過(guò)程檢測(cè)儀表[電子教案]第五章__溫度檢測(cè)儀11

1、第五章 溫度檢測(cè)儀表 概述5.1.1 溫度的概念溫度是表征物體冷熱的程度的物理量。從微觀上講，溫度表示物質(zhì)內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。熱平衡和熱效應(yīng)是溫度測(cè)量的重要基礎(chǔ)。5.1.2 溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的基本單位。 1 1經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)(1)攝氏溫標(biāo)（） 規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物的溫度為0，水的。沸點(diǎn)為100。(2)華氏溫標(biāo)（） 規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的冰點(diǎn)溫度為32，水的沸點(diǎn)溫度定為2122 2熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理想溫標(biāo)，規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。溫度單位為開(kāi)爾文（K)，大小定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫

2、度的1/273.16。3 3國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)ITSITS國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是用來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。（1）T 90和t90之間關(guān)系保留以前溫標(biāo)定義中的計(jì)算關(guān)系，攝氏溫度的分度值與熱力學(xué)溫度分度值相同 15.2739090 Tt（2）ITS-90通過(guò)劃分溫區(qū)定義：0. 65K到5. OK之間，由3He蒸汽壓與溫度的關(guān)系式來(lái)定義。3.OK到24. 5561K之間，是用氦氣體溫度計(jì)來(lái)定義。13. 8033K到1234.93K之間，是用鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義。（3）各溫區(qū)規(guī)定一組的定義溫度固定點(diǎn)，并規(guī)定內(nèi)插公式來(lái)分度。所采用的定義固定點(diǎn)一般是一些純物質(zhì)的三相點(diǎn)，或是溶點(diǎn)、凝固點(diǎn)。如O2、Ar、Hg、H2O的

3、三相點(diǎn)；In、Sn、Al、Ag、Au、Cu的凝固點(diǎn)等。5.1.35.1.3測(cè)溫儀表的分類測(cè)溫儀表的分類（1）按測(cè)溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類；（2）按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；5.2 5.2 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)熱膨脹式溫度計(jì)是利用液體、氣體或固體熱脹冷縮的性質(zhì)測(cè)量溫度。分為液體膨脹式溫度計(jì)和固體膨脹式溫度計(jì)兩大類。5.2.1 5.2.1 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)1 1玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)組成：主要由玻璃溫包、毛細(xì)管、工作液體和刻度標(biāo)尺等組成。工作液：一般采用水銀和酒精作為工作液，其中水銀與其它液體相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如不粘附玻璃、不易氧化、測(cè)量溫度高、

4、容易提純、線性較好、準(zhǔn)確度高。圖5.1 玻璃管液體溫度計(jì)1玻璃溫包；2毛細(xì)管；3刻度標(biāo)尺分類：按用途分類，可分為工業(yè)用玻璃管液體溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)玻璃管液體溫度計(jì)兩類。標(biāo)準(zhǔn)玻璃管液體溫度計(jì)，可作為檢定其它溫度計(jì)用，準(zhǔn)確度高，測(cè)量絕對(duì)誤差可達(dá)0.050.1。工業(yè)用玻璃管液體溫度計(jì)為了避免使用時(shí)被碰碎，在玻璃管外通常罩有金屬保護(hù)套管。2雙金屬溫度計(jì)雙金屬片是由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片疊焊在一起制成的測(cè)溫元件。利用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬元件的膨脹差異測(cè)量溫度。雙金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數(shù)不同而使自由端產(chǎn)生彎曲變形，彎曲的程度與溫度的高低成正比。20()lxGttdx雙金屬片自由端的位移；l雙金

