现代工业温度检测仪表的选用原则与应用
戚健人 刘辉
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戚健人 刘辉,. 现代工业温度检测仪表的选用原则与应用[J]. 中国仪器,2024.3. DOI:10.12721/ccn.2024.157028.
摘要: 温度作为工业生产中的关键参数,其准确测量对于保障产品质量和生产安全至关重要。本文首先介绍了温度测量的基本概念和国际通用的温标,然后详细讨论了温度检测仪表的分类,重点分析了热电偶和热电阻两种常用温度检测元件的原理、结构、特点及其正确选用原则。
关键词: 温度测量;温标;热电偶;热电阻;检测仪表
DOI:10.12721/ccn.2024.157028
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1. 引言 温度是表征物体冷热程度的物理量,其测量对于工业生产过程控制具有重要意义。随着技术的发展,温度检测仪表种类繁多,正确选择和使用这些仪表对于提高生产效率和产品质量至关重要。

2. 温度测量的基本概念

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,而用来量度物体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。目前国际上用得较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。

华氏温标(oF)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,每第分为报氏1度,符号为oF。
摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。
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。

国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

3. 温度检测仪表的分类

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚,帮需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大。

4.热电偶的应用 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,具有测量精度高、测量范围广、构造简单等优点。热电偶的测温原理基于热电效应,通过两种不同金属的闭合回路产生电动势来测量温度。热电偶的种类和结构形式多样,使用时需注意型号选择、极性连接以及冷端温度补偿。

热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
热电偶的种类及结构形成

(1)热电偶的种类:常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
(2)热电偶的结构形式  为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

5.热电阻的应用:热电阻是中低温区最常用的温度检测器,以其测量精度高和性能稳定而著称。热电阻测温基于金属导体电阻值随温度增加的特性。结构形式包括铠装热电阻、端面热电阻和隔爆型热电阻等,适用于不同的工业环境和测量要求。

热电阻测温原理及材料:热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

热电阻的结构

(1)精通型热电阻 从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。
(2)铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2~φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比。
(3)端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面,它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
热电阻测温系统的组成:热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面,它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影。

6.温度检测仪表的正确选用原则 温度检测仪表的选用应根据工艺要求,正确选择仪表的量程和精度。为保证测量精度和响应速度,正常使用温度范围一般为仪表量程的30%-90%。

现场直接测量的仪表可按工艺要求选用。玻璃液体温度计具有结构简单、使用方便、测量准确、价格便宜等优点,但强度差、容易损坏,通常用于指示精度较高,现场没有震动的场合,还可作温度报警和位式控制。双金属温度计具有体积小、使用方便、刻度清晰、机械强度高等优点,但测量误差较大,适用于指示清晰,有震动的场合,也可作报警和位式控制.压力式温度计有充气式、充液体式和充蒸气式三种,可以实现温度指示、记录、调节、远传和报警,刻度清晰,但毛细管的机械强度较差,测量误差较大,一般用于就地集中测量或要求记录的场合。热敏电阻温度计具有体积小、灵敏度高、惯性小、结实耐用等优点,但是热敏电阻的特性差异很大,可用于间断测量固体表面温度的场合.

远传接触式测温仪表有热电偶和热电阻两大类,应根据工艺条件和测温范围正确选择热电偶、热电阻的适当类型、惯性时间、工作压力、结构形式、连接方法、补偿导线、保护套管的插人深度等。若用于特殊测量场合,可以选用特殊热电偶和特殊热电阻。热电偶和热电阻具有测量梢度高、结构简单、使用方便等特点,可以进行远距离的指示、记录、报警和自动控制。

7. 结论 温度检测仪表的正确选择对工业生产过程至关重要。了解温度测量的基本概念、掌握热电偶和热电阻的原理和特点,以及遵循正确的选用原则,可以确保温度测量的准确性和可靠性。

参考文献

马永洁,李栋. 工业化中的温度检测仪表自动化控制分析及应用策略[J]. 国家科技图书文献中心, 2013

杨永军. 温度测量技术现状和发展概述[J]. 工业, 2015

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