工程测试技术设计docWord格式.docx
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1.2方案描述2
1.3报告概述2
第二章课程设计要求3
2.1课题要求3
2.2元器件清单3
温度测量传感器的选择
通过以上表格的内容比较可知，此次设计选择热电偶传感器比较合适。
热电偶主要参数的确定
超过500度到1100度的可以用K分度热电偶，
一、热电偶的常用材料与结构
热电偶材料应满足：
物理性能稳定，热电特性不随时间改变；
化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；
热电势高，导电率高，且电阻温度系数小便于制造；
复现性好，便于成批生产。
1.热电偶常用材料
a.铂—铂铑热电偶（S型）分度号LB—3
工业用热电偶丝：
Φ0.5mm，实验室用可更细些。
正极：
铂铑合金丝,用90％铂和10％铑（重量比）冶炼而成。
负极：
铂丝。
测量温度：
长期：
1300℃、短期：
1600℃。
特点：
材料性能稳定，测量准确度较高；
可做成标准热电偶或基准热电偶。
用途：
实验室或校验其它热电偶。
在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵蚀，需要用保护套管。
材料属贵金属，成本较高。
热电势较弱。
b.镍铬—镍硅（镍铝）热电偶（K型）分度号EU—2
工业用热电偶丝：
Φ1.2~2.5mm，实验室用可细些。
镍铬合金（用88.4～89.7％镍、9～10％铬，0.6％硅，0.3％锰，0.4～0.7％钴冶炼而成）。
镍硅合金（用95.7～97％镍,2～3％硅,0.4～0.7％钴冶炼而成）。
长期1000℃，短期1300℃。
价格比较便宜，在工业上广泛应用。
高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，
H2S等气体中易被侵蚀。
复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。
c.镍铬—考铜热电偶（E型）分度号为EA—2
工业用热电偶丝:
Ф1.2～2mm，实验室用可更细些。
镍铬合金。
考铜合金（用56％铜，44％镍冶炼而成）。
长期600℃，短期800℃。
价格比较便宜，工业上广泛应用。
在常用热电偶中它产生的热电势最大。
气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。
考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。
d.铂铑30—铂铑6热电偶（B型）分度号为LL—2
铂铑合金（用70％铂，30％铑冶炼而成）。
铂铑合金（用94％铂，6％铑冶炼而成）。
长期可到1600℃，短期可达1800℃。
材料性能稳定，测量精度高。
还原性气体中易被侵蚀。
低温热电势极小，冷端温度在50℃以下可不加补偿。
成本高。
根据温度测量范围及精度，选用相应分度号的热电偶
使用温度在1300~1800℃，要求精度又比较高时，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℃下以及负温测量
一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。
因为我们的设计要求是要温度在600度至900度之间，我们选用（K型）镍铬—镍硅（镍铝）热电偶分度号EU—2
影响热电偶的因素
1.
插入深度的影响
（1）测温点的选择
热电偶安装位置，即测温点的选择是最重要的。
测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。
（2）插入深度
热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。
当环境温度低时就会有热损失，致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。
总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。
而插入深度又与保护管材质有关。
金属保护管因其导热性能好，其插入深度应深一些（约为直径的15～20倍），陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些（约为直径的10～15倍）。
对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量，将不受上述限制，插入可浅一些，具体数值应由实验确定。
2.
响应时间的影响
接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。
因此，在测温时需保持一定时间，才能使两者达到热平衡。
而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。
而热响应时间主要取决于传感器结构及测量条件，差别极大。
对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；
对于液体而言，最快也要在5min以上。
对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1s，则要求传感器的响应时间在毫秒级。
因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。
最好选择响应快的传感器。
对热电偶而言除保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热响应时间越短。
测温元件热响应误差可通过下式确定。
Δθ=Δθ0exp（-t/t）
式中
Δθ——在t时刻，测温元件引起的误差，K或℃
Δθ0——“t=0”时刻，测温元件引起的误差，K或℃
t——测量时间，s
τ——时间常数，s
ε——自然对数的底（2.718）
因此，当t=τ时，则Δθ=Δθ0/e
即为0.368，
如果当t=2τ时，则Δθ=Δθ0/e2
即为0.135。
当被测对象温度以一定速度α（k/s或℃/s）上升或下降时，经过足够时间后，所产生的响应误差可用下式表示：
Δθ∞=-ατ
式中
Δθ∞—经过足够时间后，测温元件引起的误差
由式
（2）可以看出，响应误差与时间常数（τ）成正比。
为了提高检定效率许多企业采用自动检定装置，对入厂热电偶进行检定，但是，该装置也并非十分完善。
二汽变速箱厂热处理车间就发现如果在400℃点的恒温时间不够，达不到热平衡，就容易发生误判。
3.
热辐射的影响
插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。
假定炉内气体是透明的，而且，热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差。
在单位时间内，两者交换的辐射能为P，可用下式表示：
P=σε（Tw4-Tt4）
（3）
σ——斯忒藩—波尔兹常数
ε——发射率
Tt——热电偶的温度，
K
Tw——炉壁的温度，
在单位时间内，热电偶同周围的气体（温度为T），通过对流及热传导也将发生热量交换的能量为P'
P'
=αA（T-Tt）
（4）
式中α——热导率
A——热电偶的表面积
在正常状态下，P=P'
，其误差为：
Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/
αA
（5）
对于单位面积而言其误差为
α
（6）
因此，为减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度Tw尽可能接近热电偶温度Tt。
另外，在安装时还应注意：
热电偶安装位置应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；
热电偶最好带有热辐射遮蔽套。
4.
热阻抗增加的影响
在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；
如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。
因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。
例如，进口铜熔炼炉，不仅安装有连续测温热电偶，还配备消耗型热电偶测温装置，用于及时校准连续测温用热电偶的准确度。
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