核反应堆仪表课件

核科学与技术学院核科学与技术学院 School of Nuclear Science and Technology核反应堆仪表核反应堆仪表核反核反应应堆堆仪仪表表课课件件School of Nuclear Science and Technology2/641.绪论绪论2.测量的基本概念测量的基本概念3.堆芯外核检测仪表及系统堆芯外核检测仪表及系统4.堆芯内中子通量检测仪表及系统堆芯内中子通量检测仪表及系统5.核辐射剂量监测仪表核辐射剂量监测仪表6.射线探测器与放大器的连接射线探测器与放大器的连接7.温度检测仪表温度检测仪表8.压力和压差检测仪表压力和压差检测仪表9.流量检测仪表流量检测仪表10.液位检测仪表液位检测仪表11.位置检测仪表位置检测仪表12.振动检测仪表振动检测仪表13.智能仪表和计算机在核反应堆中的应用智能仪表和计算机在核反应堆中的应用目录目录绪论绪论目目录录School of Nuclear Science and Technology3/64教材：教材：钱承耀主编钱承耀主编核反应堆仪表核反应堆仪表西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，1999.81999.8参考书：参考书：1 1、凌球，郭兰英等编著、凌球，郭兰英等编著核电站辐射测量技术核电站辐射测量技术 原子能出版社，原子能出版社，20012001年年2 2、刘国发，郭文琪编著、刘国发，郭文琪编著核电厂仪表与控制核电厂仪表与控制 原子能出版社，原子能出版社，20102010年年教材及参考书教材及参考书教材：教材：钱钱承耀主承耀主编编核反核反应应堆堆仪仪表教材及参考表教材及参考书书School of Nuclear Science and Technology4/64压水反应堆压水反应堆压压水反水反应应堆堆School of Nuclear Science and Technology5/647.0 基本概念基本概念7.1 热电偶温度计热电偶温度计7.2 电阻温度计电阻温度计第第7 7章章 温度检测仪表温度检测仪表7.0 基本概念第基本概念第7章章 温度温度检测仪检测仪表表School of Nuclear Science and Technology6/647.0 基本概念基本概念温度：温度：标志物体冷热程度的物理量标志物体冷热程度的物理量 温度的数值表示方法称为温度的数值表示方法称为温标温标确定选择什么样的物质（水银，氢气或电偶），能反映温度变化，确定选择什么样的物质（水银，氢气或电偶），能反映温度变化，具有复现性；具有复现性；测温特性：测温质的哪些物理量随温度的改变而发生相应变化；测温特性：测温质的哪些物理量随温度的改变而发生相应变化；选定该物理量的两个确定的数值作为基准点，进而规定划分温度间选定该物理量的两个确定的数值作为基准点，进而规定划分温度间隔的方法。隔的方法。测温原理测温原理热平衡原理热平衡原理任何两个冷热程度不同的物体相接触，必然会发生热交换现象，热量将任何两个冷热程度不同的物体相接触，必然会发生热交换现象，热量将由受热程度高的物体向受热程度低的物体传递，直到两个物体的冷热程由受热程度高的物体向受热程度低的物体传递，直到两个物体的冷热程度完全一致。度完全一致。7.0 基本概念温度：任何两个冷基本概念温度：任何两个冷热热程度不同的物体相接触，必然程度不同的物体相接触，必然School of Nuclear Science and Technology7/64华氏温标：华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，度，水的沸点为水的沸点为212度，中间等分为度，中间等分为180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为0F它与摄氏温标的关系为：它与摄氏温标的关系为：7.0 基本概念基本概念热力学热力学(开尔文或绝对开尔文或绝对)温标：温标：用用 T 表示，单位为表示，单位为K摄氏温标：摄氏温标：用用 t 表示，单位为表示，单位为 基准点选取的原则基准点选取的原则水的三相点：水的三相点：0.01,273.16K 两种温标的温差是相等的两种温标的温差是相等的水的沸点：水的沸点：100 华华氏温氏温标标：规规定定标标准大气准大气压压下下纯纯水的冰融点水的冰融点为为32度，水的沸点度，水的沸点为为2School of Nuclear Science and Technology8/64测温仪表的分类：测温仪表的分类：7.0 基本概念基本概念 接触式测温仪表接触式测温仪表玻璃液体温度计：液体热膨胀体积量随温度而变化玻璃液体温度计：液体热膨胀体积量随温度而变化压力表式温度计：利用介质在定容条件下，压力随温度而变化压力表式温度计：利用介质在定容条件下，压力随温度而变化双金属温度计：利用双金属片受热变形的性质双金属温度计：利用双金属片受热变形的性质热电阻温度计：利用物体的电阻随温度变化的特性热电阻温度计：利用物体的电阻随温度变化的特性热电偶温度计：利用导体或半导体的热电效应性质热电偶温度计：利用导体或半导体的热电效应性质晶体管温度计：利用二极管的电压随温度变化的性质晶体管温度计：利用二极管的电压随温度变化的性质玻璃液体温度计玻璃液体温度计压力表式温度计压力表式温度计双金属温度计双金属温度计热电阻温度计热电阻温度计热电偶温度计热电偶温度计测测温温仪仪表的分表的分类类：7.0 基本概念基本概念 接触式接触式测测温温仪仪表玻璃液体温表玻璃液体温School of Nuclear Science and Technology9/647.0 基本概念基本概念测温时置于被测介质中，测温时置于被测介质中，温包温包内的工作物质因温度升高体积内的工作物质因温度升高体积膨胀而导致压力增大，该压力膨胀而导致压力增大，该压力变化经变化经毛细管毛细管传给传给盘簧管盘簧管，并，并使其产生一定的变形，然后借使其产生一定的变形，然后借助助齿轮或杠杆传动机构齿轮或杠杆传动机构的传动，的传动，由指针指出相应的温度。由指针指出相应的温度。压力表式温度计原理图压力表式温度计原理图7.0 基本概念基本概念测测温温时时置于被置于被测测介介质质中，温包内的工作物中，温包内的工作物质质因温度因温度School of Nuclear Science and Technology10/64测温仪表的分类：测温仪表的分类：7.0 基本概念基本概念 非接触式测温仪表非接触式测温仪表辐射高温计辐射高温计光学高温计光学高温计声学和声波测温装置声学和声波测温装置辐射温度计辐射温度计光学高温计测温原理：光学高温计测温原理：如果已知某物体亮度与其所处温度的对应关如果已知某物体亮度与其所处温度的对应关系，如果其他物体的亮度与之相等，他们的系，如果其他物体的亮度与之相等，他们的温度相等。