第二章溫度檢測

1、第二章的問題常用的測溫方法有哪些？常用的溫度計有哪些？其測溫范圍如何？熱電阻在測量電路中如何連接？哪種溫度計可作為復現(xiàn)溫標的基準？為什么熱電偶是工業(yè)上首選的測溫傳感器？熱電偶是如何測溫的？冷端溫度如何補償？多支熱電偶如何共用一臺顯示儀表？2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 1第二章第二章 溫度檢測溫度檢測一、溫度一、溫度 溫度是一個基本物理量，表征物體的冷熱程度。二、溫標二、溫標 溫標是用來量度溫度高低的尺度。(1) 常用溫標：熱力學溫標T（K）、 攝氏溫標t(C)、華氏溫標t(F)(2) 換算關系： t(F)=9/5 t(C)+32 F T (K)=273.15 + t(C)

2、攝氏溫標攝氏溫標： 所用標準儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規(guī)定在標準大氣壓力下，水的冰點為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應每份的溫度定義為1攝氏度，單位為“oC“100 等分0 C100 C1 C2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 2 C太太陽陽表面表面5000 C燈絲燈絲2500 C火火焰焰1000 C沸騰沸騰的水的水 100 C人人體體 37 C熔化的冰熔化的冰 0 C冷藏食品冷藏食品20 C三、溫度計三、溫度計 制定了溫標后，就可以用溫度計度量溫度。 中新社記者從中科院合肥物質(zhì)科學研究院獲悉，中國中新社記者從中科院合肥物質(zhì)科學研究院獲悉，中國“人造

3、人造太陽太陽”EASTEAST物理實驗獲重大突破，實現(xiàn)在國際上電子溫度達到物理實驗獲重大突破，實現(xiàn)在國際上電子溫度達到50005000萬度持續(xù)時間萬度持續(xù)時間達達102秒秒的等離子體放電，標志著中國在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國際前的等離子體放電，標志著中國在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國際前列。列。EAST既定科學目標是實現(xiàn)既定科學目標是實現(xiàn)1億度億度1000秒的等離子體放電。秒的等離子體放電。 2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 3四、溫度測量四、溫度測量 溫度測量是內(nèi)燃機、動力裝置及其它熱力系統(tǒng)測試的重要項目之一。動力工程中常用的測溫效應有以下幾種： 第一種，物理狀態(tài)

4、的變化。如采用易熔合金測量零件溫度。 第二種，化學狀態(tài)的變化。如示溫涂料。 第三種，物體體積的變化。如雙金屬溫度計、玻璃水銀溫度計及壓力式溫度計等。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 4 第四種，電性能變化。如熱電阻溫度計、熱敏電阻和熱電偶等。 第五種，輻射能力的變化。如光學高溫計、紅外輻射溫度計 第六種，物體硬度的變化。如采用硬度法測量高溫零件溫度。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 5五、測溫方法五、測溫方法 按照所用方法之不同，溫度測量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 1. 接觸式測溫接觸式測溫 接觸式的特點是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的

5、熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參效的量值就代表了被測對象的溫度值。 優(yōu)點：直觀可靠。 缺點：感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。 2 2、非接觸式測溫、非接觸式測溫 非接觸測溫的特點是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，可達千分之一秒，故便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 62-1 玻璃管液體溫度計這是應用最早而且當前使用最廣泛的一種溫度計。利用液體體

6、積隨溫度升高而膨脹的原理制成。水銀溫度計有機液體溫度計（酒精，甲苯等）膨脹室刻度標尺毛細管感溫包 水銀溫度計用得最多，普通的水銀溫度計的測溫范圍在-38356 之間。在200以下，水銀的膨脹系數(shù)幾乎和溫度呈線性關系，故可作為精密的標準溫度計。 為了防止毛細管中液注出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，并提高測溫液體的沸點溫度，常在毛細管中液體上部充以一定壓力的氣體。如果在水銀上面空間充以一定壓力的氮氣，玻璃材料用石英玻璃，測溫范圍可高達1200 。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 7可調(diào)電接點式水銀溫度計 液體玻璃溫度計分為全浸式和部分浸入式兩種。全浸是指測溫時把液柱部分全部浸入被測介質(zhì)中。部分浸入是

