卓越班現(xiàn)代檢測(cè)第7章

第7章溫度檢測(cè)適配教材《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》李現(xiàn)明主編，高等教育出版社2012年第1版7.1常用溫度檢測(cè)方法溫度是表征物體冷、熱程度的物理量，反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫度檢測(cè)方法可劃分為接觸式溫度檢測(cè)和非接觸式溫度檢測(cè)兩大類。接觸式溫度檢測(cè)包括：膨脹式溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶、PN結(jié)數(shù)字溫度計(jì)、石英晶體溫度計(jì)等，優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、可靠、價(jià)廉、精度高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件存在熱慣性，導(dǎo)致一定的測(cè)量滯后；測(cè)溫元件對(duì)熱容量較小的被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)有一定影響；接觸不良時(shí)易帶來測(cè)量誤差；測(cè)溫元件的性能和壽命受高溫和腐蝕性介質(zhì)的影響；測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的溫度比較困難。接觸式溫度檢測(cè)：膨脹式溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶、PN結(jié)數(shù)字溫度計(jì)、石英晶體溫度計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、可靠、價(jià)廉、精度高。

缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件存在熱慣性，導(dǎo)致一定的測(cè)量滯后；測(cè)溫元件對(duì)熱容較小的被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)有一定影響；接觸不良時(shí)易帶來測(cè)量誤差；測(cè)溫元件的性能和壽命受高溫和腐蝕性介質(zhì)的影響；測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的溫度比較困難。非接觸式溫度檢測(cè)：比色高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、輻射感溫式溫度計(jì)、紅外溫度計(jì)等；優(yōu)點(diǎn)：熱慣性小；測(cè)溫范圍廣；不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)；可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的溫度；可以測(cè)量物體表面的溫度分布。缺點(diǎn)：測(cè)量精度一般不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高。7.1.1雙金屬溫度檢測(cè)其感溫元件是由兩種熱膨脹系數(shù)具有明顯差異的金屬片彼此牢固結(jié)合所制成的，稱為雙金屬片。熱膨脹系數(shù)較大的一層稱之為主動(dòng)層，熱膨脹系數(shù)較小的一層稱之為被動(dòng)層。雙金屬片的一端固定，另一端為自由端。溫度升高時(shí)，主動(dòng)層向被動(dòng)層一側(cè)彎曲。由于二者牢固結(jié)合，從而造成整個(gè)雙金屬片彎曲。溫度越高，產(chǎn)生的彎曲就越大。圖7.1雙金屬片受熱變形示意圖當(dāng)雙金屬片的長(zhǎng)度、厚度一定，而且α1、α2保持常數(shù)時(shí)，其偏轉(zhuǎn)角α與被測(cè)溫度t呈線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了溫度到偏轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換。雙金屬片通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針，即可完成溫度顯示；雙金屬片通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電觸點(diǎn)，即可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)形式的電信號(hào)。

雙金屬片是雙金屬溫度計(jì)的核心部件，其材料應(yīng)滿足以下基本要求：1)主動(dòng)層與被動(dòng)層的熱膨脹系數(shù)應(yīng)有較大差別，從而保證雙金屬溫度計(jì)有較高的靈敏度。2)主動(dòng)層與被動(dòng)層的熱膨脹系數(shù)應(yīng)穩(wěn)定，從而保證雙金屬溫度計(jì)有較好的重復(fù)性。3)主動(dòng)層與被動(dòng)層都有較高的彈性模量，從而保證雙金屬溫度計(jì)有較大的測(cè)量范圍。常用雙金屬材料如表7.1所示。主動(dòng)層材料及膨脹系數(shù)被動(dòng)層材料及膨脹系數(shù)測(cè)量范圍/℃Mn75Ni15Cu10，28×10-6/KNi36余Fe，1.5×10-6/K0~1503Ni24Cr2余Fe，18×10-6/KNi36余Fe，1.5×10-6/K0~200Ni20Mn7余Fe，20×10-6/KNi34余Fe，1.68×10-6/K-80~+80Ni19Cr11余Fe，16.5×10-6/KNi42余Fe，5.3×10-6/K0~3003Ni24Cr2余Fe，18×10-6/KNi50余Fe，4.7×10-6/K0~400Ni10Cr12Mn16余FeCr23Cu余Fe0~600雙金屬溫度計(jì)有普通雙金屬溫度計(jì)、熱套式雙金屬溫度計(jì)、電接點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)、防爆型雙金屬溫度計(jì)、盒型雙金屬溫度計(jì)等多種具體種類。普通雙金屬溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖7.2所示。圖7.2普通雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖1-指針；2-標(biāo)度盤；3-保護(hù)管；4-指針軸；5-感溫元件；6-固定端作為測(cè)溫體的雙金屬片通常繞成螺旋形，以提高靈敏度。螺旋形雙金屬片的自由端與細(xì)軸4相連，細(xì)軸4的端部裝有指針1。當(dāng)溫度發(fā)生變化而產(chǎn)生形變時(shí)，自由端將繞軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在標(biāo)度盤上指示被測(cè)溫度。雙金屬溫度計(jì)的精度等級(jí)有1.0、1.5、2.5三種。它的時(shí)間常數(shù)與保護(hù)管直徑有關(guān)。對(duì)于4mm、6mm的保護(hù)管直徑，時(shí)間常數(shù)小于30s；對(duì)于8mm、10mm、12mm的保護(hù)管直徑，時(shí)間常數(shù)小于60s。雙金屬溫度計(jì)插入被測(cè)介質(zhì)的深度必須大于感溫元件的長(zhǎng)度。雙金屬溫度計(jì)工作的環(huán)境溫度范圍為-40℃~55℃，環(huán)境濕度應(yīng)小于85%。使用中應(yīng)避免強(qiáng)力沖擊和碰撞，以免保護(hù)管變形。與雙金屬溫度計(jì)有關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T8803—1998，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙金屬溫度計(jì)的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、儲(chǔ)存等。7.1.2壓力式溫度檢測(cè)壓力式溫度檢測(cè)是根據(jù)密閉容器中的感溫介質(zhì)受熱后體積膨脹引起壓力變化的原理來測(cè)量溫度的。換言之，它首先將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓力信號(hào)，然后用測(cè)量壓力的方法來實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，圖7.3壓力式溫度計(jì)原理圖溫泡內(nèi)充有感溫介質(zhì)。溫泡與毛細(xì)管、彈簧管組成一個(gè)封閉系統(tǒng)。當(dāng)溫泡內(nèi)的感溫介質(zhì)受到溫度作用時(shí)，封閉系統(tǒng)內(nèi)的壓力將發(fā)生變化，使彈簧管產(chǎn)生相應(yīng)的形變，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示被測(cè)溫度。根據(jù)感溫介質(zhì)不同，壓力式溫度計(jì)可分為液體壓力溫度計(jì)、氣體壓力溫度計(jì)、蒸氣壓力溫度計(jì)，其測(cè)量范圍與具體感溫介質(zhì)有關(guān)。感溫介質(zhì)為二甲苯時(shí)，測(cè)量范圍為-40℃~400℃；感溫介質(zhì)為甲苯時(shí)，測(cè)量范圍為120℃~300℃；感溫介質(zhì)為氮?dú)鈺r(shí)，測(cè)量范圍為-100℃~500℃。氣體壓力式溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)約為80s，水銀壓力式溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)約為20s，其它液體壓力式溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)約為40s。壓力式溫度計(jì)的精度等級(jí)有1.0、1.5、2.5等。表7.2給出了壓力式溫度計(jì)使用注意事項(xiàng)。環(huán)境溫度只能在允許的環(huán)境溫度范圍內(nèi)使用，否則毛細(xì)管和彈簧管產(chǎn)生的誤差將超出儀表的補(bǔ)償范圍，造成準(zhǔn)確度降低安裝應(yīng)將溫泡全部浸入被測(cè)介質(zhì)，但不要將毛細(xì)管插入介質(zhì)；應(yīng)垂直安裝在無振動(dòng)、便于讀數(shù)和維護(hù)的地方；對(duì)于液體或蒸氣壓力式溫度計(jì)，溫泡和表頭要安裝在同一高度上；毛細(xì)管應(yīng)垂直，緊固件間距不超過300mm，彎曲圓弧半徑大于50mm；毛細(xì)管與爐壁、煙道等熱物體不得接觸；使用對(duì)于蒸氣壓力式溫度計(jì)，由于蒸氣壓力與溫度呈非線性關(guān)系，刻度盤的前1/3精度較低，應(yīng)讓儀表經(jīng)常工作在其刻度范圍的1/2——3/4區(qū)域內(nèi)與壓力式溫度計(jì)有關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB/T9259—1999蒸氣和氣體壓力式溫度計(jì)；JB/T9262—1999工業(yè)玻璃溫度計(jì)和實(shí)驗(yàn)玻璃溫度計(jì)；JB/T9263.1—1999內(nèi)標(biāo)式工業(yè)玻璃溫度計(jì)型式和基本尺寸；JB/T9263.2—1999內(nèi)標(biāo)式普通實(shí)驗(yàn)玻璃溫度計(jì)型式和基本尺寸；JB/T9263.3—1999內(nèi)標(biāo)式精密實(shí)驗(yàn)玻璃溫度計(jì)型式和基本尺寸；JB/T9263.4—1999棒式普通實(shí)驗(yàn)玻璃溫度計(jì)型式和基本尺寸；JB/T9263.5—1999棒式精密實(shí)驗(yàn)玻璃溫度計(jì)型式和基本尺寸；JB/T9264—1999電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)。7.1.3熱電偶溫度檢測(cè)熱電偶是最重要的溫度檢測(cè)方法之一，將在7.2節(jié)作為溫度檢測(cè)技術(shù)示例予以詳細(xì)闡述。7.1.4熱電阻溫度檢測(cè)熱電阻的測(cè)溫原理基于金屬電阻率隨溫度變化而發(fā)生變化，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。各種金屬材料的電阻均隨溫度而發(fā)生變化，但適于制作溫度敏感元件的電阻材料要滿足要求：①要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)；②電阻率要大，在同樣靈敏度下減小元件尺寸；③電阻溫度系數(shù)要保持單值，并且最好是常數(shù)，以保證電阻隨溫度變化的線性關(guān)系；④性能要穩(wěn)定，在電阻的使用范圍內(nèi)，其物理、化學(xué)性能基本保持不變。根據(jù)以上要求，純金屬是制造熱電阻的主要材料。目前，廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。其中，鉑電阻、銅電阻溫度傳感器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。1鉑熱電阻傳感特性當(dāng)溫度在0℃~850℃范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度的關(guān)系為鉑電阻溫度傳感器的使用范圍是-200℃~850℃。當(dāng)溫度在-200℃~0℃范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度的關(guān)系為2銅熱電阻傳感特性銅熱電阻的溫度系數(shù)比鉑熱電阻大、價(jià)格低、易提純，但電阻率小、機(jī)械強(qiáng)度差。在測(cè)量精度要求不是很高、測(cè)量范圍較小的情況下，常被采用。銅熱電阻在-50℃~150℃的使用范圍內(nèi)，其電阻值與溫度的關(guān)系近似線性關(guān)系~

