溫度測量復(fù)件

1、第五章 溫度測量 5.1.1 溫度的概念 5.1 概述 宏觀上：是物體冷、熱程度的表示。 微觀上：是物體內(nèi)部分子運動平均動能的表示。氣體：溫度：內(nèi)涵量，不具有疊加性。溫標(biāo)的研究。 ：分子平均動能；K ：玻爾茲曼常數(shù)；R:摩爾氣體常數(shù)； :摩爾質(zhì)量；固體、液體的溫度:內(nèi)部分子振動、轉(zhuǎn)動的無規(guī)則熱運動激烈程度。5.1.2 溫標(biāo) 5.1 概述 溫標(biāo)三要素： 可實現(xiàn)的固定點溫度； 表示固定點之間溫度的內(nèi)插儀器； 確定相鄰固定溫度點之間的內(nèi)插公式；攝氏溫標(biāo)華式溫標(biāo)開氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)國際溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)經(jīng)驗溫標(biāo)等價！5.1.2 溫標(biāo)5.1 概述 華氏溫度測溫質(zhì)：水銀；測溫特性：水銀柱熱脹冷縮。 固定點：冰

2、、水、氯化銨和氯化鈉混合物的熔點定為零度，以0F表示。把冰的熔點定為32F把水的沸點定為212F；內(nèi)插儀器：水銀玻璃溫度計內(nèi)插公式：在32212的間隔內(nèi)均分180等分，每份1華氏度。華氏溫標(biāo)華氏溫度使用狀況：歐美等英語國家。(華倫海特(GDFahrenheit)攝氏溫度測溫質(zhì)：水銀；測溫特性：水銀柱熱脹冷縮；固定點：冰的熔點為零度(標(biāo)以0)，水的沸點為100度(標(biāo)以100)。內(nèi)插儀器：水銀玻璃溫度計；內(nèi)插公式：在0度和100度之間均分成100等份，每一份也就是1攝氏度。這種規(guī)定辦法就叫攝氏溫標(biāo)。使用國家：亞洲國家、非英語國家(ACelsiuas 瑞典)冰點沸點冷熱程度0100t攝氏溫度與華氏溫

3、度的關(guān)系 同種測溫質(zhì)(水銀)，利用了同樣的測溫特性(水銀柱熱脹冷縮)，即利用了相同的內(nèi)插儀器，但由于規(guī)定的固定點和內(nèi)插公式（分度單位）不同，就造成了兩種不同的溫標(biāo)，從而產(chǎn)生了兩種不同溫度的數(shù)值。F-20-40322068501221002125.1.2 溫標(biāo)5.1 概述 （1）經(jīng)驗溫標(biāo)冰點沸點冷熱程度0100t物質(zhì)1物質(zhì)2溫度計示值與測溫物質(zhì)的關(guān)系冰點沸點冷熱程度0100t物質(zhì)1物質(zhì)2舉例：五種溫度計，測溫質(zhì)分別是氫氣、空氣、鉑絲、電偶和水銀，其測溫的物理性質(zhì)分別為氣體的壓強、電阻、電動勢和水銀的長度；基準(zhǔn)點都是以冰的熔點和水的沸點為0度和100度。 結(jié)論:對應(yīng)同一個冷熱程度，各種溫度計的讀數(shù)

4、是不一樣的。 80.1470水銀溫度計定容氫氣溫度計002019.9094039.8896059.9148079.9861001005.1.2 溫標(biāo)5.1 概述 （2）熱力學(xué)溫標(biāo)在溫度為T1的高溫?zé)嵩次鼰?Q1；在溫度為T2的低溫?zé)嵩捶艧?Q2；卡諾定理：T1T25.1.2 溫標(biāo)5.1 概述 （2）熱力學(xué)溫標(biāo)卡諾定理：定義T2為水三相（固、液、氣）共存溫度（0.01 ） ，為273.16 K。注：僅與傳熱量有關(guān)，與工質(zhì)無關(guān)。任意點溫度為：熱力學(xué)溫標(biāo)如果我們要測某一個物體的溫度，可用任何一種工質(zhì)的卡諾熱機當(dāng)作溫度計，使卡諾熱機運轉(zhuǎn)于欲測物體(欲測其溫度T)和273.16K的熱庫之間，測出吸收和放