7、把溫度計浸入標志以下的部分插入被測介質(zhì)中。 全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測量精度較高，故多用于實驗室和標準溫度計，部分浸入式用于一般工業(yè)測溫，部分浸入式水銀溫度計?？逃行Ｕ龝r浸入量的刻度，在使用時若室溫和浸入量均與校正時一致，所示溫度是正確的。 使用時，如果全浸式溫度計的液柱部分不能全部浸入，部分浸入式溫度計露出部分的環(huán)境溫度與標定時不一致，就會產(chǎn)生測量誤差，故必須進行修正。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 8 修正方法是用一個小的輔助溫度計度計測出露出液柱部分的平均溫度，如圖所示，并按下式估算溫度修正量t，即)(0ttnKt式中：t 為溫度修正值，被測溫度的正確值為 t

8、+ t n為露出液柱所占的度數(shù) t 為溫度計示值或標定時露出部分的溫度 t0為輔助溫度計測出的液柱露出部分的平均溫度 K為工作液體的膨脹系數(shù)(水銀 K0.00016/,有機液K 0.00124/)Ct96. 0 )80200(00016. 050Ct08. 0 )8070(00016. 050?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 92-2 壓力式溫度計 壓力式溫度計由于其抗振性好,價格便宜,被大量用在隨機儀表盤或控制臺儀表盤上,用以監(jiān)測發(fā)動機及其裝置的運行狀況。 根據(jù)密閉系統(tǒng)內(nèi)工作介質(zhì)不同，壓力溫度計可分為3類： 1.液體壓力式溫度計 液體壓力式溫度計密閉系統(tǒng)內(nèi)充滿液體工質(zhì)(如水

9、銀、甲醇)，利用液體體積隨溫度變化的特性進行測溫。由于液體工質(zhì)的線膨脹系數(shù)與溫度呈線性關系，因此儀表盤刻度均勻，缺點是感溫包與彈簧之間高度差的變化回帶來靜壓誤差，環(huán)境溫度的變化也會導致誤差。測溫范圍為-40200。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 10 2.氣體壓力式溫度計 氣體壓力式溫度計的工作原理是利用密閉系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力隨溫度變化的特性。所充氣體通常為化學性質(zhì)穩(wěn)定、物理性質(zhì)接近理性氣體的氮或氦。其壓力與溫度也呈線性關系，因此表盤刻度均勻。一般感溫包較大，且充氣的原始壓力較高。測溫范圍為-80550。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 11 3.蒸汽壓力式溫度計

10、 密閉系統(tǒng)內(nèi)封入約占感溫包容積2/3的揮發(fā)性液體（如丙烷、氯甲烷、丙酮等），其余容積充滿了該液體的飽和蒸汽。測溫范圍為-20200。 根據(jù)道爾頓(Dalton)蒸汽定律，如果同時存在液汽兩相，則飽和蒸汽壓力僅取決于溫度，而與容器尺寸無關。 根據(jù)這個原理，可以測量壓力而知道溫度大小。當感溫包溫度上升時,飽和蒸汽壓力急劇增加,因此這種溫度計靈敏度高，響應快。環(huán)境溫度變化對毛細管內(nèi)的蒸汽壓力無影響，其壓力由感溫包的溫度決定。優(yōu)點：感溫包較小，毛細管可較粗，結構簡單，價格便宜。缺點：壓力與溫度的關系為非線性，表盤刻度不均勻，刻度誤差較大，測量范圍小。 注意：使用時，感溫包應立裝，而不可倒裝。?2022

