傳感器及檢測技術(shù)(2)

1、 第二篇第二篇 過程參數(shù)檢測技術(shù)過程參數(shù)檢測技術(shù)4 4 溫度檢測溫度檢測4.14.1測溫方法及溫標(biāo)測溫方法及溫標(biāo)4.2 4.2 接觸式測溫接觸式測溫4.3 4.3 非接觸式測溫非接觸式測溫4.4 4.4 光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器4.5 4.5 測溫實例測溫實例4.1.1 4.1.1 測溫原理及方法測溫原理及方法一、溫度的基本概念和測量方法一、溫度的基本概念和測量方法 溫度是一個基本物理量。是國際單位制溫度是一個基本物理量。是國際單位制7 7個基本物理個基本物理量之一。量之一。 溫度的宏觀概念是冷熱溫度的宏觀概念是冷熱 程度的表示。程度的表示。 溫度的微觀概念是大量溫度的微觀概念是大量 分子

2、運動平均強度的表示。分子運動平均強度的表示。測溫原理測溫原理l 利用合適物體某一利用合適物體某一物理性質(zhì)物理性質(zhì)隨溫度變化的已知特性，隨溫度變化的已知特性，通過與被測對象的通過與被測對象的熱交換熱交換，測量相關(guān)物理量從而確定被，測量相關(guān)物理量從而確定被測對象的溫度。測對象的溫度。測溫方式測溫方式接觸式：傳熱和對流，熱接觸接觸式：傳熱和對流，熱接觸; ;破壞被測對象熱平衡，破壞被測對象熱平衡，存在置入誤差，對測溫元件要求高。存在置入誤差，對測溫元件要求高。非接觸式：熱輻射非接觸式：熱輻射; ;響應(yīng)快，對被測對象干擾小，可響應(yīng)快，對被測對象干擾小，可測高溫、運動對象，強電磁干擾、強腐蝕。測高溫、運

3、動對象，強電磁干擾、強腐蝕。測溫方式測溫方式類別類別原理原理典型儀表典型儀表測溫范圍測溫范圍/接觸式接觸式測溫測溫膨脹類膨脹類利用液體、氣體的熱膨脹及利用液體、氣體的熱膨脹及物質(zhì)的蒸氣壓變化物質(zhì)的蒸氣壓變化玻璃液體溫度計玻璃液體溫度計-100-100600600壓力式溫度計壓力式溫度計-100-100500500利用兩種金屬的熱膨脹差利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計雙金屬溫度計-80-80600600熱電類熱電類利用熱電效應(yīng)利用熱電效應(yīng)熱電偶熱電偶-200-20018001800電阻類電阻類固體材料的電阻隨溫度變化固體材料的電阻隨溫度變化鉑熱電阻鉑熱電阻-260-260850850銅熱電阻銅

4、熱電阻-50-50150150熱敏電阻熱敏電阻-50-50300300其他電學(xué)其他電學(xué)類類半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)集成溫度傳感器集成溫度傳感器-50-50150150晶體的固有頻率隨溫度而變晶體的固有頻率隨溫度而變化化石英晶體溫度計石英晶體溫度計-50-50120120光纖類光纖類利用光纖的溫度特性利用光纖的溫度特性或作為傳光介質(zhì)或作為傳光介質(zhì)光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器-50-50400400非接觸式非接觸式測溫測溫光纖輻射溫度計光纖輻射溫度計20020040004000輻射類輻射類利用普朗克定律利用普朗克定律光電高溫計光電高溫計80080032003200輻射傳感器輻射傳感

5、器40040020002000比色溫度計比色溫度計50050032003200溫度檢測方法的分類溫度檢測方法的分類4.1.2 4.1.2 溫標(biāo)溫標(biāo)l溫標(biāo)：衡量溫度的標(biāo)尺，規(guī)定溫度讀數(shù)起點及溫度的溫標(biāo)：衡量溫度的標(biāo)尺，規(guī)定溫度讀數(shù)起點及溫度的基本單位?；締挝弧經(jīng)驗溫標(biāo)：經(jīng)驗溫標(biāo)：利用利用物質(zhì)體物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系制定的。膨脹與溫度的關(guān)系制定的。 華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)t tF F：冰點：冰點3232F F，水沸點，水沸點212212F F。中間等分。中間等分180180份。份。攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)t tC C：冰點：冰點00，水沸點，水沸點100100。中間等分。中間等分100100份。份。32 1