5、出的熱量Q1和Q2之比，則溫度為：一支“熱力學(xué)溫度計”就是可逆的卡諾熱機，理論上通，技術(shù)上無法實現(xiàn)！5.1.2 溫標(biāo)5.1 概述 （2）熱力學(xué)溫標(biāo)5.1.2 溫標(biāo)（2）熱力學(xué)溫標(biāo)僅具物理意義理想氣體狀態(tài)方程熱力學(xué)理論證明： 熱力學(xué)溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo) 5.1.2 溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo) 任意點溫度：技術(shù)上可實現(xiàn)，但不方便國際溫標(biāo)。經(jīng)驗溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 理想氣體溫標(biāo) 國際溫標(biāo)5.1.2 溫標(biāo)（3）國際溫標(biāo):ITS-90 （International Temperature Scale-1990） K5.1.2 溫標(biāo)（3）國際溫標(biāo):ITS-90定義的固定點5.1.2 溫標(biāo)（3）國際溫標(biāo):ITS-90定義的固

6、定點5.1.2 溫標(biāo)（3）國際溫標(biāo):ITS-90定義的內(nèi)插儀器 0.655.0K間為3He和4He蒸汽溫度計； 3.024.556K間為3He和4He定容氣體溫度計； 13.8033K961.78間為鉑電阻溫度計； 961.78 以上為光學(xué)或光電溫度計。5.1.2 溫標(biāo)（3）國際溫標(biāo):ITS-90規(guī)定的內(nèi)插公式舉例5.1.3 溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞 基準(zhǔn)溫度計，工作基準(zhǔn)溫度計； 一等標(biāo)準(zhǔn)溫度計和二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計； 工業(yè)用溫度計。 溫度標(biāo)準(zhǔn)定期逐級地校驗比較過程稱為溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。5.1.4 測溫方法及測溫儀器（1）接觸式測溫（2）非接觸式測溫 測溫方法接觸式測溫儀器非接觸式測溫儀器(1) 接觸式測溫含義

7、：測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值（熱電動勢、電阻、熱膨脹等等）代表了被測對象的溫度值。優(yōu)點：直觀可靠、準(zhǔn)確度高。缺點： 感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良會帶來測量誤差，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。 5.1.4 測溫方法及測溫儀器（2）非接觸式測溫 含義：感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射方式進行熱交換。特點：可避免接觸測溫的缺點（不影響溫場分布）；具有較高的測溫上限；非接觸測溫法熱慣性小，可達千分之一秒，便于測量運動物體的溫度和快速度變化的溫度。準(zhǔn)確度低5.1.4 測溫方法及測溫

8、儀器1 接觸式儀器膨脹式溫度計(包括液體和固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計)電阻式溫度計(包括金屬熱電阻溫度計和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計)熱電式溫度計(包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計)2 非接觸式溫度儀 以光輻射為基礎(chǔ)，也稱為輻射溫度計。 如：輻射溫度計、亮度溫度計和比色溫度計、紅外熱相儀； 5.1.4 測溫方法及測溫儀器3 按照溫度測量范圍劃分的溫度計 超低溫、低溫、中、高溫和超高溫溫度測量。超低溫010K低溫指10800K中溫指8001900K高溫指19002800K的溫度超高溫2800K以上5.1.4 測溫方法及測溫儀器特點：構(gòu)造簡單、使用方便、具有較高的準(zhǔn)確度、溫度測量范圍寬；常用測溫范圍：-5

9、0+1600；特殊材料，測溫范圍可擴為:-1802800應(yīng)用極為廣泛5.2 熱電偶測溫5.2 熱電偶測溫5.2.1 熱電效應(yīng)5.2.2 熱電偶基本定律 5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 5.2.4 熱電偶的參比端（冷端）溫度補償 5.2.5 熱電偶測溫回路 5.2.1 熱電效應(yīng)兩種導(dǎo)體的接觸電勢單一導(dǎo)體的溫差電勢熱電偶回路熱電勢熱電效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 方法：兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B兩端牢靠地接觸在一起，組成如圖所示的閉合回路，當(dāng)兩個接觸點(稱為結(jié)點)溫度T和T0不相同時，回路中既可產(chǎn)生電勢，并有電流流通。 TT0TT0TT05.2.1 熱電效應(yīng)5.2