11、-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 122-3 雙金屬溫度計 雙金屬感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固結合在一起而制成，一端固定，另一端為自由端。當溫度變化時，由于兩種材料的膨脹系數(shù)不同而使雙金屬片的曲率發(fā)生變化，自由端產(chǎn)生位移，經(jīng)傳動放大機構帶動指針指示溫度值。 為了滿足不同用途的要求，雙金屬元件制成各種不同的形狀。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 13雙金屬溫度計的測溫范圍為-100600。優(yōu)點：抗振性能好，堅固缺點：精度較低，精度等級為1.0級、1.5 級、 2.0級、2.5級和4.0級用途：常用于柴油機、廢氣渦輪增壓器和廢 氣鍋爐前后排氣溫度指示?2022-

12、3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 142-4 電阻式溫度計一、熱電阻變換器一、熱電阻變換器 導體的電阻值一般是溫度的函數(shù)，因此，通過測量電阻也可以知道溫度。 作為實際測溫的熱電阻變換器的材料要求有：較高的電阻溫度系數(shù)；大的電阻率；穩(wěn)定的物理化學性能；電阻與溫度間為簡單的函數(shù)關系；容易加工制造；互換性和復現(xiàn)性好等。 為此，現(xiàn)代工業(yè)上使用的熱電阻變換器材料只限于純金屬絲，鉑絲和銅絲用得最廣泛。電阻溫度計：利用導體和半導體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計大多數(shù)金屬在溫度升高1 C 時電阻將增加0.40.6。半導體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高1 C ，電阻約減小36。?

13、2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 151.鉑熱電阻 鉑在氧化性介質(zhì)中物理化學性能都非常穩(wěn)定，能耐較高的溫度，容易得到高純度的鉑，有良好的復現(xiàn)性，電阻率較大，應用溫度范圍寬，并且測量精度高，在國際實用溫標中，在-259.34630.74OC溫度范圍內(nèi)，鉑熱電阻作為復現(xiàn)溫標的基準。缺點是在還原性介質(zhì)中，特別是高溫下很容易被從氧化物中還原出來的金屬蒸汽所玷污，使鉑絲變脆，并改變它的電阻與溫度間的關系。 鉑電阻的測量精度和穩(wěn)定性取決于所用鉑的純度。鉑的純度以其100oC時的電阻R100與0oC時的電阻R0的比值來表示。比值愈大，表示純度愈高。對于標準鉑電阻溫度計，規(guī)定比值不小于1.39

14、25：工業(yè)用的鉑電阻溫度計，比值為1.3912022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 16 類似于熱電偶，也把熱電阻值與溫度的關系制成分度表，以便查用。與熱電阻配套的顯示儀表的刻度也是根據(jù)分度表來確定的。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 172022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 182.銅熱電阻 銅熱電阻容易提純和加工，價格便宜，有較高的電阻溫度系數(shù)。電阻與溫度的關系是線性的。銅熱電阻的主要缺點是電阻率小，因此體積大，熱慣性大。在150oC以上時易氧化，機械強度也顯著下降，所以銅熱電阻只能在150oC以下工作。 我國采用的銅熱電阻分度號為Cu50(R0=50

15、)和Cu100(R0=100)兩種。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 19二、熱電阻傳感器二、熱電阻傳感器 普通型熱電阻傳感器外形很像普通型熱電偶傳感器。感溫元件主要由熱電阻變換器、骨架和引出線組成。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 202022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 212022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 22 圖5-17(b) 所示鉑熱電阻感溫元件是把鉑絲繞在鋸齒形云母片骨架上，然后用兩片無鋸齒云母片夾住，再用綁帶扎緊。適用于500oC以下的溫度測量。圖5-17(c)是一種石英玻璃圓柱做骨架的鉑熱電阻。石英玻璃具有良好的絕緣和

