第二章 溫度測量技術(shù)

1、第二章第二章 溫度測量技術(shù)溫度測量技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 簡單測量儀表簡單測量儀表 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 非接觸式測溫儀表非接觸式測溫儀表第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、溫度的概念：一、溫度的概念：溫度是衡量物體冷熱程溫度是衡量物體冷熱程度的物理量，也是物體分子運(yùn)動平均動能度的物理量，也是物體分子運(yùn)動平均動能大小的標(biāo)志。我們對周圍環(huán)境或物體冷熱大小的標(biāo)志。我們對周圍環(huán)境或物體冷熱的感覺，以及自然界中的熱效應(yīng)。一切互的感覺，以及自然界中的熱效應(yīng)。一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有共同的溫度。為熱平衡的系統(tǒng)都具有共同的溫度。盡管

2、上面對溫度的概念進(jìn)行了解釋，但仍很盡管上面對溫度的概念進(jìn)行了解釋，但仍很抽象，難以理解。為更好地理解溫度的概念，抽象，難以理解。為更好地理解溫度的概念，還需像其他物理量一樣，賦予溫度數(shù)值和單還需像其他物理量一樣，賦予溫度數(shù)值和單位。溫度的數(shù)值表示方法，稱為溫標(biāo)。位。溫度的數(shù)值表示方法，稱為溫標(biāo)。二二 、溫標(biāo)的概念、溫標(biāo)的概念用來度量溫度高低的標(biāo)尺用來度量溫度高低的標(biāo)尺 稱為溫標(biāo)。它包稱為溫標(biāo)。它包含了溫度的數(shù)值和單位。目前使用的溫度含了溫度的數(shù)值和單位。目前使用的溫度單位是開爾文，它定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)單位是開爾文，它定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的溫度的/273.16，符號為，符號為K。三相點(diǎn)：固

3、液氣同時三種狀態(tài)同時存在時三相點(diǎn)：固液氣同時三種狀態(tài)同時存在時候的溫度候的溫度。根據(jù)溫標(biāo)的定義，溫標(biāo)包括三方面的內(nèi)容，也就是所謂根據(jù)溫標(biāo)的定義，溫標(biāo)包括三方面的內(nèi)容，也就是所謂的溫標(biāo)三要素，即定義固定點(diǎn)、內(nèi)插儀器和內(nèi)插函數(shù)。的溫標(biāo)三要素，即定義固定點(diǎn)、內(nèi)插儀器和內(nèi)插函數(shù)。定義固定點(diǎn)是由一些物質(zhì)的相平衡點(diǎn)組成的，其中最基定義固定點(diǎn)是由一些物質(zhì)的相平衡點(diǎn)組成的，其中最基本的是水的三相點(diǎn)，它的數(shù)值是給定的，用來定義溫度本的是水的三相點(diǎn)，它的數(shù)值是給定的，用來定義溫度的單位。其他的固定點(diǎn)主要是一些金屬的凝固點(diǎn)和氣體的單位。其他的固定點(diǎn)主要是一些金屬的凝固點(diǎn)和氣體的三相點(diǎn)，它們的數(shù)值由熱力學(xué)測溫方法測量

4、后賦予定的三相點(diǎn)，它們的數(shù)值由熱力學(xué)測溫方法測量后賦予定義值，用于確定內(nèi)插函數(shù)中的系數(shù)。內(nèi)插儀器即溫度計(jì)，義值，用于確定內(nèi)插函數(shù)中的系數(shù)。內(nèi)插儀器即溫度計(jì)，也就是通常所指的溫度傳感器，它通過其他物理性質(zhì)的也就是通常所指的溫度傳感器，它通過其他物理性質(zhì)的變化與溫度聯(lián)系，能感知溫度的變化，這些物理性質(zhì)有：變化與溫度聯(lián)系，能感知溫度的變化，這些物理性質(zhì)有：體積、壓力、長度、熱電勢、熱電阻、熱輻射等一些物體積、壓力、長度、熱電勢、熱電阻、熱輻射等一些物理量。內(nèi)插函數(shù)是指其他物理量與溫度的變化關(guān)系，定理量。內(nèi)插函數(shù)是指其他物理量與溫度的變化關(guān)系，定義固定點(diǎn)之間的溫度用這些函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插得到。義固定點(diǎn)之間的

5、溫度用這些函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插得到。 了解：了解： 1.1.攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) 2. 2.華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo) 3. 3.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) 4. 4.國際實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)從溫標(biāo)的定義可以看出，溫標(biāo)三要素的選擇不一樣，所建從溫標(biāo)的定義可以看出，溫標(biāo)三要素的選擇不一樣，所建立的溫標(biāo)就不一樣。歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過許多溫標(biāo)，最著名立的溫標(biāo)就不一樣。歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過許多溫標(biāo)，最著名和使用最廣泛的有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)是用精和使用最廣泛的有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)是用精密水銀溫度計(jì)作內(nèi)插儀器，將水的冰點(diǎn)定為密水銀溫度計(jì)作內(nèi)插儀器，將水的冰點(diǎn)定為212212度，水的度，水的沸點(diǎn)定為沸點(diǎn)定為3232度，其他

6、的溫度用水銀柱的高度隨溫度的變化度，其他的溫度用水銀柱的高度隨溫度的變化線性插值。攝氏溫標(biāo)也是用精密水銀溫度計(jì)作內(nèi)插儀器，線性插值。攝氏溫標(biāo)也是用精密水銀溫度計(jì)作內(nèi)插儀器，但將水的冰點(diǎn)定為但將水的冰點(diǎn)定為100100度，水的沸點(diǎn)定為度，水的沸點(diǎn)定為0 0度，其它的溫度度，其它的溫度也用水銀柱的高度隨溫度的變化線性插值。這兩個溫標(biāo)的也用水銀柱的高度隨溫度的變化線性插值。這兩個溫標(biāo)的數(shù)值可以互換，其關(guān)系如下：數(shù)值可以互換，其關(guān)系如下： tF=9/5tF=9/5* *tC+32tC+32其中其中tFtF代表用華氏度表示的溫度值，代表用華氏度表示的溫度值，tCtC代表用攝氏度表示代表用攝氏度表示的溫度

7、值。的溫度值。 以上的溫標(biāo)統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，它們的缺陷是隨意以上的溫標(biāo)統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，它們的缺陷是隨意性較大，與所選用的測溫介質(zhì)和變量有關(guān)，各溫標(biāo)間性較大，與所選用的測溫介質(zhì)和變量有關(guān)，各溫標(biāo)間的量值不統(tǒng)一。為克服經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的這一缺陷，的量值不統(tǒng)一。為克服經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的這一缺陷，18411841年年開爾文提出了用熱力學(xué)溫標(biāo)來統(tǒng)一溫度的量值。開爾開爾文提出了用熱力學(xué)溫標(biāo)來統(tǒng)一溫度的量值。開爾文用卡諾定理的結(jié)論定義了一個與測溫介質(zhì)無關(guān)的溫文用卡諾定理的結(jié)論定義了一個與測溫介質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)，我們稱之為熱力學(xué)溫標(biāo)。他同時提出了用一個固標(biāo)，我們稱之為熱力學(xué)溫標(biāo)。他同時提出了用一個固定點(diǎn)定義溫度單位的設(shè)想。由于熱力