10、熱電偶測溫5.2.1 熱電效應(yīng) TT0 ; A和B的材料不同(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)； T:工作端、熱端、測量端； T0:自由端、冷端、參比端。 5.2 熱電偶測溫?zé)犭妱荩簾犭妱莸臉?gòu)成： 兩種導(dǎo)體的接觸電勢； 單一導(dǎo)體的溫差電勢。兩種導(dǎo)體的接觸電勢 eAB(T)為A、B兩種不同材料在溫度為T時的接觸電動勢，V； K為玻耳茲曼常數(shù)，K=1.38*10-23 J/K； e為電子電荷，e=1.6*10-19C； nA(T)、nB(T)為A、B兩種材料在溫度T時的自由電子密度。5.2.1 熱電效應(yīng)兩種導(dǎo)體的接觸電勢兩種材料在T0時的接觸電勢：回路中A和B的接觸電勢：5.2.1 熱電效應(yīng)單一導(dǎo)體的溫差電勢 eA

11、(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度差為T和T0時形成的溫差電勢，V；湯姆遜系數(shù)，表示單一導(dǎo)體兩端溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電勢，與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。5.2.1 熱電效應(yīng)回路中的溫差電勢為:單一導(dǎo)體的溫差電勢 5.2.1 熱電效應(yīng)5.2.1 熱電效應(yīng) 接觸電勢 溫差電勢 回路中總熱電勢回路中總的熱電勢 分析上式：產(chǎn)生熱電勢必須滿足兩個條件：T T0，即兩種接觸點必須處于不同的溫度；nA nB，即熱電偶必須使用兩種不同的材料。5.2.1 熱電效應(yīng)5.2.1 熱電效應(yīng)式中：規(guī)定：則：5.2.1 熱電效應(yīng)5.2.1 熱電效應(yīng)5.2.2 熱電偶基本定律 （1）均質(zhì)導(dǎo)體定律回路中總的熱電勢： 一種均質(zhì)導(dǎo)體組成

12、閉合回路：nA= nB則：不產(chǎn)生熱電勢。5.2.2 熱電偶基本定律 （2）中間導(dǎo)體定律 從熱電偶原理電路可見，回路中雖有熱電勢，但無法測量；必須接入測量儀表及連接導(dǎo)線；接入儀表相當(dāng)于接入第三種導(dǎo)體。5.2.2 熱電偶基本定律 （2）中間導(dǎo)體定律:回路中總的熱電勢式中：故：5.2.2 熱電偶基本定律 （2）中間導(dǎo)體定律:回路中總的熱電勢故：5.2.2 熱電偶基本定律 （2）中間導(dǎo)體定律 熱電偶回路中接入導(dǎo)體后，如果分開點的溫度相等，即接入導(dǎo)體兩端的溫度相同，則不會影響回路總電勢。接入導(dǎo)體和儀表測量熱電勢的條件和基礎(chǔ)。（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律內(nèi)容：當(dāng)結(jié)點溫度為T和T0時，用A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢

13、等于A、C熱電偶和B、C熱電偶熱電勢的代數(shù)和，即 導(dǎo)體C稱標(biāo)準(zhǔn)電極（鉑） 證明：標(biāo)準(zhǔn)電極定律證畢標(biāo)準(zhǔn)電極定律意義 標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個極為實用的定律。 可以想象，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勢，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，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可根據(jù)該值直接計算出來。例如：熱端為100，冷端為0時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV；銬銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為 -4.0mV；則鎳

14、鉻和銬銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)電極定律2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV（4）連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律意義：工業(yè)上運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)。5.2.2 熱電偶基本定律 連接導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，若導(dǎo)體A和B分別與導(dǎo)線A和B相接；接點溫度分別為T、Tn、T0，如圖所示，則回路總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,Tn) 與連接導(dǎo)線電勢EAB(Tn,T0)之和。 中間溫度定律：當(dāng)A與A、B與B材料分別相同時，則有意義：只要得到參考端溫度T0=0時，工作點溫度為Tn的熱電勢EAB(Tn, T0) ，則通過測量中間溫度的熱電勢EAB(T,Tn)，將兩者直接求和，即

15、可反映出測量端溫度。這是利用熱電勢修正法進行熱電偶冷端補充的基礎(chǔ)。也是熱電勢分度的理論基礎(chǔ)。=0（4）連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律5.2.2 熱電偶基本定律 5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 兩種材料組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以獲得較高的靈敏度，且要求電勢和溫度之間盡可能的成線性關(guān)系；能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理和化學(xué)特性比較穩(wěn)定（較好的耐熱性、抗氧化、抗還原和抗腐蝕性）；具有較高的導(dǎo)電率和較低電阻溫度系數(shù)；工藝性好，利于批量生產(chǎn)。（1）熱電偶的材料(thermoelectric couple)5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 5.