6、.8FCtt換算關(guān)系：換算關(guān)系：4.1.2.14.1.2.1國際實用溫標(biāo)國際實用溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)l 符號符號T T9090, ,單位單位K K。l 是英國物理學(xué)家開爾文是英國物理學(xué)家開爾文 (Kelvin)(Kelvin)于于18481848年以熱力年以熱力 學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出 的的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。 l 1954 1954年確定以水的三相點作為熱力學(xué)溫標(biāo)的基本固年確定以水的三相點作為熱力學(xué)溫標(biāo)的基本固定點。定點。 19901990國際溫標(biāo)（國際溫標(biāo)（ITS-90)ITS-90)l單位單位K K的大小定義為水三相點熱力學(xué)溫度的的大小定

7、義為水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.161/273.16。同時使用國際攝氏度符號同時使用國際攝氏度符號t t9090，單位攝氏度，單位攝氏度9090273.15tT4.1.2.2 4.1.2.2 溫標(biāo)的傳遞溫標(biāo)的傳遞l 將國際實用溫標(biāo)傳遞到普通測溫儀表上。將國際實用溫標(biāo)傳遞到普通測溫儀表上。l 比較法：將標(biāo)準(zhǔn)溫度計與被校溫度計同時放比較法：將標(biāo)準(zhǔn)溫度計與被校溫度計同時放入檢定裝置，由標(biāo)準(zhǔn)溫度計測量溫值來確定被入檢定裝置，由標(biāo)準(zhǔn)溫度計測量溫值來確定被校溫度計精度。校溫度計精度。 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A A和和B B串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點溫

8、度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱塞貝克效應(yīng)。電效應(yīng)，又稱塞貝克效應(yīng)。l4.2.1 4.2.1 熱電偶測溫?zé)犭娕紲y溫l4.2.1.14.2.1.1測溫原理測溫原理l一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng) 4.24.2接觸式測溫接觸式測溫 兩端溫差兩端溫差兩端的自由電子具有不同的動能兩端的自由電子具有不同的動能動能大動能大的自由電子就會向溫度低的一段擴散。失去了電子的這的自由電子就會向溫度低的一段擴散。失去了電子的這一端就處于正電位，而低溫端由于得到電子處于負電位。一端就處于正電位，而低溫端由于得到電子處于負電位。這樣

9、兩端就形成了電位差，稱為溫差電動勢。這樣兩端就形成了電位差，稱為溫差電動勢。MABT0T熱端冷端接觸電勢接觸電勢l 兩種導(dǎo)體接觸的時候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密兩種導(dǎo)體接觸的時候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，電子密度大的導(dǎo)體向電子密度小的導(dǎo)體擴散，度不同，電子密度大的導(dǎo)體向電子密度小的導(dǎo)體擴散，在擴散達到動態(tài)平衡時就形成了一個電位差。這個電在擴散達到動態(tài)平衡時就形成了一個電位差。這個電位差稱為接觸電動勢。位差稱為接觸電動勢。擴散擴散BAnn 擴散擴散電場電場)(TEAB漂移漂移AB閉合回路中產(chǎn)生的總熱電勢：閉合回路中產(chǎn)生的總熱電勢： 000,TABABABABTET TSdTeTeTT,TT,

10、T0 0為接點溫度，為接點溫度，TTTT0 0; ;S SABAB為塞貝克系數(shù)由熱電極材料和接點溫度決定。為塞貝克系數(shù)由熱電極材料和接點溫度決定。0ABeTC 0,ABABET TeTCT T0 0一定時：一定時：熱電勢由溫度熱電勢由溫度T T決定。決定。通常溫差電勢遠小于接觸電勢，可忽略。通常溫差電勢遠小于接觸電勢，可忽略?？偨Y(jié)：總結(jié)：lT T 端：測量端或熱端端：測量端或熱端lT T0 0端：參比端或冷端端：參比端或冷端l 熱電勢大小只與熱電勢大小只與熱電極材熱電極材 料料及及兩端溫度兩端溫度有關(guān)，與熱偶絲有關(guān)，與熱偶絲 的粗細長短無關(guān)。熱電極材料的粗細長短無關(guān)。熱電極材料 確定以后，熱電

11、勢大小只與溫確定以后，熱電勢大小只與溫 度有關(guān)。度有關(guān)。熱電效應(yīng)原理熱電效應(yīng)原理4.2.1.2 4.2.1.2 熱電偶的應(yīng)用定則熱電偶的應(yīng)用定則l1)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，不論導(dǎo)體的橫截由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。l2)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材料的導(dǎo)體，只要其兩在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會影響熱電偶回路的端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。總熱電動勢。

