華北電力大學(xué)測(cè)量?jī)x表-第三章溫度測(cè)量熱電阻

第三節(jié)熱電阻測(cè)溫

工業(yè)上廣泛應(yīng)用電阻溫度計(jì)來測(cè)量―200～＋500℃之間的溫度。

特點(diǎn):準(zhǔn)確度高；在中低溫下（500℃以下）測(cè)溫,它的輸出信號(hào)比熱電偶的要大得多,故靈敏度高；電阻溫度計(jì)的輸出是電信號(hào)，因此便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量。

組成:由熱電阻、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成，熱電阻由電阻體、絕緣套管和保護(hù)套管等主要部件組成。

一、測(cè)溫原理

●根據(jù)材料不同，測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體熱電阻兩種?！駥?shí)驗(yàn)證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，其阻值要增加0.4％～0.6％，半導(dǎo)體的阻值要減小3％～6％。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值會(huì)隨溫度而變化，因此測(cè)量它們的電阻值變化便可達(dá)到測(cè)溫的目的。

●并不是任何材料都選用來制作熱電阻。對(duì)制作熱電阻的材料有很多要求,其中有一點(diǎn)是選用的材料的電阻溫度系數(shù)要大。

電阻溫度系數(shù)的定義是：溫度變化l℃時(shí)電阻值的相對(duì)變化量，用α來表示，單位是℃-1，根據(jù)定義，α用下式表示：

一般材料的溫度系數(shù)α并非常數(shù)，在不同的溫度下具有不同的數(shù)值。因此常用（R100－R0）／（R0×100）代表0～100℃之間的平均溫度系數(shù)，其中R100表示100℃時(shí)的電阻值，R0表示0℃時(shí)的電阻值。

♀為什么要求制作熱電阻的材料的電阻溫度系數(shù)要大？

二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻

1、鉑電阻

?特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、性能可靠，在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原性氣體污染，鉑絲將變脆，并改變了電阻與溫度間的關(guān)系；

?純度要求：鉑的純度常以R100/R0來表示。對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定其R100/R0為1.385；?分度號(hào)：Pt10和Pt100；（注意10和100的含義）

?分度關(guān)系：鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：在一200～0℃之間Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]在0～850℃之間Rt=R0(1+At+Bt2)

以上兩式中Rt——t℃時(shí)的電阻值；R0——0℃時(shí)的電阻值；A，B，C——常數(shù)，對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，A＝3.90802×10-3℃-1，B＝－5.802×10-7℃-2,C=－4.27350×10-12℃-4

2、銅電阻

?特點(diǎn)：銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，它的電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價(jià)格比較便宜，所以在一些測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高、而且溫度較低的場(chǎng)合，可使用銅電阻，它的測(cè)量范圍是一50～＋150℃。銅電阻的缺點(diǎn)是：在250℃以上容易氧化，因此只能用在低溫及沒有腐蝕性的介質(zhì)中；銅的電阻率ρ比較小，做成一定阻值的熱電阻時(shí)體積就不可能很小。

?純度：我國(guó)規(guī)定工業(yè)用銅電阻的R100/R0＝1.428。

?分度號(hào)：銅電阻的分度號(hào)是Cu50和Cul00，表示其R0分別為50Ω及100Ω。?分度關(guān)系：銅電阻在其測(cè)量范圍內(nèi)的溫度特性可用下式表示：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)式中Rt——t℃時(shí)的電阻值；R0——0℃時(shí)的電阻值A(chǔ)，B，C——常數(shù)，對(duì)于工業(yè)用銅電阻，A＝4.28899×10-3℃-1,B＝－2.133×10-7℃-2，C＝1.233×10-9℃-3。由于銅電阻的特性在0～100℃之間基本上是線性的，所以在0～100℃之間的溫度特性可以用下式表示：Rt=R0(1+αt）式中α——0～100℃之間的溫度系數(shù)，等于4.28×10-3℃-1。3、鎳電阻

鎳電阻的溫度系數(shù)α較大，因此其靈敏度比鉑和銅的高。當(dāng)溫度超過200℃時(shí)，α具有特異點(diǎn)，因此規(guī)定鎳電阻的使用溫度范圍為一60～＋180℃。鎳電阻的電阻比R100/R0＝1.617。由于鎳電阻的制造工藝較復(fù)雜，很難獲得α相同的鎳絲，因此它的測(cè)量準(zhǔn)確度比鉑電阻低，制定標(biāo)準(zhǔn)很困難，我國(guó)雖已規(guī)定它為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，但尚未制訂出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分度表。它的分度號(hào)有Ni100，Ni300，Ni500。對(duì)Ni100而言，它的溫度特性為Rt=100+At+Bt2+Ct4