3熱電阻的結(jié)構(gòu)圖7.4熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）電阻絲由于鉑的電阻率較大，而且相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度也較大，通常將鉑絲直徑設(shè)計(jì)在0.03mm~0.07mm之間，可單層繞制。若鉑絲過細(xì)，電阻體雖可做得更小，但強(qiáng)度低。若將鉑絲加粗，強(qiáng)度雖可增大，但電阻體大了，熱慣性也大，且加大了成本。銅的機(jī)械強(qiáng)度較低，電阻絲的直徑需適當(dāng)加大。一般選擇0.1mm的漆包銅線或絲包線，分層繞在骨架上，并涂上絕緣漆。由于銅電阻測(cè)量的溫度低，故可以重疊多層繞制，一般多用雙繞法，即兩根絲平行繞制，在末端把兩個(gè)頭焊接起來。這樣，工作電流從一根熱電阻絲進(jìn)入，從另一根絲反向出來．形成兩個(gè)電流方向相反的線圈，其磁場(chǎng)方向相反，產(chǎn)生的電感就互相抵消，故又稱無感繞法。這種雙繞法也有利于引線的引出。（2）骨架熱電阻絲是繞制在骨架上的，骨架用來支持和固定電阻絲。骨架應(yīng)使用電絕緣性能好、高溫下機(jī)械強(qiáng)度高、體膨脹系數(shù)小、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、對(duì)熱電阻絲無污染的材料制造。常用的是云母、石英、陶瓷、玻璃及塑料等。（3）引出線

引出線的直徑應(yīng)當(dāng)比熱電阻絲大幾倍，以便盡量減小引出線的電阻、增加引出線的機(jī)械強(qiáng)度和連接的可靠性。對(duì)于工業(yè)用鉑熱電阻，一般采用1mm的銀絲作為引出線。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻，則采用0.3mm的鉑絲作為引出線。對(duì)于銅熱電阻，常用0.5mm的銅線作為引出線。在骨架上繞制好熱電阻絲，并焊好引線之后，在其外面加上云母片進(jìn)行保護(hù)，再裝入外保護(hù)套管中，并和接線盒或外部導(dǎo)線相連接，即得到熱電阻傳感器。三線制接線為削弱引線電阻、連接電阻的阻值及其隨環(huán)境溫度的波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響，熱電阻到信號(hào)調(diào)理電路之間的引線常采用三根線，稱為“三線制”。具體接線方法見圖7.5所示。圖中假設(shè)測(cè)量電橋?yàn)槠胶怆姌?，若接不平衡電橋，則將圖中的檢流計(jì)G去掉，c、d處接后續(xù)電路的輸入端即可。從熱電阻體的根部一端引出兩根線、另一端引出一根線，兩根引出導(dǎo)線、連接導(dǎo)線接到電橋的相鄰橋臂中，第三根引出導(dǎo)線、連接導(dǎo)線的電阻加到電橋的電源上。三線制是工業(yè)中最常用的連接方法。圖7.5熱電阻的三線制接線方法根據(jù)電橋平衡條件，只要將電橋設(shè)計(jì)成R2=R3,在電橋平衡條件下，引出導(dǎo)線、連接導(dǎo)線的電阻及其隨環(huán)境溫度的波動(dòng)不會(huì)造成測(cè)量誤差。當(dāng)電橋工作在不平衡條件下時(shí)，三線制接法不會(huì)完全消除引出導(dǎo)線、連接導(dǎo)線的電阻及其隨環(huán)境溫度的波動(dòng)所造成得測(cè)量誤差，但可以大大減小此類誤差。圖7.5(b)只是對(duì)連接導(dǎo)線采用了三線制，它可以減小連接導(dǎo)線的電阻及其隨環(huán)境溫度的波動(dòng)所造成得測(cè)量誤差，但引出導(dǎo)線的影響依然存在。四線制接線在實(shí)驗(yàn)室的精密測(cè)量中，常采用四線制接法。如圖7.6所示，從熱電阻體的根部?jī)啥烁饕鰞筛€，分別接電壓測(cè)量?jī)x器電子電位差計(jì)和恒流源，通過歐姆定律獲得熱電阻的阻值。圖7.6熱電阻的四線制接線方法電子電位差計(jì)不取電流，恒流激勵(lì)源的電流完全流經(jīng)熱電阻體，而電子電位差計(jì)測(cè)量的是熱電阻體根部?jī)啥说碾妷海酝耆鰧?dǎo)線、連接導(dǎo)線的電阻及其隨環(huán)境溫度的波動(dòng)所造成的測(cè)量誤差。自熱效應(yīng)問題熱電阻在工作時(shí)必須施加激勵(lì)電流，該電流將造成電阻體本身的發(fā)熱，從而造成測(cè)量誤差。因此必須對(duì)激勵(lì)電流的幅值加以限制。常見故障熱電阻常見故障有短路和斷路。當(dāng)顯示儀表指示值為溫度上限時(shí)，很可能是熱電阻斷路造成；當(dāng)顯示儀表指示值為溫度下限時(shí)，很可能是熱電阻短路造成。保護(hù)管內(nèi)有灰塵可造成示值偏低；熱電阻體本身受到腐蝕，可造成溫度與阻值的關(guān)系發(fā)生變化，嚴(yán)重偏離分度表。與熱電阻有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)JB/T8622—1997工業(yè)鉑熱電阻技術(shù)條件及分度表；JB/T8623—1997工業(yè)銅熱電阻技術(shù)條件及分度表；JB/T5518—1991工業(yè)熱電偶與熱電阻隔爆技術(shù)條件；JB/T9239—1999工業(yè)熱電偶、熱電阻用陶瓷接線板；JB/T10201—2000帶轉(zhuǎn)換器熱電阻。7.1.5非接觸式溫度檢測(cè)非接觸式溫度檢測(cè)，又稱為輻射式溫度檢測(cè)。測(cè)量原理：任何物體受熱后都將有一部分熱量轉(zhuǎn)換為輻射能。溫度越高，輻射到周圍環(huán)境的能量也就越多，而且二者滿足一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，通過測(cè)量被測(cè)對(duì)象輻射到周圍的能量就可間接獲得被測(cè)對(duì)象的溫度。組成：一般由光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)元件兩部分組成。光學(xué)系統(tǒng)用于瞄準(zhǔn)被測(cè)對(duì)象，把其輻射能量集中到檢測(cè)元件上；檢測(cè)元件用于把匯聚的輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。分類：非接觸式溫度檢測(cè)可以分為4類全輻射式溫度檢測(cè)部分輻射式溫度檢測(cè)亮度式溫度檢測(cè)比色溫度檢測(cè)1全輻射式溫度檢測(cè)自然界中任何物體，溫度都在絕對(duì)零度以上，都會(huì)向外輻射出能量。設(shè)一小凸形物體的輻射發(fā)射率與吸收率相等，則其單位時(shí)間、單位表面積對(duì)周圍環(huán)境所輻射出的能量為全輻射式溫度檢測(cè)基于被測(cè)物體在全光譜范圍內(nèi)的總輻射能量與溫度具有確定性的關(guān)系來測(cè)量溫度。由于是對(duì)全輻射波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，因此光學(xué)系統(tǒng)和熱敏感檢測(cè)元件必須具有較寬的光譜特性。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.7所示。1-被測(cè)對(duì)象；2-透鏡；3-熱屏蔽器；4-熱敏感元件；5-放大電路；6-顯示儀表圖7.7全輻射式溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖被測(cè)對(duì)象的輻射能經(jīng)透鏡2聚焦在熱敏感元件4上。為了使熱敏感元件4只感受正面?zhèn)鱽淼臒彷椛涠皇芷渌较驘彷椛涞挠绊懀捎脽崞帘纹?對(duì)其加以保護(hù)。熱敏感元件4輸出與被測(cè)物體溫度值有關(guān)的電信號(hào)。全輻射式溫度檢測(cè)測(cè)溫范圍為400℃~2000℃。按光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，可進(jìn)一步劃分為反射鏡式感溫器和透鏡式感溫器。反射鏡式感溫器用于測(cè)量中溫，透鏡式感溫器用于測(cè)量高溫。全輻射式溫度檢測(cè)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、價(jià)格比較低、使用比較方便；主要缺點(diǎn)：由于工作在寬波段下，讀數(shù)受光譜發(fā)射率、吸收、反射影響較大，測(cè)量精度較低。目前主要用于中小型爐窯的溫度檢測(cè)。2亮度式溫度檢測(cè)亮度式溫度檢測(cè)，基于物體的單色輻射亮度隨溫度變化的原理，以被測(cè)物體光譜的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)的亮度與標(biāo)準(zhǔn)輻射體的亮度進(jìn)行比較來測(cè)量溫度。實(shí)際物體的單色輻射亮度為物體單色輻射亮度與被測(cè)溫度具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。按此原理形成的測(cè)溫裝置稱為光學(xué)高溫計(jì)，有標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)和工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)兩個(gè)大類。標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)又可劃分基準(zhǔn)溫度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)；工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)又可劃分為隱絲式光學(xué)高溫計(jì)和恒亮度式光學(xué)高溫計(jì)。項(xiàng)目隱絲式光學(xué)高溫計(jì)恒亮度式光學(xué)高溫計(jì)精密光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量范圍/℃800~15001200~20001800~3200900~1500900~14001200~20001800~3200精確度1.51.00.5基本誤差限1.5℅1.0℅0.5℅測(cè)量距離/mm≥700≥1000≥700一般測(cè)量距離：1000工作條件溫度：10~50℃相對(duì)濕度：≤85℅溫度：10~50℃相對(duì)濕度：≤85℅溫度：10~35℃相對(duì)濕度：≤85℅表7.3各種光學(xué)高溫計(jì)的主要性能指標(biāo)3比色式溫度檢測(cè)

