第2部分 溫度測(cè)量(新)

檢測(cè)技術(shù)與儀表第二部分溫度測(cè)量2.1概述---溫度與溫標(biāo)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.4輻射式測(cè)溫技術(shù)2.5溫度變送器2.6新型溫度傳感器2.7應(yīng)用實(shí)例第二部分溫度測(cè)量《本章提要》

溫度是一個(gè)重要的物理參數(shù)，許多物理、化學(xué)變化都要求在一定的溫度條件下才能正常進(jìn)行。溫度測(cè)量方法和儀表在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。溫度測(cè)量的相關(guān)概念——溫度與溫標(biāo)、溫度的測(cè)量方法接觸式測(cè)溫：包括膨脹式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)和熱電阻溫度計(jì)。非接觸式測(cè)溫：包括光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)和比色溫計(jì)溫度變送器及新型溫度傳感器《檢測(cè)技術(shù)與儀表》——溫度測(cè)量2.1概述---溫度與溫標(biāo)2.1.1溫度與溫標(biāo)1溫度與溫度測(cè)量溫度—表示物體冷熱程度的一個(gè)物理量。物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的狀況;分子熱運(yùn)動(dòng)越快，溫度越高，反之，溫度就越低。怎樣衡量物體的冷熱程度呢？物體與溫度有關(guān)的某些物理性質(zhì)；與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化—反映溫度的變化；與溫度成單值函數(shù)關(guān)系—反映物體溫度變化的物理性質(zhì)只隨溫度變化；2.1概述---溫度與溫標(biāo)溫度測(cè)量的物質(zhì)基礎(chǔ)：體積和壓力隨溫度變化的性質(zhì)；物體的熱電性質(zhì)；導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的性質(zhì)；物體的輻射能隨溫度變化的性質(zhì)等。傳熱方式：熱傳導(dǎo)：兩物體相接觸，熱量從高溫物體傳給低溫物體；熱輻射：兩物體非接觸，熱量以輻射熱從高溫物體傳給低溫物體；對(duì)流傳熱作用：用一個(gè)物體測(cè)量另一個(gè)物體的溫度創(chuàng)造了條件。與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)2溫標(biāo)

1）溫標(biāo)的概念溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，明確了溫度的測(cè)量單位。溫度檢測(cè)儀表的分度數(shù)值均由溫標(biāo)來(lái)確定。2）常用溫標(biāo)有:經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。①經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)

借助于某種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)。歷史上影響較大；攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)。2.1概述---溫度與溫標(biāo)液體（水銀）受熱體積膨脹的性質(zhì)建立的。攝氏溫標(biāo):在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃，兩固定點(diǎn)之間100等分，每一等份為一攝氏度，單位符號(hào)為℃。華氏溫標(biāo):規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)為32℉，水的沸點(diǎn)為212℉，兩固定點(diǎn)之間180等分，每一等份為一華氏度，單位符號(hào)為℉。區(qū)別特點(diǎn)：溫標(biāo)起點(diǎn)不同；基本單位不同；溫度數(shù)值（標(biāo)尺）也不同；依附于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)而帶有任意性；不能?chē)?yán)格保證各國(guó)采用的基本測(cè)溫單位的一致性；已很少使用。2.1概述---溫度與溫標(biāo)②熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)或絕對(duì)溫標(biāo)，單位符號(hào)為K。規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。一種理論溫標(biāo)（以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)）；已被作為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)；與物體任何物理性質(zhì)無(wú)關(guān)；由卡諾定理推導(dǎo)出來(lái)；無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)；熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)形式完全一致；由波—馬定律來(lái)復(fù)現(xiàn)；借助于氣體溫度計(jì)經(jīng)示值修正來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)；設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不適于實(shí)際應(yīng)用。

2.1概述---溫度與溫標(biāo)③國(guó)際溫標(biāo)協(xié)商確定，建立一種既使用方便、容易實(shí)現(xiàn)，又能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度的溫標(biāo)，——國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱國(guó)際溫標(biāo)。國(guó)際溫標(biāo)要求具備的條件：

①數(shù)值上盡可能接近熱力學(xué)溫度；②復(fù)現(xiàn)精確度高；③復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定。

2.1概述---溫度與溫標(biāo)差值應(yīng)在當(dāng)前技術(shù)所能達(dá)到的精確度極限內(nèi)各國(guó)均能以很高的精確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一國(guó)際溫標(biāo)的基本內(nèi)容：

①取某些高純物質(zhì)的相平衡點(diǎn)為溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)，保證基準(zhǔn)溫度的客觀性；②規(guī)定了不同溫度區(qū)域內(nèi)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的基準(zhǔn)儀器；③建立了基準(zhǔn)儀器的示值與國(guó)際溫標(biāo)溫度之間關(guān)系的內(nèi)插公式，實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)溫。溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、溫標(biāo)基準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式又稱溫標(biāo)“三要素”。

2.1概述---溫度與溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)儀器、內(nèi)插公式3）1990國(guó)際溫標(biāo)簡(jiǎn)介

1927年建立的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，記為ITS-27；約20年進(jìn)行一次重大修改；有1948年國(guó)際溫標(biāo)（ITS-48）；1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（ITS－68）；1990年國(guó)際溫標(biāo)（ITS－90）；各國(guó)自1990年1月1日起開(kāi)始實(shí)行90國(guó)際溫標(biāo)；我國(guó)自1994年1月1日起全面實(shí)施90國(guó)際溫標(biāo)。2.1概述---溫度與溫標(biāo)90國(guó)際溫標(biāo)主要內(nèi)容：①溫度的表示與單位

規(guī)定熱力學(xué)溫度為基本溫度，符號(hào)為T(mén)，單位為開(kāi)爾文（K）。規(guī)定水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K；定義1K等于水三相點(diǎn)溫度的1/273.16；也可用攝氏度來(lái)表示，符號(hào)為t，單位為℃，定義為t=T-273.15；當(dāng)表示溫度差和溫度間隔時(shí)，1℃＝1K；與古典的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的攝氏度是完全不同的；由國(guó)際溫標(biāo)重新定義，以熱力學(xué)溫標(biāo)為基礎(chǔ)。2.1概述---溫度與溫標(biāo)②定義固定溫度點(diǎn)用一系列純物質(zhì)各相間可復(fù)現(xiàn)的平衡狀態(tài)或蒸汽壓所建立起來(lái)的特征溫度點(diǎn)；這些特征溫度點(diǎn)的溫度值由國(guó)際公認(rèn)的最佳測(cè)量手段測(cè)定。

90國(guó)際溫標(biāo)定義了17個(gè)固定溫度點(diǎn)，如表2.1所示。表中t90=T90-273.15。2.1概述---溫度與溫標(biāo)2.1概述---溫度與溫標(biāo)③復(fù)現(xiàn)固定點(diǎn)溫度的方法（使用的基準(zhǔn)儀器

）

ITS-90的內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)儀器，將整個(gè)溫標(biāo)分為4個(gè)溫區(qū)。下限為0.65K，上限到用普朗克輻射定律實(shí)際可測(cè)的最高溫度，4個(gè)溫區(qū)范圍及使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下：

A．0.65K—5.0K之間，用3He和4He蒸氣壓溫度計(jì)。

3He蒸氣壓溫度計(jì)：0.65K—3.2K；

4He蒸氣壓溫度計(jì)：1.25K—5.0K。2.1概述---溫度與溫標(biāo)*④內(nèi)插公式

參閱ITS—90標(biāo)準(zhǔn)文本。2.1概述---溫度與溫標(biāo)

B．3.0K—24.5561K（氖的三相點(diǎn)）之間，用氖定容氣體溫度計(jì)。

C．13.8033K（氫三相點(diǎn)）—961.78℃（銀凝固點(diǎn)）之間，用鉑電阻溫度計(jì)。D．961.78℃（銀凝固點(diǎn)）以上，用光學(xué)或光電高溫計(jì)。其中：A和B屬低溫區(qū)；C屬中溫區(qū)；D屬高溫區(qū)。4）溫標(biāo)的傳遞為統(tǒng)一溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)建立了國(guó)家基準(zhǔn)作為其測(cè)溫最高依據(jù)。國(guó)家基準(zhǔn)（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）→次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（各地區(qū)、省、市建立）；定期由國(guó)家基準(zhǔn)檢定。測(cè)溫儀按準(zhǔn)確度分：基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)、一等基準(zhǔn)、二等基準(zhǔn)以及工業(yè)用儀表；各級(jí)儀表定期送檢，確保準(zhǔn)確可靠。2.1概述---溫度與溫標(biāo)2.1.2溫度測(cè)量方法及類型

