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第二節(jié)  溫度檢測

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度檢測就是借助各種物體的熱交換及冷熱程度變化的物理特性加以間接檢測。

一.溫度檢測儀表的分類

溫度檢測儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，接觸式測溫儀表一般分為膨脹式、壓力式、熱電偶和熱電阻。通常來說，接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測溫精度較高。但由于受到耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度檢測。非接觸式測溫儀表分為輻射式和紅外線式。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測溫的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞物體的溫度場，反應(yīng)速度也比較快，但受到物體的發(fā)射率、檢測距離、煙塵和水汽等外界因素的影響，檢測誤差較大。工業(yè)上常用的溫度檢測儀表分類如表9-1。

表9-1  工業(yè)上常用的溫度檢測儀表分類

二.熱電阻

(1)熱電阻的測溫原理  熱電阻是中低溫區(qū)常yong的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是檢測精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的檢測精度是gao的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)溫度計(jì)。

從微觀上考慮，當(dāng)導(dǎo)體溫度上升時(shí)，內(nèi)部電子熱運(yùn)動加劇，其外在體現(xiàn)是導(dǎo)體的電阻值增加；反之則電限值減小，所以金屬導(dǎo)體具有正的溫度系數(shù)。熱電阻測溫就是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行檢測的。

(2)熱電阻的結(jié)構(gòu)

①普通型熱電阻  工業(yè)常用感溫元件(電阻體)的結(jié)構(gòu)見圖9-2。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來檢測的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度檢測帶來影響。為消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。

圖9-2 普通型熱電阻結(jié)構(gòu)圖

②鎧裝式熱電阻  鎧裝式熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖9-3所示，它的外徑一般為Φ2~8mm，小可達(dá)Φ1mm。與普通型相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)，體積小，內(nèi)部無空氣隙．檢測滯后小；機(jī)械性能好、耐震，抗沖擊；能彎曲，便于安裝；使用壽命長。

圖9-3 鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)

1-金屬套管；2-感溫元件；3-絕緣材料；4-引出線

③端面熱電阻  端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材料繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖9-4所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于檢測軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

圖9-4 端面熱電阻結(jié)構(gòu)

1-保護(hù)管；2-感溫元件；3-安裝固定裝置；4-屏蔽線

④隔爆型熱電阻  隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)作的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引起爆炸。

三.熱電偶

熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：①檢測精度高。熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；②檢測范圍廣，常用的熱電偶從-50~1600℃均可連續(xù)檢測，某些特殊熱電偶低可測到-269℃(如金鐵-鎳鉻)，可達(dá)2800℃(如鎢-錸)；③構(gòu)造簡單，使用方便。

(1)熱電偶的測溫原理  如圖9-5所示，將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B端點(diǎn)焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A、B兩個(gè)接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動勢。因而在回路中形成—定大小的電流，把這種效應(yīng)稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。

熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成，如圖9-6所示。

圖9-5 熱電偶回路                        圖9-6 熱電偶與顯示儀表的連接

(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)  對熱電偶的結(jié)構(gòu)要求有：

①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；

②兩個(gè)熱電極之間應(yīng)很好的絕緣，以防短路；

③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

④保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

熱電偶按結(jié)構(gòu)分主要有以下幾種。

①普通型熱電偶，應(yīng)用廣泛，用來檢測氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。因使用條件基本類似，這類熱電偶已標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。按其安裝時(shí)的連接方法可分為螺紋連接和法蘭連接兩種。

圖9-7為普通型熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖，采用螺紋連接。

圖9-7 普通型熱電偶結(jié)構(gòu)圖

1-熱電偶的測量端；2-熱電極；3-絕緣管；4-保護(hù)管；5-接線盒

②鎧裝熱電偶，又稱纜式熱電偶，是由熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)管三者結(jié)合，經(jīng)拉制而成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。鎧裝熱電偶有單支(雙芯)和雙支(四芯)之分，其檢測端有露頭型、接殼型和絕緣型三種基本形式。鎧裝熱電偶具有體積小、精度高、動態(tài)響應(yīng)快、耐振動、耐沖擊、機(jī)械強(qiáng)度高、可撓性好、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在航空、原子能、電力、冶金、石油化工等部門。鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表9-2所示。

③表面熱電偶  主要用來檢測圓弧形表面溫度。按結(jié)構(gòu)分為凸形、弓形和針形。圖9-8為弓形表面熱電偶。

④薄膜式熱電偶  用真空蒸鍍的方法，將熱電極沉積在絕緣基板上而成的熱電偶。這種熱電偶做得很薄，而且尺寸也很小。它的特點(diǎn)是熱容量?。憫?yīng)速度快．適用于檢測微小面積上的瞬變溫度。如圖9-9所示。

表9-2 鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

圖9-8 直柄式弓形表面熱電偶圖                 

9-9  薄膜式熱電偶

1-熱電偶；2-熱接點(diǎn)；3-絕緣基片；4-引出線

⑤快速消耗式熱電偶  是一種專為測量鋼水及熔融金屬溫度而設(shè)計(jì)的特殊熱電偶（如圖9-10），其結(jié)構(gòu)如圖9-10所示，熱電極由直徑為0.05~0.1mm的鉑銠₁₀-鉑銠₃₀或鎢錸₀-鎢錸₂₀等材料制成。把它裝在外徑為1mm的U形石英管內(nèi)，構(gòu)成測溫的敏感元件。其外部有絕緣良好的紙管、保護(hù)管及高溫絕熱水泥加以保護(hù)和固定。它的特點(diǎn)是：插入鋼水后，保護(hù)帽瞬即熔化，熱電偶工作端即刻暴露于鋼水中，由于石英管和熱電偶的熱容量都很小，

圖9-10 快速消耗式熱電偶

1-保護(hù)帽；2-感溫元件；3-石英管；4-耐火水泥；

5-紙管；6-補(bǔ)償導(dǎo)線；7塑料插座；8-棉花

因此能很快反映出鋼水的溫度，反隨時(shí)間一般為4~6s。在測出溫度后，熱電偶和石英保護(hù)管都被燒壞，因此它只能被一次性使用。這種熱電偶可直接用補(bǔ)償導(dǎo)線接到的快速電子電位差計(jì)上。直接讀取鋼水溫度。如圖9-10所示。

(3)熱電偶的故障處理  熱電偶的常見故障、原因及處理方法見表9-3。

表9-3 熱電偶的常見故障、可能原因及處理