5、屬片的長(zhǎng)度；d雙金屬片的厚度；G彎曲率，取決于雙金屬片的材料。圖5.3 雙金屬片1雙金屬片；2一指針軸；3一指針；4一刻度盤雙金屬片常被用作溫度繼電控制器、溫度開(kāi)關(guān)或儀表的溫度補(bǔ)償器。雙金屬溫度計(jì)：螺旋形雙金屬片的一端固定在測(cè)量管的下部，另一端為自由端，與指針軸焊接在一起。當(dāng)被測(cè)溫度發(fā)生變化時(shí)，雙金屬片自由端發(fā)生位移，使指針軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由指針指示出被測(cè)溫度值。特點(diǎn)：雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐振動(dòng)、耐沖擊、使用方便、維護(hù)容易、價(jià)格低廉，適于振動(dòng)較大場(chǎng)合的溫度測(cè)量。目前國(guó)產(chǎn)雙金屬溫度計(jì)的使用溫度范圍為-80600，精度等級(jí)為12.5級(jí)。圖5.4 雙金屬溫度計(jì)1-表玻璃；2-指針；3-刻度盤；4-表殼；5

6、-安裝壓帽；6-金屬保護(hù)管；7-指針軸；8-雙金屬螺旋；9-固定端5.2.2 壓力式溫度計(jì) 1壓力式溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理 結(jié)構(gòu)：由充有感溫介質(zhì)的感溫包、傳遞壓力的毛細(xì)管及壓力表組成。圖5.5 壓力溫度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖1-溫包；2-感溫介質(zhì)；3-毛細(xì)管；4-彈簧管；5-雙金屬元件 原理：溫包內(nèi)的感溫介質(zhì)若隨被測(cè)溫度升高時(shí)，其體積膨脹，但由于溫包、毛細(xì)管和彈簧管組成的封閉系統(tǒng)容積基本不變，介質(zhì)體積膨脹受限，造成系統(tǒng)壓力升高。經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管使其產(chǎn)生變形，進(jìn)而通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指示出相應(yīng)的溫度。 特點(diǎn)：強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便，準(zhǔn)確度較低、體積大。測(cè)溫范圍-100600。 類型：液體壓力溫度計(jì)

7、、氣體壓力溫度計(jì)和蒸汽壓力溫度計(jì)。 (2)氣體壓力溫度計(jì) 工作氣體：氮?dú)猓y(cè)溫上限可達(dá)500550）；氫氣(測(cè)溫下限可達(dá)-120)。(3)蒸汽壓力溫度計(jì) 其溫包中充入約占2/3容積的低沸點(diǎn)液體，其飽和蒸氣壓僅與氣液界面的溫度有關(guān)。通過(guò)毛細(xì)管傳遞彈簧管中，以指示被測(cè)溫度。工作液：氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。優(yōu)點(diǎn)：溫包的尺寸比較小，靈敏度高；測(cè)量范圍小，T-P關(guān)系非線性，標(biāo)尺刻度不均勻。 (1)液體壓力式溫度計(jì) 感溫液體：水銀（測(cè)溫范圍-30 650）；甲醇（測(cè)溫范圍-100 150）；二甲苯（測(cè)溫范圍-100 400）。液體壓力溫度計(jì)使用時(shí)應(yīng)將溫包全部浸入被測(cè)介質(zhì)之中，否則會(huì)引起較大測(cè)量誤差。環(huán)境溫

8、度變化過(guò)大，也會(huì)對(duì)示值產(chǎn)生影響。為此，在彈簧管的自由端與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間插入一條雙金屬片補(bǔ)償附加誤差。5.35.3熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)測(cè)量原理：熱電效應(yīng)。熱電偶能將溫度轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)熱電勢(shì)信號(hào) 輸出。特點(diǎn)：測(cè)溫范圍廣，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳，應(yīng)用極為廣泛。圖5.6 熱電偶溫度計(jì)組成示意圖組成：熱電偶、連接導(dǎo)線顯示儀表 5.3.1熱電偶測(cè)溫原理1熱電效應(yīng)熱電偶：由兩根不同的導(dǎo)體材料將一端焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱端（測(cè)量端）；另一端稱為冷端（參考端）。熱電偶產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)兩部分組成。(1)溫差電動(dòng)勢(shì) 導(dǎo)體兩端溫度不同、電子能量不同，造成導(dǎo)體內(nèi)自