16、2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) （1）貴金屬熱電偶：鉑銠30-鉑銠6(B偶)，鉑銠13-鉑（R偶），鉑銠10-鉑（S偶），測溫范圍寬，性能穩(wěn)定，精度高，熱電勢小，靈敏度低、價格貴。（2）廉價金屬熱電偶：鎳鉻-鎳硅（K偶），鎳鉻-康銅（E偶），靈敏度高，熱電勢大，熱電特性線性度好，價格低，測溫范圍較窄。（3）難熔金屬熱電偶：鎢錸合金構(gòu)成，用于高溫測量。5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) （3）典型結(jié)構(gòu)氧化鋁或工業(yè)陶瓷1000 :熱電極保護套管絕緣套管引線盒減小熱慣性！5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 鎧裝式熱電偶：熱電極、耐高溫金屬粉

17、末（如氧化鋁Al2O3）、不銹鋼套管三者一起拉細而組成一體，外徑0.2512mm不等。（3）典型結(jié)構(gòu)特點：慣性小、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、力學(xué)性能良好、抗振、可撓等。5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) （3）典型結(jié)構(gòu)（科研用）5.2.3 常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu) 鎧裝式熱電偶：（3）典型結(jié)構(gòu)真空蒸鍍或化學(xué)涂層鎳鉻-鎳硅銅康-銅極薄：0.010.1m云母 或 浸漬酚醛塑料60mm*6mm*0.2mm工藝特點：響應(yīng)速度快?。╩s）測溫范圍100 時，易被氧化；測溫范圍：-50+150 。常用銅電阻分度號：Cu100和Cu505.3.2 熱電阻的類型 （2）銅熱電阻5.3.2 熱電阻的類型 表

18、示時的電阻值，（1）普通型熱電阻感溫元件保護套管接線盒與熱電偶類似5.3.3 熱電阻的結(jié)構(gòu)類型 鉑熱電阻5.3.3 熱電阻的結(jié)構(gòu)類型 玻璃燒結(jié)式陶瓷架式云母管架式昂貴雙線無感繞制5.3.3 熱電阻的結(jié)構(gòu)類型 鎧裝熱電阻 力學(xué)性好熱電阻+保護套管+絕緣材料封裝5.3.3 熱電阻的結(jié)構(gòu)類型 薄膜熱電阻陶瓷鉑真空鍍膜法熱慣性??！厚膜7m薄膜2m半導(dǎo)體熱電阻熱敏電阻。材料：常用一定比例的錳、鎳、銅、鈦、鎂的氧化物混合制成5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻分類負(fù)溫度系數(shù)NTC正溫度系數(shù)PTC臨界溫度系數(shù)CTR測溫特點5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻近似線性關(guān)系變化劇烈變化劇烈5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻金屬熱電阻T原子

19、無規(guī)則運動自由電子的定向運動電子遷移率RNTC半導(dǎo)體熱敏電阻T原子無規(guī)則運動自由電子數(shù)目電子遷移率R測溫特性相反熱敏電阻計算公式 式中溫度為T0時的熱敏電阻；熱敏電阻的材料常數(shù)；5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻實驗測量熱敏電阻的溫度系數(shù) 若室溫附近:5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻的伏安特性 概念：表征了靜態(tài)下，在熱敏電阻和周圍介質(zhì)熱平衡時，熱敏電阻上的端電壓和通過電阻的電流的相互關(guān)系。5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻溫度不變舉例：NTC熱敏電阻伏安特性 5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻oa段: 線性工作區(qū)：當(dāng)電流 電流增 加的速度端電壓隨電流的增加而降低舉例：NTC熱敏電阻伏安特性 5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電

