第七章 溫度測量

1、第七章第七章 溫度測量溫度測量 7-17-1概概 述述 一、溫度的基本概念一、溫度的基本概念 溫度是一個基本物理量。它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、溫度是一個基本物理量。它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測量和控制的主要參數(shù)，也科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測量和控制的主要參數(shù)，也是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的一個重要物理量。是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的一個重要物理量。 通常把長度、時間、質(zhì)量等基準(zhǔn)物理量稱作通常把長度、時間、質(zhì)量等基準(zhǔn)物理量稱作“外延量外延量”，它們可以疊加，例如把長度相同的，它們可以疊加，例如把長度相同的兩個物體連接起來，其總長度為原來的單個物體兩個物體連接起來，其總長度為原來的單個物體長度的兩倍；而溫度則

2、不然，它是一種長度的兩倍；而溫度則不然，它是一種“內(nèi)涵內(nèi)涵量量”，疊加原理不再適用，例如把兩瓶，疊加原理不再適用，例如把兩瓶90的水的水倒在一起。其溫度絕不可能增加，更不可能成為倒在一起。其溫度絕不可能增加，更不可能成為180。 從熱平衡的觀點(diǎn)看，從熱平衡的觀點(diǎn)看，溫度可以作為物體溫度可以作為物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志，溫內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志，溫度高的物體，其內(nèi)部分子平均動能大；溫度度高的物體，其內(nèi)部分子平均動能大；溫度低的物體其內(nèi)部分子的平均動能亦小。低的物體其內(nèi)部分子的平均動能亦小。熱力熱力學(xué)的定律指出：學(xué)的定律指出：具有相同溫度的兩個物體，具有相同溫度的兩個物體

3、，它們必然處于熱平衡狀態(tài)。當(dāng)兩個物體分別它們必然處于熱平衡狀態(tài)。當(dāng)兩個物體分別與第三個物體處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個物與第三個物體處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個物體也處于熱平衡狀態(tài)，因而這三個物體將處體也處于熱平衡狀態(tài)，因而這三個物體將處于同一溫度。于同一溫度。據(jù)此，如果我們能用可復(fù)現(xiàn)的據(jù)此，如果我們能用可復(fù)現(xiàn)的手段建立一系列基準(zhǔn)溫度值，就可把其它待手段建立一系列基準(zhǔn)溫度值，就可把其它待測物體的溫度和這些基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，得測物體的溫度和這些基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，得到待測物體的溫度。到待測物體的溫度。 二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然建立了溫度和分子動能之現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然建立了溫度和分子動能之間的函數(shù)關(guān)

4、系，但由于目前尚難以直接測量物體間的函數(shù)關(guān)系，但由于目前尚難以直接測量物體內(nèi)部的分子動能，因而只能利用一些物質(zhì)的某些內(nèi)部的分子動能，因而只能利用一些物質(zhì)的某些物性物性(諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強(qiáng)諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強(qiáng)度等度等)隨溫度變化的規(guī)律，通過這些量來對溫度進(jìn)隨溫度變化的規(guī)律，通過這些量來對溫度進(jìn)行間接測量。行間接測量。 由于不同物質(zhì)的不同物理特性與溫度有著不由于不同物質(zhì)的不同物理特性與溫度有著不同的關(guān)系，因此即使用同一物質(zhì)的不同特性，或同的關(guān)系，因此即使用同一物質(zhì)的不同特性，或不同物質(zhì)的同一種特性對同一個溫度進(jìn)行測量，不同物質(zhì)的同一種特性對同一個溫度進(jìn)行測量，

5、也會得出不同的量值，也會得出不同的量值，為了保證溫度量值的準(zhǔn)確為了保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度，尺度，即溫標(biāo)。即溫標(biāo)。 隨著溫度測量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)也經(jīng)隨著溫度測量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)也經(jīng)歷了一個逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸歷了一個逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進(jìn)過程。從早期建立的一些經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，發(fā)進(jìn)過程。從早期建立的一些經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，發(fā)展為后來的理想熱力學(xué)溫標(biāo)和絕對氣體溫展為后來的理想熱力學(xué)溫標(biāo)和絕對氣體溫標(biāo)。到現(xiàn)今使用具有較高精度的國際實(shí)用標(biāo)。到現(xiàn)今使用具有較高精度的國際實(shí)用溫標(biāo)，其間經(jīng)歷了幾百年時間。溫標(biāo)，其間經(jīng)歷了幾百年

6、時間。1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱為定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo) 17141714年德國人法勒海特年德國人法勒海特(Fahrenheit)(Fahrenheit)以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計(jì)的零度，人體水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計(jì)的零度，人體溫度為溫度計(jì)的溫度為溫度計(jì)的100100度，把水銀溫度計(jì)從度，把水銀溫度計(jì)從0 0度到度到l00l00度按水銀的體積膨脹度按

7、水銀的體積膨脹距離分成距離分成100100份，每一份為份，每一份為1 1華氏度，記作華氏度，記作“1”1”。按照華氏溫標(biāo)，則。按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)為水的冰點(diǎn)為3232，沸點(diǎn)為，沸點(diǎn)為212212。( (它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為3232華氏度，水的沸點(diǎn)為華氏度，水的沸點(diǎn)為212212華氏度，中間等分為華氏度，中間等分為180180份，每一等份稱為華氏份，每一等份稱為華氏一度一度) ) 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) 17401740年瑞典人攝氏年瑞典人攝氏(Celsius)(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定為為0 0度