12、0000000000( )()()0()()()0()()()( )()TABBCCATABBCCABCCAABTABABEeTeTeTTTEeTeTeTeTeTeTEeTeT 此時總電勢：時，可知代入得： 意義：回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后意義：回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后不會影響回路中的熱電勢。不會影響回路中的熱電勢。3)3)中間溫度定則中間溫度定則熱電偶熱電偶ABAB在接點溫度為在接點溫度為T T、T T0 0時的熱電勢時的熱電勢e eABAB( (T, TT, T0 0) )等于等于熱電偶熱電偶ABAB在接點溫度在接點溫度T T、T Tc c和和T Tc c

13、、T T0 0時的熱電勢時的熱電勢e eABAB( (T, T, T Tc c) )和和e eABAB( (T Tc c, , T T0 0) )的代數(shù)和，即的代數(shù)和，即 00,ABABCABCET TET TET T 中間溫度定律的應(yīng)用中間溫度定律的應(yīng)用 2) 2)根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體體A A和和BB，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。為熱電偶回路中應(yīng)用補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 00( ,)( ,)(,)ABnABABnET TET T

14、ET T 1)1)為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)。已知溫度為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)。已知溫度T T0 0=0=0時的時的熱電勢熱電勢- -溫度關(guān)系，可求得參考溫度不為溫度關(guān)系，可求得參考溫度不為00時的熱電勢。時的熱電勢。 4)4)參考電極定則參考電極定則l 若兩種導(dǎo)體若兩種導(dǎo)體A A、B B分別與第三種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體C C組成熱電偶的熱組成熱電偶的熱電勢已知，則電勢已知，則A A、B B組成的熱電偶也可知。組成的熱電偶也可知。000( ,)( ,)( ,)ABACBCET TET TET TBAABCC0TT(1084.5,0)13.967,(1084.5,0)8.354(1084.5,

15、0)13.9678.3545.613()ACBCABEmV EmVEmV如已知：可求得：標(biāo)準(zhǔn)電極：鉑標(biāo)準(zhǔn)電極：鉑4.2.1.3 4.2.1.3 常用工業(yè)熱電偶常用工業(yè)熱電偶l基本要求：基本要求：l 1 1）測溫范圍內(nèi)熱電性能穩(wěn)定。）測溫范圍內(nèi)熱電性能穩(wěn)定。l 2 2）測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。）測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。l 3 3）熱電偶隨溫度變化率足夠大。）熱電偶隨溫度變化率足夠大。l 4 4）熱電特性接近單值線性或近似線性。）熱電特性接近單值線性或近似線性。l 5 5）電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)小。）電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)小。l 6 6）機械性能好，復(fù)制性好、工藝簡單、價）機械性能好，復(fù)制

16、性好、工藝簡單、價格低。格低。常用熱電偶與熱電勢關(guān)系曲線常用熱電偶與熱電勢關(guān)系曲線00時，熱電偶的熱電勢均為時，熱電偶的熱電勢均為0 0什么熱電偶測溫上限高？什么熱電偶測溫上限高？什么熱電偶靈敏度高？什么熱電偶靈敏度高？什么熱電偶線性差？什么熱電偶線性差？熱電偶的分度表熱電偶的分度表l 不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，線性較差，一般采用查表法。不同的函數(shù)關(guān)系，線性較差，一般采用查表法。l 分度表：通過實驗的方法來確定，并將不同溫度分度表：通過實驗的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照下測得的結(jié)

17、果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即（表表，即（表4-44-4）。）。(T(T型熱電偶分布表型熱電偶分布表) )l 前提：冷端溫度為前提：冷端溫度為00。中間值按內(nèi)插法計算中間值按內(nèi)插法計算:()HLMLMLHLttttEEEE一、鉑銠合金、鉑系列熱電偶一、鉑銠合金、鉑系列熱電偶l貴金屬熱電偶（貴金屬熱電偶（B B、R R、S S型型) )l優(yōu)點：溫區(qū)寬，測溫高，精度高。優(yōu)點：溫區(qū)寬，測溫高，精度高。l缺點：熱電勢小，熱電特性非線缺點：熱電勢小，熱電特性非線 性較大，價格貴。性較大，價格貴。二、廉價金屬熱電偶二、廉價金屬熱電偶l由價廉的合金或純金屬構(gòu)成（由價廉的合金或純金屬構(gòu)成（K K、

