偶相連后，可以將熱電偶冷端補償導(dǎo)線和熱電偶相連后，可以將熱電偶冷端延至溫度穩(wěn)定處。其總的熱電勢等同于將熱電偶本延至溫度穩(wěn)定處。其總的熱電勢等同于將熱電偶本身延長產(chǎn)生的熱電勢。身延長產(chǎn)生的熱電勢。E(t,t0)=E熱偶熱偶(t,tn )+E補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線(tn)補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線熱偶熱偶tt nt 0E(t,t0)E(t,0)=E(t,to)+E(to,0)如果補償導(dǎo)線的冷端溫度如果補償導(dǎo)線的冷端溫度 t0不為零，則還要補不為零，則還要補償：償：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章補償補償導(dǎo)線導(dǎo)線型號型號配用配用熱電熱電偶名稱偶名稱正極正極負負極極E（t0,0）（mV）材料材料絕緣層顏絕緣層顏色色材料材料絕緣層顏絕緣層顏色色SCKCEXTXS(鉑鉑銠銠10鉑鉑)K(鎳鎳鉻鉻鎳鎳硅硅)E(鎳鎳鉻鉻康康銅銅)T(銅銅康康銅銅)銅銅銅銅鎳鉻鎳鉻銅銅紅紅紅紅紅紅紅紅銅鎳銅鎳康康銅銅銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳綠綠藍藍棕棕白白0.645 50.0374.0950.1056.3170.1704.2770.047 用補償導(dǎo)線延長熱電偶的必須條件是：補償導(dǎo)用補償導(dǎo)線延長熱電偶的必須條件是：補償導(dǎo)線的熱電特性在低溫段與所配熱電偶相同。因此，線的熱電特性在低溫段與所配熱電偶相同。因此，不同的熱電偶配不同的補償導(dǎo)線。常用熱電偶的補不同的熱電偶配不同的補償導(dǎo)線。常用熱電偶的補償導(dǎo)線見表償導(dǎo)線見表2.2。tnt0mV過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 補償導(dǎo)線只將熱電偶的冷端延長到溫度比較穩(wěn)補償導(dǎo)線只將熱電偶的冷端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方，但冷端溫度還不一定是零度，為符合標定的地方，但冷端溫度還不一定是零度，為符合標準熱電勢的要求還要采取補償措施。準熱電勢的要求還要采取補償措施。1查表法（計算法）查表法（計算法）如果被測溫度為如果被測溫度為t，用熱電偶測得的熱電勢為，用熱電偶測得的熱電勢為EAB(t,t0)，t0不為不為0。則根據(jù)中間溫度定律有：。則根據(jù)中間溫度定律有：EAB(t,0)EAB(t,t0)EAB(t0,0)用溫度計測出用溫度計測出t0，查分度表得出，查分度表得出EAB(t0,0)，用，用上式計算出標準熱電勢上式計算出標準熱電勢EAB(t,0)，再查分度表就可，再查分度表就可得出被測溫度得出被測溫度t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例 用用K型型(鎳鉻鎳鉻-鎳硅鎳硅)熱電偶測量某加熱爐的溫度。熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得熱電勢測得熱電勢E(t，t0)36.122mV，冷端溫度冷端溫度t030，求被測溫度。求被測溫度。解解 由分度表可以查得由分度表可以查得 E(30，0)1.203mV則則 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對應(yīng)的溫度為對應(yīng)的溫度為900 。v 計算法適用于實驗或臨時測溫。計算法適用于實驗或臨時測溫。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2、儀表零點調(diào)整法、儀表零點調(diào)整法 如果熱電偶冷端溫度比較穩(wěn)定，與之相接的顯示如果熱電偶冷端溫度比較穩(wěn)定，與之相接的顯示儀表又可以調(diào)整零點，那么在測試前，將儀表指針就儀表又可以調(diào)整零點，那么在測試前，將儀表指針就調(diào)整到冷端溫度處，再開始測量。調(diào)整到冷端溫度處，再開始測量。此法比較簡單，但由于冷端溫度（室溫）也有波此法比較簡單，但由于冷端溫度（室溫）也有波動，所以只能在測溫要求不太高的場合下應(yīng)用。動，所以只能在測溫要求不太高的場合下應(yīng)用。100100過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 3、冰浴法、冰浴法 把把熱熱電電偶偶的的冷冷端端插插入入盛盛有有絕絕緣緣油油的的試試管管中中，然然后后將將試試管管放放入入裝裝有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，保保持持冷端為冷端為0。