8、學(xué)溫標(biāo)與所用的定點(diǎn)定義溫度單位的設(shè)想。由于熱力學(xué)溫標(biāo)與所用的測溫介質(zhì)無關(guān)，因此我們可以用理想氣體溫標(biāo)來復(fù)現(xiàn)測溫介質(zhì)無關(guān)，因此我們可以用理想氣體溫標(biāo)來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。同樣我們也可以用其他任何一種熱力學(xué)熱力學(xué)溫標(biāo)。同樣我們也可以用其他任何一種熱力學(xué)原理來實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫度的測量。至今，已實(shí)現(xiàn)的熱力原理來實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫度的測量。至今，已實(shí)現(xiàn)的熱力學(xué)測溫方法有：氣體溫度計(jì)、聲速溫度計(jì)、磁測溫法、學(xué)測溫方法有：氣體溫度計(jì)、聲速溫度計(jì)、磁測溫法、全輻射測溫法。全輻射測溫法。 盡管熱力學(xué)溫標(biāo)與測溫介質(zhì)無關(guān)，但是實(shí)現(xiàn)起來極盡管熱力學(xué)溫標(biāo)與測溫介質(zhì)無關(guān)，但是實(shí)現(xiàn)起來極其困難，過程非常復(fù)雜，復(fù)現(xiàn)精度較低，實(shí)用性不其困難

9、，過程非常復(fù)雜，復(fù)現(xiàn)精度較低，實(shí)用性不強(qiáng)。為了能使溫度的量值統(tǒng)一，又能使所使用的溫強(qiáng)。為了能使溫度的量值統(tǒng)一，又能使所使用的溫標(biāo)易于實(shí)現(xiàn)。在十九世紀(jì)末，歐美一些國家提出了標(biāo)易于實(shí)現(xiàn)。在十九世紀(jì)末，歐美一些國家提出了使用國際溫標(biāo)的建議。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，國使用國際溫標(biāo)的建議。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，國際計(jì)量大會于際計(jì)量大會于19271927年發(fā)布了第一個國際溫標(biāo)，即年發(fā)布了第一個國際溫標(biāo)，即ITS-27ITS-27。此后，約每隔。此后，約每隔2020年對舊的溫標(biāo)進(jìn)行修改，年對舊的溫標(biāo)進(jìn)行修改，實(shí)施使用新的溫標(biāo)。若舊溫標(biāo)不能適應(yīng)當(dāng)時科學(xué)技實(shí)施使用新的溫標(biāo)。若舊溫標(biāo)不能適應(yīng)當(dāng)時科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展的需

10、要，而下次修訂時間還沒到，也可術(shù)水平發(fā)展的需要，而下次修訂時間還沒到，也可以采用臨時溫標(biāo)。曾使用過的國際溫標(biāo)有以采用臨時溫標(biāo)。曾使用過的國際溫標(biāo)有ITS-27ITS-27，ITS-48ITS-48，IPTS-68IPTS-68及其修訂版，及其修訂版，EPT-76EPT-76臨時溫標(biāo)。臨時溫標(biāo)。目前，我們使用的溫標(biāo)是目前，我們使用的溫標(biāo)是ITS-90ITS-90（International International Temperature Scale-1990Temperature Scale-1990）。有關(guān)國際溫標(biāo)的內(nèi)容，）。有關(guān)國際溫標(biāo)的內(nèi)容，參閱參閱ITS-90ITS-90的文本。的文

11、本。 三、測溫儀表的分類三、測溫儀表的分類按使用范圍分按使用范圍分（1 1）按使用范圍：）按使用范圍： 1 1高溫計(jì)高溫計(jì)測量溫度在測量溫度在600600攝氏度以上。攝氏度以上。 2 2溫度計(jì)溫度計(jì)測量溫度在測量溫度在600600攝氏度以下。攝氏度以下。（2 2）按用途分）按用途分: 1: 1標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)， 2 2范型溫度計(jì)，范型溫度計(jì)， 3 3實(shí)用溫度計(jì)。實(shí)用溫度計(jì)。（3 3）按測溫原理分：）按測溫原理分：1 1膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì) 2 2壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì) 3 3熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) 4 4熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) 5 5輻射式高溫計(jì)輻射式高溫計(jì)（4 4）按測量方式

12、分：）按測量方式分：1 1接觸式接觸式如膨脹式溫度計(jì)如膨脹式溫度計(jì) 2 2非接觸式非接觸式如輻射式高溫計(jì)。如輻射式高溫計(jì)。 各種測溫方法是基于物體的某些物理化學(xué)各種測溫方法是基于物體的某些物理化學(xué)性質(zhì)與溫度有一定的關(guān)系，例如物體的幾何性質(zhì)與溫度有一定的關(guān)系，例如物體的幾何尺寸、顏色、電導(dǎo)率、熱電勢和輻射強(qiáng)度等尺寸、顏色、電導(dǎo)率、熱電勢和輻射強(qiáng)度等都與物體的溫度有關(guān)。當(dāng)溫度不同時。以上都與物體的溫度有關(guān)。當(dāng)溫度不同時。以上達(dá)些參數(shù)中的一個或幾個隨之發(fā)生變化，測達(dá)些參數(shù)中的一個或幾個隨之發(fā)生變化，測出這些參數(shù)的變化。就可間接地知道被測物出這些參數(shù)的變化。就可間接地知道被測物體的溫度。體的溫度。 表

13、表2424列出一些測溫儀表以及它們的作用原列出一些測溫儀表以及它們的作用原理。其中序號理。其中序號1515是常用的測溫儀表，是常用的測溫儀表，6969則是用以測量熱力學(xué)溫度的測溫儀表。則是用以測量熱力學(xué)溫度的測溫儀表。第二節(jié)第二節(jié) 簡單測溫儀表簡單測溫儀表一、膨脹式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì) 許多液體和固體，當(dāng)它們的溫度升高時體許多液體和固體，當(dāng)它們的溫度升高時體積就膨脹，根據(jù)受熱膨脹性質(zhì)制作的溫度積就膨脹，根據(jù)受熱膨脹性質(zhì)制作的溫度計(jì)叫膨脹式溫度計(jì)。計(jì)叫膨脹式溫度計(jì)。1.液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì) 液體膨脹式溫度計(jì)中應(yīng)用最廣泛的是水液體膨脹式溫度計(jì)中應(yīng)用最廣泛的是水銀玻璃溫度計(jì)，簡稱玻璃溫

14、度計(jì)，因?yàn)樗y玻璃溫度計(jì)，簡稱玻璃溫度計(jì)，因?yàn)樗鼧?gòu)造簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高和價格低構(gòu)造簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高和價格低廉。廉。 工業(yè)用玻璃溫度計(jì)工業(yè)用玻璃溫度計(jì) 工業(yè)用玻璃溫度計(jì)一般做成內(nèi)標(biāo)式，其尾部工業(yè)用玻璃溫度計(jì)一般做成內(nèi)標(biāo)式，其尾部有直的、有直的、9090角和角和135135角的。為了避免在使用時角的。為了避免在使用時易被碰碎，通常罩有金屬保護(hù)管。但套管的存在易被碰碎，通常罩有金屬保護(hù)管。但套管的存在使溫度計(jì)的惰性增加，反應(yīng)遲緩，若在溫包與套使溫度計(jì)的惰性增加，反應(yīng)遲緩，若在溫包與套管之間填充石墨、銅屑等物質(zhì)可適當(dāng)改善。工業(yè)管之間填充石墨、銅屑等物質(zhì)可適當(dāng)改善。工業(yè)玻璃溫度計(jì)使用時尾部

