Chapter3溫度測(cè)量

1、工業(yè)裝備測(cè)控技術(shù)工業(yè)裝備測(cè)控技術(shù)3.4 3.4 溫度測(cè)量溫度測(cè)量 3.4.1 概述概述n 溫度是表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量。溫度是表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量。進(jìn)行溫度測(cè)量必須有溫度基準(zhǔn)和溫標(biāo)。進(jìn)行溫度測(cè)量必須有溫度基準(zhǔn)和溫標(biāo)。n一一#、溫標(biāo)及單位、溫標(biāo)及單位n 1.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)n 以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，僅與熱量有以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，僅與熱量有關(guān)而與物質(zhì)任何物理性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，己由關(guān)而與物質(zhì)任何物理性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，己由國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納作為統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。但國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納作為統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。但由于它由于它是純理論是純理論的，所以國(guó)際計(jì)量大會(huì)制定的，所以國(guó)際計(jì)量大會(huì)制定出與熱力學(xué)

2、溫標(biāo)相接近，重復(fù)精度高的國(guó)際出與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，重復(fù)精度高的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)實(shí)用溫標(biāo)(IPTS)。2.國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)n 目前國(guó)際上通用的是目前國(guó)際上通用的是1975年第年第15屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)的的1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱IPTS一一68)一一1975年修訂版年修訂版，我國(guó)也采用這一標(biāo)準(zhǔn)，其基本內(nèi)容有我國(guó)也采用這一標(biāo)準(zhǔn)，其基本內(nèi)容有:n (1)溫度的基本單位為開(kāi)爾文溫度的基本單位為開(kāi)爾文(簡(jiǎn)寫(xiě)開(kāi)，符號(hào)為簡(jiǎn)寫(xiě)開(kāi)，符號(hào)為K)，定義為，定義為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度與絕對(duì)零度間的水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度與絕對(duì)零度間的1/273.16。n (2)對(duì)一些純物質(zhì)的可

3、復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)稱為定義固定點(diǎn)對(duì)一些純物質(zhì)的可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)稱為定義固定點(diǎn)，作為，作為國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的指定值，共有國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的指定值，共有11個(gè)。個(gè)。n (3)除上述的固定點(diǎn)溫度外，除上述的固定點(diǎn)溫度外，整個(gè)溫標(biāo)分成整個(gè)溫標(biāo)分成4段段，其溫度基，其溫度基標(biāo)在標(biāo)在1337.58K以上的溫度由黑體輻射朗克公式?jīng)Q定溫度；在以上的溫度由黑體輻射朗克公式?jīng)Q定溫度；在903.991337.58K由鉑銠一鉑熱電偶決定，并規(guī)定插值公式；由鉑銠一鉑熱電偶決定，并規(guī)定插值公式；在在13.81903.89K由鉑電阻溫度計(jì)決定，并分別對(duì)由鉑電阻溫度計(jì)決定，并分別對(duì)275.15k以上及以下分別規(guī)定插值公式。以上及以下分別規(guī)定

4、插值公式。3.攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)n攝氏溫標(biāo)是工程上通用的溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是工程上通用的溫標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的溶點(diǎn)為大氣壓下冰的溶點(diǎn)為OC，水的沸點(diǎn)，水的沸點(diǎn)定為定為1OOC，將中間等分為一百等份，將中間等分為一百等份，每一等份為每一等份為lC。攝氏溫度（。攝氏溫度（t）和國(guó)）和國(guó)際實(shí)用溫度（際實(shí)用溫度（T） 的關(guān)系為的關(guān)系為:n t=T-275.15 （81）n在工程習(xí)慣中在工程習(xí)慣中，在，在OC以下，常以國(guó)以下，常以國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的絕對(duì)溫度表示，在際實(shí)用溫標(biāo)的絕對(duì)溫度表示，在OC以上，常用攝氏溫度表示。以上，常用攝氏溫度表示。二、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類二、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類

