new傳感器項(xiàng)目2

1、項(xiàng)目2 溫度測(cè)量技能目標(biāo)能熟練使用熱電偶傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量能熟練使用熱電阻傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量知識(shí)目標(biāo)掌握熱電偶的工作原理、常用的兩個(gè)基本定律熟悉工業(yè)熱電偶的種類和幾種常用熱電偶的特性掌握熱電偶溫度補(bǔ)償原理及常用補(bǔ)償方法掌握常用鉑、銅熱電阻的特性和熱電阻傳感器的三線制接法熟悉半導(dǎo)體熱敏電阻的特性及典型應(yīng)用了解紅外傳感器測(cè)溫知識(shí)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量熱電偶傳感器熱電偶傳感器項(xiàng)目2 溫度測(cè)量任務(wù)1 熱電偶傳感器測(cè)量溫度 熱電偶溫度傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為熱電偶溫度傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為mV級(jí)熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸出，屬于自發(fā)電型傳感級(jí)熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸出，屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)溫范圍為器，測(cè)溫范圍為 2

2、701800。測(cè)溫時(shí)需將熱電偶通過連接導(dǎo)線與顯示儀表相連接組成測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度自動(dòng)測(cè)量、顯示、記錄、報(bào)警和控制等，圖2.1所示的溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。2.1.1 熱電偶工作原理知識(shí)鏈接項(xiàng)目2 溫度測(cè)量圖2.1 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)示意圖 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路，如圖2.2所示，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同溫度t、t0（t t0）中時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。兩種導(dǎo)體稱為熱電極熱電極，所組成的回路稱為熱電偶熱電偶，熱電偶的兩個(gè)工作端分別稱為熱端熱端和冷端冷端。熱電動(dòng)勢(shì)由熱電動(dòng)勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)和和溫

3、差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)兩部?jī)刹糠纸M成。分組成。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 （1）接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)A、B兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者電子密度不同（設(shè)NANB），從A擴(kuò)散到B的電子數(shù)要比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)多，于是在A、B接觸面上形成了一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)。該靜電場(chǎng)的作用一方面阻礙了A導(dǎo)體電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)B導(dǎo)體電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起促進(jìn)作用，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這時(shí)A、B接觸面所形成的電位差稱為接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)，其大小分別用eAB(t)、eAB(t0)表示。 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與接點(diǎn)處溫度高低和導(dǎo)體的電子密度有關(guān)。溫度越高，接觸電動(dòng)勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大

4、，接觸電動(dòng)勢(shì)越大。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 （2）溫差電動(dòng)勢(shì) 將一根導(dǎo)體的兩端分別置于不同的溫度t、t0（t t0）中時(shí)，由于導(dǎo)體熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，使得從熱端擴(kuò)散到冷端的電子數(shù)比從冷端擴(kuò)散到熱端的多，于是在導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場(chǎng)。與接觸電勢(shì)形成原理相同，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)，分別用eA(t，t0)、eB(t，t0)表示。 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量tt0_+ + + + + + +- - - - - - -eA(t，t0)tt0 溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的電子密度及兩端溫度有關(guān)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì) 熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)包括兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)和兩個(gè)溫

5、差電動(dòng)勢(shì)。 EAB(t，t0)=eAB(t)eAB(t0)eA(t，t0)+eB(t，t0)EAB(t, t0)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 由于熱電偶的接觸電動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溫差電動(dòng)勢(shì)，且t t0，所以總熱電動(dòng)勢(shì)的方向取決于eAB(t)，故式（2.1）可以寫為 EAB(t，t0)=eAB(t) eAB(t0) （2.2） 熱電動(dòng)勢(shì)的大小與組成熱電偶的導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度溫度有關(guān)。熱電偶回路中導(dǎo)體電子密度大的稱為正極，所以A為正極為正極，B為負(fù)極為負(fù)極。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 當(dāng)熱電偶兩電極材料確定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度t和t0的函數(shù)差，即 EAB(t, t0) = f(t) f(t0) （2.3）

6、如果使冷端溫度t0保持不變，熱電動(dòng)勢(shì)就成為熱端溫度t的單一函數(shù)，即 EAB(t, t0) = f(t) C = (t) （2.4）項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 當(dāng)當(dāng)冷端溫度冷端溫度t t0恒定恒定時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只與熱端的溫度有關(guān)。勢(shì)只與熱端的溫度有關(guān)。 熱電偶的幾個(gè)結(jié)論： 熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極，否則無(wú)論導(dǎo)體截面如何、溫度分布如何，回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)恒為零。 若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管采用了兩種不同的金屬，回路總電動(dòng)勢(shì)恒為零。 熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無(wú)關(guān)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中

7、接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體和原導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。2.1.2 熱電偶的基本定律項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即 EAB(t，t0)=EAB(t，tn)+EAB(tn，t0) （2.5） 當(dāng)t0=0，tn= t0時(shí)，上式可寫成 EAB(t，0)=EAB(t，t0)+EAB(t0，0) （2.6） 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1熱電偶材料 測(cè)量范圍廣測(cè)量范圍廣。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有較高的測(cè)量精確度、較大的熱電動(dòng)勢(shì)，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系是單值函數(shù)。 性能

8、穩(wěn)定性能穩(wěn)定。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)熱電性能穩(wěn)定，有較好的均勻性和復(fù)現(xiàn)性。 化學(xué)性能好化學(xué)性能好。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化或抗還原性能，不產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。2.1.3 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu) 熱電偶溫度傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度測(cè)量，根據(jù)其用途和安裝位置不同，它具有多種結(jié)構(gòu)形式。（1）普通工業(yè)熱電偶）普通工業(yè)熱電偶 普通工業(yè)熱電偶通常由熱電極熱電極、絕緣管絕緣管、保護(hù)套管保護(hù)套管和接線盒接線盒等幾個(gè)主要部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1熱電極；2焊點(diǎn)；3絕緣套管；4保護(hù)套管； 5接線盒；6

