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常見溫度儀表工作原理及安裝注意事項

來源:上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司   2023年12月26日 10:08  

雙金屬溫度計的工作原理是利用二種不同溫度膨脹系數(shù)的金屬,為提高測溫靈敏度,通常將金屬片制成螺旋卷形狀,當(dāng)多層金屬片的溫度改變時,各層金屬膨脹或收縮量不等,使得螺旋卷卷起或松開。


由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由轉(zhuǎn)動的指針相連,因此,當(dāng)雙金屬片感受到溫度變化時,指針即可在一圓形分度標(biāo)尺上指示出溫度來。


這種儀表的測溫范圍一般在-80℃~+500℃間,允許誤差均為標(biāo)尺量程的1.5%左右。

普通雙金屬溫度計、耐震型雙金屬溫度計、電節(jié)點雙金屬溫度計。


按雙金屬溫度計指針盤與保護(hù)管的連接方向可以把雙金屬溫度計分成軸向型、徑向型、135°向型和萬向型四種。


①軸向型雙金屬溫度計:指針盤與保護(hù)管垂直連接。

②徑向型雙金屬溫度計:指針盤與保護(hù)管平行連接。

③135°向型雙金屬溫度計:指針盤與保護(hù)管成135°連接。

④萬向型雙金屬溫度計:指針盤與保護(hù)管連接角度可任意調(diào)整。


在選用雙金屬溫度計時要充分考慮實際應(yīng)用環(huán)境和要求,如表盤直徑、精度等級、安裝固定方式、被測介質(zhì)種類及環(huán)境危險性等。除此之外,還要重視性價比和維護(hù)工作量等因素。


此外,雙金屬溫度計在使用過程中應(yīng)注意以下幾點:


A、雙金屬溫度計保護(hù)管浸入被測介質(zhì)中長度必須大于感溫元件的長度,一般浸入長度大于100mm,0-50℃量程的浸入長度大于150mm,以保證測量的準(zhǔn)確性。


B、各類雙金屬溫度計不宜用于測量敞開容器內(nèi)介質(zhì)的溫度,帶電接點溫度計不宜在工作震動較大的場合的控制回路中使用。


C、雙金屬溫度計在保管、使用安裝及運輸中,應(yīng)避免碰撞保護(hù)管,切勿使保護(hù)管彎曲變型及將表當(dāng)扳手使用。


D、溫度計在正常使用的情況下應(yīng)予定期檢驗。一般以每隔六個月為宜。電接點溫度計不允許在強(qiáng)烈震動下工作,以免影響接點的可靠性。


E、儀表經(jīng)常工作的溫度最好能在刻度范圍的1/3~2/3處。

壓力式溫度計的原理是基于密閉測溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的變化關(guān)系,而進(jìn)行溫度測量的。當(dāng)溫包感受到溫度變化時,密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應(yīng)的壓力,引起彈性元件曲率的變化,使其自由端產(chǎn)生位移,再由齒輪放大機(jī)構(gòu)把位移變?yōu)橹甘局怠?/span>

壓力式溫度計由敏感元件溫包,傳壓毛細(xì)管和彈簧管壓力表組成。


  • 若給系統(tǒng)充以氣體,如氮氣,稱為充氣式壓力式溫度計,測溫上限可達(dá)500℃,壓力與溫度的關(guān)系接近于線性,但是溫包體積大,熱慣性大。

  • 若充以液體,如二甲苯、甲醇等,溫包小些,測溫范圍分別為-40℃~200℃和-40℃~170℃,

  • 若充以低沸點的液體,其飽和汽壓應(yīng)隨被測溫度而變,如丙酮,用于50℃~200℃。但由于飽和汽壓和飽和汽溫呈非線性關(guān)系,故溫度計刻度是不均勻的。

  • 特點:

必須將溫包全部浸入被測介質(zhì);毛細(xì)管最長不超過60m;儀表精度低,但使用簡便,而且抗震動。


熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度或者與溫度有關(guān)的參數(shù)。


絕大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度而變化,溫度越高電阻越大,即具有正的電阻溫度系數(shù)。而大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù),即溫度越高電阻越小。

1、在測溫范圍內(nèi)化學(xué)和物理性能穩(wěn)定;

2、復(fù)現(xiàn)性好;

3、電阻溫度系數(shù)大,以得到高靈敏度;

4、電阻率大,可以得到小體積元件;

5、電阻溫度特性盡可能接近線性;

6、價格低廉。


常用熱電阻原件:


常用的熱電阻元件有:鉑熱電阻、銅熱電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻。


  • 鉑熱電阻采用高純度鉑絲繞制而成,具有測溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化等優(yōu)點,因此在基準(zhǔn)、實驗室和工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。但其在高溫下容易被還原性氣氛所污染,使鉑絲變脆,改變其電阻溫度特性,所以需用套管保護(hù)方可使用。鉑絲純度是決定溫度計精度的關(guān)鍵。鉑絲純度越高其穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測溫精度也越高。

  • 銅熱電阻的電阻值與溫度近于呈線性關(guān)系,電阻溫度系數(shù)也較大,且價格便宜,所以在一些測量精度要求不是很高的情況下,就常采用銅熱電阻。但其在高于100℃的氣氛中易被氧化,故多用于測量-50~150℃溫度范圍。