20、阻舉例：NTC熱敏電阻伏安特性 5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻總 結(jié) NTC熱敏電阻應(yīng)用于測溫時，應(yīng)工作在伏安特性曲線的oa段，即：流過熱敏電阻的工作電流應(yīng)很小。 當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時，盡管熱敏電阻耗散系數(shù)也發(fā)生變化，但電阻體無自熱升溫，而與所測的環(huán)境溫度接近，真實反映環(huán)境溫度值。半導(dǎo)體熱敏電阻的形狀：5.3.4 半導(dǎo)體熱敏電阻片狀柱狀珠狀MF74超大功率型NTC熱敏電阻器 應(yīng)用范圍：適用于大功率的轉(zhuǎn)換電源、開關(guān)電源、UPS電源及各類大功率照明燈具、電加熱器的浪涌電流抑制。 半導(dǎo)體熱敏電阻實物照片半導(dǎo)體熱敏電阻實物照片廣泛應(yīng)用于空調(diào)設(shè)備、暖氣設(shè)備、電子體溫計、液位傳感、汽車、電子臺歷、手機電池。M

21、F52珠狀測溫型NTC熱敏電阻器 半導(dǎo)體熱敏電阻實物照片應(yīng)用于：半導(dǎo)體集成電路、液晶顯示、晶體管及移動通訊設(shè)備中石英振蕩器的溫度補償、可充電電池的溫度探測、計算機微處理器的溫度探測、需溫度補償?shù)母鞣N電路。 CMF貼片式NTC熱敏電阻器半導(dǎo)體熱敏電阻實物照片應(yīng)用范圍：電腦、打印機、家用電器等。 MF55系列絕緣薄膜型NTC熱敏電阻器測溫范圍：-100300優(yōu)點： 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為 電阻率大，利于小型化，連接導(dǎo)線影響可以忽略； 結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以用于測量點溫度； 熱慣性小，適用于表面溫度及快速變化溫度。不足：熱敏電阻溫度特性分散、互換性差、非線性嚴(yán)重。 進一步發(fā)展依賴于半導(dǎo)體技術(shù)

22、的發(fā)展和制造工藝水平的提高。 半導(dǎo)體熱敏電阻的特點 測溫范圍：常用 -200 500 特殊范圍： 測量低溫端可達平衡氫的三相點13.8K； 銦電阻溫度計3.4K；碳電阻溫度計1K； ITS-90國際溫標(biāo)規(guī)定在13.8033K961.78間用鉑電阻溫度計作為內(nèi)插儀器。特點： 精度高； 在低溫段下測溫靈敏度高； 輸出信號便于遠傳、測量或自動控制。5.3 熱電阻測溫 整體評價5.3.5 熱電阻測溫電橋 兩線制接法電橋測量金屬熱電阻(幾歐幾十歐范圍)時，引線電阻和連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化而變化，這會影響熱電阻測溫精度。為了消除此影響，發(fā)展了三線制、四線制接法熱電阻測溫橋路。（1）工業(yè)用常用線路 兩線制5

23、.3.5 熱電阻測溫電橋熱電阻Rt引線r連接導(dǎo)線r調(diào)整電阻Rr不平衡電橋Rac=2(Rr+r+r)+Rt=2Rl+ Rt（1）工業(yè)用常用線路兩線制特點： 接入一個橋臂； 引線與連接導(dǎo)線等電阻Rl隨環(huán)境溫度的變化全部加入到熱電阻的變化之中； 簡單，仍有應(yīng)用，為了誤差不致過大，要求引出線的電阻值隨溫度的變化： 銅：r=0.2(R0)； 鉑: r= 0.1(R0) 。5.3.5 熱電阻測溫電橋Rac=2(Rr+r+r)+Rt=2Rl+ RtRlRl（1）工業(yè)用常用線路 三線制方法一： 熱電阻有三個引線；第三根接到電源線上； 電源與電橋的連接點a從儀表內(nèi)部的橋路上移到熱電阻附近； 另外兩根引線和連接導(dǎo)

24、線的電阻分別加到電橋相臨兩橋臂中。 效果：引線與連接導(dǎo)線電阻變化影響減小。Rac=Rr+r+r+RtRad=R1+Rr+r+ rRl=r+r+Rr5.3.5 熱電阻測溫電橋5.3.5 熱電阻測溫電橋（1）工業(yè)用常用線路 三線制RlRlRl方法一： 熱電阻有三個引線；第三根接到電源線上； 電源與電橋的連接點a從儀表內(nèi)部的橋路上移到熱電阻附近； 另外兩根引線和連接導(dǎo)線的電阻分別加到電橋相臨兩橋臂中。 效果：引線與連接導(dǎo)線電阻變化影響減小。Rac=Rl+RtRad=R1+Rl（2）實驗室精密測溫線路四線制 5.3.5 熱電阻測溫電橋4引線（2）實驗室精密測溫線路四線制 電源E：向標(biāo)準(zhǔn)電阻RH、熱電阻