按測(cè)量方法分：接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫。

（1）接觸式測(cè)溫基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)。測(cè)溫滯后較大；因接觸，易破壞對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，造成測(cè)量誤差；不能測(cè)量移動(dòng)的或太小的物體；上限受溫度計(jì)材質(zhì)的限制，所測(cè)溫度不能太高。2.1概述---溫度測(cè)量方法及類型較直觀、可靠；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；準(zhǔn)確度高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：需充分熱交換（2）非接觸式測(cè)溫由物體熱輻射特性與溫度間的關(guān)系設(shè)計(jì)而成。所測(cè)溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測(cè)量距離等影響。各有優(yōu)缺點(diǎn)；且技術(shù)已經(jīng)成熟（基本方法和特點(diǎn)如表2-2所示）；只能在傳統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)用；不能滿足許多領(lǐng)域的測(cè)溫要求，尤其是高科技領(lǐng)域；開(kāi)發(fā)出各種特殊而實(shí)用的測(cè)溫技術(shù)及儀表；如光纖測(cè)溫技術(shù)、集成溫度傳感器測(cè)溫技術(shù)等。2.1概述---溫度測(cè)量方法及類型優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫范圍廣（理論上沒(méi)有上限限制）；測(cè)量中不破壞對(duì)象的溫度場(chǎng)分布；能測(cè)運(yùn)動(dòng)物體；測(cè)溫響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：2.1概述---溫度測(cè)量方法及類型常用接觸式測(cè)溫方法及儀表主要有：膨脹式溫度計(jì)：玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)熱電偶(溫度計(jì))：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和特殊熱電偶熱電阻(溫度計(jì)):金屬熱電組和半導(dǎo)體熱敏電阻《檢測(cè)技術(shù)與儀表》——溫度測(cè)量玻璃液體溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)《檢測(cè)技術(shù)與儀表》——溫度測(cè)量信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系膨脹式與壓力式溫度計(jì)

介紹膨脹式與壓力式溫度計(jì)一、玻璃液體溫度計(jì)1）使用方便；2）測(cè)溫范圍（-200~+600℃）；3）價(jià)格便宜；4）得到廣泛應(yīng)用。1、工作原理透明玻璃殼中的液體受熱膨脹原理。構(gòu)成：由液體貯囊或稱為感溫泡；與毛細(xì)管熔接而成；帶有溫度標(biāo)尺。如圖所示。球形或圓柱形2、物質(zhì)的熱膨脹與溫度計(jì)的靈敏度熱膨脹特性用平均體膨脹系數(shù)來(lái)表示。即單位溫度變化，物質(zhì)體積相對(duì)于0℃體積的變化量，即：

式中：——液體在t1到t2溫度下的平均體積膨脹系數(shù)；

Vt

——液體在溫度為t時(shí)的體積；V0——液體在0℃時(shí)的體積。膨脹式與壓力式溫度計(jì)

溫度升高：液體和貯囊的體積都膨脹；液體體積膨脹，毛細(xì)管中液柱升高；貯囊體積膨脹，毛細(xì)管中液柱降低；毛細(xì)管內(nèi)液柱升高多少由液體的平均體膨脹系數(shù)和玻璃的平均體膨脹系數(shù)之差決定；該差值稱為液體在玻璃內(nèi)的視膨脹系數(shù)，用表示，即：

；溫度變化時(shí)可見(jiàn)液面在毛細(xì)管中上下移動(dòng)。膨脹式與壓力式溫度計(jì)

設(shè)表示溫度計(jì)上刻度1℃的長(zhǎng)度，則有：式中：L—溫度計(jì)的靈敏度，即每1℃液體在毛細(xì)管中的長(zhǎng)度；—液體在0~100℃間的視膨脹系數(shù)；V0——貯囊的容積；S——毛細(xì)管的橫截面積。可見(jiàn)：玻璃液體溫度計(jì)的靈敏度與液體貯囊的容積成正比，與毛細(xì)管的粗細(xì)成反比。注意：增大貯囊容積和減小毛細(xì)管直徑都有一定限度；貯囊過(guò)大會(huì)造成熱惰性；毛細(xì)管過(guò)細(xì)會(huì)造成液柱上升不均勻或堵塞；都會(huì)影響溫度計(jì)的技術(shù)特性和功能。

膨脹式與壓力式溫度計(jì)3、玻璃液體溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式按照基本結(jié)構(gòu)型式分：棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式。工業(yè)和醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)有：最高溫度計(jì)、最低溫度計(jì)、電接點(diǎn)溫度計(jì)。外標(biāo)式內(nèi)標(biāo)式膨脹式與壓力式溫度計(jì)最高溫度計(jì)（體溫計(jì)）：有一阻礙水銀柱下降特殊裝置;溫度升高，水銀柱升高。而溫度下降時(shí)因阻力增大，水銀柱停留在高溫的位置；只有加外力甩動(dòng)時(shí)，水銀柱才會(huì)下降。

最低溫度計(jì)：一般用無(wú)水乙醇做感溫體；有一沉在毛細(xì)管液柱里的指示桿，隨溫度下降而下降；溫度上升時(shí)，液柱上升，而指示桿停留不動(dòng)；讀取與標(biāo)尺的相對(duì)位置，讀出測(cè)量中的最低溫度值；最低溫度計(jì)必須水平放置。膨脹式與壓力式溫度計(jì)貯囊底部有一根梢釘或接近貯囊的毛細(xì)管有彎曲的縮小喉部最高最低溫度計(jì)特點(diǎn):記錄最高最低溫度；易讀?。豢販鼐_；易操作。電接點(diǎn)溫度計(jì)：測(cè)溫液體為水銀。如圖2.8具有位式控制作用，發(fā)出通斷控制信號(hào);提供就地溫度指示;因此稱為電接點(diǎn)溫度計(jì)。膨脹式與壓力式溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)二、壓力式溫度計(jì)原理：密閉容器中物質(zhì)受熱膨脹，壓力發(fā)生變化來(lái)指示溫度。結(jié)構(gòu)：溫包、毛細(xì)管和壓力彈性元件；內(nèi)裝工作物質(zhì)；表盤(pán)刻度為溫度。彈簧管、波紋管等膨脹式與壓力式溫度計(jì)溫包受熱，工作物質(zhì)膨脹；因容積固定，所以壓力升高；彈簧管變形，自由端產(chǎn)生位移帶動(dòng)指針指示溫度。按工作物質(zhì)的不同分：氣體、液體和蒸汽式壓力溫度計(jì)。氣體式—充氮?dú)?，溫包體積大，線性刻度。液體式—充二甲苯或甲醇，溫包體積小，線性刻度。蒸氣式—充丙酮、氯甲烷、乙醚等。其飽和蒸汽壓隨溫度變化來(lái)測(cè)溫，刻度非線性。雙金屬溫度計(jì)：測(cè)量中低溫度；范圍-80℃～+500℃；液體、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。

特點(diǎn)：

●現(xiàn)場(chǎng)顯示溫度，直觀方便；

●安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；

●多種結(jié)構(gòu)形式，可滿足不同要求。三、雙金屬溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)原理

：由繞制成環(huán)形彎曲狀的雙金屬片組成。一端受熱膨脹時(shí)，帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，指示出對(duì)應(yīng)的溫度值。膨脹式與壓力式溫度計(jì)○測(cè)量端形式：主要技術(shù)參數(shù)：

●產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JB/T8803-1998、GB3836-83

●標(biāo)度盤(pán)公稱直徑：60，100，150

●精度等級(jí)：1.0、1.5

●熱響應(yīng)時(shí)間：≤40S

●防護(hù)等級(jí)：IP55

●回差：溫度計(jì)回差應(yīng)不大于基本誤差限的絕對(duì)值

●重復(fù)性：應(yīng)不大于基本誤差限絕對(duì)值的1/2膨脹式與壓力式溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)安裝方法示意：

○垂直管道安裝方法膨脹式與壓力式溫度計(jì)

○彎曲管道安裝方法膨脹式與壓力式溫度計(jì)選型須知：

1)型號(hào)

2)表盤(pán)直徑

3)精度等級(jí)

4)安裝固定形式

5)測(cè)溫范圍

6)長(zhǎng)度或插入深度

例A：萬(wàn)向型，表盤(pán)直徑Φ100，測(cè)溫范圍0～400℃，1.5級(jí)，活動(dòng)外螺紋M27×2，長(zhǎng)度450mm，HR-WSS-481，0～400℃，L=450，M27×2，1.5級(jí)。型號(hào)命名方法：

膨脹式與壓力式溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)熱電偶特點(diǎn):①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、易加工；②動(dòng)態(tài)性能好、精確度較高；把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成直流電勢(shì)信號(hào)，便于信號(hào)的傳遞與顯示；④它的測(cè)溫范圍寬（可達(dá)-200~2000℃以上）。是應(yīng)用最廣的測(cè)溫傳感器。

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)熱電偶測(cè)溫原理熱電偶的實(shí)用定律熱電偶的冷端溫度處理熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)熱電偶的選擇、使用和安裝主要內(nèi)容：2.2.1熱電偶測(cè)溫原理1、熱電效應(yīng)