温度相等。或：测出物体在某一波段上的辐射亮度，确或：测出物体在某一波段上的辐射亮度，确定被测物体的温度。定被测物体的温度。辐射温度计测温原理：辐射温度计测温原理：测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确定被测物体的辐射温度。定被测物体的辐射温度。斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼玻耳兹曼定律（四次方定律）定律（四次方定律）测测温温仪仪表的分表的分类类：7.0 基本概念基本概念 非接触式非接触式测测温温仪仪表表辐辐射温度射温度School of Nuclear Science and Technology11/647.0 基本概念基本概念基本原理是基于声波在气体介质中的传播速度是该基本原理是基于声波在气体介质中的传播速度是该气体组分气体组分和和绝对绝对温度温度的函数的函数 式中式中:C 声波的传播速度声波的传播速度,m/s 气体绝热指数气体绝热指数(等于定压比热容与定等于定压比热容与定 容比热容之比容比热容之比)R 为气体常数为气体常数,8.314 J/(molK)m 气体摩尔量气体摩尔量,kg/mol T 气体绝对温度气体绝对温度,K确定以下基本物理量：确定以下基本物理量：(1)(1)声波发射和接收装置之间的距离声波发射和接收装置之间的距离(2)(2)被测气体的组成被测气体的组成 成分、状态参量成分、状态参量,从而确定气体的绝热指数和从而确定气体的绝热指数和气体常数气体常数(3)(3)声波在发射、接收装置之间的传播时间声波在发射、接收装置之间的传播时间声学和声波测温装置声学和声波测温装置7.0 基本概念基本原理是基于声波在气体介基本概念基本原理是基于声波在气体介质质中的中的传传播速度是播速度是该该School of Nuclear Science and Technology12/64核反应堆测温仪表：核反应堆测温仪表：1.镍铬镍铬-镍铝热电偶温度计：主要用于堆内温度的检测镍铝热电偶温度计：主要用于堆内温度的检测2.铂电阻温度计：主要用于冷却剂温度的检测铂电阻温度计：主要用于冷却剂温度的检测3.声学和声波测温装置：高温气冷堆声学和声波测温装置：高温气冷堆7.0 基本概念基本概念核反核反应应堆堆测测温温仪仪表：表：1.镍铬镍铬-镍铝热电镍铝热电偶温度偶温度计计：主要用于堆内：主要用于堆内School of Nuclear Science and Technology13/647.1 热电偶温度计热电偶温度计组成：组成：(1)热电偶热电偶(2)电测仪电测仪表表 (3)连接导线连接导线测温范围：测温范围：1001300，采用特殊材料时可测量更高或更低的温度，采用特殊材料时可测量更高或更低的温度热电偶热电偶是目前在科研和生产过程中进行温度测量是目前在科研和生产过程中进行温度测量时应用最普通、最广泛的测量元件，是利用不同时应用最普通、最广泛的测量元件，是利用不同导体间的导体间的“热电效应热电效应”现象制成的现象制成的n尺寸小尺寸小n测温范围宽、准确度较高测温范围宽、准确度较高n对辐射损伤相对不灵敏对辐射损伤相对不灵敏n可将温度转变为电信号，便于传输检测可将温度转变为电信号，便于传输检测六种热电偶：六种热电偶：镍铬镍铬-镍铝镍铝，铁，铁-康铜，铜康铜，铜-康铜，铂康铜，铂-铂铂10%10%铑，钨铑，钨-铼，钨铼，钨-钨钨26%26%铼铼6 6个月中，个月中，10101414n/(cmn/(cm2 2s)s)的热中子通量，可使的热中子通量，可使20%20%的铑转变为钯，的铑转变为钯，10%10%的铼的铼转变为锇，转变为锇，0.5%0.5%的铜转变为镍和锌的铜转变为镍和锌7.1 热电热电偶温度偶温度计组计组成：成：(1)热电热电偶偶(2)电测仪电测仪表表School of Nuclear Science and Technology14/64塞贝克效应（热电效应）：塞贝克效应（热电效应）：由两种不同金属由两种不同金属A A、B B组成的闭合回组成的闭合回路中，如果接点路中，如果接点1 1、2 2保持在不同温度，回路中将有电流流动保持在不同温度，回路中将有电流流动7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应塞贝克效应示意图塞贝克效应示意图热电势：热电势：由由接触电势接触电势和和温差电势温差电势两部分组成。两部分组成。塞塞贝贝克效克效应应（热电热电效效应应）：由两种不同金属）：由两种不同金属A、B组组成的成的闭闭合回路中合回路中School of Nuclear Science and Technology15/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，例如材料例如材料A A的电子密度大于材料的电子密度大于材料B B，则会有一部分电子从，则会有一部分电子从A A扩散到扩散到B B，使得，使得A A失失去电子更呈正电位，去电子更呈正电位，B B获得电子而呈负电位获得电子而呈负电位式中：式中：e e为单位电荷，为单位电荷，4.802x 104.802x 10-10-10绝对静电单位绝对静电单位 K K为波尔兹曼常数，为波尔兹曼常数，1.38x101.38x10-23-23J JK K N NA A和和 N NB B为金属为金属A A、B B在温度在温度T T时的电子密度时的电子密度接触电势：接触电势：n与与接头处温度的高低接头处温度的高低和和金属的种类金属的种类有关有关7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电效效应应当两种不同性当两种不同性质质的的导导体或半体或半导导体材体材School of Nuclear Science and