16、耐高溫的性質(zhì)，因此適用于500oC以上溫度的測量。 為了消除電感的影響，所有熱電阻感溫元件均采用雙線繞法。 熱電阻也像熱電偶一樣，還可以制成鎧裝式的新型傳感器結構。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 23三、測量儀器和方法三、測量儀器和方法 1.直流電橋 可用直流電橋測量熱電阻的電阻值，從而確定熱電阻所感受的溫度。為了減小導線電阻隨環(huán)境溫度變化而變化對測量的影響，希望導線電阻相對熱電阻值要盡量小。另外，還可以通過線路進行補償。常用補償方法有： 三端連接； 四端連接。 電橋測量可分為零平衡電橋與偏差電橋（零平衡電橋僅適用于測量靜態(tài)或變化緩慢的溫度）。?2022-3-27輪 機 工

17、 程 測 試 技 術 242.電子式自動平衡交流電橋 電子式自動平衡交流電橋是零平衡電橋，只是電橋平衡是由測量裝置自動調(diào)節(jié)。當Rt 隨溫度變化時，電橋失去平衡，輸出端A和B 便有響應電壓信號輸送給放大器。經(jīng)放大后，驅動可逆伺服電機轉動。通過傳動機構，一方面帶動滑線電阻RW 的觸頭移動，使電橋恢復平衡；另一方面?zhèn)鲃訖C構驅動指針和記錄筆移動，指示出被測溫度，并在由同步電機驅動的記錄紙上繪出溫度變化曲線。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 25四、半導體熱敏電阻四、半導體熱敏電阻熱敏電阻是由氧化錳、氧化鎳、氧化鐵等金屬氧化物燒結而成的。 溫度-電阻關系：(2) 常用溫度范圍： -10

18、0300 C(3) 優(yōu)點：溫度系數(shù)大（負電阻溫度系數(shù)）、靈敏度高、不受引線電阻影響，便于遠距離測量，可制成任意大小和形狀，薄膜熱敏電阻的響應可到毫秒量級。(4)缺點：無統(tǒng)一分度表、非線性嚴重、互(1) 換性差、不適于高溫測量。)11(00TTBTTeRR?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 262-5 熱電偶溫度計一、熱電變換器一、熱電變換器熱電偶熱電偶 1.工作原理 把兩種不同的金屬導線連接成閉合回路。當兩接點溫度不同時，則在回路中有電流I 通過，成為熱電流。若在任意一點切斷回路，在斷點處則有電動勢E ，稱為熱電勢。上述現(xiàn)象稱為熱電效應。它是1821年由塞貝克(Seebeck)

19、 首先發(fā)現(xiàn)的，因此也成為塞貝克效應。 裝配式熱電偶裝配式熱電偶2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 27 熱電勢有兩個來源： 一個是由于兩種不同金屬相接觸的接點溫度不同而引起的接觸電勢；另一個是由于同一導體兩端溫度不同而引起的溫差電勢。)()()()()()()()(),()(),()(),(00000000tftftetetetetetettetettetettEABABABABABABAABBABAB回路總熱電勢為：2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 28 上式表明，熱電勢僅由熱電偶材料及兩個接點的溫度所決定。一般來說，一個接點是測量待測的未知溫度，稱為熱端或測量

20、端；另一個接點通常保持一定溫度，稱為冷端或參考端。這樣，熱電勢就僅為測量溫度的函數(shù)。裝配式熱電偶裝配式熱電偶鎳鉻鎳鉻-鎳硅鎳硅 熱電偶內(nèi)芯熱電偶內(nèi)芯鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 29 （2）中間導體定律 在熱電偶回路中引入中間金屬時，只要這第三種金屬引入的兩個接點處溫度相同，就不會影響凈電動勢。 中間導體定律表明：可以把測量熱電勢的裝置接入到回路中的任意點，只要全部接點均處于同樣的溫度下，則不會影響凈電動勢。 2.熱電偶的定律 （1）均質(zhì)導體定律：在一種均質(zhì)導體組成的閉合回路中，僅用加熱的方法使導體內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度，是不能產(chǎn)生熱電勢的。 均質(zhì)導體定律表明

