第5章 溫度檢測與儀表

1、劉玉長劉玉長第五章 溫度檢測與儀表第一節(jié) 溫標(biāo)及測溫方法 第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì)第三節(jié) 電阻溫度計(jì)第四節(jié) 輻射溫度計(jì) 第五節(jié) 測溫儀表的選擇及安裝 第六節(jié) 新型溫度傳感器 第七節(jié) 工業(yè)特殊測溫技術(shù)劉玉長劉玉長第一節(jié)溫標(biāo)及測溫方法 一、溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。它。它利用一利用一些物質(zhì)的些物質(zhì)的“相平衡溫度相平衡溫度”作為作為固定點(diǎn)固定點(diǎn)刻在刻在“標(biāo)尺標(biāo)尺”上，而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利上，而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系用一種函數(shù)關(guān)系(內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程)來描述來描述。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。v溫標(biāo)溫

2、標(biāo)三要素三要素：溫度計(jì)、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。：溫度計(jì)、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。v溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(Temperature Standard)，而是溫度標(biāo)尺而是溫度標(biāo)尺(Temperature Scale)的簡稱。的簡稱。國際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常國際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)用的是華氏溫標(biāo)( (美國美國) )、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。溫標(biāo)等。低溫低溫高高溫溫劉玉長劉玉長溫標(biāo)名稱溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)（ ）1714年，年， Fahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)恒定溫度作固定點(diǎn)恒定

3、溫度作固定點(diǎn)(212 和和32 )，這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀，這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計(jì)分成溫度計(jì)分成180等份，每等份定為等份，每等份定為1華氏度華氏度( )。遺憾：把冰點(diǎn)。遺憾：把冰點(diǎn)定為定為32度而不是度而不是0度。度。 列氏溫標(biāo)列氏溫標(biāo)(oR)1731年年Raumur提出：水的冰點(diǎn)被定為列氏提出：水的冰點(diǎn)被定為列氏0度，而沸點(diǎn)則為度，而沸點(diǎn)則為列氏列氏80度度【因?yàn)椤疽驗(yàn)闃?biāo)準(zhǔn)濃度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從標(biāo)準(zhǔn)濃度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從1000單位膨脹到單位膨脹到1080單位單位】。】。 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) ()1742年年Celsius提出：最初定義提出：最初定義“水的冰

4、點(diǎn)定為一百攝氏度，沸水的冰點(diǎn)定為一百攝氏度，沸點(diǎn)定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度點(diǎn)定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用，即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣，第二年將刻度顛倒過來使用，即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣，ITS-90有專門定義。有專門定義。開氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo) (K)1854年年Kelvin提出：把絕對零度提出：把絕對零度(0K)到水的三相點(diǎn)溫度到水的三相點(diǎn)溫度(273.16K)等分為等分為273.16份，每份就是份，每份就是1開氏度。其分度間隔和開氏度。其分度間隔和攝氏溫標(biāo)間隔一致，攝氏溫標(biāo)間隔一致，t(1)=T(1K)。蘭氏溫標(biāo)蘭氏溫標(biāo)(oR)

5、Rankine 溫標(biāo)是美國工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對零溫標(biāo)是美國工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對零度，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為度，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為491.67和和671.67蘭氏度蘭氏度(oR) ，中間，中間分成分成180等分，每一等分為等分，每一等分為1oR 。劉玉長劉玉長幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系攝氏度攝氏度=5(華氏度華氏度-32)/9攝氏度攝氏度=開氏度開氏度-273.15攝氏度攝氏度=5蘭氏度蘭氏度/9-273.15攝氏度攝氏度=1.25列氏度列氏度=華氏度華氏度= 1.8攝氏度攝氏度+32華氏度華氏度= 1.8開氏度開氏度-459.67華氏度華氏度=蘭氏度蘭氏度-459.67華

6、氏度華氏度=2.25列氏度列氏度+32=開氏度開氏度=攝氏度攝氏度+273.15開氏度開氏度= 1.25列氏度列氏度+273.15開氏度開氏度= 5(華氏度華氏度-32)/9 +273.15開氏度開氏度= 5蘭氏度蘭氏度/9 劉玉長劉玉長二、測溫方法及分類 測溫方法很多種，可分為：測溫方法很多種，可分為：v按按測量方法測量方法可分為可分為接觸式接觸式和和非接觸式非接觸式；v按按工作原理工作原理可分為可分為膨脹式、電阻式、熱電式、膨脹式、電阻式、熱電式、 輻射式輻射式等；等；v按按輸出方式輸出方式分，有分，有自發(fā)電型、非電測型自發(fā)電型、非電測型等；等；v按按用途用途分，有分，有基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫

7、度計(jì)基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)。 劉玉長劉玉長物物理理現(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)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動(dòng)勢結(jié)電動(dòng)勢晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、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BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(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可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻

8、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合金合金劉玉長劉玉長應(yīng)用熱膨脹原理測溫應(yīng)用熱膨脹原理測溫 測量原理測量原理物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹 液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì) 固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì) 玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)劉玉長劉玉長體積熱膨脹式 不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。 氣體的體積與熱力學(xué)溫度

9、成正比劉玉長劉玉長裝滿熱水后圖案變得清晰可辨裝滿熱水后圖案變得清晰可辨示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）劉玉長劉玉長變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散散熱風(fēng)扇熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示低溫時(shí)顯示藍(lán)色藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色劉玉長劉玉長紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)劉玉長劉玉長接觸式：接觸式：測溫元件與被測對象接觸，依靠傳熱和對測溫元件與被測對象接觸，依靠傳熱和對 流進(jìn)行熱交換。流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠，測溫精度較高。結(jié)構(gòu)簡單、可靠，測溫精度較高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱

10、交換且達(dá)到平衡后才能測量，這樣交換且達(dá)到平衡后才能測量，這樣容易破壞容易破壞 被測對象的溫度場，被測對象的溫度場，同時(shí)帶來測溫過程的延同時(shí)帶來測溫過程的延 遲現(xiàn)象，不適于測量熱容量小的對象、極高遲現(xiàn)象，不適于測量熱容量小的對象、極高 溫的對象、處于運(yùn)動(dòng)中的對象。不適于直接溫的對象、處于運(yùn)動(dòng)中的對象。不適于直接 對對腐蝕性腐蝕性介質(zhì)測量。介質(zhì)測量。劉玉長劉玉長非接觸式：非接觸式：測溫元件不與被測對象接觸，而是通過熱測溫元件不與被測對象接觸，而是通過熱 輻射進(jìn)行熱交換，或測溫元件接收被測對輻射進(jìn)行熱交換，或測溫元件接收被測對 象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出

11、 被測對象的溫度。被測對象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫，不破從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫，不破 壞被測對象溫度場。非接觸式測溫響應(yīng)快，對壞被測對象溫度場。非接觸式測溫響應(yīng)快，對 被測對象干擾小，可用于測量運(yùn)動(dòng)的被測對象被測對象干擾小，可用于測量運(yùn)動(dòng)的被測對象 和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場合。和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場合。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測量誤差較大，且容易受到外界因素的干擾，測量誤差較大，且 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。 劉玉長劉玉長第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì)v熱電偶是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件熱電偶是目前溫度測量中使用最

12、普遍的傳感元件 之一。之一。v特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣 性小，輸出信號為電信號，便于遠(yuǎn)傳或性小，輸出信號為電信號，便于遠(yuǎn)傳或 信號轉(zhuǎn)換。信號轉(zhuǎn)換。v用途：用來測量流體、固體以及固體壁面的溫度。用途：用來測量流體、固體以及固體壁面的溫度。 微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的 測量。測量。劉玉長劉玉長先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢。結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢。 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端

13、自由端（參考（參考端、冷端、冷端）端） 左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作（工作端、熱端、熱端）端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB一、熱電偶測溫原理一、熱電偶測溫原理熱電極熱電極A A左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作（工作端、熱端、熱端）端） 熱電極熱電極B B熱電極熱電極A A左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作（工作端、熱端、熱端）端） 右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考（參考端、冷端、冷端）端） 熱電極熱電極B B熱電極熱電極A A左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作（工作端、熱端、熱端）端） 劉玉長劉玉長從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 1821 1

14、821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）減?。ㄓ终f明什么？） 。 顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差

15、有關(guān)。個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 劉玉長劉玉長 熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料體或半導(dǎo)體材料A和和B組成閉合回路組成閉合回路(如下圖如下圖)，如果兩個(gè)結(jié)合，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則回路中就會有電流產(chǎn)生。也就是回路點(diǎn)處的溫度不相等，則回路中就會有電流產(chǎn)生。也就是回路中會有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做中會有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)，該效應(yīng)首先由，該效應(yīng)首先由賽貝克發(fā)現(xiàn)，故也稱賽貝克效應(yīng)。賽貝克發(fā)現(xiàn)，故也稱賽貝克效應(yīng)。 回路中所產(chǎn)回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢熱電勢。熱電勢由兩部分組成，

16、由兩部分組成，即即溫差電勢和接溫差電勢和接觸電勢。觸電勢。熱電偶原理圖熱電偶原理圖TT0AB冷端熱端自由端自由端工作端工作端劉玉長劉玉長熱電偶有關(guān)術(shù)語v兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和和B組成閉合回組成閉合回 路，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則該回路，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則該回 路中就會有電動(dòng)勢產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為路中就會有電動(dòng)勢產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)。v回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為熱電勢熱電勢。v稱導(dǎo)體稱導(dǎo)體A,B為為熱電極熱電極。v其中一個(gè)接點(diǎn)通常是焊接在一起被置于測溫場其中一個(gè)接點(diǎn)通常是焊接在一起被置于測溫場 感受被測溫度，

17、稱為感受被測溫度，稱為測量端、熱端測量端、熱端或或工作端工作端； 而另一個(gè)接點(diǎn)遠(yuǎn)離測量端，且要求溫度恒定，而另一個(gè)接點(diǎn)遠(yuǎn)離測量端，且要求溫度恒定， 稱為稱為自由端、冷端自由端、冷端或或參比端參比端。劉玉長劉玉長(一)接觸電勢 電子密度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體電子密度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí)，在其接點(diǎn)處產(chǎn)生材料相互接觸時(shí)，在其接點(diǎn)處產(chǎn)生電勢，該電勢主要取決于兩種材料電勢，該電勢主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低：的性質(zhì)和接觸面溫度的高低： AABB( )ln( )NTKTeTeNT式中，式中， NA(T)和和NB(T) 材料材料A和和B在溫度在溫度T時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度； e 單