15、必須完全插入被測介質(zhì)中，玻璃溫度計(jì)使用時尾部必須完全插入被測介質(zhì)中，選用時應(yīng)注意尾部長度選用時應(yīng)注意尾部長度( (標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)應(yīng)插標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)應(yīng)插到表上的標(biāo)示線，否則應(yīng)加修正值到表上的標(biāo)示線，否則應(yīng)加修正值) )。 圖見下一頁圖見下一頁固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)它是利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)，可分為桿式它是利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)，可分為桿式溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)，其中使用最多的就是雙金屬溫溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)，其中使用最多的就是雙金屬溫度計(jì)。度計(jì)。 分類：分類：1 1、桿式溫度計(jì)、桿式溫度計(jì) 桿式溫度計(jì)的構(gòu)造如圖桿式溫度計(jì)的構(gòu)造如圖2525所示。測溫管所示。測溫

16、管1 1是用膨脹系是用膨脹系數(shù)大的金屬材料制成的感濕元件，其上端固定在外殼數(shù)大的金屬材料制成的感濕元件，其上端固定在外殼5 5上，管內(nèi)的桿上，管內(nèi)的桿2 2是用膨脹系數(shù)極小的材料是用膨脹系數(shù)極小的材料( (如玻璃或石如玻璃或石英英) )制成的傳遞元件，其下端用彈簧制成的傳遞元件，其下端用彈簧4 4緊壓在管緊壓在管1 1的下端的下端3 3上，當(dāng)測溫管上，當(dāng)測溫管l l周圍的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化周圍的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化( (例如升例如升高高) )時，由于測溫管時，由于測溫管1 1比桿比桿2 2的線膨脹系數(shù)大，故使桿的線膨脹系數(shù)大，故使桿2 2的上端向下移動，與此同時，通過搖板的上端向下移動，與此

17、同時，通過搖板6 6使指針使指針7 7轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動，從而指示出溫度示值。從而指示出溫度示值。 2 2雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)中的感溫元件是用兩片線膨脹系數(shù)不雙金屬溫度計(jì)中的感溫元件是用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起制成的。受熱后由于兩金屬片同的金屬片疊焊在一起制成的。受熱后由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹長度差越大，因而引起彎曲的角度越大，如圖長度差越大，因而引起彎曲的角度越大，如圖2626所所示，雙金屬溫度計(jì)就是按這一原理而制成的。示，雙金屬溫度計(jì)就是按這一原理而制成的。 金屬片一端固定，另一端可自由移

18、動。如果下面金屑金屬片一端固定，另一端可自由移動。如果下面金屑的線膨脹系數(shù)比上面的大，則當(dāng)溫度升高時，金屬片會產(chǎn)的線膨脹系數(shù)比上面的大，則當(dāng)溫度升高時，金屬片會產(chǎn)生向上的彎曲變形。溫度越高，彎曲角度越大，如圖生向上的彎曲變形。溫度越高，彎曲角度越大，如圖223(a)3(a)所示。為使雙金屬材料長而結(jié)構(gòu)緊湊。占據(jù)的空間小所示。為使雙金屬材料長而結(jié)構(gòu)緊湊。占據(jù)的空間小而變形顯著，常將雙金屬片統(tǒng)制成螺旋形，將其一端固定，而變形顯著，常將雙金屬片統(tǒng)制成螺旋形，將其一端固定，另一端和指針相連接，如圖另一端和指針相連接，如圖23(b)23(b)所示。所示。雙金屬溫度計(jì)的精確度等級自雙金屬溫度計(jì)的精確度等級

19、自1 10 0級至級至2 25 5級級都有生產(chǎn)，表都有生產(chǎn)，表2525是國內(nèi)某廠生產(chǎn)的是國內(nèi)某廠生產(chǎn)的1 15 5級雙級雙金屬溫度計(jì)金屬溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)由于其結(jié)構(gòu)簡單，抗震性能好，雙金屬溫度計(jì)由于其結(jié)構(gòu)簡單，抗震性能好，比水銀溫度計(jì)堅(jiān)固，且可以避免水銀污染，因比水銀溫度計(jì)堅(jiān)固，且可以避免水銀污染，因此工業(yè)上已用它逐步取代水銀溫度計(jì)，近幾年此工業(yè)上已用它逐步取代水銀溫度計(jì)，近幾年來它的發(fā)展很快，品種規(guī)格也在不斷增加，以來它的發(fā)展很快，品種規(guī)格也在不斷增加，以滿足工業(yè)測溫的需要。滿足工業(yè)測溫的需要。 圖圖2828是一種雙金屬溫度信號器的示意圖，當(dāng)溫度變化時，雙是一種雙金屬溫度信號器的示意圖，當(dāng)

20、溫度變化時，雙金屬片產(chǎn)生彎曲，并和調(diào)節(jié)螺釘金屬片產(chǎn)生彎曲，并和調(diào)節(jié)螺釘2 2相接觸，使電路接通，信號燈相接觸，使電路接通，信號燈4 4便便發(fā)亮。如以繼電器代替信號燈，便可以用來控制熱源發(fā)亮。如以繼電器代替信號燈，便可以用來控制熱源( (如電熱絲如電熱絲) )而而成為兩位式溫度調(diào)節(jié)器。溫度的控制范圍可通過改變調(diào)節(jié)螺釘成為兩位式溫度調(diào)節(jié)器。溫度的控制范圍可通過改變調(diào)節(jié)螺釘2 2與與雙金屬片雙金屬片1 1之間的距離來加以調(diào)整。之間的距離來加以調(diào)整。三、壓力表示溫度計(jì)三、壓力表示溫度計(jì) 壓力表式溫度計(jì)的測溫原理基于封閉容器中的工作物質(zhì)壓力表式溫度計(jì)的測溫原理基于封閉容器中的工作物質(zhì)( (液體、液體、氣

21、體或低沸點(diǎn)有機(jī)液體飽和蒸氣氣體或低沸點(diǎn)有機(jī)液體飽和蒸氣) )受熱后體積膨脹而產(chǎn)生壓力變受熱后體積膨脹而產(chǎn)生壓力變化的性質(zhì)化的性質(zhì) 壓力表式溫度計(jì)的構(gòu)造如圖壓力表式溫度計(jì)的構(gòu)造如圖2929所示，它由感溫元件所示，它由感溫元件( (溫包和溫包和接頭管接頭管) )、毛細(xì)管和盤簧管、毛細(xì)管和盤簧管( (即多圈彈簧管即多圈彈簧管) )等元件構(gòu)成一個封閉等元件構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)。測量時溫包被置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的工作物質(zhì)因溫度系統(tǒng)。測量時溫包被置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的工作物質(zhì)因溫度升高而壓力增大，經(jīng)毛細(xì)管傳給盤簧管使之產(chǎn)生變形，并借助于升高而壓力增大，經(jīng)毛細(xì)管傳給盤簧管使之產(chǎn)生變形，并借助于指示機(jī)構(gòu)指示出