8、，水的沸點(diǎn)規(guī)定為度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100100度。根據(jù)水這兩個固定溫度點(diǎn)來對玻璃水銀度。根據(jù)水這兩個固定溫度點(diǎn)來對玻璃水銀溫度計(jì)進(jìn)行分度。兩點(diǎn)間作溫度計(jì)進(jìn)行分度。兩點(diǎn)間作100100等分，每一份稱為等分，每一份稱為1 1攝氏度。記作攝氏度。記作11。 攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為 T = t + 32 式中式中 T華氏溫度值華氏溫度值; t攝氏溫度值。攝氏溫度值。 除華氏和攝氏外，還有一些類似經(jīng)驗(yàn)除華氏和攝氏外，還有一些類似經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)如列氏、蘭氏等，這里不再一一列舉。溫標(biāo)如列氏、蘭氏等，這里不再一一列舉。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測溫介質(zhì)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測溫介質(zhì)有關(guān)，有多少種測溫，有多少種

9、測溫介質(zhì)就有多少個溫標(biāo)。介質(zhì)就有多少個溫標(biāo)。 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均依賴于其規(guī)定的測量物質(zhì)，測溫經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均依賴于其規(guī)定的測量物質(zhì)，測溫范圍也不能超過其上、下限范圍也不能超過其上、下限(如攝氏為如攝氏為0、l00)。超過了這個溫區(qū)，攝氏將不能進(jìn)行。超過了這個溫區(qū)，攝氏將不能進(jìn)行溫度標(biāo)定。另外，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)主觀地認(rèn)為其規(guī)溫度標(biāo)定。另外，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)主觀地認(rèn)為其規(guī)定的溫標(biāo)具有很大的局限性，很快就不能適定的溫標(biāo)具有很大的局限性，很快就不能適應(yīng)工業(yè)和科技等領(lǐng)域的測溫需要。應(yīng)工業(yè)和科技等領(lǐng)域的測溫需要。2.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是英國物理學(xué)家開爾文是英國物理學(xué)家開爾文(Kelvin)于于1848年以熱力學(xué)

10、第二定律為基礎(chǔ)所引出的與測溫物質(zhì)年以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)無關(guān)的溫標(biāo),它是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論它是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，是國際單位制中七個基本物理單位之一。溫標(biāo)，是國際單位制中七個基本物理單位之一。熱力學(xué)溫標(biāo)是以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)。熱力學(xué)溫標(biāo)是以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)。卡諾定律指出，卡諾定律指出，一個工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機(jī)，一個工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機(jī)，其效率只與熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱機(jī)從其效率只與熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱機(jī)從溫度為溫度為T2的熱源獲得的熱量為的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為，放給溫度為T1的冷源的熱量

11、為的冷源的熱量為Q1，則有，則有1122QTQT長度單位米長度單位米(m)(m)，質(zhì)量單位千克，質(zhì)量單位千克(kg)(kg)，時間單位秒，時間單位秒(s)(s)，溫度單位，溫度單位開爾文開爾文(K)(K)，電流單位安培，電流單位安培(A)(A)，物，物質(zhì)的量的單位摩爾質(zhì)的量的單位摩爾(mol)(mol)，發(fā)光強(qiáng)，發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉度單位坎德拉(cd(cd) ) 開爾文引出此溫標(biāo)后，于1854年建議用一個固定點(diǎn)來確定此溫標(biāo)。人們發(fā)現(xiàn)水的三相點(diǎn)(273.16K)的穩(wěn)定性。因此，1954年第10屆國際計(jì)量大會決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫際的基本固定點(diǎn)此溫標(biāo)的表達(dá)式為： 這種溫標(biāo)的最大特點(diǎn)是與選用的

12、測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨測溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱它為科學(xué)的溫標(biāo)或絕對熱力學(xué)溫標(biāo)。由此而得的溫度稱為熱力學(xué)溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學(xué)溫標(biāo)作為基準(zhǔn)。2273.161QTKQ該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時對應(yīng)的溫度把理想氣體壓力為零時對應(yīng)的溫度絕對零度（是在實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到的理論絕對零度（是在實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到的理論溫度，而低于溫度，而低于0 K的溫度不可能存在）的溫度不可能存在）與水的三相點(diǎn)溫度分為與水的三相點(diǎn)溫度分為27316份，每份，每份為份為1 K (Kelvin) 。熱力學(xué)溫度的單位熱力學(xué)溫度的單位為為“K”。3.

13、絕對氣體溫標(biāo)絕對氣體溫標(biāo) 從理想氣體狀態(tài)方程入手，來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)叫絕對氣體從理想氣體狀態(tài)方程入手，來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)叫絕對氣體溫標(biāo)。由波義耳定律：溫標(biāo)。由波義耳定律： PV=RT 式中式中 P一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)；一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)； V該氣體的體積；該氣體的體積； R普適常數(shù)；普適常數(shù)； T熱力學(xué)溫度。熱力學(xué)溫度。 理想氣體僅是一種數(shù)學(xué)模型，實(shí)際上并不存在，故只能用理想氣體僅是一種數(shù)學(xué)模型，實(shí)際上并不存在，故只能用真實(shí)氣體來制作氣體溫度計(jì)。真實(shí)氣體來制作氣體溫度計(jì)。由于在用氣體溫度計(jì)測量溫度時，由于在用氣體溫度計(jì)測量溫度時，要對其讀數(shù)進(jìn)行許多修正又需依據(jù)許多高精度、高難度的精確要對其讀數(shù)進(jìn)

14、行許多修正又需依據(jù)許多高精度、高難度的精確測量；因此直接用氣體溫度計(jì)來統(tǒng)一國際溫標(biāo)，不僅技術(shù)上難測量；因此直接用氣體溫度計(jì)來統(tǒng)一國際溫標(biāo)，不僅技術(shù)上難度很大、很復(fù)雜，而且操作非常繁雜、困難。度很大、很復(fù)雜，而且操作非常繁雜、困難。4.國際實(shí)用溫標(biāo)和國際溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)和國際溫標(biāo) 經(jīng)國際協(xié)議產(chǎn)生的國際實(shí)用溫標(biāo)，其指導(dǎo)思想是要它盡經(jīng)國際協(xié)議產(chǎn)生的國際實(shí)用溫標(biāo)，其指導(dǎo)思想是要它盡可能地接近熱力學(xué)溫標(biāo)，復(fù)現(xiàn)精度要高，且使用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)可能地接近熱力學(xué)溫標(biāo)，復(fù)現(xiàn)精度要高，且使用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，制作較容易，性能穩(wěn)定，使用方便，從而使的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，制作較容易，性能穩(wěn)定，使用方便，從而使各國均能以很高的