21、：對任何熱電偶電路，必須要有兩種不同的導體材料組成。ABCt0t2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 30 在制造熱電偶中，可以使用接合材料。熱電偶可以直接放在導體或非導體的表面上或直接嵌入內(nèi)部，都不會改變熱電偶的使用效果。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 31 中間溫度定律說明；可以只在某一參考溫度下分度熱電偶，在其它參考端溫度時，只須加上一個修正值即可；在(t2，t3)間使用的是與熱電偶(A，B)的熱電特性相似的補償導線時，對測量結果沒有影響。 （3）中間溫度定律 由A、B兩種材料組成的熱電偶，當接點溫度為t1 、t2時產(chǎn)生的熱電勢為EAB(t1，t2)，接點溫

22、度為t2，t3時產(chǎn)生的熱電勢EAB(t2,t3)，則接點溫度為t1,t3時其熱電勢為322131,ttEttEttEABABAB（5-4）t1t2t32022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 322022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 33二、熱電極材料和常用熱電偶二、熱電極材料和常用熱電偶 理論上任何兩種不同性質(zhì)的導體都可組成熱電偶。但作為實際的測溫元件，對導體的具體要求是： 熱電勢對溫度的變化率應足夠大，即靈敏度高；熱電勢與溫度間應是簡單的函數(shù)關系，并盡可能是線性關系；在測量溫度范圍內(nèi)其熱電性能穩(wěn)定，不隨時間變化；物理化學性能穩(wěn)定，抗氧化還原性能好，不受化學腐蝕，能在較寬

23、的溫度范圍內(nèi)應用；電阻溫度系數(shù)小，電導率高，熱導率小；復制性及加工性好，利于互換，便于批量生產(chǎn)，且價格便宜。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 34 實際上目前沒有材料能同時滿足上述全部要求，輪機工程測試中應用較多的熱電偶有如下幾種： （1）鉑銠10鉑熱電偶 （分度號S） 長時間測溫范圍為-501768OC。測量精度高，復制性好，物理化學穩(wěn)定性好，常作為標準熱電偶，國際上還規(guī)定：在國際實用溫標中，在630.741064.43OC溫度范圍內(nèi)，鉑銠10鉑熱電偶 作為復現(xiàn)溫標的基準。 （2）鎳鉻鎳硅熱電偶（分度號K） 長時間測溫范圍為2701370OC。線性好，靈敏度高，在高溫下抗氧化

24、能力強，性能穩(wěn)定，價格低廉，使用廣泛。 （3）鎳鉻康銅熱電偶（分度號E） 測溫范圍為270800OC。靈敏度最高，線性好，價格平宜。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 35 上述三種熱電偶在我國列入了工業(yè)標準，稱為標準化熱電偶，是定型產(chǎn)品，成批生產(chǎn)。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 362022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 37 為了與國際標準統(tǒng)一，我國現(xiàn)使用新的熱電偶分度標準及新的分度號。 其他熱電偶及分度號：鉑銠30鉑銠6（分度號為B），鉑銠13鉑（分度號為R），鎳鉻硅鎳硅（分度號為N），銅康銅（分度號為T），鐵康銅（分度號為J）。2022-3-

25、27輪 機 工 程 測 試 技 術 38允許誤差是指熱電偶的熱電勢與分度值的偏差。t為熱電偶測量溫度。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 39三、熱電式溫度傳感器三、熱電式溫度傳感器 1.普通型熱電偶傳感器 由以下四部分組成： （1）接線盒 一般由鋁合金制成，供熱電偶與補償導線連接使用。 （2）保護套管 保護熱電偶不受化學腐蝕和機械損傷，避免高溫火焰或氣流的直接沖刷，防止導電介質(zhì)與熱電偶的直接接觸。還有固定和支撐作用。常用保護套管材料如表5-5所示。選用時根據(jù)測量范圍和被測介質(zhì)對響應速度的要求等條件來決定。 2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 402022-3-2