式中：A，B，C為常數(shù)，對(duì)于R100/R0＝1.618的鎳電阻，A＝0.5485℃-1；B＝0.665×10-3℃-1；C＝2.805×10-9℃-4。三、半導(dǎo)體熱敏電阻測(cè)溫范圍：一100～＋300℃材料：金屬氧化物以一定比例混合分類：NTC、PTC、CTR結(jié)構(gòu)：珠形、圓片形和棒型NTC的電阻溫度特性:RT=AeB/T優(yōu)點(diǎn)（與金屬測(cè)溫電阻相比）四、工業(yè)業(yè)用熱電電阻的結(jié)結(jié)構(gòu)由熱電阻阻體、引引出線、、絕緣骨骨架、保保護(hù)套管管、接線線盒等部部分組成成。其中中保護(hù)套套管和接接線盒的的外形及及其功能能、要求求和熱電電偶基本本相同。。1、絕緣緣骨架絕緣骨架架是用以以纏繞、、支撐和和固定熱熱電阻絲絲的支架架。它的的質(zhì)量影影響熱電電阻的技技術(shù)性能能。2．熱電電阻體3、引出出線（l）兩兩線制（（2）三線線制（（3））四線制制鉑電阻體體結(jié)構(gòu)1-銀引引出線；；2-鉑鉑絲；3-鋸齒齒形云母母骨架；；4-保保護(hù)用云云母片；；5-銀銀綁帶；；6-銅銅電阻橫橫截面；；7-保保護(hù)套管管；8-石英骨骨架銅電阻體體結(jié)構(gòu)1-線圈圈骨架；；2-銅銅熱電阻阻絲；3-補(bǔ)償償組；4-銅引引出線半導(dǎo)體熱熱敏電阻阻結(jié)構(gòu)1-電阻阻體；2-引出出線；3-玻璃璃保護(hù)管管；4-引出極極；5-錫箔；；6-密密封材料料；7-導(dǎo)體（a）普普通工業(yè)業(yè)熱電阻阻(b)鎧鎧裝熱電電阻1-接線線盒；2-接線線柱；1-感溫溫元件；；2-金金屬套管管；3-接線線座；4-保護(hù)護(hù)套管；；3-金屬屬導(dǎo)線;4-絕緣材材料；5-引出出線；6-感溫溫元件5-接線線盒熱電阻的的結(jié)構(gòu)示示意圖4、鎧裝裝熱電阻阻鎧裝熱電電阻是將將熱電阻阻體（感感溫元件件）焊到到由金屬屬保護(hù)套套管、絕絕緣材料料和金屬屬導(dǎo)線三三者經(jīng)拉拉伸而成成的細(xì)管管導(dǎo)線上上形成的的，然后后在外面面再焊一一段短管管做保護(hù)護(hù)套管，，在熱電電阻體與與保護(hù)套套管之間間填滿絕絕緣材料料，最后后焊上封封頭，其其結(jié)構(gòu)如如圖所示示。熱電阻的的結(jié)構(gòu)5、膜式式鉑電阻阻為了提高高鉑電阻阻的抗震震性和響響應(yīng)速度度，研制制出了膜膜式鉑電電阻。它分厚膜膜的與薄薄膜的兩兩種。厚膜鉑電電阻是在在一陶瓷瓷基片上上印制出出條狀鉑鉑膜形成成的。由由于鉑膜膜很薄，，又在陶陶瓷基片片表面上上，所以以測(cè)溫響響應(yīng)時(shí)間間很小，，約為0.1s。薄膜鉑電電阻則是是利用真真空鍍膜膜的方法法將鉑鍍鍍?cè)谔沾纱苫仙闲纬傻牡?，其形形狀與厚厚膜的差差不多，，只是尺尺寸更小小，響應(yīng)應(yīng)時(shí)間更更短。6、帶熱熱電阻、、熱電偶偶的一體體化溫度度變送器器●采用用一個(gè)專專用集成成電路把把熱電阻阻或熱電電偶的輸輸入信號(hào)號(hào)（電阻阻或電勢(shì)勢(shì)）轉(zhuǎn)變變成4～～20mA的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)輸出出信號(hào)，，其中與與熱電偶偶相配用用的集成成電路還還有冷端端溫度補(bǔ)補(bǔ)償性能能。●有的的專用集集成電路路還具有有線性化化功能，，即將標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)熱電電阻的電電阻與溫溫度之間間的非線線性關(guān)系系轉(zhuǎn)變成成變送器器輸出電電流（4～20mA）與被被測(cè)溫度度之間的的線性關(guān)關(guān)系，或或使熱電電偶所感感受的溫溫度與變變送器輸輸出電流流（4～～20mA）之之間呈線線性關(guān)系系。●專用用集成電電路的體體積很小小，因而而可裝在在熱電阻阻或熱電電偶的接接線盒內(nèi)內(nèi)。供電電電壓一一般為直直流24V，，多采用用二線制制，即供供電線也也就是輸輸出信號(hào)號(hào)線。裝裝有顯示示儀表的的一體化化溫度變變送器可可以就地地顯示溫溫度值。。●這種一一體化溫溫度變送送器可應(yīng)應(yīng)用于具具大量溫溫度測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的集控控系統(tǒng)。。五、電阻阻的測(cè)量量方法對(duì)于熱電電阻阻值值的測(cè)量量,在實(shí)驗(yàn)室室常用手手動(dòng)電位位差計(jì)和和手動(dòng)平平衡電橋橋,在工工業(yè)上常常采用不不平衡電電橋和自自動(dòng)平衡衡電橋。。