任务六锅炉炉膛温计的设计.pptx
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1、任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计三、知识链接三、知识链接1.温度和温标温度和温标(1)温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是表示物体冷热程度的物理量。从微观的角度来看,温度标志从微观的角度来看,温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,表示物体内着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,表示物体内部分子热运动越剧烈。部分子热运动越剧烈。(2)温标是温度的数值表示方法。它规定了温度读数的起点温标是温度的数值表示方法。它规定了温度读数的起点(即零点即零点)以以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。国际上规
2、定的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。国际上规定的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计摄氏温标。摄氏温标是根据液体摄氏温标。摄氏温标是根据液体(水水)受热后体积膨胀的性质建立的。受热后体积膨胀的性质建立的。摄氏温标的规定是摄氏温标的规定是:在标准大气压在标准大气压(1013.25百帕斯卡百帕斯卡)下,冰水混合物下,冰水混合物的温度为的温度为0度,水的沸点为度,水的沸点为100度,中间划分为度,中间划分为100等份,每一等份为等份,每一等份为1(摄氏度摄氏度),单位符号为单位符号为,温度变量记做,温度变量记做t。华氏
3、温标。华氏温标也是根据液体华氏温标。华氏温标也是根据液体(水银水银)受热后体积膨胀的性质建受热后体积膨胀的性质建立的。华氏温标的规定是立的。华氏温标的规定是:在标准大气压在标准大气压(1013.25百帕斯卡百帕斯卡)下,冰水下,冰水混合物的温度为混合物的温度为32度,水的沸点为度,水的沸点为212度,中间划分为度,中间划分为180等份,每等份,每一等份为一等份为10F(华氏度华氏度),单位符号为单位符号为0F,温度变量记做,温度变量记做tf。摄氏温标和华氏温标有以下关系,即摄氏温标和华氏温标有以下关系,即上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计以上两种温标都属于人
4、为规定的,称为经验温标。它们都依赖于物体以上两种温标都属于人为规定的,称为经验温标。它们都依赖于物体的物理性质。利用上述两种温标测得的温度的数值,与所选用的物体的物理性质。利用上述两种温标测得的温度的数值,与所选用的物体的物理性质的物理性质(如水银的纯度如水银的纯度)及玻璃管材料等因素有关,不能严格保证及玻璃管材料等因素有关,不能严格保证世界各国所采用的基本测温单位完全一致。世界各国所采用的基本测温单位完全一致。因此,必须找到一种不取决于物质的、更理想的温标来统一各国的基因此,必须找到一种不取决于物质的、更理想的温标来统一各国的基本温度单位。本温度单位。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的
5、设计任务二锅炉炉膛温度计的设计热力学温标。热力学温标。1848年英国物理学家开尔文在总结前人温度测量的实年英国物理学家开尔文在总结前人温度测量的实践基础上,从理论上提出了热力学温标,热力学温标是建立在热力学践基础上,从理论上提出了热力学温标,热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的一种理想温标,又称开氏温标,它与物体的性质无第二定律基础上的一种理想温标,又称开氏温标,它与物体的性质无关。关。它的符号是它的符号是T,单位是开尔文单位是开尔文(K)。温度变量记作。温度变量记作T。热力学温标规定分子停止运动时的温度为绝对零度,水的三相点热力学温标规定分子停止运动时的温度为绝对零度,水的三相点(气、气
6、、液、固三态液、固三态)同时存在且进入平衡状态时的温度为同时存在且进入平衡状态时的温度为273.16 K,把从绝,把从绝对零度到水的三相点之间的温度均匀地分为对零度到水的三相点之间的温度均匀地分为273.16等份,每一份为等份,每一份为1 K。热力学温标和摄氏温标的关系为热力学温标和摄氏温标的关系为上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计2.热电偶传感器的工作原理热电偶传感器的工作原理热电偶传感器是一种能将温度转换成电势的装置。热电偶传感器是一种能将温度转换成电势的装置。目前在工业生产和目前在工业生产和科学研究中已得到广泛的应用,并且已经可以选用标准的显示仪表和科
7、学研究中已得到广泛的应用,并且已经可以选用标准的显示仪表和记录仪表来进行显示和记录。记录仪表来进行显示和记录。1)热电效应热电效应两种不同材料的导体两种不同材料的导体(或半导体或半导体)组成一个闭合回路,当两接点温度组成一个闭合回路,当两接点温度T和和T0不同时,则在该回路中就会产生电势,这种现象称为热电效应。不同时,则在该回路中就会产生电势,这种现象称为热电效应。其中,其中,A和和B组成的闭合回路称热电偶,组成的闭合回路称热电偶,A,B称热电极,两电极的连接称热电极,两电极的连接点称为接点。测温时置于被测温度场点称为接点。测温时置于被测温度场T的接点称为热端或测量端,的接点称为热端或测量端,