22、被測溫度的數(shù)值。指示機(jī)構(gòu)指示出被測溫度的數(shù)值。 溫包、毛細(xì)管和盤簧管是壓力表式溫度計(jì)的三個主要部分，溫包、毛細(xì)管和盤簧管是壓力表式溫度計(jì)的三個主要部分，儀表質(zhì)量的高低與它們的關(guān)系極大，因此對它們有一定的要求。儀表質(zhì)量的高低與它們的關(guān)系極大，因此對它們有一定的要求。對感溫元件的溫包要求強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高，并視被對感溫元件的溫包要求強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高，并視被測介質(zhì)腐蝕情況選用黃銅、鋼或不銹鋼。毛細(xì)管是用銅或鋼等材測介質(zhì)腐蝕情況選用黃銅、鋼或不銹鋼。毛細(xì)管是用銅或鋼等材料冷拉成的無縫圓管，用來傳遞壓力變化，過細(xì)或過長會導(dǎo)致滯料冷拉成的無縫圓管，用來傳遞壓力變化，過細(xì)或過長會導(dǎo)致滯

23、后大、反應(yīng)遲鈍，同樣長度毛細(xì)管越細(xì)精確度越高。毛細(xì)管因碰后大、反應(yīng)遲鈍，同樣長度毛細(xì)管越細(xì)精確度越高。毛細(xì)管因碰砸、死彎會引起堵塞，所以常用蛇皮管加以保護(hù)。砸、死彎會引起堵塞，所以常用蛇皮管加以保護(hù)。1.1.液體壓力式溫度計(jì)常用的工作液體及其主要技液體壓力式溫度計(jì)常用的工作液體及其主要技術(shù)性能見表術(shù)性能見表2626。在測量下限時液體以較高的壓。在測量下限時液體以較高的壓力力(15MPa)(15MPa)充入儀表的封閉系統(tǒng)內(nèi)，這樣可以充入儀表的封閉系統(tǒng)內(nèi)，這樣可以減小溫包和壓力表不在同一高度時由液柱高度差減小溫包和壓力表不在同一高度時由液柱高度差所引起的誤差。測量時的上限壓力可達(dá)所引起的誤差。測量

24、時的上限壓力可達(dá)17175MPa5MPa。 3 3蒸氣壓力式溫度計(jì)蒸氣壓力式溫度計(jì) 蒸氣壓力式溫度計(jì)是根據(jù)液體的飽和蒸氣壓只和蒸氣壓力式溫度計(jì)是根據(jù)液體的飽和蒸氣壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)這一道爾頓飽和蒸氣壓定律而氣液分界面的溫度有關(guān)這一道爾頓飽和蒸氣壓定律而制作的。如圖制作的。如圖2626所示。金屬溫包的一部分容積內(nèi)盛所示。金屬溫包的一部分容積內(nèi)盛放著低沸點(diǎn)的液體放著低沸點(diǎn)的液體1 1，其余空間以及毛細(xì)管、彈簧管內(nèi)，其余空間以及毛細(xì)管、彈簧管內(nèi)充滿這種液體的飽和蒸氣。由于氣液分界面在溫包內(nèi)，充滿這種液體的飽和蒸氣。由于氣液分界面在溫包內(nèi)，因而這種溫度計(jì)的讀數(shù)僅和溫包溫度有關(guān)。這種濕度因而這種

25、溫度計(jì)的讀數(shù)僅和溫包溫度有關(guān)。這種濕度計(jì)的壓力計(jì)的壓力溫度關(guān)系是非線性的，如圖溫度關(guān)系是非線性的，如圖2626所示，不所示，不過可用變剛度彈簧管或在壓力表的連桿機(jī)構(gòu)中采取一過可用變剛度彈簧管或在壓力表的連桿機(jī)構(gòu)中采取一些補(bǔ)償措施，使溫度刻度線性化。溫包中常用液體及些補(bǔ)償措施，使溫度刻度線性化。溫包中常用液體及其有關(guān)數(shù)據(jù)見表其有關(guān)數(shù)據(jù)見表2727。 對于測量溫度高于環(huán)境溫度的蒸氣壓力式溫度計(jì)，對于測量溫度高于環(huán)境溫度的蒸氣壓力式溫度計(jì)，由于毛細(xì)管和彈性元件所處的溫度由于毛細(xì)管和彈性元件所處的溫度( (環(huán)境溫度環(huán)境溫度) )低于低于溫包內(nèi)氣液分界面溫度溫包內(nèi)氣液分界面溫度( (被測溫度被測溫度),

26、),因此毛細(xì)管和因此毛細(xì)管和彈性元件內(nèi)部全部為冷凝液體所充滿。對于測量溫彈性元件內(nèi)部全部為冷凝液體所充滿。對于測量溫度低于環(huán)境溫度的蒸氣壓力式溫度計(jì)、度低于環(huán)境溫度的蒸氣壓力式溫度計(jì)、 由于毛細(xì)由于毛細(xì)管和彈性元件所處的溫度高于溫包溫度、因此毛細(xì)管和彈性元件所處的溫度高于溫包溫度、因此毛細(xì)管和彈性元件內(nèi)將充滿蒸氣。對于測量溫度與環(huán)境管和彈性元件內(nèi)將充滿蒸氣。對于測量溫度與環(huán)境溫度相交錯的蒸氣壓力式溫度計(jì)，毛細(xì)管和彈性元溫度相交錯的蒸氣壓力式溫度計(jì)，毛細(xì)管和彈性元件內(nèi)可能充滿液體也可能充滿蒸氣。件內(nèi)可能充滿液體也可能充滿蒸氣。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) 概念：熱電偶是由兩根不同材料的

27、導(dǎo)體概念：熱電偶是由兩根不同材料的導(dǎo)體A A和和B(B(熱電極熱電極) )焊焊接或絞接而成，如圖接或絞接而成，如圖210210所示。焊接的一端稱作熱電所示。焊接的一端稱作熱電偶的熱端或工作端，導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端偶的熱端或工作端，導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端或自由端。或自由端。一、熱電偶測溫的基本原理一、熱電偶測溫的基本原理： 把熱電偶的熱端置于熱源中，所處溫度為把熱電偶的熱端置于熱源中，所處溫度為t t把冷端置把冷端置于外界環(huán)境中，所處溫度為于外界環(huán)境中，所處溫度為toto并在冷端串接一個毫安表，并在冷端串接一個毫安表，我們將發(fā)現(xiàn)毫安表有電流流過，這種電流叫熱電流，產(chǎn)生我們將發(fā)現(xiàn)

28、毫安表有電流流過，這種電流叫熱電流，產(chǎn)生熱電流的電勢叫熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電流的電勢叫熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)在熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢，包括溫差電在熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢，包括溫差電勢及接觸電勢兩部分。勢及接觸電勢兩部分。 如圖如圖210210所所示示一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì)一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì)1.1.熱電偶：熱電偶：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A A和和B B組成閉合回路。組成閉合回路。A A、B B是熱偶絲，也叫熱電極。是熱偶絲，也叫熱電極。2. 2. 熱電勢：熱電勢：熱電偶放在被測對象中，兩端溫度不同熱電偶放在被測對象中，