把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若其兩接點(diǎn)分別處于不同的溫度，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)（或稱塞貝克效應(yīng)）。產(chǎn)生的電勢(shì)通稱熱電勢(shì)。

熱電偶測(cè)溫正是基于熱電效應(yīng)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)

如圖2.1所示，不同導(dǎo)體A和B稱作熱電極；接成閉合回路；兩熱電極A和B的組合稱作熱電偶；兩個(gè)接點(diǎn)溫度分別為T(mén)和T0，若T>T0，則回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，記作EAB（T，T0）；T端為測(cè)量端、熱端或工作端；T0

端為參考端、冷端或自由端。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)放入被測(cè)對(duì)象中感受被測(cè)溫度處于環(huán)境中，溫度恒定2、熱電偶回路的熱電勢(shì)

熱電勢(shì)：由接觸電勢(shì)（又稱為珀?duì)柼妱?shì)）和溫差電勢(shì)（又稱為湯姆遜電勢(shì)）組成。1）兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)

珀?duì)柼?yīng)—兩種性質(zhì)不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，自由電子由密度大的導(dǎo)體向密度小的導(dǎo)體擴(kuò)散，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。擴(kuò)散的速率與自由電子的密度和所處的溫度成正比。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)導(dǎo)體都有自由電子；導(dǎo)體不同，自由電子的密度不同；設(shè)導(dǎo)體A的自由電子密度大于導(dǎo)體B；則在單位時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)多于從導(dǎo)體B擴(kuò)散到導(dǎo)體A的電子數(shù)；在導(dǎo)體A、B

間形成電勢(shì)差；該電勢(shì)差形成的靜電場(chǎng)，阻礙電子擴(kuò)散；在某一溫度下，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在接點(diǎn)處形成接觸電勢(shì)，大小為：2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)（2.1）AB++++----電場(chǎng)式中：eAB（T）—導(dǎo)體A和B的接點(diǎn)在溫度T

時(shí)接觸電勢(shì)，A、B的順序代表電位差的方向；e—單位電荷，e＝1.60219×10-19C；K—玻爾茲曼常數(shù),K=1.38×10-23J/K；NAT、NBT—導(dǎo)體A、B在接點(diǎn)溫度為T(mén)時(shí)的電子密度；T—兩導(dǎo)體接觸處的熱力學(xué)溫度（K）?？梢?jiàn)：接觸電勢(shì)大小取決于導(dǎo)體材料的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度；接觸點(diǎn)的溫度越高，接觸電勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢(shì)也越大。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2）單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì):湯姆遜效應(yīng)：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同，高溫端電子能量大于低溫端電子能量，高溫端到低溫端擴(kuò)散電子數(shù)比低溫端擴(kuò)散到高溫端多，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。

設(shè)導(dǎo)體A（或B）兩端溫度分別為T(mén)和T0，且T>T0；高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大；高溫端到低溫端擴(kuò)散電子數(shù)比低溫端擴(kuò)散到高溫端多；在高低溫端之間形成一個(gè)靜電場(chǎng)，阻止電子擴(kuò)散；最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；導(dǎo)體兩端形成一對(duì)應(yīng)的電位差，被稱為溫差電勢(shì)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)TT0++--電場(chǎng)AA、B導(dǎo)體都有溫差電勢(shì)產(chǎn)生，其大?。海?.2）（2.3）式中：δA和δB分別為導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)；eA（T，T0）、eB（T，T0）分別為導(dǎo)體A和B兩端溫度在T和T0（T>T0）時(shí)的溫差電勢(shì)?？梢?jiàn)：溫差電勢(shì)的大小與導(dǎo)體材料的性質(zhì)及兩端的溫度差有關(guān)，溫差越大，溫差電勢(shì)也越大，當(dāng)T=T0時(shí)，溫差電勢(shì)為零。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3）熱電偶閉合回路的總電勢(shì)

如圖2.2所示，熱電偶閉合回路中：溫差電勢(shì)：eA（T，T0）、eB（T，T0）接觸電勢(shì)：eAB（T）、eAB（T0）。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)設(shè)T>T0、NA>NB，熱端接觸電勢(shì)eAB（T）決定總電勢(shì)的方向，則總電勢(shì)EAB（T，T0）可寫(xiě)成:（2.6）2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)（2.5）溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小可知：熱電偶總電勢(shì)與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)；熱電偶材料一定，總電勢(shì)EAB（T，T0）為溫度T和T0的函數(shù)差，即2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)（2.7）

若T0固定，即?（T0）=C（常數(shù)），則對(duì)確定的熱電偶材料，其總電勢(shì)EAB（T，T0）只與熱端溫度有關(guān)，即（2.8）

由式（2-8）可知，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB（T、T0）只和熱端溫度T有關(guān)，因此測(cè)得熱電勢(shì)的大小，就可求得熱端溫度T，這就是用熱電偶測(cè)量溫度的工作原理。分度表：國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，在T0

=0℃時(shí)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在各工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，列成一張張表格。參考函數(shù)：溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)關(guān)系表示。新的ITS-90的分度表和參考函數(shù)由國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際計(jì)量委員會(huì)合作安排、國(guó)際上權(quán)威的研究機(jī)構(gòu)（包括中國(guó)在內(nèi)）共同參與完成的，是熱電偶測(cè)溫的主要依據(jù)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2.2熱電偶的實(shí)用定律

是分析、解決熱電偶測(cè)溫中許多問(wèn)題的理論依據(jù)。1、均質(zhì)導(dǎo)體定律

由一種均質(zhì)材料構(gòu)成的熱電偶，不論導(dǎo)體的幾何形狀、尺寸大小和沿導(dǎo)體溫度分布如何，均不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)指電子密度處處相同表明：1）兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，且兩接點(diǎn)溫度不同。2）檢查熱電極材料均勻性的一種方法：由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，回路有熱電勢(shì)，說(shuō)明該材料是不均勻的。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2、中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中任意處插入第三種均質(zhì)導(dǎo)體，只要保證插入的第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，則插入第三種導(dǎo)體后，不影響熱電偶回路的總電勢(shì)。

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)eAB(T)eB(T,T0)eAC(T0)eBC(T0)eA(T,T0)eC(T0,T0)作用：1）為在熱電偶回路中連接儀表、連接導(dǎo)線等提供理論依據(jù)。即只要保證連接導(dǎo)線、儀表等接入時(shí)兩端溫度相同，則不影響回路熱電勢(shì)。2）為制造和選用不同材料的熱電偶奠定了理論基礎(chǔ)。參考電極定律：用同一參考電極（鉑）與各種不同材料組成熱電偶，測(cè)試其熱電特性，然后再利用這些特性組成各種配對(duì)的熱電偶?！芯俊y(cè)試熱電偶的通用方法。3）可采用開(kāi)路熱電偶，測(cè)液態(tài)金屬和金屬壁面溫度。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3、連接導(dǎo)體和中間溫度定律

在熱電偶回路中，若熱電極A、B分別與導(dǎo)體A’、B’相連，接點(diǎn)溫度分別為T(mén)，Tn和T0時(shí)，則回路總電勢(shì)為熱電偶的熱電勢(shì)EAB（T，Tn）與連接導(dǎo)體熱電勢(shì)EA’B’（Tn，T0）的代數(shù)和—連接導(dǎo)體定律。EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EA’B’（Tn，T0）（2.9）

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)當(dāng)A與A’、B與B’材料分別相同，所處溫度仍為T(mén)，Tn和T0時(shí)，其總電勢(shì)為：這就是中間溫度定律，Tn稱中間溫度。EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）（2.10）

TTnT0ABA’B’2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)連接導(dǎo)體和中間溫度定律作用：

1）為在熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。2）為制定和使用熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。

各種電偶分度表都是在冷端溫度為0℃時(shí)制成的。例：在實(shí)際應(yīng)用中熱電偶冷端不是0℃而是某一中間溫度Tn，這時(shí)儀表指示的熱電勢(shì)值為EAB（T，Tn）。而EAB（Tn，0）值可從分度表查得，則：EAB（T，0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）再按EAB（T，0）電勢(shì)值反查分度表便可得到被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度值T。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)中間溫度定律常用的形式有：EAB（T，0）=EAB（T，T0）+EAB（T0，0）（2.11）EAB（T，T0）=EAB（T，0）-EAB（T0，0）（2.12）

[例2-1]采用K型熱電偶測(cè)溫，已知被測(cè)溫度與冷端溫度分別為500℃和50℃，試求熱電勢(shì)的數(shù)值。解：已知t=500℃，t0=50℃，熱電偶回路的熱電勢(shì)為E（500，50）=E（500，0）-E（50，0）由K型熱電偶分度表查得E（500，0）=20.644mVE（50，0）=2.023mV所以，E（500，50）=20.644mV-2.023mV=18.621mV2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)