這種方法多數(shù)用于熱電偶的檢定。這種方法多數(shù)用于熱電偶的檢定。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章4、補償電橋法補償電橋法利用溫度不平衡電橋輸出電壓的變化來補償熱利用溫度不平衡電橋輸出電壓的變化來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。E(t,t0)E(t0,0)E(t,0)電橋電橋補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線E(t,0)E(t,t0)E(t0,0)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 5半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN結(jié)補償法結(jié)補償法 利用半導(dǎo)體利用半導(dǎo)體PN結(jié)電壓隨溫度升高而降低的特性結(jié)電壓隨溫度升高而降低的特性自動補償熱電偶的冷端溫度引起的誤差。自動補償熱電偶的冷端溫度引起的誤差。圖中半導(dǎo)體三極管基極結(jié)電壓圖中半導(dǎo)體三極管基極結(jié)電壓V be隨冷端溫度隨冷端溫度升高而降低，運放輸出電壓將抬高，冷端補償電壓升高而降低，運放輸出電壓將抬高，冷端補償電壓輸出輸出e0將升高。將升高。只要保持三極管集只要保持三極管集電極電流電極電流 Ic 恒定，冷端恒定，冷端補償電壓補償電壓e0 即與冷端溫即與冷端溫度成正比。度成正比。Vbe過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章鎧裝型鎧裝型鎧裝型鎧裝型熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶可長達上百米可長達上百米薄壁金屬保護薄壁金屬保護套管（鎧體）套管（鎧體）BA絕緣絕緣 材料材料保護保護套管套管鎧裝型熱電偶橫截面鎧裝型熱電偶橫截面過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章其他形式其他形式其他形式其他形式熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶小形小形K K型熱電偶型熱電偶隔爆型熱電偶隔爆型熱電偶厚壁保護管厚壁保護管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.2.3熱電阻熱電阻對對于于500以以下下的的中中、低低溫溫，用用熱熱電電偶偶測測量量時時熱熱電電勢勢很很小小，容容易易受受到到干干擾擾。一一般般使使用用熱熱電電阻阻溫溫度度計計來進行中低溫度的測量。來進行中低溫度的測量。熱電阻有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。熱電阻有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。2.2.3.1金屬熱電阻金屬熱電阻金金屬屬熱熱電電阻阻測測溫溫精精度度高高。大大多多數(shù)數(shù)金金屬屬電電阻阻阻阻值值隨溫度升高而增大，具有正溫度系數(shù)。隨溫度升高而增大，具有正溫度系數(shù)。如如：R t=R0(1+At)A=1 dRR dT溫度系數(shù)溫度系數(shù)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章原因：原因：溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子定向運動時的阻礙劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子定向運動時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加。增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加。實驗：實驗：取一只取一只取一只取一只 100W/220V 100W/220V 燈泡，用燈泡，用燈泡，用燈泡，用萬用表測量其冷態(tài)阻萬用表測量其冷態(tài)阻萬用表測量其冷態(tài)阻萬用表測量其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而值只有幾十歐姆，而值只有幾十歐姆，而值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)計算得到的額定熱態(tài)計算得到的額定熱態(tài)計算得到的額定熱態(tài)電阻值為電阻值為電阻值為電阻值為484484 。