29、兩端溫度不同時，會產(chǎn)生的電動勢時，會產(chǎn)生的電動勢3. 3. 熱電流：熱電流：回路中通過的電流回路中通過的電流4.4.熱端（工作端）、冷端（自由端）熱端（工作端）、冷端（自由端）：感受溫度變：感受溫度變化的那端稱為或熱端，另一端稱為或冷端?；哪嵌朔Q為或熱端，另一端稱為或冷端。這種物理現(xiàn)象稱為這種物理現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象。熱電偶：范圍熱電偶：范圍10016000C, 溫度信號變成電信號，遠(yuǎn)溫度信號變成電信號，遠(yuǎn)傳。傳。先看一個實(shí)驗(yàn)先看一個實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極

30、A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考端、（參考端、冷端）冷端） 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作端、（工作端、熱端）熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢A AB B上述現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象，上述現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象，18211821年賽貝克發(fā)現(xiàn)的，年賽貝克發(fā)現(xiàn)的， 也稱賽貝克效應(yīng)也稱賽貝克效應(yīng)一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì)一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì) 1 1、接觸電勢、接觸電勢：兩種不同導(dǎo)體兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時產(chǎn)生原因接觸時產(chǎn)生原因( )ABt0000(, ) ()()( )( )()( )ABABAAABBBE t ttttttt回路總電動勢：回路總電

31、動勢：A A的電子密度大于的電子密度大于B B，tttt0 0，則回，則回路中存在著路中存在著四個電勢四個電勢, ,)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB2 2、熱電勢的產(chǎn)生原因：、熱電勢的產(chǎn)生原因：熱電勢的工作原理：熱電勢的工作原理：某只熱電偶，如果使冷端溫某只熱電偶，如果使冷端溫度度t t0 0保持不變，則熱電動勢便成為熱端溫度保持不變，則熱電動勢便成為熱端溫度t t的的單一函數(shù)。即，單一函數(shù)。即，故測量熱電勢的大小就可以反映溫度的數(shù)值故測量熱電勢的大小就可以反映溫度的數(shù)值 AB0ABE(t,t )e(t)-C3.3.熱電勢的工作原理熱電勢的工作原理二、熱電偶的三條基本定律二、熱電

32、偶的三條基本定律均勻?qū)w定律、均勻?qū)w定律、 中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律、 中間溫度定律中間溫度定律1. 1. 均勻?qū)w定律均勻?qū)w定律 1 1）定律內(nèi)容：）定律內(nèi)容：由一種均勻?qū)w（或半導(dǎo)體）組成由一種均勻?qū)w（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論溫度如何分布，都不能產(chǎn)生電的閉合回路，不論溫度如何分布，都不能產(chǎn)生電動勢。動勢。 2 2）定律推論）定律推論 （1)1)熱電偶必須由兩種不同材料組成熱電偶必須由兩種不同材料組成 （2)2)由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，如回路有熱電勢，則材料不均勻如回路有熱電勢，則材料不均勻t tB BA AC Ct tE EAC

33、ACE ECBCBC C0 0t t0 0t t0 0t tEAC(t, t0) ECB(t, t0) =eAC(t)+ eCB(t) + eBA(t0)+ + + 因?yàn)橐驗(yàn)閑AC(t)+ eCB(t) + eBA(t)0所以所以EAC(t, t0) ECB(t, t0) =eAB(t)+ eBA(t0)= EAB(t, t0) 2 2 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律推論推論2的證明的證明3 3 中間溫度定律中間溫度定律1 1）定律內(nèi)容：）定律內(nèi)容： 熱電偶在兩接點(diǎn)溫度熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t t1 1、t t3 3時的熱電動時的熱電動勢等于接點(diǎn)溫度分別為勢等于接點(diǎn)溫度分別為t t1 1、t t2 2和

34、和t t2 2、t t3 3 的兩支同性質(zhì)熱的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。電偶的熱電動勢的代數(shù)和。+ +A At t1 1t t2 2B BE E1 1+ +A At t3 3B BE E2 2EAB(t1, t2) EAB(t2, t3) = eAB(t1)+ eBA(t2)+ eAB(t2) + eBA(t3)= eAB(t1) + eBA(t3)= EAB(t1, t3)+ +A At t1 1t t3 3B BE E3 3=E=E1 1+E+E2 22)2)定律的應(yīng)用：定律的應(yīng)用：1 1）為熱電偶）為熱電偶熱電勢溫度關(guān)系分度熱電勢溫度關(guān)系分度奠定了理論基礎(chǔ)。奠定了理論基礎(chǔ)。 已

35、知熱電偶在某一給定冷端溫度下，電壓對已知熱電偶在某一給定冷端溫度下，電壓對應(yīng)的溫度值，另外冷端溫度下，電壓應(yīng)對應(yīng)什么應(yīng)的溫度值，另外冷端溫度下，電壓應(yīng)對應(yīng)什么溫度？（修正解決）溫度？（修正解決）2 2）為工業(yè)測溫中）為工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。提供了理論依據(jù)。 1 1 測溫時，其冷端溫度要求恒定測溫時，其冷端溫度要求恒定（？），如直（？），如直接滿足此條件，熱電偶冷端直接延伸放到恒溫的接滿足此條件，熱電偶冷端直接延伸放到恒溫的地方，熱電偶很長，價格較高。地方，熱電偶很長，價格較高。 2 2 用補(bǔ)償導(dǎo)線連接到熱電偶的冷端，延伸至恒用補(bǔ)償導(dǎo)線連接到熱電偶的冷端，延伸至恒定冷

36、端溫度，在達(dá)到冷端溫度恒定要求的同時，定冷端溫度，在達(dá)到冷端溫度恒定要求的同時，降低造價。降低造價。 分為補(bǔ)償型和延伸型分為補(bǔ)償型和延伸型 補(bǔ)償型的材料與對應(yīng)的熱電偶不同，價格便補(bǔ)償型的材料與對應(yīng)的熱電偶不同，價格便宜，但在低溫下熱電性質(zhì)相同宜，但在低溫下熱電性質(zhì)相同 延伸型的材料與對應(yīng)的熱電偶相同，但準(zhǔn)確延伸型的材料與對應(yīng)的熱電偶相同，但準(zhǔn)確度要求略低度要求略低4 4）使用補(bǔ)償導(dǎo)線的注意事項(xiàng)）使用補(bǔ)償導(dǎo)線的注意事項(xiàng) （1 1）在一定的溫度范圍內(nèi)使用）在一定的溫度范圍內(nèi)使用 （2 2）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極熱電性質(zhì)相同）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極熱電性質(zhì)相同 （3 3）極性不能接反）極性不能接反 （4 4

37、）接入點(diǎn)溫度一致）接入點(diǎn)溫度一致 3 3）補(bǔ)償導(dǎo)線的分類）補(bǔ)償導(dǎo)線的分類 熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管等熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管等幾個主要部分組成，其常見外形結(jié)構(gòu)如圖所幾個主要部分組成，其常見外形結(jié)構(gòu)如圖所示示。安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭第四節(jié)第四節(jié) 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)一、熱電阻的測溫原理：一、熱電阻的測溫原理： 從物理學(xué)中知道，導(dǎo)體的電阻值是隨著溫度的變化而變化的，從物理學(xué)中知道，導(dǎo)體的電阻值是隨著溫度的變化而變化的，一般說來，它們之間有如下關(guān)系：一般說來，它們之間有如下關(guān)系： 電阻溫度計(jì)就是利用導(dǎo)體電阻溫度計(jì)就是利用導(dǎo)體( (或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體) )的電阻值隨

