在化工生產(chǎn)中溫度是個(gè)最常見(jiàn)和非常重要的物理參數(shù)。由于物體的很多物理及化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，很多生產(chǎn)過(guò)程都必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苓M(jìn)行，因此，對(duì)溫度進(jìn)行精確的測(cè)量和控制十分重要。首先溫度是不可以直接測(cè)量的，只能通過(guò)熱交換進(jìn)行測(cè)量！
雙金屬溫度計(jì)
一、雙金屬溫度計(jì)的工作原理
雙金屬溫度計(jì)的工作原理是利用二種不同溫度膨脹系數(shù)的金屬，為提高測(cè)溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷形狀，當(dāng)多層金屬片的溫度改變時(shí)，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開(kāi)。 由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的指針相連，因此，當(dāng)雙金屬片感受到溫度變化時(shí)，指針即可在一圓形分度標(biāo)尺上指示出溫度來(lái)。
這種儀表的測(cè)溫范圍一般在-80℃～+500℃間，允許誤差均為標(biāo)尺量程的1.5%左右。
二、雙金屬溫度計(jì)分類(lèi)
普通雙金屬溫度計(jì)、耐震型雙金屬溫度計(jì)、電節(jié)點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)。 按雙金屬溫度計(jì)指針盤(pán)與保護(hù)管的連接方向可以把雙金屬溫度計(jì)分成軸向型、徑向型、135°向型和萬(wàn)向型四種。 ① 軸向型雙金屬溫度計(jì)：指針盤(pán)與保護(hù)管垂直連接。
② 徑向型雙金屬溫度計(jì)：指針盤(pán)與保護(hù)管平行連接。 ③ 135°向型雙金屬溫度計(jì)：指針盤(pán)與保護(hù)管成135°連接。 ④ 萬(wàn)向型雙金屬溫度計(jì)：指針盤(pán)與保護(hù)管連接角度可任意調(diào)整。
三、選型與使用
在選用雙金屬溫度計(jì)時(shí)要充分考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和要求，如表盤(pán)直徑、精度等級(jí)、安裝固定方式、被測(cè)介質(zhì)種類(lèi)及環(huán)境危險(xiǎn)性等。除此之外，還要重視性?xún)r(jià)比和維護(hù)工作量等因素。
此外，雙金屬溫度計(jì)在使用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
A、雙金屬溫度計(jì)保護(hù)管浸入被測(cè)介質(zhì)中長(zhǎng)度必須大于感溫元件的長(zhǎng)度，一般浸入長(zhǎng)度大于100mm,0-50℃量程的浸入長(zhǎng)度大于150mm，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
B、各類(lèi)雙金屬溫度計(jì)不宜用于測(cè)量敞開(kāi)容器內(nèi)介質(zhì)的溫度，帶電接點(diǎn)溫度計(jì)不宜在工作震動(dòng)較大的場(chǎng)合的控制回路中使用。
C、雙金屬溫度計(jì)在保管、使用安裝及運(yùn)輸中，應(yīng)避免碰撞保護(hù)管，切勿使保護(hù)管彎曲變型及將表當(dāng)扳手使用。
D、溫度計(jì)在正常使用的情況下應(yīng)予定期檢驗(yàn)。一般以每隔六個(gè)月為宜。電接點(diǎn)溫度計(jì)不允許在強(qiáng)烈震動(dòng)下工作，以免影響接點(diǎn)的可靠性。
E、儀表經(jīng)常工作的溫度最好能在刻度范圍的1/3～2/3處。
壓力式溫度計(jì)
一、 壓力式溫度計(jì)的工作原理
壓力式溫度計(jì)的原理是基于密閉測(cè)溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的變化關(guān)系，而進(jìn)行溫度測(cè)量的。當(dāng)溫包感受到溫度變化時(shí)，密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，引起彈性元件曲率的變化，使其自由端產(chǎn)生位移，再由齒輪放大機(jī)構(gòu)把位移變?yōu)橹甘局怠?二、 壓力式溫度計(jì)組成
壓力式溫度計(jì)由敏感元件溫包，傳壓毛細(xì)管和彈簧管壓力表組成。 若給系統(tǒng)充以氣體，如氮?dú)猓Q(chēng)為充氣式壓力式溫度計(jì)，測(cè)溫上限可達(dá)500℃，壓力與溫度的關(guān)系接近于線(xiàn)性，但是溫包體積大，熱慣性大。
若充以液體，如二甲苯、甲醇等，溫包小些，測(cè)溫范圍分別為－40℃～200℃和－40℃～170℃，
若充以低沸點(diǎn)的液體，其飽和汽壓應(yīng)隨被測(cè)溫度而變，如丙酮，用于50℃～200℃。但由于飽和汽壓和飽和汽溫呈非線(xiàn)性關(guān)系，故溫度計(jì)刻度是不均勻的。
三、 壓力式溫度計(jì)的特點(diǎn)
必須將溫包全部浸入被測(cè)介質(zhì)；毛細(xì)管最長(zhǎng)不超過(guò)60 m；儀表精度低，但使用簡(jiǎn)便，而且抗震動(dòng)。
電阻式溫度計(jì)
一、 電阻式溫度計(jì)的工作原理
熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度或者與溫度有關(guān)的參數(shù)。
絕大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度而變化，溫度越高電阻越大，即具有正的電阻溫度系數(shù)。而大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，即溫度越高電阻越小。
二、 電阻式溫度計(jì)對(duì)材料的要求
1、在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)和物理性能穩(wěn)定； 2、復(fù)現(xiàn)性好；
3、電阻溫度系數(shù)大，以得到高靈敏度； 4、電阻率大，可以得到小體積元件； 5、電阻溫度特性盡可能接近線(xiàn)性； 6、價(jià)格低廉。
三、 常用的熱電阻元件
常用的熱電阻元件有：鉑熱電阻 、銅熱電阻 、半導(dǎo)體熱敏電阻 。 鉑熱電阻采用高純度鉑絲繞制而成，具有測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定
復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，因此在基準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。但其在高溫下容易被還原性氣氛所污染，使鉑絲變脆，改變其電阻溫度特性，所以需用套管保護(hù)方可使用。鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。鉑絲純度越高其穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也越高。
銅熱電阻的電阻值與溫度近于呈線(xiàn)性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)也較大，且價(jià)格便宜，所以在一些測(cè)量精度要求不是很高的情況下，就常采用銅熱電阻。但其在高于100℃的氣氛中易被氧化，故多用于測(cè)量－50～150℃溫度范圍。
半導(dǎo)體熱敏電阻 優(yōu)點(diǎn):負(fù)電阻溫度系數(shù)大，因此靈敏度高。電阻率大，可作成體積小而電阻值大的電阻元件，這就使之具有熱慣性小和可測(cè)量點(diǎn)溫度或動(dòng)態(tài)溫度。
缺點(diǎn)：同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線(xiàn)性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差、精度較低。
四、 熱電阻的接線(xiàn)方式
二線(xiàn)制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二
