温度测量基础知识

温度测量基础知识
一、温度测量的基本概念
温度是石油、化工较为普遍，又相当重要的热工参数之一，是各种物质的物理、化学变化的重要条件。除石油、化工以外，冶金、电力、国防等工业中均有温度测量。
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物理温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得最多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
1、华氏温标（℉）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为℉。
2、摄氏温标（℃）规定：在标准大气压下，冰的融点为零度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为℃。
摄氏温度值t和华氏温度值tf 有如下关系：
t=5/9*( tf－32) ℃
3、热力学温标：又称开尔文温标，或称绝对温标。它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。
4、国际实用温标：是一个国际协议性温标，它与热力学温标相近，而且复现精度高，使用方便。我国自1994年1月1日开始全面实施　ITS-90国际温标。
二、温度测量仪表的分类
工业上常用的温度检测仪表有：
1、玻璃液体温度计
a、  常用测温范围：－50（℃）～600（℃）
b、  优　点：结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉。
c、  缺　点：测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录和远传。
2、双金属温度计
a、  常用测温范围：－80（℃）～600（℃）
b、  优　点：结构紧凑，牢固可靠。
c、  缺　点：精度低，测量和适用范围有限。
3、工业热电偶温度计
a、常用测温范围: 铂铑-铂------- 0（℃）～1600（℃）
镍铬-镍铝---- 0（℃）～900（℃）
镍铬-康铜----0（℃）～600（℃）
b、优　点：测温范围广,精度高,结构简单,使用方便,便于远距离、多点集中测量和自动控制。
c、缺　点：需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低。
4、工业热电阻温度计
a、常用测温范围:铂电阻温度计-----－200（℃）～500（℃）
               铜热电阻温度计---－50（℃）～150（℃）
               热敏电阻温度计---－50（℃）～300（℃）
b、优　点：测温精度高,便于远距离、多点集中测量和自动控制。
c、缺　点:不能测量高温,须注意环境温度的影响。
三、热电偶
1、热电偶测温原理
    两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。
这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。
                   汤姆逊定理---由温差引起的电势。
当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量

的需要。
2、常用热电偶种类(八种)
    B型------铂铑30-铂铑6              R型-----铂铑13-铂  
S型------铂铑10-铂                  E型------镍铬-康铜
    J型------铁-康铜                     K型------镍铬-镍铝
    T型------铜-康铜                     N型------镍铬硅-镍硅
其中:B、R、S属于贵金属热电偶;K、E、N、J属于廉金属热电偶; T型热电偶用于测量低温。
3、热电偶的结构
热电偶是有两根不同导体(或称电极)构成的.这两根导体一端焊接在一起,成为热端(或称工作端),测温时将此端处于被测介质中。另一端称为冷端(或自由端),接入二次仪表(显示仪表)或电测设备。
a、普通型热电偶:是应用最多的,主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同,所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同,但因使用条件基本类似,所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接合法兰连接两种。
b、铠装热电偶:又称缆式热电偶,是由热电极(多数采用的是铂丝,也有用镍丝的)、绝缘材料(通常为氧化镁粉末)和金属保护管三者结合,经拉制而成一个坚实的整体。
铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分,其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。
铠装热电偶的参比端(接线盒)形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。
铠装热电偶具有体积小、精度高、反应迅速、耐震动、耐冲击、机械强度高、可绕性好、寿命长、便于安装等优点。外形尺寸有φ5、φ6、φ8多种,长度为10~1000mm。
4、热电偶测温系统常见故障原因及处理方法