38、著溫度變化的電阻值隨著溫度變化這一特性來進(jìn)行溫度測量的，即把溫度變化所引起導(dǎo)體電阻變化，這一特性來進(jìn)行溫度測量的，即把溫度變化所引起導(dǎo)體電阻變化，通過測量橋路轉(zhuǎn)換成電壓通過測量橋路轉(zhuǎn)換成電壓( (毫伏級毫伏級) )信號，然后送人顯示儀表以指信號，然后送人顯示儀表以指示或記錄被測溫度的，如圖示或記錄被測溫度的，如圖2 22828所示。所示。 由上述可知，熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的測量原理是不由上述可知，熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的測量原理是不同的。熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過測溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為同的。熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過測溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為熱電勢的變化來測量溫度的，而熱電阻溫度計(jì)則

39、是把溫度的變化熱電勢的變化來測量溫度的，而熱電阻溫度計(jì)則是把溫度的變化通過測溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來測量溫度的。通過測溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來測量溫度的。 熱電阻溫度計(jì)適用于測量一熱電阻溫度計(jì)適用于測量一200200一十一十500500低溫范圍內(nèi)液體、低溫范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面溫度，它和熱電偶溫度計(jì)一樣，也具有遠(yuǎn)氣體、蒸汽及固體表面溫度，它和熱電偶溫度計(jì)一樣，也具有遠(yuǎn)傳、自動記錄和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)傳、自動記錄和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)( )Rf t二、熱電阻的材料和要求：二、熱電阻的材料和要求： 熱電阻測溫的機(jī)理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫?zé)犭娮铚y溫的機(jī)理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電

40、阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)，但不是所有導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可度變化而變化的性質(zhì)，但不是所有導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以作為測量元件，還得要從其他方以作為測量元件，還得要從其他方的性質(zhì)來考慮和選擇，對熱電阻材料的要求有：的性質(zhì)來考慮和選擇，對熱電阻材料的要求有： (1)(1)理化性質(zhì)穩(wěn)定，測量精確度高，抗腐蝕，使理化性質(zhì)穩(wěn)定，測量精確度高，抗腐蝕，使 (2) (2)電阻溫度系數(shù)要大，即靈敏度要高。電阻溫度系數(shù)要大，即靈敏度要高。 (3)(3)電阻率要高，以使熱電阻的體積較小，減小測溫電阻率要高，以使熱電阻的體積較小，減小測溫時的時間常數(shù)。時的時間常數(shù)。 (4)(4)熱容量要小，使電阻體熱情性小，反應(yīng)較靈

41、敏。熱容量要小，使電阻體熱情性小，反應(yīng)較靈敏。 (5)(5)線性好，即電阻與溫度關(guān)系成線性或?yàn)槠交€。線性好，即電阻與溫度關(guān)系成線性或?yàn)槠交€。 (6)(6)易于加工，價格便宜，降低制造成本。易于加工，價格便宜，降低制造成本。 (7)(7)復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)和部件互換。復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)和部件互換。 三三 常用熱電阻常用熱電阻 最常用的熱電阻是鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。隨著低溫最常用的熱電阻是鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。隨著低溫和超和超 1 1鉑熱電阻鉑熱電阻 鉑電阻的特點(diǎn)是精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，但鉑電阻的特點(diǎn)是精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，但是在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容

42、易被從氧化物中是在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸氣所站污而變脆，并改變電阻與溫度問關(guān)系。還原出來的蒸氣所站污而變脆，并改變電阻與溫度問關(guān)系。為了克服上述缺點(diǎn)使用時熱電阻芯應(yīng)裝在保護(hù)套管中。在為了克服上述缺點(diǎn)使用時熱電阻芯應(yīng)裝在保護(hù)套管中。在0-630.740-630.74攝氏度鉑電阻與溫度的關(guān)系可表示：攝氏度鉑電阻與溫度的關(guān)系可表示： - -溫度為溫度為t t時熱電阻的電阻值；時熱電阻的電阻值； - -溫度為溫度為0 0度時的電阻值；度時的電阻值； A-A-常數(shù)，常數(shù)，A=3.96847A=3.96847* * B B常數(shù)，常數(shù)，B=3.9B=3.9* *20(1)

43、tRRAtBttR0R310310 -190 -190到到0 0攝氏度，鉑的電阻值與溫度可表示為：攝氏度，鉑的電阻值與溫度可表示為： 鉑的純度通常用鉑的純度通常用 。來表示，。來表示， 代表在水沸點(diǎn)代表在水沸點(diǎn)(100)時的電阻值，時的電阻值， 代表水在代表水在O時的電阻值。時的電阻值。 目前目前技術(shù)水平己可達(dá)到技術(shù)水平己可達(dá)到 / 13930，其相應(yīng)鉑的純度為，其相應(yīng)鉑的純度為999995。工業(yè)用鉑電阻的純度為。工業(yè)用鉑電阻的純度為 / 13871391。 工業(yè)上還常用微型鉑熱電阻，它的體積小，熱慣性小，氣密工業(yè)上還常用微型鉑熱電阻，它的體積小，熱慣性小，氣密性好。它的結(jié)構(gòu)如圖性好。它的結(jié)構(gòu)

44、如圖231所示，是由刻有螺紋的圓柱形玻璃所示，是由刻有螺紋的圓柱形玻璃棒棒(高溫鉑電阻使用石英文架高溫鉑電阻使用石英文架)上繞以上繞以gL0044005已遲火已遲火的鉑絲的鉑絲(石英支架用螺旋形鉑絲石英支架用螺旋形鉑絲)，引出線用，引出線用o5mm的鉑絲，的鉑絲，外面套以外面套以445的特殊玻璃管的特殊玻璃管(或石英管或石英管)作為保護(hù)套管。作為保護(hù)套管。2301(t100)t tRRAtBtC100R100R100R100R0R0R0R0R2 2、銅熱電阻、銅熱電阻 工業(yè)上常用銅熱電阻來測量一工業(yè)上常用銅熱電阻來測量一5050一十一十150150范圍的溫度，范圍的溫度，銅容易提純，價格比鉑便

45、宜很多，電阻溫度關(guān)系是線性的，銅容易提純，價格比鉑便宜很多，電阻溫度關(guān)系是線性的，用公式用公式 表示。表示。 (4(425254 428) 28) 。但是銅的電阻率但是銅的電阻率( (比電阻比電阻) ) O O0170 0170 m m，比鉑，比鉑的電阻率爾的電阻率爾 o o0981009810 約小約小5 56 6，所以制，所以制成一定電阻值的熱電阻時，與鉑相比，若電阻絲的長度相成一定電阻值的熱電阻時，與鉑相比，若電阻絲的長度相同時，則銅電阻絲就很細(xì)，機(jī)械強(qiáng)度降低，若線徑相同，同時，則銅電阻絲就很細(xì)，機(jī)械強(qiáng)度降低，若線徑相同，長度則增高許多倍，體積增大。此外，銅在長度則增高許多倍，體積增大。

46、此外，銅在100100以上容以上容易氧化，抗腐蝕性能又差，所以工作溫度不超過易氧化，抗腐蝕性能又差，所以工作溫度不超過150150。t0tRR （1+）310ucuc2mm2mm四四 熱電阻的型號、主要規(guī)格及技術(shù)特性熱電阻的型號、主要規(guī)格及技術(shù)特性 熱電阻通常都由電阻體、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒四個熱電阻通常都由電阻體、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒四個部分組成。除電阻體外，其余部分的結(jié)構(gòu)和形狀與熱電偶部分組成。除電阻體外，其余部分的結(jié)構(gòu)和形狀與熱電偶的相應(yīng)部分相同，故此從略。的相應(yīng)部分相同，故此從略。 熱電阻的型號系采用漢語拼音字母來表示，第一字母熱電阻的型號系采用漢語拼音字母來表示，第一字母W表

