內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)測(cè)試技術(shù)課后答案第9章溫度測(cè)量

1、第九章溫 度 測(cè) 量第九章 溫度測(cè)量第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、溫度及其測(cè)量一、溫度及其測(cè)量 溫度是用來定量地描述物體冷熱程度的物理量，溫度溫度是用來定量地描述物體冷熱程度的物理量，溫度的測(cè)量是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。通過選擇某一物體同被的測(cè)量是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。通過選擇某一物體同被測(cè)物體相接觸來測(cè)量它的溫度，當(dāng)兩者達(dá)到熱平衡時(shí)，對(duì)測(cè)物體相接觸來測(cè)量它的溫度，當(dāng)兩者達(dá)到熱平衡時(shí)，對(duì)所選物體的物理參量（如液體的體積、導(dǎo)體的電阻等）進(jìn)所選物體的物理參量（如液體的體積、導(dǎo)體的電阻等）進(jìn)行測(cè)量，便可測(cè)出溫度值。行測(cè)量，便可測(cè)出溫度值。二、溫標(biāo)的概念二、溫標(biāo)的概念 溫度的數(shù)值表示是通過建立溫度標(biāo)尺，即溫

2、度的數(shù)值表示是通過建立溫度標(biāo)尺，即溫標(biāo)溫標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。目前常用的是攝氏溫標(biāo)和國際溫標(biāo)。目前常用的是攝氏溫標(biāo)和國際溫標(biāo)。 1、攝氏溫標(biāo)：、攝氏溫標(biāo)：以水銀熱脹冷縮特性為基礎(chǔ)，水的冰點(diǎn)定以水銀熱脹冷縮特性為基礎(chǔ)，水的冰點(diǎn)定為為0，沸水定為，沸水定為100，兩點(diǎn)之間的溫度均勻分為，兩點(diǎn)之間的溫度均勻分為100分分格，每格為格，每格為1度（度（ 1 ）。）。第九章 溫度測(cè)量 2、國際溫標(biāo)：、國際溫標(biāo)：建立在熱力學(xué)理論基礎(chǔ)上的，并規(guī)定以氣建立在熱力學(xué)理論基礎(chǔ)上的，并規(guī)定以氣體溫度計(jì)為基準(zhǔn)儀器，水的三相點(diǎn)體溫度計(jì)為基準(zhǔn)儀器，水的三相點(diǎn)(固相、液相、氣相三固相、液相、氣相三相平衡點(diǎn)相平衡點(diǎn))為為2731

3、6度，以絕對(duì)零度度，以絕對(duì)零度(理想氣體的壓力為理想氣體的壓力為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度零時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度)到水的三相點(diǎn)之間的溫度均勻分為到水的三相點(diǎn)之間的溫度均勻分為27316格，每格稱為格，每格稱為1“開爾文開爾文”(Kalvm)。 1989年第年第27屆國際計(jì)量委員會(huì)屆國際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)通過通過“1990國國際溫標(biāo)際溫標(biāo)”，從，從1990年年1月月1日開始實(shí)施。國際溫標(biāo)同時(shí)使日開始實(shí)施。國際溫標(biāo)同時(shí)使用國際開爾文溫度用國際開爾文溫度(T90)和國際攝氏溫度和國際攝氏溫度(t90)，它們的單位，它們的單位分別為開爾文分別為開爾文(K)和攝氏度和攝氏度()，其相互關(guān)系為，其相互關(guān)系為 t90=

4、T90-273.15第九章 溫度測(cè)量三、測(cè)溫方法與測(cè)溫儀器的分類三、測(cè)溫方法與測(cè)溫儀器的分類 按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 接觸式測(cè)溫 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)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，這是感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。 優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。 缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場的分布，接觸不良等都會(huì)帶來測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。第九章 溫度測(cè)量 2、非接觸式測(cè)溫 非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較