8、另一端称为冷端或参考端。热电偶产生的热电势是由两种导体的接触另一端称为冷端或参考端。热电偶产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的,如电势和单一导体的温差电势组成的,如图图2-21所示。所示。任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计(1)接触电势。接触电势。接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。电动势。当两种不同的金属当两种不同的金属A和和B接触到一起,如接触到一起,如图图2-22所示,在金属所示,在金属A,B的的接触处将会发生电子扩散,设接触处将会发生电子扩散,设A,B中
9、的自由电子密度分别为中的自由电子密度分别为nA和和nB,并且,并且nAnB,在单位时间内金属,在单位时间内金属A扩散到扩散到B的电子数要比金属的电子数要比金属B扩散扩散到到A的电子数多。这样,金属的电子数多。这样,金属A因失去电子而带正电,金属因失去电子而带正电,金属B因得到电因得到电子而带负电,于是在接点处便形成电位差,即接触电势。在接触处形子而带负电,于是在接点处便形成电位差,即接触电势。在接触处形成的接触电势将阻碍电子的进一步扩散,当电子的扩散作用和上述电成的接触电势将阻碍电子的进一步扩散,当电子的扩散作用和上述电场的阻碍扩散作用相等时,接触处的自由电子扩散便达到动态平衡。场的阻碍扩散作
10、用相等时,接触处的自由电子扩散便达到动态平衡。接触电势的数值大小取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度,接触电势的数值大小取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度,上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计2)温差电势。温差电势。温差电势是指同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。温差电势是指同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。同一导体高温端的电子能量要比低温端的电子能量大,从高温端跑到同一导体高温端的电子能量要比低温端的电子能量大,从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多,结果高温端因失去电低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多
11、,结果高温端因失去电子而带正电,低温端因获得多余的电子而带负电,在导体两端便形成子而带正电,低温端因获得多余的电子而带负电,在导体两端便形成温差电动势。温差电动势的大小取决于导体材料和两端温度。温差电动势。温差电动势的大小取决于导体材料和两端温度。2)热电偶回路的总电动势热电偶回路的总电动势分根据析,分根据析,热电偶回路中共有热电偶回路中共有4个电动势,其中接触电动势两个、温个电动势,其中接触电动势两个、温差电动势两个差电动势两个。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计热电偶的总电动势与两种材料的电子密度及两接点的温度有关,热电偶的总电动势与两种材料的电子密度及
12、两接点的温度有关,可得到以下结论可得到以下结论:(1)如果热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如何,总电动势为如果热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如何,总电动势为零。零。(2)如果热电偶两接点温度相同,尽管如果热电偶两接点温度相同,尽管A,B材料不同,回路中总电动势材料不同,回路中总电动势为零。为零。(3)当热电极当热电极A,B确定后,热电动势的大小只和材料及接点温度有关,确定后,热电动势的大小只和材料及接点温度有关,当冷端温度保持不变时,热电动势为热端温度的单值函数。当冷端温度保持不变时,热电动势为热端温度的单值函数。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的
13、设计对于不同金属组成的热电偶,温度与热电动势之间有不同的函数关系,对于不同金属组成的热电偶,温度与热电动势之间有不同的函数关系,一般通过实验方法来确定,并将不同温度下所测得的结果列成表格,一般通过实验方法来确定,并将不同温度下所测得的结果列成表格,编制出针对各种热电偶的热电动势与温度的对照表,称为分度表,见编制出针对各种热电偶的热电动势与温度的对照表,称为分度表,见附录附录A,表中的温度是按照表中的温度是按照10分档,其中间值可按内插法计算,即分档,其中间值可按内插法计算,即式中式中tM 被测温度值被测温度值;tH较高温度值较高温度值;tL较低温度值较低温度值;EM,EH,ET 分别为分别为t