  • 半導(dǎo)體熱敏電阻優(yōu)點:負(fù)電阻溫度系數(shù)大,因此靈敏度高。電阻率大,可作成體積小而電阻值大的電阻元件,這就使之具有熱慣性小和可測量點溫度或動態(tài)溫度。缺點:同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大,非線性嚴(yán)重,元件性能不穩(wěn)定,因此互換性差、精度較低。

熱電阻連接方式:


  • 二線制:在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制,這種引線方法很簡單,但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻R,R大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān),因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合

  • 三線制:在熱電阻的根部的一端連接一根引線,另一端連接兩根引線的方式稱為三線制,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的消除引線電阻的影響,是工業(yè)過程控制中的常用的。

  • 四線制:在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可消除引線的電阻影響,主要用于高精度的溫度檢測。

對熱電阻的安裝,應(yīng)注意有利于測溫準(zhǔn)確,安全可靠及維修方便,而且不影響設(shè)備運行和生產(chǎn)操作。在選擇對熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點:


1、為了使熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電阻。


2、帶有保護(hù)套管的熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度:


1)對于測量管道中心流體溫度的熱電阻,一般都應(yīng)將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝)。如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米;


2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護(hù)套對流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電阻。淺插式的熱電阻保護(hù)套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm;熱套式熱電阻的標(biāo)準(zhǔn)插入深度為100mm。


3)假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電阻插入深度1m即可。


4)當(dāng)測量原件插入深度超過1m時,應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支支撐架和保護(hù)套管。


兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)接合點的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。


  • 首先熱電偶和熱電阻的安裝應(yīng)盡可能保持垂直,以防止保護(hù)套管在高溫下產(chǎn)生變形,但在有流速的情況下,則必須迎著被測介質(zhì)的流向插入,以保證測溫元件與流體的充分接觸以保證其測量精度。

  • 另外熱電偶和熱電阻應(yīng)盡量安裝在有保護(hù)層的管道內(nèi),以防止熱量散失。其次當(dāng)熱電偶和熱電阻傳感器安裝在負(fù)壓管道中時,必須保證測量處具有良好的密封性,以防止外界冷空氣進(jìn)入,使讀數(shù)偏低。

  • 當(dāng)熱電偶和熱電阻傳感器安裝在戶外時,熱電偶和熱電阻傳感器的接線盒面蓋應(yīng)向上,入線口應(yīng)向下,以避免雨水或灰塵進(jìn)入接線盒,而損壞熱電偶和熱電阻接線盒內(nèi)的接線影響其測量精度。

  • 應(yīng)經(jīng)常檢查熱電偶和熱電阻溫度計各處的接線情況,特別是熱電偶溫度計由于其補(bǔ)償導(dǎo)線的材料硬度較高,非常容易從接線柱脫離造成斷路故障,因此要接線良好不要過多碰動溫度計的接線并經(jīng)常檢查,以獲得正確的測量溫度。

  • 熱電偶安裝時應(yīng)放置在盡可能靠近所要測的溫度控制點。為防止熱量沿?zé)犭娕紓髯呋蚍乐贡Wo(hù)管影響被測溫度,熱電偶應(yīng)浸入所測流體之中,深度至少為直徑的10倍。當(dāng)測量固體溫度時,熱電偶應(yīng)當(dāng)頂著該材料或與該材料緊密接觸。為了使導(dǎo)熱誤差減至最小,應(yīng)減小接點附近的溫度梯度。

  • 當(dāng)用熱電偶測量管道中的氣體溫度時,如果管壁溫度明顯地較高或較低,則熱電偶將對之輻射或吸收熱量,從而顯著改變被測溫度。這時,可以用一輻射屏蔽罩來使其溫度接近氣體溫度,采用所謂的屏罩式熱電偶。

  • 選擇測溫點時應(yīng)具有代表性,例如測量管道中流體溫度時,熱電偶的測量端應(yīng)處于管道中流速最大處。一般來說,熱電偶的保護(hù)套管末端應(yīng)越過流速中心線?!?/span>

  • 玻璃液體溫度計采用熱脹冷縮效應(yīng)的測溫原理:當(dāng)溫度變化時,玻璃球中的液體體積會發(fā)生膨脹或收縮,使進(jìn)入毛細(xì)管中的液柱高度發(fā)生變化,從刻度上可指示出溫度的變化。


  • 溫度表的刻度分辨力高低與溫度表的靈敏度有關(guān),靈敏度大,則溫度表的刻度分辨力高。要提高溫度表的靈敏度,可增大測溫液的體積或減小毛細(xì)管的直徑。但增大測溫液的體積,不易于與被測物質(zhì)取得熱平衡,造成較大的滯后誤差,且容易使球部產(chǎn)生變形;而減小毛細(xì)管直徑則會使毛細(xì)管不易加工均勻,造成液柱上升不均勻,影響測量準(zhǔn)確性。因此,應(yīng)取適當(dāng)?shù)撵`敏度。


  • 另外,溫度表的靈敏度還與測溫液和玻璃的熱膨脹系數(shù)之差有關(guān),且成正比。一般均選取熱膨脹系數(shù)較大的液體作為測溫液,而玻璃的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能的小。常用的測溫液有水銀和酒精。

主要產(chǎn)生誤差的原因:


(1)零點永遠(yuǎn)位移

(2)球部暫時變形

(3)壓力變化

(4)刻度不準(zhǔn)確

(5)讀數(shù)方法不正確

(6)熱滯效應(yīng)

(7)酒精溫度表產(chǎn)生誤差的特殊原因

(8)最高溫度表產(chǎn)生誤差的特殊原因


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