[例2-2]

用K型熱電偶測(cè)量爐溫，已知熱電偶冷端溫度為40℃時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)為35.72mV，問(wèn)被測(cè)爐溫為多少？解：查K型熱電偶分度表知

E（40，0）=1.611mV測(cè)得熱電勢(shì)

E（t，40）=35.72mV則E（t，0）=E（t，40）+E（40，0）=35.72+1.611=37.33（mV）據(jù)此反查分度表知，37.33mV所對(duì)應(yīng)的溫度，t=900.1℃，則被測(cè)爐溫為900.1℃。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2.3熱電偶的冷端溫度處理由測(cè)溫原理知：只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是溫度的單值函數(shù)。各種熱電偶的分度表都是在冷端溫度為0℃時(shí)制成的；要求熱電偶工作時(shí)，冷端必須保持在0℃。但實(shí)際中：熱端與冷端離得很近；冷端暴露在空中；受設(shè)備溫度和環(huán)境溫度影響，冷端溫度不為0℃；要用分度表，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量，必須對(duì)冷端溫度的變化予以補(bǔ)償。為什么要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理？2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)常用的處理方法：（1）補(bǔ)償導(dǎo)線法（2）冷端恒溫法（3）計(jì)算修正法（4）模擬補(bǔ)償法（5）數(shù)字補(bǔ)償法2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償—各種常用熱電偶的溫度—熱電勢(shì)曲線（分度表）是在冷端溫度為0℃情況下得到的，因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為0℃，或進(jìn)行一定的修正才后能得出正確的測(cè)量結(jié)果。1、補(bǔ)償導(dǎo)線法

冷端溫度變化主要原因：受被測(cè)溫設(shè)備或環(huán)境溫度變化。解決法：把熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作端，并連同測(cè)量?jī)x表一起放置在恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方（如集中控制室）。缺點(diǎn)：安裝使用不方便；多耗費(fèi)貴金屬。所以，一般采用一種導(dǎo)線（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）將熱電偶的冷端延伸。

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)1）補(bǔ)償原理溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉價(jià)金屬導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。例：圖2.3所示，其中A’、B’為補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是兩種不同的廉價(jià)金屬導(dǎo)體組成的熱電偶，在一定溫度范圍內(nèi)（如0~100℃），它的熱電特性與主熱電偶AB的熱電性質(zhì)基本相同，即(2.12)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)用于將熱電偶的冷端延伸,且在一定

A’、B’可視為A、B熱電極的延長(zhǎng)，因而熱電偶的冷端也從T0’處移到T0處。帶有補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶回路的總熱電勢(shì)為：可見(jiàn)：熱電勢(shì)只同T和T0有關(guān)；不再受T0’

變化的影響；若T0=0℃，則儀表示值對(duì)應(yīng)熱端實(shí)際溫度值；若T0≠0℃，則應(yīng)修正。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.132）型號(hào)和結(jié)構(gòu)國(guó)際電工委員會(huì)IEC制定補(bǔ)償導(dǎo)線的標(biāo)準(zhǔn)，如表2.3所示。補(bǔ)償導(dǎo)線分：普通型：線芯、絕緣層及保護(hù)套精密型：在普通型外邊加一層金屬編織的屏蔽層。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3）補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項(xiàng)①必須與熱電偶配套使用；②注意補(bǔ)償導(dǎo)線正負(fù)極性；③與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)必須同溫；④補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；在精密測(cè)量中其微小差值不可忽視。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2、冷端恒溫法人為制成一個(gè)恒溫裝置，把熱電偶的冷端置于其中，保證冷端溫度恒定。常用恒溫裝置：冰點(diǎn)槽、電熱式恒溫箱。1）冰點(diǎn)槽法把冷端放入有絕緣油的試管中，將其放入冰水混合物的冰點(diǎn)槽中；保持0℃時(shí)的誤差在±0.1℃之內(nèi)。要求：水的純度、碎冰塊的大小和冰水混合狀態(tài)符合規(guī)定；注意插入深度；一種理想方法，只適用于實(shí)驗(yàn)室和精密測(cè)量中。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)

2）恒溫箱法把冷端引至電加熱的恒溫器內(nèi)，保持冷端溫度恒定。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3、計(jì)算修正法

計(jì)算修正法是依據(jù)顯示儀表的溫度示值經(jīng)修正計(jì)算求出被測(cè)溫度值。

例：設(shè)被測(cè)溫度為t，冷端溫度t0≠0℃。如此時(shí)表的示值溫度為t’，由分度表可知，顯示儀表輸入電勢(shì)數(shù)值應(yīng)該為EAB（t’,0），但其實(shí)際熱電勢(shì)EAB（t,t0），即顯示表實(shí)際輸入電勢(shì)為EAB（t,t0）。顯然EAB（t’,0）=EAB（t,t0），由此可得出計(jì)算修正的公式為

EAB（t,0）=EAB（t,t0）+EAB（t0，0）=EAB（t’,0）+EAB（t0,0）2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)（2.14）計(jì)算修正的步驟是：1）由表的示值t’和冷端溫度t0分別查分度表求得EAB（t’,0）和EAB（t0，0），2）由公式計(jì)算出EAB（t,0），3）由EAB（t,0）值直接查分度表求出被測(cè)溫度t。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)4、模擬補(bǔ)償法1）補(bǔ)償電橋法

利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化。如圖2.4，電橋由R1、R2、R3（均為錳銅電阻）和RCU（銅電阻）組成，串聯(lián)在熱電偶回路中，熱電偶冷端與電橋中RCU處于相同溫度。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)：R1=R2=R3=1Ω，直流，ES=4V。電橋平衡點(diǎn)溫度t0’（一般0℃和20℃）。在平衡點(diǎn)溫度t0’時(shí)，Rcu=1Ω，滿足Rcu=R1=R2=R3=1Ω，此時(shí)電橋平衡，輸出電勢(shì)Uab=0。溫度從t0’升高時(shí)，Rcu增大，電橋失去平衡Uab>0，而且Uab隨溫度升高而增大。

如用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端引到溫度為t0的補(bǔ)償電橋處，則冷端溫度也為t0。儀表的輸入電勢(shì)為：2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)U=E（t,t0）+Uab（t0）（2.15）

Uab（t0）為電橋輸出電勢(shì)，隨冷端溫度t0變化。當(dāng)t0=t0’時(shí)：U=E（t,t0’）+Uab（t0’）（2.16）因Uab（t0’）=0所以U=E（t,t0’）2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)

當(dāng)t0從t0’升高時(shí)，熱電勢(shì)減少，而Uab增大，若補(bǔ)償電橋的設(shè)計(jì)滿足：∣△Uab∣=∣△E（t0，t0’）∣，則總電勢(shì)U仍不變，仍為E（t,t0’）。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)結(jié)果：總電勢(shì)不隨冷端溫度t0變化；冷端溫度始終保持在補(bǔ)償電橋平衡點(diǎn)溫度t0’；必須把儀表的起始點(diǎn)調(diào)到電橋的平衡溫度t0’處。2）集成溫度傳感器補(bǔ)償法為提高熱電偶的測(cè)量準(zhǔn)確度。如：集成電路芯片AC1226、帶冷端補(bǔ)償?shù)膯纹瑹犭娕挤糯笃鰽D594/AD595等。①AC1226冷端補(bǔ)償電路

專用的冷端補(bǔ)償集成電路芯片；在0~70℃補(bǔ)償范圍內(nèi)具有很高的準(zhǔn)確度；其補(bǔ)償絕對(duì)誤差小于0.5℃；補(bǔ)償輸出信號(hào)不受電源電壓變化的影響；可和各種溫度測(cè)量芯片或線路組成帶有準(zhǔn)確冷端補(bǔ)償?shù)臏y(cè)溫系統(tǒng)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)圖2.5為帶有信號(hào)處理功能（1B51）隔離型的AC1226高溫測(cè)量冷端補(bǔ)償電路原理圖。可接E、J、K、S、R或T型熱電偶。測(cè)溫范圍為所連熱電偶的測(cè)溫范圍。②AD594/AD595補(bǔ)償電路

有熱電偶信號(hào)放大和冰點(diǎn)補(bǔ)償雙重功能；有C級(jí)和A級(jí)，分別具有±1℃和±3℃的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度；其中AD594適用于T型熱電偶，AD595適用于K型熱電偶。輸出電勢(shì)與熱電偶的熱電勢(shì)的關(guān)系如下：（2.17）