9、引線口圖2.3 普通工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線溫度計(jì)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量（2 2）鎧裝熱電偶）鎧裝熱電偶 它是由金屬套管金屬套管、絕緣材料絕緣材料和熱電極熱電極經(jīng)焊接密封和裝配等工藝制成的堅(jiān)實(shí)組合體。 金屬套管材料:銅、不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）或鎳基高溫合金（GH30）等；套管最長(zhǎng)可達(dá)100 m以上,最細(xì)能達(dá)0.25 mm。 絕緣材料:電熔氧化鎂、氧化鋁、氧化鈹?shù)鹊姆勰?熱電極有單支（雙芯）、雙支（四芯），彼此間互不接觸。 鎧裝熱電偶體積小、熱容量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可撓性好、柔軟性良好、強(qiáng)度高、耐壓、耐震、耐沖擊等許多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

10、過程。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 3熱電偶種類 （1）標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶是指制造工藝比較成熟、應(yīng)用廣泛、能成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良而穩(wěn)定并已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中的熱電偶。 由于標(biāo)準(zhǔn)化文件對(duì)同一型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶規(guī)定了統(tǒng)一的熱電極材料及其化學(xué)成分、熱電性質(zhì)和允許偏差，故同一型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶互換性好，具有統(tǒng)一的分具有統(tǒng)一的分度表，并有與其配套的顯示儀表可供選用。度表，并有與其配套的顯示儀表可供選用。 常用的7種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：B、R、S、K、N、E、J、T。 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 （2）非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶）非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶 非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶：鉑銠系鉑銠系、銥銠系銥銠系及鎢

11、錸系鎢錸系熱電偶等。 鉑銠系熱電偶：鉑銠20-鉑銠5、鉑銠40-鉑銠20等一些種類。性能穩(wěn)定，適用于各種高溫測(cè)量。 銥銠系熱電偶：銥銠40-銥、銥銠60-銥。長(zhǎng)期使用的測(cè)溫范圍在2 000以下，且熱電動(dòng)勢(shì)與溫度線性關(guān)系好。 鎢錸系熱電偶：鎢錸3-鎢錸25、鎢錸5-鎢錸20等。最高使用溫度可達(dá)2 500左右，主要用于鋼水連續(xù)測(cè)溫、反應(yīng)堆測(cè)溫等場(chǎng)合。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 （3）薄膜熱電偶）薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，它的測(cè)量端既小又薄，熱容量很小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可用于微小面積的溫度測(cè)量和快速變化的表面溫度測(cè)量。 薄膜熱電偶測(cè)溫時(shí)需用膠黏劑緊粘在被測(cè)物

12、表面，所以熱損失很小，測(cè)量精度高。由于使用溫度受膠黏劑和襯墊材料限制，目前只能用于 200300范圍內(nèi)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量表面熱電偶項(xiàng)目2 溫度測(cè)量一體化工業(yè)熱電偶項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 2.1.4熱電偶的冷端補(bǔ)償熱電偶的冷端補(bǔ)償 由熱電偶的工作原理可知，只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí)只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。由于熱電偶分度表是以冷端溫度為0時(shí)做出的，因此在使用時(shí)要正確反映熱端溫度（被測(cè)溫度），最好設(shè)法使冷端溫度恒為0，否則將產(chǎn)生測(cè)量誤差。 但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶通常靠近被測(cè)對(duì)象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其冷端溫度不可能恒定不變。為

13、此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，以必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，以消消除冷端溫度變化和不為除冷端溫度變化和不為0 0所產(chǎn)生的影響所產(chǎn)生的影響。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 熱電偶由于受到材料價(jià)格的限制一般做得比較短（除鎧裝熱電偶外），冷端距測(cè)溫對(duì)象很近，使冷端溫度較高且波動(dòng)較大，這時(shí)就需要采用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延伸至遠(yuǎn)離溫度對(duì)象而溫度恒定的場(chǎng)所（如控制室或儀表室）。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 補(bǔ)償導(dǎo)線由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬材料制補(bǔ)償導(dǎo)線由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬材料制成，在成，在0150溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶具有溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶具有相同的熱電特性相同的熱電特性。 補(bǔ)償

14、導(dǎo)線起到了延伸熱電極的作用，達(dá)到了補(bǔ)償導(dǎo)線起到了延伸熱電極的作用，達(dá)到了移動(dòng)熱電偶冷端位置的目的。移動(dòng)熱電偶冷端位置的目的。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 圖2.4 補(bǔ)償導(dǎo)線在測(cè)溫回路中的連接項(xiàng)目2 溫度測(cè)量補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)：兩個(gè)字母組成。 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線類型類型: :延伸型（延伸型（X X）和補(bǔ)償型（）和補(bǔ)償型（C C）。延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線：選用的金屬材料與熱電極材料相同；補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線所選金屬材料與熱電極材料不同。第一個(gè)字母與配用熱電偶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)第一個(gè)字母與配用熱電偶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)第二個(gè)字母表示補(bǔ)償導(dǎo)線的類型第二個(gè)字母表示補(bǔ)償導(dǎo)線的類型SCKX項(xiàng)目2 溫度測(cè)量補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶配用熱電偶補(bǔ)償

15、導(dǎo)線材料補(bǔ)償導(dǎo)線材料補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層著色補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層著色正正 極極負(fù)負(fù) 極極正極正極負(fù)極負(fù)極SCS銅銅鎳合金紅色綠色KCK銅銅鎳合金紅色藍(lán)色KXK鎳鉻合金鎳硅合金紅色黑色EXE鎳硅合金銅鎳合金紅色棕色JXJ鐵銅鎳合金紅色紫色TXT銅銅鎳合金紅色白色表表2.2 2.2 常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 2 2計(jì)算修正法計(jì)算修正法 在實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫度并非一定為0，必須對(duì)溫度進(jìn)行修正。修正公式采用中間溫度定律。 E EABAB( (t t，0)=0)=E EABAB( (t t，t t0 0)+)+E EABAB( (t t0 0，0)0) 【例】 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，