15、準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)該溫標(biāo)，保證國際上溫度量值各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)該溫標(biāo)，保證國際上溫度量值的統(tǒng)一。的統(tǒng)一。 第一個國際溫標(biāo)是第一個國際溫標(biāo)是19271927年第七屆國際計(jì)量大會年第七屆國際計(jì)量大會決定采用的國際實(shí)用溫標(biāo)。此后在決定采用的國際實(shí)用溫標(biāo)。此后在19481948、19601960、19681968年經(jīng)多次修訂，形成了近年經(jīng)多次修訂，形成了近2020多年各國普遍采用多年各國普遍采用的國際實(shí)用溫標(biāo)稱為的國際實(shí)用溫標(biāo)稱為(IPTS(IPTS一一68)68)。 19891989年年7 7月第月第7777屆國際計(jì)量委員會批準(zhǔn)建立了新屆國際計(jì)量委員會批準(zhǔn)建立了新的國際溫標(biāo)，簡稱的國際溫標(biāo)，簡稱IT

16、SITS一一9090。為和。為和IPTSIPTS一一6868溫標(biāo)相區(qū)溫標(biāo)相區(qū)別，用表示別，用表示ITSITS一一9090溫標(biāo)。溫標(biāo)。ITSITS一一9090基本內(nèi)容為：基本內(nèi)容為：（1）重申國際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為）重申國際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為K，1 K等于水等于水的三相點(diǎn)時溫度值的的三相點(diǎn)時溫度值的1/273.16；（2）把水的三相點(diǎn)時溫度值定義為）把水的三相點(diǎn)時溫度值定義為0.01（攝（攝氏度），同時相應(yīng)把絕對零度修訂為氏度），同時相應(yīng)把絕對零度修訂為-273.15；這樣國際攝氏溫度這樣國際攝氏溫度 （）和國際實(shí)用溫度）和國際實(shí)用溫度 （K）關(guān)系為：）關(guān)系為： 9090273.15tT90t90T

17、 第一溫區(qū)第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間， T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義。 第二溫區(qū)第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間，T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義。 第三溫區(qū)第三溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78)之間，T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義。它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)及利用規(guī)定的內(nèi)插法來分度。 第四溫區(qū)第四溫區(qū)為銀凝固點(diǎn)(961.78)以上的溫區(qū)，T90是按普朗克輻射定律來定義的，復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì)。（3）規(guī)定把整個溫標(biāo)分成）規(guī)定把整個溫標(biāo)分成4個溫區(qū)，其相應(yīng)的個溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下；標(biāo)準(zhǔn)儀器如下； （4） 新確新確

18、認(rèn)和規(guī)定認(rèn)和規(guī)定17個固定點(diǎn)溫個固定點(diǎn)溫度值以及借度值以及借助依據(jù)這些助依據(jù)這些固定點(diǎn)和規(guī)固定點(diǎn)和規(guī)定的內(nèi)插公定的內(nèi)插公式分度的標(biāo)式分度的標(biāo)準(zhǔn)儀器來實(shí)準(zhǔn)儀器來實(shí)現(xiàn)整個熱力現(xiàn)整個熱力學(xué)溫標(biāo)。學(xué)溫標(biāo)。三、標(biāo)定三、標(biāo)定 對溫度計(jì)的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法對溫度計(jì)的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń?biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊H溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)起一系列國際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)(恒溫恒溫)作作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)(或傳感器或傳感器)依次置于依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示

19、值示值(或傳感器的輸出或傳感器的輸出)，并根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定，并根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對溫度計(jì)的內(nèi)插公式對溫度計(jì)(傳感器傳感器)的分度進(jìn)行對比的分度進(jìn)行對比記錄，從而完成對溫度計(jì)的標(biāo)定；被定后的記錄，從而完成對溫度計(jì)的標(biāo)定；被定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來測溫度。溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來測溫度。 更為一般和常用的另一種標(biāo)定方法更為一般和常用的另一種標(biāo)定方法是把被標(biāo)是把被標(biāo)定溫度計(jì)定溫度計(jì)(傳感器傳感器)與已被標(biāo)定好的更高一級與已被標(biāo)定好的更高一級精度的溫度計(jì)精度的溫度計(jì)(傳感器傳感器)，緊靠在一起，共同，緊靠在一起，共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)

20、節(jié)到所選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀所選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲得一系列對應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫，降數(shù)，獲得一系列對應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫，降溫、重復(fù)測試，若這些差值穩(wěn)定，則把記錄溫、重復(fù)測試，若這些差值穩(wěn)定，則把記錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，就成了對被標(biāo)定溫度計(jì)的標(biāo)定。就成了對被標(biāo)定溫度計(jì)的標(biāo)定。四、對測溫的要求四、對測溫的要求 對溫度測量的要求包括以下兩方面： 1足夠的準(zhǔn)確度 2.良好的動態(tài)響應(yīng) 在很多情況下，被測溫度是隨時間而變化的，而且有時變化速率比較快。即要求測溫傳感器有效小的“慣性”，測量線路有足夠高的頻率響應(yīng)。 7

21、72 2 測溫方法的種類和特點(diǎn)測溫方法的種類和特點(diǎn)一、測溫方法分類一、測溫方法分類 按照溫度測量范圍，可分為超低溫、低溫、按照溫度測量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測量。中高溫和超高溫溫度測量。 超低溫一般是指超低溫一般是指010K，低溫指，低溫指10800K，中溫指，中溫指8001900K，高溫指，高溫指19002800K的溫度，的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。以上被認(rèn)為是超高溫。晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象 體積熱膨脹體積熱膨脹 電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波