（2.18）式中，EAD594、EAD595分別為AD594和AD595的輸出；ET、EK分別為T(mén)型和K型熱電偶的熱電勢(shì)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)5、數(shù)字補(bǔ)償法把分度表擬合出關(guān)系矩陣等；測(cè)得熱電勢(shì)和冷端溫度；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和非線性校正，并直接求出被測(cè)溫度。該方法簡(jiǎn)單、速度快、準(zhǔn)確度高；為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制創(chuàng)造了條件。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2.4熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)1、熱電極材料理論上講，任一導(dǎo)體材料均可作為熱電極；與其他材料相互配合做成熱電偶；但實(shí)際用的熱電偶，必須滿足一些計(jì)量技術(shù)要求；實(shí)際測(cè)溫用的熱電極材料并不多；已定型并廣泛采用的熱電偶，其適用范圍也各有限制。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)對(duì)熱電極材料主要幾點(diǎn)要求：1）電勢(shì)大，熱電特性盡量接近線性；2）電阻率小，電阻溫度系數(shù)??；3）在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理及化學(xué)性能穩(wěn)定；4）易加工成細(xì)絲，便于生產(chǎn)、復(fù)現(xiàn)性好；5）價(jià)格便宜。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)

目前還沒(méi)有一種熱電極材料能完全滿足上述要求，多只是基本滿足。減小熱電偶材料電阻隨溫度變化對(duì)測(cè)量的影響貴金屬材料：鉑、銠、銥及它們的合金（如鉑銠、鉑銥）；普通金屬材料：鎳、鉻、銅及其合金（如鎳鉻、銅鎳）；難熔金屬材料；鎢、鉬、錸及其合金（如鎢錸、鎢鉬等）；非金屬材料：碳、石墨、氧化鎂等及它們的混合物。常用的熱電極材料（四類）：2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2、種類品種很多；分類方法也不盡相同；按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求分：標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶指生產(chǎn)工藝成熟、成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良并符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶，具有統(tǒng)一分度表，不用單支標(biāo)定，可互換并有配套的顯示儀表。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)廣泛使用；被（IEC）公認(rèn)和制訂了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有八種；特性簡(jiǎn)介如表2.4所示，熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系如圖2.6所示。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)測(cè)溫范圍指熱電偶在良好的使用環(huán)境下允許測(cè)量溫度的極限值；實(shí)際使用中，特別是長(zhǎng)期使用時(shí)，一般允許測(cè)量的溫度上限是極限值的60%~80%；熱電勢(shì)與溫度之間存在非線性，使用時(shí)需修正。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)①S型熱電偶（鉑銠10-鉑熱電偶）貴金屬熱電偶；所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中，準(zhǔn)確度等級(jí)最高、穩(wěn)定性最好；測(cè)溫區(qū)寬、使用壽命長(zhǎng)；適用于氧化和惰性氣氛中，使用廣泛；價(jià)格昂貴，熱電勢(shì)小，靈敏度低，熱電特性非線性較大；不適于還原性氣氛和含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中。②R型熱電偶（鉑銠13-鉑熱電偶）熱電勢(shì)比S型熱電偶稍大；其他性能相當(dāng)；在進(jìn)口設(shè)備附帶的測(cè)溫裝置上有應(yīng)用，國(guó)內(nèi)測(cè)溫很少采用。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)③B型熱電偶（鉑銠30-鉑銠6熱電偶）貴金屬熱電偶；正負(fù)極均為鉑銠合金，含量不同，俗稱雙鉑銠熱電偶；標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中熱電勢(shì)最小；在0~50℃范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3μV，故可不需考慮冷端溫度變化的影響；其他性能特點(diǎn)與鉑銠10-鉑熱電偶相當(dāng)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)④K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅熱電偶）工業(yè)中用量最大的廉金屬熱電偶；優(yōu)點(diǎn)：靈敏度較高、熱電勢(shì)較大、線性度較好、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好、抗氧化性強(qiáng)、受輻射影響較??；缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度較低，不適用于還原氣氛。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)⑤N型熱電偶（鎳鉻硅-鎳硅熱電偶）新型鎳基合金測(cè)溫材料，是近20年來(lái)在廉金屬熱電偶合金材料研究方面取得的唯一重大成果；優(yōu)點(diǎn)：相同條件下，N型熱電偶的高溫穩(wěn)定性、壽命與S型熱電偶接近；價(jià)格僅為S型的1/20；在1300℃以下，高溫抗氧化能力強(qiáng)，耐核輻射能力強(qiáng)，耐低溫性能也好；可用于其他金屬熱電偶不能勝任或者過(guò)于勉強(qiáng)的場(chǎng)合。-200~1300℃溫度范圍內(nèi)，有全面代替廉金屬熱電偶和部分取代S型熱電偶的趨勢(shì)。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)⑥E型熱電偶（鎳鉻-銅鎳或鎳鉻-康銅熱電偶）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中靈敏度最高，可測(cè)微小變化的溫度；使用中的限制條件與K型熱電偶相同；對(duì)高濕度氣體的腐蝕不甚靈敏。缺點(diǎn)：熱電均勻性較差，不能用于還原性介質(zhì)中。⑦J型熱電偶（鐵-銅鎳或鐵-康銅熱電偶）特點(diǎn)：價(jià)格便宜；既可以用于氧化性氣體中，又可用于還原性氣氛；耐H2和CO氣體腐蝕；在含碳或鐵的條件下使用也很穩(wěn)定，多用于化工廠測(cè)溫。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)⑧T型熱電偶（銅-銅鎳或銅-康銅熱電偶）廉金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高；熱電極絲的均勻性好，熱電勢(shì)較大；測(cè)溫范圍為-200~350℃；抗氧化性差，在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不超過(guò)300℃。2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶得到廣泛應(yīng)用，但：測(cè)溫上下限受熱電極材料的限制；使用介質(zhì)氣氛也都有限制。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為適應(yīng)更高或更低的溫度以及特殊的介質(zhì)氣氛；是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的補(bǔ)充；無(wú)統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的分度號(hào)；每一種常只適用于某一特殊測(cè)量條件與氣氛。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：金屬和非金屬兩大類。

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)①鎢錸系等超高溫?zé)犭娕贾饕墟u錸系、銥銠系、鉑銠系、鎢鉬系；都是測(cè)量高溫的熱電偶；應(yīng)用較廣的是鉑銠系、鎢錸系兩種；鎢錸系熱電偶測(cè)溫上限可達(dá)2500℃；適于惰性、高純氫和真空，不適于氧化性和碳?xì)浠衔锝橘|(zhì)。②鎳鉻-金鐵超低溫?zé)犭娕家环N較理想的低溫、超低溫?zé)犭娕迹豢捎糜?K~273K的低溫范圍；在73K以下靈敏度較高，允許誤差：±0.5；適用于液態(tài)天然氣、國(guó)防工程和科研。

2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)③非金屬熱電偶特點(diǎn)：

·熱電勢(shì)大大超過(guò)金屬熱電偶；·熔點(diǎn)高，高溫性能穩(wěn)定，適于高溫測(cè)量；·某些非金屬熱電偶能在高溫特殊氣氛中使用；·主要缺點(diǎn)：復(fù)現(xiàn)性差，沒(méi)有統(tǒng)一的分度號(hào)，機(jī)械強(qiáng)度低。目前國(guó)外已有定型的產(chǎn)品；如熱解石墨、石墨-碳化鈦、硼化鋯-碳化鋯熱電偶等；測(cè)溫上限可高達(dá)2000~2500℃，精確度可達(dá)0.1%~0.5%）；只能在某一種特定的氣氛中使用。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3、熱電偶的結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)形式上看，熱電偶可分為:

普通型鎧裝型薄膜型

三種。

1）普通型熱電偶又稱裝配式熱電偶，結(jié)構(gòu)如圖2.7。由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒組成。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)①熱電極

直徑：由材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、用途及測(cè)溫范圍等決定。貴金屬熱電極直徑為0.015~0.5mm，普通金屬熱電極直徑為2~3.2mm。長(zhǎng)度：由插入深度及安裝條件決定，通常為350~2000mm。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)②絕緣套管

裝在熱電極上，防止兩熱電極間及與保護(hù)套管間短路。絕緣材料由溫度范圍確定：在1000℃以下采用普通陶瓷；在1000~1300℃之間多采用高純氧化鋁；在1300~1600℃之間多采用剛玉。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)③保護(hù)套管