任何測(cè)量量電阻的的方法，，都應(yīng)注注意：（1）通通過熱電電阻的電電流不能能超過允允許值；；（2）連連接導(dǎo)線線的阻值值要固定定；（3）連連接導(dǎo)線線的接線線方式要要盡量能能消除環(huán)環(huán)境溫度度的影響響（采用用三線制制和四線線制接線線方式））下面主要要介紹電電橋測(cè)量量法。1、用手手動(dòng)平衡電橋橋測(cè)電阻阻原理圖三三線制連連接圖四線制平平衡電橋橋測(cè)量線線路2、用自自動(dòng)平衡衡電橋測(cè)測(cè)電阻自動(dòng)平衡衡電橋的的測(cè)量橋橋路3、、用用不不平平衡衡電電橋橋測(cè)測(cè)電電阻阻配熱熱電電阻阻的的動(dòng)動(dòng)圈圈表表XCZ-102熱電電阻阻的的兩兩線線制制接接法法示示意意熱熱電電阻阻引引線線的的三三線線制制接接法法示示意意恒流流驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)四四線線制制多多路路測(cè)測(cè)溫溫恒流流驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)三三線線制制多多路路測(cè)測(cè)溫溫三線線制制熱熱電電阻阻電電橋橋多多路路測(cè)測(cè)量量電電路路兩線線制制熱熱電電阻阻電電橋橋多多路路測(cè)測(cè)量量電電路路熱電電阻阻溫溫度度計(jì)計(jì)的的應(yīng)應(yīng)用用熱電電阻阻的的誤誤差差分分析析（1））動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)誤誤差差（2））連連線線電電阻阻變變化化引引起起測(cè)測(cè)量量誤誤差差（3））熱熱電電阻阻通通電電發(fā)發(fā)熱熱引引起起誤誤差差（4））機(jī)機(jī)械械力力帶帶來來的的誤誤差差（5））氧氧化化帶帶來來的的誤誤差差(6)淬淬火火效效應(yīng)應(yīng)的的誤誤差差六、、熱熱電電阻阻的的校校驗(yàn)驗(yàn)工業(yè)業(yè)熱熱電電阻阻的的校校驗(yàn)驗(yàn)采采用用比比較較法法。。復(fù)水水器器出出口口水水溫溫（（熱熱電電阻阻））第四四節(jié)節(jié)測(cè)測(cè)溫溫實(shí)實(shí)例例采用用接接觸觸式式測(cè)測(cè)溫溫方方法法測(cè)測(cè)量量溫溫度度時(shí)時(shí)，，溫溫度度計(jì)計(jì)指指示示的的溫溫度度只只是是感感溫溫元元件件本本身身的的溫溫度度。。若若要要使使測(cè)測(cè)溫溫儀儀表表的的感感溫溫元元件件輸輸出出反反映映被被測(cè)測(cè)溫溫度度，，需需滿滿足足以以下下條條件件：：（1））溫溫度度計(jì)計(jì)和和被被測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象組組成成孤孤立立的的熱熱平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)；；（2））溫溫度度計(jì)計(jì)的的熱熱容容和和熱熱阻阻為為零零。。但實(shí)實(shí)際際測(cè)測(cè)溫溫中中，，溫溫度度計(jì)計(jì)除除與與被被測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象進(jìn)進(jìn)行行熱熱交交換換外外，，還還要要與與周周圍圍環(huán)環(huán)境境交交換換熱熱量量；；再再有有溫溫度度計(jì)計(jì)的的熱熱容容和和熱熱阻阻也也不不可可能能為為零零。。各各種種因因素素的的影影響響使使得得溫溫度度計(jì)計(jì)的的輸輸出出與與被被測(cè)測(cè)真真實(shí)實(shí)溫溫度度不不同同，，有有時(shí)時(shí)兩兩者者的的差差別別很很大大。。單單靠靠提提高高測(cè)測(cè)溫溫儀儀表表的的準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度是是不不能能減減小小此此偏偏差差的的，，只只有有通通過過分分析析測(cè)測(cè)溫溫對(duì)對(duì)象象，，選選擇擇合合理理的的測(cè)測(cè)溫溫技技術(shù)術(shù)，，才才有有可可能能獲獲得得準(zhǔn)準(zhǔn)確確的的溫溫度度值值。。一、管管內(nèi)內(nèi)流體體溫度度的測(cè)測(cè)量其中、、式中、、——管內(nèi)外外介質(zhì)質(zhì)對(duì)測(cè)測(cè)溫管管之間間的放放熱系系數(shù)；；、——管內(nèi)外外兩段段測(cè)溫溫管的的熱導(dǎo)導(dǎo)率，，=、——、兩兩段段測(cè)溫溫管的的截面面周長(zhǎng)長(zhǎng)，=、——管道內(nèi)內(nèi)、外外兩段段測(cè)溫溫管的的截面面積，，=、——管道內(nèi)內(nèi)外測(cè)測(cè)溫管管的長(zhǎng)長(zhǎng)度。。