18、位電荷，單位電荷，4.80210-10絕對靜電單位；絕對靜電單位； K 波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，1.3810-23J/； T 材料溫度，材料溫度，K。NANB劉玉長劉玉長(二)溫差電勢由于兩端溫度不同，在導(dǎo)體由于兩端溫度不同，在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端產(chǎn)生電勢，溫差或半導(dǎo)體材料兩端產(chǎn)生電勢，溫差電勢的方向是由低溫端指向高溫端，電勢的方向是由低溫端指向高溫端，其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)有關(guān) ：001( ,)d()TTKN tE T TeN式中，式中， N材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；材料的電子密度，是溫度的函數(shù)； T,T0材料兩端的溫度；材料兩端的溫度； t

19、沿材料長度方向的溫度分布。沿材料長度方向的溫度分布。E(T,T0)劉玉長劉玉長(三)熱電偶閉合回路的總熱電動(dòng)勢 閉合回路總熱電動(dòng)勢應(yīng)閉合回路總熱電動(dòng)勢應(yīng)為接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)為接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)和，即和，即 ：0AB0ABB0AB0A0AB( ,)( )( ,)()( ,) lndTTET TETET TETET TKNtNe結(jié)論結(jié)論：(1)只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，且只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，且兩端溫度必須不同；兩端溫度必須不同；(2)熱電勢的大小，只與組成熱電偶的熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的大小材料和材料

20、兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的大小尺寸及沿程溫度分布無關(guān)。尺寸及沿程溫度分布無關(guān)。劉玉長劉玉長二、 熱電偶的基本定律(性質(zhì))(一)均質(zhì)材料定律 由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路，不論沿材料長由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路，不論沿材料長度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢。度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢。 它要求組成熱電偶的兩種材料它要求組成熱電偶的兩種材料A 和和B必須各自都是必須各自都是均質(zhì)的，否則會由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度均質(zhì)的，否則會由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加熱電勢，引入不均勻性誤差。因此在進(jìn)行而產(chǎn)生附加熱電勢，引入不均勻性誤差。因此在進(jìn)行精

21、密測量時(shí)要盡可能對電極材料進(jìn)行均勻性檢查和退精密測量時(shí)要盡可能對電極材料進(jìn)行均勻性檢查和退火處理。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)?；鹛幚?。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)。劉玉長劉玉長(二)中間導(dǎo)體定律 在熱電偶測溫回路中插入第三種在熱電偶測溫回路中插入第三種(或多種或多種)導(dǎo)體導(dǎo)體(如圖如圖中導(dǎo)體中導(dǎo)體C)，只要其兩端溫度相同，則熱電偶回路的總熱，只要其兩端溫度相同，則熱電偶回路的總熱電勢與串聯(lián)的中間導(dǎo)體無關(guān)【證明請參考教材電勢與串聯(lián)的中間導(dǎo)體無關(guān)【證明請參考教材2.2.2.2節(jié)】。節(jié)】。劉玉長劉玉長(三)中間溫度定律 在熱電偶測溫回路中，測量端的溫度為在熱電偶測溫回路中，測量端的

22、溫度為T，連接導(dǎo)線各，連接導(dǎo)線各端點(diǎn)的溫度分別為端點(diǎn)的溫度分別為Tn和和T0(見圖見圖)，如，如A與與A，B與與B的熱電性的熱電性質(zhì)相同，則總的熱電動(dòng)勢等于熱電偶的熱電動(dòng)勢質(zhì)相同，則總的熱電動(dòng)勢等于熱電偶的熱電動(dòng)勢EAB(T,Tn)與與連接導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢連接導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢EA B (Tn ,T0)的代數(shù)和，其中的代數(shù)和，其中Tn為中間溫為中間溫度，即度，即 EABBA(T,Tn,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0) = EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0) 中間導(dǎo)體定律和中間溫度定中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律是工業(yè)熱電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償律是工業(yè)熱電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理

23、論依據(jù)。導(dǎo)線的理論依據(jù)。劉玉長劉玉長(四)參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A，B分別與參考電極分別與參考電極C(標(biāo)準(zhǔn)電極標(biāo)準(zhǔn)電極)組成組成熱電偶熱電偶(如圖如圖)，如果它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，那，如果它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，那么，么，A與與B兩熱電極配對后的熱電動(dòng)勢可按下式求得：兩熱電極配對后的熱電動(dòng)勢可按下式求得：EAB(t,t0)= EAC(t,t0)+ ECB(t,t0)人們多采用人們多采用高純鉑絲作為參考高純鉑絲作為參考電極，這樣可大大電極，這樣可大大簡化熱電偶的選配簡化熱電偶的選配工作。工作。 劉玉長劉玉長三、熱電偶結(jié)構(gòu) 典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)如圖所示。它一般由典型工業(yè)用熱電偶結(jié)

24、構(gòu)如圖所示。它一般由熱電極、熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。劉玉長劉玉長v熱熱 電電 極極：一般金屬：一般金屬0.53.2mm，昂貴金屬，昂貴金屬0.30.6mm，長，長 度與被測物有關(guān)，一般在度與被測物有關(guān)，一般在3002000mm，通常在，通常在350mm左右。左右。v絕絕 緣緣 管管：隔離熱電偶與被測物，一般在室溫下要：隔離熱電偶與被測物，一般在室溫下

25、要5M以上。以上。v保護(hù)套管保護(hù)套管：避免受被測介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷。：避免受被測介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷。v接接 線線 盒盒：固定接線座，連接補(bǔ)償導(dǎo)線。：固定接線座，連接補(bǔ)償導(dǎo)線。(1) 應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢E(t)和溫度和溫度t之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系；之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系；(2) 能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、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；即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能；