Technology16/64温差电势：温差电势：7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应n材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动n由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为为汤姆逊效应汤姆逊效应，其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势，其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势n只与只与导体性质导体性质和和导体两端的温度导体两端的温度有关，而与导体长度，截面大小，沿导有关，而与导体长度，截面大小，沿导体长度上的温度分布无关体长度上的温度分布无关温差温差电势电势：7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电效效应应材料两端温度不同，材料两端温度不同，则则School of Nuclear Science and Technology17/64AB+-eAB(t)eB(t,t0)eA(t,t0)eAB(t0)t0t7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应回路的热电势：回路的热电势：n总的热电势总的热电势n分热电势分热电势热电势只与热电势只与t有关，只要测出有关，只要测出EAB(t,t0)就可求出温度就可求出温度t的数值。的数值。AB+-eAB(t)eB(t,t0)eA(t,tSchool of Nuclear Science and Technology18/64小结：小结：n热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料热电偶的材料和和材料两端连接点材料两端连接点所处的温度所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。n只有用只有用两种不同性质的材料两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。路不会产生热电势。n热电偶的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温热电偶两端接点的温度度有关。如果有关。如果T T0 0己知且恒定，则己知且恒定，则f(Tf(T0 0)为常数。回路总热电为常数。回路总热电E EABAB(T(T，T T0 0)只是温度只是温度T T的单值函数。的单值函数。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电效应热电效应工作端、测量端或热端工作端、测量端或热端自由端、参比端或冷端自由端、参比端或冷端小小结结：7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电效效应应工作端、工作端、测测量端或量端或热热端自由端自由School of Nuclear Science and Technology19/64由一种均质材料组成的闭合回路不论沿由一种均质材料组成的闭合回路不论沿材料的截面积如何以及各处温度分布如材料的截面积如何以及各处温度分布如何，都不能产生热电势何，都不能产生热电势tt07.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律1.1.均质导体定律：均质导体定律：推论：推论：n热电偶必须由两种不同性质的材料构成热电偶必须由两种不同性质的材料构成n由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热电势由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热电势则说明该材料是不均匀的则说明该材料是不均匀的应用：检查热电极材料的均匀性应用：检查热电极材料的均匀性由一种均由一种均质质材料材料组组成的成的闭闭合回路不合回路不论论沿材料的截面沿材料的截面积积如何以及各如何以及各处处温温School of Nuclear Science and Technology20/64由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。同，则回路中热电势的总和等于零。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律2.2.中间导体定律中间导体定律:ABCtttABtt由不同材料由不同材料组组成的成的闭闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则则School of Nuclear Science and Technology21/64在热电偶回路中加入第三、四在热电偶回路中加入第三、四种均质材料，只要加入导体种均质材料，只要加入导体两端温度相等，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。两端温度相等，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律推论一推论一:ABCtt0t0ABCtt0t1Bt1应用：仪表的接入对热电势没有影响应用：仪表的接入对热电势没有影响在在热电热电偶回路中加入第三、四偶回路中加入第三、四种均种均质质材料，只要加入材料，只要加入导导体两端温体两端温School of Nuclear Science and Technology22/64如果两种导体如果两种导体A A、B B对另一种参考导体对另一种参考导体C C的热电势为已知，则这两种导的热电势为已知，则这两种导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律推论二推论二:应用：采用标准电极，简化热电偶的选配工作应用：采用标准电极，简化热电偶的选配工作ABtt0=ACtt0+CBt0t如果两种如果两种导导体体A、B对对另一种参考另一种参考导导体体C的的热电势为热电势为已知，已知，则这则这两种两种School of Nuclear Science and Technology23/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律例：已知，例：已知，E E铜铂铜铂(100,0)=0.75mv(100,0)=0.75mv，E E康铜铂康铜铂(100,0)=-0.35mv(100,0)=-0.35mv；求：求：E E铜康铜铜康铜(100,0)(100,0)。