9、由電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，電子擴(kuò)散造成高、低溫端電荷的積累，形成靜電場(chǎng)Es。當(dāng)電場(chǎng)對(duì)電子的作用力與擴(kuò)散力平衡時(shí)，電場(chǎng)Es產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的溫差電動(dòng)勢(shì) TTAtAtAtNdNeKTTE0)(1),(0 e單位電荷，e =1.610-19 C； K波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K； NAt為導(dǎo)體A在溫度t時(shí)的電子密度。 (2)接觸電勢(shì) 兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí)，由于電子密度不同，造成自由電子從高密度側(cè)向低密度側(cè)擴(kuò)散，電子擴(kuò)散造成接觸點(diǎn)處電荷的積累，形成靜電場(chǎng)Em。當(dāng)電場(chǎng)對(duì)電子的作用力與擴(kuò)散力平衡時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的接觸電動(dòng)勢(shì)BTATABNNeKTTEln)( TA、B導(dǎo)體接觸處的溫度； NAT、N

10、BT分別為導(dǎo)體A、B在溫度T時(shí)的電子密度。圖5.8 熱電偶回路電勢(shì)(3)熱電偶回路總電勢(shì) 對(duì)于導(dǎo)體A和B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點(diǎn)溫度TT0，NANB時(shí)，回路中總熱電勢(shì)為),(),()()(),(0000TTETTETETETTEBAABABAB TTBtAtABdtNNeKTTE0ln),(0)()(),(00TfTfTTEAB 當(dāng)參考端的溫度T0恒定時(shí)，CTf )(0為常數(shù)，則 )()(),(0TCTfTTEAB 當(dāng)冷端保持溫度不變，則熱電偶回路總電勢(shì)只隨熱端的溫度變化而變化。在實(shí)際應(yīng)用中，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是在參考端溫度為0時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。2熱電

11、偶的基本定律(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律 兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢(shì)大小與熱電極直徑、長(zhǎng)度及沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。(2)中間導(dǎo)體定律 若在熱電偶回路中插入中間導(dǎo)體（第三種導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)無(wú)影響。 (3)中間溫度定律 AB0ABnABn0( ,)( ,)(,)ET TET TET T (4)標(biāo)準(zhǔn)電極定律 AB0AC0BC0( ,)( ,)( ,)ET TET TET T5.3.2 常用熱電偶的類型及結(jié)構(gòu) 1熱電偶的類型及特點(diǎn) 熱電極的材料要求。 材料的熱電性能不隨時(shí)間而變化，即熱電特性穩(wěn)定。 電極材料有足夠的物理、化學(xué)穩(wěn)

12、定性，不易被氧化和腐蝕。 產(chǎn)生的熱電勢(shì)要足夠大，熱電靈敏度高。 熱電勢(shì)與溫度關(guān)系要具有單調(diào)性，最好呈線性或近似線性關(guān)系。 材料復(fù)現(xiàn)性好，便于大批生產(chǎn)和互換。 材料組織均勻，機(jī)械性能好，易加工成絲。 材料的電阻溫度系數(shù)小，電阻率要低。（1）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶，分度號(hào)S。測(cè)量范圍：長(zhǎng)期使用1300以下，短期測(cè)量1600。特點(diǎn)：熱電特性穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高，材料容易提純，缺點(diǎn)是熱電勢(shì)較低，價(jià)格昂貴，不能用于金屬蒸汽和還原性氣體中。鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號(hào)B。測(cè)量范圍：長(zhǎng)期使用1600以下，短期測(cè)量1800。特點(diǎn)：測(cè)量上限高，穩(wěn)定性好的、機(jī)械強(qiáng)度大，缺點(diǎn)是熱電勢(shì)小，不能用于0以下溫度測(cè)量。鎳