26、(3) 要求熱電偶材料有較高的導(dǎo)電率和較低的電阻溫度系數(shù)；要求熱電偶材料有較高的導(dǎo)電率和較低的電阻溫度系數(shù)；(4) 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。于采用統(tǒng)一的分度表。 熱電極材料要求劉玉長劉玉長普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭劉玉長劉玉長普通裝配型熱電偶結(jié)構(gòu)接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 (出廠時(shí)用塑料包裹出廠時(shí)用塑料包裹)熱電偶工作端熱電偶工作端( (熱端熱端) ) 不銹鋼不銹鋼保護(hù)管保護(hù)管 劉玉長劉玉長四、熱電偶的分類 (一)標(biāo)準(zhǔn)

27、熱電偶 國際電工委員會國際電工委員會(IEC)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種電偶為八種(目前我國的國家標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)目前我國的國家標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一一)： B 、R、S、K、N、E、J、T 。S、R、B三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，稱貴金屬熱電偶。成，稱貴金屬熱電偶。K、N、T、E、J五種熱五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成，稱為廉價(jià)金屬熱電偶。金屬的合金制成，稱為廉價(jià)金屬熱電偶。 工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶基本性能見表工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶基本性能見表2-1。劉玉長劉玉長表2-1 工業(yè)用熱電

28、偶測溫范圍 名稱名稱分度號分度號測量范圍測量范圍/適用氣氛適用氣氛穩(wěn)定性穩(wěn)定性鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6B2001800氧化、中性氧化、中性1500，良，良鉑銠鉑銠13鉑鉑R-401600氧化、中性氧化、中性1400，良，良鉑銠鉑銠10鉑鉑S鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅(鋁鋁)K-2701300氧化、中性氧化、中性中等中等鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅N-2701260氧化、中性、氧化、中性、還原還原良良鎳鉻鎳鉻康銅康銅E-2701000氧化、中性氧化、中性中等中等鐵鐵康銅康銅J-40760氧化、中性、氧化、中性、還原、真空還原、真空500，差，差銅銅康銅康銅T-270350氧化、中性、氧化、中性、還原、真空還原、真空

29、-170200，優(yōu)，優(yōu)鎢錸鎢錸3鎢錸鎢錸25WRe3-WRe2502300中性、還原、中性、還原、真空真空中等中等鎢錸鎢錸5鎢錸鎢錸26WRe5-WRe26劉玉長劉玉長幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析 為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？劉玉長劉玉長熱電偶的分度表熱電偶的分度表劉玉長劉玉長(二)非標(biāo)準(zhǔn)化(特殊)熱電偶 1、鎧裝熱電偶、鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬套管封裝，壓實(shí)成可撓的：將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬套管封裝，壓實(shí)成可撓的 堅(jiān)實(shí)組合體堅(jiān)實(shí)組合體(如圖如圖)。特性特性：慣性?。?/p>

30、撓性、機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好。：慣性小；撓性、機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好。適用場合適用場合：可用于快速測溫或熱容量很小的物體的測溫部位，結(jié)：可用于快速測溫或熱容量很小的物體的測溫部位，結(jié) 構(gòu)堅(jiān)實(shí)可耐強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，還可用于高壓設(shè)備上測溫。構(gòu)堅(jiān)實(shí)可耐強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，還可用于高壓設(shè)備上測溫。1-金屬套管；金屬套管；2-絕緣材料；絕緣材料；3-熱電極熱電極 劉玉長劉玉長鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上百米長達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保保護(hù)套管護(hù)套管( (鎧體鎧體) ) BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面劉玉長劉玉長2、快速微型熱電偶v特性特性：測溫元件

31、小，響應(yīng)速度快，無需定期維修，準(zhǔn)確度：測溫元件小，響應(yīng)速度快，無需定期維修，準(zhǔn)確度 較高；較高；v適用場合適用場合：高溫熔體：高溫熔體(鋼水、鐵液等金屬熔體鋼水、鐵液等金屬熔體)的溫度測量。的溫度測量。 目前我國有兩類快速熱電偶，即快速鉑銠熱電偶與目前我國有兩類快速熱電偶，即快速鉑銠熱電偶與 快速鎢錸熱電偶。快速鎢錸熱電偶。 1-外保護(hù)帽；外保護(hù)帽；2-U形石英管；形石英管；3-外紙管；外紙管；4-絕熱水泥；絕熱水泥；5-熱電偶自由端；熱電偶自由端；6-棉花；棉花；7-絕熱紙管；絕熱紙管；8-小紙管；小紙管；9-補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線；10-塑料插件塑料插件 劉玉長劉玉長3、薄膜式熱電偶、薄膜式熱

32、電偶 v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)極薄，約其熱端接點(diǎn)極薄，約0.010.1m。v適用場合適用場合：適于壁面溫度適于壁面溫度300的快速測量。的快速測量。1-熱電極；熱電極；2-工作端；工作端；3-絕緣基板；絕緣基板；4-引出線引出線劉玉長劉玉長4、鎢錸系熱電偶 鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶，鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶，可以測到可以測到24002800高溫。高溫。它的特點(diǎn)是在高溫下易氧化，只能用于真它的特點(diǎn)是在高溫