要想減減小這這個(gè)誤誤差，，需要要減小小分子子項(xiàng)，，增大大分母母項(xiàng)，，現(xiàn)在在我們們來討討論一一下誤誤差公公式。。(1)為管道道當(dāng)中中流體體與管管外介介質(zhì)的的溫差差，為為了減減小這這個(gè)誤誤差應(yīng)應(yīng)該把把露在在管道道外側(cè)側(cè)的測(cè)測(cè)溫管管用保保溫材材料包包起來來，使使得測(cè)測(cè)溫管管露出出部分分的溫溫度提提高，，減小小熱電電偶對(duì)對(duì)外導(dǎo)導(dǎo)熱損損失。。和要使和和增增大大，必必定有有增增大大。(3)必有對(duì)管內(nèi)內(nèi)流體體溫度度進(jìn)行行測(cè)量量時(shí)溫溫度計(jì)計(jì)的安安裝通通常要要考慮慮以下下幾點(diǎn)點(diǎn)：1.測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位置置要選選在有有代表表性的的地點(diǎn)點(diǎn)，不不能在在溫度度的死死角區(qū)區(qū)域；；2.要要保保證測(cè)測(cè)溫元元件有有一定定的插插入深深度，，元件件的感感溫點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)處處于管管道中中心流流速最最大處處。對(duì)對(duì)于直直徑大大的管管道，，測(cè)溫溫元件件可垂垂直插插入；；為增增加插插入深深度，，可迎迎著流流體流流動(dòng)的的方向向斜向向插入入測(cè)溫溫元件件；對(duì)對(duì)于內(nèi)內(nèi)徑較較小的的管道道，測(cè)測(cè)溫元元件可可插入入彎頭頭處或或加裝裝擴(kuò)大大管。。圖給給出了了幾種種常見見的測(cè)測(cè)溫元元件安安裝方方式。。（a））垂垂直直安安裝裝（（b））傾傾斜斜安安裝裝（（c））彎彎管管處處安安裝裝（（d））擴(kuò)擴(kuò)大大管管安安裝裝3.對(duì)對(duì)于于高高溫溫管管道道，，在在測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)引引出出處處要要加加保保溫溫材材料料隔隔熱熱，，以以減減小小熱熱損損失失帶帶來來的的測(cè)測(cè)量量誤誤差差。。各種種測(cè)測(cè)溫溫管管裝裝置置方方案案的的測(cè)測(cè)量量誤誤差差比比較較溫度度計(jì)計(jì)安安裝裝在在蒸蒸汽汽管管道道不不同同位位置置上上測(cè)測(cè)溫溫的的情情況況。。該該管管道道內(nèi)內(nèi)徑徑是是100毫毫米米，，汽汽壓壓3MPa，，汽汽溫溫為為386℃℃，，流流速速為為30～～35米米／／秒秒。。熱套套式式熱熱電電偶偶1-熱熱套套式式熱熱電電偶偶；；2-充充滿滿介介質(zhì)質(zhì)的的熱熱套套；；3-保保溫溫層層；；4-安安裝裝插插座座二、、壁壁面面溫溫度度測(cè)測(cè)量量采用用熱熱電電偶偶來來測(cè)測(cè)量量固固體體表表面面溫溫度度（a））點(diǎn)點(diǎn)接接觸觸（（2））面面接接觸觸（（3））等等溫溫線線接接觸觸（（4））分分立立接接觸觸測(cè)量量誤誤差差不不僅僅僅僅與與熱熱電電偶偶測(cè)測(cè)量量端端的的接接觸觸形形式式有有關(guān)關(guān)，，而而且且與與被被測(cè)測(cè)面面的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱能能力力有有關(guān)關(guān)，，如如被被測(cè)測(cè)固固體體表表面面為為玻玻璃璃、、陶陶瓷瓷等等，，它它們們的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性能能差差，，這這時(shí)時(shí)采采用用（（a））接接觸觸形形式式，，則則誤誤差差很很大大，，而而采采用用（（b））接接觸觸形形式式則則誤誤差差大大大大減減小小，，這這是是因因?yàn)闉榻鸾饘賹倨瑢?dǎo)導(dǎo)熱熱性性能能好好，，當(dāng)當(dāng)金金屬屬片片有有比比較較大大的的面面積積時(shí)時(shí)，，導(dǎo)導(dǎo)走走相相同同的的熱熱量量所所需需要要的的溫溫度度差差會(huì)會(huì)大大大大減減小小，，使使熱熱電電偶偶測(cè)測(cè)量量端端溫溫度度不不致致降降低低太太多多。。如果熱電極極的直徑粗粗，則散失失熱量多，，測(cè)量端溫溫度改變就就大；直徑徑細(xì)，向外外散失熱量量少，測(cè)量量端溫度改改變就小。。如果壁面面上方氣流流的速度增增大，則熱熱電極散失失熱量就多多，測(cè)量端端溫度改變變就大；反反之，也就就小些。