16、當(dāng)冷端溫度為30（且為恒定時(shí)），測(cè)出熱端溫度為t時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為39.17 mV，求爐子的真實(shí)溫度。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量解：設(shè)爐子真實(shí)溫度為t，已知冷端溫度t0=30，則熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為 E(t，t0) = E(t，30) = 39.17 mV 查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表：E(30，0) = 1.20 mV 根據(jù)中間溫度定律： E(t，0) = E(t，30) + E(30，0) = 39.17+1.20 = 40.37 mV 再查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可知40.37 mV所對(duì)應(yīng)的溫度為977，因此爐子真實(shí)溫度為 t = 977項(xiàng)目2 溫度測(cè)量3 3顯示儀表機(jī)械零位調(diào)整法顯示儀表機(jī)械零位調(diào)整法 在

17、未工作之前，預(yù)先將有零位調(diào)整器的溫度將有零位調(diào)整器的溫度顯示儀表的指針從刻度的初始值（機(jī)械零位）調(diào)顯示儀表的指針從刻度的初始值（機(jī)械零位）調(diào)至已知的冷端溫度值上至已知的冷端溫度值上。 調(diào)整儀表的機(jī)械零位相當(dāng)于預(yù)先給儀表輸入電動(dòng)勢(shì)EAB(t0，0)，測(cè)量過程中熱電偶回路產(chǎn)生熱電勢(shì)EAB(t，t0)，這時(shí)顯示儀表接收的總熱電勢(shì)為EAB(t，0)，所以儀表的示值即為被測(cè)溫度。 當(dāng)冷端溫度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)斷電，重新當(dāng)冷端溫度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)斷電，重新調(diào)整儀表的機(jī)械零點(diǎn)至新的冷端溫度處調(diào)整儀表的機(jī)械零點(diǎn)至新的冷端溫度處。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 4 4補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電

18、橋產(chǎn)生的不平衡是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償因熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電電勢(shì)去補(bǔ)償因熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化，它可以自動(dòng)地將冷端溫度校正到補(bǔ)動(dòng)勢(shì)的變化，它可以自動(dòng)地將冷端溫度校正到補(bǔ)償電橋的平衡點(diǎn)溫度上償電橋的平衡點(diǎn)溫度上。 橋臂電阻R1、R2、R3、RCu與熱電偶冷端處于相同的溫度環(huán)境。R1、R2、R3均為由錳銅絲繞制的1 電阻，RCu是用銅導(dǎo)線繞制的溫度補(bǔ)償電阻。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1熱電偶；2補(bǔ)償導(dǎo)線；3銅導(dǎo)線；4補(bǔ)償電橋圖2.5 熱電偶冷端補(bǔ)償電橋+-項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 一般RCu阻值應(yīng)使不平衡電橋在20（平衡點(diǎn)溫度）時(shí)處于平衡，此時(shí) =1 ，電橋平衡，即Uab

19、=0，不起補(bǔ)償作用。這時(shí)EAB=Ex+ Uab = E (t，20)。 冷端溫度變化（設(shè)t0減?。r(shí)，一方面熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)Ex將增大，增加量為E(t，t0) E(t，20)=E(20，t0)；另一方面 1 ，電橋不再平衡，若適當(dāng)選擇RCu的大小，使Uab = E(20，t0)，與熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)Ex疊加后，外電路總電動(dòng)勢(shì)就可以保持不變，即EAB = E (t，20)而不隨冷端溫度變化。然后采用儀表機(jī)械零位調(diào)整法進(jìn)行校正，將儀表機(jī)械零位調(diào)至冷端溫度補(bǔ)償電橋的平衡點(diǎn)溫度（20）處，這樣即使冷端溫度不斷變化也不必重新調(diào)整。20CuR20CuR20CuR項(xiàng)目2 溫度測(cè)量5 5冰浴法冰浴法 通常用于實(shí)驗(yàn)室

20、實(shí)驗(yàn)室或精密溫度測(cè)量精密溫度測(cè)量。將熱電偶的冷端置于溫度為0的恒溫器內(nèi)（如冰水混合物），使冷端溫度處于0。圖2.6 冰浴法項(xiàng)目2 溫度測(cè)量【任務(wù)】 在一個(gè)實(shí)際的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中，配用K型熱電偶溫度顯示儀表（帶補(bǔ)償電橋）顯示被測(cè)溫度的大小。測(cè)溫對(duì)象是爐膛溫度為1 000的加熱爐，設(shè)熱電偶冷端溫度為50，顯示儀表所在的控制室遠(yuǎn)離加熱爐，室溫為20。要求分別用普通銅導(dǎo)線和K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶與顯示儀表連接進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)量結(jié)果是多少？所測(cè)溫度數(shù)據(jù)是否能反映爐膛真實(shí)溫度，為什么？熱電偶測(cè)溫元件在安裝時(shí)應(yīng)注意什么？熱電偶如何校驗(yàn)？任務(wù)與實(shí)施項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 【實(shí)施方案】在執(zhí)行該任務(wù)前，必須弄

21、清楚普通銅導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線之間的本質(zhì)差別。普通銅導(dǎo)線的作用是將現(xiàn)場(chǎng)熱電偶普通銅導(dǎo)線的作用是將現(xiàn)場(chǎng)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)信號(hào)傳遞到控制室所產(chǎn)生的熱電勢(shì)信號(hào)傳遞到控制室，僅此而已；而補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線起到了延伸熱電極的作用起到了延伸熱電極的作用，與加長(zhǎng)熱電偶效果相當(dāng)，因此，補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端位置移動(dòng)了。 由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可以查出熱電偶相關(guān)數(shù)據(jù)。 冷端溫度為0，熱端溫度為1 000時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)： E(1 000，0)=41.269 mV 冷端溫度為0，熱端溫度為50時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)： E(50，0)=2.022 mV 冷端溫度為0，熱端溫度為20時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)： E(20，0)=0.798 mV項(xiàng)目