25、Rt（經(jīng)a,c）、調(diào)節(jié)電阻Rr和電流表回路供電；電流I：調(diào)節(jié)Rr，使得回路電流I調(diào)整到熱電阻的規(guī)定值34mA；電流測量線：與a和c相連電位測量線：與b和d相連轉(zhuǎn)換開關(guān)K：先后測量標(biāo)準(zhǔn)電阻RH和熱電阻Rt上的電壓降UH和Ut；5.3.5 熱電阻測溫電橋精密！（2）實驗室精密測溫線路四線制 特點： 利用電位差計平衡讀數(shù)時，電位差計不取電流，熱電阻的電位測量線沒有電流通過,因此，熱電阻引線電阻r、連接導(dǎo)線電阻r無論怎樣變化也不會影響熱電阻Rt的測量，可完全消除Rt以外電阻的影響。5.3.5 熱電阻測溫電橋5.4 補充: 集成溫度傳感器（1）模擬集成溫度傳感器時間：20世紀(jì)80年代問世；工藝：硅半導(dǎo)體

26、集成工藝制作而成；信號輸出：模擬電壓或電流。特點：測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。應(yīng)用范圍：150 ；典型產(chǎn)品：AD590、AD592、TMP17、LM35等。 5.4 補充 集成溫度傳感器（2）智能溫度傳感器時間：20世紀(jì)90年代中期問世；名稱：亦稱數(shù)字溫度傳感器，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動檢測技術(shù)(ATE)的結(jié)晶；構(gòu)成：溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路等集成在一片芯片上。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、 CPU。特點： 測溫范圍150； 輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量； 在

27、硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件實現(xiàn)測試功能，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。發(fā)展新趨勢：21世紀(jì)，向高精度、多功能、高可靠性及安全性、總線標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器等方向發(fā)展 。典型產(chǎn)品：DS18B20（2）智能溫度傳感器5.4 補充 集成溫度傳感器原理：NPN三極管的結(jié)電壓是溫度的函數(shù)。式中：U0T=0時的Ube值；K玻爾茲曼常數(shù)；T發(fā)射結(jié)所處的溫度；q電子電量；Ie集電極電流；A發(fā)射結(jié)面積，與溫度、結(jié)構(gòu)、材料等多種因素有關(guān)。5.4 補充 集成溫度傳感器原理：圖中V1，V2為一對鏡像管，它們的Ube相等，集電極電流相等，I1=I2；V3，V4為溫度檢測用晶體管，二者的發(fā)射極面積不同，其面積比

28、為m；R上的電壓為輸出電流：當(dāng)R，m一定時，輸出電壓與溫度有良好的線性關(guān)系。典型產(chǎn)品及特點5.4 補充 集成溫度傳感器舉例：數(shù)字型 DS18B205.4 補充 集成溫度傳感器1. GND為電源地；2. DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；3. VDD為外接供電電源輸入端。測溫范圍：-55125；精度：2 ；測溫范圍：-1085；精度：0.5 ；分辨力：0.0625 。單線（1-Wire）總線結(jié)構(gòu),通過串口直接輸出被測對象的溫度值測溫范圍為-55125；一條總線=掛接任意多個DS18B20芯片序列號唯一；內(nèi)涵寄生電源；A/D轉(zhuǎn)換時間為200ms；舉例：DS18B20典型產(chǎn)品及特點5.3 熱電阻測溫小結(jié)原

29、理電阻溫度系數(shù)金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體溫度系數(shù)區(qū)別鉑熱電阻、銅熱電阻的特點、作用、分度號半導(dǎo)體熱敏電阻測溫特點熱敏電阻的溫度系數(shù) 熱敏電阻的伏安特性 熱電阻測溫電橋（兩線制、三線制、四線制）模擬與數(shù)字集成溫度傳感器的測溫原理5.4 接觸式測溫技術(shù)與誤差分析理想：接觸式測溫的感溫元件輸出能反映對象真實溫度，必須滿足如下條件： 熱力學(xué)平衡的條件； 動態(tài)響應(yīng)速度快；實際：溫度計被測對象周圍環(huán)境熱交換熱交換負(fù)誤差正誤差5.4 接觸式測溫技術(shù)與誤差分析Tg 氣體溫度；T 溫度計測量端溫度；Tw 壁面溫度；Q 氣流與溫度計的對流換熱熱量；Q 溫度計沿細桿導(dǎo)出的熱量；QR 溫度計與壁面之間的輻射換熱；Qt 溫度隨時