7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的基本定律例：已知，偶的基本定律例：已知，E铜铜铂铂(1School of Nuclear Science and Technology24/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律3.3.中间温度定律中间温度定律:热电偶在接点温度为热电偶在接点温度为t，t0时热电势等于该热电偶在接点温度分别为时热电势等于该热电偶在接点温度分别为t、tn和和tn、t0时相应的热电势的代数和。时相应的热电势的代数和。只要有了参比端为只要有了参比端为 0 0 的的热电偶分度表，可求出参比热电偶分度表，可求出参比端为任意温度的热电偶电势端为任意温度的热电偶电势7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的基本定律偶的基本定律3.中中间间温度定律温度定律:热热School of Nuclear Science and Technology25/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的基本定律热电偶的基本定律1.1.思考一：哪些情况可能导致回路中的电思考一：哪些情况可能导致回路中的电势为零？势为零？2.2.思考二：仪表线是否可以接很长？思考二：仪表线是否可以接很长？ABCtt0t07.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的基本定律偶的基本定律1.思考一：哪些情况可思考一：哪些情况可School of Nuclear Science and Technology26/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理p根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势E(t,t0)为两端温为两端温度度t和和t0的函数。的函数。p为了便于使用，通常总是使热电势成为温度为了便于使用，通常总是使热电势成为温度t的单值函数。这就的单值函数。这就需要冷端温度需要冷端温度t0为为0或为某一定值或为某一定值，使热电势只随温度，使热电势只随温度t变化，变化，即：即：EAB(t,t0)f(t)或或EAB(t,t0)f(t)C；p但由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为但由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为0 或某一定值。或某一定值。为减小测量误差，需对热电偶的冷端人为采取措施，使其温度恒定，为减小测量误差，需对热电偶的冷端人为采取措施，使其温度恒定，或用其它方法进行校正和补偿。或用其它方法进行校正和补偿。n计算法（热电势修正法）计算法（热电势修正法）n仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法n补偿导线法补偿导线法n参比端恒温法参比端恒温法n参比端温度补偿器参比端温度补偿器n辅助热电偶法辅助热电偶法n多点参比端温度补偿多点参比端温度补偿7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理根据理根据热电热电偶的偶的测测温温School of Nuclear Science and Technology27/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理1.1.计算法计算法式中式中 E(t,0)E(t,0)表示参比端为表示参比端为00的热电势；的热电势；E(t,t E(t,t0 0)表示参比端为表示参比端为t t0 0而热端为而热端为tt时的热电势；时的热电势；实测值实测值 E(t E(t0 0,0),0)表示参比端为表示参比端为t t0 0时应加以校正值，相当于时应加以校正值，相当于 同一支热电偶在参比端为同一支热电偶在参比端为00，热端为，热端为tt时的热电势时的热电势。n需要查询并计算，不方便需要查询并计算，不方便n一般要求参比端温度恒定一般要求参比端温度恒定7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理1.计计算法式中算法式中School of Nuclear Science and Technology28/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理2.2.仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法n将仪表的机械零点从将仪表的机械零点从t0调至调至tn处，相当于输入电势处，相当于输入电势E(tn,t0),则则输入仪表的电势输入仪表的电势E(t,t0)=E(t,tn)+E(tn,t0)，则仪表的指针则仪表的指针就能指出热端的温度；就能指出热端的温度；n参比端温度经常变化，不宜采用，一般用于准确度要求不高的参比端温度经常变化，不宜采用，一般用于准确度要求不高的地方。地方。例：用分度号为例：用分度号为K的热电偶和动圈式仪表组成测温回路，把动圈式的热电偶和动圈式仪表组成测温回路，把动圈式仪表的机械零位调到仪表的机械零位调到20，但热电偶的参比端温度但热电偶的参比端温度t0=50，试，试求出仪表示值为求出仪表示值为425时的被测温度时的被测温度7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理2.仪仪表机械零表机械零School of Nuclear Science and Technology29/64解：解：E(425，0)=热电偶实际值热电偶实际值+仪表补偿仪表补偿E(20，0)查查K分度表得：分度表得：E(20，0)=0.798mV E(425，0)=17.455mV所以：所以：E(t，t0)=E(t，50)=17.455-0.798 =16.657(mV)又：又：E(t0，0)=E(50，0)=2.023mV则则E(t，0)=E(t，t0)+E(t00)=16.657+2.023 =18.68(mV)查分度表得查分度表得t=453.97.