仪表人必备！八大温度仪表工作原理及安装注意事项_智能仪表

仪表人常用的八大温度仪表进行讲解，从工作原理，到安装要求，以及产品选型和使用过程中应该注意的问题，及仪表的组成，详细的阐述了常见的八大温度仪表，为仪表人在后期工作中提供理论和经验帮助！

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工作原理：

双金属温度计的工作原理是利用二种不同温度膨胀系数的金属，为提高测温灵敏度，通常将金属片制成螺旋卷形状，当多层金属片的温度改变时，各层金属膨胀或收缩量不等，使得螺旋卷卷起或松开。

由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由转动的指针相连，因此，当双金属片感受到温度变化时，指针即可在一圆形分度标尺上指示出温度来。

这种仪表的测温范围一般在-80℃～+500℃间，允许误差均为标尺量程的1.5%左右。

分类：

普通双金属温度计、耐震型双金属温度计、电节点双金属温度计。

按双金属温度计指针盘与保护管的连接方向可以把双金属温度计分成轴向型、径向型、135°向型和万向型四种。

①轴向型双金属温度计：指针盘与保护管垂直连接。

②径向型双金属温度计：指针盘与保护管平行连接。

③135°向型双金属温度计：指针盘与保护管成135°连接。

④万向型双金属温度计：指针盘与保护管连接角度可任意调整。

选型与使用：

在选用双金属温度计时要充分考虑实际应用环境和要求，如表盘直径、精度等级、安装固定方式、被测介质种类及环境危险性等。除此之外，还要重视性价比和维护工作量等因素。

此外，双金属温度计在使用过程中应注意以下几点：

A、双金属温度计保护管浸入被测介质中长度必须大于感温元件的长度，一般浸入长度大于100mm,0-50℃量程的浸入长度大于150mm，以保证测量的准确性。

B、各类双金属温度计不宜用于测量敞开容器内介质的温度，带电接点温度计不宜在工作震动较大的场合的控制回路中使用。

C、双金属温度计在保管、使用安装及运输中，应避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲变形及将表当扳手使用。

D、温度计在正常使用的情况下应予定期检验。一般以每隔六个月为宜。电接点温度计不允许在强烈震动下工作，以免影响接点的可靠性。

E、仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1/3～2/3处。

工作原理：

压力式温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值。

组成及分类：

压力式温度计由敏感元件温包，传压毛细管和弹簧管压力表组成。

若给系统充以气体，如氮气，称为充气式压力式温度计，测温上限可达500℃，压力与温度的关系接近于线性，但是温包体积大，热惯性大。
若充以液体，如二甲苯、甲醇等，温包小些，测温范围分别为－40℃～200℃和－40℃～170℃，
若充以低沸点的液体，其饱和汽压应随被测温度而变，如丙酮，用于50℃～200℃。但由于饱和汽压和饱和汽温呈非线性关系，故温度计刻度是不均匀的。
特点：

必须将温包全部浸入被测介质；毛细管最长不超过60m；仪表精度低，但使用简便，而且抗震动。

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工作原理：

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度或者与温度有关的参数。

绝大多数金属的电阻值随温度而变化，温度越高电阻越大，即具有正的电阻温度系数。而大多数半导体材料具有负的电阻温度系数，即温度越高电阻越小。

组成材料要求

1、在测温范围内化学和物理性能稳定；

2、复现性好；

3、电阻温度系数大，以得到高灵敏度；

4、电阻率大，可以得到小体积元件；

5、电阻温度特性尽可能接近线性；

6、价格低廉。

常用热电阻元件：

常用的热电阻元件有：铂热电阻、铜热电阻、半导体热敏电阻。

铂热电阻采用高纯度铂丝绕制而成，具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化等优点，因此在基准、实验室和工业中被广泛应用。但其在高温下容易被还原性气氛所污染，使铂丝变脆，改变其电阻温度特性，所以需用套管保护方可使用。铂丝纯度是决定温度计精度的关键。铂丝纯度越高其稳定性越高、复现性越好、测温精度也越高。
铜热电阻的电阻值与温度近于呈线性关系，电阻温度系数也较大，且价格便宜，所以在一些测量精度要求不是很高的情况下，就常采用铜热电阻。但其在高于100℃的气氛中易被氧化，故多用于测量－50～150℃温度范围。
半导体热敏电阻优点:负电阻温度系数大，因此灵敏度高。电阻率大，可作成体积小而电阻值大的电阻元件，这就使之具有热惯性小和可测量点温度或动态温度。缺点：同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此互换性差、精度较低。

热电阻连接方式：

二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制，这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻R，R大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合
三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。
四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

安装要求：

对热电阻的安装，应注意有利于测温准确，安全可靠及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作。在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点：

1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门，弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。

2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热电阻应该有足够的插入深度：

1）对于测量管道中心流体温度的热电阻，一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是200毫米，那热电阻插入深度应选择100毫米；

2）对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度)，为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm；热套式热电阻的标准插入深度为100mm。