22、傳播速度變化超聲波傳播速度變化PN結(jié)電動勢結(jié)電動勢晶體管特性變化晶體管特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類類鉑測溫電阻、熱敏電阻鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶鈦酸鍶鋇鈦酸鍶鋇BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動器石英晶體振動器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金按照所用方法之不同，

23、按照所用方法之不同，溫度測量分為接觸式溫度測量分為接觸式和非接觸式兩大類。和非接觸式兩大類。 1. 接觸式測溫接觸式測溫 接觸式的特點(diǎn)是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。：直觀可靠。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測溫度場的分布，響應(yīng)差、：是感溫元件影響被測溫度場的分布，響應(yīng)差、接觸不良等都會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐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。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、非接觸式測溫、非接觸式測溫

24、 非接觸測溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被非接觸測溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，測對象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)。故可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，：具有不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，測溫上限可設(shè)計(jì)得很高，響應(yīng)可達(dá)微秒、納秒級，測溫上限可設(shè)計(jì)得很高，響應(yīng)可達(dá)微秒、納秒級，便于測量運(yùn)動物體的溫度和快速變化的溫度。便于測量運(yùn)動物體的溫度和快速變化的溫度。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣：受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。等外界因素的影響，其測量

25、誤差較大。 接觸式測溫與非接觸式測溫各有所長，隨著近代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，采用非接觸式來測溫已顯得愈來愈重要?，F(xiàn)比較如下：現(xiàn)比較如下： 1)1)接觸式測溫是將測溫元件與被測對象相接接觸式測溫是將測溫元件與被測對象相接觸進(jìn)行的，需要一定的時間使兩者達(dá)到熱觸進(jìn)行的，需要一定的時間使兩者達(dá)到熱 平衡，因此產(chǎn)生測溫的滯后現(xiàn)象一般較大，平衡，因此產(chǎn)生測溫的滯后現(xiàn)象一般較大，且不適于測量小物體溫度；同時測溫元件易且不適于測量小物體溫度；同時測溫元件易破壞被測對象溫度場，并有可能與之產(chǎn)生化破壞被測對象溫度場，并有可能與之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。而非接觸式是通過被測對象的熱輻學(xué)反應(yīng)。而非接觸式是通過被測對象的熱輻射進(jìn)行的，

26、反應(yīng)速度一般比較快，且不會破射進(jìn)行的，反應(yīng)速度一般比較快，且不會破壞被測對象的溫度場。壞被測對象的溫度場。2)2)接觸式溫度計(jì)簡單、可靠、測試精確，一接觸式溫度計(jì)簡單、可靠、測試精確，一般為刻度的般為刻度的1 1左右。而非接觸式溫度計(jì)由左右。而非接觸式溫度計(jì)由于受物體的發(fā)射率，被測對象到儀表之間于受物體的發(fā)射率，被測對象到儀表之間的距離、煙塵積水蒸氣等的影響，其測試的距離、煙塵積水蒸氣等的影響，其測試誤差較大，一般為誤差較大，一般為1010左右，但它在原理左右，但它在原理上沒有溫度上限的限制，適宜于高溫測試。上沒有溫度上限的限制，適宜于高溫測試。接觸式受耐高溫材料的限制，不能用于測接觸式受耐高

27、溫材料的限制，不能用于測試很高的溫度。試很高的溫度。3)3)接觸式對運(yùn)動狀態(tài)的物體的測溫有困難，但可接觸式對運(yùn)動狀態(tài)的物體的測溫有困難，但可以測試任何地點(diǎn)的溫度。非接觸式易于進(jìn)行運(yùn)以測試任何地點(diǎn)的溫度。非接觸式易于進(jìn)行運(yùn)動物體的測溫，一般用于測試表面溫度。動物體的測溫，一般用于測試表面溫度。二、溫度計(jì)的選用原則二、溫度計(jì)的選用原則1)1)測溫范圍的大小和精度要求。測溫范圍的大小和精度要求。2 2）測溫元件的大小適當(dāng)與否。）測溫元件的大小適當(dāng)與否。3)3)在被測對象溫度隨時間變化的場合，測在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。4)被測對象和

28、環(huán)境條件對測溫元件是否有被測對象和環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。損害。接觸式與非接觸式測溫特點(diǎn)比較接觸式與非接觸式測溫特點(diǎn)比較 方方 式式 接接 觸觸 式式 非非 接接 觸觸 式式 測量測量 條件條件 感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度感溫元件能承受的上限溫度; ;被測對象不對感溫被測對象不對感溫元件產(chǎn)生腐蝕元件產(chǎn)生腐蝕 需準(zhǔn)確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對需準(zhǔn)確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對象的輻射能充分照射到檢測元件上象的輻射能充分照射到檢測

29、元件上 測量測量 范圍范圍 特別適合特別適合12001200以下、熱容大、無腐蝕性以下、熱容大、無腐蝕性 對象的連續(xù)在線測溫，對高于對象的連續(xù)在線測溫，對高于l 300l 300以上以上 的溫度測量較困難的溫度測量較困難 原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但但10001000以下，測量誤差大，能測運(yùn)動物以下，測量誤差大，能測運(yùn)動物 體和熱容小的物體溫度體和熱容小的物體溫度 精精 度度 工業(yè)用表通常為工業(yè)用表通常為1.01.0、0.50.5、0.20.2及及0.10.1級，級，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.010.01級級 通常為通常為1.01.0、1.5

30、1.5、2.52.5級級 響應(yīng)響應(yīng) 速度速度慢，通常為秒級慢，通常為秒級 快，通常為微秒至毫秒快，通常為微秒至毫秒 其它其它 特點(diǎn)特點(diǎn) 整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維 護(hù)方便、價格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被護(hù)方便、價格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被 測物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中 測量與控制系統(tǒng)測量與控制系統(tǒng) 整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測煩、價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表現(xiàn)溫度物體表現(xiàn)溫度( (需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換) )；不