5、u溫度不能直接測(cè)量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性溫度不能直接測(cè)量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，通過(guò)對(duì)某些物理特性變化量的測(cè)量間是溫度的函數(shù)，通過(guò)對(duì)某些物理特性變化量的測(cè)量間接地獲得溫度值。接地獲得溫度值。u根據(jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，通?？煞诸悶楦鶕?jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，通?？煞诸悶榻佑|法接觸法與與非接觸法非接觸法兩大類。兩大類。 1. 接觸法接觸法u當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到熱當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)

6、物體實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，度測(cè)量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法這種測(cè)溫方式稱為接觸法。u特點(diǎn)特點(diǎn)：溫度計(jì)要與被測(cè)物體有良好地?zé)峤佑|，溫度計(jì)要與被測(cè)物體有良好地?zé)峤佑|，使兩者達(dá)到熱平衡。使兩者達(dá)到熱平衡。n接觸式測(cè)溫法是使感溫元件直接與被測(cè)物體或直接接觸式測(cè)溫法是使感溫元件直接與被測(cè)物體或直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，感受被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)的溫度與被測(cè)介質(zhì)接觸，感受被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)的溫度變化。變化。n主要形式：膨脹式、壓力式、熱電阻與熱電偶溫度主要形式：膨脹式、壓力式、熱電阻與熱電偶溫度計(jì)計(jì)2.非接觸法非接觸法u利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度，體溫度，這種測(cè)溫方

7、式稱為非接觸法這種測(cè)溫方式稱為非接觸法。u特點(diǎn)特點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小。的溫度分布，熱慣性小。u通常用來(lái)測(cè)定通常用來(lái)測(cè)定10001000以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。迅速的高溫物體的溫度。u非接觸式測(cè)溫儀表是采用感溫元件與被測(cè)物體不非接觸式測(cè)溫儀表是采用感溫元件與被測(cè)物體不直接接觸的方法來(lái)測(cè)量溫度。直接接觸的方法來(lái)測(cè)量溫度。u在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測(cè)溫法非常困難，可在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測(cè)溫法非常困難，可采用非接觸式測(cè)溫法，利用物體的熱輻射特性對(duì)采用非接觸式測(cè)溫法，利用物體的熱輻射特性

8、對(duì)物體的溫度進(jìn)行非接觸式測(cè)量。物體的溫度進(jìn)行非接觸式測(cè)量。u光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)下表下表所示為工業(yè)常用溫度計(jì)的種類及其使用所示為工業(yè)常用溫度計(jì)的種類及其使用3.4.2 3.4.2 熱膨脹式溫度計(jì)熱膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計(jì)，主要有制成的溫度計(jì)，主要有液體膨脹式溫度計(jì)、固液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)體膨脹式溫度計(jì)和和壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)三種。三種。一、液體膨脹式溫度計(jì)一、液體膨脹式溫度計(jì)1. 測(cè)溫原理測(cè)溫原理2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)3. 分類分類4. 測(cè)溫誤差分析測(cè)溫誤

9、差分析二、固體膨脹式溫度計(jì)二、固體膨脹式溫度計(jì) 它是利用兩種線膨脹系數(shù)不同的材料制成，它是利用兩種線膨脹系數(shù)不同的材料制成，有桿式和雙金屬片式兩種。有桿式和雙金屬片式兩種。三三、壓力式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)u它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，通過(guò)對(duì)工作介質(zhì)的壓而壓力升高的性質(zhì)，通過(guò)對(duì)工作介質(zhì)的壓力測(cè)量來(lái)判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。力測(cè)量來(lái)判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。u工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣u簡(jiǎn)單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆簡(jiǎn)單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性性u(píng)動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能測(cè)量動(dòng)態(tài)性能