33、下易氧化，只能用于真空和惰性氣氛中。熱電勢率大約為空和惰性氣氛中。熱電勢率大約為S型的型的2倍，在倍，在2000時(shí)的熱電勢接近時(shí)的熱電勢接近30mV，價(jià)格僅為，價(jià)格僅為S型的型的1/10。WRe熱電偶已成為冶金、材料、航天、航熱電偶已成為冶金、材料、航天、航空及核能等行業(yè)中重要的測溫工具。空及核能等行業(yè)中重要的測溫工具。劉玉長劉玉長五、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償v 為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償(1)根據(jù)熱電偶測溫原理根據(jù)熱電偶測溫原理【E(t,t0)f(t)f(t0)】，只有當(dāng)】，只有當(dāng)參比端溫度參比端溫度t0穩(wěn)定不變且已知時(shí)，才能得到熱電勢穩(wěn)定不變且已知時(shí)，才能得到熱電勢E和被測

34、溫度和被測溫度t的單值函數(shù)關(guān)系。的單值函數(shù)關(guān)系。(2)實(shí)際使用的熱電偶分度表中熱電勢和溫度的對應(yīng)值實(shí)際使用的熱電偶分度表中熱電勢和溫度的對應(yīng)值是以是以t0=0為基礎(chǔ)的，但在實(shí)際測溫中由于環(huán)境和現(xiàn)為基礎(chǔ)的，但在實(shí)際測溫中由于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原因，參比端溫度場條件等原因，參比端溫度t0往往不穩(wěn)定，也不一定往往不穩(wěn)定，也不一定恰好等于恰好等于0，因此需要對熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。，因此需要對熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。常用的冷端補(bǔ)償方法有如下幾種：常用的冷端補(bǔ)償方法有如下幾種：劉玉長劉玉長(一)零度恒溫法(冰浴法)這是一種精度最高的處理方法，可以使這是一種精度最高的處理方法，可以使t0穩(wěn)定地維持穩(wěn)定地維

35、持在在0。將碎冰和純水的混合物放在保溫瓶中，再把細(xì)玻璃。將碎冰和純水的混合物放在保溫瓶中，再把細(xì)玻璃試管插入冰水混合物中，在試管底部注入適量的油類或水銀，試管插入冰水混合物中，在試管底部注入適量的油類或水銀，熱電偶的參比端就插到試管底部，滿足熱電偶的參比端就插到試管底部，滿足t0=0的要求。的要求。 mVABT儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液AB劉玉長劉玉長(二)計(jì)算修正法 原理：在沒有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí)，可以設(shè)法把參比端置于已原理：在沒有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí)，可以設(shè)法把參比端置于已知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的t0，故可根據(jù)分度表查得，故可根據(jù)分度表查得E(t0,0)；

36、根；根據(jù)中間溫度定律公式計(jì)算得到據(jù)中間溫度定律公式計(jì)算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根據(jù)所。然后根據(jù)所測得的熱電勢測得的熱電勢E(t,t0)和查到的和查到的E(t0,0)二者之和再去查熱電偶分度二者之和再去查熱電偶分度表，即可得到被測量的實(shí)際溫度表，即可得到被測量的實(shí)際溫度t。例例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，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境tn中，測得熱電動(dòng)勢中，測得熱電動(dòng)勢E(t,tn)=1.999mV，又用室溫計(jì)測出，又用室溫計(jì)測出tn=21，求實(shí)際溫度，求實(shí)際溫度t。解：查解：查T分度號表得分度號表得E(21,0)=0.830mV

37、，故：，故：E(t,0)= E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830=2.829(mV)再次查分度表，得實(shí)際溫度再次查分度表，得實(shí)際溫度t68。注意：注意：分度表中分度表中68對應(yīng)對應(yīng)2.820mV，69時(shí)的熱電勢為時(shí)的熱電勢為 2.864mV，實(shí)際溫度，實(shí)際溫度 應(yīng)采用應(yīng)采用插值法插值法計(jì)算出來。計(jì)算出來。劉玉長劉玉長(三)冷端補(bǔ)償器法 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：R1=R2=R3=1，采用錳銅絲無感繞制，其電阻，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。溫度系數(shù)趨于零。R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.310-3-1，當(dāng)溫度為，當(dāng)溫度為0時(shí)

38、時(shí)R4=1，R1-4組成不平衡電橋組成不平衡電橋(補(bǔ)償補(bǔ)償器器)。儀表輸入端電壓為熱電勢。儀表輸入端電壓為熱電勢EAB(t,t0)與電橋不平衡電勢與電橋不平衡電勢Uba之之和，即和，即 EE(t,t0)+Uba。劉玉長劉玉長(四)補(bǔ)償導(dǎo)線法 補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫包括常溫)具有與所匹配具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢的標(biāo)稱值相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線。的熱電偶的熱電動(dòng)勢的標(biāo)稱值相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測量裝置，從而可用它們連接熱電偶與測量裝置，從而可將熱電偶的參比端移將熱電偶的參比端移到離被測介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場合到離被測介質(zhì)較

39、遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場合，以免參比端溫度，以免參比端溫度受到被測介質(zhì)的熱干擾。受到被測介質(zhì)的熱干擾。AB0A B00AB0( , )( , )( , )EEt tEt tEt t t0變化頻繁變化頻繁t0較為穩(wěn)定較為穩(wěn)定劉玉長劉玉長1、補(bǔ)償導(dǎo)線類型(1)按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補(bǔ)償原理按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度按使用溫度可分為一般用可分為一般用(0100)和耐熱用和耐熱用(0150)；(4)按精度按精度可分為普通級與精密級?？煞譃槠胀壟c精密級。(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長導(dǎo)線，以節(jié)約