31、易組成；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置測溫、控溫一體化的溫度控制裝置 各種溫度檢測方法及其測溫范圍各種溫度檢測方法及其測溫范圍7-3 7-3 接觸式測溫方法接觸式測溫方法 根據(jù)測溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測溫又可分為膨脹根據(jù)測溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測溫又可分為膨脹 (包包括液體和固體膨脹括液體和固體膨脹) 式，熱阻式，熱阻 (包括金屬熱電阻和半導(dǎo)包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻體熱電阻) 式、熱電式、熱電(包括熱電偶和包括熱電偶和PN結(jié)結(jié))式等多種形式。式等多種形式。一、一、 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法 膨脹式測溫是基于物體受熱時產(chǎn)生膨脹的原理，膨脹式測溫是基于物體受熱時產(chǎn)生膨脹的原理，分分

32、為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。一般膨脹式溫度測量一般膨脹式溫度測量大都在大都在-50550范圍內(nèi)，用于那些溫度測量或控制范圍內(nèi)，用于那些溫度測量或控制精度要求較低，不需自動記錄的場合。精度要求較低，不需自動記錄的場合。 膨脹式溫度計(jì)種類很多，按膨脹基體可分成液體膨膨脹式溫度計(jì)種類很多，按膨脹基體可分成液體膨脹式脹式玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)及固體玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)及固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)膨脹式雙金屬溫度計(jì)。 玻璃溫度計(jì)按使用方式又可分全浸式和局浸式兩大類。玻璃溫度計(jì)按使用方式又可分全浸式和局浸式兩大類。 全浸式即是把玻璃溫度計(jì)液柱全

33、部浸沒在被測介質(zhì)中。此全浸式即是把玻璃溫度計(jì)液柱全部浸沒在被測介質(zhì)中。此種方式特點(diǎn)是測溫準(zhǔn)確度高，但讀刻度困難，使用操作不便。種方式特點(diǎn)是測溫準(zhǔn)確度高，但讀刻度困難，使用操作不便。 局浸式為溫度計(jì)液柱部分局浸式為溫度計(jì)液柱部分(固定長度固定長度)浸入被測介質(zhì)中，部浸入被測介質(zhì)中，部分暴露在空氣中。此種方式特點(diǎn)是讀數(shù)容易，但測量誤差較大，分暴露在空氣中。此種方式特點(diǎn)是讀數(shù)容易，但測量誤差較大，即使采取修正措施其誤差比全浸式仍要大好幾倍或更多。即使采取修正措施其誤差比全浸式仍要大好幾倍或更多。1.玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì) 玻璃液體溫度計(jì)簡稱玻璃溫度計(jì)，是一種直讀式儀表。玻璃液體溫度計(jì)簡稱玻璃溫度計(jì)，是

34、一種直讀式儀表。水銀是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為水銀是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為-38.9、測溫、測溫上限為上限為538。對于較低溫度測量，可以用其它有機(jī)液體。對于較低溫度測量，可以用其它有機(jī)液體(如如酒精下限為酒精下限為-62，甲苯下限為，甲苯下限為-90，而戊烷則可達(dá)，而戊烷則可達(dá)-20l)。玻璃溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，價格低廉，測溫范圍玻璃溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，價格低廉，測溫范圍較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場直接讀數(shù)，一般無需能源，易破較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場直接讀數(shù)，一般無需能源，易破損，測溫值難自動遠(yuǎn)傳記錄等特點(diǎn)。損，測溫值難自動遠(yuǎn)傳記錄等特點(diǎn)。 壓力溫度計(jì)結(jié)

35、構(gòu)示意圖 這類壓力溫度計(jì)其毛細(xì)這類壓力溫度計(jì)其毛細(xì)管細(xì)而長管細(xì)而長(規(guī)格為規(guī)格為160m)它的作用主要是傳它的作用主要是傳遞壓力，長度愈長，則遞壓力，長度愈長，則使溫度計(jì)響應(yīng)愈慢，在使溫度計(jì)響應(yīng)愈慢，在長度相等條件下，管愈長度相等條件下，管愈細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高。細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高。壓力溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)相比，具有強(qiáng)度大、壓力溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)相比，具有強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕不易破損、讀數(shù)方便，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕性較差等特點(diǎn)。性較差等特點(diǎn)。壓力溫度計(jì)測溫范圍下限能達(dá)壓力溫度計(jì)測溫范圍下限能達(dá)-100-100以下，上限最高可達(dá)以下，上限最高可達(dá)600600，常用于汽常用于汽

36、車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)的油、水系統(tǒng)的車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)的油、水系統(tǒng)的溫度測量。溫度測量。 2.壓力溫度計(jì)壓力溫度計(jì)壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)其測溫功能的。壓力溫度原理實(shí)現(xiàn)其測溫功能的。壓力溫度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它計(jì)的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它由充有感溫介質(zhì)的感溫包、傳遞壓由充有感溫介質(zhì)的感溫包、傳遞壓力元件力元件(毛細(xì)管毛細(xì)管)及壓力敏感元件齒輪及壓力敏感元件齒輪或杠桿傳動機(jī)構(gòu)、指針和讀數(shù)盤組或杠桿傳動機(jī)構(gòu)、指針和讀

37、數(shù)盤組成。成。3. 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)固體長度隨溫度變化的情況可用下式表示，即 式中 固體在溫度 時的長度；固體在溫度 時的長度；固體在溫度 ， 之間的平均線膨脹系數(shù)?；诠腆w受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片測量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成線膨脹系數(shù)差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件（俗稱雙金屬溫度計(jì)）。雙金屬片感溫元件（俗稱雙金屬溫度計(jì)）。當(dāng)溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。10101LLk ttk1L0L1t1t0t0t 雙金屬溫度計(jì)原理圖在一端固定的情況下