18、N N、E E、T T、J J型型) )。l優(yōu)點：性能穩(wěn)定，熱電勢大，熱電特性線性好，優(yōu)點：性能穩(wěn)定，熱電勢大，熱電特性線性好，復(fù)現(xiàn)性好，高溫抗氧化能力強。復(fù)現(xiàn)性好，高溫抗氧化能力強。l缺點：不適用過高溫度。缺點：不適用過高溫度。三、難融合金熱電偶三、難融合金熱電偶l鎢錸合金材料（鎢錸合金材料（WRWRe3e3-WR-WRe25e25、WRWRe5e5-WR-WRe26e26) )l優(yōu)點：測溫上限高，而且穩(wěn)定性好，價格便宜。優(yōu)點：測溫上限高，而且穩(wěn)定性好，價格便宜。l缺點：鎢錸熱電偶極易氧化，含碳氣氛中容易缺點：鎢錸熱電偶極易氧化，含碳氣氛中容易生成穩(wěn)定的碳化物，以致降低其靈敏度并引起生成穩(wěn)定

19、的碳化物，以致降低其靈敏度并引起脆斷適于在惰性或干燥氫氣中使用。脆斷適于在惰性或干燥氫氣中使用。 4.2.1.4 4.2.1.4 工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)型式工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)型式（1 1）普通型熱電偶）普通型熱電偶熱容量大，熱慣性大，溫度變化響應(yīng)慢。熱容量大，熱慣性大，溫度變化響應(yīng)慢。 （2 2）鎧裝熱電偶）鎧裝熱電偶 將熱電偶絲、絕緣材將熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管組合裝配料和金屬套管組合裝配后，拉伸加工而成。后，拉伸加工而成。 優(yōu)點：測溫端熱容量優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快；機械小，動態(tài)響應(yīng)快；機械強度高，撓性好，可安強度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。 為何要處理參比

20、端（冷端溫度）？為何要處理參比端（冷端溫度）？4.2.1.5 4.2.1.5 熱電偶參比端溫度的處理熱電偶參比端溫度的處理1 1）查分度表，需滿足）查分度表，需滿足T T0 0=0,=0,但參比端溫度通常但參比端溫度通常不能保持為不能保持為00，且受熱源影響經(jīng)常不恒定，會引，且受熱源影響經(jīng)常不恒定，會引入誤差。入誤差。2 2）冷端溫度過高，熱電勢偏小。應(yīng)想辦法消除或）冷端溫度過高，熱電勢偏小。應(yīng)想辦法消除或補償熱電偶冷端損失。補償熱電偶冷端損失。補償導(dǎo)線法的測量回路補償導(dǎo)線法的測量回路11測溫接點；測溫接點；22補償導(dǎo)線；補償導(dǎo)線；33冷端；冷端；44銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線；55測溫儀表測溫儀表 補償

21、導(dǎo)線與被補補償導(dǎo)線與被補償熱電偶有相同的償熱電偶有相同的電勢電勢- -溫度關(guān)系。溫度關(guān)系。（1 1）補償導(dǎo)線法）補償導(dǎo)線法采用補償導(dǎo)線與熱電偶連接，使熱電偶參比端遠離熱源。采用補償導(dǎo)線與熱電偶連接，使熱電偶參比端遠離熱源。常用補償導(dǎo)線常用補償導(dǎo)線 熱電偶和補償導(dǎo)線實物圖熱電偶和補償導(dǎo)線實物圖2 2）參比端溫度測量計算法）參比端溫度測量計算法l 參比端溫度不是參比端溫度不是00。需要對熱電偶回路的需要對熱電偶回路的測量電勢值測量電勢值E E（T T，T T0 0）加以修正。當(dāng)工作端溫度）加以修正。當(dāng)工作端溫度為為T T時時: :l 1) 1)分度表可查分度表可查E(TE(T0 0,0),0)。l

22、 2)2)根據(jù)中間溫度定則得到：根據(jù)中間溫度定則得到： 00( ,0)( ,)(,0)E TE T TE T3)3)根據(jù)根據(jù)E(T,0)E(T,0)并由分度表求得被測溫度。并由分度表求得被測溫度。例例1 1：用銅：用銅- -康銅熱電偶測某一溫度康銅熱電偶測某一溫度T T，參比端在，參比端在室 溫 環(huán) 境室 溫 環(huán) 境T T0 0中 ， 測 得 熱 電 動 勢中 ， 測 得 熱 電 動 勢E ( TE ( T ，T T0 0) )= =1.999mV1.999mV，又用室溫計測出，又用室溫計測出T T0 0=21,=21,試求被試求被測溫度。測溫度。 (T型熱電偶分布表型熱電偶分布表)3 3）參