5、高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速度變化的溫度。第九章 溫度測(cè)量3 3、測(cè)溫儀器、測(cè)溫儀器 對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。式兩大類。 接觸式儀器接觸式儀器又可分為又可分為: 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)度計(jì))、 電阻式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)溫度計(jì))、 熱電式溫度計(jì)熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計(jì)結(jié)溫

6、度計(jì))以及其它原理以及其它原理的溫度計(jì)。的溫度計(jì)。 非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)又可分為又可分為輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也按統(tǒng)稱，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也按統(tǒng)稱為為輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)。第九章 溫度測(cè)量v熱電偶是工程應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。v特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高，測(cè)溫范圍寬，適用于信號(hào)的遠(yuǎn)傳，自動(dòng)記錄和集中控制。v微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。9-2 熱電偶溫度計(jì)第九章 溫度測(cè)量v熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端一、熱電效應(yīng)定義定義：兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體：兩種不同的導(dǎo)體或

7、半導(dǎo)體A和和B組成閉合回路，組成閉合回路，若若A和和B的兩連接處溫度不同（設(shè)的兩連接處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。第九章 溫度測(cè)量熱電偶的測(cè)溫原理v把兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的這種組合，稱把兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的這種組合，稱為為熱電偶熱電偶。v溫度高的接點(diǎn)稱為熱端（或工作端），溫溫度高的接點(diǎn)稱為熱端（或工作端），溫度低的接點(diǎn)稱為冷端（或自由端）。度低的接點(diǎn)稱為冷端（或自由端）。v回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)

8、。熱電勢(shì)由兩部分組成，即勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。vA和和B稱為稱為熱電極。熱電極。v閉合回路稱為閉合回路稱為 熱電回路。熱電回路。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端第九章 溫度測(cè)量1. 接觸電勢(shì)BAABNNekTTeln)(eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)原理圖接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-

9、當(dāng)兩種金屬材料當(dāng)兩種金屬材料A A和和B B接觸時(shí)，自由電子就接觸時(shí)，自由電子就要從密度大的金屬材料擴(kuò)散到密度小的金要從密度大的金屬材料擴(kuò)散到密度小的金屬材料中去，從而產(chǎn)生電子的擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)屬材料中去，從而產(chǎn)生電子的擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，自由電子密度大的散達(dá)到平衡時(shí)，自由電子密度大的A A材料材料失去電子帶正電荷，而金屬材料失去電子帶正電荷，而金屬材料B B得到電得到電子帶負(fù)電荷。從而在子帶負(fù)電荷。從而在A A，B B接觸處形成一定接觸處形成一定的電勢(shì)差，這就是接觸電勢(shì)，其大小為：的電勢(shì)差，這就是接觸電勢(shì)，其大小為：第九章 溫度測(cè)量 eA(T，T0)導(dǎo)體導(dǎo)體A兩端溫度為兩端溫度為T、T0時(shí)形成

10、的溫差電動(dòng)勢(shì)；時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)； T，T0高低端的絕對(duì)溫度；高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0時(shí)，銅的時(shí)，銅的 =2V/。2. 溫差電勢(shì)dTTTeTTAA0),(0AeA(T,To)ToT溫差電勢(shì)原理圖在同一金屬材料在同一金屬材料A A中，當(dāng)兩端的溫度不中，當(dāng)兩端的溫度不同，即同，即TTTT0 0時(shí)，兩端電子能量就不同，時(shí)，兩端電子能量就不同，溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散的數(shù)量多，最后達(dá)到溫端向低溫端擴(kuò)散的數(shù)量多，最后達(dá)

11、到平衡。這樣在金屬材料平衡。這樣在金屬材料A A的兩端形成一的兩端形成一定的電位差，即溫度電勢(shì)，其大小為：定的電位差，即溫度電勢(shì)，其大小為：第九章 溫度測(cè)量 由導(dǎo)體材料由導(dǎo)體材料A A、B B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為別為T T、T T0 0, ,如果如果T TT T0 0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：BTATnnekTln00ln0BTATnnekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路總電勢(shì)),(),()()(),(0000T