比色式溫度檢測(cè)是以兩個(gè)波長(zhǎng)的輻射亮度之比隨溫度變化的原理來進(jìn)行溫度測(cè)量的。圖7.8比色式溫度檢測(cè)系統(tǒng)工作原理示意圖1-被測(cè)對(duì)象；2-透鏡；3-光電器件；4-放大電路；5-顯示儀表；6-調(diào)制盤；7-步進(jìn)電機(jī)；8，9-濾光片被測(cè)對(duì)象1的輻射射線經(jīng)過透鏡2射到由步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制圓盤6上；在調(diào)制盤6的開孔上附有兩種顏色的濾光片8和9，一般為紅、藍(lán)色，把光線調(diào)制成交變光線；到光電器件3上的光線為紅、藍(lán)色交變的光線，進(jìn)而使光電器件3輸出與相應(yīng)的紅色和藍(lán)色光相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；然后把這個(gè)信號(hào)經(jīng)放大電路4放大并運(yùn)算后送到顯示儀表5，得到被測(cè)物體的溫度T。比色溫度檢測(cè)的特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快，可檢測(cè)小目標(biāo)。目前可檢測(cè)2mm的物體的溫度。當(dāng)被測(cè)溫度處于0~800℃的中溫范圍時(shí)，物體向外輻射的能量已不是可見光，而幾乎全是紅外輻射，需要利用紅外探測(cè)器構(gòu)成紅外測(cè)溫儀來檢測(cè)。按工作原理，紅外測(cè)溫儀也可以劃分為全輻射式、亮度式、比色式等不同類別；按測(cè)溫范圍，可分為高溫紅外測(cè)溫儀（900℃以上）、中溫紅外測(cè)溫儀（300~900℃）和低溫紅外測(cè)溫儀（300℃以下）。圖7.9紅外線測(cè)溫儀組成框圖紅外接收器和輻射調(diào)制器組成紅外光學(xué)系統(tǒng)，它可以是透射式的，也可以是反射式的。在大多數(shù)紅外溫度計(jì)中，使用透射式光學(xué)系統(tǒng)。其作用：收集被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，并把它紅外探測(cè)器的光敏面上。為了盡可能多的接收被測(cè)目標(biāo)的輻射量，增加紅外探測(cè)器光敏面的照度，要求光學(xué)系統(tǒng)通光孔徑與焦距的比值盡量大。限定測(cè)溫儀視場(chǎng)，遮擋非被測(cè)目標(biāo)的輻射入射到探測(cè)器。通過濾光片在整個(gè)被測(cè)目標(biāo)輻射的光譜范圍內(nèi)有選擇性的接收輻射能。根據(jù)需要可分別選用截止濾光片、帶通濾光片、窄帶濾光片、雙色濾光片等。

瞄準(zhǔn)裝置：為便于把紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，紅外測(cè)溫儀一般還配置可見光瞄準(zhǔn)光路或激光瞄準(zhǔn)裝置。紅外探測(cè)器的功能是把接收到的紅外目標(biāo)輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

