热电阻热电偶及常用功能码汇总.docx
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热电阻热电偶及常用功能码汇总
讲课题目：
热电偶
课程主要目的：
一、热电偶的测量原理
二、热电偶四个定律
三、热电偶接配线方式及工艺要求
四、热电偶日常缺陷及处理
热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过二次仪表转换成被测介质的温度。
各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。
一﹑热电偶的测量原理
两种不同成份的导体或半导体两端接合成回路，当两个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（赛贝克效应），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。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：
1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；
2、热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；
3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。
当导体A和B的两个执着点T和T0之间存在温差时，回路中形成一个大小的电流，称为热电流，两者之间便产生电动势。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
二、热电偶四个定律
1、均质导体定律
由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。
可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。
2、中间导体定律
在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。
应用:
依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。
有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。
根据这个定律，是没有这个误差的！
3、中间温度定律
热电偶回路两接点（温度为T1、T3）间的热电势，等于热电偶在温度为T1、T2时的热电势与在温度为T2、T3时的热电势的代数和。
T2称中间温度。
应用:
由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时，不能利用已知回路实际热电势E（T1,T3）直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E（T1,T3）直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。
4、参考电极定律
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。
只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。
三、热电偶接配线方式及工艺要求
在生产中由于被测对象不同，环境条件不同，测量要求不同，和热电偶的安装方法及采取的措施也不同，需要考虑的问题比较多，但原则上可以从测温的准确性、安全性、维修方便三个方面来考虑。
为避免测温元件损坏，应保证其有足够的机械强度，为保护感温元件不受磨损应加保护屏或保护管等，为确保安全、可靠，测温元件的安装方法应视具体情况（如待测介质的温度、压力、测温元件的长度及其安装位置、形式等）而定。
凡安装承受压力的测温元件，都必须保证其密封性。
高温下工作的热电偶，为防止保护管在高温下产生变形，一般应垂直安装，若必须水平安装则不宜过长，并用支架保护热电偶。
若测温元件安装于介质流速较大的管道中，则其应倾斜安装。
为防止测温元件受到过大的冲蚀，最好安装在管道的弯曲处。
当介质压力超过10MPa时，必须在测量元件上加保护外套。
热电偶的安装部位还应考虑其拆装、维修、校验的足够空间和场地，具有较长保护管的热电偶、热电偶应能方便地拆装。
对热电偶的安装，应注意有利于测温准确，安全可考及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求，在选择对热电偶的安装部位和插入深度时要注意以下几点：
1、为了使热电偶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偶。
2、带有保护套管的热电偶有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶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偶，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，那热电偶插入深度应选择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偶，浅插式的热电偶保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm；热套式热电偶的标准插入深度为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，热电偶插入深度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，或加装支撑架和保护套管。
四、热电偶日常缺陷及处理
故障现象
可能原因
处理方法
热电势比实际值小（显示仪表指示值偏低）
热电极短路
如潮湿所致，则进行干燥；如绝缘子损坏，则更换绝缘子
热电偶的接线柱处积灰，造成短路
清扫积灰
补偿导线线间短路
找出短路点，加强绝缘或更换补偿导线
热电偶热电极变质
在长度允许的发问下，剪去变质段重新焊接，或更换新热电偶
补偿导线与热电偶极性接反
重新接正确
补偿导线与热电偶不配套
更换相配套的补偿导线
热电偶安装位置不录或插入深度不符合要求
重新按规定安装
热电偶冷端温度补偿不符合要求
调整冷端补偿器
热电偶与显示仪表不配套
更换热电偶或显示仪表使之相配套
热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）
显示仪表与热电偶不配套
更换热电偶使之相配套
热电偶与补偿导线不配套
更换补偿导线使之相配套
有直流干扰信号进入
排除直流干扰
热电势输出不稳定
热电偶接线柱与热电极接触不良
将接线柱螺丝拧紧
热电偶测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地
找出故障点，修复绝缘
热电偶安装不牢或外部震动
紧固热电偶，消除震动或采取减震措施
热电极将断未断
修复或更换热电偶
外界干扰（交流漏电，电磁场感应等）
查出干扰源，采用屏蔽措施
热电偶热电势误差大
热电极变质
更换热电极
热电偶安装位置不当
改变安装位置
保护管表面积灰
清除积灰
五﹑常见种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、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。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。
热电偶分度号
热电极材料
正极
负极
S
铂铑10
纯铂
R
铂铑13
纯铂
B
铂铑30
铂铑6
K
镍铬
镍硅
T
纯铜
铜镍
J
铁
铜镍
N
镍铬硅
镍硅
E
镍铬
铜镍
从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。