38、，如果溫度升高，下面的金屬在一端固定的情況下，如果溫度升高，下面的金屬B（例如黃銅）因熱膨脹而伸長，上面的金屬（例如黃銅）因熱膨脹而伸長，上面的金屬A（例如（例如因瓦合金）卻幾乎不變。致使雙金屬片向上翹，溫度因瓦合金）卻幾乎不變。致使雙金屬片向上翹，溫度越高則產(chǎn)生的線膨脹差越大，引起的彎曲角度也越大。越高則產(chǎn)生的線膨脹差越大，引起的彎曲角度也越大。其關(guān)系可用下式表示：其關(guān)系可用下式表示：式中式中 x雙金屬片自由端的位移，雙金屬片自由端的位移，mm； l雙金屬片的長度，雙金屬片的長度，mm； d雙金屬片的厚度，雙金屬片的厚度，mm； 雙金屬片的溫度變化，雙金屬片的溫度變化，； G彎曲率彎曲率(將

39、長度為將長度為100mm，厚度為，厚度為1mm的線狀雙的線狀雙金屬片的一端固定，當(dāng)溫度變化金屬片的一端固定，當(dāng)溫度變化1(1K)時，另一端的位移稱時，另一端的位移稱為彎曲率為彎曲率)，取決于頭金屬片的材質(zhì)，通常為，取決于頭金屬片的材質(zhì)，通常為(514)10-6K 。 tdlGx)/(2t 目前，實(shí)際采用的雙金屬材料及測溫范圍：目前，實(shí)際采用的雙金屬材料及測溫范圍：100以下，以下，通常采用黃銅與通常采用黃銅與34鎳鋼；鎳鋼；150以下，通常采用黃銅與因以下，通常采用黃銅與因瓦合金；瓦合金；250以上，通常采用蒙乃爾高強(qiáng)度耐蝕鎳合金與以上，通常采用蒙乃爾高強(qiáng)度耐蝕鎳合金與3442鎳鋼。雙金屬溫度

40、計(jì)不僅可用于測量溫度，而且鎳鋼。雙金屬溫度計(jì)不僅可用于測量溫度，而且還可方便地用作簡單溫度控制裝置還可方便地用作簡單溫度控制裝置(尤其是開關(guān)的尤其是開關(guān)的“通通斷斷”控制控制)。二、熱阻式測溫方法二、熱阻式測溫方法 基于熱電阻原理測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值基于熱電阻原理測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。到測溫的目的。 用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性；另外，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，

41、同時價格盡可能便宜。 熱電阻測溫的優(yōu)點(diǎn)是信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可熱電阻測溫的優(yōu)點(diǎn)是信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻主熱電阻主要缺點(diǎn)要缺點(diǎn)是需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現(xiàn)象以是需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現(xiàn)象以及測量溫度不能太高。及測量溫度不能太高。 常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。阻。1. 鉑電阻測溫鉑電阻測

42、溫 鉑電阻的電阻率較大，電阻鉑電阻的電阻率較大，電阻溫度關(guān)系呈非線性，測溫度關(guān)系呈非線性，測溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。國標(biāo)介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。國標(biāo)ITS一一90規(guī)定，在規(guī)定，在-2593463074溫度范圍內(nèi)，以鉑溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度儀器。電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度儀器。 鉑的純度用百度電阻比鉑的純度用百度電阻比W100表示。它是鉑電阻在表示。它是鉑電阻在100時電阻值時電阻值R100與與O時電阻值時電阻值R0之比，即之比，即W100R

43、100R0。W100越大，其純度越高。目前技術(shù)已達(dá)到越大，其純度越高。目前技術(shù)已達(dá)到W1001.3930，其相應(yīng)的鉑純度為，其相應(yīng)的鉑純度為99.9995。國標(biāo)。國標(biāo)ITS一一90規(guī)定，作為標(biāo)準(zhǔn)儀器的鉑電阻規(guī)定，作為標(biāo)準(zhǔn)儀器的鉑電阻W 100應(yīng)大于應(yīng)大于1.3925。一。一般工業(yè)用鉑電阻的般工業(yè)用鉑電阻的Wl00應(yīng)大于應(yīng)大于1.3850。 目前工業(yè)用鉑電阻分度號為目前工業(yè)用鉑電阻分度號為Pt100和和Pt10，其中，其中Pt100更為常用；而更為常用；而Pt10是用較粗的鉑絲制作的，主要用于是用較粗的鉑絲制作的，主要用于600以上的測溫。以上的測溫。鉑電阻測溫范圍通常最大為鉑電阻測溫范圍通常最

44、大為-200850。當(dāng) 時 當(dāng)時 式中 -溫度為零時鉑熱電阻的電阻值（Ptl00為100，Ptl0為10）； -溫度為t時鉑熱電阻的電阻值； 2000t 0850t 2301100R tRAtBtCtt 201R tRAtBt0R R t33.90802 10/A725.8019 10/BC 1244.27350 10/CC 鉑電阻與溫度的關(guān)系：鉑電阻與溫度的關(guān)系：熱電阻主要由感溫元件、內(nèi)引熱電阻主要由感溫元件、內(nèi)引線、保護(hù)管線、保護(hù)管3部分組成。部分組成。通常還通常還具有與外部測量及控制裝置、具有與外部測量及控制裝置、機(jī)械裝置連接的部件。它的外機(jī)械裝置連接的部件。它的外形與熱電偶相似，使用時

45、要注形與熱電偶相似，使用時要注意避免用錯。意避免用錯。熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。 熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件：架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件： 電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定；電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定； 使用溫度范圍廣、加工方便；使用溫度范圍廣、加工方便； 固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。 能夠滿足上述要求的絲材，最好是純鉑能夠滿足上述要求的絲材，最好是純

