温度检测仪表的应用与作用
一、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。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68(Rev-75)。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。1990年国际温标(ITS-90)简介如下。1.温度单位热力学温度(符号为T)是基本功手物理量，它的单位为开尔文(符号为K)，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中，使用了与273.15
K(冰点)的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)2.国际温标ITS-90的通则ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。3.ITS-90的定义第一温区为0.65K到5.00K之间,T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661 K)之间T90是用氦气体温度计来定义.第二温区为平衡氢三相点(13.8033 K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光
学高温计.二、温度测量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。三、热电偶热电偶是工
业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与
被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-
50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，
最高可达+2800℃(如钨-铼)。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不
同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。1.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，如图2-1-1所示。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。2.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。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准
化热电偶为我国统一设计型热电偶。(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。3.
热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到
仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的
冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影
响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时
对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，
补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。四、热电阻热电阻是中低温
区最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。其中铂
热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准
的基准仪。1.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。2.热电阻的结构(1)精通型热电阻工业常用热电阻感温元件(电阻体)的结构及特点见表2-1-11。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同般采用三线制或四线制，
有关具体内容参见本篇第三章第一节.(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，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。(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，其结构如图2-1-8所示。
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。(4)隔爆型热电阻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响而发生的
爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla~B3c
级区内具有爆炸危险场所的温度测量。3.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。必须注意以下两点：①热电阻
和显示仪表的分度号必须一致②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用
三线制接法。具体内容参见本篇第三章。(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，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、
耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。(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，其结构如图2-1-8
所示。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。(4)隔爆型热电阻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电阻体
的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。各类变送器的选用传感器和变
送器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。与传感器不同，
变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外，一般还具有一定的放大作用。
本文简单地介绍了各类变送器的特点，以供使用者选用。一、一体化温度变送
器一体化温度变送器一般由测温探头(热电偶或热电阻传感器)和两线制固体电
子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一
体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。热电
阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电
阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系