26、7輪 機 工 程 測 試 技 術 41 （3）絕緣套管 它的作用是防止兩個熱電極短路。套管材料的選用由使用溫度范圍確定。其結構形式有單孔和雙孔兩種。 （4）熱電偶 傳感器的核心部分，通常加工成絲狀，一端焊接。它的直徑主要由材料的價格、機械強度、電導率、傳感器的用途及測量范圍所決定。長度由安裝條件，特別是測量端在介質(zhì)中的插入深度決定。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 42 2.鎧裝熱電偶 它是將金屬保護管和裝在里面的熱電極及絕緣材料一起逐步拉制成堅實的整體型熱電偶。套管材料為銅、不銹鋼或鎳基高溫合金。熱電極材料一般有鎳鉻鎳硅和鎳鉻考銅等。熱電極之間和熱電極與套管之間用氧化鎂粉或氧

27、化鋁粉等高溫絕緣材料填滿。套管中的熱電極有單絲、雙絲和四絲。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 43 鎧裝熱電偶的優(yōu)點是外徑可以很細（0.2512mm），長度可以根據(jù)需要來定，最長可達數(shù)百米；熱慣性小，響應時間可達到毫秒數(shù)量級；具有可繞性，便于在結構復雜的裝置上測量；結構堅實、耐壓，不怕振動和沖擊，適應惡劣工作環(huán)境下使用。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 44 鎧裝熱電偶的熱端有三種結構型式： （1）露頭型 反應快，制造簡單，絕緣材料易吸潮，不耐壓，偶絲易損壞使分度迅速漂移，偶絲與外界接觸，使用壽命縮短。它一般用于溫度不高、氣氛良好和對偶絲不產(chǎn)生侵蝕的介質(zhì)。 （2

28、）接殼型 偶絲的感溫部分與金屬套管接觸在一起。響應稍慢于露頭型，耐壓較高（約達7107Pa），偶絲不受機械損傷，壽命長。當熱接點沒有保護性結構時，其偶絲于套管的熱膨脹系數(shù)必須接近，避免熱接點被拉斷。適于溫度較高、氣氛較壞的場合。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 45 3.薄膜熱電偶 通常時用真空蒸鍍的方法將兩種熱電極材料蒸鍍到很薄的的絕緣基片上，再在其上蒸鍍一層二氧化硅薄膜制成。它的熱端小而薄，因此熱容量小，響應快，特別適于物體表面小面積上的溫度或瞬變溫度的測量。使用時用粘結劑將它粘貼在被測物壁面上。 （3）絕緣型 偶絲與套管完全絕緣，響應較接殼型慢，耐高壓達3108Pa以上。

29、偶絲不受機械損傷，壽命長，熱膨脹系數(shù)對偶絲與套管影響極微。制造困難，較貴。適用于電磁場干擾較大和要求偶絲與金屬套管絕緣的儀表，如電子計算機等設備上。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 46 4.熱電偶絲的直接使用將熱電偶直接焊接在表面上，熱電偶散熱會帶來一定的誤差。將熱電偶焊在一塊導熱良好的金屬集熱塊上，以減小被測壁的熱阻，從而減小誤差。將熱電偶一段與壁面平行，從而減小熱接點向熱電偶導熱帶來的誤差。a) 兩根熱電極分別焊在壁面上，測得的是兩個測點的平均溫度。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 47用“B”材料作為一熱電極，可以提高測量精度。將熱電偶焊或埋在專門開的小