为了保证工程技术中的可靠性，以及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料，基本要求是：
1、在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；
2、电阻温度系数小，导电率高，比热小；
3、测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；
4、材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。
六﹑结构要求
热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
1、组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
2、两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
3、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
4、保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
七﹑正确使用
正确使用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证产品质量。
安装不正确，热导率和时间滞后等误差，它们是热电偶在使用中的主要误差。
1、安装不当引入的误差
如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等，换句话说，热电偶不应装在太靠近门和加热的地方，插入的深度至少应为保护管直径的8～10倍；热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入，因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的准确性；热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃；热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场，所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差；热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内，当用热电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流速方向安装，而且充分与气体接触。
2、绝缘变差而引入的误差
如热电偶保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上XX。
3、热惰性引入的误差
由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。
所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。
测温环境许可时，甚至可将保护管取去。
由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度,其波动的振幅较炉温波动的振幅小。
测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。
当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。
为了准确的测量温度，应当选择时间常数小的热电偶。
时间常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以外，最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。
使用中，通常采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管。
在较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更换。
4、热阻误差
高温时，如保护管上有一层煤灰，尘埃附在上面，则热阻增加，阻碍热的传导，这时温度示值比被测温度的真值低。
因此，应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小误差。
八﹑主要分类
1、按固定装置型式分类
热电偶作为主要测温手段，用途十分广泛，因而对固定装置和技术性能有多种要求，因此热电偶的固定装置分为六种：
无固定装置式、螺纹式、固定法兰式、活动法兰式、活动法兰角尺形式、锥形保护管式六种。
2、按装配及结构方式分类
根据热电偶的性能结构方式可分为：
可拆卸式热电偶、隔爆式热电偶、铠装热电偶和压弹簧固定式热电偶等特殊用途的热电偶
九﹑冷端补偿
理论上，热电偶是冷端以0℃为标准进行测量的。
然而，通常测量时仪表是处于室温之下的，但由于冷端不为0℃，造成了热电势差减小，使测量不准，出现误差。
因此为减少误差所做的补偿措施就是冷端温度补偿。
冰点槽法
冰点槽法就是把热电偶的冷端放入冰水混合物容器里，使T0=0℃。
这种办法仅限于在科学实验中使用。
为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。
零点迁移法
应用领域：
如果冷端不是0℃，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所），在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。
补偿器法
利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。
热电偶（K型）对应的毫伏值
0℃
0mV
50
3.047
100
6.137
150
9.787
200
13.419
250
17.178
300
21.033
350
24.961
400
28.943
450
32.960
500
36.999
550
41.045
讲课题目：
热电阻
课程主要目的：
一、热电阻的测量原理
二、热电阻接配线方式及工艺要求
三、热电阻日常缺陷及处理
热电阻（thermalresistor）是中低温区最常用的一种温度检测器。
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
它的主要特点是测量精度高，性能稳定。
其中铂电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜；此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
一、热电阻的测量原理
热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。
因此，只要测量出感温热电阻的阻值，就可以测量出温度。
目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。
相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。
金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制中的应用极其广泛。
对于热电阻金属材料的一般要求：
尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系。
二、热电阻接配线方式及工艺要求
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。
工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
目前热电阻的引线主要有三种方式：