作用：與被測(cè)介質(zhì)隔離，免受化學(xué)侵蝕及機(jī)械損傷。對(duì)保護(hù)套管的基本要求：經(jīng)久耐用；傳熱良好?！ぬ坠艿牟牧虾托问接杀粶y(cè)介質(zhì)性能、安裝方式等決定；·常用的材料有金屬、非金屬和金屬陶瓷三類；·形狀：直形、錐形等；·固定裝置形式：固定螺栓、固定法蘭及活動(dòng)法蘭等；耐高溫、急冷急熱、腐蝕、不分解出對(duì)電極有害的氣體良好的導(dǎo)熱性，改善電極對(duì)被測(cè)溫度變化的響應(yīng)速度減少滯后④接線盒在熱電偶的根部；起支撐熱電極及提供與外部連接的接線端子；熱電偶的冷端就在接線盒內(nèi)；接線盒密封，防灰塵和有害氣體進(jìn)入電偶保護(hù)套管；連接熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線的螺絲須緊固，以免產(chǎn)生較大的接觸電阻影響測(cè)量準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)上接線盒分：普通型、防濺型、防水型及防暴型等。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2）鎧裝型熱電偶熱電極、氧化鎂絕緣粉末和金屬套管三者組合而成；外形像一根電纜線，能自由彎曲；可按需截長(zhǎng)，分別對(duì)測(cè)量端與冷端加工處理，形成一支完整的鎧裝熱電偶；鎧裝熱電偶截面有：圓形與橢圓形兩種；測(cè)量端有：露頭型、接觸型（即帶帽碰底型）和不露頭型（即帶帽不碰底型）三種。如圖2.8所示2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)鎧裝型熱電偶優(yōu)點(diǎn)：①動(dòng)態(tài)性能好、反應(yīng)快，比普通熱電偶??；②很細(xì)（最細(xì)直徑為0.25mm

），體積小，重量輕，熱容量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象原有溫度場(chǎng)影響?。虎蹞闲院?，可隨意彎曲，適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象；④長(zhǎng)度與直徑可根據(jù)需要制作、選擇;⑤可作感溫元件放入普通型熱電偶保護(hù)套管內(nèi)使用；2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)3）薄膜型熱電偶一種比較先進(jìn)的瞬態(tài)溫度傳感器；用真空鍍膜或化學(xué)涂層工藝，把熱電極固定在薄片絕緣基板上，如圖2.9；熱電極及測(cè)量端很薄，基板厚度也只有0.2mm左右；熱容很小，測(cè)溫的動(dòng)態(tài)性能好，適于快速測(cè)量，也適于物體表面溫度的測(cè)量；使用時(shí)用粘結(jié)劑，粘在被測(cè)物體表面。有鎳鉻-鎳硅和銅-康銅等，測(cè)溫上限可達(dá)300℃左右。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2.5熱電偶的選擇、使用和安裝1、熱電偶的選擇熟悉被測(cè)對(duì)象、掌握各種熱電偶特性，根據(jù)使用氣氛、溫度的高低正確地選擇熱電偶。1）按使用溫度選擇

當(dāng)T＜1000℃時(shí)，多選用廉金屬熱電偶，如K型熱電偶。特點(diǎn)：使用溫度范圍寬，高溫性能較穩(wěn)定。當(dāng)T＝－200~300℃時(shí)，最好選用T型熱電偶，廉金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高的；或選擇E型熱電偶，廉金屬金屬中熱電勢(shì)變化率最大、靈敏度最高。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)當(dāng)T＝1000~1400℃時(shí)，多選用R、S型熱電偶。當(dāng)T＜1300℃時(shí)，可選用N型或者K型熱電偶。當(dāng)T＝1400~1800℃時(shí)，多選用B型熱電偶。當(dāng)T＜1600℃時(shí)，短期可用S型或R型熱電偶。當(dāng)T＞1800℃時(shí)，常選用鎢錸熱電偶。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2）根據(jù)被測(cè)介質(zhì)選擇①氧化性氣氛當(dāng)T＜1300℃時(shí)，多選用N型或K型熱電偶，廉金屬熱電偶中抗氧化性最強(qiáng)；當(dāng)T＞1300℃時(shí)，選用鉑銠系熱電偶。②真空、還原性氣氛當(dāng)T＜950℃時(shí)，選用J型熱電偶，既可以在氧化性氣氛下工作，又可以在還原性氣氛下工作工作；當(dāng)T＞1600℃時(shí)，應(yīng)選用鎢錸熱電偶。3）選擇電偶絲的直徑與長(zhǎng)度電極直徑：材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、用途及測(cè)溫范圍等決定。長(zhǎng)度：插入深度及安裝條件決定。對(duì)于快速反應(yīng)，選用細(xì)直徑的電極絲；電極絲越細(xì),測(cè)量端越小、越靈敏，但電阻也越大；電極絲越粗，測(cè)溫范圍加寬、壽命長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；電偶絲直徑與長(zhǎng)度，不影響熱電勢(shì)大小，但與熱電偶的使用壽命、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及線路電阻有關(guān)。

∴要正確選擇。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2、熱電偶的使用①與被測(cè)對(duì)象充分接觸、處于同溫。②保護(hù)管有足夠機(jī)械強(qiáng)度，耐腐蝕；外徑越粗，耐熱、耐腐蝕性越好，但熱惰性也越大。③定期清洗：保護(hù)管表面附著灰塵等時(shí)，熱阻增加，指示溫度偏低，產(chǎn)生誤差。④長(zhǎng)期工作在最高溫度下，電偶材質(zhì)會(huì)發(fā)生變化引起誤差。⑤測(cè)量線路絕緣電阻下降也會(huì)引起誤差。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)高溫引起絕緣性能降低。例如：用熱電偶測(cè)量電爐溫度時(shí)，當(dāng)爐溫升至800℃以上時(shí)，爐體耐火磚的絕緣電阻急劇下降，使?fàn)t體帶電；保護(hù)管與上述耐火磚類似，在高溫下絕緣電阻也急劇下降，爐體帶電通過(guò)保護(hù)管竄入熱電極，使熱電偶帶電（達(dá)幾伏至幾十伏），稱做對(duì)地干擾電壓。若傳輸導(dǎo)線或儀表也接地，就會(huì)形成回路，把干擾引入儀表，產(chǎn)生誤差。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)消除方法：熱電偶浮空（與爐體不接觸）；在瓷保護(hù)管外再加一金屬套管并接地；采用三線熱電偶（從熱端再引出一根線接地），把干擾電壓在進(jìn)入儀表輸入回路前短路掉。低溫下，因空氣中水分凝結(jié)電偶絕緣性能下降。消除方法：保護(hù)管內(nèi)充干燥空氣并密封。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)⑥磁感應(yīng)的影響。布線時(shí)盡量避開(kāi)強(qiáng)電區(qū)（大功率電機(jī)、變壓器等）；避免與電力線近距離平行敷設(shè)；熱電極與保護(hù)完全絕緣，保護(hù)管接地。⑦冷端溫度的補(bǔ)償與修正熱電偶的冷端保持恒定；補(bǔ)償導(dǎo)線的種類及正、負(fù)極不要接錯(cuò)；補(bǔ)償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭；補(bǔ)償導(dǎo)線最好與其他導(dǎo)線分開(kāi)敷設(shè)。⑧嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行熱電偶的焊接、退火、清洗、定期檢定等。3、熱電偶的安裝安裝遵循如下原則：

與被測(cè)介質(zhì)形成逆流或正交，如圖2.10。①安裝方向2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)②安裝位置

工作端處于管道中流速最大處；保護(hù)管末端應(yīng)越過(guò)管道中心線約5~10mm。③插入深度插入深度增加，測(cè)溫誤差減?。恍辈寤蜓毓艿垒S線方向安裝；在最大的允許插入深度條件下，盡可能深插。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)④細(xì)管道內(nèi)（直徑＜80mm)流體溫度的測(cè)量插入深度不夠引起誤差；接擴(kuò)大管安裝，如圖2.10d或圖2.11所示；選擇適宜部位，減小或消除該誤差。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)⑤負(fù)壓管道中流體溫度的測(cè)量

保證其密封性。⑥接線盒安裝檢查導(dǎo)線、電纜等絕緣性能，且無(wú)斷頭；管內(nèi)導(dǎo)線不得有接頭或加接線盒；接線盒蓋朝上。⑦若被測(cè)物體很小注意不要改變?cè)瓉?lái)的熱傳導(dǎo)及對(duì)流條件。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)防外界冷空氣吸入，使測(cè)量值偏低防雨水或其他流體的侵入。2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)垂直管道軸線的安裝方法在彎曲管道上的安裝方法

專為沸騰培燒爐等設(shè)計(jì)的高溫抗振耐磨熱電偶的安裝方法1.接線盒2.熱電偶管3.耐磨管4.不銹鋼管5.偶管6.爐體7.固定法蘭8.安裝法蘭

鍋爐煙道中的密封安裝方法2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)傾斜管道軸線的安裝方法2.2.6熱電偶常見(jiàn)故障原因及處理方法2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.2熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)例1. 某廠用線性熱電特性的熱電偶測(cè)溫，未用補(bǔ)償導(dǎo)線，接線如圖，問(wèn)：1）、若接無(wú)冷端補(bǔ)償?shù)膬x表，當(dāng)不加電勢(shì)時(shí)，儀表顯示為0oC，則在圖示情況下儀表應(yīng)指示多少oC？2）、若接帶冷端補(bǔ)償?shù)膬x表，其它條件不變，儀表又應(yīng)指示多少oC解：1)設(shè)實(shí)際溫度應(yīng)為t℃，則：E（t,0)=E(500,18)，因?yàn)榫€性特性所以：t=500-18=482(℃)2)設(shè)儀表示值為t’℃，則：E（t’,0)=E(500,18)+E（20,0），因?yàn)榫€性特性，所以：t’=500-18+20=502(℃)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)例2.如圖，分度K熱電偶誤用了分度E的補(bǔ)償導(dǎo)線，但極性連接正確，表的指示為650oC（儀表帶冷端補(bǔ)償），被測(cè)溫度實(shí)際為多少？已知t0’=40oC，t0=20oC。EE（40，0）=2.419EE（20，0）=1.192