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 電阻溫度系數(shù)大，電阻率大；電阻溫度系數(shù)大，電阻率大；在測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；在測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；溫度特性的線性度好。溫度特性的線性度好。工業(yè)中用得最多的是鉑電阻和銅電阻，也有鎳工業(yè)中用得最多的是鉑電阻和銅電阻，也有鎳電阻、錳電阻及碳電阻等用于低溫及超低溫的測量。電阻、錳電阻及碳電阻等用于低溫及超低溫的測量。作為工業(yè)測溫用熱電阻的材料要求：作為工業(yè)測溫用熱電阻的材料要求：防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 電阻溫度關(guān)系：電阻溫度關(guān)系：R t=R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000)R t=R0(1+At+Bt2)(0850)鉑電阻有兩種分度號：鉑電阻有兩種分度號：Pt10,Pt1001.鉑電阻鉑電阻 鉑材料容易提純，其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；鉑材料容易提純，其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；測溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國際測溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國際電工委員會電工委員會規(guī)定規(guī)定為為-259+630 間的基準器，但線性度稍差，常間的基準器，但線性度稍差，常用于用于-200+600 溫度測量。溫度測量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.銅電阻銅電阻銅電阻價格便宜，線性度好，但溫度稍高易氧銅電阻價格便宜，線性度好，但溫度稍高易氧化，常用于化，常用于-50+150 溫度測量。銅電阻有兩種分溫度測量。銅電阻有兩種分度號：度號：Cu50，Cu100。電阻溫度關(guān)系：。電阻溫度關(guān)系：R t=R0(1+At)(-50150)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電阻的結(jié)構(gòu)型式有：熱電阻的結(jié)構(gòu)型式有：普通型熱電阻，鎧裝熱電阻，薄膜熱電阻等。普通型熱電阻，鎧裝熱電阻，薄膜熱電阻等。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章普通熱電阻結(jié)構(gòu)普通熱電阻結(jié)構(gòu)普通型熱電阻的電阻體結(jié)構(gòu)是：普通型熱電阻的電阻體結(jié)構(gòu)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，將將金金屬屬絲絲用用雙雙線法繞在骨架上，以消除電感。線法繞在骨架上，以消除電感。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電阻的引線方式熱電阻的引線方式熱電阻阻值變化由電橋測量，熱電阻通過熱電阻阻值變化由電橋測量，熱電阻通過接接線線連接到測量電橋的一個橋臂中。連接到測量電橋的一個橋臂中。接接線電阻在環(huán)境溫線電阻在環(huán)境溫度變化時電阻會發(fā)生變化，接法不同對測量結(jié)果影度變化時電阻會發(fā)生變化，接法不同對測量結(jié)果影響不同。常用的響不同。常用的接接線方式有線方式有3 3種：種：兩線制、三線制和四線制。兩線制、三線制和四線制。1熱電阻；熱電阻；2引線；引線；3接線盒；接線盒；4接線；接線；5顯示儀表；顯示儀表；6轉(zhuǎn)換開關(guān)；轉(zhuǎn)換開關(guān)；7電位差計；電位差計；8標準電阻；標準電阻；9電池；電池；10滑線電阻滑線電阻過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電阻兩線制接法：熱電阻兩線制接法：是最基本的接法是最基本的接法，兩根，兩根接接線都在測量橋臂內(nèi)。線都在測量橋臂內(nèi)。如果接線很長，如果接線很長，接接線電阻的阻值變化會給測量結(jié)果線電阻的阻值變化會給測量結(jié)果帶來附加誤差。帶來附加誤差。兩線制接法兩線制接法只適用于只適用于接接線較短、或線較短、或測量精度要求不高的場合。測量精度要求不高的場合。RtR3rrR1R2過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3.