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1、2的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，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。
安装注意
1、热电阻应尽量垂直装在水平或垂直管道上，安装时应有保护套管，以方便检修和更换。
2、测量管道内温度时，元件长度应在管道中心线上（即保护管插入深度应为管径的一半）。
3、要根据不同的温度选择不同的测量元件。
一般测量温度小于400℃时选择热电阻。
三、热电阻日常缺陷及处理
热电阻的常见故障是热电阻的短路和断路。
一般断路更常见，这是因为热电阻丝较细所致。
电阻体短路一般较易处理，只要不影响电阻丝的长短和粗细，找到短路处进行吹干（进水短路现象），加强绝缘即可。
电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。
热电阻测温系统在运行中常见故障及处理方法如下：
故障现象
可能原因
处理方法
显示仪表指示值比实际值低或示值不稳
保护管内有金属屑、灰尘、接线柱间脏污及热电阻短路（水滴等）
除去金属，清扫灰尘、水滴等，找到短路点，加强绝缘等
显示仪表批示无穷大
热电阻或引出线断路及接线端子松开等
更换电阻体，或焊接及拧紧线螺丝等
阻值与温度关系无变化
热电阻丝材料受腐蚀变质
更换电阻体（热电阻）
显示仪表指示负值
显示仪表与热电阻接线有错，或热电阻有短路现象
改正接线，或找出短路处，加强绝缘
四、热电阻种类
普通型热电阻
铠装热电阻
是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。
与普通型热电阻相比，它有下列优点：
1、体积小，内部无空气隙，其热惯性上，测量滞后小；
2、机械性能好、耐振，抗冲击；
3、能弯曲，便于安装；
4、使用寿命长。
端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材料绕制而成，紧贴在温度计端面。
能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。
隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
五、热电偶和热电阻区别
第一、热电阻本身是电阻，温度的变化使电阻产生正的或者是负的阻值变化；而热电偶是产生感应电压的变化，它随温度的改变而改变。
虽然都是接触式测温仪表，但它们的测温范围不同；热电偶使用在温度较高的环境，如S型测-20℃﹣1300℃（短期1600℃）,K型测-50℃-1000℃（短期1200℃）等。
这类仪表一般用于500度以上的较高温度，低温区时输出热电势很小，当电势小时，对抗干扰措施和二次表和要求很高，否则测量不准。
还有，在较低的温度区域，冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出，不易得到全补偿。
所以在中低温度时，一般使用热电阻测温范围为一200~~500℃，甚至还可测更低的温度。
第二、工作中的现场判断
热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分，而热电阻常用的为三线制，有公共端和两个自由端，首先保证连接，接线正确。
在运行中，常见的有短路，断路，接触不良和变质。
热电阻短路和断路用万用表可判断。
第三、从材料上分，热阻是一种金属材料，是具有温度敏感变化的金属材料，热电偶是双金属材料，既两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。
第四、两种传感器检测的温度范围不一样，热阻一般检测0-150度温度范围，当然也可以检测负温度，热电偶可检测0-1000度的温度范围（甚至更高）。
所以，前者是低温检测，后者是高温检测。
讲课题目：
热电阻热电偶常用功能码
课程主要目的：
一、功能码215—增强型模拟量子模件定义
二、功能码216—扩展模拟量输入定义
三、现场使用逻辑分析
一、功能码215—增强型模拟量子模件定义
概述
增强型模拟量子模件定义功能码（EASD）为多功能处理器定义了—个IMASI23通用模拟量子模件。
要详细了解，请参阅《IMASI23通用模拟量子模件》产品说明手册。
EASD块为IMASI23子模件定义了通用的规格，特定的输入功能码（216号功能码）与本块相连，
定义IMASI23子模件上有效的通道。
输出
块号
数据类型
说明
N
R
冷端参考温度（℃）
N+1
R
子模件状态：
0=好1=坏
N+2
R
输入扫描周期（S）
规格
规格
可调性
缺省值
数据类型
范围
说明
S1
N
0
I
0～63
子模件地址
S2
N
2
I
注1
第—个增强型模拟量输入的定义的块地址（功能码216）
S3
N
5
I
注1
冷端参照输入的块地址
S4
N
0
I
0或1
子模件故障处理：
0=跳主模件，1=继续运行
S5
N
0
I
0或1
差模拟制类型：
0=60Hz1=501Hz
S6
N
0.00
R
FULL
端子设备电缆长度（单位：
英尺）
S7
N
0
I
FULL
备用
S8
N
0
I
FULL
备用
S9
N
0.00
R
FULL
备用
S10
N
0.00
R
FULL
备用
注：
1、最大值是：
对BRC100、IMMFP11/12为9998
对HAC为31998
说明
规格：
S1：
规格S1是IMASI23子模件的子模件扩展总线地址。
S2：
规格S2是第—个增强型模拟量输入定义功能块（216号功能块）的块地址。
每个216号功能块组态IMASI23子模件上的—个通道。
注意：
块地址与通道号可以任意方式相连系。
S3：
规格S3是冷端参照温度的块地址，此值的单位必须为摄氏度。
它用于热电偶输入的补偿，规格S3通常与215块的输出N相连，此输出N引导IMASI23子模件使用在端子设备上有效的就地冷端参照“应用”节中的图215-1就是就地冷端补偿的—个例子。
注意：
规格S3—般是与EASO块相连的，它也可与任意块相连。
规格S3也能与用于远方冷端参照的输出块相连。
在“应用”节中的图215—2就是远方冷端补偿的—个例子。
S4：
规格S4定义了在IMASI23子模件故障之后，对主模件要采取的方式。
0=跳主模件，1=继续运行。
S5：
规格S5是在模拟量向数字量转化中要抑制的主噪声频率，0=60Hz，1=50Hz。
S6：
规格S6是端子设备与子模件间的电缆长度（单位：
英尺），子模件根据此值补偿在电缆上电阻对输入值的影响。
输出
N输出N是热电偶输入冷端参照的温度值（单位：
℃），它由IMASI23子模件端子设备上的RTD测得。
N+1输出N+1表示IMASI23子模件故障是否被检测到。
0=好，1=子模件故障。
N+2输出N+2是—个通道的输入值与质量完全更新之间总时间，它是子模件所有已定义点的总扫描时间。
图215－1就地冷端补偿
应用
图215－1是就地冷端补偿的—个典型的例子，表215－1、表215－2、表215－3和表215－4是图215－1中所使用块设置的所有规格的说明。
远方冷端参照输入自动地使用板上的冷端参照对热电偶进行补偿。
图215—2是—个典型的远方冷端补偿的例子。
表215－5、表215－6和表215－7是图215－2中所使用块设置的所有规格的说明。
表215－1就地冷端参照，215号功能码
规格
值
说明
S1
1
子模件地址1，在IMASI23子模件上
S2
110
在链中第—个216号功能码的块地址
S3
100
此215块的块输出N，它是此IMASI23子模件的端子设备上测得的冷端参照温度（单位：
℃）
S4
1
在子模件故障后，主模件继续运行
S5
0
抑制外界60HZ的干扰（此规格设置为所在国家线路上的电压的频率）
S6
10
从IMASI23子模件到端子设备的电缆长度为10英尺
215－2216号功能码，块地址110
规格
值
说明
S1
1
子模件地址1，在IMASI23子模件上
S2
90
是链中下—个216号功能码的块地址（缺省值2表明是链中最后—个216功能码）
S3
1
IMASI23子模件的1#输入通道
S4
升级会员 