23、比端恒溫法）參比端恒溫法4 4）補償電橋法）補償電橋法000()()UabCabE TTE TURU恒定值 利用不平衡電橋產(chǎn)生利用不平衡電橋產(chǎn)生相應(yīng)電勢，補償熱電偶相應(yīng)電勢，補償熱電偶由于參比端溫度變化而由于參比端溫度變化而引起的熱電勢變化。引起的熱電勢變化。R Rcucu與熱電偶參比端同溫與熱電偶參比端同溫2020時電橋平衡。時電橋平衡。 零點遷移法零點遷移法l 應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端溫度應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端溫度T T0 0不是不是00，但，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。 l 實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值

24、，如電動勢如電動勢E EABAB( (T T0 0,0) ,0) ，從而調(diào)整指示儀表上零，從而調(diào)整指示儀表上零點的。點的。（a)a)普通測溫線路；普通測溫線路； (b) (b) 帶有補償器的測溫線路；帶有補償器的測溫線路；(c)(c)具有溫度變送器的測溫線路具有溫度變送器的測溫線路 (d)(d)具有一體化溫度變送器的測溫線路具有一體化溫度變送器的測溫線路補 償 器溫 度變 送 器溫 度變 送 器顯 示 儀 表顯 示 儀 表顯 示 儀 表顯 示 儀 表tAB補 償 導(dǎo) 線(a)tAB補 償 導(dǎo) 線(c)tAB補 償 導(dǎo) 線(b)tAB銅 導(dǎo) 線(d)熱電偶測溫線路熱電偶測溫線路（1 1）測單點溫

25、度）測單點溫度l例例2:2:用鎳鉻用鎳鉻- -鎳硅熱電偶測量物體溫度，該物鎳硅熱電偶測量物體溫度，該物體在不同時刻溫度分別為體在不同時刻溫度分別為1515，00，-15-15，測量儀表所處溫度為測量儀表所處溫度為1515，熱電偶直接與儀表，熱電偶直接與儀表相連。問在上述時刻儀表測得的熱電勢分別是相連。問在上述時刻儀表測得的熱電勢分別是多少多少? ?(2)(2)測量兩點間溫度差（反向串聯(lián)）測量兩點間溫度差（反向串聯(lián)）只能是同一分度號的熱電偶只能是同一分度號的熱電偶1020102012( , )( , )( , )( , )( , )TABBAABABABEEt tEt tEt tEt tEt t

26、如正向串聯(lián)熱電偶有何作用如正向串聯(lián)熱電偶有何作用? ?l例例3:3:用兩只用兩只K K型熱電偶測量兩點溫差型熱電偶測量兩點溫差, ,連線如圖連線如圖所示所示, ,已知已知T T1 1=420,T=420,T0 0=30,=30,測得兩點溫差電測得兩點溫差電勢為勢為15.24mV,15.24mV,試求兩點溫差為多少試求兩點溫差為多少? ?（3 3）測量多點溫度之和）測量多點溫度之和( (正向串聯(lián)正向串聯(lián)) )l前提前提: :熱電偶參數(shù)相同，且具有良好的線性特征。熱電偶參數(shù)相同，且具有良好的線性特征。l用途用途: :用于求平均溫度。用于求平均溫度。優(yōu)點：熱電動勢大，儀表的靈優(yōu)點：熱電動勢大，儀表的

27、靈敏度大大增加，且可立即可以敏度大大增加，且可立即可以發(fā)現(xiàn)熱電偶有斷路。發(fā)現(xiàn)熱電偶有斷路。缺點：只要有一支熱電偶斷路，缺點：只要有一支熱電偶斷路，整個測溫系統(tǒng)將停止工作。整個測溫系統(tǒng)將停止工作。1231020301230( ,)(,)(,)(,)TABABABABEEEEET TET TET TETTT T(4)(4)測量多點溫度平均值測量多點溫度平均值( (并聯(lián)并聯(lián)) )l 特點：當(dāng)有一只熱特點：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時，難以覺電偶燒斷時，難以覺察出來。當(dāng)然，它也察出來。當(dāng)然，它也不會中斷整個測溫系不會中斷整個測溫系統(tǒng)的工作。統(tǒng)的工作。1231020301230( ,)(,)( ,)33(,)3

28、ABABABTABEEEET TET TET TETTTET熱電偶的校驗熱電偶的校驗l 校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進行對比，誤差超過規(guī)定偶裝在同一校驗爐中進行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。允許值為不合格。 4.2.2 4.2.2 熱電阻測溫?zé)犭娮铚y溫l原理原理: :基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性。性。l分金屬熱電阻和熱敏電阻兩類。分金屬熱電阻和熱敏電阻兩類。4.2.2.1 4.2.2.1 金屬熱電阻金屬熱電阻 基本特性：一般阻值隨溫度增加而增加，呈現(xiàn)基本特性：一般阻值隨溫度增