種類工作原理特點(diǎn)主要類型熱探測(cè)器探測(cè)元件因接受輻射能溫度升高，探測(cè)器中某一依賴溫度的參數(shù)發(fā)生變化，檢測(cè)該參數(shù)的變化便可探測(cè)出輻射能。光譜響應(yīng)寬、平坦；響應(yīng)范圍可以擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域；可在常溫下工作；使用方便。熱釋電探測(cè)器；熱敏電阻紅外探測(cè)器；熱電堆紅外探測(cè)器；光子探測(cè)器入射光的光子流與探測(cè)器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象。響應(yīng)率高；噪聲低；響應(yīng)速度快。光電導(dǎo)探測(cè)器；光伏探測(cè)器；光電磁探測(cè)器；紅外場(chǎng)效應(yīng)探測(cè)器模擬信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理與顯示等環(huán)節(jié)組成電信號(hào)處理系統(tǒng)，其功能：放大紅外探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)；抑制非目標(biāo)輻射的干擾噪聲和系統(tǒng)噪聲；線性化、被測(cè)目標(biāo)表面發(fā)射率修正；環(huán)境溫度補(bǔ)償；信號(hào)的數(shù)字化處理與顯示等。選擇紅外測(cè)溫儀要考慮：測(cè)溫范圍目標(biāo)尺寸光學(xué)分辨率波長(zhǎng)范圍等因素。舉例而言，某型號(hào)紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)為：測(cè)溫范圍800~1200℃在1100℃處的不確定度為7℃響應(yīng)時(shí)間小于等于15s測(cè)量距離大于1m使用環(huán)境溫度為5~40℃紅外線熱像儀利用紅外輻射原理，除可以測(cè)量物體整體溫度值以外，還可測(cè)量物體表面的溫度分布，稱為紅外線熱像儀。紅外線熱像儀以黑體為參考，由紅外探測(cè)器直接測(cè)量由物體各部分發(fā)出的紅外輻射，利用紅外成像的原理，得到包含有溫度信息的物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像。目前已有多種型號(hào)的相應(yīng)產(chǎn)品，它可以顯示關(guān)于溫度的各種形式的彩色圖像、某幾個(gè)點(diǎn)溫的實(shí)時(shí)顯示；自動(dòng)搜索和顯示圖像中的最高溫度、最低溫度；顯示水平或垂直的線溫分布；顯示圓形或矩形區(qū)域內(nèi)的最高溫度、最低溫度、平均溫度；還可以進(jìn)行等溫顯示、溫差顯示。根據(jù)熱像圖可以清楚了解、分析被測(cè)物體的溫度場(chǎng)。圖7.10紅外線熱像儀組成框圖被測(cè)物體的輻射圖形經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚與濾光，聚焦在焦平面上；在焦平面上安置有紅外探測(cè)器，將入射的紅外輻射加以轉(zhuǎn)換，輸出與紅外輻射能量成正比的電壓信號(hào)；該電壓信號(hào)經(jīng)放大、視頻處理，實(shí)現(xiàn)熱像顯示和溫度測(cè)量。7.1.6各種溫度檢測(cè)方法的比較與選擇1玻璃溫度計(jì)優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②使用方便；③測(cè)量精度較高；④價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：①測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制；②易碎；③不能遠(yuǎn)傳。2壓力式溫度計(jì)壓力式測(cè)溫系統(tǒng)現(xiàn)在仍然是就地顯示、控制溫度中應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量方法。帶電接點(diǎn)的壓力式測(cè)溫系統(tǒng)可用于就地溫度位式控制。壓力式測(cè)溫系統(tǒng)適于對(duì)銅或銅合金不起腐蝕作用的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，不怕震動(dòng)；②價(jià)格較低；③不需要外部能源。缺點(diǎn)：①測(cè)溫范圍有限制，-80℃～+400℃；②熱慣性大，響應(yīng)時(shí)間較慢；③溫包、毛細(xì)管、彈簧管等密封部件損壞難于修理，必須更換；④測(cè)量精度受環(huán)境溫度、溫包安裝位置影響較大；⑤毛細(xì)管傳送距離有限制。3雙金屬溫度計(jì)

雙金屬溫度計(jì)也是用途十分廣泛的就地顯示溫度計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低；②維護(hù)方便；③比玻璃溫度計(jì)堅(jiān)固、耐震、耐沖擊；④示值連續(xù)。缺點(diǎn)：測(cè)量精度較低。4熱電阻

熱電阻廣泛用于生產(chǎn)過程各種介質(zhì)的溫度測(cè)量，輸出信號(hào)可以遠(yuǎn)傳。優(yōu)點(diǎn)：①測(cè)量精度高，可制作成標(biāo)準(zhǔn)儀器使用；②再現(xiàn)性好，可保持多年的穩(wěn)定性、精確度；③響應(yīng)速度快；④與熱電偶測(cè)溫相比，它不需要冷端溫度補(bǔ)償。缺點(diǎn)：①價(jià)格較熱電偶貴；②需外接電源；③熱慣性較大；④應(yīng)避免使用在有機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合。鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是將溫度檢測(cè)元件、絕緣材料、導(dǎo)線三者封焊在一根金屬管內(nèi)，因此它的外徑可以做得很小，有良好的機(jī)械性能，不怕振動(dòng)。同時(shí)具有響應(yīng)快、時(shí)間常數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。鎧裝熱電阻除感溫元件外其他部分都可制成纜狀結(jié)構(gòu)，具有可撓性，可任意彎曲，適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)場(chǎng)合中的溫度測(cè)量。5熱電偶熱電偶在工業(yè)測(cè)溫中占了很大比重。生產(chǎn)過程遠(yuǎn)距離測(cè)溫很大部分使用熱電偶。優(yōu)點(diǎn)：①體積小，安裝方便；②信號(hào)可遠(yuǎn)傳作指示、控制用；③與壓力式溫度計(jì)相比，響應(yīng)速度快；④測(cè)溫范圍寬；⑤價(jià)格低；⑥精度高；⑦再現(xiàn)性好；⑧校驗(yàn)容易。缺點(diǎn)：①熱電勢(shì)與溫度之間呈非線性關(guān)系；②精度比熱電阻低；⑧在同樣條件下，熱電偶接點(diǎn)容易老化。6光學(xué)高溫計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、輕巧便攜、使用方便，作為一種簡(jiǎn)易儀表使用在金屬冶煉、玻璃熔融、熱處理等工藝過程中，實(shí)現(xiàn)非接觸溫度測(cè)量。主要缺點(diǎn)是測(cè)量靠人眼比較，容易引入主觀誤差。7輻射溫度計(jì)

輻射溫度計(jì)常用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，也可用于不能安裝熱電偶的測(cè)溫場(chǎng)合。全輻射溫度計(jì)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、牢固、價(jià)格較低，輸入信號(hào)可遠(yuǎn)傳指示記錄。優(yōu)點(diǎn)：①非接觸測(cè)溫；②適合高溫測(cè)量；③重量輕，便于攜帶；④精度較高。缺點(diǎn)：①價(jià)格較高；②靠人眼比較，有人為誤差；③被測(cè)物體的輻射率會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。8輻射高溫計(jì)

輻射高溫計(jì)主要用于熱電偶無法測(cè)量的超高溫場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)：①測(cè)量高溫；②響應(yīng)速度快；③非接觸測(cè)溫；④價(jià)格適中。缺點(diǎn)：①非線性刻度；②被測(cè)對(duì)象輻射率、輻射通道中間介質(zhì)吸收率會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。部分輻射溫度計(jì)測(cè)量精度較高，穩(wěn)定性也好，可測(cè)溫下限較低。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，同樣輻射通道中間介質(zhì)吸收也會(huì)影響測(cè)量示值。9比色溫度計(jì)