線(xiàn)制，這種引線(xiàn)方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻R，R大小與導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線(xiàn)方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合
三線(xiàn)制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線(xiàn)，另一端連接兩根引線(xiàn)
的方式稱(chēng)為三線(xiàn)制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線(xiàn)電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的常用的。
四線(xiàn)制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制，其中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過(guò)另兩根引線(xiàn)把U引至二次儀表。可見(jiàn)這種引線(xiàn)方式可消除引線(xiàn)的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。
五、 熱電阻的安裝要求
對(duì)熱電阻的安裝，應(yīng)注意有利于測(cè)溫準(zhǔn)確，安全可靠及維修方便，
而且不影響設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)操作。在選擇對(duì)熱電阻的安裝部位和插入深度時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1、為了使熱電阻的測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)之間有充分的熱交換，應(yīng)合理選擇測(cè)點(diǎn)位置，盡量避免在閥門(mén)，彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電阻。
2、帶有保護(hù)套管的熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測(cè)量誤差，熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度：
1）對(duì)于測(cè)量管道中心流體溫度的熱電阻，一般都應(yīng)將其測(cè)量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝)。如被測(cè)流體的管道直徑是200毫米，那熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米；
2）對(duì)于高溫高壓和高速流體的溫度測(cè)量(如主蒸汽溫度)，為了減小保護(hù)套對(duì)流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電阻。淺插式的熱電阻保護(hù)套管，其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm；熱套式熱電阻的標(biāo)準(zhǔn)插入深度為100mm。
3）假如需要測(cè)量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電阻插入深度1m即可。
4）當(dāng)測(cè)量原件插入深度超過(guò)1m時(shí)，應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支支撐架和保護(hù)套管。
3）假如需要測(cè)量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電阻插入深度1m即可。
4）當(dāng)測(cè)量原件插入深度超過(guò)1m時(shí)，應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支支撐架和保護(hù)套管。
熱電偶溫度計(jì)
利用不同導(dǎo)體間的“熱電效應(yīng)"現(xiàn)象制成的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、應(yīng)用范圍廣、準(zhǔn)確度高、熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)。且能直接輸出電信號(hào)，便于信號(hào)的傳輸、自動(dòng)記錄和自動(dòng)控制。
一、 熱電偶的工作原理
兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路，如果A和B所組成回路的兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不相同，則回路中就有電流產(chǎn)生，說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。也稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，通常稱(chēng)為熱電勢(shì)。
熱電勢(shì)是由兩部分電勢(shì)組成的，即接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)。
接觸電勢(shì) 當(dāng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí)，由于內(nèi)部
電子密度不同，例如材料A的電子密度大于材料B，則會(huì)有一部分電子從A擴(kuò)散到B，使得A失去電子而呈正電位，B獲得電子而呈負(fù)電位，最終形成由A向B的靜電場(chǎng)。靜電場(chǎng)的作用又阻止電子進(jìn)一步地由A向B擴(kuò)散。
當(dāng)擴(kuò)散力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡時(shí)，材料A和B之間就建立起一個(gè)固定的電動(dòng)勢(shì)。
由于兩種材料自由電子密度不同而在其接觸處形成電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱(chēng)為珀?duì)柼?yīng)。其電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為珀?duì)柵岭妱?shì)或接觸電勢(shì)。
理論上已證明該接觸電勢(shì)的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低。
結(jié)論：接觸電勢(shì)的大小只與接點(diǎn)溫度的高低以及導(dǎo)體A和B的電子密度有關(guān)。溫度越高，接觸電勢(shì)越大，兩種材料電子密度比值越大，接觸電勢(shì)也越大。
因材料兩端溫度不同，則兩端電子所具有的能量不同，溫度較高的一端電子具有較高的能量，其電子將向溫度較低的一端運(yùn)動(dòng)，于是在材料兩端之間形成一個(gè)由高溫端向低溫端的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將吸引電子從溫度低的一端移向溫度高的一端，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。
由于同一種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料因其兩端溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為湯姆遜效應(yīng)。其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為湯姆遜電動(dòng)勢(shì)或溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)的方向是由低溫端指向高溫端，其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)。
熱電偶回路熱電勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長(zhǎng)度及沿程溫度分布無(wú)關(guān)。
只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。
熱電偶的兩種材料確定之后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f(T0)為常數(shù)。回路總熱電勢(shì)EAB(T,T0)只是溫度的單值函數(shù)。