的4~20mA的恒流信号。热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它
是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温
度的非线性误差，最后放大转换为4~20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电
偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值(28mA)以使仪表切断电源。一体化
温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、
显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度变送器的输出为统一的4~20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。二、压力变送器压力
变送器也称差变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和
过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电
压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过
程调节。压力变送器的测量原理图如图3所示。其测量原理是：流程压力和参
考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形(位移很小，仅μm级)，以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱
动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。
放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最
后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。压力变送器根据测压
范围可分成一般压力变送器(0.001MPa~20MP3)和微差压变送器(0~30kPa)两种。三、液位变送器1、浮球式液位变送器浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。一般磁性浮球的比重小于
0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元
转换成4~20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最
大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。2、浮
简式液位变送器浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德
浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量
液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定
操作。3、静压或液位变送器该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补
偿电路补偿，最后以4~20mA或0~10mA电流方式输出。四、电容式物位变送器
电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主
要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和
指示。电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制
4~20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信
号形成为1~5V、0~5V、0~10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小
于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电
路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽
调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。五、超声波变送器超声波变送器分为一般超声波变送器(无表头)和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头(如LCD显示器)和探头两部分组成，这种直接输出4~20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件(探头)和电子电路组装在一起，从而使体积
更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位的测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。六、锑电极酸度变送器锑电极酸度变送
器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑
电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该
电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的
适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就
可用能斯特公式计算出来。锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一
电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流
电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基
准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，最后输出与PH值相对应的4~20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。七、酸、碱、盐浓度变送器酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值
来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生
产过程。酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的
浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸
碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成
线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子
模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。八、
电导变送器它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表(一体化变送器)，可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧
姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别
于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导(电阻的倒数)或电导率(电阻率的倒数)来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，
则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度
变送器相同。九、智能变送器智能式变送器是由传感器和微处理器(微机)相结
构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行
处理，包括对测量信号的调理(如滤波、放大、A/D转换等)、数据显示、自动
校正和自动补偿等。微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据
进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采
集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传
统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在
很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：具有
自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。
可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作
出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和控制。可进行信息
存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等。具有数字量
接口输出功能，可将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。回转
窑(DCS)控制系统(方案实例简稿)我公司从事水泥、石化、冶金自动控制系统设计制造和优质服务多年，雄厚的实力、先进的技术、丰富的经验使我们的产品
深受广大用户的信赖。拥有先进的工控网络技术及经验,如：以太网、CONTROLNET AND DEVICENET、DH+、RIOETHERNET及远程I/O。我公司目前与AMERICA HONEYWELL(PLANTSCAPE SCADA)DCS在中国大陆的特约系统集成商深圳
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立窑水泥生产的微机配料、自动控制，全生产工艺动态模拟显示和集中操作、
数据采集管理等方面，积累了多家丰富的经验，并得到多次奖励，具备做好水
泥厂计算机测控系统的的能力，同时，我们还具备对厂家24小时内优质服务，设备系统终身维修，人员技术培训，维修备件厂价供应的能力和措施。设计方
案实例见下页(一部分)：一、设计方案：1.1设计内容：日产4000吨生产线的
自动化仪表控制系统。1.2设计标准采用国标GB2625-81和GB 6988.1-7-86。1.3控制方案：1.3.1根据用户对控制水平的要求、本厂的实际情况，结合多年来我们在这方面积累的经验和其他老客户反馈的实际应用情况，经我公司技术
人员精心设计并邀请有关专家进行了方案论证，决定采用由西门子S7-400组成的PLC型控制系统，实现集散型控制方案。本方案的特点是：集中操作分散控制，可靠性高，便于操作，便于维护，有利于提高产品的质量和产量。1.3.2
本方案实现功能：中控室操作站的屏幕上可显示整个生产线的运行情况，并可
将局部放大进行显示，可接模拟屏或投影仪。1.3.2.1显示工艺流程、动态参
数和设备的运行状态，并对超限情况发出报警。可按设定时间自动循环显示。
当有两个以上不同部位同时出现报警则屏幕自动切换到报警总画面。1.3.2.2
热工参数实时趋势画面，显示当前一段时间内的动态参数趋势，并可按时间将
所有变化曲线自动保存，(可随时查看或打印)一个月之内的(某段时间)热工参
数实时趋势曲线供分析研究。1.3.2.3模拟仪表显示，将主要参数以模拟常规
仪表的形式集成在一幅画面上，便于观察和操作。1.3.2.4报警总画面，将所
有报警点都集中到一屏进行显示，这样便于分析问题所在，以便排除故障所在。
1.3.
2.5报警历史记录，自动记录重要参数的报警时间及当时的设备工作状态，该记录只有专职管理人员才能删除。这样便于管理及对操作人员的考核。
1.3.
2.6自动记录设备起停及(计算)正常运转率，可考核某一段时间或全年设
备运转情况。1.3.2.7可根据用户要求自动形成各种类型的生产报表。操作人
员可以在屏幕上，通过鼠标或键盘对设备的启、停进行操作、有关参数的修改。
1.3.3中央控制室工程师站：该站主要用于对控制系统进行组态、编程、调试
和维护，可在线修改程序而不影响整个系统运行。1.3.4电器室现场控制站全
厂生产过程的热工参数实现自动检测与控制，电器设备的启停实现自动控制。
现场控制站完成对现场的各种模拟量信号(温度、电流、料位、转速等)、各种
开关量信号(电机开、停，上、下料位等)的采集和控制，并在现场控制站内完
成信号处理、控制算法、顺序控制和故障诊断等等。将采集到的参数经处理后
通过通信电缆传递给中控室操作站主机。1.4设备及仪表选型1.4.1中央控制
室主计算机计算机选用台湾研华产工业控制PC机(P4/1.5G)，因为工控机的防尘、抗干扰、防震等特性，是普通商用计算机所无法比拟的。考虑旋窑的窑头、窑尾的热工参数较多，为了在显示器上显示直观，因此监视器选Philips
201B(分辨率1280x1024)。1.4.2 PLC型分散控制系统选用德国西门子公司的SIMATIC S7-400 PLC，以及相关的模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块。
1.4.3一次仪表选型见设备名细表(附件4-4-1)1.4.4机柜选用标准柜，共三个(PLC柜、中继柜、隔离柜)。1.5电缆(二次配线用)选型、敷设方式：仪表模拟量信号导线选用屏蔽控制电缆(主要考虑到现场干扰问题)，型号为：KVVP；开
关量信号和交流仪表电源线选用控制电缆，型号为：KVV；热电偶至温度变送器之间采用补偿导线。电缆敷设采用穿管和桥架；在桥架敷设时分层敷设，第一层为通讯电缆，第二层为仪表模拟量信号线路，第三层为交流仪表电源线路和380VAC以下的开关量信号电缆，第四层往下为电气的电力电缆，桥架层间距为250~300mm。1.6供电方式：由低压配电柜送一路给中继柜，然后从中继柜分出一路电源给隔离柜，计算机的供电采用在线式不间断电源作控制系统的后备电源。二、售后服务承诺：2.1、对我方提供的设备实行包修一年，终身保修(计算机、PLC、仪表柜三年之内免费维修)。2.2、为用户培训操作和维护人员。2.3、安装、调试。2.4、易损件(以及低值易耗品)，保障常年随时供应。2.5、24小时服务热线，接到维修电话保证12小时(夜间14小时)之内专业技术人员赶到现场。2.6、每年不少于2次主动(免费)到现场服务，帮助用户进行对设备进行常规性的检修、保养等。
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5温度测量仪表
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。 测温仪 接触非接触式 膨胀压力表热电阻热电偶Pt10、B 、S 、K 、液体膨胀固体膨胀水银温度计 双金属温度光学高温辐射高温比色高温