12、TeTTeTeTeTTEBAABABABnAT、nAT0導(dǎo)體導(dǎo)體A A在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T T和和T T0 0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度； nBT、nBT0導(dǎo)體導(dǎo)體B B在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T T和和T T0 0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度；A 、B導(dǎo)體導(dǎo)體A A和和B B的湯姆遜系數(shù)。的湯姆遜系數(shù)。第九章 溫度測(cè)量熱電偶的測(cè)溫原理v結(jié)論：熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。若兩熱電極A，B材料相同，nA=nB， A =B則無論兩端溫度如何，EAB（T,T0）0.若熱電偶兩端溫度相同， T=T0，則EAB（T,T0）0.熱電勢(shì)與材料的中間溫度無

13、關(guān)，只與兩結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。第九章 溫度測(cè)量熱電偶的測(cè)溫原理v 導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱 電 偶 兩 端 的 溫 度 有 關(guān) 。 如 果 使熱 電 偶 兩 端 的 溫 度 有 關(guān) 。 如 果 使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度就只與溫度T有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是T的單值的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。第九章 溫度測(cè)量熱電偶基本定律二、熱電偶的基本定律v中間導(dǎo)體定律（第三導(dǎo)體定律）一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生

14、的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則 E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0TABCTT三種不同導(dǎo)體組三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路成的熱電偶回路第九章 溫度測(cè)量結(jié)論：將第三導(dǎo)體C接入由A、B組成的熱電偶回路，只要其兩個(gè)接入點(diǎn)的溫度相同，則回路中的熱電勢(shì)保持不變。即：T0TAaBC23EABAT023ABEABTT2 CT0(a)(b)TnTnEAB(T,T0)=EAB(T)-EAB（T0）第三導(dǎo)體 接入熱電偶回路圖熱電偶基本定律第九章 溫度測(cè)量熱電偶基本定律根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不

15、會(huì)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。 ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路第九章 溫度測(cè)量熱電偶基本定律v標(biāo)準(zhǔn)電極定律當(dāng)如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知。成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知。 EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEAB (T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB第九章 溫度測(cè)量熱電偶基本定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律?？梢韵胂?/p>

16、，標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律?？梢韵胂?，純金屬的種類很多，而合金類型更多。因此，要純金屬的種類很多，而合金類型更多。因此，要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，其工作量是極大的。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)其工作量是極大的。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，我們通常選用高純定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，我們通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得各種金屬與純鉑組鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可根據(jù)上式直接計(jì)算合而成的

17、熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可根據(jù)上式直接計(jì)算出來。出來。J 例如：熱端為例如：熱端為100，冷端為，冷端為0時(shí)，鎳鉻合金與純時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，而考銅與純，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV，則鎳鉻和考銅，則鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV第九章 溫度測(cè)量連接導(dǎo)線定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測(cè)量連接導(dǎo)線定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)。的理論基礎(chǔ)。熱電偶基本定律v連接導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，

18、著導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)線A、B相接，接點(diǎn)溫度分別為T，Tn，T0如圖所示，則回路的總熱電勢(shì)為 上式為連接導(dǎo)體定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即回路總熱電勢(shì)等于熱電偶電勢(shì)與連接導(dǎo)線電勢(shì)的代數(shù)和。),(),(),(00TTETTETTTEnBAnABnABABTT0TnTnAABB第九章 溫度測(cè)量熱電偶基本定律v中間溫度定律 熱電回路中的熱電勢(shì)與中間溫度無關(guān).求得參考端溫度為0時(shí)熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系，就可以根據(jù)上式求出參考溫度不等于0時(shí)的熱電勢(shì)。),(),(),(00TTETTETTTEnABnABnABTT0TnTnAABB中間溫度定律是制定熱電勢(shì)分度表的理論基礎(chǔ)中間溫度定律是制定熱電勢(shì)分度表的理論基礎(chǔ)第九章