29、加而增加，呈現(xiàn)正溫度正溫度系數(shù)系數(shù)。（1 1）熱電阻材料）熱電阻材料材料選擇的要求：材料選擇的要求：（1 1）阻值隨溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系。）阻值隨溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系。（2 2）有盡可能大的電阻溫度系數(shù)。）有盡可能大的電阻溫度系數(shù)。 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)（3 3）有較大的電阻率。（）有較大的電阻率。（R R0 0時阻值需要為固定值）。時阻值需要為固定值）。（4 4）測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。）測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。（5 5）復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強。）復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強。0001TRRRTT與金屬純度有關(guān)與金屬純度有關(guān)材料的選擇材料的選擇鉑熱電阻鉑熱電阻l使用范圍使用范圍-200-8

30、50-200-850。l電阻與溫度關(guān)系：電阻與溫度關(guān)系：0tC 201R tRAtBt0tC 2301100R tRAtBtCtt其中，其中，R R（t t）、）、R R0 0 溫度為溫度為 t t 和和 0 0 時的電阻；時的電阻； A A、B B、C C 為常數(shù)：為常數(shù)： A = 3.9083A = 3.90831010-3-3-1-1； B = -5.84B = -5.841010-7-7-2-2； C = -4.22C = -4.221010-12-12 -4-4 鉑熱電阻有鉑熱電阻有R R0 0=10=10和和R R0 0=100=100兩種，它們的分兩種，它們的分度號分別為度號分別

31、為Pt10Pt10和和Pt100Pt100，其中以，其中以Pt100Pt100為常用。為常用。 分度表：分度表： R R0 0=10=10 和和100100 時的時的 R Rt tt t關(guān)系。關(guān)系。銅熱電阻銅熱電阻l 使用范圍：使用范圍：-40-140-40-140l 有有R R0 0=50=50和和R R0 0=100=100兩種，它們的分度號分別為兩種，它們的分度號分別為Cu50Cu50和和Cu100Cu100。l 電阻與溫度關(guān)系：電阻與溫度關(guān)系：)1 ()(320CtBtAtRtR其中，其中，A A、B B、C C為常數(shù)：為常數(shù)： A = 4.28899A = 4.288991010-3

32、-3-1-1 B = -2.133 B = -2.1331010-7-7-2-2 C = 1.233 C = 1.2331010-9-9-3-3（3 3）熱電阻結(jié)構(gòu)）熱電阻結(jié)構(gòu)l普通型熱電阻普通型熱電阻電阻絲采用無感繞法：對折后雙繞在絕緣支架上。電阻絲采用無感繞法：對折后雙繞在絕緣支架上。鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻 鎧裝電纜鎧裝電纜+ +感溫元件感溫元件 （4 4）熱電阻測量電路）熱電阻測量電路l l 引線電阻隨溫度的變化帶來附加誤差。引線電阻隨溫度的變化帶來附加誤差。1 1）兩線制）兩線制當(dāng)當(dāng)2r/R102r/R10-3-3時，引線電阻的影響才可以忽略。時，引線電阻的影響才可以忽略。2 2）三線制

33、）三線制l電橋平衡時電橋平衡時321213112,3()()()tttRrRrRRR RrR rRRRRRR若則導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻 r r 對測量無影響。對測量無影響。平衡電橋法平衡電橋法l 當(dāng)熱電阻當(dāng)熱電阻R Rt t阻值隨溫度變化時，調(diào)節(jié)電位器阻值隨溫度變化時，調(diào)節(jié)電位器R Rw w的電刷位置的電刷位置x x，使電橋處于平衡狀態(tài)，則有，使電橋處于平衡狀態(tài)，則有00txRRnRLL L、R R0 0：電位器有效長度和總電阻：電位器有效長度和總電阻X X：電刷位置：電刷位置3 3）四線制）四線制（1 1）不受其它條件約束；）不受其它條件約束；（2 2）精度最高。）精度最高。toutIRE4.2.

34、2.2 4.2.2.2 熱敏電阻熱敏電阻l用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的溫敏元件。用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的溫敏元件。優(yōu)點：（優(yōu)點：（1 1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點溫度；）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點溫度； （2 2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（1010倍）；倍）； （3 3）電阻高、熱慣性小、適宜動態(tài)測量。）電阻高、熱慣性小、適宜動態(tài)測量。缺點：非線性高，單一品種測量范圍窄。缺點：非線性高，單一品種測量范圍窄。 熱敏電阻外型熱敏電阻外型MF58MF58型熱敏電阻型熱敏電阻貼片式熱敏電阻貼片式熱敏電阻各類非標(biāo)熱敏電阻各類非標(biāo)熱敏電阻數(shù)字溫度計數(shù)字溫度計C