比色溫度計(jì)按它的結(jié)構(gòu)可分為單通道和雙通道兩種。單通道比色溫度計(jì)精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；雙通道比色溫度計(jì)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單但精度低。比色溫度計(jì)主要應(yīng)用于測(cè)量表面發(fā)射率低、測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。溫度測(cè)量?jī)x表的選擇要點(diǎn)如下：1就地溫度儀表選擇在滿足測(cè)量范圍、工作壓力、精確度要求下，應(yīng)優(yōu)先選用雙金屬溫度計(jì)；對(duì)于-80℃以下的低溫，或無法近距離觀察、有振動(dòng)、對(duì)精確度要求不高的場(chǎng)合，可以選擇壓力式溫度計(jì)；玻璃溫度計(jì)由于易受機(jī)械損傷造成汞害，一般不推薦使用（但作為成套機(jī)械、要求測(cè)量精度不高的情況下使用除外)。2溫度傳感器的選擇熱電偶適合大多數(shù)場(chǎng)合；熱電阻適合要求測(cè)量精度高、無振動(dòng)場(chǎng)合。普通熱電偶測(cè)量響應(yīng)速度有600s，100s，20s等范圍可供選擇；普通熱電阻測(cè)量響應(yīng)速度有90～180s，30～90s，10～30s，<10s等范圍可供選擇。3根據(jù)環(huán)境條件選擇溫度傳感器的接線盒普通式接線盒，適合條件較好的測(cè)量場(chǎng)所；防濺式接線盒，適合條件較好場(chǎng)所(防水式)；防爆式接線盒，適合易燃、易爆場(chǎng)所。4特殊場(chǎng)合下的溫度計(jì)選擇溫度高于870℃，氫含量大于5％的還原性氣體、惰性氣體及真空?qǐng)鏊诉x用吹氣熱電偶或鎢錸熱電偶；管道外壁、轉(zhuǎn)動(dòng)物體等表面溫度測(cè)量，可選擇表面熱電偶、熱電阻或鎧裝熱電偶、熱電阻；含堅(jiān)固體顆粒場(chǎng)所的溫度測(cè)量，可選擇耐磨熱電偶。5根據(jù)被測(cè)介質(zhì)條件選擇測(cè)溫保護(hù)管材質(zhì)7.2溫度檢測(cè)技術(shù)示例——熱電偶7.2.1熱電偶的工作原理兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的兩端，分別焊接或絞接在一起，從而形成一個(gè)閉合回路。若兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為熱電勢(shì)，相應(yīng)在回路中形成電流，通過電流表A可測(cè)得。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)是1823年由塞貝克發(fā)現(xiàn)的，故又稱為塞貝克效應(yīng)，熱電勢(shì)也稱為塞貝克電勢(shì)。圖中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B，稱為熱電極，它們組成熱電偶AB。測(cè)溫時(shí)接點(diǎn)(1)置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，稱為測(cè)量端，也稱為工作端、熱端；接點(diǎn)(2)一般處于某一恒定溫度，稱為參考端，也稱為自由端、冷端。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只與兩個(gè)電極的材料及兩個(gè)接點(diǎn)的溫度有關(guān)，通常寫成符號(hào)EAB(T,T0)，表示由材料A、B組成的熱電偶，熱端、冷端溫度分別為T、T0時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體接點(diǎn)的接觸電勢(shì)和同一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)所合成的2接觸電勢(shì)1溫差電勢(shì)3熱電偶回路的熱電勢(shì)1）如果A和B兩導(dǎo)體的材料相同，即NA=NB，σA＝σB，即使兩端溫度T、T0不同，總熱電勢(shì)也為零。因此，熱電偶必須用兩種不同成分的材料制作熱電極。2）如果熱電偶的兩電極材料不同，但熱電偶的兩端溫度相同，即T＝T0，總的熱電勢(shì)也為零。3）熱電勢(shì)的大小僅與熱電極材料的性質(zhì)、兩個(gè)接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的尺寸及形狀無關(guān)。同樣材料的熱電偶，其溫度與電勢(shì)的關(guān)系相同，熱電極材料相同的熱電偶可以互換。熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關(guān)。如果參考端溫度固定，則熱電偶的熱電勢(shì)就是被測(cè)溫度的單值函數(shù)；當(dāng)參考端溫度恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只隨工作端溫度的變化而變化，一定的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)著一定的被測(cè)溫度。只要測(cè)量出熱電動(dòng)勢(shì)，就可以達(dá)到測(cè)溫的目的。這正是熱電偶的測(cè)溫原理。不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系。一般用試驗(yàn)方法求取這個(gè)函數(shù)關(guān)系。把參考端放于溫度場(chǎng)為零的環(huán)境內(nèi)，然后在不同的溫差情況下，精確地測(cè)出回路總熱電勢(shì)，并將結(jié)果列成表格，稱為熱電偶的分度表。有8種國(guó)際通用的、標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶分度表。7.2.2熱電偶的基本定律

利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，必須用導(dǎo)線將熱電偶與測(cè)量?jī)x表連接起來。那么，這些導(dǎo)線、儀表以及它們之間形成的接點(diǎn)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生新的熱電勢(shì)，從而影響測(cè)溫精度呢?下述熱電偶的三個(gè)基本定律，回答了上述問題。1中間導(dǎo)體定律

將熱電極B在某位置斷開，接入第三種導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相等，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)沒有影響。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，在回路中引入各種儀表和連接導(dǎo)線，不會(huì)對(duì)熱電勢(shì)產(chǎn)生影響；同時(shí)允許采用任意的焊接方法來焊制熱電偶，或?qū)蔁犭姌O直接焊接在被測(cè)物體表面。2中間溫度定律

熱電偶回路中，工作端溫度為T、參考端為T0時(shí)的熱電勢(shì)，等于此熱電偶工作端溫度為T、參考端為Tn時(shí)的熱電勢(shì)和工作端溫度為Tn、參考端溫度為T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律的實(shí)用價(jià)值：它為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也是熱電偶參考端溫度補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。只要求得參考溫度為0℃時(shí)的“熱電勢(shì)——溫度”關(guān)系，就可通過計(jì)算確定參考溫度不等于0℃時(shí)的“熱電勢(shì)—溫度”關(guān)系。3標(biāo)準(zhǔn)電極定律

由3種材料成分不同的熱電極A、B、C分別組成3對(duì)熱電偶，在相同接點(diǎn)溫度(T，T0)下，如果熱電極A和B分別與熱電極C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)已知，則由熱電極A和B組成的熱電偶的熱電勢(shì)可按下式求出。熱電極C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極。標(biāo)準(zhǔn)電極定律的實(shí)用價(jià)值：利用標(biāo)準(zhǔn)電極定律可大大簡(jiǎn)化熱電偶選配工作。只要已知任意兩種電極分別與標(biāo)準(zhǔn)電極配對(duì)的熱電勢(shì)，即可通過計(jì)算求出這兩種熱電極配對(duì)組成的熱電偶的熱電勢(shì)，而不需要重新通過試驗(yàn)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)電極C通常用純度很高、物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定的鉑制成，稱為標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電極。7.2.3熱電偶的冷端補(bǔ)償為了使熱電勢(shì)僅是熱端溫度的單值函數(shù)，必須使參考端溫度保持不變。但是，實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)參考端與熱源很近，易受測(cè)量對(duì)象和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，使參考端溫度難以保持恒定；為此可采用下述措施消除參考端溫度波動(dòng)的影響。這些措施習(xí)慣上統(tǒng)稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。注意，這里所說的“冷端”，是“參考端”的同義詞；相應(yīng)的，“熱端”，是“工作端”的同義詞?！袄涠恕睖囟瓤梢员取盁岫恕睖囟鹊?，也可以比“熱端”溫度高。1冷端的恒溫方式把冰屑和清潔的水相混合，放在保溫瓶中，并使水面略低于冰屑面，然后把熱電偶的冷端置于其中。在一個(gè)大氣壓的條件下冰水混合物保持在0℃。這時(shí)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)符合分度表的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法稱為冰浴法，適用于實(shí)驗(yàn)室。比使冷端保持0℃更簡(jiǎn)便、易行的方法，是使冷端保持非0℃的恒定溫度。這時(shí)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)相對(duì)于分度表，存在一個(gè)恒定系統(tǒng)誤差，便于校正。為此，可以將冷端置于恒溫槽中，使冷端恒溫值略高于環(huán)境最高溫度。為什么要使冷端恒溫值略高于環(huán)境最高溫度而不是低于環(huán)境最高溫度呢？因?yàn)樯郎乇冉禍卦诠こ躺细菀讓?shí)現(xiàn)。還可將冷端置于溫度變化緩慢的容器中，或置于深埋于地下的鐵盒中，或置于充滿絕熱體的鐵管中，等等。2補(bǔ)償導(dǎo)線法為了使冷端遠(yuǎn)離熱源，免受熱源的影響，往往采用補(bǔ)償導(dǎo)線來加長(zhǎng)熱電偶，使冷端處于溫度較低或較恒溫的地方。這樣，比較容易保持冷端溫度恒定。補(bǔ)償導(dǎo)線使用價(jià)格比熱電極材料便宜的金屬或合金制成，但它們?cè)谝蟮臏囟确秶畠?nèi)，其熱電性能應(yīng)和相配的熱電極熱電性能一致或接近。即：圖7.16熱電偶冷端的延伸無論Tn