熱電阻的三線制接法熱電阻的三線制接法如圖，工業(yè)現(xiàn)場的熱電阻用三根接線連接測量如圖，工業(yè)現(xiàn)場的熱電阻用三根接線連接測量電橋，可以抵消接線電阻隨溫度變化對電橋輸出的電橋，可以抵消接線電阻隨溫度變化對電橋輸出的影響。影響。測量儀表測量儀表R tRtR3rrrR1R2過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱電阻三線制接法：熱電阻三線制接法：將兩根接將兩根接線分別接在電橋相鄰橋臂內(nèi)，線分別接在電橋相鄰橋臂內(nèi)，可以基可以基本消除接線電阻隨溫度變化本消除接線電阻隨溫度變化帶來的附加誤差。第三帶來的附加誤差。第三根接根接線接在電源回路中，其溫度附加誤差在電源回線接在電源回路中，其溫度附加誤差在電源回路中解決。路中解決。RtR3rrrR1R2RtR3rrR1R2過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 熱電阻的四線制接法：熱電阻的四線制接法：熱電阻兩端各并接兩根接線，其中一對接線熱電阻兩端各并接兩根接線，其中一對接線ac將熱電阻接入恒定電流將熱電阻接入恒定電流I；另一對接線；另一對接線bd將熱電阻上將熱電阻上產(chǎn)生的壓降引至電位差計；通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換電位產(chǎn)生的壓降引至電位差計；通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換電位差計處于差計處于“標準標準”或或“測量測量”。電位差計先測標準電阻上電位差計先測標準電阻上的電壓的電壓IRN，再測熱電阻上的電，再測熱電阻上的電壓壓IRt，可得到，可得到Rt的值。的值。四線制接法能完全消除接四線制接法能完全消除接線電阻的影響，測量精度最高。線電阻的影響，測量精度最高。5顯示儀表；顯示儀表；6轉(zhuǎn)換開關(guān)；轉(zhuǎn)換開關(guān)；7電位差計；電位差計；8標準電阻；標準電阻；9電池；電池；10滑線電阻。滑線電阻。I過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章各種熱電阻傳感器各種熱電阻傳感器熱電阻檢定系統(tǒng)熱電阻檢定系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章汽車用水溫傳感器及水溫表汽車用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻銅熱電阻過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.2.3.2 熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻是非線性電阻，材料配方不同，呈現(xiàn)熱敏電阻是非線性電阻，材料配方不同，呈現(xiàn)特性不同，特性不同，有負溫度系數(shù)（有負溫度系數(shù)（NTC型）、正溫度系數(shù)型）、正溫度系數(shù)（PTC型）、臨界溫度系數(shù)（型）、臨界溫度系數(shù)（CTR型）三種。型）三種。(1)(1)NTC型適用于測溫（型適用于測溫（-100-100 300300）。）。(2)(2)PTC型可以測溫（型可以測溫（-50-50+150+150）或開關(guān)。）或開關(guān)。(3)(3)CTR型典型的開關(guān)特性，適用于型典型的開關(guān)特性，適用于0 0150150之之間的溫度開關(guān)及報警。間的溫度開關(guān)及報警。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 溫度()1081061041021001601208040電阻()負溫度系數(shù)熱敏電阻特性負溫度系數(shù)熱敏電阻特性 熱敏電阻的特點是：熱敏電阻的特點是：電阻率大電阻率大電阻體積小，響應(yīng)快；電阻體積小，響應(yīng)快；溫度系數(shù)大溫度系數(shù)大靈敏度高；靈敏度高；非線性嚴重非線性嚴重影響精度。影響精度。溫度特性分散溫度特性分散互換性差互換性差 NTCNTC熱敏電阻的溫度特性公式熱敏電阻的溫度特性公式:R Rt t溫度為溫度為t t 時的電阻值時的電阻值;R Rt0t0溫度為溫度為t t0 0 時的電阻值時的電阻值B B與材料成分結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。與材料成分結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻由熱敏探頭，引線和殼體等構(gòu)成。熱敏電阻由熱敏探頭，引線和殼體等構(gòu)成。