10、差，示值的滯后較大，不能測(cè)量迅速變化的溫度迅速變化的溫度3.4.3 熱電偶測(cè)溫儀表熱電偶測(cè)溫儀表一、熱電偶的測(cè)溫原理一、熱電偶的測(cè)溫原理1、接觸電勢(shì)、接觸電勢(shì)n接觸電勢(shì)是兩種自由電子接觸電勢(shì)是兩種自由電子密度不同的導(dǎo)體在接觸處密度不同的導(dǎo)體在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)，如左圖。形成的電動(dòng)勢(shì)，如左圖。由于導(dǎo)體由于導(dǎo)體A A和和B B的材料不同，的材料不同，兩者的電子密度也各不相兩者的電子密度也各不相同，當(dāng)它們相互接觸時(shí)，同，當(dāng)它們相互接觸時(shí)，在接觸面上電子在兩個(gè)方在接觸面上電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率就不同。向上擴(kuò)散的速率就不同。n電勢(shì)方向電勢(shì)方向n若若A A導(dǎo)體電子密度大，則從導(dǎo)體電子密度大，則從A A

11、擴(kuò)散到導(dǎo)體擴(kuò)散到導(dǎo)體B B的自由電子數(shù)比從的自由電子數(shù)比從B B到到A A的要多，的要多，A A導(dǎo)體因失去電子而帶正電，導(dǎo)體因失去電子而帶正電，B B因得到電子而因得到電子而帶負(fù)電，從而在接觸面上形成由帶負(fù)電，從而在接觸面上形成由A A到到B B的內(nèi)部靜電場(chǎng)，產(chǎn)生的內(nèi)部靜電場(chǎng)，產(chǎn)生了接觸電勢(shì)了接觸電勢(shì)e eABAB(T)(T)。n由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而建立的內(nèi)部靜電場(chǎng)將產(chǎn)生相反方向的漂由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而建立的內(nèi)部靜電場(chǎng)將產(chǎn)生相反方向的漂移運(yùn)動(dòng)，加速電子在反方向的轉(zhuǎn)移，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，移運(yùn)動(dòng)，加速電子在反方向的轉(zhuǎn)移，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，接觸電勢(shì)很快穩(wěn)定在某個(gè)值上，其大小如式（接觸電勢(shì)很快穩(wěn)定在某個(gè)值上，

12、其大小如式（4-304-30）: : n在同一導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電在同一導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)稱為勢(shì)稱為溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)。2、溫差電勢(shì)、溫差電勢(shì)n同一導(dǎo)體中高溫端的電子能量要同一導(dǎo)體中高溫端的電子能量要比低溫端的大，因而高溫端跑往比低溫端的大，因而高溫端跑往低溫端的電子數(shù)比低溫端跑往高低溫端的電子數(shù)比低溫端跑往高溫端的多，故使高溫端溫端的多，故使高溫端(T)(T)失去電失去電子而帶正電，低溫端子而帶正電，低溫端(T(T0 0) )因得到因得到電子而帶負(fù)電，形成一個(gè)內(nèi)部靜電子而帶負(fù)電，形成一個(gè)內(nèi)部靜電場(chǎng)。電場(chǎng)。n該靜電場(chǎng)將阻止能量大的電子繼該靜電場(chǎng)將阻止能量大的電子繼

13、續(xù)從高溫端跑到低溫端，最后達(dá)續(xù)從高溫端跑到低溫端，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，如左圖所示，這時(shí)到動(dòng)態(tài)平衡，如左圖所示，這時(shí)導(dǎo)體導(dǎo)體A A兩端的電勢(shì)差為兩端的電勢(shì)差為: :n電勢(shì)方向電勢(shì)方向3、回路電勢(shì)、回路電勢(shì)如下圖所示，設(shè)其熱端和冷端的溫度分別為如下圖所示，設(shè)其熱端和冷端的溫度分別為T和和T0，則電路的，則電路的總熱電勢(shì)總熱電勢(shì)eAB(T,T0)為：為：二、熱電偶的基本定律二、熱電偶的基本定律1均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面和由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面和長(zhǎng)度如何以及沿長(zhǎng)度方向上各處的溫度分布如何，都長(zhǎng)度如何以及沿長(zhǎng)度方向上各處的溫度分布如何，都不能