30、槽里，以減小外邊氣體流動對熱端的影響。焊接式壓塊結構，先用電容沖擊焊將熱電極焊在壓塊孔底，再填滿耐熱絕緣粘固劑后，將壓塊緊緊壓入被測試件所鉆的孔中。壓接法。 （h）和（g）均可避免誤測零件表面以外的氣體或液體溫度。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 48 測量氣體或液體的溫度時，將熱電偶的熱接點直接放置在介質(zhì)中，可以比有保護套管的熱電偶得到快得多的響應。圖5-10所示為這種測量方法的三個方案。其中圖（a）方案比圖（b）更精確。但為了防止折斷，熱電極不能太細。圖（c）方案時在粗熱電極2上焊上細的同種材料的熱電極4 ，這樣就大大減小了熱慣性。這種方法讓熱電極直接接受介質(zhì)的沖刷和侵蝕，

31、因此使用壽命較短。它適用于流體動態(tài)溫度的測量。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 49四、熱電偶冷端溫度補償四、熱電偶冷端溫度補償 熱電偶分度表是以冷端為0oC而制作的。如果要直接利用分度表，應該保持冷端為0oC。但在使用中，往往由于環(huán)境和現(xiàn)場條件的限制，熱電偶冷端不能維持在0oC，因此要進行補償?？刹捎孟率鰩追N補償方法。 1.計算校正法 如果冷端溫度不是0oC，而是一個不變的溫度t0時?？刹捎么朔?。 由式（5-4），令t1為測量端溫度t，t2=t0，t3=0oC，則CtEttECtEoABABoAB0 ,0 ,00（5-5） 顯然，只要知道t0 值，就可以從分度表查得校正值E

32、(t0，0oC)。再根據(jù)儀表在冷端為t0 時的指示值E(t，t0)。，即可算出校正后的E(t， 0oC)，并由分度表查得t 值。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 50 例：用鎳鉻鎳硅熱電偶測量某柴油機的排氣溫度，已知冷端溫度為30，測得的熱電勢為14.672mV，試求被測的排氣溫度。解：查表2-5，得E(30，0)=1.203(mV)， 由中間溫度定律，有)(875.15203. 1672.14)0 ,30()30,()0 ,(mVEtEtE查表2-5，得E(380，0)=15.552(mV)， E(390，0)=15.974(mV)按線性插值法，得380390)0 ,380(

33、)0 ,390(380)0 ,380()0 ,(EEtEtE)(7 .387380)380390(552.15974.15552.15875.15 380)380390()0 ,380()0 ,390()0 ,380()0 ,(CEEEtEt因此，被測的排氣溫度為2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 51 2.補償導線 為保持冷端溫度恒定或變化不大，應使冷端遠離被測的熱源。隨著控制技術的發(fā)展，常要把熱電偶輸出信號傳輸?shù)捷^遠的控制室。如將熱電極直接延伸到較遠的地方則不經(jīng)濟。實用中常采用補償導線代替熱電極的延長部分。 對于有零位調(diào)整且刻度均勻的顯示儀表，測量時可預先將其指針的起始值（即

34、機械零點）調(diào)到已知的冷端溫度點上，這樣就相當與把校正值直接加到了顯示儀器，則儀表工作時的指示值就是實際的被測值。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 52 補償導線在0100oC（或150oC ）范圍內(nèi)，其熱電特性與所配熱電偶相同或相近，而且價格便宜。同時可以改善熱電回路的機械和物理特性，還可以用來調(diào)整回路的電阻值和屏蔽外界干擾。但補償導線并不能消除冷端不為0oC的影響。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 53 3.補償電橋法冷端溫度補償器 在生產(chǎn)運行中，冷端溫度很難保持不變，用查分度表來計算很麻煩。此時可采用冷端溫度補償器進行自動補償。使用補償電橋時，只須把顯示儀表

35、機械零點調(diào)到20oC溫度上，則無論冷端溫度如何變化，指示值均為實際被測值。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 54五、熱電勢測量儀表五、熱電勢測量儀表 熱電偶測溫系統(tǒng)一般由熱電偶、補償導線、冷端恒溫器、顯示儀器等組成。 測量熱電勢的儀表按其工作原理可分為動圈式、電位差計及數(shù)字式。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 55 1.動圈式儀表 測量熱電勢的動圈式儀表是一種高靈敏度的磁電式電流表。若整個測量回路電阻保持恒定（等于表盤上所注明的外接電阻值），則通過儀表的電流值與熱電勢成正比，儀表指針偏轉角則指示出對應的熱電勢大小。動圈式測溫儀表刻度標尺有毫伏和溫度兩種。動圈式測