40、貴金屬熱電偶；用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長導(dǎo)線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參比端溫度的修正和測量誤差的減少；于參比端溫度的修正和測量誤差的減少；(3)用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長線，可減小熱電偶回用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。2、補(bǔ)償導(dǎo)線作用(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶用；各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶用； (2)使用

41、時(shí)必須各級相連，切勿將其極性接反；使用時(shí)必須各級相連，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0100及及 0150兩種。兩種。3、補(bǔ)償導(dǎo)線的使用劉玉長劉玉長(五)儀表機(jī)械調(diào)零法(現(xiàn)場近似法) 在不需精確測量的前提下，且熱電偶冷端溫度較為在不需精確測量的前提下，且熱電偶冷端溫度較為穩(wěn)定，可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)先調(diào)整到穩(wěn)定，可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)先調(diào)整到t0(按溫度刻按溫度刻度度)或者毫伏或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度按毫伏刻度)，從而實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償，參見下圖。參見下圖

42、。 該法常見于動(dòng)圈式儀表中。該法常見于動(dòng)圈式儀表中。指針被預(yù)調(diào)指針被預(yù)調(diào)到冷端溫度到冷端溫度(40 C )劉玉長劉玉長六、熱電偶測溫線路 (一)單點(diǎn)測溫基本線路 53211熱電偶；熱電偶；2補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線；3銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線；4溫度補(bǔ)償電橋；溫度補(bǔ)償電橋；5顯示儀表顯示儀表4劉玉長劉玉長(二)多點(diǎn)測溫基本線路 1工作端熱電偶；工作端熱電偶； 2工作端補(bǔ)償導(dǎo)線；工作端補(bǔ)償導(dǎo)線； 3接線板；接線板； 4銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線； 5切換開關(guān)；切換開關(guān)； 6數(shù)字顯示儀；數(shù)字顯示儀； 7參比端補(bǔ)償導(dǎo)線；參比端補(bǔ)償導(dǎo)線； 8參比端熱電偶參比端熱電偶 劉玉長劉玉長(三)兩點(diǎn)溫度差的測量兩點(diǎn)溫度差的測量若熱電動(dòng)勢若

43、熱電動(dòng)勢E與溫度與溫度T呈線性關(guān)系，則呈線性關(guān)系，則t=T1-T2。t BAABAABE=E1E2E1E2T1T2劉玉長劉玉長(四)多點(diǎn)平均溫度的測量多點(diǎn)平均溫度的測量t 1E2E3E1R2R3R 三個(gè)熱電偶工作三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著平在線性區(qū)時(shí)代表著平均溫度。每個(gè)熱電偶均溫度。每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻，且需串聯(lián)較大電阻，且分度與單個(gè)熱電偶一分度與單個(gè)熱電偶一樣。樣。 某一熱電偶壞了某一熱電偶壞了不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。3321EEEE 1233TTTtBABABAT1T2T3劉玉長劉玉長(五)多點(diǎn)溫度和測量多點(diǎn)溫度和測量t 1E2E3E321EEEE 三個(gè)熱電偶工作在三個(gè)熱電偶工

44、作在線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫度之和。任一熱電偶燒度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可壞都可立即知道，且可得到較大的電動(dòng)勢。得到較大的電動(dòng)勢。 每一熱電偶引出的每一熱電偶引出的補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。的冷端處。123tTTTBABABAT1T2T3劉玉長劉玉長第三節(jié)電阻溫度計(jì) 一、熱電阻測溫原理 電阻溫度計(jì)工作原理就是當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫元件的電阻值電阻溫度計(jì)工作原理就是當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，將變化的電阻值作為電信號輸入顯示儀表，通過隨溫度而變化，將變化的電阻值作為電信號輸入顯示儀表，通過測量電路的轉(zhuǎn)換，在儀表上顯示出溫度的變化值

45、。測量電路的轉(zhuǎn)換，在儀表上顯示出溫度的變化值。(一)鉑熱電阻 采用高純度鉑絲繞制成。具有測溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)采用高純度鉑絲繞制成。具有測溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是低溫測溫標(biāo)準(zhǔn)儀器。性好、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是低溫測溫標(biāo)準(zhǔn)儀器。繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵：繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵：(1)鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性越好、測溫精度也愈高；鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性越好、測溫精度也愈高；(2)鉑絲純度常用鉑絲純度常用R100/R0表示，表示，R100和和R0分別表示分別表示100和和0條件條件下的電阻值。對于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫

46、度計(jì)，規(guī)定下的電阻值。對于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定R100/R0 1.3925；對；對于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)，根據(jù)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)，根據(jù)ITS-90，R100/R0=1.38511.3925。劉玉長劉玉長鉑電阻的電阻-溫度關(guān)系v-200t0: Rt= R01+At+Bt2+C(t-100)t3 v0t850: Rt= R0 1+At+Bt2 當(dāng)當(dāng)R100/R0=1.3851時(shí)，時(shí)，A=3.908310-3(-1); B=-5.77510-7(-2); C=-4.18310-12(-4) 鉑電阻的分度號及允許誤差表鉑電阻的分度號及允許誤差表 鉑熱電阻鉑熱電阻測溫范圍測溫范圍分度號分度號R0/ 最