3）假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m，热电阻插入深度1m即可。

4）当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装,或加装支支撑架和保护套管。

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工作原理：

两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

安装要求：

首先热电偶和热电阻的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触以保证其测量精度。
另外热电偶和热电阻应尽量安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。其次当热电偶和热电阻传感器安装在负压管道中时，必须保证测量处具有良好的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。
当热电偶和热电阻传感器安装在户外时，热电偶和热电阻传感器的接线盒面盖应向上，入线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，而损坏热电偶和热电阻接线盒内的接线影响其测量精度。
应经常检查热电偶和热电阻温度计各处的接线情况，特别是热电偶温度计由于其补偿导线的材料硬度较高，非常容易从接线柱脱离造成断路故障，因此要接线良好不要过多碰动温度计的接线并经常检查，以获得正确的测量温度。
热电偶安装时应放置在尽可能靠近所要测的温度控制点。为防止热量沿热电偶传走或防止保护管影响被测温度，热电偶应浸入所测流体之中，深度至少为直径的10倍。当测量固体温度时，热电偶应当顶着该材料或与该材料紧密接触。为了使导热误差减至最小，应减小接点附近的温度梯度。
当用热电偶测量管道中的气体温度时，如果管壁温度明显地较高或较低，则热电偶将对之辐射或吸收热量，从而显着改变被测温度。这时，可以用一辐射屏蔽罩来使其温度接近气体温度，采用所谓的屏罩式热电偶。
选择测温点时应具有代表性，例如测量管道中流体温度时，热电偶的测量端应处于管道中流速最大处。一般来说，热电偶的保护套管末端应越过流速中心线。

●玻璃管液体温度计●

工作原理：

玻璃液体温度计采用热胀冷缩效应的测温原理：当温度变化时，玻璃球中的液体体积会发生膨胀或收缩，使进入毛细管中的液柱高度发生变化，从刻度上可指示出温度的变化。

温度表的刻度分辨力高低与温度表的灵敏度有关，灵敏度大，则温度表的刻度分辨力高。要提高温度表的灵敏度，可增大测温液的体积或减小毛细管的直径。但增大测温液的体积，不易于与被测物质取得热平衡，造成较大的滞后误差，且容易使球部产生变形；而减小毛细管直径则会使毛细管不易加工均匀，造成液柱上升不均匀，影响测量准确性。因此，应取适当的灵敏度。

另外，温度表的灵敏度还与测温液和玻璃的热膨胀系数之差有关，且成正比。一般均选取热膨胀系数较大的液体作为测温液，而玻璃的热膨胀系数应尽可能的小。常用的测温液有水银和酒精。

主要产生误差的原因：

（1）零点永远位移

（2）球部暂时变形

（3）压力变化

（4）刻度不准确

（5）读数方法不正确

（6）热滞效应

（7）酒精温度表产生误差的特殊原因

（8）最高温度表产生误差的特殊原因

●温度变送器●

工作原理：

温度电流变送器是把温度传感器的信号转变为电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。

安装要求：

1、安装前，检查配件是否齐全，紧固件有无松动,将天线拧紧。

2、安装时，注意轻拿轻放，切勿敲、摔。将天线拧紧后即可正常工作

3、安装后，加电后，禁止非操作人员打开前盖，如操作人员误操作后，严禁保存，断电后重新开启即可。

主要产生误差的原因：

被测介质温度升高或者降低时变送器输出没有变化，这种情况大多是温度变送器密封的问题，可能是由于温度变送器没有密封好或者是在焊接的时候不小心将传感器焊了个小洞，这种情况一般需要更换变送器外壳才能解决。
输出信号不稳定，这种原因是温度源本事的原因，温度源本事就是一个不稳定的温度，如果是仪表显示不稳定，那就是仪表的抗干扰能力不强的原因。
变送器输出误差大，这种情况原因就比较多，可能是选用的温度变送器的电阻丝不对导致量程错误，也有可以能是变送器出厂的时候没有标定好。

●温度开关●

工作原理：

温度开关是一种用双金属片作为感温元件的温度开关，电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合/断开状态，当温度升高至动作温度值时，双金属元件受热产生内应力而迅速动作，打开/闭合触点，切断/接通电路，从而起到热保护作用。当温度降到重定温度时触点自动闭合/断开，恢复正常工作状态。

安装要求：

1、采用接触感温式安装时，应使金属盖面贴紧被控器具的安装面，为确保感温效果，应在感温表面涂上导热硅脂或其他性能类似的导热介质。

2、安装时不可把盖面顶部压塌、松动或变形，以免影响性能。

3、不能让液体渗入控温器内部，不得使外壳出现裂纹，不得随意改变外接端子的形状。

4、产品在不大于5A电流的电路中使用，应选择铜芯截面为0. 5-1㎜2导线连接；不大于10A电流的电路中使用，应选择铜芯截面为0.75-1.5㎜2导线连接。

5、产品应在相对湿度小于90[[%]]，环境温度40℃以下通风、洁净、干燥、无腐蚀性气体的仓库中存放。

●光学、辐射式高温计●

工作原理：

辐射高温计是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系设计制造的，用辐射感温器作为一次仪表，电子电位差计作为二次仪表，它属于透镜聚焦式感温器，具有铝合金外壳，前部是物镜，壳体内装有热电堆补偿光栏，在靠紧热电堆的视场光栏上有一块调档板，档板的作用是调节照射到热电堆上的辐射能量，使产品具有统一的分度值，在可拆卸的后盖板上装有目镜，借以观察被测物体的影像。

辐射感温器把被测物体的辐射能，经过透镜聚焦在热敏元件上，热敏元件把辐射能转变为电参数，由已知的热电势与物体温度之间的关系通过二次仪表测出热电势，显示出温度值，这个温度值须用物体的全辐射黑体系数予以校正或用铂铑10—铂热电偶直接插入高温盐浴炉中配以直流电位差计测量温度，然后与仪表显示温度对比，用以校准高温计测量温度的准确程度。

光纤温度计，光导纤维简称光纤: 它以高速、高可靠性传送大量信息，具有不受电磁干扰、绝缘性好、安全防爆、损耗低、传输频带宽、容量大、直径细、重量轻、可挠曲和耐腐蚀等优点，被应用到信号检测领域. 目前采用最多的光纤为玻璃光纤，是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的。

由导光的纤芯及其周围的包层组成，包层的外面常有塑料或橡胶等保护套。