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理解：解：E(425，0)=热电热电偶偶实际值实际值+仪仪表表补偿补偿E(20，0)7School of Nuclear Science and Technology30/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理3.3.补偿导线法补偿导线法p生产过程用的热电偶一般是直径和长度一定，结构固定生产过程用的热电偶一般是直径和长度一定，结构固定p生产现场又往往需要把热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度生产现场又往往需要把热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度较稳定的场合，以免冷端温度受到被测介质的干扰，但这种方法较稳定的场合，以免冷端温度受到被测介质的干扰，但这种方法安装使用不方便安装使用不方便p要耗费大量的贵金属材料要耗费大量的贵金属材料因此，一般是采用一种特殊的导线因此，一般是采用一种特殊的导线(称为称为补偿导线补偿导线)代替部分热电偶丝代替部分热电偶丝作为热电偶的延长。作为热电偶的延长。三个条件三个条件：（1 1）热电特性在）热电特性在00100100范围内应与所取代的热电偶丝的热电持性范围内应与所取代的热电偶丝的热电持性基本一致基本一致（2 2）电极丝）电极丝C C和和A A，B B和和D D相接的两个接点温度须相同相接的两个接点温度须相同（3 3）价格便宜）价格便宜7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理3.补偿导线补偿导线法法School of Nuclear Science and Technology31/64ABtt0t0CDt1t1热电性质相同热电性质相同7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理ABtt0t0CDt1t1热电热电性性质质相同相同7.1 热电热电偶温度偶温度计计School of Nuclear Science and Technology32/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理注意：注意：p补偿导线接线时，应注意正负极，接错将造成不易估计的误补偿导线接线时，应注意正负极，接错将造成不易估计的误差差p为何不直接将补偿导线替代热电极材料？为何不直接将补偿导线替代热电极材料？p与中间导体定律推论一的区别？与中间导体定律推论一的区别？7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理注意：理注意：School of Nuclear Science and Technology33/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理ABtt0t0CDt1t1ABtt0t0CCt1t1中间导体定律推论一中间导体定律推论一补偿导线法补偿导线法7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理ABtt0t0CSchool of Nuclear Science and Technology34/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理4.4.参比端恒温法参比端恒温法（1 1）冰点槽）冰点槽n比较麻烦，限用于实验室中的精确测量比较麻烦，限用于实验室中的精确测量7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理4.参比端恒温参比端恒温School of Nuclear Science and Technology35/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理（2 2）恒温箱）恒温箱n环境温度需低于恒温箱的工作温度环境温度需低于恒温箱的工作温度7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理（理（2）恒温箱）恒温箱环环境境School of Nuclear Science and Technology36/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理5.5.参比端温度补偿器（补偿电桥法）参比端温度补偿器（补偿电桥法）利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参比端温度变化而引起利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参比端温度变化而引起的热电势的变化。的热电势的变化。n当参比端温度当参比端温度t0离开补偿温度，离开补偿温度，变为变为t0时，热电偶输出的热电势时，热电偶输出的热电势要减小要减小E(t0,t0)n铜电阻随温度升高而增大，电桥铜电阻随温度升高而增大，电桥失去平衡，输出电压失去平衡，输出电压Ucd7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理5.参比端温度参比端温度School of Nuclear Science and Technology37/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理5.5.参比端温度补偿器参比端温度补偿器7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理5.参比端温度参比端温度School of Nuclear Science and Technology38/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理在参比端温度补偿电阻一定的情在参比端温度补偿电阻一定的情况下，只能在某一特定温度完全况下，只能在某一特定温度完全补偿。补偿。缺点：缺点：7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理在参比端温度理在参比端温度补偿补偿School of Nuclear Science and Technology39/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理6.6.