46、鉑絲。絲。 絕緣骨架絕緣骨架是用來纏繞、支承或固定熱電是用來纏繞、支承或固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量將直接影響電阻的性阻絲的支架。它的質(zhì)量將直接影響電阻的性能。因此，作為骨架材料應(yīng)滿足如下要求：能。因此，作為骨架材料應(yīng)滿足如下要求：在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；熱膨脹系數(shù)要與熱電阻相近；熱膨脹系數(shù)要與熱電阻相近；物理及化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污物理及化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污染熱電阻絲；染熱電阻絲；足夠的機(jī)械強(qiáng)度及良好的加工性能；足夠的機(jī)械強(qiáng)度及良好的加工性能；比熱小，熱導(dǎo)率大。比熱小，熱導(dǎo)率大。 目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、目前常用的骨架材

47、料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成各種熱電阻感溫元件。陶瓷等。用不同骨架可制成各種熱電阻感溫元件。云母骨架感溫元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：抗機(jī)械振動性云母骨架感溫元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：抗機(jī)械振動性能強(qiáng)，響應(yīng)快。很久以來多用云母作骨架。但是，能強(qiáng)，響應(yīng)快。很久以來多用云母作骨架。但是，由于云母是天然物質(zhì)，其質(zhì)量不穩(wěn)定；即使是優(yōu)由于云母是天然物質(zhì)，其質(zhì)量不穩(wěn)定；即使是優(yōu)質(zhì)云母，在質(zhì)云母，在600以上也要放出結(jié)晶水并產(chǎn)生變以上也要放出結(jié)晶水并產(chǎn)生變形。所以，使用溫度宜在形。所以，使用溫度宜在500以下。以下。 云母骨架感溫元件，因其電阻絲并非完全固云母骨架感溫元件，因其電阻絲并非完全固定，故受熱后引起

48、電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，故受熱后引起電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，但其體積較大，不適宜在狹小場所進(jìn)行測量，定，但其體積較大，不適宜在狹小場所進(jìn)行測量，并且響應(yīng)時間較長是其不足。并且響應(yīng)時間較長是其不足。玻璃骨架感溫元件其特點(diǎn)是：體積小，響玻璃骨架感溫元件其特點(diǎn)是：體積小，響應(yīng)快、抗振性強(qiáng)。因鉑絲已固定在玻璃骨架應(yīng)快、抗振性強(qiáng)。因鉑絲已固定在玻璃骨架上，故在使用中不產(chǎn)生形變，因此，必須選上，故在使用中不產(chǎn)生形變，因此，必須選取與電阻絲具有相同膨脹系數(shù)的玻璃作骨架。取與電阻絲具有相同膨脹系數(shù)的玻璃作骨架。否則，當(dāng)溫度變化時引起膨脹或收縮，就會否則，當(dāng)溫度變化時引起膨脹或收縮，就會改變熱電阻的

49、性能。這種玻璃骨架的軟化點(diǎn)改變熱電阻的性能。這種玻璃骨架的軟化點(diǎn)約為約為450，最高安全使用溫度為，最高安全使用溫度為400，而，而且，低溫到且，低溫到4K仍然可用。仍然可用。陶瓷骨架感溫元件的特點(diǎn)是：體積小、響陶瓷骨架感溫元件的特點(diǎn)是：體積小、響應(yīng)快、絕緣性能好。使用溫度上限可達(dá)應(yīng)快、絕緣性能好。使用溫度上限可達(dá)960。陶瓷骨架的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，不易加工。陶瓷骨架的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，不易加工。 熱電阻的引線形式熱電阻的引線形式 內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。內(nèi)

50、引線通常位于保護(hù)管內(nèi)。因保護(hù)管內(nèi)連接。內(nèi)引線通常位于保護(hù)管內(nèi)。因保護(hù)管內(nèi)溫度梯度大，作為內(nèi)引線要選用純度高、不產(chǎn)溫度梯度大，作為內(nèi)引線要選用純度高、不產(chǎn)生熱電動勢的材料。對于工業(yè)鉑熱電阻而言，生熱電動勢的材料。對于工業(yè)鉑熱電阻而言，中低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既中低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既可降低成本，又能提高感溫元件的引線強(qiáng)度?？山档统杀?，又能提高感溫元件的引線強(qiáng)度。對于銅和鎳熱電阻的內(nèi)引線，一般都用銅、鎳對于銅和鎳熱電阻的內(nèi)引線，一般都用銅、鎳絲。為了減少引線電阻的影響，內(nèi)引線直徑通絲。為了減少引線電阻的影響，內(nèi)引線直徑通常比熱電阻絲的直徑大很多。常比熱電阻絲的直徑大很

51、多。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，三種，如圖所示如圖所示。兩線制兩線制 在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制。這種兩線制熱電阻配線簡單，安裝費(fèi)用式為兩線制。這種兩線制熱電阻配線簡單，安裝費(fèi)用低，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。低，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。從圖中可以看出熱電阻兩引線電阻 和熱電阻 一起構(gòu)成電橋測量臂，這樣當(dāng)引線電阻隨沿線環(huán)境溫度改變引起的阻值變化量 和熱電阻隨被測溫度變化的增量值一起成為有效信號轉(zhuǎn)換成測量信號電壓，從而影響溫度測量精度。 兩線制熱電阻測量電橋 a)示意圖

52、b)等效原理圖WRtR2WRtR 三線制三線制 在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線形式稱為三線制。用它構(gòu)成測量電橋，可以消除內(nèi)線，此種引線形式稱為三線制。用它構(gòu)成測量電橋，可以消除內(nèi)引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測中應(yīng)用最廣。而且，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長或?qū)Ь€途中溫度易發(fā)中應(yīng)用最廣。而且，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長或?qū)Ь€途中溫度易發(fā)生變化的場合必須考慮采用三線制。生變化的場合必須考慮采用三線制。 三線制熱電阻測量電橋 a)示意圖 b)等效原理