47、示溫度，第二字母表示溫度，第二字母Z表爾熱電阻，第三字母則分別表示表爾熱電阻，第三字母則分別表示熱電阻的分度號，鉑電阻為熱電阻的分度號，鉑電阻為B，新型號用英文字母，新型號用英文字母P，銅，銅電阻為電阻為G，新型號用，新型號用C。如果下角標(biāo)有。如果下角標(biāo)有“2”，則表示是雙，則表示是雙支熱電阻，如銅熱電阻的型號支熱電阻，如銅熱電阻的型號WZG、WZC，鉑熱電阻的，鉑熱電阻的型號為型號為WZB，WZP或或WZB2、WZP2。 五、熱電阻的校驗(yàn)和故障五、熱電阻的校驗(yàn)和故障 校驗(yàn)原理：校驗(yàn)原理： 校驗(yàn)原理如下：被校的熱電阻校驗(yàn)原理如下：被校的熱電阻4 4、5 5和標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻3(3(一般用一般

48、用1 1歐歐姆或姆或3 3歐姆歐姆) )、電池、電池1 1、可變電阻、可變電阻2 2、毫安表串接在一起形成回路。、毫安表串接在一起形成回路。調(diào)節(jié)可變電阻調(diào)節(jié)可變電阻2 2使回路電流約為使回路電流約為1mA1mA。當(dāng)熱電阻。當(dāng)熱電阻4 4、5 5插入冰水或水插入冰水或水沸騰器中，電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻沸騰器中，電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rs)3(Rs)3、被校熱電阻、被校熱電阻(Rt)4(Rt)4、5 5上產(chǎn)生上產(chǎn)生了一定的電壓降了一定的電壓降(Us(Us，Uc)Uc)，電壓降可以通過切換開關(guān)，電壓降可以通過切換開關(guān)6 6和換向開和換向開關(guān)關(guān)7 7輸?shù)诫娢徊钣?jì)輸?shù)诫娢徊钣?jì)8 8，由電位差計(jì)指示出讀數(shù)。，由電位差計(jì)

49、指示出讀數(shù)。 改變切換開關(guān)改變切換開關(guān)6 6的接點(diǎn)位置，可以順序地把標(biāo)準(zhǔn)電阻的接點(diǎn)位置，可以順序地把標(biāo)準(zhǔn)電阻3 3、被校、被校熱電阻熱電阻4 4、5 5上的電壓降輸?shù)诫娢徊钣?jì)去，換向開關(guān)上的電壓降輸?shù)诫娢徊钣?jì)去，換向開關(guān)7 7的作用是使的作用是使測量電阻值時，能正負(fù)各測一次，以保證測量準(zhǔn)確。被校熱電阻測量電阻值時，能正負(fù)各測一次，以保證測量準(zhǔn)確。被校熱電阻的電阻值可按的電阻值可按 就可以測得就可以測得RoRo的數(shù)值。的數(shù)值。ttss/*RUUR 概念：概念： 半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)是利用錳、鎳、銅和鐵等金屬氧化物半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)是利用錳、鎳、銅和鐵等金屬氧化物配制成的熱敏電阻作為測溫元件，其形狀有珠形、圓形

50、、墊配制成的熱敏電阻作為測溫元件，其形狀有珠形、圓形、墊圈形和薄片形，常用的有圈形和薄片形，常用的有61型珠形及微型珠形半導(dǎo)體熱敏電型珠形及微型珠形半導(dǎo)體熱敏電阻，如圖阻，如圖235所示。與一般熱電阻不同之處在于它有負(fù)電阻所示。與一般熱電阻不同之處在于它有負(fù)電阻溫度系數(shù)，溫度升高，電阻降低，變化幅度也大，達(dá)一溫度系數(shù)，溫度升高，電阻降低，變化幅度也大，達(dá)一2一一一一7，而且是非線性的，其特性曲線如圖，而且是非線性的，其特性曲線如圖236所示。由于所示。由于它具有良好的抗腐蝕性、靈敏度高、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡單、它具有良好的抗腐蝕性、靈敏度高、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、便于遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)，可用于

51、腐蝕性介質(zhì)溫度、壽命長、便于遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)，可用于腐蝕性介質(zhì)溫度、表面溫度及體溫等的溫度測量，缺點(diǎn)是測量范圍小表面溫度及體溫等的溫度測量，缺點(diǎn)是測量范圍小(一一50一十一十300)，互換性差，互換性差。六、半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)六、半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 非接觸式測溫儀表非接觸式測溫儀表 概念概念： 非接觸式測溫儀表主要是基于熱輻射機(jī)理的一種非接觸式測溫儀表主要是基于熱輻射機(jī)理的一種溫度傳感器，這類溫度傳感器的最大特點(diǎn)就是傳感器的任溫度傳感器，這類溫度傳感器的最大特點(diǎn)就是傳感器的任何部分不與被測介質(zhì)接觸，它通過測量物體的輻射能或與何部分不與被測介質(zhì)接觸，它通過測量物體的輻射能或與輻射能有關(guān)的信號來實(shí)

52、現(xiàn)溫度測量。輻射能有關(guān)的信號來實(shí)現(xiàn)溫度測量。 由于不必與被測介質(zhì)接觸，非接觸式測溫儀表具有以下由于不必與被測介質(zhì)接觸，非接觸式測溫儀表具有以下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) (1)(1)不存在因接觸產(chǎn)生傳熱而引起測溫傳熱誤差；不存在因接觸產(chǎn)生傳熱而引起測溫傳熱誤差； (2) (2)不破壞被測溫度場，可以測量熱容量較小的物體；不破壞被測溫度場，可以測量熱容量較小的物體； (3) (3)理論上測溫上限不受測溫傳感器材料的限制；理論上測溫上限不受測溫傳感器材料的限制； (4) (4)動態(tài)性能好，響應(yīng)速度快，可測量運(yùn)動物體的溫度動態(tài)性能好，響應(yīng)速度快，可測量運(yùn)動物體的溫度 (5) (5)可以測出二維溫度分布可以測出二維溫度

53、分布。一、非接觸測溫儀表也存在一些缺點(diǎn)： (1) (1)測量誤差較大，儀表示值一般只代表表面外觀溫測量誤差較大，儀表示值一般只代表表面外觀溫度；度； (2) (2)在輻射通道上介質(zhì)吸收及反射光干擾將影響儀表在輻射通道上介質(zhì)吸收及反射光干擾將影響儀表示值；示值； (3) (3)被測溫度表面發(fā)射率變化會影響儀表的測量數(shù)值被測溫度表面發(fā)射率變化會影響儀表的測量數(shù)值； (4)(4)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較昂貴。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較昂貴。一、輻射測溫的基礎(chǔ)理論 1 1全輻射體的熱輻射全輻射體的熱輻射 熱輻射理論是輻射式測溫儀表的理論依據(jù)。只要是熱輻射理論是輻射式測溫儀表的理論依據(jù)。只要是熱力學(xué)溫度不為熱力學(xué)溫度