當(dāng)當(dāng)測(cè)量管壁壁表面溫度度時(shí)，管壁壁厚度增加加，則溫度度誤差就小小，這是由由于熱電極極向外導(dǎo)走走熱量，很很快就由管管壁的其他他部分補(bǔ)充充了，因而而測(cè)溫誤差差就減小。。測(cè)量壁面溫溫度時(shí)要優(yōu)優(yōu)先考慮以以下情況:在強(qiáng)度允許許的條件下下，盡量采采用直徑小小、導(dǎo)熱系系數(shù)低的熱熱電偶；優(yōu)先考慮等等溫線敷設(shè)設(shè)；被測(cè)材料為為非良導(dǎo)熱熱體，可用用面接觸方方式；如被測(cè)材料料允許，表表面開槽敷敷設(shè)對(duì)提高高測(cè)量精度度更為有利利。三、高高溫氣體溫溫度測(cè)量減小誤差的的方式（1）加防防輻射隔離離罩；（2）減小小測(cè)溫管的的總輻射發(fā)發(fā)射率；（3）采用用雙熱電偶偶測(cè)溫，通通過計(jì)算消消除誤差；；（4）采用用抽氣熱電電偶。第五節(jié)非非接觸式式測(cè)溫儀表表非接觸式測(cè)測(cè)溫儀表的的任何部分分都不與被被測(cè)對(duì)象接接觸，它通通過測(cè)量物物體的輻射射能或與輻輻射能有關(guān)關(guān)的信號(hào)來來實(shí)現(xiàn)溫度度測(cè)量，因因此又稱為為輻射式測(cè)測(cè)溫儀表。。特點(diǎn)：不存在因接接觸傳熱而而產(chǎn)生的測(cè)測(cè)溫傳熱誤誤差；理論論上講，測(cè)測(cè)溫上限不不受測(cè)溫傳傳感器材料料的限制，，可高達(dá)2000℃℃以上；動(dòng)動(dòng)態(tài)性能好好，反應(yīng)快快等,可測(cè)測(cè)運(yùn)動(dòng)物體體的溫度。。因低溫下下物體的輻輻射能力很很弱，因此此輻射式儀儀表多用來來測(cè)700℃以上的的高溫。但但用紅外測(cè)測(cè)量?jī)x表，，也可測(cè)低低達(dá)100℃左右的的溫度。一、輻射測(cè)測(cè)溫的基本本原理1.準(zhǔn)備知知識(shí)輻射熱輻射輻射出射度度指物物體單位表表面積在單單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)所發(fā)射的的全部波長(zhǎng)長(zhǎng)范圍的輻輻射能量的的總和，并并以符號(hào)M表示。光譜輻射出出射度物物體單位位表面積單單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)在波長(zhǎng)λλ處的dλλ波段內(nèi)所所輻射的能能量為dM，則把稱稱為為物體在波長(zhǎng)長(zhǎng)λ處的光光譜輻射出出射度（又又稱單色輻輻射出射度度）。黑體、白體體、透體、、黑度（發(fā)發(fā)射率）輻射溫度探探測(cè)器所能能接收的熱熱輻射波段段約為0.3～40μm，屬屬于可見光光和紅外線線的波長(zhǎng)范范圍。輻射出射度度M與光譜譜輻射出射射度Mλ之間存在如如下關(guān)系：：2.熱輻射射的基本定定律(1)普朗朗克公式定定律普朗朗克克定定律律給給出出了了全輻輻射射體體的光光譜譜輻輻射射出出射射度度與與溫溫度度的的關(guān)關(guān)系系，，這這是是光光學(xué)學(xué)高高溫溫計(jì)計(jì)和和光光電電高高溫溫計(jì)計(jì)等等的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。在溫度T＜＜3000K和可見見光波長(zhǎng)（（波長(zhǎng)λ較較?。┓秶鷩?，該公式式可以簡(jiǎn)化化成維恩公公式對(duì)實(shí)際物體體式中M———實(shí)際物物體的光譜譜輻射出射射度；ελ——實(shí)際物物體在波長(zhǎng)長(zhǎng)λ下的光光譜發(fā)射率率（光譜黑黑度）。（2）斯忒忒藩一玻爾爾茲曼定律律可見，全輻輻射體的輻輻射出射度度M0是溫度的單單值函數(shù)，，二者一一一對(duì)應(yīng)，這這是輻射高高溫計(jì)的理理論依據(jù)。。實(shí)際物體的的全輻射出出射度為M＝εM0＝εσT4式中M——實(shí)實(shí)際物體的的全輻射出出射度；ε——實(shí)際際物體的全全輻射發(fā)射射率（發(fā)射射率）。實(shí)際物體的的光譜發(fā)射射率ελ和發(fā)射率εε均小于1，各種物物體的ελ和ε值一般般只能通過過實(shí)測(cè)求得得。3.輻射射測(cè)溫的常常用方法輻射測(cè)溫一一般有下面面三種方法法：（1）亮度度測(cè)溫它是通過測(cè)測(cè)量目標(biāo)在在某一波段段的輻射亮亮度來獲得得目標(biāo)的溫溫度。按這這種方法工工作的測(cè)溫溫儀表稱為為亮度測(cè)溫溫儀，它所所測(cè)出的溫溫度是目標(biāo)標(biāo)的亮度溫溫度。