解：EK（650，20）=EK（t,40）+EE(40,20)EE(40,20)=EE(40,0)-EE(20,0)=1.227(mV)EK（650，20）=EK（650，0）-EK（20，0）=26.227(mV)EK（t,40）=EK（650，20）-EE(40,20)=25(mV)EK（t,0）=EK（t,40）+EK（40,0）=26.612(mV)實(shí)際溫度:640.2oC

t0’KEt0tt0123200.7980.8380.8790.91964026.60226.66426.68726.72965027.02527.06727.10927.1522.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)例3.如圖，某人將K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反，當(dāng)爐溫控于800oC時(shí)，已知t0’=50oC，t0=40oC。問(wèn)測(cè)量結(jié)果和實(shí)際溫度相差多少?

解：正確連接:EK（800，40）=EK（800,0）–EK(40,0)=31.663(mV)查表得：760.8oC接反,則實(shí)際電勢(shì)為:E=EK（800，50）–EK（50，40）=EK（800,0）–EK（50，0）-[EK(50,0)–EK(40,0)]=30.841(mV)測(cè)量顯示：741oC。和實(shí)際溫度相差：-19.8oCtt0’Kt0ABA’B’2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)

依據(jù)材料的電阻隨溫度變化的性質(zhì)。測(cè)溫電阻是測(cè)溫傳感器，又稱為熱電阻。測(cè)量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；在-200~850℃范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用；溫度量值傳遞的基準(zhǔn)儀器：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻。90國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，范圍13.8033K~961.78℃2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3.1熱電阻的測(cè)溫原理分：金屬與半導(dǎo)體熱電阻兩大類。1、金屬熱電阻廣泛應(yīng)用的測(cè)溫電阻；電阻與溫度的關(guān)系表示為：

(2.19)

Rt、Rt0—溫度t和t0時(shí)的電阻值；A、B、C—常數(shù)，與熱電阻材料的種類有關(guān)。小溫度范圍內(nèi)，電阻—溫度關(guān)系：（2.20）

式中：—t0~t溫度范圍內(nèi)，平均電阻溫度系數(shù)。

2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)

物理意義：溫度變化1℃時(shí)電阻的相對(duì)變化值。

當(dāng)△t→0（t→t0）時(shí)顯然=（2.21）（2.22）

為t0時(shí)電阻溫度系數(shù)；金屬電阻隨溫度升高而增大，為正；越大，電阻隨溫度變化越顯著，靈敏度越高；所有金屬隨溫度變化，非常數(shù)；電阻與溫度關(guān)系非線性。常用電阻比W=R100/R0來(lái)表征。R100、R0分別為100℃和0℃下的電阻值；顯然R100/R0值越大，也越大。實(shí)踐證明：金屬純度越高，R100/R0值與值越大，測(cè)溫靈敏度越高。∴熱電阻都為純金屬而非合金。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)（2）半導(dǎo)體熱電阻（或熱敏電阻）電阻值隨溫度呈指數(shù)變化；測(cè)溫范圍：-40~350℃；大量用于家電、汽車(chē)中；有：正（PTC）、負(fù)（NTC）、臨界溫度系數(shù)（CTR）；測(cè)溫多用負(fù)溫度系數(shù)；電阻與溫度的關(guān)系可表示為:2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)式中：Rt—t時(shí)的電阻值；R（t0）—t0時(shí)的電阻值；B—材料與結(jié)構(gòu)的常數(shù)。由的定義，得：（2.24）與溫度平方成倒數(shù)；靈敏度隨溫度升高而降低；限制了熱敏電阻在高溫下的使用。材料：金屬M(fèi)n、Co、Ni、Fe等復(fù)合氧化物的燒結(jié)體。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)與金屬熱電阻相比優(yōu)點(diǎn)：①遠(yuǎn)大于金屬，靈敏度高，降低對(duì)顯示儀表精確度要求；②電阻率高，常溫阻值大，引線電阻對(duì)測(cè)溫幾乎無(wú)影響。③體積小、熱慣性小，響應(yīng)時(shí)間快。④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（按需制：珠形、扁圓形、桿形、圓片形等，常用來(lái)測(cè)“點(diǎn)”溫和表面溫度）。缺點(diǎn)：①阻值與溫度呈非線性；②復(fù)現(xiàn)性差、互換性差、穩(wěn)定性差；③應(yīng)用范圍有限。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3.2熱電阻的種類、性質(zhì)與結(jié)構(gòu)1、對(duì)熱電阻材料的要求

熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)溫的。必須滿足要求：

1）電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度之間盡量接近線性關(guān)系；2）電阻率高，以減小熱電阻體積；3）在測(cè)溫范圍內(nèi)物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；4）復(fù)現(xiàn)性好，易加工；5）價(jià)格便宜。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2、標(biāo)準(zhǔn)化金屬熱電阻國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻：鉑熱電阻、銅熱電阻及鎳熱電阻。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)1）鉑熱電阻電阻與溫度的關(guān)系可分兩段分別表示：

在0~850℃范圍

（2.25）

在-200~0℃范圍內(nèi)

（2.26）

2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)用鉑熱電阻有兩種，分度號(hào)分別為Pt100和Pt10。2）銅熱電阻特點(diǎn)：易加工，價(jià)格便宜；電阻的溫度特性接近線性。溫度稍高即易氧化，所以測(cè)溫較低。電阻—溫度的關(guān)系為：（2.27）式中：A、B、C均為常數(shù)，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）。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)在0~100℃范圍內(nèi)，電阻的溫度特性接近線性，可用下式表示：（2.28）式中：0為在0℃時(shí)銅電阻的溫度系數(shù)，

0=4.28899×10–3（℃-1）。工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)化銅電阻有兩中：分度號(hào)分別為Cu50和Cu100，其特性見(jiàn)表2.6。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)3）鎳熱電阻鎳電阻的測(cè)溫范圍為-60~180℃；電阻溫度系數(shù)較大，靈敏度比鉑和銅都要高；工藝較復(fù)雜，很難獲得溫度系數(shù)數(shù)值相同的鎳絲，影響了測(cè)量精確度，也很難制定標(biāo)準(zhǔn)；雖為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，但尚未制定出分度表。測(cè)溫用鎳電阻Ni100、Ni300、Ni500。技術(shù)特性見(jiàn)表2.6。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)3、普通熱電阻的結(jié)構(gòu)外形與普通熱電偶相同。有熱電阻體、引線、絕緣套管、保護(hù)套管及接線盒。絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒的功能、材料及要求也與熱電偶相同。如圖2.12所示。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)1）熱電阻體

也稱為熱電阻感溫元件，用來(lái)感受溫度的電阻器，是熱電阻的核心部分。由絕緣骨架與金屬電阻絲構(gòu)成。如圖2.13所示。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)

①云母；②玻璃；③陶瓷。鉑電阻骨架采用的材料主要有：2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)耐震性好，時(shí)間常數(shù)小，可測(cè)小于500℃的溫度體積小，可小型化，耐震性差，易碎，測(cè)溫上限為400℃體積小，耐震性好，熱響應(yīng)時(shí)間短，測(cè)溫上限為900℃2）引線及引線的形式

出廠時(shí)自帶；使熱電阻體能與外部測(cè)量線路相連接；位于保護(hù)管內(nèi)；引線要不產(chǎn)生熱電勢(shì)；鉑電阻，中低溫用銀線作引線，高溫用鎳線；銅和鎳電阻的引線，一般都用銅、鎳絲；引線直徑比電阻絲的直徑大很多（減少引線電阻的影響）。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)保護(hù)管內(nèi)溫度梯度大

常用的引線方式有：二線制、三線制和四線制三種。①兩線制。在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線，如圖2.14a。簡(jiǎn)單、費(fèi)用低；引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來(lái)附加誤差；適用于引線不長(zhǎng)，測(cè)溫準(zhǔn)確度要求較低的場(chǎng)合。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)