13、鉻-鎳硅熱電偶，分度號(hào)K。測(cè)量范圍： -270+1300。在氧化性或中性介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)測(cè)量溫度900，在還原性介質(zhì)中，小于500。特點(diǎn)：熱電勢(shì)較大，熱電關(guān)系近線性，抗氧化性和抗腐蝕性強(qiáng)?；瘜W(xué)穩(wěn)定性、復(fù)制性好，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是測(cè)量略低，穩(wěn)定性稍差。鎳鉻-銅鎳熱電偶，分度號(hào)E。測(cè)量范圍：長(zhǎng)期使用-200+600，短期測(cè)量-200+800。特點(diǎn)：熱電勢(shì)大，靈敏度高，電阻率小，適用于還原性和中性氣氛下測(cè)溫，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是測(cè)量范圍低且窄，銅鎳合金易受氧化而變質(zhì)。銅-銅鎳熱電偶，分度號(hào)T。測(cè)量范圍：-248+370特點(diǎn)：熱電勢(shì)大,熱電特性好，價(jià)格低廉。低溫性能十分穩(wěn)定。不宜在氧化性氣氛中工作。 能滿足一些特

14、殊條件下測(cè)溫的需要，如超高溫、極低溫、高真空或核輻射環(huán)境。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有鉑銠系、銥銠系、鎢錸系及金鐵熱電偶、雙鉑鉬等熱電偶。(2)非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶5.3.3 熱電偶的冷端補(bǔ)償1補(bǔ)償導(dǎo)線為節(jié)約貴重金屬熱電極材料，選擇一對(duì)價(jià)格低廉的金屬絲作為補(bǔ)償導(dǎo)線來(lái)延長(zhǎng)熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)。補(bǔ)償導(dǎo)線在冷端溫度范圍內(nèi)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)與主熱電偶的熱電勢(shì)相同。圖5.17 利用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶的冷端1-測(cè)量端；2熱電極；3一接線盒1(中間溫度)；4補(bǔ)償導(dǎo)線；5接線盒2(新的冷端)；6銅引線(中間導(dǎo)體)；7-毫伏表使用注意：1）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶熱電極的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同；2）補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用；3

15、）必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；4）極性切勿接反。型號(hào)配用熱電偶正-負(fù)補(bǔ)償導(dǎo)線正-負(fù)導(dǎo)線外皮顏色100熱電勢(shì)/mV20時(shí)的電阻率/（）正負(fù)SC鉑銠10-鉑銅-銅鎳紅綠0.6460.0230.0510-6KC鎳鉻-鎳硅銅-康銅紅藍(lán)4.0960.0630.5210-6WC5/26鎢錸5-鎢錸26銅-銅鎳紅橙1.4510.0510.1010-62冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0不變。圖5.18 冰浴法接線圖1-熱電偶；2-補(bǔ)償導(dǎo)線；3-銅質(zhì)導(dǎo)線；4-保溫瓶；5-冰水混合物；6-導(dǎo)熱油； 7-試管；8-蓋；9-顯示儀表+-3計(jì)算修正法 補(bǔ)償電橋串接在熱電偶回路

16、中，與熱電偶的冷端同處于溫度T0下。電橋產(chǎn)生電勢(shì)與熱電偶電勢(shì)串聯(lián)疊加。 電橋電阻R1、R2、R3為錳銅電阻，其電阻值恒定。電阻RCu由銅絲繞制，隨溫度而變化。 To=0，R1=R2=R3=RCu=1，電橋平衡，無(wú)信號(hào)輸出。當(dāng)To變化時(shí)，RCu的阻值改變，電橋?qū)⑤敵霾黄胶怆妷篣ab= E (T0,0)。)0 ,(),()0 ,(00TETTETEABABAB先測(cè)出冷端溫度T0，查熱電偶分度表求EAB（T，0），根據(jù)上式求出EAB（T，0），反查分度表，查出相應(yīng)的溫度值。4補(bǔ)償電橋法 圖5.19 補(bǔ)償電橋1R1RCuR2R0( , )E t t0( , )E t tIIab00( , )( , )

17、abE t tE t tU2()abCuUI RR00000( )( )1()CuCutRtRttt20( )CuRRt如果滿足：00000( )( )()abCutUtIRttt則：00( , )( , )E t tE t t事實(shí)上和的差值可以近似為：0000( , )( , )()E t tE t ttt+000000( )()()CutRtttItt如果使：00( )CutRtI即：可以滿足冷端溫度補(bǔ)償00( )CutRtI補(bǔ)償電阻的阻值取決于：、 、熱電偶廣泛應(yīng)用于各種條件下的溫度測(cè)量，尤其適用于熱電偶廣泛應(yīng)用于各種條件下的溫度測(cè)量，尤其適用于500500以上較高溫度的測(cè)量，普通型以上