（2）全輻輻射測(cè)溫它是通過測(cè)測(cè)量物體發(fā)發(fā)出的全輻輻射能量（（=0～∞∞）來測(cè)量量物體的溫溫度。按這這種方法工工作的測(cè)溫溫儀表稱為為輻射測(cè)溫溫儀，它所所測(cè)出的是是目標(biāo)的輻輻射溫度，，在數(shù)值上上它完全遵遵從斯忒藩藩-玻耳茲茲曼定律的的四次方關(guān)關(guān)系。（3）比色色測(cè)溫所謂比色測(cè)測(cè)溫，就是是利用兩組組（或多組組）帶寬很很窄的不同同單色濾光光片，搜集集兩個(gè)（或或多個(gè)）相相近波段內(nèi)內(nèi)的輻射能能量，轉(zhuǎn)換換成電信號(hào)號(hào)后在電路路上進(jìn)行比比較，由此此比值確定定目標(biāo)溫度度。按這種種方法工作作的測(cè)溫儀儀表稱為比比色測(cè)溫儀儀，它所測(cè)測(cè)出的是目目標(biāo)的比色色溫度。二、光學(xué)高高溫計(jì)1.理論論依據(jù)：普朗克定律律。在在可見見光的波長(zhǎng)長(zhǎng)范圍（0.35～～0.75μm）內(nèi)內(nèi)，高溫物物體的熱輻輻射以光的的形式表現(xiàn)現(xiàn)出來，輻輻射的強(qiáng)度度與光的亮亮度之間有有一定的關(guān)關(guān)系。在某某一波長(zhǎng)下下的光譜輻輻射亮度（（又稱單色色亮度）與與同一波長(zhǎng)長(zhǎng)下的光譜譜輻射出射射度成正比比。對(duì)全輻輻射體其關(guān)關(guān)系為對(duì)實(shí)際物體體有結(jié)論：在可可見光波長(zhǎng)長(zhǎng)范圍內(nèi)的的某一波長(zhǎng)長(zhǎng)下，對(duì)一一個(gè)確定的的物體（可可近似認(rèn)為為已固定不不變），其其光譜輻射射亮度（即即單色亮度度）與溫度度之間存在在單值對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系。利利用這個(gè)性性質(zhì)即可測(cè)測(cè)溫。但直接測(cè)光光譜輻射亮亮度較難實(shí)實(shí)現(xiàn)，光學(xué)學(xué)高溫計(jì)采采用了的亮亮度比較的的方法。2.結(jié)構(gòu)構(gòu)國(guó)產(chǎn)WGGZ型光學(xué)學(xué)高溫計(jì)是是一種使用用較廣的隱隱絲式光學(xué)學(xué)高溫計(jì)。。由光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)與電氣系系統(tǒng)兩部分分組成。光學(xué)系統(tǒng)包包括物鏡、、目鏡、燈燈泡、紅色色濾光片、、灰色吸收收玻璃等。。電氣系統(tǒng)包包括燈泡、、電源、調(diào)調(diào)整電阻及及測(cè)量線路路。l一物鏡；；2—灰色色吸收玻璃璃；3一燈燈泡；4一一目鏡；5一紅色濾濾光片；6一顯示儀儀表思考：紅色色濾光片和和灰色吸收收玻璃的作作用是什么么？光學(xué)高溫計(jì)計(jì)必須在某某一定的波波長(zhǎng)下進(jìn)行行單色亮度度比較。光光學(xué)高溫計(jì)計(jì)采用紅色色濾光片與與人眼構(gòu)成成了“單色色器”，使使人眼只能能觀察到波波長(zhǎng)為0.6～0.7μm范范圍的紅色色可見光（（如圖陰影影部分），，其平均波波長(zhǎng)約為0.66μm。人人眼與紅色色濾光片配配合的視見見光譜范圍圍1一人眼相相對(duì)視見函函數(shù)曲線μμλ；2一紅色濾濾光片光譜譜透過率曲曲線τλ灰色吸收玻玻璃的作用用：光學(xué)高溫計(jì)計(jì)采用的是是鎢絲燈泡泡，當(dāng)溫度度高達(dá)1400℃時(shí)時(shí)，鎢絲會(huì)會(huì)發(fā)生升華華使燈泡的的性能改變變。這就限限制了光學(xué)學(xué)高溫計(jì)的的測(cè)溫上限限。光學(xué)高溫計(jì)計(jì)附加了灰灰色吸收玻玻璃，單色色光透過這這種玻璃時(shí)時(shí)其吸收作作用會(huì)使亮亮度減弱。。在結(jié)構(gòu)上把把灰色玻璃璃置于物鏡鏡與燈絲之之間，這樣樣人眼觀察察到的是燈燈絲的亮度度和被灰色色玻璃削弱弱了的被測(cè)測(cè)物體的亮亮度,在燈燈絲溫度不不超過1400℃的的情況下能能測(cè)量更高高的溫度。。燈絲與物像像亮度比（a）燈絲絲亮度低（（b）燈絲絲亮度偏高高（c）燈燈絲和物象象亮度一致致（燈絲隱隱滅）光學(xué)高溫計(jì)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、、測(cè)溫上限限高、在輻輻射式溫度度計(jì)中精確確度與靈敏敏度均最高高等優(yōu)點(diǎn)。。