22、2 溫度測(cè)量 1 1用普通銅導(dǎo)線連接用普通銅導(dǎo)線連接 普通銅導(dǎo)線連接時(shí)，熱電偶的熱端感受加熱爐爐膛溫度t=1 000，冷端t0=50。根據(jù)中間溫度定律，熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)所產(chǎn)生熱電勢(shì)為: E(t，t0) = E(1000，50) = E(1000，0) E(50，0) = 41.269 2.022 = 39.247（mV） 顯示儀表接收39.247 mV電動(dòng)勢(shì)后，顯示溫度為948.4。這時(shí)產(chǎn)生了測(cè)量誤差： 絕對(duì)誤差t= 948.4 1000 = 51.6 相對(duì)誤差 = 5.16%100%xL項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 2 2用補(bǔ)償導(dǎo)線連接用補(bǔ)償導(dǎo)線連接 用補(bǔ)償導(dǎo)線連接后，熱電偶的熱端同樣感受加熱爐爐膛溫度t

23、=1 000，而冷端已經(jīng)被延長(zhǎng)至儀表控制室內(nèi)，所以這時(shí)t0=20。同理，熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)所產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)為: E(t，t0) = E(1 000，20) = E(1 000，0) E(20，0) = 41.269 0.798 = 40.471（mV） 顯示儀表接收40.471 mV電動(dòng)勢(shì)后，顯示溫度為979.6。測(cè)量誤差為： 絕對(duì)誤差t= 979.6 1 000= 20.4 相對(duì)誤差 = 2.04%100%xL項(xiàng)目2 溫度測(cè)量3 3補(bǔ)償導(dǎo)線與其他補(bǔ)償方法結(jié)合補(bǔ)償導(dǎo)線與其他補(bǔ)償方法結(jié)合 通過比較，采用補(bǔ)償導(dǎo)線連接比用銅導(dǎo)線連接測(cè)量更準(zhǔn)確，但這時(shí)顯示溫度與爐膛的真實(shí)溫度之間仍然存在誤差，這就需要采用計(jì)

24、算法、機(jī)械零位調(diào)整法等其他補(bǔ)償方法做進(jìn)一步校正。例如，采用機(jī)械零位調(diào)整法，在測(cè)量之前將顯示儀表的機(jī)械零位調(diào)整到t0=20，這時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)總熱電勢(shì)為: E(1000，20) + E(20，0) =E(1000，0) = 41.269 mV，顯示溫度為1 000。 顯然，在僅需粗略估計(jì)被測(cè)對(duì)象溫度的場(chǎng)合，選用與熱電偶型號(hào)一致的補(bǔ)償導(dǎo)線即可；若需準(zhǔn)確測(cè)溫，還須將多種補(bǔ)償方法組合起來(lái)加以應(yīng)用。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量【提示】 在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意以下問題： 補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（一般為0150）與熱電偶的熱電特性相同或相近。 不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。 熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度應(yīng)

25、一致。 補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極應(yīng)與熱電偶的正、負(fù)極分別對(duì)應(yīng)連接。 補(bǔ)償導(dǎo)線起延伸熱電偶作用，可以將其溫度變化的冷端移至溫度恒定的場(chǎng)所。當(dāng)冷端t0 0時(shí)，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量4 4熱電偶測(cè)溫元件的安裝熱電偶測(cè)溫元件的安裝 安裝地點(diǎn)要選擇在便于施工維護(hù)、不易受外界損傷的位置。 應(yīng)盡可能垂直安裝，以防保護(hù)管在高溫下變形。被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，應(yīng)將其安裝在管道中心線上，并與被測(cè)流體的方向相對(duì)。管道有彎道時(shí)，應(yīng)盡量安裝在管道彎曲處。 （a）垂直管道 （b）傾斜管道 （c）彎曲管道安裝 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 插入深度可按實(shí)際需要決定，但浸入介質(zhì)中的長(zhǎng)度應(yīng)大于保護(hù)管外徑的810倍。 露在設(shè)備外的部分

26、應(yīng)盡量短并考慮加裝保溫層，以減小熱量損失造成的測(cè)量誤差。 安裝在負(fù)壓管道或容器上時(shí)，安裝處應(yīng)密封良好。 接線盒的蓋子應(yīng)盡量在上面，防止被水浸入。 若裝在含有固體顆粒和流速很高的介質(zhì)中時(shí)，為防止長(zhǎng)期受沖刷而損壞，可在前面加裝保護(hù)管。 在管道上安裝時(shí)，要在管道上安裝插座，插座材料與管道材料一致 承受壓力的熱電偶應(yīng)保證密封良好。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 5 5熱電偶校驗(yàn)熱電偶校驗(yàn) 一般采用計(jì)算機(jī)控制的高溫爐連續(xù)檢定。根據(jù)被檢對(duì)象要求接好線，然后按類型選擇鍵（對(duì)應(yīng)熱電偶型號(hào)）確定標(biāo)定方式（用標(biāo)定鍵選擇整百度或溫標(biāo)定義的固定點(diǎn)），再通過鍵盤鍵輸入必要的參數(shù)。按下運(yùn)行鍵，裝置即可開始自動(dòng)檢定工況。檢定裝置首先打印

27、出輸入的參數(shù)，供檢定人員核對(duì)，然后自動(dòng)控制升溫到第1個(gè)預(yù)定的檢定點(diǎn)。待溫度場(chǎng)穩(wěn)定后，按第1點(diǎn)至第5點(diǎn)及第5點(diǎn)至第1點(diǎn)的順序巡回采樣，計(jì)算并打印出該點(diǎn)的檢定結(jié)果，然后自動(dòng)升溫到第2個(gè)檢定點(diǎn)，再進(jìn)行檢定打印，直到最后一個(gè)檢定點(diǎn)檢定打印完畢，這時(shí)檢定裝置會(huì)顯出“END”，同時(shí)發(fā)出音響報(bào)警，經(jīng)過一定時(shí)間后將自動(dòng)切斷檢定爐電源。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量任務(wù)2 熱電阻傳感器測(cè)量溫度 熱電阻溫度傳感器也是一種應(yīng)用非常廣泛的熱電式傳感器。利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的感溫元件叫度的變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的感溫元件叫熱電阻熱電阻。 它可用于測(cè)量 200500