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R100/R0来表示；R100是铂在标准大气压下， 水的沸点时阻值；R0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=R0〔1+∝0(t-t0)〕； R0—温度为t0时的电阻值；∝0—温度为t0时的电阻温度系数。 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)
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
温度测量仪表检修规程 1.围 本规程给出了温度测量系统一次、二次测量设备及氧化锆测量系统的检修工艺、检修方法，使用于华润热电生产现场的温度测量元件、仪表和回路的现场维护、检修。 2. 热电偶的检修 2.1 检修项目 2.1.l 清扫接线端子盒，及套管外部灰尘、锈垢。 2.1.2 检查绝缘、电极和接线情况。 2.1.3 热偶工作端清理、检查、焊接。 2.1.4 热电偶的校验。 2.1.5 保护套管检查。 2.2 技术要求和质量标准 2.2.1 热偶套管、端子盒部和外部不得有灰垢，接线端子螺丝密封圈齐全完好、紧固。 2.2.2 在环境温度为(5～35)℃，相对湿度不大于85％时，非接壳式热电偶的热偶丝对套管的绝缘电阻不小于5M--(250V摇表)。 2.2.3 新制作的热电偶电极直径均匀、平直、无裂纹、瓷套管孔光滑。工作端绞接成麻花状，其长度为电极直径的4～5倍，焊接牢固，表面光滑，无气孔、无夹灰，呈球状。 2.2.4 使用中的热偶工作端应无裂纹、脱层、腐蚀、磨损现象。套管无磨损。 2.2.5 热偶元件的正、负极应有明显标志，并有元件安装位置标牌。 2.2.6 热偶示值检定点一般按表1规定，也可按需要确定检定点，其检定周期随主设备大修进行， 2.2.7 每两次设备大修检查一次保护套管，并进行金相分析。 2.2.8 常用的热电偶的检定误差，应符合表2规定。
2.3 热电偶的焊接和处理方法 2.3.1 参考表3规定鉴别热电偶的损坏程度。 表3 热电偶的损坏程度 2.3.2 普通金属热电偶有轻度损坏时，如果长度允许，可将工作端与自由端对调重新焊接。中度以上损坏应更新：贵金属热电偶有轻度和中度损坏时，应进行清洗退火处理，损坏较严重时应报废。处理过的热电偶必须经过校验，合格后才能使用。 2.3.3 清洗和退火的方法是，首先去掉热电偶上的绝缘瓷管，用(30—50)％的硝酸水溶液，将热电偶洗涤1小时，再用蒸溜水冲洗。然后将热电偶的两根电极分开约30悬空接入电路，调整凋压器使加热电流为10．5 A—11．5A(热电偶直径为0．5mm)。用光学高温计测量热电偶温度，当温度达到1100℃～1150℃时，即用化学纯硼砂块接触热电偶的两个上端。使硼砂溶化成滴、顺热电偶下流，进行多次清洗直至电极表面发白并呈现出金属光泽为止。然后将热电偶放入蒸溜水中煮沸数次，使电极上的硼砂彻底洗净为止。最后将热电偶接入电路，通以10．5～A 11．5A电流，进行1小时退火。 2.3.4 热电偶的焊接。 2.3.4.1 用交流或直流220V或llOV的电流通过石墨电极产生弧光进行焊接。焊接前，先把应焊的一端对齐，并撒上硼砂作保护，置于电弧光中熔化，时间约(4—5)秒。待焊接点成球状后迅速取出，然后用热水洗净电极上的残渣。用此法焊接铂铑一铂时，为避免热电偶中渗进碳，不允许热电偶和石墨电极直接接触。只能在弧光中焊接(以直流电弧焊接较适宜)。 2.3.4.2 气焊。气焊就是一般的乙炔焰等火焰焊接，各种热电偶均可采用。焊时把焊接的热电偶顶端并齐或绞成麻花状，撒上硼砂后用乙炔焰焊接。焊接时必须用焰心加热，这样焊接才能焊的光滑。焊成的热电偶应放在热水中洗干净。 2.3.4.3盐水焊接。这种焊接方法适用于贵金属热电偶的焊接，焊接装置示意如图1所示。焊接前将热电偶的一端并齐或绞成麻花状(长度一般15mm)，用带绝缘把手的夹持器夹住热电偶电极，接通电源后，
温度测量仪表的分类 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比较简单、可靠，测量精度较高；但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。 按工作原理分为膨胀式、电阻式、热电式，辐射式。 玻璃管温度计是根据液体热膨胀原理测温，双金属温度计是根据固体热膨胀原理测温，热电阻根据热阻效应原理测温，热电偶根据热电效应原理测温，辐射高温计根据热辐射原理测温。 一、热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高、热惯性小。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。 ④输出信号为电信号，便于远传。 1．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 S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 工业用热电偶的测温范围见下表： 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃，B偶不用补偿导线，用普通的屏蔽线。
温度检测仪表的应用与作用 一、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。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68(Rev-75)。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。1990年国际温标(ITS-90)简介如下。1.温度单位热力学温度(符号为T)是基本功手物理量，它的单位为开尔文(符号为K)，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中，使用了与273.15 K(冰点)的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)2.国际温标ITS-90的通则ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。3.ITS-90的定义第一温区为0.65K到5.00K之间,T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661 K)之间T90是用氦气体温度计来定义.第二温区为平衡氢三相点(13.8033 K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光
温度测量仪表标准作业指导书 一、目的 细化和量化温度测量仪表设备的安装、故障排除和校验维护，使温度测量设备正确稳定运行。 二、范围 热电偶、热电阻、双金属温度计等温度测量仪表的安装，维护和故障排除作业 三、作业流程图 四、标准作业指导 第一部分:温度测量仪表安装----以热电偶安装为例 1、作业准备 、作业材料 、热电偶测温原理及结构 1)热电偶测温原理 热电偶测温原理是基于赛贝尔效应，即两种不同成分的导体两端相连构成回路，若两连接端温度不同，则在回路内产生热电流，形成热电势。这个回路产生 的热电势由接触电势和温差电势组成。由于导体材料一定，热电偶产生的热电势 实际上是热电偶两端温度的函数，而且只与温度有关。 2)热电偶的结构 常用的热电偶是由热电极（热偶丝）、绝缘材料（绝缘管）和保护套管等部分构成的。 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶有国家标准的热电势与温度、容许的误差、标准分度表等。我国从1988年1月1日起，热 电偶全部按IEC国标生产，并指定S、R、B、K、E、J、T7种标准化热电偶为我国 统一设计型热电偶。非标准型热电偶则一般用于特殊场合，国家并没有统一制定 严格的标准。