典型的熱敏電阻有圓形、珠形、扁圓形、圓片典型的熱敏電阻有圓形、珠形、扁圓形、圓片形等多種形式，可以滿足不同需要。形等多種形式，可以滿足不同需要。1-1-熱敏探頭熱敏探頭熱敏探頭熱敏探頭2-2-引線引線引線引線3-3-殼體殼體殼體殼體過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻貼片式貼片式NTC熱敏電阻熱敏電阻過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章非標熱敏電阻非標熱敏電阻過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章熱敏電阻廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域。熱敏電阻廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域。熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPUCPU的溫度測量的溫度測量 熱敏電阻用于熱水器的溫度測量熱敏電阻用于熱水器的溫度測量 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.2.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器集成溫度傳感器集成溫度傳感器（溫度（溫度IC）將溫度敏感元件、）將溫度敏感元件、放大、運算和補償?shù)入娐芳稍谝黄酒希羌瘻y放大、運算和補償?shù)入娐芳稍谝黄酒?，是集測量、放大、電源供電回路于一體的傳感器件。量、放大、電源供電回路于一體的傳感器件。特點：體積小、反應(yīng)快、線性較好、價格便宜，特點：體積小、反應(yīng)快、線性較好、價格便宜，測溫范圍一般為測溫范圍一般為-50150。AD590過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 集成溫度傳感器利用晶體管集成溫度傳感器利用晶體管b-e結(jié)壓降的不飽和結(jié)壓降的不飽和值值Vbe與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度 T 及通過發(fā)射極電流及通過發(fā)射極電流 Ic 的下述關(guān)的下述關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測：系實現(xiàn)對溫度的檢測：式中式中:K波爾茲常數(shù)；波爾茲常數(shù)；q電子電荷量電子電荷量VbeebcIc溫度溫度Vbe 晶體管的晶體管的b-e結(jié)壓降結(jié)壓降Vbe在恒在恒定集電極電流定集電極電流 I的條件下，與溫的條件下，與溫度呈近似線性關(guān)系。溫度升高，度呈近似線性關(guān)系。溫度升高，b-e結(jié)電壓下降。結(jié)電壓下降。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章集成溫度傳感器電路集成溫度傳感器電路原理：原理：一般用兩個溫敏晶體管接成差分對管，構(gòu)成感一般用兩個溫敏晶體管接成差分對管，構(gòu)成感溫核心電路（溫核心電路（PTAT）。此電路提高了晶體管溫敏特）。此電路提高了晶體管溫敏特性的線性度和一致性，性的線性度和一致性，通過對通過對Vbe的放大及線性化的放大及線性化處理，實現(xiàn)溫度信號的線性輸出。處理，實現(xiàn)溫度信號的線性輸出。LM135LM135電路電路例如例如以以PTATPTAT為為核心的集成溫度傳核心的集成溫度傳感器感器LM135LM135電路：電路：校準校準輸出輸出過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 集成溫度傳感器按輸出信號形式不同，分為電集成溫度傳感器按輸出信號形式不同，分為電壓型、電流型和數(shù)字型三類。壓型、電流型和數(shù)字型三類。1、電壓輸出型、電壓輸出型電壓輸出型的靈敏度一般為電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度，溫度0時輸出為時輸出為0，溫度，溫度25時輸出時輸出2.982V。常見的有常見的有LM35/LM135/LM235/LM335LM35/LM135/LM235/LM335系列。系列。LM135器件器件過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 LM35構(gòu)成的攝氏溫度測量電路及構(gòu)成的攝氏溫度測量電路及組裝成的測溫傳感器組裝成的測溫傳感器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2、電流輸出型、電流輸出型電流輸出型的靈敏度一般為電流輸出型的靈敏度一般為1 A/K。