35、PUCPU溫度測量溫度測量l負溫度系數(shù)熱敏電阻：負溫度系數(shù)熱敏電阻：NTCNTCl正溫度系數(shù)熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTCPTCl臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTRCTR溫度檢測主要用負溫度系數(shù)溫度檢測主要用負溫度系數(shù)NTCNTC。PTC,CRTPTC,CRT通常利用特定溫度下阻通常利用特定溫度下阻值急劇變化特性構(gòu)成溫度開關(guān)器件。值急劇變化特性構(gòu)成溫度開關(guān)器件。 NTC NTC的的 R-T R-T 特性特性)11(00)()(TTBeTRTRB:B:取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)。取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)。 T T0 0: :一般取一般取2525C C。NTCNTC的溫

36、度系數(shù)的溫度系數(shù)T T211()TBTTBTTdRd AeBRdTdTTAe A:A:T T不是常數(shù)。不是常數(shù)。B:TB:T；T T；低溫段比高溫段靈敏。；低溫段比高溫段靈敏。C:BC:B越大越大, ,靈敏度越高。靈敏度越高。 4.2.3 4.2.3 集成溫度傳感器集成溫度傳感器(AD590)(AD590)l晶體管基極晶體管基極射極正向壓降隨溫度升高而減少。射極正向壓降隨溫度升高而減少。0lnbeeKTAUUqI V1 V1、V2V2：鏡像管。：鏡像管。 V3V3、V4V4：溫度檢測用晶體管，：溫度檢測用晶體管， 二者發(fā)射極面積比為二者發(fā)射極面積比為m m。2lnKTImqR4.34.3非接觸

37、式測溫非接觸式測溫l主要是利用輻射來測量物體溫度。主要是利用輻射來測量物體溫度。l4.3.1 4.3.1 輻射測溫原理輻射測溫原理l 輻射的定義輻射的定義l 電磁輻射波譜電磁輻射波譜l 當(dāng)物體接受到輻射能量以后，根據(jù)物體本身的性質(zhì)，當(dāng)物體接受到輻射能量以后，根據(jù)物體本身的性質(zhì)，會發(fā)生部分能量吸收、透射和反射。會發(fā)生部分能量吸收、透射和反射。 RDAQQQQQQQQQQRDA1吸收率；吸收率；透射率；透射率；反射率。反射率。 輻射能的分配輻射能的分配l 絕對黑體絕對黑體：在任何溫度下，均能全部吸收：在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量。輻射到它上面的任何輻射能量。 透明體透明體：

38、照射到物體上的輻射能全部透射照射到物體上的輻射能全部透射過去，既無吸收又無反射。過去，既無吸收又無反射。 鏡體、白體鏡體、白體：照射到物體上的輻射能全部照射到物體上的輻射能全部反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射具有一反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射具有一定規(guī)律，則該物體稱之為定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體鏡體”；若反射無；若反射無一定規(guī)律，則該物體稱為一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對白體絕對白體”或者簡或者簡稱為稱為“白體白體”。 l 對于一般工程材料來講，對于一般工程材料來講，0 0而而+ =1+ =1，稱為，稱為灰體?；殷w。 l 人造黑體模型：人造黑體模型： 21/50121W/mcTEcel

39、4.3.1.1 4.3.1.1 普朗克定律：絕對黑體的單色輻射強度普朗克定律：絕對黑體的單色輻射強度E E00與波長與波長及溫度及溫度T T的關(guān)系為：的關(guān)系為： 4.3.1.2 4.3.1.2 維恩位移定律：單色輻射強度的維恩位移定律：單色輻射強度的峰值波長峰值波長m m與與溫度溫度T T的關(guān)系為：的關(guān)系為：32.8978 10 m KmT當(dāng)黑體的溫度升高時，輻射本領(lǐng)的最大值向短波方向移動。當(dāng)黑體的溫度升高時，輻射本領(lǐng)的最大值向短波方向移動。 l 任何實際物體的任何實際物體的總輻射亮度總輻射亮度與與溫度的四次方溫度的四次方成正成正比；通過測量物體的輻射亮度就可得到該物體的溫比；通過測量物體的輻