、热电偶的选型 具体选型流程为：型号的选择—分度号的选择—防爆等级的选—精度等级的选择—安装固定形式的选择—保护管材质的选择—长度或插入深度的选择。 在选择热电偶的时候，要根据所要求的使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合因素进行参考。 1）选择测量精度和温度测量范围。 使用温度在1300℃~1800℃，要求精度比较高时，一般选用B型热电偶； 要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电 偶；使用温度在1000℃~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电 偶；在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶，低于400℃一般用E型 热电偶；250℃以下及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而 且精度高。 2）使用环境气氛的选择。 S型、B型、K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用，J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛，J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛，若使 用气密性比较好的保护管，对气氛的要求就不太严格。 3）选择耐久性及热响应性。 线径大的热电偶耐久性好，但响应较慢一些，对于热容量大的热电偶，响应就慢，测量梯度大的温度时，在温度控制的情况下，控温就差。要求响应时间快又要 求有一定的耐久性，选择铠装热电偶比较合适。 4）测量对象的性质和状态对热电偶的选择。 运动物体、振动物体、高压容器的测温要求机械强度高，有化学污染的气氛要求有保护管，有电气干扰的情况下要求绝缘比较高。 2、热电偶的安装 、介质温度的测量 测量介质温度的热电偶通常采用插入式安装方法，配保护套管和固定装置，保护套管直接与被测介质接触。 、基本安装形式 根据固定装置结构的不同，一般采用以下几种安装形式： 1)固定装置为固定螺纹的热电偶，可将其固定在有内螺纹的插座内，它们之间的垫 片作密封用。 2)固定装置采用活动紧固装置，如无固定装置的热电偶（需另外加工一套活动紧固 装置），其安装形式如图2所示。热电偶安装前缠绕石棉绳，由紧固座和紧固螺
常用温度测量仪表分类文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
温度测量仪表的分类 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比较简单、可靠，测量精度较高；但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。 按工作原理分为膨胀式、电阻式、热电式，辐射式。 玻璃管温度计是根据液体热膨胀原理测温，双金属温度计是根据固体热膨胀原理测温，热电阻根据热阻效应原理测温，热电偶根据热电效应原理测温，辐射高温计根据热辐射原理测温。 一、热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高、热惯性小。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。 ④输出信号为电信号，便于远传。 1．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S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 工业用热电偶的测温范围见下表： 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃，B偶不用补偿导线，用普通的屏蔽线。 2、热电偶的结构 一般由热电极、绝缘套管、保护管、接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的固定形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接无固定装置等多种形式。 热电极：一般金属Φ~，昂贵金属Φ~，长度与被测物质有关，一般为 300~2000mm，通常在350mm左右； 绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温下要5MΩ左右； 保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀和机械损伤； 接线盒：固定接线座，连接补偿导线。 3、非标准型热电偶 ①铠装热电偶 铠装热电偶将热电偶丝用无机物绝缘及金属套管封装，压实成可挠的坚实组合体，惯性小，挠性、机械强度及耐压性能好，结构坚实可耐强烈的振动和冲击，可用于快速测温或热熔量很小的物体的测温部位，还可用于高压设备测温。 ②钨铼系热电偶
温度测量仪表标准作业指导书
一、目的 细化和量化温度测量仪表设备的安装、故障排除和校验维护，使温度测量设备正确稳定运行。 二、范围 热电偶、热电阻、双金属温度计等温度测量仪表的安装，维护和故障排除作业 三、作业流程图 四、标准作业指导 第一部分:温度测量仪表安装----以热电偶安装为例 1、作业准备 1.1、作业材料
1.2、热电偶测温原理及结构 1)热电偶测温原理 热电偶测温原理是基于赛贝尔效应，即两种不同成分的导体两端相连构成回路，若两连接端温度不同，则在回路内产生热电流，形成热电势。这个回路 产生的热电势由接触电势和温差电势组成。由于导体材料一定，热电偶产生的热 电势实际上是热电偶两端温度的函数，而且只与温度有关。 2)热电偶的结构 常用的热电偶是由热电极（热偶丝）、绝缘材料（绝缘管）和保护套管等部分构成的。 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶有国家标准的热电势与温度、容许的误差、标准分度表等。我国从1988年1月1日起， 热电偶全部按IEC国标生产，并指定S、 R、 B、K、 E、 J、 T 7种标准化热 电偶为我国统一设计型热电偶。非标准型热电偶则一般用于特殊场合，国家并 没有统一制定严格的标准。 1.3、热电偶的选型 具体选型流程为：型号的选择—分度号的选择—防爆等级的选—精度等级的选择—安装固定形式的选择—保护管材质的选择—长度或插入深度的选择。 在选择热电偶的时候，要根据所要求的使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合因素进行参考。 1）选择测量精度和温度测量范围。 使用温度在1300℃~1800℃，要求精度比较高时，一般选用B型热电偶； 要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电偶； 使用温度在1000℃~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N 型热电偶；在 1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶，低于400℃一般用E型热电偶； 250℃以下及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。 2）使用环境气氛的选择。