14、產(chǎn)生熱電勢(shì)。反之，如果回路中有熱電勢(shì)存在則不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。反之，如果回路中有熱電勢(shì)存在則材料必為非均質(zhì)的。材料必為非均質(zhì)的。 這條規(guī)律還要求熱電偶必須由這條規(guī)律還要求熱電偶必須由兩種不同質(zhì)兩種不同質(zhì)的材料構(gòu)成，的材料構(gòu)成，且兩種材料必須各自都是且兩種材料必須各自都是均質(zhì)的均質(zhì)的，否則會(huì)由于沿?zé)犭?，否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì)，從而因熱偶長(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì)，從而因熱電偶材料不均勻性引入誤差。電偶材料不均勻性引入誤差。2中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，該導(dǎo)體的引入

15、對(duì)熱電偶回路的總電勢(shì)兩端溫度相同，該導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路的總電勢(shì)沒(méi)有影響。沒(méi)有影響。 同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只要保證接同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。沒(méi)有影響。 u該定律表明熱電偶回路中可該定律表明熱電偶回路中可接入各種儀表或連接接入各種儀表或連接導(dǎo)線導(dǎo)線。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度，原。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢(shì)將不受接入儀表或?qū)Ь€的影熱電偶回路的熱電勢(shì)將不受接入儀表或?qū)Ь€的影響。響。u該定律還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接而成，該定

16、律還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接而成，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。3中間溫度定律中間溫度定律 兩接點(diǎn)溫度分別為兩接點(diǎn)溫度分別為T、T0的熱電偶的的熱電偶的熱電勢(shì)熱電勢(shì)EAB(T,T0)，等于接點(diǎn)溫度分別為等于接點(diǎn)溫度分別為T、TN的熱電偶的的熱電偶的熱電勢(shì)熱電勢(shì)EAB(T,TN)和和接點(diǎn)溫度分別接點(diǎn)溫度分別TN、T0的熱電偶的熱電偶熱電勢(shì)熱電勢(shì)EAB(TN,T0)的代的代數(shù)和。數(shù)和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)u該定律說(shuō)明當(dāng)熱電偶參比端溫度該定律說(shuō)明當(dāng)熱電偶參比端溫度t t0 000時(shí)，時(shí)，只要能測(cè)得熱電勢(shì)只要能測(cè)得熱電

17、勢(shì)E(t,tE(t,t0 0) )，且，且t t0 0已知，仍可已知，仍可以采用熱電偶分度表求得被測(cè)溫度以采用熱電偶分度表求得被測(cè)溫度t t值。值。4.連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律n在熱電偶回路中，如果熱電偶的電極材料在熱電偶回路中，如果熱電偶的電極材料A A和和B B分別分別與連接導(dǎo)體與連接導(dǎo)體AA和和BB相連接，各有關(guān)接點(diǎn)溫度為相連接，各有關(guān)接點(diǎn)溫度為t t，tntn和和t0t0，那么回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶兩端處于，那么回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶兩端處于t t和和tntn溫度條件下的熱電勢(shì)溫度條件下的熱電勢(shì)EAB(t,tn)EAB(t,tn)與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線AA和和BB兩端處于兩端處于tn

18、tn和和t0t0溫度條件下的熱電勢(shì)溫度條件下的熱電勢(shì)EAB(tn,t0)EAB(tn,t0)的代數(shù)和。的代數(shù)和。nEABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0) tt0參考端冷端工作端熱端AABBtntn4.4.標(biāo)準(zhǔn)電極定則標(biāo)準(zhǔn)電極定則 A、B導(dǎo)體的熱電勢(shì)等于它們對(duì)加一參考導(dǎo)體的熱電勢(shì)等于它們對(duì)加一參考導(dǎo)體導(dǎo)體C的熱電勢(shì)之和。的熱電勢(shì)之和。000( , )( , )( , )ACCBABEt tEt tEt t中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中應(yīng)中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。三、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)三、熱