19、 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)三、常用熱電偶及結(jié)構(gòu)v常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。v所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。v非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測(cè)量。v我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)v熱電偶材料應(yīng)滿足： 物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變； 化學(xué)性能穩(wěn)定，以保

20、證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；熱電勢(shì)高，熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線形的單值函數(shù)關(guān)系。 復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，制造工藝簡單，便于制造。第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)v常用熱電偶種類1鉑鉑銠熱電偶 分度號(hào)S （舊LB3）工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90鉑和10銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測(cè)量溫度：長期：1300、短期：1600。100 時(shí)的熱電勢(shì)：0.634mv第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)v特點(diǎn)： 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。 測(cè)量溫度較高，一般用來測(cè)量

21、1000以上高溫。（高溫?zé)犭娕迹?在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵 蝕，需要用保護(hù)套管。 材料屬貴金屬，成本較高。 熱電勢(shì)較弱。 第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu) 2鎳鉻鎳硅熱電偶 分度號(hào)K（舊EU2）工業(yè)用熱電偶絲：1.22.5mm，實(shí)驗(yàn)室可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(鎳鎳90.5%，鉻，鉻9.5%) 負(fù)極：鎳硅合金(鎳鎳97.5%，硅，硅2.5%)。測(cè)量溫度：長期900，短期1300。100 時(shí)的熱電勢(shì)：4.10mvv特點(diǎn)： 價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大，線性好。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，但在還原性氣體中易被侵蝕。穩(wěn)定性差。第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)3鎳鉻

22、考銅熱電偶 分度號(hào)為E（舊EA2）工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實(shí)驗(yàn)室可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（56銅，44鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：長期600，短期800。100 時(shí)的熱電勢(shì)：6.95mvv特點(diǎn)： 價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。 考銅易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中 使用。第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)4鉑銠30鉑銠6熱電偶 分度號(hào)為B（舊LL2）正極：鉑銠合金（用70鉑，30銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94鉑，6銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)1800。100 時(shí)的熱電勢(shì)：0.034mvv特點(diǎn)： 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量

23、精度高。 測(cè)溫上限高。 低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在50以下可不加補(bǔ)償。 成本高。 第九章 溫度測(cè)量6 6、銅、銅康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)T（ MKMK） 熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻- -鎳硅熱電偶，約為鎳硅熱電偶，約為4.3mV/4.3mV/。它的正極是銅，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè)溫范。它的正極是銅，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè)溫范圍為圍為-200-200+400+400。特點(diǎn)是精度高，。特點(diǎn)是精度高，價(jià)格便宜。在在0 0-200-200范圍內(nèi)，可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，準(zhǔn)確度可達(dá)土范圍內(nèi)，可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，準(zhǔn)確度可達(dá)土0.10.1。缺點(diǎn)是銅極易氧化，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，。缺點(diǎn)是

24、銅極易氧化，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過一般不能超過300300。 5 5、鐵、鐵康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)J J （TKTK） 靈敏度高，約為靈敏度高，約為5.3mV/5.3mV/，線性度好，價(jià)格便宜，線性度好，價(jià)格便宜，可在可在800800以下的還原介質(zhì)中使用。它的正極是鐵以下的還原介質(zhì)中使用。它的正極是鐵，負(fù)負(fù)極是銅鎳合金極是銅鎳合金。測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為-200+1300-200+1300。主要缺點(diǎn)是主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化鐵極易氧化. .常用熱電偶及結(jié)構(gòu)第九章 溫度測(cè)量 幾種持殊用途的熱電偶（1 1）銥和銥合金熱電偶）銥和銥合金熱電偶 如銥50銠銥10釕熱電偶它能在氧化

25、氣氛中測(cè)量高達(dá)2100的高溫。（2 2）鎢錸熱電偶）鎢錸熱電偶 是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍3002000分度精度為1。（3 3）金鐵）金鐵鎳鉻熱電偶鎳鉻熱電偶 主要用在低溫測(cè)量，可在2273 范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10V。（4 4）鈀）鈀鉑銥鉑銥1515熱電偶熱電偶 是一種高輸出性能的熱電偶，在1398時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。 第九章 溫度測(cè)量常用熱電偶及結(jié)構(gòu)v熱電偶的結(jié)構(gòu)工業(yè)