18、較高溫度的測(cè)量，普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的兩種結(jié)構(gòu)。熱電偶和鎧裝型熱電偶是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的兩種結(jié)構(gòu)。 接線盒保護(hù)套管絕緣管熱電偶安裝法蘭引線口普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護(hù)普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。套管和接線盒等主要部分組成。絕緣管用于防止兩根電極短路絕緣管用于防止兩根電極短路保護(hù)套管用于保護(hù)熱電極不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷保護(hù)套管用于保護(hù)熱電極不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷熱電極熱電極 感溫元件，熱端焊接，冷端連接在接線盒內(nèi)接線柱上，與外部接線連接。貴感溫元件，熱端焊接，冷端連接在接線盒內(nèi)接線柱上，與外部接線連接。貴金屬熱電極的直徑為金屬

19、熱電極的直徑為0.0150.0150.5mm0.5mm，普通金屬熱電極的直徑為，普通金屬熱電極的直徑為0.20.23.2 mm3.2 mm。長(zhǎng)度一般為。長(zhǎng)度一般為0.350.352 m2 m左右。左右。絕緣管絕緣管 套在熱電極上防止熱電極短路。絕緣管的材料一般用耐火陶瓷套在熱電極上防止熱電極短路。絕緣管的材料一般用耐火陶瓷(1200(1200以下以下) )、氧化鋁氧化鋁Al2O3(1600Al2O3(1600以下以下) )和氧化鎂和氧化鎂MgO(2000MgO(2000以下以下) )。(a) 直形無(wú)固定裝置熱電偶(b) 直形螺紋連接頭固定熱電偶(c) 錐形螺紋連接頭固定熱電偶(d) 直形法蘭固

20、定熱電偶圖5.13 普通熱電偶結(jié)構(gòu)形式（2）普通熱電偶的結(jié)構(gòu)類型保護(hù)管保護(hù)管 使熱電極與被測(cè)介質(zhì)隔離，使熱電極與被測(cè)介質(zhì)隔離，免受化學(xué)侵蝕和機(jī)械損傷。材料如不銹鋼免受化學(xué)侵蝕和機(jī)械損傷。材料如不銹鋼1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti（900900）、高溫鋼）、高溫鋼Cr25TiCr25Ti（10001000）、高溫不銹鋼）、高溫不銹鋼CH40CH40（12001200）、）、氧化鋁氧化鋁Al2O3(1600)Al2O3(1600)、氧化鎂、氧化鎂MgO(2000)MgO(2000)和氧化鋯和氧化鋯ZrO2(2400)ZrO2(2400)。接線盒接線盒 普通防濺型、防水型、防普通防濺型、防

21、水型、防爆型等。爆型等。熱電極 絕緣材料 金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶是鎧裝型熱電偶是將保護(hù)套管、絕緣材料粉末將保護(hù)套管、絕緣材料粉末與熱電極三者組合成一體，經(jīng)多次拉伸制成與熱電極三者組合成一體，經(jīng)多次拉伸制成的細(xì)長(zhǎng)形像鐵絲樣的熱電偶。的細(xì)長(zhǎng)形像鐵絲樣的熱電偶。金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等, ,我國(guó)已生產(chǎn)出我國(guó)已生產(chǎn)出S S型、型、R R型、型、B B型、型、K K型、型、E E型、型、J J型型鎧裝熱電偶。鎧裝熱電偶。保護(hù)套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，保護(hù)套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂

22、、氧化鋁等。常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。鎧裝型熱電偶可以做得很細(xì)，一般為鎧裝型熱電偶可以做得很細(xì)，一般為2 28mm8mm，最細(xì)能達(dá)最細(xì)能達(dá)0.25 mm0.25 mm，長(zhǎng)度可達(dá)，長(zhǎng)度可達(dá)100m100m以上以上, ,在使用中可以隨測(cè)量需要任意彎曲。在使用中可以隨測(cè)量需要任意彎曲。鎧裝熱電偶具有鎧裝熱電偶具有體積小，熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；可撓性好，具有良好柔軟性；體積小，熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；可撓性好，具有良好柔軟性；強(qiáng)度高，耐壓、耐震、耐沖擊強(qiáng)度高，耐壓、耐震、耐沖擊, ,可安裝在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上，應(yīng)用十分廣泛。可安裝在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上，應(yīng)用十分廣泛。 (2)薄膜型熱電偶 用真空蒸

23、鍍的方法，把熱電極材料蒸鍍?cè)诮^緣基板上而制成。特點(diǎn)：測(cè)量端厚度約為幾個(gè)微米左右，熱容量小，響應(yīng)速度快，便于敷貼。適用于測(cè)量微小面積上的瞬變溫度。 圖5.15 薄膜熱電偶1工作端；2薄膜熱電極；3絕緣基板；4引腳接頭；5引出線（相同材料的熱電極）2.測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的測(cè)溫電路3.測(cè)量多點(diǎn)溫度的測(cè)溫電路 5.3.4熱電偶常用測(cè)溫電路 1.測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路3/)(321EEEE 4.測(cè)量平均溫度的測(cè)溫電路5.測(cè)量幾點(diǎn)溫度之和的測(cè)溫電路123EEEE 一體化溫度變送器的基本誤差不超過(guò)量程的0.5，環(huán)境溫度影響約為每1變動(dòng)不超過(guò)0.05，可安裝在-25+80的環(huán)境中。特點(diǎn)：節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線、抗干擾能力強(qiáng)

24、、體積小、不需調(diào)整維護(hù)。圖5.25 一體化熱電偶溫度變送器工作原理圖圖5.27 熱電阻測(cè)溫電橋的三線連接法5.4 5.4 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) 5.4.1 熱電阻的測(cè)量原理 測(cè)量原理：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測(cè)量溫度。 組成：由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表構(gòu)成。 測(cè)量范圍：200+850。 熱電阻測(cè)量：常用電橋電路。 三線制：可消除環(huán)境溫度造成引線電阻變化產(chǎn)生的測(cè)量誤差。R1、R2 、R3為橋路固定電阻， Ra為零位調(diào)節(jié)電阻，熱電阻通 過(guò)三根導(dǎo)線和電橋連接。 引線電阻r1=r2=r3=r。橋路輸出電壓VCD=VCA-VDA。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，引線電阻r1、r3的變化產(chǎn)生的橋路

25、電壓VCA=VDA，相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。熱電阻的溫度特性熱電阻的溫度特性 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)：熱電阻阻值隨溫度的變化大小：熱電阻阻值隨溫度的變化大小 =(RT-RTO)/RTO(T-TO)RT 、 RTO分別為溫度為分別為溫度為T 、TO時(shí)熱電阻的電阻值時(shí)熱電阻的電阻值一般選取一般選取TO 為為0度、度、 T 為為100度。度。 實(shí)際上是指溫度每變化實(shí)際上是指溫度每變化1度時(shí)熱電阻阻值的相對(duì)變化量度時(shí)熱電阻阻值的相對(duì)變化量對(duì)于金屬熱電阻，對(duì)于金屬熱電阻， 0，即電阻隨溫度升高而增加；，即電阻隨溫度升高而增加；對(duì)于半導(dǎo)體熱敏電阻：對(duì)于半導(dǎo)體熱敏電阻：NTC（負(fù)溫度系數(shù)）型熱敏電阻（

26、負(fù)溫度系數(shù)）型熱敏電阻0、5.4.2 常用熱電阻的種類及結(jié)構(gòu) 1常用熱電阻（1）鉑熱電阻 特點(diǎn)：鉑金屬物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易于提純，工作范圍為-200850。在-200 0溫度范圍內(nèi)23t01ABC(100) RRtttt在0850溫度范圍內(nèi)2t01AB RRttRt為t時(shí)的鉑電阻值；R0為0時(shí)的鉑電阻值。A=3.9080310-3-1；B=-5.77510-7-2；C=-4.18310-12-4。類型：Pt10、Pt100。（2）銅熱電阻特點(diǎn)：線性好，靈敏度高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)現(xiàn)性能好，易于氧化，電阻率低，體積大。測(cè)量范圍：-50150Rt為t時(shí)的銅電阻值；R0為0時(shí)的銅電阻值。