14、M,tH和和tT对应的热电动势。对应的热电动势。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计3.热电偶传感器的种类和结构形式热电偶传感器的种类和结构形式(1)热电偶的材料热电偶的材料为了提高测量的准确度,对组成热电偶的材料有严格的选择条件。在为了提高测量的准确度,对组成热电偶的材料有严格的选择条件。在实际使用中,用作热电极的材料一般具备以下条件实际使用中,用作热电极的材料一般具备以下条件:热电动势及热电动热电动势及热电动势率要大,保证有足够的灵敏度。热电特性最好是线性或近似线性的势率要大,保证有足够的灵敏度。热电特性最好是线性或近似线性的单值函数关系,能在较宽的温度范
15、围内使用,物理、化学性质要稳定。单值函数关系,能在较宽的温度范围内使用,物理、化学性质要稳定。要有高的电导率、小的电阻温度系数及小的热导率。复制性要好,即要有高的电导率、小的电阻温度系数及小的热导率。复制性要好,即用同一种材料制成的热电偶其热电特性要一致,这样便于制作统一的用同一种材料制成的热电偶其热电特性要一致,这样便于制作统一的分度表。材料组织要均匀,具有良好的韧性,焊接性能好,以便热电分度表。材料组织要均匀,具有良好的韧性,焊接性能好,以便热电偶的制作。资源要丰富,价格低廉。偶的制作。资源要丰富,价格低廉。上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计2)热电偶的
16、种类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。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是标准热电偶是指国家标准规定了其热电动势与温度的关系、允许误差,并有统一的指国家标准规定了其热电动势与温度的关系、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。非标准热标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶,一般也没有统一的分电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。度表,主要用于某些特殊场合的测量。表表2-3是我国采用的符合是我国采用
17、的符合IEC国国际标准的际标准的6种热电偶的主要性能和特点。种热电偶的主要性能和特点。3)热电偶的结构热电偶的结构为了保证热电偶可靠、稳定地土作,对它的结构要求如下为了保证热电偶可靠、稳定地土作,对它的结构要求如下:组成热电偶组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固的两个热电极的焊接必须牢固;上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;补偿导线与热电偶自由补偿导线与热电偶自由端的连接要方便、可靠端的连接要方便、可靠;保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离保护套管应能保证热电极与有害介质充分
18、隔离。目前,。目前,热电偶的结构形式有普通型热电偶、恺装型热电偶、薄膜热热电偶的结构形式有普通型热电偶、恺装型热电偶、薄膜热电偶等。电偶等。(1)普通型热电偶。普通型热电偶。普通型热电偶一般由热电极、绝缘管、保护管和接线盒等几个部分组普通型热电偶一般由热电极、绝缘管、保护管和接线盒等几个部分组成,在工业上使用最广泛。其结构如成,在工业上使用最广泛。其结构如图图2-23所示。所示。热电极是热电偶的基本组成部分,使用时有正负极之分。热电极的长热电极是热电偶的基本组成部分,使用时有正负极之分。热电极的长度取决于应用需要和安装条件,通常为度取决于应用需要和安装条件,通常为3002000 mm,常用长度
19、是,常用长度是350 mm;上一页 下一页返回任务二锅炉炉膛温度计的设计任务二锅炉炉膛温度计的设计绝缘管位于热电极之间以及热电极和保护套管之间进行绝缘保护,防绝缘管位于热电极之间以及热电极和保护套管之间进行绝缘保护,防止两根热电极短路,其形状一般为圆形或椭圆形,中间开有两个或止两根热电极短路,其形状一般为圆形或椭圆形,中间开有两个或4个孔,热电极穿孔而过。要求室温下绝缘管的绝缘电阻应该在个孔,热电极穿孔而过。要求室温下绝缘管的绝缘电阻应该在5 M,以上,常用材料为氧化铝管和耐火陶瓷以上,常用材料为氧化铝管和耐火陶瓷;保护管是用来隔离热电偶和被保护管是用来隔离热电偶和被测介质,使热电偶感温元件免
20、受被测介质腐蚀和机械损伤。常用材料测介质,使热电偶感温元件免受被测介质腐蚀和机械损伤。常用材料有金属和非金属两类有金属和非金属两类;接线盒用来连接热电偶和补偿导线,根据被测对接线盒用来连接热电偶和补偿导线,根据被测对象和现场环境,分为普通式、密封式两类。象和现场环境,分为普通式、密封式两类。(2)铠装型热电偶。铠装型热电偶。销装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属保护套管一起拉制加土而销装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属保护套管一起拉制加土而成的坚实缆状组合体,其结构如成的坚实缆状组合体,其结构如图图2-24所示。它可以做得细长,使用所示。它可以做得细长,使用中随需要任意弯曲。优点中随需要任意
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