19、電偶測(cè)溫系統(tǒng) 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、測(cè)熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、測(cè)量?jī)x表及相應(yīng)的電路構(gòu)成的。量?jī)x表及相應(yīng)的電路構(gòu)成的。補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法原理：原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線回路總熱電勢(shì)為回路總熱電勢(shì)為E =E ABBA (T,T0,T0)= =EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0),在選擇補(bǔ)償導(dǎo)線是應(yīng)滿足。在選擇補(bǔ)償導(dǎo)線是應(yīng)滿足。

20、E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)中間溫度定律連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律:u常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為普通型普通型和和帶屏蔽層型帶屏蔽層型兩種兩種u按照補(bǔ)償原理分為按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型補(bǔ)償型及及延伸型延伸型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線兩種補(bǔ)償導(dǎo)線u按使用溫度可分為按使用溫度可分為一般用一般用（0100）和）和耐熱用耐熱用（0200）1. 冷端恒溫法冷端恒溫法（1）把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端始終為）把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端始終為0，但使用起來(lái)不大方便。但使用起來(lái)不大方便。（2）把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)）把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)四 熱電偶冷端溫度的影響及處

21、理2. 2. 計(jì)算修正法計(jì)算修正法 當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延長(zhǎng)到某一溫度T0處（通常是環(huán)境溫度），然后再對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。已知冷端溫度為t0,可用下列計(jì)算加以補(bǔ)償： )0 ,(),()0 ,(ootEttEtE3.3.補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法-只能補(bǔ)冷端溫度的波動(dòng)只能補(bǔ)冷端溫度的波動(dòng)，故要與故要與“計(jì)算修正計(jì)算修正法法”聯(lián)用聯(lián)用 補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出的電壓的電壓Uab（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)镽CU處在冷端溫度環(huán)境下，感受冷端溫度的變化）隨熱電處在冷端溫度環(huán)境下，感受冷端溫度的變化）隨熱電偶冷端溫度變化而變

22、化，從而偶冷端溫度變化而變化，從而修正修正熱電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。熱電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。 在冷端在冷端20 C時(shí)，時(shí)， RCU1 ,此時(shí)電橋平衡，此時(shí)電橋平衡，Uab=0,當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，熱偶的電勢(shì)熱偶的電勢(shì)Ex（見(jiàn)圖）減小，（見(jiàn)圖）減小， 但但RCU增大，增大，Uab增大。增大。 當(dāng)當(dāng)Ex的減小的減小 Ex與與Uab的增大的增大 Uab抵消時(shí)即：抵消時(shí)即： Ex Uab ，熱電偶測(cè)熱電偶測(cè)溫回路的總電勢(shì)溫回路的總電勢(shì) UAB ExUab 不會(huì)隨冷端溫度波動(dòng)而變化。不會(huì)隨冷端溫度波動(dòng)而變化。 五、五、 熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu) 熱電偶按結(jié)構(gòu)可分為熱電偶按結(jié)構(gòu)可分為

23、普通型熱電偶、普通型熱電偶、鎧裝熱電偶、特殊熱電偶鎧裝熱電偶、特殊熱電偶。n熱電偶的材料熱電偶的材料 雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以配對(duì)制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件，配對(duì)制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件，對(duì)它的要求卻是多方面的。對(duì)它的要求卻是多方面的。 （1 1）兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大）兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢(shì)和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。電勢(shì)和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。 （2）能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性）能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理

24、化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。 （3）要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫）要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。度系數(shù)。 （4）具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。）具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。 2. 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（1）廉金屬熱電偶）廉金屬熱電偶 1）T型（銅康銅）熱電偶型（銅康銅）熱電偶 這是一種賤金屬熱電偶，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，低溫時(shí)靈敏度高，這是一種賤金屬熱電偶，測(cè)