辅助热电偶法辅助热电偶法参比端恒温法参比端恒温法热端恒温法热端恒温法主热电偶与辅助热电偶热电性质相同主热电偶与辅助热电偶热电性质相同7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理6.辅辅助助热电热电偶偶School of Nuclear Science and Technology40/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶参比端温度的处理热电偶参比端温度的处理7.7.多点参比端温度补偿多点参比端温度补偿7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶参比端温度的偶参比端温度的处处理理7.多点参比端多点参比端School of Nuclear Science and Technology41/64 例例1：如图所示，：如图所示，C、D为热电偶为热电偶AB的补偿导线，试回答以下问题：的补偿导线，试回答以下问题：（1）当补偿导线）当补偿导线CD的型号正确，与热电偶的极性接反，的型号正确，与热电偶的极性接反，t1t2、t3t4时，输出电势如何表达？时，输出电势如何表达？（2）当补偿导线）当补偿导线CD的型号正确，与热电偶的极性也正确，的型号正确，与热电偶的极性也正确，t1t2、t3=t4时，说明输出电势的变化情况，并予以论证。时，说明输出电势的变化情况，并予以论证。（3）当补偿导线）当补偿导线CD的型号不正确，即与热电偶不配套，而此时的型号不正确，即与热电偶不配套，而此时t1=t2=t3=t4时，说明输出电势会如何变化？时，说明输出电势会如何变化？7.1 热电偶温度计热电偶温度计 例例1：如：如图图所示，所示，C、D为热电为热电偶偶AB的的补偿导线补偿导线，试试回答以下回答以下School of Nuclear Science and Technology42/64 例例2 2：某测量者采用某测量者采用S S型热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通型热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通铜导线将热电偶的输出延伸至显示仪表端，连接点的温度及显示仪表输铜导线将热电偶的输出延伸至显示仪表端，连接点的温度及显示仪表输入端的电势参见下图。试计算出被测温度场的温度。如果简单地通过入端的电势参见下图。试计算出被测温度场的温度。如果简单地通过E(t,0)=EoutE(t,0)=Eout查表求得被测温度值，结果将会出现多大的误差？查表求得被测温度值，结果将会出现多大的误差？7.1 热电偶温度计热电偶温度计 例例2：某：某测测量者采用量者采用S型型热电热电偶偶测测量某温度量某温度场场的温度，并采用两根的温度，并采用两根School of Nuclear Science and Technology43/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型对热电极材料的要求：对热电极材料的要求：p物理性能稳定，能在较宽的温度范围内使用，其热电特物理性能稳定，能在较宽的温度范围内使用，其热电特性不随时间变化性不随时间变化p化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透p热电势和热电势率要大（温度变化热电势和热电势率要大（温度变化1引起的热电势变化）引起的热电势变化），热电势与温度间呈线性关系，热电势与温度间呈线性关系p复制性好，以便互换复制性好，以便互换p价格便宜，加工方便价格便宜，加工方便在不同的测温条件下，要用不同的热电极材料在不同的测温条件下，要用不同的热电极材料7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型型对热电对热电极材料的要求：极材料的要求：School of Nuclear Science and Technology44/64p纯金属电极：热电极容易复制，热电势率小；当两电极是由纯金属电极：热电极容易复制，热电势率小；当两电极是由两种纯金属组成时，热电势率平均为两种纯金属组成时，热电势率平均为2020V/,V/,所以热电偶的所以热电偶的两电极很少均采用纯金属。两电极很少均采用纯金属。p非金属电极：电势率大（可达非金属电极：电势率大（可达10001000V/V/，熔点高，复现性，熔点高，复现性和稳定性较差。和稳定性较差。p合金电极：热电性质和工艺性能介于两者之间。合金电极：热电性质和工艺性能介于两者之间。7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型只有满足上述要求的材料才能制成热电偶。但实际上，很难找到只有满足上述要求的材料才能制成热电偶。但实际上，很难找到全部满足上述要求的电极材料，只能根据所使用的条件范围，选全部满足上述要求的电极材料，只能根据所使用的条件范围，选择合适的热电极材料。择合适的热电极材料。常用的热电偶一般是用常用的热电偶一般是用纯金属与合金纯金属与合金相配，或是相配，或是合金与合金合金与合金相配相配镍铬镍铬-镍铝镍铝，铁，铁-康铜，铜康铜，铜-康铜，铂康铜，铂-铂铂10%10%铑，钨铑，钨-铼，钨铼，钨-钨钨26%26%铼铼纯纯金属金属电电极：极：热电热电极容易复制，极容易复制，热电势热电势率小；当两率小；当两电电极是由两种极是由两种纯纯金金School of Nuclear Science and Technology45/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（1 1）铂铑）铂铑1010-铂热电偶铂热电偶 分度号分度号LB-3LB-3优点优点:p便于复制，精确度高便于复制，精确度高p物理化学稳定性好，宜在氧化性及中性气氛中使用物理化学稳定性好，宜在氧化性及中性气氛中使用p熔点高，测温上限较高，熔点高，测温上限较高，1000-13001000-1300缺点：缺点：p热电势较小热电势较小p价格贵价格贵p易受污染和侵蚀而变质易受污染和侵蚀而变质p热电性质非线性性较大，高温下热电势不稳定热电性质非线性性较大，高温下热电势不稳定7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型（型（1）铂铑铂铑10-铂热电铂热电偶偶 School of Nuclear Science and