40、射亮度就可得到該物體的溫度。度。 4.3.1.3 4.3.1.3 絕對黑體的全輻射定律絕對黑體的全輻射定律42000W/mEE dT在全波波長內(nèi)對輻射強度在全波波長內(nèi)對輻射強度E E00積分得：積分得：輻射能力的修正輻射能力的修正l實際物體多數(shù)不是黑體，輻射能力低于黑體，實際物體多數(shù)不是黑體，輻射能力低于黑體，輻射特性接近黑體。輻射特性接近黑體。l黑度系數(shù)黑度系數(shù)：灰體和黑體的輻射能力之比。：灰體和黑體的輻射能力之比。20121/5W1/mcTEce420W/mET4.3.2 4.3.2 輻射測溫儀表的基本組成及常用方法輻射測溫儀表的基本組成及常用方法輻射測溫儀表主要組成框圖輻射測溫儀表主要組

41、成框圖輻射測溫常用方法：輻射測溫常用方法： 亮度法，全輻射法，比色法，多色法。亮度法，全輻射法，比色法，多色法。4.3.3 4.3.3 輻射測溫儀表輻射測溫儀表4.3.3.1 4.3.3.1 光電高溫計光電高溫計光電高溫計的工作原理光電高溫計的工作原理11物鏡；物鏡；22孔徑；孔徑；3 3，55孔；孔；44光電器件；光電器件；66遮光板；遮光板；77調(diào)制片；調(diào)制片；88永久磁鐵；永久磁鐵；99激磁繞組；激磁繞組；1010透鏡；透鏡；1111反射鏡；反射鏡；1212觀察孔；觀察孔；1313前置放大器；前置放大器；1414主放大器；主放大器；1515反饋燈；反饋燈；1616電位差計；電位差計；17

42、17被測物體被測物體v通過測量某一通過測量某一波長下物體輻射波長下物體輻射亮度的變化測知亮度的變化測知其溫度。其溫度。4.3.3.2 4.3.3.2 輻射溫度計輻射溫度計依據(jù)全輻射定律，敏感元件感受物體的全輻射能量依據(jù)全輻射定律，敏感元件感受物體的全輻射能量來測知物體的溫度來測知物體的溫度透鏡式和反射鏡式的示意透鏡式和反射鏡式的示意11光闌；光闌；22檢測元件；檢測元件；33輸出端子；輸出端子；44外殼；外殼；55反射聚光鏡；反射聚光鏡；66透鏡透鏡4.3.3.3 4.3.3.3 比色溫度計比色溫度計 利用被測對象的兩個不同波長（或波段）光譜輻利用被測對象的兩個不同波長（或波段）光譜輻射亮度之

43、比實現(xiàn)輻射測溫。射亮度之比實現(xiàn)輻射測溫。單通道型比色溫度計原理單通道型比色溫度計原理11物鏡；物鏡；22調(diào)制盤；調(diào)制盤；33檢測元件；檢測元件；44放大器；放大器；55計算電路；計算電路；66顯示儀表；顯示儀表；77馬達；馬達；88濾光片濾光片2212111ln5lncTR2212111ln5lncRT4.3.4 4.3.4 輻射測溫儀表的表觀溫度輻射測溫儀表的表觀溫度l 表觀溫度表觀溫度: :指在儀表工作波長范圍內(nèi)，溫度為指在儀表工作波長范圍內(nèi)，溫度為T T的的輻射體的輻射情況與溫度為輻射體的輻射情況與溫度為T TA A的黑體的輻射情況相等，的黑體的輻射情況相等，則則T TA A就是該輻射體

44、的表觀溫度。就是該輻射體的表觀溫度。l4.3.4.1 4.3.4.1 亮度溫度亮度溫度亮度相等原則亮度相等原則: :0BB2/51cTBCce2/501LcTBCce其中其中, ,物體亮度物體亮度: :黑體亮度黑體亮度: :2111lnLTTc可推得可推得: :若若和和T TL L已知已知, ,可求得物體的真實溫度可求得物體的真實溫度T T。4.3.4.2 4.3.4.2 輻射溫度輻射溫度l全輻射能量相等原則：全輻射能量相等原則：44PTT41TTp輻射溫度計測出的實際溫度為：輻射溫度計測出的實際溫度為：4.3.4.3 4.3.4.3 比色溫度比色溫度l亮度比相等原則。亮度比相等原則。物體的實際溫度為：物體的實際溫度為：12212(, )ln(, )1111()RTTTTc 4.4 4.4 光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器l光纖：光導(dǎo)纖維。光纖：光導(dǎo)纖維。 多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對稱圓柱體的對稱圓柱體纖芯包層塑料套管涂敷層mm1外層直徑um200100 利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導(dǎo)工具。達成的光傳導(dǎo)工具。 l光纖溫度傳感器是利用光纖作為光纖溫度傳感器是利用光纖作為敏感元件或能量傳輸介敏感元件或能量傳輸介質(zhì)質(zhì)而構(gòu)成的新型測溫儀表，分為接觸式和非接觸式而