25、量精度高，穩(wěn)定性好，低溫時(shí)靈敏度高，價(jià)格低廉。價(jià)格低廉。 2）K型（鎳鉻鎳鋁或鎳硅）熱電偶型（鎳鉻鎳鋁或鎳硅）熱電偶 這是一種賤金屬熱電偶，它的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，靈敏度高，復(fù)現(xiàn)性這是一種賤金屬熱電偶，它的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，靈敏度高，復(fù)現(xiàn)性較好，高溫下抗氧化能力強(qiáng)，是工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中大量采用的一種熱電偶。較好，高溫下抗氧化能力強(qiáng)，是工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中大量采用的一種熱電偶。但在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕。但在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕。 3）E型（鎳鉻康銅）熱電偶型（鎳鉻康銅）熱電偶 這是一種賤金屬熱電偶，在以上幾種熱電偶中它的靈敏度最高，但這是一種賤金屬熱電偶，在以上幾種熱電偶中它的靈敏度

26、最高，但抗氧化及抗硫化物介質(zhì)的能力較差，適于在中性或還原性氣氛中使用?？寡趸翱沽蚧锝橘|(zhì)的能力較差，適于在中性或還原性氣氛中使用。 4）J型（鐵康銅）熱電偶型（鐵康銅）熱電偶（2）貴金屬熱電偶）貴金屬熱電偶 1）S型（鉑銠型（鉑銠10鉑）熱電偶鉑）熱電偶 這是一種貴金屬熱電偶，它的特點(diǎn)是精度高，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，這是一種貴金屬熱電偶，它的特點(diǎn)是精度高，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，測(cè)溫上限高，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。另外，它的熱電勢(shì)測(cè)溫上限高，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。另外，它的熱電勢(shì)較小，靈敏度較低，價(jià)格昂貴。它不僅可用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)溫，更較小，靈敏度較低，價(jià)格昂貴。它不僅可用于工業(yè)和

27、實(shí)驗(yàn)室測(cè)溫，更為重要的是它可以保存為基準(zhǔn)熱電偶和傳遞為各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。為重要的是它可以保存為基準(zhǔn)熱電偶和傳遞為各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。 2）R型（鉑銠型（鉑銠13鉑）熱電偶鉑）熱電偶 3）B型（鉑銠型（鉑銠30鉑銠鉑銠6）熱電偶）熱電偶n這是一種貴金屬熱電偶，它的特點(diǎn)是測(cè)溫上限短時(shí)可達(dá)1800，測(cè)量精度高，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。但不宜在還原氣氛中使用，靈敏度較低，價(jià)格昂貴。3.非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 （1）鎢錸系熱電偶）鎢錸系熱電偶 （2）鎢銥系熱電偶）鎢銥系熱電偶 （3）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶六六、熱電偶的檢定和誤差分析、熱電偶的檢定和誤差分析1. 1. 熱電偶的檢定

28、熱電偶的檢定u為了保證熱電偶的測(cè)量精度，必須定期進(jìn)行檢定。為了保證熱電偶的測(cè)量精度，必須定期進(jìn)行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，熱電偶的檢定方法有兩種，比較法比較法和和定點(diǎn)法定點(diǎn)法。u用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法比較法。2. 熱電偶測(cè)溫誤差分析熱電偶測(cè)溫誤差分析（1）分度誤差）分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過(guò)允許誤差。過(guò)允許誤差。（2）冷端溫度引起的誤

29、差冷端溫度引起的誤差（3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的性與所配熱電偶不完全相同所造成的（4）熱交換所引起的誤差熱交換所引起的誤差（5）測(cè)量線路和顯示儀表的誤差測(cè)量線路和顯示儀表的誤差（6）其他誤差）其他誤差3、熱電偶的使用與安裝、熱電偶的使用與安裝1. 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)2. 安裝原則安裝原則3.4.4 3.4.4 熱電阻測(cè)溫儀表熱電阻測(cè)溫儀表 WZP2-240/A級(jí)級(jí)3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻 WZC-111/12*1000mm Cu50銅熱電阻銅熱電阻 WZPK2-1