Technology46/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（2 2）镍铬）镍铬-镍硅镍硅(镍铬镍铬-镍铝镍铝)热电偶热电偶 分度号分度号EU-2EU-2优点优点:p抗氧化性和抗腐蚀性较强，化学稳定性好抗氧化性和抗腐蚀性较强，化学稳定性好p复制性好，热电势较大复制性好，热电势较大p热电极材料便宜热电极材料便宜p核工业部门应用最广泛，可长期连续应用于核工业部门应用最广泛，可长期连续应用于10001000缺点：缺点：p500500以上温度下和还原性介质及硫，硫化物的气氛中使用易以上温度下和还原性介质及硫，硫化物的气氛中使用易被腐蚀被腐蚀p精度比铂铑精度比铂铑-铂热电偶低铂热电偶低7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型（型（2）镍铬镍铬-镍镍硅硅(镍铬镍铬-镍镍School of Nuclear Science and Technology47/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（3 3）镍铬）镍铬-考铜热电偶考铜热电偶 分度号分度号EA-2EA-2优点优点:p热电势较大热电势较大p价格便宜价格便宜缺点：缺点：p不能用于高温，测温上限不能用于高温，测温上限600600p易受氧化而变质易受氧化而变质7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型（型（3）镍铬镍铬-考考铜热电铜热电偶偶 School of Nuclear Science and Technology48/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（4 4）铂铑）铂铑3030-铂铑铂铑6 6热电偶热电偶 分度号分度号LL-2LL-2优点优点:p抗沾污能力强抗沾污能力强p稳定性、精度较高稳定性、精度较高p适用于氧化性和中性介质适用于氧化性和中性介质p长期在高温长期在高温1400-16001400-1600下使用。下使用。缺点：缺点：p灵敏度较小灵敏度较小p室温附近热电势小，不需参比端温度补偿室温附近热电势小，不需参比端温度补偿7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型（型（4）铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电热电School of Nuclear Science and Technology49/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的类型热电偶的类型（5 5）铜）铜-康铜热电偶康铜热电偶 分度号分度号CKCK优点优点:p灵敏度较大灵敏度较大p热电极易复制，价格低热电极易复制，价格低p低温时精确度较高，可测量低温时精确度较高，可测量-200-200缺点：缺点：p铜易被氧化，测量上限不超过铜易被氧化，测量上限不超过3003007.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的类类型（型（5）铜铜-康康铜热电铜热电偶偶 分分School of Nuclear Science and Technology50/64铠装式热电偶铠装式热电偶由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成一体，也称套管热电偶一体，也称套管热电偶p铠装热电偶具有性能稳定、结构铠装热电偶具有性能稳定、结构紧凑、牢固、抗震等特点紧凑、牢固、抗震等特点p由于测量端热容量小，所以热惯由于测量端热容量小，所以热惯性小，具有很好的动态特性性小，具有很好的动态特性p热电偶的外径、长度和测量端的热电偶的外径、长度和测量端的结构型式可以根据需要而选定，结构型式可以根据需要而选定，外直径从外直径从0.25-12mm0.25-12mm不等不等7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的结构和安装热电偶的结构和安装铠铠装式装式热电热电偶由偶由热电热电极、极、绝缘绝缘材料和金属套管三者一起材料和金属套管三者一起经经拉拉细细加工而加工而School of Nuclear Science and Technology51/64薄膜式热电偶薄膜式热电偶p采用真空蒸镀或化学涂层等制造采用真空蒸镀或化学涂层等制造工艺将两种热电偶材料蒸镀到工艺将两种热电偶材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电绝缘基板上，形成薄膜状热电偶，其热端接点既小且薄，约偶，其热端接点既小且薄，约为为0.01-0.1m0.01-0.1mp由于它的测量端热容量很小，适由于它的测量端热容量很小，适于壁面温度的快速测量，且响于壁面温度的快速测量，且响应快，其时间常数可达到微秒应快，其时间常数可达到微秒级，因而可测瞬变的表面湿度级，因而可测瞬变的表面湿度7.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的结构和安装热电偶的结构和安装由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶薄膜式薄膜式热电热电偶采用真空蒸偶采用真空蒸镀镀或化学涂或化学涂层层等制造工等制造工艺艺将两种将两种热电热电偶材料偶材料School of Nuclear Science and Technology52/647.1 热电偶温度计热电偶温度计热电偶的结构和安装热电偶的结构和安装电绝缘材料：电绝缘材料：氧化铝、氧化铍、氧化铝、氧化铍、氧化钙、氧化镁、氧化钙、氧化镁、氧化锆、氧化钍氧化锆、氧化钍套管材料：套管材料：在在20002000的反应堆环境中，的反应堆环境中，只局限于只局限于钨、铼、钽、钼及钨、铼、钽、钼及其合金其合金7.1 热电热电偶温度偶温度计计热电热电偶的偶的结结构和安装构和安装电绝缘电绝缘材料：套管材料材料：套管材料School of Nuclear Science and Technology53/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量测量热电势的仪表有直流毫伏计，电位差计，数字式电压表，测量热电势的仪表有直流毫伏计，电位差计，数字式电压表，电子自动平衡桥等电子自动平衡桥等p 