26、用熱電偶v普通工業(yè)裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的變送器，通常和顯示普通工業(yè)裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的變送器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測(cè)量各儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中從種生產(chǎn)過程中從0到到1800范圍的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以范圍的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。熱電偶通常由及固體的表面溫度。熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒管和接線盒等幾個(gè)主要部分組成，等幾個(gè)主要部分組成，工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1接線盒；2保險(xiǎn)套管3絕緣套管4熱電偶絲1234第九章 溫度測(cè)量 常見普通工業(yè)裝配式熱電偶的外形結(jié)構(gòu)

27、常見普通工業(yè)裝配式熱電偶的外形結(jié)構(gòu) (1)(1)熱電極熱電極 又稱偶絲，它是熱電偶的基本組成部分。普又稱偶絲，它是熱電偶的基本組成部分。普通通 金屬做成的偶絲，其直徑一般為金屬做成的偶絲，其直徑一般為0.50.53.2mm3.2mm，貴重金屬做，貴重金屬做成的偶絲，直徑一般為成的偶絲，直徑一般為0.30.30.6mm0.6mm。偶絲的長度則由使用情。偶絲的長度則由使用情況、安裝條件，特別是工作端在被測(cè)介質(zhì)中插入的深度來決況、安裝條件，特別是工作端在被測(cè)介質(zhì)中插入的深度來決定，通常為定，通常為3003002000mm2000mm，常用的長度為，常用的長度為350mm350mm。 常用熱電偶及結(jié)構(gòu)

28、第九章 溫度測(cè)量 (2)(2)絕緣管絕緣管 又稱絕緣子，是用于熱電極之間及熱電極與又稱絕緣子，是用于熱電極之間及熱電極與保護(hù)套管之間進(jìn)行絕緣保護(hù)的零件。形狀一般為圓形或橢圓保護(hù)套管之間進(jìn)行絕緣保護(hù)的零件。形狀一般為圓形或橢圓形。偶絲穿孔而過。材料為粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)等，材料選用視形。偶絲穿孔而過。材料為粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)等，材料選用視使用的熱電偶而定。在室溫下，其絕緣電阻應(yīng)在使用的熱電偶而定。在室溫下，其絕緣電阻應(yīng)在5M5M以上。以上。 (3)(3)保護(hù)套管保護(hù)套管 是用來保護(hù)熱電偶感溫元件免受被測(cè)介質(zhì)是用來保護(hù)熱電偶感溫元件免受被測(cè)介質(zhì)化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷的裝置。保護(hù)套管應(yīng)具有耐高溫、耐腐化學(xué)腐蝕和機(jī)

29、械損傷的裝置。保護(hù)套管應(yīng)具有耐高溫、耐腐蝕的性能，要求導(dǎo)熱性能好，氣密性好。其材料有金屬、非蝕的性能，要求導(dǎo)熱性能好，氣密性好。其材料有金屬、非金屬以及金屬陶瓷三大類。形狀一般為圓柱形。金屬以及金屬陶瓷三大類。形狀一般為圓柱形。 (4)(4)接線盒接線盒 是用來固定接線座和作為連接補(bǔ)償導(dǎo)線的裝是用來固定接線座和作為連接補(bǔ)償導(dǎo)線的裝置。根據(jù)被測(cè)量溫度的對(duì)象及現(xiàn)場環(huán)境條件，設(shè)計(jì)有普通式、置。根據(jù)被測(cè)量溫度的對(duì)象及現(xiàn)場環(huán)境條件，設(shè)計(jì)有普通式、防濺式、防水式和接插座式等四種結(jié)構(gòu)形式防濺式、防水式和接插座式等四種結(jié)構(gòu)形式常用熱電偶及結(jié)構(gòu)第七章 熱電式傳感器第七章 熱電式傳感器第七章 熱電式傳感器第九章