27、0系數(shù)，0=4.2810-3-1。類型：Cu50和Cul00)1(00tRRt 圖5.28 熱電阻結(jié)構(gòu)1-電阻體；2-絕緣管；3-保護(hù)套管；4-安裝固定件；5-接線盒；6-接線端子；7-蓋；8-出線口熱電阻體結(jié)構(gòu)： 圖5.29 電阻體結(jié)構(gòu)1-鉑絲；2-薄玻璃層；3-基體；4-釉層；5-引出線；6-云母基體；7-繞好的云母片；8-金屬夾片；9-外保護(hù)管；10-銅電阻2熱電阻的結(jié)構(gòu)(1)普通熱電阻組成：主要由電阻體、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等部分組成。（2）鎧裝熱電阻引線和保護(hù)管做成一體，具有較好的撓性，便于使用安裝，電阻體密封，不易受有害介質(zhì)的侵蝕。反應(yīng)速度快，有良好的機(jī)械性能、耐振性和沖擊性。圖

28、5.30 鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)尺寸小，可粘貼測(cè)量局部溫度，具有熱容量小、反應(yīng)快的特點(diǎn)。圖5.31 薄膜型鉑熱電阻（3）薄膜熱電阻熱電阻的誤差分析熱電阻的誤差分析熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般有以下幾方面的誤差來(lái)源：熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般有以下幾方面的誤差來(lái)源：1 1、傳熱誤差：熱電阻未與被測(cè)對(duì)象充分接觸、未達(dá)到熱平衡等。、傳熱誤差：熱電阻未與被測(cè)對(duì)象充分接觸、未達(dá)到熱平衡等。2 2、分度誤差、分度誤差 產(chǎn)生原因：標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表是由統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)生的，因此具體產(chǎn)生原因：標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表是由統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)生的，因此具體所采用的熱電阻會(huì)因?yàn)椴牧?、制造工藝而有所不同，就?huì)出現(xiàn)分度誤差。所采用的熱電阻會(huì)因?yàn)椴牧稀⒅圃旃に嚩?/p>

29、有所不同，就會(huì)出現(xiàn)分度誤差。3 3、自熱誤差：測(cè)量過(guò)程中電流流經(jīng)熱電阻時(shí)產(chǎn)生溫升所引起的附加誤差、自熱誤差：測(cè)量過(guò)程中電流流經(jīng)熱電阻時(shí)產(chǎn)生溫升所引起的附加誤差4 4、測(cè)量系統(tǒng)連接導(dǎo)線誤差、測(cè)量系統(tǒng)連接導(dǎo)線誤差5 5、其它誤差：熱電阻連接點(diǎn)接觸不良、屏蔽絕緣不良等、其它誤差：熱電阻連接點(diǎn)接觸不良、屏蔽絕緣不良等5.5 5.5 溫度測(cè)量元件的安裝溫度測(cè)量元件的安裝1能正確反映被測(cè)溫度感溫元件與被測(cè)介質(zhì)能進(jìn)行充分的熱交換。感溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)形成逆流。避免熱輻射所產(chǎn)生的測(cè)溫誤差。避免感溫元件外露部分的熱損失所產(chǎn)生的測(cè)溫誤差。避免熱電偶與火焰直接接觸。負(fù)壓管道、設(shè)備中，必須保證其密封性，以免外界冷空氣