還是T0，都屬于環(huán)境溫度，波動(dòng)范圍不會(huì)太大。在這個(gè)不太大的溫度范圍內(nèi)，是比較容易找到合適的補(bǔ)償導(dǎo)線材料1）不同的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用；對(duì)于廉價(jià)金屬熱電偶，其補(bǔ)償導(dǎo)線就采用與其電極材料相同的合金絲。而對(duì)于貴重金屬熱電偶，通常用實(shí)驗(yàn)方法找出熱電特性相同的廉價(jià)合金絲作為補(bǔ)償導(dǎo)線。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，已經(jīng)有相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線與之配套。這也是標(biāo)準(zhǔn)化工作所帶來的好處之一。2）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連的兩個(gè)接點(diǎn)1、2的溫度必須相同，且不得超過規(guī)定的范圍(一般為0℃~100℃)。3）補(bǔ)償導(dǎo)線正極、負(fù)極以其絕緣層的顏色來區(qū)分。正負(fù)極性不能接錯(cuò)，否則反會(huì)增大誤差。3冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法當(dāng)冷端受環(huán)境溫度影響而起伏變化時(shí)，利用放在冷端附近的另一個(gè)溫度傳感器來測(cè)量這一變化。在熱電偶測(cè)量回路中串接一個(gè)不平衡直流電橋，利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度波動(dòng)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)變化量。這個(gè)不平衡直流電橋被稱之為冷端溫度補(bǔ)償器。補(bǔ)償電橋的3個(gè)橋臂電阻R1、R2、R3用電阻溫度系數(shù)極小的錳銅絲制成，可以認(rèn)為其阻值是恒定值；而另一橋臂電阻RT則用電阻溫度系數(shù)較大的銅合金絲制成，R4為限流電阻。使用時(shí)，用延伸導(dǎo)線將熱電偶冷端延伸至補(bǔ)償電橋處，使補(bǔ)償電橋與熱電偶冷端感受同一溫度Tn。當(dāng)冷端溫度Tn變化時(shí)，補(bǔ)償電橋中的RT也隨Tn變化。7.2.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶由任意兩種不同的金屬或合金A和B構(gòu)成一個(gè)閉合回路，理論上就可以組成一支熱電偶。但為了保證測(cè)溫精度和工程上的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，必須對(duì)材料進(jìn)行優(yōu)選。按其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度不同，可劃分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，是指工藝上比較成熟、能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶例7.3某溫度測(cè)量系統(tǒng)，要求測(cè)量范圍為0℃~800℃，絕對(duì)誤差低于10℃?，F(xiàn)擬選用二級(jí)K型熱電偶、配套補(bǔ)償導(dǎo)線、補(bǔ)償電橋、1.0級(jí)顯示儀表組成測(cè)量系統(tǒng)，顯示儀表顯示范圍為0℃~800℃，該方案能否滿足要求？顯示儀表本質(zhì)上是電壓表，因此先將各誤差分量折合成電壓后再進(jìn)行誤差合成。查有關(guān)手冊(cè)，知二級(jí)K型熱電偶在-40℃~333℃的允許誤差為2.5℃,在333℃~1200℃的允許誤差為0.0075T℃

。本系統(tǒng)測(cè)量范圍為0℃~800℃，查K型分度表，10℃對(duì)應(yīng)0.40mV，330℃對(duì)應(yīng)13.457mV，340℃對(duì)應(yīng)13.874mV，790℃對(duì)應(yīng)32.87mV，800℃對(duì)應(yīng)33.29mV。因此在0℃附近，允許誤差2.5℃折合為熱電勢(shì)誤差為在333℃附近，允許誤差2.5℃折合為熱電勢(shì)誤差為800℃附近的允許誤差為折合為熱電勢(shì)誤差為

故取最壞的情況亦即0.25mV作為熱電偶在該測(cè)量范圍內(nèi)的允許誤差。查有關(guān)手冊(cè)，知K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線允許誤差0.15mV，K型熱電偶配套補(bǔ)償電橋允許誤差為0.16mV，1.0級(jí)顯示儀表最大誤差折合成電勢(shì)為按方和根公式進(jìn)行誤差合成0℃附近，電勢(shì)誤差0.47mV折合為溫度誤差為800℃附近，電勢(shì)誤差0.47mV折合為溫度誤差為該方案不能滿足要求。0℃附近，電勢(shì)誤差0.37mV折合為溫度誤差為若將顯示儀表改選為0.5級(jí)，顯示儀表最大誤差折合成電勢(shì)為重新進(jìn)行誤差合成800℃附近，電勢(shì)誤差0.37mV折合為溫度誤差為改選顯示儀表后滿足要求7.2.5熱電偶的結(jié)構(gòu)形式

1普通熱電偶工業(yè)上最常用的普通熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒、接線盒蓋等幾部分組成。補(bǔ)償導(dǎo)線、延伸導(dǎo)線、連接導(dǎo)線等通過接線盒與熱電極連接；圖7.18普通熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖接線盒蓋的作用是防止灰塵、水分及有害氣體進(jìn)入保護(hù)套管內(nèi)。保護(hù)套管作用是使熱電極免受化學(xué)侵蝕及機(jī)械損傷；絕緣套管的作用是防止兩個(gè)熱電極在中間位置短路；普通熱電偶主要用于測(cè)量液體、氣體、蒸汽等流體介質(zhì)的溫度。安裝時(shí)可采用螺紋或法蘭方式。根據(jù)測(cè)量范圍和環(huán)境氣氛的不同，可選用不同分度號(hào)的熱電偶和保護(hù)套管。工程上常用的有鉑銠10—鉑熱電偶、鎳鉻—鎳硅熱電偶、鎳鉻—康銅熱電偶等，都己系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，選用非常方便。

2鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶，又稱纜式熱電偶，是將熱電極、絕緣材料連同金屬保護(hù)套一起拉制成型的。它可做得很細(xì)、很長(zhǎng)，其外徑可小到1mm-3mm，而且可以彎曲，適于測(cè)量狹小對(duì)象上各點(diǎn)溫度。鎧裝熱電偶的主要特點(diǎn)是：測(cè)量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)可達(dá)0.01s；有良好的柔性，便于彎曲；抗振性能好，強(qiáng)度高。圖7.19鎧裝熱電偶測(cè)量端的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)鎧裝熱電偶可制成單芯、雙芯和四芯等，其測(cè)量端有碰底型、不碰底型、露頭型和帽型等幾種形式。3薄膜熱電偶薄膜熱電偶是采用真空蒸鍍的方法，把兩種熱電極材料分別沉積在絕緣基片上而形成的，是一種快速測(cè)溫元件。由于采用蒸鍍工藝，熱電偶可以做得很薄，而且尺寸可做得很小。它的特點(diǎn)是熱容量小、響應(yīng)速度快，特別適用于測(cè)量瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。圖7.20薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖7.2.6單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路