36、溫儀的精度通常為1.0級和1.5級。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 56 2.自動電位差計 自動電位差計是利用測量電橋產(chǎn)生一個已知的電位差與熱電偶產(chǎn)生的熱電勢相平衡而實現(xiàn)對熱電勢的指示和記錄。 自動電位差計實際上是一種零位法進行測量的自動平衡記錄儀。它的測量精度高，一般為0.5級，有的可達0.2級。采用放大器作為檢零元件，因此靈敏度較高?？蓪崿F(xiàn)自動記錄、越限報警和自動控制。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 57 3.數(shù)字式熱電偶溫度計 數(shù)字式熱電偶溫度計的工作原理如圖5-14所示。熱電勢經(jīng)放大器放大后，由A/D轉換器轉換為數(shù)字量。數(shù)字線性變換器對熱電勢與被測溫

37、度的非線性關系進行校正，使其線性化，然后由數(shù)字顯示器直接顯示被測溫度的數(shù)值。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 58 4.多支熱電偶共用一臺顯示儀表 為減少顯示儀表及簡化控制臺臺面，可以用一臺顯示儀表測量多點的溫度。將多支熱電偶通過一只切換開關可以順序與顯示儀表接通。 有的場合環(huán)境溫度波動較大，要使接線盒位于溫度波動較小的地點，每支熱電偶均要接相當長的補償導線。為此可采用輔助熱電偶，以節(jié)省大量補償導線。有如圖所示的兩種補償方式。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 59 應用輔助熱電偶之后，接線盒內(nèi)溫度變化對測量無影響。但應注意兩種補償方式的接線極性不同，不得接錯。

38、所用熱電偶的分度號均應與顯示儀表所要求的相同。用外接電阻調(diào)整每支熱電偶測量時的線路總電阻，使之均等于顯示儀表所要求的外接電阻值。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 60 多支熱電偶共用一臺數(shù)字式測溫儀的原理如圖5-16所示。各路熱電勢信號和參考信號經(jīng)單片機控制的多路開關分時送線性放大器放大，然后通過A/D 轉換器轉換為數(shù)字信號送入單片機數(shù)據(jù)總線，經(jīng)單片機進行線性化處理及冷端溫度修正后，送存儲器、顯示器、打印機或控制系統(tǒng)。參考信號是熱電偶冷端溫度信號，通常用熱電阻測量得到。?2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 61一、熱輻射引起的誤差一、熱輻射引起的誤差 如圖5-20

39、所示，假設沿測溫傳感器保護套管的導熱損失不計，則由于傳感器感溫部分向周圍輻射傳熱產(chǎn)生的測量誤差t 可由下式給出26 溫度測量誤差 由于熱交換的存在，傳感器感知的溫度tk 與被測介質(zhì)的實際溫度t 之間存在誤差。440100100wkkfTTCttt(5-9)式中，C0絕對黑體輻射系數(shù)，C05.67W/(m2.K4)； 輻射換熱系統(tǒng)黑度(與傳感器感溫部分表面 黑度k 近似相等)； 介質(zhì)向傳感器感溫部分表面對流換熱系數(shù)； TK傳感器感溫部分的絕對溫度； TW管道內(nèi)壁的絕對溫度。2022-3-27輪 機 工 程 測 試 技 術 62 由上式可見，要減小輻射引起的測量誤差，應減小傳感器感溫部分表面黑度k ，為此要使感溫部分表面盡量光滑，并應改善對流換熱條件，以提高對流換熱系數(shù) 。此外，應減小產(chǎn)生輻射換