缺點(diǎn)：亮度比較的的判斷及調(diào)調(diào)整均要人人工進(jìn)行，，不能連續(xù)續(xù)自動(dòng)進(jìn)行行測(cè)量，同同時(shí)帶來人人員的主觀觀誤差。另另外，由于于人眼只能能看到可見見光，這限限制了被測(cè)測(cè)物體的溫溫度不能低低于700℃。3.光學(xué)高高溫計(jì)的幾幾個(gè)有關(guān)問問題:(1）亮度度溫度與示示值的修正正“亮度溫度度”的概念念：如全輻輻射體的單單色亮度與與溫度為T的實(shí)際物物體的單色色亮度相等等，則全輻輻射體的溫溫度稱為該該實(shí)際物體體的亮度溫溫度，并以以Ts表示。根據(jù)據(jù)亮度溫度度的定義，，可推導(dǎo)物物體實(shí)際溫溫度T與其其亮度溫度度的關(guān)系：：由于Lλ=L0λ即經(jīng)整理可得得因?yàn)橐话阄镂矬wελ＜1，所以以T＞Ts。光學(xué)高溫計(jì)計(jì)的標(biāo)尺是是直接按溫溫度刻度的的，即可直直接讀出溫溫度值，而而且分度是是按全輻射射體（即εελ=1）的條條件進(jìn)行的的，因此儀儀表顯示的的溫度值實(shí)實(shí)際上是在在對(duì)應(yīng)亮度度下全輻射射體的溫度度，也即亮亮度溫度Ts。在測(cè)實(shí)際際物體溫度度時(shí)，光學(xué)學(xué)高溫計(jì)的的溫度示值值必須修正正.（2）影響響光學(xué)高溫溫計(jì)測(cè)量精精確度的因因素影響光學(xué)高高溫計(jì)測(cè)量量精確度的的因素比較較多，主要要有以下幾幾個(gè)：1）發(fā)射率率ελ的影響響2）中中間介介質(zhì)的的影響響光學(xué)高高溫計(jì)計(jì)三、光光電高高溫計(jì)計(jì)光電高高溫計(jì)計(jì)由光光學(xué)系系統(tǒng)與與測(cè)量量、放放大顯顯示兩兩大部部分組組成。。這里里介紹紹的國(guó)國(guó)產(chǎn)WDL一31型型光電電高溫溫計(jì)，，其原原理系系統(tǒng)圖圖如圖圖所示示。光電高高溫計(jì)計(jì)具有有以下下優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。（l））既可可在可可見光光，又又可在在紅外外光波波長(zhǎng)下下工作作，有有利于于用輻輻射法法測(cè)低低溫；；（2））分辨辨率高高，光光學(xué)高高溫計(jì)計(jì)最高高為0.5℃，，而光光電高高溫計(jì)計(jì)可達(dá)達(dá)0.01～0.05℃℃；（3））精確確度高高，由由于采采用性性能良良好的的干涉涉濾光光片（（或單單色器器），，提高高了儀儀表的的單色色性，，因而而不確確定度度減小小。例例如，，2000℃時(shí)時(shí)的不不確定定度可可小到到土0.25℃℃；（4））可連連續(xù)自自動(dòng)測(cè)測(cè)量，，響應(yīng)應(yīng)快。。光電電高高溫溫計(jì)計(jì)的的工工作作原原理理1-物物鏡鏡；；2-孔孔徑徑；；3，，5-孔孔；；4-光光電電器器件件；；6-遮遮光光板板；；7-調(diào)調(diào)制制片片；；8-永永久久磁磁鐵鐵；；9-激激磁磁繞繞組組；；10-透透鏡鏡；；11-反反射射鏡鏡；；12-觀觀察察孔孔；；13-前前置置放放大大器器；；14-主主放放大大器器；；15-反反饋饋燈燈；；16-電電位位差差計(jì)計(jì)；；17-被被測(cè)測(cè)物物體體四、、輻輻射射高高溫溫計(jì)計(jì)1.原原理理：：物體體的的輻輻射射出出射射度度與與其其溫溫度度的的關(guān)關(guān)系系為為M=εεσσT4對(duì)確確定定的的物物體體，，可可近近似似認(rèn)認(rèn)為為其其發(fā)發(fā)射射率率εε為為定定值值，，那那么么M與與T將將呈呈單單值值對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系，，測(cè)測(cè)出出輻輻射射出出射射度度M與與其其發(fā)發(fā)射射率率εε即即可可知知其其溫溫度度。。輻輻射射高高溫溫計(jì)計(jì)能能連連續(xù)續(xù)自自動(dòng)動(dòng)測(cè)測(cè)溫溫。。2.組組成成：：輻射射高高溫溫計(jì)計(jì)由由輻輻射射傳傳感感器器和和顯顯示示儀儀表表組組成成，，輻輻射射傳傳感感器器又又由由光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)與與輻輻射射變變換換器器兩兩部部分分構(gòu)構(gòu)成成。。前前者者的的作作用用是是接接收收并并聚聚集集輻輻射射能能；；后后者者把把輻輻射射能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成相相應(yīng)應(yīng)的的電電信信號(hào)號(hào)以以便便由由顯顯示示部部分分直直接接顯顯示示溫溫度度值值。。