54、不為0K0K的物體，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動都會的物體，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動都會向外放射不同波長的電磁波，人們把熱能以電磁波的形式向外放射不同波長的電磁波，人們把熱能以電磁波的形式向外輻射，稱為熱輻射。物體溫度越高，帶電粒子的運(yùn)動向外輻射，稱為熱輻射。物體溫度越高，帶電粒子的運(yùn)動越劇烈，向外發(fā)出的輻射能就越強(qiáng)。粒子運(yùn)動的頻率不同越劇烈，向外發(fā)出的輻射能就越強(qiáng)。粒子運(yùn)動的頻率不同，放射出的電磁波波長就不同。，放射出的電磁波波長就不同。 全輻射體的光譜輻射出射度與波長和溫度的關(guān)系：全輻射體的光譜輻射出射度與波長和溫度的關(guān)系： - -波長，波長， -普朗克第一輻射常數(shù)，普朗克第一輻射常數(shù)， -普朗克

55、第二常數(shù)。普朗克第二常數(shù)。2c51t01ceM（-1）1c2c2、實(shí)際物體的熱輻射 實(shí)際物體的光譜輻射出射度與溫度、波長的關(guān)系實(shí)際物體的光譜輻射出射度與溫度、波長的關(guān)系 - -波長波長 下實(shí)際物體的光譜發(fā)射率。下實(shí)際物體的光譜發(fā)射率。 - -實(shí)際物體在波長實(shí)際物體在波長 下的光譜發(fā)射率。下的光譜發(fā)射率。 二二 光學(xué)高溫計(jì)（重點(diǎn)）光學(xué)高溫計(jì)（重點(diǎn)） 光學(xué)高溫計(jì)是基于光譜輻射原理的測溫儀表，物體在高光學(xué)高溫計(jì)是基于光譜輻射原理的測溫儀表，物體在高溫狀態(tài)下會發(fā)光，在可見光的波長范圍溫狀態(tài)下會發(fā)光，在可見光的波長范圍(0.35(0.35一一0.75) 0.75) 內(nèi)，高溫物體的熱輻射以光的形式表現(xiàn)出來

56、，其輻射的強(qiáng)內(nèi)，高溫物體的熱輻射以光的形式表現(xiàn)出來，其輻射的強(qiáng)度與光的亮度之間有一定的關(guān)系。實(shí)際物體在某一波長度與光的亮度之間有一定的關(guān)系。實(shí)際物體在某一波長 下的光譜輻射亮度下的光譜輻射亮度 和光譜輻射出射度和光譜輻射出射度 是成正比是成正比的，即的，即0MMMmLM 對一個確定的物體對一個確定的物體( (可近似認(rèn)為可近似認(rèn)為 固定不變固定不變) )，在可見光波長范圍，在可見光波長范圍內(nèi)的某一波長下，因?yàn)閷?shí)際物體的光譜輻射出射度內(nèi)的某一波長下，因?yàn)閷?shí)際物體的光譜輻射出射度 與物體溫與物體溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，所以光譜輻射亮度度呈單值函數(shù)關(guān)系，所以光譜輻射亮度 必定與溫度之間也呈必定與溫度之間也

57、呈現(xiàn)出單值對應(yīng)關(guān)系。這就是光學(xué)高溫計(jì)測溫的基本原理。通過直接現(xiàn)出單值對應(yīng)關(guān)系。這就是光學(xué)高溫計(jì)測溫的基本原理。通過直接測量光譜輻射亮度來確定物體的溫度比較困難，光學(xué)高溫計(jì)則是采測量光譜輻射亮度來確定物體的溫度比較困難，光學(xué)高溫計(jì)則是采用亮度比對法，具體的實(shí)現(xiàn)原理為：光學(xué)高溫計(jì)中裝有一只亮度可用亮度比對法，具體的實(shí)現(xiàn)原理為：光學(xué)高溫計(jì)中裝有一只亮度可調(diào)的燈泡，作為比較光源。測溫時，在某一波長下用燈泡燈絲的光調(diào)的燈泡，作為比較光源。測溫時，在某一波長下用燈泡燈絲的光譜輻射亮度與被測物體的光譜輻射亮度進(jìn)行比較，通過改變燈絲電譜輻射亮度與被測物體的光譜輻射亮度進(jìn)行比較，通過改變燈絲電流人工調(diào)整燈絲的亮

58、度，使二者亮度相等，該燈泡亮度與其燈泡燈流人工調(diào)整燈絲的亮度，使二者亮度相等，該燈泡亮度與其燈泡燈絲的電氣參數(shù)絲的電氣參數(shù)( (電流或電阻電流或電阻) )之間有一一對應(yīng)關(guān)系，因此測出其電氣之間有一一對應(yīng)關(guān)系，因此測出其電氣參數(shù)就測量出物體的亮度，從而測量出物體的溫度值，最終實(shí)現(xiàn)非參數(shù)就測量出物體的亮度，從而測量出物體的溫度值，最終實(shí)現(xiàn)非接觸的溫度測量，其結(jié)構(gòu)示意和亮度對比示意如圖接觸的溫度測量，其結(jié)構(gòu)示意和亮度對比示意如圖 （圖見下頁圖見下頁）/LMML 圖圖238238所示的光學(xué)高溫計(jì)由光學(xué)系所示的光學(xué)高溫計(jì)由光學(xué)系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目

59、鏡、紅色濾光片、燈泡包括物鏡、目鏡、紅色濾光片、燈泡、吸收玻璃等。物鏡和目鏡均可移動、吸收玻璃等。物鏡和目鏡均可移動、調(diào)整，移動物鏡可把被測物體的成、調(diào)整，移動物鏡可把被測物體的成像落在燈絲所在平面上。移動目鏡是像落在燈絲所在平面上。移動目鏡是為了使人眼同時清晰地看到被測物體為了使人眼同時清晰地看到被測物體與燈絲的成像，以比較兩者的亮度。與燈絲的成像，以比較兩者的亮度。紅色濾光片的作用是與人眼構(gòu)成紅色濾光片的作用是與人眼構(gòu)成“單單色器色器”，以保證在，以保證在定波長定波長(0.66 (0.66 左右左右) )下比較兩者的光譜輻射亮度。下比較兩者的光譜輻射亮度。測量線路用來測量測量線路用來測量

60、與燈絲亮度相與燈絲亮度相應(yīng)的燈絲的電流、電壓降或電阻等電應(yīng)的燈絲的電流、電壓降或電阻等電氣氣 “參數(shù)，并最終顯示溫度示值參數(shù)，并最終顯示溫度示值。在圖。在圖238238中采用的是測量燈絲兩中采用的是測量燈絲兩端的電流。不同型號的光學(xué)高溫計(jì)的端的電流。不同型號的光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)大同小異結(jié)構(gòu)大同小異。m 在使用光學(xué)高溫計(jì)測量溫度時，人在使用光學(xué)高溫計(jì)測量溫度時，人眼通過目鏡看到的圖像如圖眼通過目鏡看到的圖像如圖239239所示。所示。在被測對象的背景上有一根燈絲，如看在被測對象的背景上有一根燈絲，如看到的是暗的背景上亮的燈絲，則說明燈到的是暗的背景上亮的燈絲，則說明燈絲亮度高于被測物體的亮度，應(yīng)調(diào)