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。 温度仪表通常分接触式测量仪表与非接触式测量仪表，接触式测量仪表通常为：热电偶、热电阻、双金属温度计、就地温度显示仪等。非接触式测量仪表通常为温度记录仪、温度巡检仪、温度显示仪、温度调节仪、温度变送器等。
3.温度测量仪表的具体介绍 3.1温度测量仪表的构成 一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中，这两部分是连成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分，中间用导线联接，如热电偶或热电阻是检测部分，而与之相配的指示和记录仪表是显示部分。 3.2温度测量仪表的分类 按测量方式，温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类。按接触式温度测量仪表一般有热电偶、热电阻、双金属温度计等，非接触式一般有远红外测温仪等。具体分类如下： 测量时，其检测部分直接与被测介质相接触的为接触式温度测量仪表；非接触温度测量仪表在测量时，温度测量仪表的检测部分不必与被测介质直接接触，因此可测运动物体的温度。例如常用的光学高温计、辐射温度计和比色温度计，都是利用物体发射的热辐射能随温度变化的原理制成的辐射式温度计。 按其工作原理可以分下列几种类型。 (1)直读式物位仪表这类仪表主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。它们是利用连通器的原理工作的。 (2)差压式物位仪表这类仪表又可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。它们是利 用液柱或物位堆积对某定点产生压力的原理而工作的。 (3)浮力式物位仪表这类仪表又可分为浮子带钢丝绳或钢带的、浮球带杠杆的和沉筒 式的几种。它们是利用浮子的高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子(或沉筒)的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。 (4)电磁式物位仪表这类仪表可分为电阻式(即电极式)、电容式和电感式等几种。它们是把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出测温仪表 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
课程设计报告 课程：智能测量仪表 题目：智能测量仪表 学生姓名：XXXXXX 专业年级：2009 自动化 指导教师：XXXXXX XXXX 信息与计算科学系
2013年3月25日 智能测量仪表 本次课程设计中智能温度测量仪表所采用的温度传感器为LM35DZ。其输出电压与摄氏温度成线性比例关系，无需外部校准，在0℃～100℃温度范围内精度为0.4℃~±0.75℃。，输出电压与摄氏温度对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃，重复性好，输出阻抗低，电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。是一种得到广泛使用的温度传感器。 本次课程设计的主要目的在于让学生把所学到的单片机原理、电子线路设计、传感器技术与原理、过程控制、智能仪器仪表、总线技术、面向对象的程序设计等相关专业课程的内容系统的总结，并能有效的使用到项目研发中来，做到学以致用。课程设计的内容主要分为三个部分，即使用所学编程语言（C或者汇编）完成单片机方面的程序编写、使用VB或VC语言完成PC机人机界面设计（也可以用C+API实现）、按照课程设计规范完成课程设计报告。
目录 1．课程设计任务和要求 (3)
1．1 设计任务 (3) 2．2 设计要求 (3) 2．系统硬件设计 (3) 2．1 STC12C5A60S2单片机A/D转换简介…………………………………………… 3 2．2 LM35DZ简介 (7) 2．3 硬件原理图设计 (7) 3．系统软件设计 (10) 3．1 设计任务 (10) 3．2 程序代码 (10) 3．3 系统软件设计调试 (17) 4．系统上位机设计 (18) 4．1 设计任务 (18) 4．2 程序代码 (18) 4．3 系统上位机软件设计调试 (21) 5．系统调试与改善 (22) 5．1 系统调试 (22) 5．2 系统改善 (22) 6．系统设计时常见问题举例与解决办法 (24) 7．总结 (25)
温度测量方法 2011-04-17 18:47 温度测量方法 我们大家都知道温度是表征物体冷热程度的物理量。而测量温度的标尺是温度计，其按照测量方式可以分为接触式和非接触式两种。 通常来说的接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高，但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，所以其需要一定的时间才能达到热平衡，所以，存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温度测量。非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，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；但受到物体发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。 下面就简单介绍几种温度计： 1、气体温度计：利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢或氮气（多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广），它们的性质可外推到理想气体。这种温度计有两种类型：定容气体温度计和定压气体温度计。定容气体温度计是气体的体积保持不变，压强随温度改变。定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。 2、电阻温度计：根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。 3、温差电偶温度计：利用温差电偶来测量温度的温度计。将两种不同金属导体的两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计。若在温差电偶的回路里再接入一种或几种不同金属的导线，所接入的导线与接触点的温度都是均匀的，对原电动势并无影响，通过测量温差电动势来求被测的温度，这样就构成了温差电偶温度计。这种温度计测温范围很大。例如，铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间；铁和康铜则被使用在200～1000℃之间；由铂和铂铑合金（铑10%）构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上；铱和铱铑（铑50%）可用在2300℃；若用钨和钼（钼25%）则可高达2600℃ 4、高温温度计：是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计，有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。高温温度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。 5、指针式温度计：是形如仪表盘的温度计，也称寒暑表，用来测室温，是用金属的热胀冷缩原理制成的。它是以双金属片做为感温元件，用来控制指针。双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起，且铜片在左，铁片在右。由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多，因此当温度升高时，铜片牵拉铁片向右弯曲，指针在双金属片的带动下就向右偏转（指向高温）；反之，温度变低，指针在双金属片的带动下就向左偏转（指向低温）。