28、范圍內(nèi)的溫度。目前熱電阻的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到15K的超低溫領(lǐng)域，同時(shí)在1 0001 200溫度范圍內(nèi)也有足夠好的特性。知識(shí)鏈接項(xiàng)目2 溫度測(cè)量薄片熱電阻 Pt100鉑熱電阻 Pt100鉑熱電阻 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻都具有隨溫度變化的特性。其特性方程式如下 Rt=R01+(t t0) （2.7） 式中，Rt、R0分別為熱電阻在t和0時(shí)的電阻值，為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/）。 對(duì)于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，并不是一個(gè)常數(shù)，而是溫度的函數(shù)。但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看做一個(gè)常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，保持常數(shù)所對(duì)應(yīng)的溫度范圍不同。2.2.1 2.2.1 金屬熱電阻金屬熱電阻項(xiàng)目2 溫度測(cè)量

29、選做感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求： 材料的電阻溫度系數(shù)要大。越大，熱電阻的靈敏度越高；純金屬的比合金的高，所以一般均采用純金屬做熱電阻元件。 在測(cè)溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定。 在測(cè)溫范圍內(nèi)，保持常數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)溫度表的線性刻度特性。 具有比較大的電阻率，以利于減小熱電阻的體積，減小熱慣性。 特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。 比較適合以上要求的材料有鉑、銅、鐵和鎳。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1 1鉑熱電阻鉑熱電阻 鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。它的長(zhǎng)時(shí)

30、間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)104K，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。 鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系： 在0630.755范圍內(nèi)時(shí) Rt=R0(1+At+Bt2) 在 1900范圍內(nèi)時(shí) Rt=R01+At+Bt2+C(t 100)t3 鉑電阻分度號(hào)：Pt100、Pt10 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1 1鉑熱電阻鉑熱電阻 鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳廣泛應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。遞。它的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)104K，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。 1保護(hù)套管；2測(cè)溫元件；3緊固螺栓；4

31、接線盒；5引出線密封套管圖2.10 熱電阻外形項(xiàng)目2 溫度測(cè)量（a）截面圖 （b）結(jié)構(gòu)圖1銀引出線； 2鉑絲； 3鋸齒形云母骨架； 4保護(hù)用云母片； 5銀綁帶； 6鉑電阻橫斷面； 7保護(hù)套管； 8石英骨架 圖圖2.8 2.8 鉑熱電阻的構(gòu)造鉑熱電阻的構(gòu)造 鉑電阻一般由直徑為0.050.07 mm的鉑絲繞在片形云母骨架上，鉑絲的引線采用銀線，引線用雙孔瓷絕緣套管絕緣。 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2 2銅電阻銅電阻 當(dāng)測(cè)量精度要求不高，溫度范圍在 5050150150的場(chǎng)合，普遍采用銅電阻。銅電阻阻值與溫度呈線性關(guān)系，可用下式表示 Rt=R0(1+t) 銅熱電阻體的結(jié)構(gòu)由直徑約為0.1 mm的絕緣電阻絲雙繞

32、在圓柱形塑料支架上。為了防止銅絲松散，整個(gè)元件經(jīng)過酚醛樹脂（環(huán)氧樹脂）的浸漬處理，以提高其導(dǎo)熱性能和機(jī)械固緊性能。銅絲繞組的線端與鍍銀銅絲制成的引出線焊牢，并穿以絕緣套管或直接用絕緣導(dǎo)線與之焊接。 銅電阻分度號(hào)：Cu50、Cu100 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量l線圈骨架；2銅熱電阻絲；3補(bǔ)償組；4銅引出線圖2.9 銅熱電阻體項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 3 3其他熱電阻其他熱電阻 （1 1）銦電阻）銦電阻 它是一種高精度低溫?zé)犭娮?。銦的熔點(diǎn)約為150，在4.215K溫度域內(nèi)其靈敏度比鉑的高10倍，故可用于不能使用鉑的低溫范圍低溫范圍。其缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。 （2 2）錳電阻）錳電阻 在263K的低溫范圍低溫

33、范圍內(nèi)，錳電阻的阻值隨溫度變化很大，靈敏度高；在216K的溫度范圍內(nèi)，電阻率隨溫度平方變化。磁場(chǎng)對(duì)錳電阻的影響不大，且有規(guī)律。錳電阻的缺點(diǎn)是脆性很大，難以控制成絲。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻 半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。在一定的范圍內(nèi)通過測(cè)量熱敏電阻阻值的變化情況，就可以確定被測(cè)介質(zhì)的溫度變化情況。其特點(diǎn)是靈敏度高、體積小、反應(yīng)快。半導(dǎo)體熱敏電阻基本可以分為兩種類型。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC） NTC熱敏電阻研制較早，最常見的是由錳、由錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種金屬氧化物混合燒結(jié)而成鈷、鐵、鎳、銅等多種金

34、屬氧化物混合燒結(jié)而成。 根據(jù)不同的用途，NTC又可以分為兩類。 第一類為負(fù)指數(shù)型負(fù)指數(shù)型，用于測(cè)量溫度，它的電阻值與溫度之間呈負(fù)的指數(shù)關(guān)系； 第二類為負(fù)突變型負(fù)突變型，當(dāng)其溫度上升到某設(shè)定值時(shí)，其電阻值突然下降，多在各種電子電路中用于抑制浪涌電流，起保護(hù)作用。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1突變型NTC；2負(fù)指數(shù)型NTC；3線性型PTC；4突變型PTC 圖圖2.11 2.11 熱敏電阻的特性曲線熱敏電阻的特性曲線 項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 2正溫度系數(shù)熱敏電阻（正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC） 典型的PTC熱敏電阻通常是在鈦酸鋇陶瓷中加入施主雜質(zhì)以增大電阻溫度系數(shù)。它的溫度電阻特性曲線呈非線性。PTC在電子線路中多起限