最典型的。最典型的是美國模擬器件公司生產(chǎn)的是美國模擬器件公司生產(chǎn)的AD590。AD590是單片是單片集成兩端感溫電流源，主要特性如下：集成兩端感溫電流源，主要特性如下：IT流過器件的電流，單位為流過器件的電流，單位為 AT熱力學(xué)溫度，單位為熱力學(xué)溫度，單位為K。(2)測溫范圍為測溫范圍為-55+150(3)電源電壓范圍為電源電壓范圍為4V30V(4)輸出電阻為輸出電阻為710M(1)流過器件的電流（流過器件的電流（A）等于器件所處環(huán)境）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度：的熱力學(xué)溫度：IT=TAD590器件器件過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章AD590封裝示意圖封裝示意圖 空腳（接地）空腳（接地）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章AD590的基本轉(zhuǎn)換電路的基本轉(zhuǎn)換電路 輸出輸出電壓電壓UO與與熱力學(xué)溫度成正比熱力學(xué)溫度成正比 輸出電壓輸出電壓UO與與 攝氏溫度成正比攝氏溫度成正比 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章AD590轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換電路的調(diào)整調(diào)整如圖，當電阻如圖，當電阻R1和電位器和電位器R2的電阻之和為的電阻之和為1k 時，輸出電壓時，輸出電壓V0隨溫度的變化為隨溫度的變化為1mV/K。由于由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整。如此應(yīng)對電路進行調(diào)整。如1、在、在0條件下調(diào)整條件下調(diào)整R2，使，使 V0=273.2mV2、在、在25條件下調(diào)整條件下調(diào)整R2，使，使 V0=273.2+25 =298.2mV接地接地過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章在電腦中，集成溫度傳感器在電腦中，集成溫度傳感器用于用于CPUCPU散熱保護電路散熱保護電路散熱風(fēng)扇散熱風(fēng)扇集成溫度集成溫度ICCPU插座插座CPU散熱片散熱片過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、數(shù)字輸出型、數(shù)字輸出型最典型的最典型的數(shù)字輸出型集成溫度傳感器是數(shù)字輸出型集成溫度傳感器是DS1820，9 9位數(shù)字輸出。位數(shù)字輸出。其外形如一只三極管，三個引腳分其外形如一只三極管，三個引腳分別是電源、地、數(shù)據(jù)線別是電源、地、數(shù)據(jù)線，測溫范圍為測溫范圍為-55+125，分辨率為分辨率為0.5。DS1820器件器件DS1820傳感器傳感器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章應(yīng)用實例：應(yīng)用實例：SLMT系列智能溫度數(shù)據(jù)采集器可系列智能溫度數(shù)據(jù)采集器可以對以對DS1820數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品進行溫度數(shù)據(jù)數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品進行溫度數(shù)據(jù)采集、顯示、報警設(shè)定、數(shù)據(jù)傳輸，可應(yīng)用于分布采集、顯示、報警設(shè)定、數(shù)據(jù)傳輸，可應(yīng)用于分布式溫度數(shù)據(jù)監(jiān)控，使溫度巡迴檢測系統(tǒng)獲得高可靠式溫度數(shù)據(jù)監(jiān)控，使溫度巡迴檢測系統(tǒng)獲得高可靠性、低成本和最簡單的布線結(jié)構(gòu)。性、低成本和最簡單的布線結(jié)構(gòu)。長距離通訊組網(wǎng)方案長距離通訊組網(wǎng)方案過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.2.5 2.2.5溫度顯示與記錄溫度顯示與記錄溫度顯示與記錄溫度顯示與記錄 熱電偶、熱電阻等熱電偶、熱電阻等傳感元件傳感元件傳感元件傳感元件的測溫信號必須經(jīng)的測溫信號必須經(jīng)后級儀表處理，后級儀表處理，將溫度顯示出來或記錄保存。將溫度顯示出來或記錄保存。將溫度顯示出來或記錄保存。將溫度顯示出來或記錄保存
收藏