53、圖)四線制四線制 在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線。在高精度測量時，在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線。在高精度測量時，要采用如圖所示四線制。此種引線方式不僅可以消除內(nèi)引線電阻要采用如圖所示四線制。此種引線方式不僅可以消除內(nèi)引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時，消除該電阻的影響。還可的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時，消除該電阻的影響。還可以通過以通過CPU定時控制繼電器一對觸點(diǎn)定時控制繼電器一對觸點(diǎn)C和和D的通斷，改變測量熱的通斷，改變測量熱電阻中的電流方向，消除測量過程中的寄生電勢影響。電阻中的電流方向，消除測量過程中的寄生電勢影響。 四 線制熱電阻測量電橋 a)示意圖 b)等效原理圖

54、 四線電阻和三線電阻四線電阻和三線電阻是完會不同的兩個概念，是完會不同的兩個概念，四線電阻主要用于高精度四線電阻主要用于高精度的場盒，四線電阻有一根的場盒，四線電阻有一根導(dǎo)線是用來計(jì)算其導(dǎo)線電導(dǎo)線是用來計(jì)算其導(dǎo)線電阻阻值的，所以幾乎可以阻阻值的，所以幾乎可以完全減去引線的阻值，四完全減去引線的阻值，四線電阻多用于計(jì)量和化工線電阻多用于計(jì)量和化工科研單位做為溫場記錄用科研單位做為溫場記錄用高精度傳感器。大部分工高精度傳感器。大部分工業(yè)一般用三線，三線電阻業(yè)一般用三線，三線電阻和四線電阻的二次顯示表和四線電阻的二次顯示表也有區(qū)別。也有區(qū)別。1）.銅電阻銅電阻銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎

55、呈線性，其材料易提純，價格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在250以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號分別為Cu50和Cul00）一般其工作溫度范圍為-40120。其電阻值與溫度的關(guān)系為：式中 -溫度為零時銅熱電阻的電阻值（Cul00為100, Cu50為50 ）；-溫度為t時銅熱電阻的電阻值；50150t 2301R tRAtBtCt0R R t2.銅電阻和熱敏電阻測溫銅電阻和熱敏電阻測溫2）.半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻對于在低溫段對于在低溫段-50350左右的范圍、測溫要求不高的場左右的范圍、測溫要求不高的場合，目前世界各國，特別是工

56、業(yè)化國家，采用半導(dǎo)體熱敏元件作合，目前世界各國，特別是工業(yè)化國家，采用半導(dǎo)體熱敏元件作溫度傳感器。大量用于各種溫度測量、溫度補(bǔ)償及家電、汽車等溫度傳感器。大量用于各種溫度測量、溫度補(bǔ)償及家電、汽車等要求不高的溫度控制。要求不高的溫度控制。靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大12個數(shù)量級；由于靈個數(shù)量級；由于靈敏度高，可大大降低后面調(diào)理電路的要求；敏度高，可大大降低后面調(diào)理電路的要求； 標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號、規(guī)格，因而標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號、規(guī)格，因而不僅能很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時幾乎無需不僅能很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距

57、離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；考慮連線電阻的影響；體積小體積小(最小珠狀熱敏電阻直徑僅最小珠狀熱敏電阻直徑僅0.10.2 mm)，可用來測，可用來測量量“點(diǎn)溫點(diǎn)溫”熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，能承受較大的沖擊、振動；結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，能承受較大的沖擊、振動；易于大批量生產(chǎn)，成本和價格十分低廉。易于大批量生產(chǎn)，成本和價格十分低廉。 （1）熱敏電阻和熱電阻、熱電偶及其它接觸式感溫元件相比具有）熱敏電阻和熱電阻、熱電偶及其它接觸式感溫元件相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：下列優(yōu)點(diǎn)：阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；阻值與溫度的關(guān)系非線

58、性嚴(yán)重；元件的一致性差，互換性差；元件的一致性差，互換性差； 元件易老化，穩(wěn)定性較差；元件易老化，穩(wěn)定性較差；除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合敏電阻僅適合0150范圍范圍，使用時必，使用時必須注意須注意。 （2）熱敏電阻的主要缺點(diǎn)：）熱敏電阻的主要缺點(diǎn)：三、熱電偶（熱電式測溫方法）三、熱電偶（熱電式測溫方法） 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：一。其優(yōu)點(diǎn)是： 測量精度高。測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。測量范圍

59、廣。常用的熱電偶從常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如（如鎢鎢-錸）。錸）。 構(gòu)造簡單，使用方便。構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成。種不同的金屬絲組成。1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 熱電偶是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)將溫度的變熱電偶是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電勢變化的元件?；D(zhuǎn)換為電勢變化的元件。 所謂熱電效應(yīng)是指兩種不同導(dǎo)體所謂熱電效應(yīng)是指兩種不同導(dǎo)體A、B的兩端連接成如圖的兩端連

60、接成如圖7 7所示的閉合回路。若使連接點(diǎn)分別處于不同溫度場所示的閉合回路。若使連接點(diǎn)分別處于不同溫度場T0 0和和T（設(shè)（設(shè)TT0），則在回路中產(chǎn)生由于接點(diǎn)溫度差（），則在回路中產(chǎn)生由于接點(diǎn)溫度差（TT0 0）引起的電勢差。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱引起的電勢差。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶，電偶，A和和B稱為熱電極，溫度高的接點(diǎn)稱為熱端（或工稱為熱電極，溫度高的接點(diǎn)稱為熱端（或工作端），溫度低的接點(diǎn)稱為冷端（或自由端）。作端），溫度低的接點(diǎn)稱為冷端（或自由端）。熱電效應(yīng) 熱端 T冷端 T0ABU溫差電勢示意圖 接觸電勢示意圖 熱電效應(yīng)也稱塞貝克效應(yīng)，這一現(xiàn)象在物理學(xué)中已作了