按温度分度按温度分度 需标明热电偶的类型需标明热电偶的类型p 按电势分度按电势分度 各类型热电偶通用各类型热电偶通用直流毫伏计直流毫伏计7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量量测测量量热电势热电势的的仪仪表表School of Nuclear Science and Technology54/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量式中：式中：n为动圈匝数为动圈匝数 B为磁感应强度，为磁感应强度，T L为动圈有效边长，为动圈有效边长，cm I为流过动圈电流，为流过动圈电流，A式中，式中，2r2r为线圈的宽度为线圈的宽度转动力矩转动力矩 （1）毫伏计方法）毫伏计方法7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量式中：量式中：n为动为动圈匝圈匝School of Nuclear Science and Technology55/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量则则当整个测量回路的电阻一定时，通过动圈的电流与热电势当整个测量回路的电阻一定时，通过动圈的电流与热电势E E成比例，成比例，故动圈及固定在其上指针的偏转角度反映了热电势的大小。故动圈及固定在其上指针的偏转角度反映了热电势的大小。式中式中:W W为张丝扭转为张丝扭转11产生的力矩；产生的力矩；为张丝被扭转的角度。为张丝被扭转的角度。张丝的反抗力矩张丝的反抗力矩 7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量量则则当整个当整个测测量回路量回路School of Nuclear Science and Technology56/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量动圈测量机构中电阻的温度补偿动圈测量机构中电阻的温度补偿仪表的外接电阻仪表的外接电阻 =15=15p 热电偶本身的电阻热电偶本身的电阻 腐蚀腐蚀p 补偿导线和连接导线电阻补偿导线和连接导线电阻 环境温度环境温度p 冷端补偿器等效电阻（参比端补偿器，辅助热电偶法）冷端补偿器等效电阻（参比端补偿器，辅助热电偶法）p 外接电阻的调整电阻外接电阻的调整电阻R RL L仪表的内部电阻仪表的内部电阻p 串联电阻串联电阻R Rc c，可改变仪表的灵敏度，可改变仪表的灵敏度p 动圈电阻动圈电阻R Rd d锰铜电阻一般不随锰铜电阻一般不随温度变化温度变化7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量量动动圈圈测测量机构中量机构中电电School of Nuclear Science and Technology57/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量磁场强度与弹性模数的相互补偿磁场强度与弹性模数的相互补偿p磁钢的磁感应强度随温度升高而减弱，导致指针偏转角减小磁钢的磁感应强度随温度升高而减弱，导致指针偏转角减小p张丝材料弹性模数随温度升高而降低，导致反作用力矩减小张丝材料弹性模数随温度升高而降低，导致反作用力矩减小动圈电阻与热敏电阻的相互补偿动圈电阻与热敏电阻的相互补偿7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量磁量磁场场强强度与度与弹弹性模性模School of Nuclear Science and Technology58/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量毫伏计的改刻度毫伏计的改刻度已有的仪表和所要使用的热电偶不相配套的情况，在满足通过动圈已有的仪表和所要使用的热电偶不相配套的情况，在满足通过动圈的满刻度电流不变的条件下，重新确定的满刻度电流不变的条件下，重新确定R Rc c值。值。7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量毫伏量毫伏计计的改刻度的改刻度School of Nuclear Science and Technology59/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量（2）电位差计方法）电位差计方法工作原理：工作原理：用一个已知的标准量与被测量相比较，二者之差值为零用一个已知的标准量与被测量相比较，二者之差值为零时，被测量就等于已知的标准量，亦称为补偿法或者零值法时，被测量就等于已知的标准量，亦称为补偿法或者零值法伺服环节伺服环节示值示值反馈环节反馈环节变换环节变换环节检查检查-放放大环节大环节比较环节比较环节U UU U+-被测量被测量测量电势：测量电势：用一个已知的用一个已知的标准电压标准电压与被测电势相比较，平衡时，二与被测电势相比较，平衡时，二者之差值为零时，则被测电势就等于已知的标准电压者之差值为零时，则被测电势就等于已知的标准电压7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量（量（2）电电位差位差计计方方School of Nuclear Science and Technology60/647.1 热电偶温度计热电偶温度计测温热电偶热电势的测量测温热电偶热电势的测量标准直流电压常用二种线路，即标准直流电压常用二种线路，即分压线路分压线路和和桥式线路桥式线路直接分压线路的电位差计原理图直接分压线路的电位差计原理图桥式线路的电位差计原理图桥式线路的电位差计原理图7.1 热电热电偶温度偶温度计计测测温温热电热电偶偶热电势热电势的的测测量量标标准直流准直流电压电压常用常用School of Nuclear Science and Technology61/64手动电位差计手动电位差计 将将K接向接向“标准标准”侧，调整侧，调整RS，改变，改变I1，直到检流计，直到检流计G指针指零，此时指针指零，此时I1符合规定值符合规定值 将将K接向接向“测量测量”侧，调整侧，调整B点位置点位置使检流计指针为零，此时使检流计指针为零，此时B点位置点位置指示出被测电势大小指示出被测电势大小手动电位差计线路手动电位差计线路7.1 热电偶温度计热电偶温度计