30、溫度測(cè)量熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償四、熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償v從熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)從熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。v由于熱電偶分度表是以冷端溫度為由于熱電偶分度表是以冷端溫度為0時(shí)作出的，時(shí)作出的，因此在使用時(shí)要正確反映熱端溫度因此在使用時(shí)要正確反映熱端溫度(被測(cè)溫度被測(cè)溫度)，最，最好設(shè)法使冷端溫度恒為好設(shè)法使冷端溫度恒為0。v但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y(cè)對(duì)但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y(cè)對(duì)象，且受到周圍環(huán)境溫

31、度的影響，其溫度不是恒象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。定不變的。v為此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，為此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，常用的方法有以下幾種：常用的方法有以下幾種：第九章 溫度測(cè)量1 . 冷端恒溫法（冰浴法）把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABABTCC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T0熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償?shù)诰耪?溫度測(cè)量 2.冷端溫度較正法 用普通室溫計(jì)算出冷端實(shí)際溫度TH，利

32、用公式計(jì)算J例：用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，冷端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49，也不能把49加上21，認(rèn)為T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償?shù)诰耪?溫度測(cè)量熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 3、 補(bǔ)償導(dǎo)線法 為了使冷端溫度

33、保持恒定（最好為0 )，熱電偶可以做得很長，使冷端遠(yuǎn)離工作端，并連同測(cè)量儀表一起放置到恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方。但這種方法一方面安裝使用不方便，另一方面也要多耗費(fèi)許多貴重金屬材料。因此一般是用一導(dǎo)線(稱之為補(bǔ)償導(dǎo)線)將熱電偶的冷端延伸出來。這種補(bǔ)償導(dǎo)線要求在0l00 范圍內(nèi)和所連接的熱電偶應(yīng)具有相同的熱電性能，而其材料又是廉價(jià)金屬。理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)第九章 溫度測(cè)量熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償),(),(),(0221021TTETTETTTEBAABABABABT1T2T2ABT0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E若導(dǎo)線A， B與A， B具有相同的熱電特性，則有：%熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接處的溫度不應(yīng)超過100 ，以

34、免帶來新的誤差。),(),(01021TTETTTEABABAB第九章 溫度測(cè)量第九章 溫度測(cè)量熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償4.補(bǔ)償電橋法v較常用的一種補(bǔ)償方法。v原理：利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。v不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。v設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。v供電4V直流，在040或-2020的范圍起補(bǔ)償作用。第九章 溫度測(cè)量RCu熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 EAB(T,T0)T0T0TAB+-abUR1R2R3RUab注意：橋臂RCu必須和熱

35、電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。mV（T-T0）EAB(T,T0)T0RCU Uab 回路中總電流U保持不變第九章 溫度測(cè)量9-3 熱電阻溫度計(jì)v絕大多數(shù)金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大。利用這一規(guī)律可制成溫度傳感器，與熱電偶對(duì)應(yīng)，就稱為“熱電阻熱電阻”。v目前世界上大多采用鉑和銅兩種金屬作為制造熱電阻的材料。v對(duì)于相對(duì)較低的溫度測(cè)量，用熱電偶測(cè)量輸出的熱電勢(shì)較小，不方便測(cè)量。v熱電阻一般用于200 600的溫度測(cè)量。第九章 溫度測(cè)量熱電阻v熱電阻的特點(diǎn)：測(cè)量精度高；有較大的測(cè)量范圍；易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。v熱電阻材料的特點(diǎn)高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率；良好的輸出特性（近似線性）；使用范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；良好的工藝性。第九章 溫度測(cè)量常用熱電阻一、常用熱電阻 v鉑熱電阻（ 200 850 ） 式中 R0、Rt溫度為0及t時(shí)的鉑電阻的電阻值； A、B、C常數(shù)值，其中： A= 3.9684710-3-1 B= 5.84710-7-2