35、流、保護(hù)在電子線路中多起限流、保護(hù)作用，當(dāng)流過的電流超過一定限度或作用，當(dāng)流過的電流超過一定限度或PTC感受到的感受到的溫度超過一定限度時(shí)，其電阻值會(huì)突然增大溫度超過一定限度時(shí)，其電阻值會(huì)突然增大。 近年來(lái)還研制出了用本征鍺或本征硅材料制成的線性PTC熱敏電阻，其線性度和互換性較好，可用于測(cè)溫。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 熱敏電阻按結(jié)構(gòu)形式:體型、薄膜型、厚膜型三種； 按工作方式可分為:直熱式、旁熱式、延遲電路三種； 按工作溫區(qū)可分為常溫區(qū)（ 60200）、高溫區(qū)（200）、低溫區(qū)熱敏電阻三種。 熱敏電阻可根據(jù)使用要求，封裝加工成各種形狀的探頭，如珠狀、片狀、桿狀、錐狀和針狀等。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1熱敏

36、電阻；2玻璃外殼；3引出線 圖圖2.12 2.12 熱敏電阻的結(jié)構(gòu)外形與符號(hào)熱敏電阻的結(jié)構(gòu)外形與符號(hào)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 【任務(wù)任務(wù)】 將現(xiàn)場(chǎng)熱電阻測(cè)量的溫度信號(hào)引到控制室，你會(huì)采用哪種方案？為什么？熱電阻怎樣校驗(yàn)？溫度傳感器安裝使用時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 【實(shí)施方案實(shí)施方案】熱電阻與測(cè)量電路的連接有兩線制、三線制和四線制三種方式。 任務(wù)與實(shí)施項(xiàng)目2 溫度測(cè)量（a a）二線制連接法）二線制連接法圖圖2.13測(cè)量電路測(cè)量電路現(xiàn)場(chǎng)控制室項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 1 1兩線制連接法測(cè)量電路兩線制連接法測(cè)量電路 工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，而其指示或記錄儀表安裝在控制室，其間的引線很長(zhǎng)，如果僅用兩根導(dǎo)線接在熱電阻兩端

37、，連接熱電阻的兩根導(dǎo)線本身的阻值勢(shì)必和熱電阻的阻值串聯(lián)在一起，造成測(cè)量誤差，如圖2.13（a）所示。這個(gè)誤差很難修正，因?yàn)閷?dǎo)線的阻值隨環(huán)境溫度的變化而變，環(huán)境溫度并非處處相等，且又變化莫測(cè)。所以，兩線制連接方式不宜用于工業(yè)熱電阻測(cè)溫。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量（b b）三線制連接法）三線制連接法圖圖2.13測(cè)量電路測(cè)量電路控制室現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 2 2三線制連接法測(cè)量電路三線制連接法測(cè)量電路 為避免或減少導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)溫的影響，工業(yè)熱電阻多采用三線制接法，如圖2.13（b）所示。即從熱電阻引出三根導(dǎo)線，這三根導(dǎo)線粗細(xì)相同，長(zhǎng)度相等，阻值都是r。當(dāng)熱電阻與測(cè)量電橋連接時(shí)，其中一根串聯(lián)在電橋的電源上，另外

38、兩根分別串聯(lián)在電橋的相鄰兩臂中，這樣就把連接導(dǎo)線隨溫度變化的電阻值加在相鄰的兩個(gè)橋臂上。當(dāng)相鄰兩臂的阻值隨溫度都變化同樣大的阻值時(shí)，其變化量對(duì)測(cè)量的影響就可以相互抵消。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量3 3校驗(yàn)校驗(yàn) 熱電阻校驗(yàn)一般分兩步進(jìn)行。 （1 1）0 0電阻值校驗(yàn)電阻值校驗(yàn) 將二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被檢熱電阻插入盛有冰水混合物的冰點(diǎn)槽內(nèi)，30分鐘后按照標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、被檢電阻的順序測(cè)出電壓降，測(cè)量完后再按照被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的順序測(cè)量電壓降，完成一個(gè)讀數(shù)循環(huán)。每次測(cè)量不少于三個(gè)循環(huán)，求取平均值。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 （2）100100電阻值校驗(yàn)電阻值校驗(yàn) 將二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)

39、和被檢熱電阻插入水沸點(diǎn)槽或恒溫油槽內(nèi)，30分鐘后按照標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、被檢電阻的順序測(cè)出電壓降，測(cè)量完后再按照被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的順序測(cè)量電壓降，完成一個(gè)讀數(shù)循環(huán)。每次測(cè)量不少于三個(gè)循環(huán)，求取平均值，計(jì)算被檢熱電阻在相應(yīng)水沸點(diǎn)或恒溫油槽溫度tb的電阻值，tb由標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)的三次讀數(shù)平均值確定。被檢熱電阻在100時(shí)的電阻值（R100）則由與溫度tb相應(yīng)的電阻值（Rb）求出。也可將被測(cè)溫度范圍內(nèi)的10%、50%、90%的溫度點(diǎn)作為校驗(yàn)點(diǎn)再進(jìn)行校驗(yàn)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 熱電偶和熱電阻應(yīng)盡量垂直裝在管道上，安裝時(shí)應(yīng)有保護(hù)套管，以方便檢修和更換。 測(cè)量管道內(nèi)溫度時(shí)，元件長(zhǎng)度應(yīng)