故障现象        可能原因        处理方法
热电偶比实际值小        热电极短路        找出短路原因,如因潮湿所至,则需要进行干燥;如因绝缘端子损坏所至,则需更换绝缘子
        热电偶的接线柱处积灰,造成短路        清扫积灰
        补偿导线线间短路        找出短路点,加强绝缘或更换补偿导线
        热电偶热电极变质        在长度允许的情况下,剪去变质段重新焊接,或更换新热电偶
        补偿导线与热电偶极性接反        重新接正确
        补偿导线与热电偶不配套        更换相配套的补偿导线
        热电偶安装位置不当或插入深度不符合要求        重新按规定安装
        热电偶冷端温度补偿不符合要求        调整冷端补偿器
        热电偶与显示仪表不配套        更换热电偶或显示仪表使之相配
故障现象        可能原因        处理方法
热电势比实际值大        热电偶与显示仪表不配套        更换热电偶或显示仪表使之相配
        补偿导线与热电偶不配套        更换相配套的补偿导线
        有直流干扰信号进入        排除直流干扰
热电势输出不稳定        热电偶接线柱与热电极接触不良        将接线柱螺丝拧紧
        热电偶安装不牢或外部震动        紧固热电偶,消除震动或采取减震措施
        热电极将断未断        修复或更换热电偶
        外界干扰(交流漏电,电磁感应等)        查出干扰源,采取屏蔽措施
热电偶热电势误差大        热电极变质        更换热电极
        热电偶安装位置不当        改变安装位置
        保护管表面积灰        清除积灰
5、热电偶安装及注意事项
a、        在管道安装中，感温元件的工作端应置于管道中流速最大处。热电偶的保护套管的末端应越过流束中心线5~10mm。
b、        感温元件与被测介质形成逆流，应迎着气流流向插入，至少应与被测介质流束方向成90°。特别情况下也不能顺流安装测温元件，否则会产生测温误差。
c、        插深一般不应小于300mm，如果插入深度不够，外露部分又空气流通，这样所测出的温度比实际温度低3~4度。
d、        在测温元件安装时，应防止电磁场干扰的引入而影响准确测量。`
四、铂电阻
1、铂电阻测温原理
   是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理来测量温度
    热电阻是中低温区常用的一种温度检测器.它的主要特点是测量精度高,性能稳定。
2、铂电阻的结构
   铂电阻由感温元件、外套管和接线盒组成。
   感温元件主要由电阻丝、骨架（绝缘物质，如云母、陶瓷等）、引线组成。
3、铂电阻的分类
a、        按骨架分：陶瓷、云母、石英、玻璃。对标准铂电阻而言，由不锈钢、石英。
b、        按引出线分：二线制、三线制、四线制
二线制有引线误差，但通常生产厂家已将这种误差在生产过程中给予修正，故二线制的热电阻，其测量值中包括内引线的电阻值。四线制彻底消除了引线误差。标准铂电阻均采用四线制。
    C、    按装配形式分：套管性、铠装型、特殊型（如防爆、防水等）
4、热电阻测温系统常见故障原因及处理方法
故障现象        可能原因        处理方法
仪表显示值比实际值低或示值不稳定        保护管内有金属屑、灰尘，接线柱间赃污及热电阻短路（水滴等）        除去金属屑，清扫灰尘、水滴等，找到短路点，加强绝缘等
显示值无穷大        热电阻或引出线断路及接线端子松开等        更换电阻体，或焊接及柠紧接线螺丝等
阻值与温度关系有变化        铂电阻丝材料受腐蚀变质        更换热电阻丝
仪表显示值为零或有负值        显示仪表与热电阻接线有错，或热电阻短路        改正接线，或找出短路处，加强绝缘
5、铂电阻的修理及应注意的几个问题
a、        铂丝很细（Φ0.03~0.07mm），修理是要耐心、细心。修理时把铂丝从保护套管中轻轻抽出（当铂丝和陶罐内壁相碰时不能硬拉出来）。
b、        打开扎线后，先检查云母片是否损坏，再查铂丝引出与引出线连接处是否良好，如铂丝断路，可用电压6~8V的电弧焊焊好，如铂丝与银引出线连接处断开，可用电压10~14V的电弧焊焊好。焊好后予以检查是否符合标准并剪去多余部分，以免阻值变化造成测量准确性。
c、        电阻短路故障较少，容易处理，只要找出短路点，用耐热绝缘材料（云母片）加以衬垫绝缘，并用少许漆片胶固，即可修复。
d、        如果要改变电阻体长度，只准改变引出线的长度，不允许改变电阻体部分长度。
e、        经修理恢复后的铂电阻，要经过检定合格后才可再使用。
6、热电阻的安装与注意事项
e、        在管道上安装时，热电阻的感温元件应与被测介质形成逆流，至少应与被测介质流束方向成90°角；同时，应将感温元件总长的1/2放置在最高流速的位置，铂电阻的护套管末端应越过流束中心线50~70mm。
f、        热电阻的插入深度，一般不得小于套管外径的8~10倍，一般不应小于300mm。如果插入深度不够，外露部分又空气流通，这样所测出的温度比实际温度低3~4度。
g、        为避免液体、灰尘渗入电阻的接线盒内，应将其接线盒盖朝上，出线孔螺栓朝下，尤其是在有雨水溅洒的场所应特别注意。