30、間變化引起的溫度計動態(tài)吸熱量。5.4.1 接觸式測溫的熱平衡方程簡化處理在分析熱電偶的熱交換時，往往把它作為細長構(gòu)件的傳熱問題處理，簡單地認(rèn)為它們的溫度只在軸線方向上有變化，而在橫截面上是均勻一致的，即為一維問題。5.4 接觸式測溫技術(shù)與誤差分析5.4.1 接觸式測溫的熱平衡方程已知：l 桿長；d 桿直徑；A 截面積；U 桿周長；T0 壁面溫度 (桿一端溫度)；Tf 管道中氣流溫度（基準(zhǔn)）；Tl 桿端溫度； 換熱系數(shù)； 導(dǎo)熱系數(shù)；T 桿中任意點溫度。假設(shè)條件：換熱系數(shù)， 導(dǎo)熱系數(shù)，在整個桿長中保持不變。目的：根據(jù)桿中熱量傳遞，建立熱平衡方程，分析測溫誤差。插入管道內(nèi)測量氣流溫度的熱電偶導(dǎo)熱分析

31、模型。5.4.2 低速氣流的溫度測量及導(dǎo)熱誤差分析5.4 接觸式測溫技術(shù)與誤差分析Tl細長導(dǎo)桿兒（如熱電偶）的傳熱問題： 當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)較大，d80mm,斜插ml23456cosh(ml)3.76210.0727.3174.21201.75.4.2 低速氣流的溫度測量及導(dǎo)熱誤差分析5.4.2 低速氣流的溫度測量及導(dǎo)熱誤差分析安裝形式5.4.2 低速氣流的溫度測量及導(dǎo)熱誤差分析保證插入深度 輻射測溫是利用物體輻射能與其溫度有關(guān)的原理進行測溫，測溫元件與被測物不直接接觸，以輻射方式進行熱交換，實現(xiàn)非接觸測溫。5.5 輻射式測溫法5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) 輻射是由電磁波傳遞能量的過程。 絕對零度（

32、0 K）以上的物體均有輻射熱。 輻射溫度探測器接收的熱輻射波段約為0.340 m。 (1) 熱輻射 (2) 熱輻射源、輻射物理量5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) 輻射通量(輻射功率，用P表示)：單位時間內(nèi)，通過某一面積的輻射能量，稱為經(jīng)過該面積的輻射通量。即 式中 dQ在時間dt發(fā)出的輻射能量； 輻射通量（輻射功率P），J/s或W。5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) (2) 熱輻射源、輻射物理量 輻射出射度：是輻射表面上每單位面積所發(fā)出的輻射功率（W/cm2），即光譜輻射出射度（物理：單色輻出度）：在波長附近單位波長間隔內(nèi)的輻射出射度M（W/cm2.m） 5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) 輻射亮度：輻

33、射源在單位投影輻射面積、單位立體角角范圍的輻射功率稱為輻射亮度L(W/cm2.sr)，即光譜輻射亮度：輻射源在波長屬于附近的單位波長間隔的輻射亮度L(W/cm2.sr.m) (2) 熱輻射源、輻射物理量光譜輻射亮度-光譜輻射出射度5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) (2) 熱輻射源、輻射物理量 吸收率、反射率和透 射率：投射輻射；：吸收輻射；：反射輻射；：透射輻射；若即全部吸收黑體5.5.1 輻射測溫的物理基礎(chǔ) (2) 熱輻射源、輻射物理量 比輻射率（黑度、輻射率）：物體溫度在T時，所有波長范圍內(nèi)的輻射出射度M與同溫度下黑體的輻射出射度Mb之比，稱為該輻射體比輻射率。光譜比輻射率（單色黑度、單色輻射率）：物體在某溫度T時的單色(光譜)輻射出射度M與同溫度、同波長的黑體的單色（光譜）出射度Mb之比，即 在輻射測溫中是一個非常有用的量。因為研究物體輻射特性一般都是以黑體作為理想模型，實際物體的輻射能力都低于黑體模型，所以常用黑度來表示某實際物體的