目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有多種單片熱電偶信號(hào)調(diào)理器、冷端溫度補(bǔ)償器等專用集成電路可供選用，本節(jié)介紹其中一種，目的是使同學(xué)們對(duì)這類專用芯片略見一斑。AD594/595/596/597是美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器，其特點(diǎn)是把儀表放大器和熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器集成在一個(gè)芯片中。它們具有多種用途，除能對(duì)不同類型的熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償之外，還可作為線性放大器、攝氏溫度傳感器、溫度控制器和故障報(bào)警器使用。1性能特點(diǎn)1）內(nèi)置冰點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，能分別對(duì)J型熱電偶(AD594／596)、K型熱電偶(AD595／597)的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。通過外部電阻改變溫度系數(shù)后，還可對(duì)E型、T型熱電偶進(jìn)行補(bǔ)償。2）采用高阻抗差分輸入方式，抑制熱電偶引線上的共模噪聲電壓。3）具有線性放大及溫度補(bǔ)償器、攝氏溫度計(jì)、溫度控制器、熱電偶開路故障報(bào)警器等多種功能，使用靈活。只要從反饋端輸入一個(gè)與某一溫度相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，即可構(gòu)成恒溫控制器，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制電加熱器以調(diào)節(jié)溫度；改變外部電阻可調(diào)節(jié)溫度控制回差值的大小。4）輸出電壓與攝氏溫度成正比，在0℃～+50℃環(huán)境溫度內(nèi)的電壓溫度系數(shù)為10mV／℃。AD594C／595C的測(cè)溫精度為±1℃，AD594A／595A的測(cè)溫精度為±3℃，AD596／597為±4℃。5）當(dāng)熱電偶引線發(fā)生開路故障時(shí)能輸出報(bào)警信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)外部報(bào)警器或LED指示燈。6）采用+5V電源，電源電壓最高不超過+30V；亦可選擇±5V～±15V雙電源供電。典型功耗僅為800μW，工作溫度范圍是-55℃～+125℃。2AD594／595的工作原理AD594／595的內(nèi)部電路主要包括5部分：①差分輸入放大器Al、A2，二者的增益均為G；②加法器；③主放大器A3，其增益為A；④故障檢測(cè)電路；⑤由冰點(diǎn)補(bǔ)償器和內(nèi)部電阻構(gòu)成冰點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。ALM+、ALM-為熱電偶開路故障報(bào)警信號(hào)輸出端。不需要報(bào)警時(shí)，應(yīng)將ALM-端接COM或U-端。U+、U-分別接電源正、負(fù)端COM為公共地IN+、IN-分別為熱電偶信號(hào)的正、負(fù)輸入端C+、C-依次為正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)的調(diào)整端。T+、T-端分別為冰點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的正、負(fù)補(bǔ)償電壓輸出端。COMP為比較信號(hào)端；U0為輸出電壓端；FB為反饋端。進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，U0端應(yīng)當(dāng)與FB端短接；進(jìn)行溫度控制時(shí)，F(xiàn)B端接設(shè)定點(diǎn)電壓；在FB端串聯(lián)一只電阻或者在T-與U0端之間并聯(lián)一只反饋電阻，均可調(diào)節(jié)AD594／595的增益。冷端溫度補(bǔ)償和預(yù)校準(zhǔn)的原理進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償時(shí)，熱電偶信號(hào)e從IN+、IN-端輸入，經(jīng)過差分放大器A1放大G倍，再由主放大器A，放大A倍，然后從U0端輸出并從FB端又反饋到差分放大器A2的反相輸入端。反饋信號(hào)UFB經(jīng)過A2放大G倍，再通過加法器接主放大器的輸入端。由于Al和A2完全對(duì)稱，因此反饋信號(hào)能精確地與熱電偶信號(hào)相匹配。反饋電路經(jīng)過調(diào)整后，可使U0端輸出一個(gè)溫度系數(shù)為10mV／℃的電壓信號(hào)。J型熱電偶的平均溫度系數(shù)為51.70μV／℃，要想獲得10mV／℃的溫度系數(shù)就必須放大193.4倍，這正是AD594的增益。由于輸入放大器本身還有16μV的失調(diào)電壓疊加在熱電偶信號(hào)上，因此AD594的輸出電壓式中，U0的單位是mV(下同)。同理，K型熱電偶的平均溫度系數(shù)為40.44μV／℃，而AD595的增益為247.3倍，也都能放大到10mV／℃。AD595的輸入失調(diào)電壓為11μV，其輸出電壓AD594／595的U0與e、T的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表7.7。表中所列的U0值與利用式(7.29)或式(7.30)計(jì)算出的結(jié)果是一致的。幾點(diǎn)說明：①J型熱電偶最高可測(cè)到+750℃，而K型熱電偶能測(cè)到+1250℃。②AD594和AD595均以+25℃作為基準(zhǔn)點(diǎn)，此時(shí)U0與T完全對(duì)應(yīng)。③U0端可接數(shù)字電壓表，將小數(shù)點(diǎn)定在十位上即可讀出溫度值。④AD594／595還可配置成電壓輸出式模擬溫度計(jì)，其溫度系數(shù)為10mV／℃，測(cè)溫范圍是-55℃~+125℃，測(cè)量誤差為±1℃(AD594C／595C)或±3℃(AD594A／595A)。當(dāng)冷端溫度亦即環(huán)境溫度TA不等于0℃時(shí)，利用冰點(diǎn)補(bǔ)償器可完成冷端補(bǔ)償。冰點(diǎn)補(bǔ)償器的零點(diǎn)就是0℃，其作用是產(chǎn)生一個(gè)與TA成正比例的差分補(bǔ)償電壓UB，加至A2的輸入端。UB的溫度系數(shù)也是10mV／℃。UB疊加到e上的效果是產(chǎn)生一個(gè)與(TA-0℃)成比例的補(bǔ)償電壓e1，使U0與(e+e1)成比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了冷端溫度補(bǔ)償。綜上所述：信號(hào)放大的任務(wù)由A1和A3來完成；反饋電路作用是使溫度系數(shù)等于10mV／℃；利用反饋端還能改變AD594／595的增益；冰點(diǎn)補(bǔ)償器的功能是進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。AD594可以直接配接J型熱電偶，但通過預(yù)校準(zhǔn)來調(diào)整補(bǔ)償電壓的零點(diǎn)及溫度系數(shù)之后，亦可配置其他類型的熱電偶。從冰點(diǎn)補(bǔ)償器上還能獲得正溫度系數(shù)補(bǔ)償電壓UT+和負(fù)溫度系數(shù)補(bǔ)償電壓UT-，二者均與熱力學(xué)溫度(K)成正比。UT+、UT-分別從T+、T-端輸出。若在T+與COM端間接下拉電阻，會(huì)使UT+減??；在T+與C+端之間接一只電阻，會(huì)使UT+增大。需要注意，僅當(dāng)T-端跟蹤測(cè)試電壓時(shí)，才能對(duì)T+端進(jìn)行調(diào)節(jié)。E型熱電偶的溫度系數(shù)為60.9μV／℃。AD594配E型熱電偶時(shí)必須重新調(diào)整零點(diǎn)，并將補(bǔ)償電壓的溫度系數(shù)擴(kuò)大到(60.9μV／℃)／(51.7μV／℃)=1.18倍。這就是把J型熱電偶轉(zhuǎn)換成E型熱電偶的轉(zhuǎn)換比。進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)應(yīng)滿足下列條件：將AD594置于恒溫環(huán)境中，使之工作在共模輸入方式，將U0端與FB端短接。另外再準(zhǔn)備一塊高輸入阻抗的數(shù)字電壓表，用來測(cè)量AD594的輸出電壓。圖7.22E型熱電偶的預(yù)校準(zhǔn)電路

舉例說明，假定環(huán)境溫度TA=+24℃，AD594的初始輸出電壓U0為240mV。首先用DVM測(cè)得T-端的電壓UT-=8.3V，在T+與C+端之間接入一只1.8kΩ電阻R1，使UT-升高到U‘T-，并且U’T-=1.18UT-=9.794mV，才能滿足E型熱電偶的需要。要使差分輸入電壓為零時(shí)恰好對(duì)應(yīng)于0℃，還需要在T-與C-端之間接上電阻R2，取R2=240kΩ時(shí)，能使+24℃下的輸出電壓U‘O=1.18U0=283.2mV。最后再調(diào)節(jié)AD594的增益。配E型熱電偶時(shí)所需增益為164.2倍。在FB與T-端之間接入電阻R3，取R3=280kΩ時(shí)，即可使U'O又調(diào)回到初始電壓240mV，這恰好對(duì)應(yīng)于+24℃。3典型應(yīng)用

(1)采用+5V單電源供電

AD594／595配J型或K型熱電偶時(shí)的測(cè)溫范圍是0℃～+300℃。近距離測(cè)溫時(shí)熱電偶的負(fù)端可以接地，做單端輸入；遠(yuǎn)程測(cè)溫時(shí)一般不接地，改做差分輸入。+5V電源接U+端，U-端與COM短接。將U0端與FB端短接時(shí)，F(xiàn)B端內(nèi)部的預(yù)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)就連接到U0端上，可提供10mV／℃的溫度系數(shù)。不用報(bào)警功能時(shí)應(yīng)將ALM-端接地。(2)采用雙電源電路：可以測(cè)量負(fù)溫度或+300℃以上的正溫度。AD594配J型熱電偶時(shí)可以測(cè)量-200℃～+750℃的溫度；AD595配K型熱電偶后的測(cè)溫范圍是-200℃~+1250℃。圖7.24雙電源電路