30、襲入，降低測(cè)量指示值。 壓力式溫度計(jì)的溫包中心與管道中心線重合，應(yīng)自上而下垂直安裝，毛細(xì)管不應(yīng)受拉力，不應(yīng)有機(jī)械損傷。接線盒出線孔應(yīng)向下，以防水汽、灰塵與臟物等落入接線盒中影響測(cè)量。水銀溫度計(jì)只能垂直或傾斜安裝，同時(shí)需觀察方便，不得水平、倒裝。凡安裝承受壓力的感溫元件，都必須保證其密封性。高溫?zé)犭娕迹瑧?yīng)盡可能垂直，防止保護(hù)管高溫下變形。若必須水平安裝時(shí)，應(yīng)裝有用耐火支架。在介質(zhì)具有較大流速的管道中，安裝感溫元件時(shí)必須傾斜安裝。如被測(cè)介質(zhì)中有塵粒、粉末物或測(cè)量腐蝕性介質(zhì)時(shí)，為保護(hù)感溫元件不受磨損，應(yīng)加裝保護(hù)屏或外保護(hù)管。在安裝瓷和氧化鋁類保護(hù)管時(shí)，防止損壞保護(hù)管。在插入或取出熱電偶時(shí)，應(yīng)避免急冷

31、急熱，以免保護(hù)管破裂。在薄壁管道上安裝感溫元件時(shí)，需在連接頭處加裝加強(qiáng)板。當(dāng)介質(zhì)工作壓力超過(guò)10MPa時(shí)，必須加裝保護(hù)外套。2應(yīng)確保安全、可靠 5.6 5.6 非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)(1)溫度計(jì)和被測(cè)對(duì)象不接觸，不會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，故可測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并可進(jìn)行遙測(cè)。(2)由于溫度計(jì)不必達(dá)到與被測(cè)對(duì)象同樣的溫度，故儀表的測(cè)溫上限不受溫度計(jì)材料熔點(diǎn)的限制。(3)在檢測(cè)過(guò)程中溫度計(jì)不必和被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡，故檢測(cè)速度快，響應(yīng)時(shí)間短，適于快速測(cè)溫。5.6.1 測(cè)溫原理 自然界中任何物體只要其溫度在絕對(duì)零度以上，就會(huì)不斷地向周圍空間輻射能量。溫度越高，輻射能量就越多。絕對(duì)溫度為T的物體對(duì)外

32、輻射的能量E251T1( , )(1)CTETCe 為物體在溫度T下的輻射率(也稱“黑度系數(shù)”)；為輻射波長(zhǎng)；C1為第一輻射常數(shù)，C13.7413210-16 Wm2；C2為第二輻射常數(shù)，C2=1.43878610-2 mk。T在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)全部輻射能量的總和40( , )( )EET dTF T=56703210-8W(m2K4)為黑體的斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。物體在特定波長(zhǎng)c上的輻射能是溫度T的單一函數(shù))()1(),(1512TfeCTEcTCcTc 兩個(gè)特定波長(zhǎng)上的輻射能之比(T)也是溫度的單值函數(shù)。22111()51122(, )()( )(, )cTETeTET（滿足）1/2 cTC

33、）輻射測(cè)溫主要方法。（1）全輻射法 測(cè)出物體在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能量F(T)，并以其輻射率校正后確定被測(cè)物體的溫度。（2）亮度法 測(cè)出物體在某一波長(zhǎng) ( )上的輻射能量f(T)， 經(jīng)輻射率修正后確定被測(cè)物體的溫度。（3）比色法 測(cè)出物體在兩個(gè)特定波長(zhǎng)段上的輻射能比值(T)，確定被測(cè)物體的溫度。 輻射溫度計(jì)組成：由光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理等組成。光學(xué)系統(tǒng):是通過(guò)光學(xué)透鏡、反射鏡以及其它光學(xué)元件獲得物體輻射能中的特性光譜，并聚焦到檢測(cè)元件上。檢測(cè)元件將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大、輻射率的修正和標(biāo)度變換后輸出與被測(cè)溫度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。部分輻射溫度計(jì)需要參考光源。(a) 透鏡系統(tǒng)的輻射溫度計(jì) (b) 反射鏡系統(tǒng)的輻射溫度計(jì) 圖5.34 透鏡式和反射鏡系統(tǒng)的示意1光闌；2檢測(cè)元件； 3輸出端子；4外殼；5反射聚光鏡；6透鏡