30、03/B級(jí)級(jí)6*515mm(0-300)鉑熱電阻鉑熱電阻 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表性制成電阻溫度感溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。配套組成電阻溫度計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。 缺點(diǎn)：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，缺點(diǎn)：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。（1）測(cè)溫原理）測(cè)溫原理u熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。熱電阻是用金屬導(dǎo)體或

31、半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。u鉑熱電阻和銅熱電阻屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是鉑熱電阻和銅熱電阻屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是我國(guó)國(guó)標(biāo)化的熱電阻。我國(guó)國(guó)標(biāo)化的熱電阻。 電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1 1 時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/1/。0000()ttttR RRR t tR t 大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值約增加時(shí)，其阻值約增加0.4%0.6%，稱具有正的電阻溫度，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值系數(shù)。電阻值Rt與溫度與溫度t（）的關(guān)系可表示為

32、）的關(guān)系可表示為Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中式中 Rt 溫度為溫度為t時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為溫度為0時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高溫度升高1時(shí)，其阻值約減小時(shí)，其阻值約減小3%6%，稱具有負(fù)的電，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可）的關(guān)系可表示為表示為RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，式

33、中，RT0 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度T0（K）時(shí)的電阻值；）時(shí)的電阻值； B 與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。 雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測(cè)溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足電阻溫度計(jì)。用于測(cè)溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求：以下要求： （1 1）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度；）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度； （2 2）在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；）在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定； （3 3）

34、復(fù)現(xiàn)性要好；）復(fù)現(xiàn)性要好；（4 4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的響應(yīng)比較快；量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的響應(yīng)比較快；（5 5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)；）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)； （6 6）價(jià)格相對(duì)低廉。）價(jià)格相對(duì)低廉。 目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)：目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)：（1）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計(jì)；）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計(jì)；（2）靈敏度高，當(dāng)溫度升高）靈敏度高，當(dāng)溫度升高1時(shí)，大多數(shù)熱電阻的阻值增時(shí)，

35、大多數(shù)熱電阻的阻值增加加0.4%0.6%，半導(dǎo)體材料的阻值降低，半導(dǎo)體材料的阻值降低3%6%； （3）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此不宜測(cè)量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較不宜測(cè)量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。 熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系特性有三種表熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系特性有三種表示方法：示方法： 作圖法作圖法 函數(shù)表示法函數(shù)表示法 列表法列表法（2）常用熱電阻）常用熱電阻 a a鉑熱電阻鉑熱電阻u特點(diǎn)：特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化

36、性的氣精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。較高的電阻率。u缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。 u在在200 0范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為Rt = R0 1 +

37、 At + Bt2 + C( t100 )t3 u在在0 650范圍內(nèi)，其關(guān)系為范圍內(nèi)，其關(guān)系為Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中，式中，A、B、C 分度常數(shù)。分度常數(shù)。u鉑的純度用百度電阻比鉑的純度用百度電阻比W（100）表示，即）表示，即W（100）= R100 / R0式中，式中，R100 100時(shí)鉑電阻值；時(shí)鉑電阻值； R0 0時(shí)鉑電阻值。時(shí)鉑電阻值。uW（100）越高，則其純度越高。）越高，則其純度越高。 b銅熱電阻銅熱電阻u特點(diǎn)：特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。它的電阻率低，易于氧化。u在在50 150范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為Rt = R0 ( 1 + t )式中，式中， 銅的電阻溫度系數(shù)。銅的電阻溫度系數(shù)。 某銅電阻在某銅電阻在20時(shí)的阻值時(shí)的阻值R2016.28，4.2510-3-1，求該熱電阻在，求該熱電阻在100時(shí)的阻時(shí)的