光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)有有透透射射式式、、反反射射式式和和混混合合式式幾幾類類。。輻輻射射變變換換器器主主要要有有熱熱電電式式和和光光電電式式兩兩種種。。輻射射感感溫溫器器的的工工作作原原理理圖圖熱熱電電堆堆的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)1-透透鏡鏡；；2-可可變變光光闌闌；；3-固固定定光光闌闌；；1-云云母母片片；；2-受受熱熱靶靶;4-接接收收元元件件面面；；3-熱熱電電偶偶絲絲；；4-引引出出線線輻射高溫溫計(jì)的結(jié)結(jié)構(gòu)示意意圖（沒沒有接顯顯示儀表表）（a）透透鏡式；；（b））反射鏡鏡式；（（c）透透鏡式輻輻射傳感感器全貌貌l一物鏡鏡；2一一外殼；；3一光光欄；4一熱電電堆；5一目鏡鏡；6一一輸出端端子；7一保護(hù)護(hù)玻璃；；8一反射射鏡；9一小孔孔；10一云母母片；11一銅銅殼；12一玻玻璃泡；；13一一鉑黑片片3.輻射射高溫計(jì)計(jì)的幾個(gè)個(gè)有關(guān)問問題（1）““輻射溫溫度”的的概念：：若溫度為為T的物物體的輻輻射出射射度與全全輻射體體在溫度度T0下的輻射射出射度度相等，，則把全全輻射體體的溫度度Tp稱為該物物體的輻輻射溫度度。由此此定義可可求出被被測(cè)溫度度T與輻輻射溫度度Tp之間的關(guān)關(guān)系：因εσT4=σTp4有●儀表的分分度是把把被測(cè)體體作為全全輻射體體來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的；●儀表的示示值就是是被測(cè)物物體的輻輻射溫度度；●依據(jù)被測(cè)測(cè)物體的的發(fā)射率率，利用用上面的的修正公公式對(duì)示示值進(jìn)行行修正得得到被測(cè)測(cè)物體的的實(shí)際溫溫度。（2）影影響輻射射高溫計(jì)計(jì)測(cè)量精精確度的的主要因因素如下下：1）發(fā)射射率ε的的影響2）熱電電堆冷端端溫度的的影響3）距離離系數(shù)L／D的的影響補(bǔ)償光欄欄結(jié)構(gòu)示示意圖1-光欄欄；2-雙金屬屬片；3-鉑箔箔四、比色色高溫計(jì)計(jì)1.原原理根據(jù)被測(cè)測(cè)物體在在兩個(gè)不不同波長(zhǎng)長(zhǎng)下的光光譜輻射射出射度度的相互互比值與與被測(cè)溫溫度的關(guān)關(guān)系，通通過測(cè)二二者的比比值進(jìn)而而測(cè)知被被測(cè)溫度度。根根據(jù)光光譜輻射射的維恩恩公式，，同一物物體在波波長(zhǎng)分別別為λ1和λ2下的光譜譜輻射出出射度的的比值為為式中Mλ1、Mλ2——分別別為在波波長(zhǎng)λ1和λ2下的光譜譜輻射出出射度；；εελ1、ελ2——物體體在波長(zhǎng)長(zhǎng)λ1和λ2時(shí)的光譜譜發(fā)射率率；T——物物體的溫溫度。經(jīng)整理，，可得2.比比色溫度度的概念念溫度為T的物體體在波長(zhǎng)長(zhǎng)λ1和λ2下的光譜譜輻射出出射度的的比值，，與溫度度為Tc的全輻射射體在同同樣的波波長(zhǎng)λ1和λ2下的光譜譜輻射出出射度的的比值如如果相等等，則把把全輻射射體的溫溫度稱為為該物體體的比色3.結(jié)構(gòu)以WDS-Ⅱ型比色色高溫計(jì)為為例，具體體介紹比色色高溫計(jì)的的工作原理理。WDS－ⅡⅡ型光電比比色高溫計(jì)計(jì)的光路系系統(tǒng)1一物鏡2一平平行平面玻玻璃3一回零通通孔硅光電電池4一透鏡5一分分光鏡6一紅外外濾光片7一硅光電電池E28一硅光電電池El9一可見光光濾光片10一一反射鏡11一一倒像鏡12一一目鏡4.特點(diǎn)它的測(cè)量準(zhǔn)準(zhǔn)確度高，，中間介質(zhì)質(zhì)的影響小小，可在惡惡劣環(huán)境下下工作。五、紅外測(cè)測(cè)溫儀●紅外測(cè)溫儀儀是一種測(cè)測(cè)溫上限較較低的儀表表，可測(cè)0～400℃范圍的的溫度。而而前面介紹紹的幾種輻輻射式測(cè)溫溫儀表適于于測(cè)700℃以上的的高溫?！窦t外測(cè)溫儀儀依據(jù)的是是光譜輻射射原理。當(dāng)當(dāng)物體溫度度較低時(shí)，，光譜輻射射出射度最最高點(diǎn)向波波長(zhǎng)較長(zhǎng)的的紅外線波波長(zhǎng)區(qū)遷移移，紅外測(cè)測(cè)溫儀就工工作在這個(gè)個(gè)紅外線波波長(zhǎng)區(qū)。它它的原理和和結(jié)構(gòu)