常用温度测量仪表分类文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
温度测量仪表的分类 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比较简单、可靠，测量精度较高；但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。 按工作原理分为膨胀式、电阻式、热电式，辐射式。 玻璃管温度计是根据液体热膨胀原理测温，双金属温度计是根据固体热膨胀原理测温，热电阻根据热阻效应原理测温，热电偶根据热电效应原理测温，辐射高温计根据热辐射原理测温。 一、热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高、热惯性小。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。 ④输出信号为电信号，便于远传。 1．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S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 工业用热电偶的测温范围见下表： 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃，B偶不用补偿导线，用普通的屏蔽线。 2、热电偶的结构 一般由热电极、绝缘套管、保护管、接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的固定形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接无固定装置等多种形式。 热电极：一般金属Φ~，昂贵金属Φ~，长度与被测物质有关，一般为 300~2000mm，通常在350mm左右； 绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温下要5MΩ左右； 保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀和机械损伤； 接线盒：固定接线座，连接补偿导线。 3、非标准型热电偶 ①铠装热电偶 铠装热电偶将热电偶丝用无机物绝缘及金属套管封装，压实成可挠的坚实组合体，惯性小，挠性、机械强度及耐压性能好，结构坚实可耐强烈的振动和冲击，可用于快速测温或热熔量很小的物体的测温部位，还可用于高压设备测温。 ②钨铼系热电偶
目录 第1章绪论 (1) 1.1 选题目的 (1) 1.2 设计要求 (1) 第2章电路结构及工作原理 (2) 2.1 电路方框图 (2) 2.1.1 电路图 (2) 2.1.2 系统流程 (3) 2.2芯片介绍 (5) 2.2.1 DS18B20 (5) 2.2.1.1 DS18B20的工作原理 (5) 2.2.1.2 DS18B20的使用方法 (6) 2.2.2 AT89C51 (8) 2.2.2.1 AT89C51简介 (8) 第3章整机工作原理 (10) 第4章系统调试与分析 (12) 4.1 系统的调试 (12) 4.2系统的分析 (12) 结论 (13) 收获和体会 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16) 附录一元件清单 (17)
课程设计任务书 年月日
第1章绪论 1.1 选题目的 随着人们生活水平的不断提高,单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研等各个领域。单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本文利用单片机结合传感器技术开发设计，把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，设置上下报警温度，当温度不在设置范围内是，可以报警。同时51单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用一线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 1.2 设计要求 (1)设计题目和设计指标 测量温度范围为0-100℃。并通过数码管显示 (2)设计功能 利用DS18B20实现温度采集，并用数码管显示
温度测量仪表 1 温标及其换算 1．填空 1）温度是衡量（）的一个物理量。温度不能直接测量，只能通过其他物体（）的物理量来间接地进行测量。例如水银的体积（），故可用水银的（）来衡量温度。 2）温标是一个量度温度的（）。温度规定了温度的读数起点（零点）和测温基本单位。例如摄氏温标规定的读数起点是（），测量的基本单位为（）。 3）温标的种类很多，除摄氏温标外，还有（）、（）、（）等。 2．什么是国际实用温标？ 3．常用的温标有哪3种？它们之间有何关系？ 4．填空 1）摄氏100°C，相当于华氏（）°F。 2）绝对温度273.15K，相当于摄氏（）°C。 3）摄氏－182.962°C，相当于绝对温度（）K。 4）华氏98.6°F，相当于摄氏（）°C。 5．选择 1）气、液两相之间的平衡温度称（）。 2）固、液两相之间的平衡温度称（）。 3）固、液、气三相之间的平衡温度称（）。 4）冰和空气饱和水的平衡温度称（）。 （熔点，凝固点，融点，沸点，三相点，冰点） 6．填空 1）绝对零度是（）°C。 2）水的三相点是（）K或（）°C。 3）水的冰点是（）K或（）°C。 4）水的沸点是（）K或（）°C。 2 热电偶 1．填空 1）在热电偶测温回路中，只要显示仪表和连接导线两端温度相同，热电偶总电势值不会因它们的接入而改变。这是根据（）定律而得出的结论。 2）热电偶产生热电势的条件是：（）；（）。 3）热电偶的热电特性由（）所决定。热电势的大小与（）及（）有关，与热偶丝的（）和（）无关。 2．判断 热电偶的热电势E(200°C，100°C)等于E(100°C，0°C)。
3．为了测量塔壁温度，是否可以把一对热电偶丝分别焊接在塔壁上进行测量（如图1所示）为什么？ 图 2 图1 4．求如图2所示的各回路的热电势; 5．在S 、K 、E3种热电偶中，100°C 时的热电势哪种最大？哪种最小？ 6．当补偿导线类型和极性混淆不明时如何判别？ 7．填空 1）铠装热电偶是把（ ）、（ ）和金属套管三者加工在一起的坚实缆状组合体。 2）按热电偶支数分，铠装热电偶有（ ）和（ ）两种。 3）铠装热电偶可以做得很细，国产铠装热电偶最细的为（ ）。 4）最短的铠装热电偶为50mm ，最长的为（ ）。 8．铠装热电偶有何优点？ 9．什么是吹气热电偶？使用中应注意哪些问题/ 0．用热电偶测量多点的平均温度，应如何连接，各热电偶的冷点应如何设置，请用图示并 图3 1加以说明。
温度测量仪表