(3)構(gòu)成溫度控制電路其工作原理是利用熱電偶來檢測(cè)電加熱溫度場(chǎng)的溫度，所產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)過AD594／595冷端補(bǔ)償、放大后，再與反饋端所加的設(shè)定電壓USET進(jìn)行比較，USET所對(duì)應(yīng)的設(shè)定溫度為T1。當(dāng)T<T1時(shí)，U0呈低電平(0V)；當(dāng)T>T1時(shí)，U0變成高電平(+4V)。U0經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路去控制電加熱器的通電、斷電狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)恒溫控制。為避免電加熱器的動(dòng)作過于頻繁，還可增加回差溫度調(diào)節(jié)電路。按圖7.25中虛線所示位置接入電阻R，取R=20MΩ時(shí)，流入T+端的電流為200nA，滯后溫度THYST=1℃。適當(dāng)減小R的電阻值可以增加回差溫度。設(shè)置適當(dāng)?shù)幕夭?，使控制輸出具有施密特特性，往往是開關(guān)控制方式所必需的。7.2.7熱電偶、熱電阻的安裝與校驗(yàn)1熱電偶、熱電阻的安裝熱電偶、熱電阻在工藝管道上的安裝方式一般采用螺紋連接方式；若安裝在工藝設(shè)備、襯里管道、有色金屬管道、非金屬管道上，或因被測(cè)介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性而采用不銹鋼管道、不銹鋼設(shè)備，應(yīng)選用法蘭連接方式，或采用螺紋—法蘭連接方式。螺紋式連接，常用螺紋規(guī)格公制為M27×2，英制為G3/4＂也有用G1/2＂。法蘭式連接接，法蘭的規(guī)格、形式應(yīng)參照管道法蘭、設(shè)備法蘭或參照熱電偶連接法蘭來選取。直形、角形螺紋連接頭、法蘭的材質(zhì)，原則上與管道、設(shè)備材質(zhì)相同，或優(yōu)于管道、設(shè)備材質(zhì)。溫度取源部件的安裝位置，應(yīng)選擇在工藝介質(zhì)溫度變化靈敏并具有代表性的地方，不宜選在閥門附近、節(jié)流部件附近、介質(zhì)流束盲區(qū)、振動(dòng)較大地方。溫度取源部件在工藝管道上安裝方式，當(dāng)工藝管道管徑較大時(shí)，通常采用垂直安裝方式，取源部件軸線應(yīng)與工藝管道軸線垂直相交；當(dāng)工藝管道管徑較小時(shí)，為增大熱傳導(dǎo)接觸面積，宜采取傾斜安裝方式，取源部件的軸線應(yīng)逆著工藝介質(zhì)流向，并與工藝管道軸線相交。當(dāng)取源部件必須安裝在工藝管道的拐彎處時(shí)，宜逆著工藝介質(zhì)流向，取源部件軸線應(yīng)與工藝管道軸線相重合。當(dāng)工藝管道公稱通徑小于DN80時(shí)，取源部件需要安裝在擴(kuò)大管上。安裝取源部件的開孔，不宜開在工藝設(shè)備和管道的焊縫處。在高壓、合金鋼、有色金屬管道和設(shè)備上開孔，應(yīng)采用機(jī)械加工的方法，不可用火炬切割。取源部件的安裝應(yīng)在工藝管道預(yù)制、安裝的同時(shí)進(jìn)行，尤其是防腐、襯里管道和砌體或混凝土澆注體上的取源部件，應(yīng)預(yù)埋、預(yù)留。開孔、焊接工作必須在設(shè)備、管道的防腐襯里和壓力試驗(yàn)前完成。焊接方式應(yīng)符合工藝管道焊接專業(yè)的要求，焊條材質(zhì)標(biāo)號(hào)的選擇應(yīng)根據(jù)管道和取源部件的材質(zhì)來確定。圖7.26熱電偶（阻）在鋼管上的垂直安裝圖連接件為直形連接頭。墊片的使用條件為：石棉橡膠墊用于溫度低于350℃、壓力低于4.0MPa的場(chǎng)所；氟塑料墊適用于腐蝕性介質(zhì)，溫度低于200℃、壓力低于4.0MPa的場(chǎng)所；石墨復(fù)合墊適于溫度低于600℃、壓力低于6.3MPa的場(chǎng)所。熱電偶、熱電阻的校驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)并經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理，確定溫度儀表的輸出信號(hào)與溫度的關(guān)系，稱為分度；重新校核分度值的正確與否，稱為校驗(yàn)。分度與校驗(yàn)又常統(tǒng)稱為檢定。分度、校驗(yàn)的原理、方法是相同的，都是將被分度或校驗(yàn)的溫度儀表的檢測(cè)元件置于已知的溫度環(huán)境中，通過對(duì)儀表的示值與已知溫度進(jìn)行比較，來確定溫度儀表的溫度值。分度和校驗(yàn)的方法有兩種，即定點(diǎn)法和比較法。

定點(diǎn)法是根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)定義，用若干固定點(diǎn)對(duì)溫度進(jìn)行分度。在固定點(diǎn)之間，溫度與儀表輸出量的關(guān)系根據(jù)公式進(jìn)行插補(bǔ)。國(guó)際溫標(biāo)所規(guī)定的固定點(diǎn)溫度在定點(diǎn)裝置中實(shí)現(xiàn)，被檢溫度計(jì)置于該裝置中。由于國(guó)際溫標(biāo)已經(jīng)對(duì)定點(diǎn)溫度作了規(guī)定，因此可將溫標(biāo)值直接傳遞給被檢溫度計(jì)。定點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是精確度很高。定點(diǎn)法的主要缺點(diǎn)是對(duì)儀器設(shè)備要求較高；實(shí)驗(yàn)過程操作復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、代價(jià)高、有一定難度；在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)只能分度幾個(gè)點(diǎn)，定點(diǎn)之間的插補(bǔ)公式必須是已知的。定點(diǎn)法適用于對(duì)高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的分度，以及一些正在研制中的或未定型的溫度計(jì)的分度。定點(diǎn)法的檢定設(shè)備有水三相點(diǎn)瓶、金屬凝固點(diǎn)高溫爐、氬密封三相點(diǎn)容器和低溫槽等。比較法是將被檢溫度計(jì)與高等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)置于同一個(gè)均勻的溫度場(chǎng)內(nèi)，通過比較而進(jìn)行分度或校驗(yàn)的。這種方法要求恒溫裝置有足夠大的溫度均勻區(qū)作為工作區(qū)域。比較法具有工作效率高、使用方便、分度點(diǎn)可以按需要任意選取等優(yōu)點(diǎn)。比較法的精確度取決于標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的精確度、恒溫裝置工作區(qū)的溫度均勻性、裝置的溫度穩(wěn)定性。比較法的檢定設(shè)備有深低溫恒溫器、低溫恒溫器、水恒溫槽、油恒溫槽、鹽恒溫槽、熱電偶檢定爐等。7.2.8熱電偶溫度變送器凡能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器就稱為變送器。所謂標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。直流電流4~20mA、氣體壓力20~100kPa等都是目前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。例如，某溫度變送器測(cè)量范圍為0℃~1000℃，意味著被測(cè)溫度為0℃時(shí)，變送器輸出4mA；被測(cè)溫度為1000℃時(shí)，變送器輸出20mA；被測(cè)溫度在0℃~1000℃之間時(shí)，變送器按線性規(guī)律輸出電流信號(hào)，即0℃~1000℃的測(cè)量范圍平均分16mA。再如，某壓力變送器測(cè)量范圍為0MPa~1MPa，意味著被測(cè)壓力為0MPa時(shí)，變送器輸出4mA；被測(cè)壓力為1MPa時(shí)，變送器輸出20mA，被測(cè)壓力在0MPa~1MPa之間時(shí)，變送器按線性規(guī)律輸出電流信號(hào)，即0MPa~1MPa的測(cè)量范圍平均分16mA。輸出4~20mA直流電流信號(hào)的變送器，稱為電動(dòng)變送器；輸出20~100kPa氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)的變送器，稱為氣動(dòng)變送器。由氣/電轉(zhuǎn)換器、電/氣轉(zhuǎn)換器完成電動(dòng)信號(hào)、氣動(dòng)信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。信號(hào)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，就便于把變送器和顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行裝置組成自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)，兼容性、互換性也得到改善。這又是標(biāo)準(zhǔn)化工作所帶來的便利。根據(jù)變送器的輸入，溫度變送器可劃分為直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器等，它們分別配套直流毫伏信號(hào)、熱電偶、熱電阻。它們都輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，都具有零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)整功能。熱電偶溫度變送器還具有冷端溫度補(bǔ)償功能，熱電阻溫度變送器還具有引線電阻補(bǔ)償功能。根據(jù)變送器的輸出，溫度變送器還可以劃分為模擬式溫度變送器和智能式溫度變送器，其中前者還有四線制、兩線制、一體化等三種結(jié)構(gòu)形式。模擬式溫度變送器，實(shí)質(zhì)是一套電路，完成熱電偶輸出的毫伏電壓信號(hào)或熱電阻輸出的電阻值變化信號(hào)到標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。在電動(dòng)變送器中，之所以規(guī)定4mA為信號(hào)下限，主要目的是為了提供變送器電路所需的靜態(tài)工作電流。在四線制溫度變送器中，電源線、輸出信號(hào)線各占兩根線，其電源輸入端和信號(hào)輸出端之間具有隔離變壓器，并采取了安全火花防爆措施，具有良好的抗干擾性能，能測(cè)量來自危險(xiǎn)場(chǎng)合的溫度信號(hào)。在二線制溫度變送器中，電源線、輸出信號(hào)線共用兩根線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，適于對(duì)防爆要求不高的場(chǎng)合。一體化溫度變送器，是指測(cè)溫傳感器和變送器作成一個(gè)整體，具有體積小、重量輕、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、輸出信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)傳的優(yōu)點(diǎn)，其變送器模塊一般采用全密封結(jié)構(gòu)，用環(huán)氧樹脂澆注，抗振動(dòng)、防潮濕。圖7.27兩線制熱電偶溫度變送器電路原理圖智能式溫度變送器，是在傳感器、變送器技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步融入微處理器技術(shù)，可以同時(shí)輸出模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，或只輸出數(shù)字信號(hào)。智能變送器的精度、穩(wěn)定性、可靠性均優(yōu)于模擬式變送器，可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)連接。智能變送器包括硬件、軟件兩大部分，各公司的硬件具體結(jié)構(gòu)和軟件