47、大允許誤差最大允許誤差/A級級-200850Pt10Pt10010100(0.15+0.002|t|) B級級Pt10Pt10010100(0.30+0.005|t|)劉玉長劉玉長(二)銅熱電阻 在準(zhǔn)確度要求不高，且溫度較低的場合，可采用在準(zhǔn)確度要求不高，且溫度較低的場合，可采用銅電阻測溫。測溫范圍為銅電阻測溫。測溫范圍為-50150，分度號為，分度號為Cu50和和Cu100，在，在0時(shí)時(shí)R0的阻值分別為的阻值分別為50和和100。銅電阻。銅電阻電阻溫度系數(shù)較大，價(jià)格便宜，但電阻率低，體積大，電阻溫度系數(shù)較大，價(jià)格便宜，但電阻率低，體積大，熱慣性較大。熱慣性較大。銅電阻銅電阻阻值阻值-溫度關(guān)系

48、溫度關(guān)系(ITS-90)為：為：Rt= R0 1+At+Bt(t-100)+ Ct2 (t-100) 式中，式中，A=4.28010-3(-1); B=-9.3110-8(-2); C=1.2310-9(-3)。銅熱電阻的銅熱電阻的允許誤差允許誤差為：為：(0.30+0.006|t|)劉玉長劉玉長(三)其他熱電阻1、鎳熱電阻特點(diǎn)：特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。倍。在在-50150內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4 半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場合下

49、半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場合下(-40350)，它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。，它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀，由于體積可以做得很小，電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀，由于體積可以做得很小，熱慣性小，適合快速測溫；電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高；電阻熱慣性小，適合快速測溫；電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高；電阻值高，在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起的誤差可以忽略；功耗小，值高，在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起的誤差可以忽略；功耗小，適于遠(yuǎn)距離的測量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。適于遠(yuǎn)距離的測量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。 根據(jù)材料組成的不同，熱敏電阻的溫度特性也

50、不一樣。按其根據(jù)材料組成的不同，熱敏電阻的溫度特性也不一樣。按其溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻CTR。2、半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻劉玉長劉玉長二、熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu)工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu) 直徑直徑1 mm的銀的銀絲或鍍銀銅絲絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶云母、石英或陶瓷塑料瓷塑料雙線無感雙線無感繞法繞法外接線路外接線路相連相連電阻絲和電阻絲和電阻支架電阻支架劉玉長劉玉長三、熱電阻測溫線路 熱電阻溫度計(jì)的測量電路最常用的是電橋電路，其測量熱電阻溫度計(jì)的測量電路最常用的是

51、電橋電路，其測量原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導(dǎo)線，原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導(dǎo)線，共兩根導(dǎo)線，這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導(dǎo)共兩根導(dǎo)線，這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導(dǎo)線作為電橋的一臂，利用該不平衡電橋?qū)犭娮枳柚缔D(zhuǎn)換為相線作為電橋的一臂，利用該不平衡電橋?qū)犭娮枳柚缔D(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電勢，再送入顯示應(yīng)的輸出電勢，再送入顯示(或控制或控制)儀表儀表G。內(nèi)引線內(nèi)引線(白白)內(nèi)引線內(nèi)引線(紅紅)熱電阻絲熱電阻絲E(a)原理圖原理圖 (b) 內(nèi)部引線方式內(nèi)部引線方式二線制接法引線方式二線制接法引線方式RtGR1R2R3外接線端外接線端

52、內(nèi)焊接點(diǎn)內(nèi)焊接點(diǎn)優(yōu)缺優(yōu)缺點(diǎn)？點(diǎn)？劉玉長劉玉長三線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a) 內(nèi)部引線方式內(nèi)部引線方式 ;(b) 接法一接法一;(c) 接法二接法二優(yōu)缺點(diǎn)？自熱效應(yīng)與電路設(shè)計(jì)劉玉長劉玉長四線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a) 內(nèi)部引線方式；內(nèi)部引線方式；(b) 測量橋路及其等效電路測量橋路及其等效電路優(yōu)缺點(diǎn)劉玉長劉玉長第四節(jié) 輻射溫度計(jì) 任何物體，其溫度超過絕對零度，都會以電磁波的形式任何物體，其溫度超過絕對零度，都會以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能

53、的和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為那部分輻射，稱為熱輻射熱輻射。 而把能對被測物體熱輻射能量進(jìn)行檢測，進(jìn)而確定被測而把能對被測物體熱輻射能量進(jìn)行檢測，進(jìn)而確定被測物體溫度的儀表，通稱為物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)。輻射式溫度計(jì)的感。輻射式溫度計(jì)的感溫元件不需和被測物體或被測介質(zhì)直接接觸。溫元件不需和被測物體或被測介質(zhì)直接接觸。 輻射測溫方法廣泛應(yīng)用于輻射測溫方法廣泛應(yīng)用于900以上的高溫區(qū)測量中，近以上的高溫區(qū)測量中，近年來隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，測溫的下限已下移到常溫區(qū)，大年來隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，測溫的下限已下移到常溫區(qū)，大大擴(kuò)展了非接觸式測

54、溫的使用范圍。大擴(kuò)展了非接觸式測溫的使用范圍。劉玉長劉玉長一、輻射測溫原理 ( (一一) )普朗克定律普朗克定律 25101(e1)CTEC(二二)維恩公式維恩公式2250151( , )e( , )eCTCTETCETCE=seT4(三三)斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律 劉玉長劉玉長輻射測溫原理及有關(guān)問題 由上面有關(guān)公式可知，在由上面有關(guān)公式可知，在一定波長一定波長下，下，測量物體的測量物體的輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度，可推算出其溫度，這就是輻射溫度計(jì)測溫的，可推算出其溫度，這就是輻射溫度計(jì)測溫的基本原理?；驹?。 由測量原理可知，在輻射式測溫中必須解決以下三由測量原理可知，在輻射式測溫中必須