40、在管道中心線上（即保護(hù)管插入深度應(yīng)為管徑的一半）。 熱電偶的冷端應(yīng)處于同一環(huán)境溫度下，應(yīng)使用同型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，且正負(fù)極要連接正確。 4 4溫度傳感器的安裝使用溫度傳感器的安裝使用項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 高溫區(qū)應(yīng)使用耐高溫電纜或耐高溫補(bǔ)償線。 要根據(jù)不同的溫度選擇不同的測(cè)量元件。一般被測(cè)溫度大于100時(shí)選擇熱電偶，小于100時(shí)選擇熱電阻。 熱電偶配用溫度動(dòng)圈表時(shí)，溫度動(dòng)圈表開孔尺寸要合適，安裝要美觀大方。 接線要合理美觀，表針指示要正確。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 任務(wù)任務(wù)3 3 紅外傳感器測(cè)量溫度紅外傳感器測(cè)量溫度知識(shí)鏈接 紅外傳感器按其應(yīng)用可分為以下幾個(gè)方面： 紅外輻射計(jì)用于輻射和光譜輻射測(cè)量。 搜索和跟蹤

41、系統(tǒng)用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。 熱成像系統(tǒng)可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像，如紅外圖像儀、多光譜掃描儀等。 紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)。 混合系統(tǒng)是指以上各系統(tǒng)中的兩個(gè)或多個(gè)的組合。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 用紅外線作為檢測(cè)媒介來(lái)測(cè)量某些非電量，具有以下幾方面的優(yōu)越性： 可晝夜測(cè)量。紅外線（指中、遠(yuǎn)紅外線）不受周圍可見光的影響，所以可在晝夜進(jìn)行測(cè)量。 不必設(shè)光源。由于待測(cè)對(duì)象發(fā)射出紅外線，所以不必設(shè)置光源。 適用于遙感技術(shù)。大氣對(duì)某些波長(zhǎng)的紅外線吸收非常少，所以適用于遙感技術(shù)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 紅外輻射俗稱紅外線，是一種不可見光。由于它是位于可見光中紅色光線以

42、外的光線，所以被稱為紅外線。它的波長(zhǎng)范圍大致為波長(zhǎng)范圍大致為0.761000 m，紅外線在電磁波譜中的位置如圖2.14所示。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為近紅外近紅外、中紅外中紅外、遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外極遠(yuǎn)紅外四部分。2.3.1 紅外輻射項(xiàng)目2 溫度測(cè)量圖圖2.13 2.13 電磁波譜圖電磁波譜圖2-2.6m3-5m8-14m大氣窗口大氣窗口項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來(lái)的。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)。而且紅外線被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?凡是存在于自然界的物

43、體，如人體、火焰、冰等都凡是存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰等都會(huì)放射出紅外線，只是它們發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)不同而會(huì)放射出紅外線，只是它們發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)不同而已已。人體的溫度為3637，所放射的紅外線波長(zhǎng)為10 m（屬于遠(yuǎn)紅外線區(qū)）；加熱到400700的物體，其放射出的紅外線波長(zhǎng)為35 m（屬于中紅外線區(qū)）。紅外線傳感器可以檢測(cè)到這些物體發(fā)射的紅外線，用于測(cè)量、成像或控制。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 紅外輻射與所有電磁波一樣，是以波的形式在空間以直線傳播的。它在大氣中傳播時(shí)，大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線存在不同的吸收帶，紅外線氣體分析器就是利用該特性工作的?？諝庵袑?duì)稱的雙原子氣體（如N2、O2、H2等

44、）不吸收紅外線。而紅外線在通過大氣層時(shí)，有3個(gè)波段透過率高，它們是2 22.62.6 m m、3 355 m m和和8 81414 m m，統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱诖髿獯翱凇?。這3個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)技術(shù)特別重要，因?yàn)榧t外探測(cè)器一般都工作在這3個(gè)波段之內(nèi)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 紅外傳感器又稱紅外探測(cè)器，一般由光光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心。紅外探測(cè)器常見的有熱探測(cè)器熱探測(cè)器和光子探測(cè)器光子探測(cè)器兩大類。2.3.2 紅外探測(cè)器項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1熱探測(cè)器熱探測(cè)器 熱探測(cè)器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)熱效應(yīng)。探測(cè)器的敏感元件吸收輻射

45、能量后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測(cè)量物理參數(shù)的變化，便可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。 與光子探測(cè)器相比，熱探測(cè)器的探測(cè)率比光子探測(cè)器的峰值探測(cè)率低，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。但熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，響應(yīng)范圍可擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域，可以在室溫下工作，使用方便，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量焦熱電探測(cè)器焦熱電探測(cè)器項(xiàng)目2 溫度測(cè)量2光子探測(cè)器光子探測(cè)器 光子探測(cè)器利用入射紅外輻射的光子流光子流與探測(cè)器材料中電子的相互作用，改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象（這一過程也稱為光子效應(yīng)光子效應(yīng)）。通過測(cè)量材料電子性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器，統(tǒng)稱為

46、光子探測(cè)器。光子探測(cè)器有內(nèi)光電和外光電探測(cè)器光子探測(cè)器有內(nèi)光電和外光電探測(cè)器兩種。外光電探測(cè)器又分為光電導(dǎo)、光生伏特和光兩種。外光電探測(cè)器又分為光電導(dǎo)、光生伏特和光磁電探測(cè)器磁電探測(cè)器3種種。 光子探測(cè)器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測(cè)波段較窄，一般需在低溫下工作。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量單光子探測(cè)器單光子探測(cè)器項(xiàng)目2 溫度測(cè)量【任務(wù)任務(wù)】 在溫度實(shí)際測(cè)量中，2 000以下高溫區(qū)域一般采用熱電偶測(cè)量。鎢錸熱電偶作為一種超高溫?zé)犭娕?，其測(cè)溫上限也只有2 100。因此，對(duì)于2 000以上的高溫區(qū)域，比如達(dá)到5 500時(shí)，已無(wú)法用常規(guī)的溫度傳感器來(lái)檢測(cè)，必須采用一種新型的測(cè)量方法