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第4章温度测量仪表 4.1 热电偶 热电偶作为电子电位差计的变送器,其热端置于被测量温度处,将被测点温度情况以热电势形式传给仪表测量电桥的两端。热电偶所产生电势的大小,取决于冷端与热端的温度差。 4.１.1 热电偶的结构要求 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。 4.１．２热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料，降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度ｔ0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过1０0℃。 ４.２热电阻 热电阻是中低温区最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。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。 4.2.1 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。 4.2.２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。必须注意以下两点： ①热电阻和显示仪表的分度号必须一致 ②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。 4.2.3 维修注意事项 在处理热电阻感温元件时应注意的问题 1)热电阻感温元件抽出保护管后,应将保护管内的锈蚀或油污清除掉； 2)检修时，对于铂电阻不应用手直接接触铂丝，也不应将铂丝拆下,对于铜电阻不应将漆包线从骨架上拆下。 3)调整温度为0℃时的电阻值R0时，R0值的增减应在其尾端进行。如R０值过小,对铜电阻可用焊接同样线径的漆包线来增大,对铂电阻可用镊钳轻微拉长来增大。 4）将感温元件装入保护管时,如发现引出线过短，对铜电阻可用同样直径的铜导线接长,对铂电阻可用同样直径的银导线接长。
1．温度定义 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（℉）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℉。 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，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。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。 2．温度测量仪表的分类 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换，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。 3．热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 (1)．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
温度测量仪表的工作原理 1.1 温度测量仪表 温度是表征物体冷热程度的参数，它不能象质量，长度那样用直接比较的方法来获得量值，我们只能用物质的与温度有关的其它物理性质来测量它，如物体的体积，密度，粘度，硬度，电导率等。 1.1.1 热电阻温度仪表 热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。热电阻温度计的主要优点有：测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易于使用在自动测量中，也便于远距离测量。同样，热电阻也有缺陷，在高温（大于850℃）测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。 热电阻与温度的关系，可以用一个二次方程描述： ：电阻率，Ω·㎝ t：温度，℃ a，b，c：常量（由试验确定），单位分别为Ω·㎝，Ω·㎝·℃－1，Ω·㎝·℃－2 目前，用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等，采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系，我们这里主要介绍铂电阻温度计。 铂是一种贵金属，它的物理化学性能很稳定，尤其是耐氧化能力很强，它易于提纯，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝，与铜，镍等金属相比，有较高的电阻率，复现性高，是一种比较理想的热电阻材料，缺点是电阻温度系数较小，在还原介质中工作易变脆，价格也较贵。铂的纯度通常用百度电阻比来表示： W(100)=R100/R0 R100 ：100℃时的电阻值 R0 ：0℃时的电阻值 根据IEC标准，采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω（R0=10Ω）的铂电阻为工业用标准铂电阻，R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗，主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程： Rt=R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] t 在－200～0℃ Rt=R0(1+At+Bt2) t 在0～850℃ 解此方程，则可根据电阻值知道温度值，但实际工作中，我们可以查热电阻分度表来根据电阻值确定温度值。
温度测量仪表的选择 根据温度测量要求，分为就地温度测量和远传温度测量。就地温度测量仅表一般采用热膨胀温度计，其中水银玻璃温度计由于易受机械损伤，造成汞害，一般不推荐使用。因此，经常使用的是压力式温度计和双金属温度计。 1、压力式温度计 压力式温度计是最早应用于生产过程温度测量的方法之一，现在仍然广泛用于就地指示。带电接点的压力式测温系统还作为电路的接点开关，用于就地温度位式控制。 压力式温度计的优点是：结构简单；机械强度高，不怕振动；价格较低；不需要外部能源。 缺点是：测温范围有限制（-80?400°C);热惯性大，响应时间较慢；仅表密封系统（温包、毛细管、弹簧管）损坏难于修理；测量精度受环境温度、温包安裝位置等影响较大；毛细管传送距离有限制。 2、双金属温度计 双金属温度计是另一种广泛使用的就地温度计。 它的优点是：结构简单，价格低；維护方便。缺点是测量精度较低。在满足测量范围、工作压力、精确度要求下，应优先选用双金属温度计。 3、辐射温度计 辐射温度计采用热电堆或光敏元件、热敏元件以及光电池等作为检测元件。它的响应速度最高，常用来测量移动或转动物体的温度；也可用于不能安裝热电偶等的测量场合中的温度测量。 它的优点是：不需要与被测目标接触；适合高温测量；重量轻，便于携帝；有一定的精度； 缺点是：价格较高；靠人眼比较，误差大；被测物体的辐射率会影响测量结果。 4、光学高温计 光学高温计结构较简单，轻巧便携，使用方便。常用在金属冶炼、玻璃熔融、热处理等工艺过程中实现非接触温度测量。 主要缺点是测量靠人眼比较，容易引入主观误差。 5、比色温度计 比色温度计按它的结构可分为单通道和双通道两种。单通道比色温度计精度高，但结构复杂。双通道比色温度计结构较简单，但精度低。 比色温度计主要应用于测量表面发射率低、测量精度要求较高的场合。 6、热电阻与热电偶测温 热电阻与热电偶测温均是接触式测温，其特点是简单、可靠，测温精度较高，并且测温元件稳定性好、价格低、信号可远传等，是工业生产中使用最多的测温元件。 各类测温仅表原理不同，应用场合也不尽相同。来自海洋兴业仪器