55、解決以下三個(gè)基本問題：個(gè)基本問題： (1)怎樣測量輻射強(qiáng)度怎樣測量輻射強(qiáng)度 (2)怎樣保證測量在一定波長怎樣保證測量在一定波長(單色光單色光)下進(jìn)行下進(jìn)行 (3)測量結(jié)果中如何考慮輻射率測量結(jié)果中如何考慮輻射率的影響的影響 對于以上問題的不同解答，就產(chǎn)生了不同的輻射式對于以上問題的不同解答，就產(chǎn)生了不同的輻射式溫度計(jì)。溫度計(jì)。劉玉長劉玉長二、亮度高溫計(jì) 依據(jù)物體光譜依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的的關(guān)系關(guān)系，可以測出物體的溫度。，可以測出物體的溫度。類型：光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；硅輻射溫度計(jì)。類型：光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；硅輻射溫度計(jì)。1、燈絲隱滅式光學(xué)

56、高溫計(jì)、燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)1-物鏡物鏡1;2-吸收玻璃吸收玻璃;3-標(biāo)準(zhǔn)燈標(biāo)準(zhǔn)燈;4-目鏡目鏡;5-濾光片濾光片;6-毫伏表毫伏表;7-滑線電阻器滑線電阻器 (a)燈絲太暗；燈絲太暗；(b)燈絲太亮；燈絲太亮；(c)隱絲隱絲(正確正確) 劉玉長劉玉長 (a)工作原理示意圖工作原理示意圖 (b)光調(diào)制器光調(diào)制器光電高溫計(jì)工作原理圖光電高溫計(jì)工作原理圖 1-物鏡物鏡; 2-光柵光柵; 3,5-孔孔; 4-光電器件光電器件; 6-遮光板遮光板;7-調(diào)制片調(diào)制片;8-永久磁鋼永久磁鋼;9-激磁繞組激磁繞組;10-透鏡透鏡;11-反射鏡反射鏡;12-觀察孔觀察孔;13-前置放大器前置放大器;14-主放

57、大鏡主放大鏡;15-反饋鏡反饋鏡;16-電子電位差計(jì)電子電位差計(jì);17-被測物體被測物體2、光電高溫計(jì)劉玉長劉玉長三、比色高溫計(jì) 絕對黑體輻射的兩個(gè)波長絕對黑體輻射的兩個(gè)波長 1和和 2的亮度比等于被測輻射體的亮度比等于被測輻射體在相應(yīng)波長下的亮度比時(shí)，絕對黑體的溫度就稱為這個(gè)被測輻在相應(yīng)波長下的亮度比時(shí)，絕對黑體的溫度就稱為這個(gè)被測輻射體的射體的比色溫度比色溫度。 與與光譜輻射溫度計(jì)光譜輻射溫度計(jì)相比，相比，比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)的的準(zhǔn)確度通常較高準(zhǔn)確度通常較高、更適合在更適合在煙霧、粉塵大煙霧、粉塵大等較等較惡劣環(huán)境惡劣環(huán)境下工作。下工作。WDS-II光電比色高溫計(jì)原理圖光電比色高溫計(jì)原理圖

58、1-物鏡組；物鏡組； 2-通孔成像鏡；通孔成像鏡； 3-調(diào)制盤；調(diào)制盤； 4-同步電機(jī)；同步電機(jī)；5-硅光電池接收器；硅光電池接收器； 6-目鏡；目鏡； 7-倒像鏡；倒像鏡； 8-反射鏡反射鏡劉玉長劉玉長比色式溫度傳感器溫度非接觸比色式溫度傳感器溫度非接觸測量中的應(yīng)用測量中的應(yīng)用 比色式溫度傳感器采用比色式比色式溫度傳感器采用比色式( (雙雙波段波段) )測溫原理實(shí)現(xiàn)對被測目標(biāo)的非接測溫原理實(shí)現(xiàn)對被測目標(biāo)的非接觸測溫，用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。觸測溫，用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn)受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn) ,

59、,測量小目標(biāo)，測量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)充滿，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測量。充滿，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測量。 比色溫度計(jì)比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如: :煙煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場。霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場。劉玉長劉玉長四、輻射溫度計(jì) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射定律，基于被測物體是根據(jù)全輻射定律，基于被測物體的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示

60、儀表及輔助裝置等幾大部分組成。儀表及輔助裝置等幾大部分組成。 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對黑體進(jìn)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對黑體進(jìn)行溫度分度的，因此用它測量非絕對黑體的具體物行溫度分度的，因此用它測量非絕對黑體的具體物體溫度時(shí)，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真體溫度時(shí)，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實(shí)溫度，我們稱該溫度為此被測物體的輻射溫度。實(shí)溫度，我們稱該溫度為此被測物體的輻射溫度。劉玉長劉玉長 輻射溫度計(jì)的敏感元件，分輻射溫度計(jì)的敏感元件，分光電型光電型與與熱敏型熱敏型兩大類。兩大類。全輻射高溫計(jì)原理圖全輻射高溫計(jì)原理圖1-物鏡；物鏡；2-光欄；玻璃泡；光欄；玻璃泡；4-