②三線制。在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，這種引線形式稱為三線制，如圖2.14b。較好消除引線電阻的影響，測(cè)量準(zhǔn)確度高于兩線制；應(yīng)用較廣；工業(yè)熱電阻通常采用三線制，尤其是在測(cè)溫范圍窄、導(dǎo)線長(zhǎng)、架設(shè)銅導(dǎo)線途中溫度發(fā)生變化等情況下。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)③四線制。在熱電阻感溫元件兩端各連接兩根引線的形式稱為四線制，如圖2.14c。主要用于高精度溫度測(cè)量；其中兩根引線為熱電阻提供恒流源I，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過(guò)另兩根引線引至電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量；完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響；在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，還可消除連接導(dǎo)線的影響。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)4、鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)與普通熱電阻不同，如圖2.15；整體拉制成型；鎧裝熱電阻的外徑為1~8mm；種類、測(cè)溫范圍、R0和R100/R0值、基本誤差等和普通熱電阻相同。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)同普通熱電阻相比有如下優(yōu)點(diǎn)：①尺寸小，套管內(nèi)為實(shí)體，響應(yīng)速度快。②抗震，可繞，使用方便，適合安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地方。③電阻體被密封，不接觸腐蝕性介質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3.3熱電阻的使用和誤差分析1、使用注意事項(xiàng)參照熱電偶的使用和安裝。使用注意事項(xiàng)如下：避免溫度急劇變化環(huán)境：減少熱敏電阻的時(shí)效變化；為保證測(cè)量精確度，應(yīng)在5至7倍時(shí)間常數(shù)后再測(cè)量；電流限制：測(cè)量時(shí)，需通以電流，增大電流，靈敏度提高，但電流過(guò)大電阻會(huì)發(fā)熱，產(chǎn)生測(cè)量誤差；

2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)4）保證足夠插入深度：當(dāng)熱電阻用金屬保護(hù)管時(shí)，減少由熱傳導(dǎo)誤差；5）注意防水、耐寒等性能：若引線間或絕緣體表面有水滴或灰塵，使測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，產(chǎn)生誤差；6）熱電阻的公稱壓力：指在工作溫度下保護(hù)管不破裂所能承受的最大靜態(tài)外壓。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2、誤差分析熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)誤差分析：①傳熱誤差：測(cè)溫時(shí)與被測(cè)對(duì)象未充分接觸，未達(dá)熱平衡等而造成的誤差。②分度誤差：標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表由統(tǒng)計(jì)分析得到，具體的熱電阻會(huì)因?yàn)椴牧?、制造工藝而不同。這就形成了分度誤差。如R0與標(biāo)稱電阻值不符而引進(jìn)的誤差。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)

④測(cè)量線路和顯示儀表的誤差：由顯示儀表本身的精確度等級(jí)和線路電阻決定的。如：用Cu50型銅電阻測(cè)溫，在規(guī)定條件下銅導(dǎo)線的電阻為5Ω，儀表指示被測(cè)溫度為40℃。若此時(shí)環(huán)境溫度變化10℃，則兩線制連接的導(dǎo)線會(huì)給測(cè)量值帶來(lái)約2℃的誤差，三線制連接會(huì)帶來(lái)0.1℃的誤差。此外，引線電阻、連接導(dǎo)線的阻值變化也將引起誤差。

2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)③自熱誤差：因電流流經(jīng)熱電阻產(chǎn)生溫升而引起的誤差。與電流大小及傳熱介質(zhì)有關(guān)。（一般，限制電流不超過(guò)6mA，把自熱誤差限制在0.1℃以內(nèi)）。

⑤其它誤差：屏蔽絕緣不良、插入深度不夠、熱電阻劣化等所引起的誤差。2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.3.４熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方法故障現(xiàn)象可能原因處理方法１、顯示儀表指示值比實(shí)際值低或示值不穩(wěn)保護(hù)管內(nèi)有金屬屑、灰塵，接線柱間臟污及熱電阻短路（水滴）除去金屬屑、清掃灰塵、水滴，找到短路點(diǎn)，加強(qiáng)絕緣等，２、顯示儀表指示無(wú)窮大熱電阻或引出線斷路及接線端子松開(kāi)等更換電阻體，或焊接及擰緊接線螺絲等３、阻值與溫度關(guān)系有變化熱電阻絲材料受腐蝕變質(zhì)更換電阻體（熱電阻）４、顯示儀表指示負(fù)值顯示儀表與熱電阻接線有錯(cuò)，或熱電阻有短路現(xiàn)象改正接線，或找出短路處，加強(qiáng)短路2.3熱電阻測(cè)溫技術(shù)隔爆式熱電偶

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有：易燃、易爆等化氣體、蒸汽等；普通熱電偶非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸；隔爆熱電偶作為一種溫度傳感器，應(yīng)用極為廣泛；隔爆熱電偶適用在dⅡBT4溫度組別區(qū)間內(nèi)具有爆炸性氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)。隔爆式熱電偶

測(cè)溫范圍及允許誤差

名稱型號(hào)分度號(hào)測(cè)溫范圍精度等級(jí)充差偏差鎳鉻－鎳硅WRNK－40~＋800℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax鎳鉻－銅鎳WREE－40~＋650℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax銅－銅鎳WRCT－40~＋300℃Ⅱ

1℃或0.75tmax鐵－銅鎳WRFJ－40~＋600℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax注：tmax－最高檢驗(yàn)溫度點(diǎn)℃在同欄給出的兩個(gè)允差中取其中最大值。

1、隔爆熱電偶防爆標(biāo)志表示方法

2、隔爆原理結(jié)構(gòu)與裝配式熱電偶的結(jié)構(gòu)、原理基本相同。不同點(diǎn)：接線盒采用防爆設(shè)計(jì)。壓鑄而成的；有一定的厚度、隔爆空間和機(jī)械強(qiáng)度；采用螺紋隔爆接合面和園筒接合面，用密封圈密封，以鎖緊螺釘進(jìn)行鎖緊；（接線盒內(nèi)放弧與外界環(huán)境隔爆）；接線盒與保護(hù)管連接采取環(huán)氧樹(shù)脂密封及緊固結(jié)構(gòu)；在dⅡBT4防爆要求內(nèi)使用，能達(dá)到預(yù)期的防爆效果。隔爆式熱電偶

防爆等級(jí)溫度組別第四組(溫度組別)隔爆類類別(工廠用電氣設(shè)備)隔爆式熱電偶

3、隔爆熱電偶命名方法：

雙支或多支安裝固定形式防爆接線盒保護(hù)管直徑：0-Φ16；1-Ф20溫度儀表熱電偶N：鎳鉻-鎳硅E：鎳鉻-銅鎳C：銅-銅鎳F：鐵-銅鎳聯(lián)合設(shè)計(jì)代號(hào)防爆代號(hào)變截面形式5、隔爆熱電偶種類及規(guī)格

型號(hào)分度號(hào)規(guī)格熱響應(yīng)時(shí)間保護(hù)管材料直徑(d)長(zhǎng)度(L)插深(I)WRN－240L－B

WRN2－240L－BK

ф16300

350

400

450

550

650

750

900

1150

1650150

200

250

300

400

500

600

750

1000

1500≤90不銹鋼WRN－240L－B.G

WRN2-240L-B.GWRE-240L-B

WRE2-240L-BEWRE-240L-B.G

WRE2-240L-B.GWRC-240L-B

WRC2-240L-BTWRC-240L-B.G

WRC2-240L-B.G隔爆式熱電偶

帶溫度變送器熱電偶（阻）

應(yīng)用:

常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用，輸出4～20mA。特點(diǎn):●二線制輸出4～20mA，抗干擾能力強(qiáng)；

●節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線及安裝溫度變送器費(fèi)用；

●測(cè)量范圍大；

●冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，非線性校正電路。帶溫度變送器熱電偶（阻）

工作原理:

熱電偶（阻）測(cè)得的熱電勢(shì)（電阻）的變化溫度變送器的電橋產(chǎn)生不平衡信號(hào)放大后轉(zhuǎn)換成為4～20mA信號(hào)顯示儀顯示溫度。一體化現(xiàn)場(chǎng)溫度指示器(LCD)帶溫度變送器熱電偶（阻）

●熱電阻的型號(hào)規(guī)格

型號(hào)分度號(hào)測(cè)溫范圍℃精度等級(jí)允許偏差HR-WZPBPt100-200～+500A級(jí)±(0.15+0.002|t|)B級(jí)±(0.30+0.005|t|)HR-WZCBCu50

Cu100-50～+100-±(0.30+0.006|t|)○輸出信號(hào)：4～20mA，負(fù)載電阻250Ω，傳輸導(dǎo)線電阻100Ω

○輸出方法：二線制

○允差等級(jí)：0.1；0.2；0.5

○供電電源：24V.DC±10%

○防護(hù)等級(jí)：IP65●熱電偶的型號(hào)規(guī)格型號(hào)分度號(hào)允許誤差與偶材等級(jí)I級(jí)II級(jí)允差值測(cè)溫范圍℃