47、來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫測(cè)量。任務(wù)與實(shí)施項(xiàng)目2 溫度測(cè)量【實(shí)施方案實(shí)施方案】 任何物體在0 K以上都能產(chǎn)生熱輻射。溫度較低時(shí)，輻射的是不可見的紅外光，隨著溫度的升高，波長(zhǎng)短的光開始豐富起來(lái)。溫度升高到500時(shí)，開始輻射一部分暗紅色的光。從5001 500，輻射光顏色逐漸從紅色橙色黃色藍(lán)色白色。也就是說(shuō)，在1 500時(shí)的熱輻射中已包含了從幾十m至0.4 m甚至更短波長(zhǎng)的連續(xù)光譜。如果溫度再升高，比如達(dá)到5 500時(shí)，輻射光譜的上限已超過藍(lán)色、紫色，進(jìn)入紫外線區(qū)域。因此測(cè)量光的顏色以及輻射強(qiáng)度，可粗略判定物體的溫度測(cè)量光的顏色以及輻射強(qiáng)度，可粗略判定物體的溫度。特別是在高溫（2 000以上）區(qū)域，高溫測(cè)量多依靠

48、輻射原理的溫度計(jì)。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 輻射溫度計(jì)可分為高溫輻射溫度計(jì)、高溫比輻射溫度計(jì)可分為高溫輻射溫度計(jì)、高溫比色溫度計(jì)、紅外輻射溫度計(jì)色溫度計(jì)、紅外輻射溫度計(jì)等。其中紅外輻射溫度計(jì)既可以測(cè)高溫，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。 紅外測(cè)溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于1 000時(shí)，它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，故可用紅外探測(cè)器檢測(cè)溫度。如采用分離出所需波段的濾光片，可使紅外測(cè)溫儀工作在任意紅外波段。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 如圖2.15所示為常見的紅外測(cè)溫儀方框圖。它是一個(gè)光機(jī)電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)光機(jī)電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，圖中的光

49、學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)固定焦距的投射系統(tǒng)，濾光片一般采用只允許814 m的紅外輻射能通過的材料。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)，將被測(cè)的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射。紅外探測(cè)器一般為（鉭酸鋰）熱釋電探測(cè)器，透鏡的焦點(diǎn)落在其光敏面上。被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 紅外測(cè)溫儀包括前置放大、選頻放大、溫紅外測(cè)溫儀包括前置放大、選頻放大、溫度補(bǔ)償、線性化、發(fā)射率調(diào)節(jié)度補(bǔ)償、線性化、發(fā)射率調(diào)節(jié)等。目前已有帶單片機(jī)的智能紅外測(cè)溫儀面市，利用單片機(jī)與軟件的功能，大大簡(jiǎn)化了硬件電路，提高了儀表的穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確性。 紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)可以是透射式透

50、射式，也可以是反射式反射式。反射式光學(xué)系統(tǒng)多采用凹面玻璃反射鏡，并在鏡的表面鍍金、鋁、鎳或鉻等對(duì)紅外輻射反射率極高的金屬材料。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量圖圖2.15 2.15 紅外測(cè)溫儀方框圖紅外測(cè)溫儀方框圖項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 集成溫度傳感器集成溫度傳感器知識(shí)拓展項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 集成溫度傳感器是近幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新穎半導(dǎo)體器件，它與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，具有測(cè)溫精度高、重復(fù)性好、線性優(yōu)良、體積小巧、熱容量小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的實(shí)用優(yōu)勢(shì)。 所謂的集成溫度傳感器，就是在一塊極小的半導(dǎo)體芯片上集成了包括敏感器件、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路、基準(zhǔn)電源電路等在內(nèi)的各個(gè)單元，它使傳感器與集成電路融為

51、一體，提高了傳感器的性能，是實(shí)現(xiàn)傳感器智能化、微型化、多功能化、提高檢測(cè)靈敏度、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的重要保證。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 集成溫度傳感器的輸出信號(hào)形式有電壓型和電流型兩種。它們的溫度系數(shù)大致為：電壓型是10 mV/，在25（298 K）時(shí)輸出電壓值為2.98 V（如日本電氣公司 UPC616A、國(guó)產(chǎn)SL616ET產(chǎn)品）。電流型是1 A/，在25（298 K）時(shí)輸出電流298 A（如美國(guó)AD公司的AD590、國(guó)產(chǎn)SL590產(chǎn)品）。因此很容易從它們輸出信號(hào)的大小直接換算到熱力學(xué)溫度值，非常直觀。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量1 1AD590AD590系列集成溫度傳感器系列集成溫度傳感器 AD590是電流型集成

52、溫度傳感器，其輸出電流與環(huán)境的熱力學(xué)溫度成正比，所以可以直接制成熱力學(xué)溫度儀。AD590有I、J、K、L、M等型號(hào)系列，采用金屬管殼封裝，外形及電路符號(hào)如圖2.15所示，各引腳功能如表2.10所示。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量表表2.10 AD5902.10 AD590引腳功能引腳功能引 腳 編 號(hào) 符 號(hào)功 能1U+電源正端2U電流輸出端3金屬管外殼，一般不用項(xiàng)目2 溫度測(cè)量圖圖2.16 AD5902.16 AD590外形和電路符號(hào)外形和電路符號(hào)項(xiàng)目2 溫度測(cè)量 圖2.17（a）、（b）分別表示出電流與溫度特性和電流與電壓特性。AD590可用于制作低成本的溫度檢測(cè)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須線性化電路、精密電壓放大器、精密電阻和冷端補(bǔ)償。由于高阻抗電流輸出，所以長(zhǎng)導(dǎo)線上的電阻對(duì)器件工作影響不大，適合于遠(yuǎn)距離測(cè)量。高輸出阻抗710 M又能極好地消除電源電壓漂移和紋波的影響，電源由5 V變到10 V時(shí)，最大只有1 A的電流變化，相當(dāng)于1的等價(jià)誤差。輸出特性也使得AD590易于多路化，可以使用CMOS多路轉(zhuǎn)換器來(lái)開/關(guān)器件的輸出電流或邏輯門的輸出，作為器件的工作電源來(lái)切換。項(xiàng)目2 溫度測(cè)量圖圖2.17 AD5902.17 AD590特性曲線特性曲線項(xiàng)目2 溫度