湖南大學傳感器課件溫度傳感器

傳感器原理與工程應用PrincipleandApplicationofSensors第7章溫度傳感器

7.1概論

7.2熱電偶

7.3熱電阻

7.4熱敏電阻

7.5新型溫度傳感器

7.6輻射測溫的基本定律

7.7輻射式溫度計

本章內容第7章溫度傳感器

7.1概論

溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關的物理量。在2000多年前，就開始為檢測溫度進行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測溫度。人類社會中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關系。工業(yè)生產(chǎn)自動化流程,溫度測量點要占全部測量點的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。7.1.1溫度的基本概念和測量方法PartA接觸式測溫傳感器溫度傳感器的種類及特點接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點：傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應快等。PartA接觸式測溫傳感器測溫方式類

別原

理典型儀表測溫范圍（℃）接觸式測溫膨脹類利用液體、氣體的熱膨脹及物質的蒸汽壓變化水銀溫度計-30~600液體壓力溫度計-50~500利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬片溫度計-80~500熱電類利用熱電效應熱電偶-200~1600電阻類利用固體材料的電阻隨溫度的變化鉑熱電阻-200~850熱敏電阻-50~300其它電學類利用半導體器件的溫度效應集成溫度傳感器-50~150晶體固有頻率隨溫度而變化石英晶體溫度計-50~120非接觸式測溫輻射類利用物體的熱輻射原理光電高溫計200~3000比色溫度計180~3500紅外輻射溫度計-50~1500全輻射溫度計400~2000光纖類利用光纖的溫度特性或作為傳光介質光纖溫度傳感器-50~400光纖輻射溫度計200~4000常用溫度傳感器分類PartA接觸式測溫傳感器

7.1.2溫標為了保證溫度量值的統(tǒng)一和準確，應該建立一個用來衡量溫度的標準尺度，簡稱為溫標。溫標是用數(shù)值表示溫度的一整套規(guī)程，它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點（零點）以及溫度的單位。各種溫度計的數(shù)值都是由溫標決定的。國際上用得較多的溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。1．攝氏溫標1740年瑞典人攝爾塞斯（Celsius）規(guī)定水的冰點為0℃，水的沸點為100℃，兩固定點之間等分為100份，每份為攝氏1度（1℃），構成了攝氏溫標。國際攝氏溫標的符號為t。PartA接觸式測溫傳感器2．華氏溫標1714年德國人華倫海特（Fahrenheit）以水銀為工質，以水銀的體積隨溫度而變化為依據(jù)，制成了玻璃水銀溫度計，并規(guī)定氯化氨和冰的混合物為0℉，水的沸點為212℉，冰的融點為32℉，兩固定點之間等分為180份，每份為1℉。國際華氏溫標的符號為θ，它與攝氏溫標的關系為PartA接觸式測溫傳感器3．熱力學溫標攝氏溫標和華氏溫標是借助于一些物質的物理量和溫度的關系來確定溫度標尺，具有局限性和任意性。例如，當被測溫度在冰點和沸點之外時，就無法進行標定了。因此，在1848年物理學家開爾文（Kelvin）建議，利用卡諾定理及其推論建立一個與測溫物質無關的溫標即熱力學溫標。在國際單位制中，以熱力學溫標為基本溫標，它所定義的溫度稱為熱力學溫度T，單位為開爾文（K）。熱力學溫標以水的三相點（固、液、氣三態(tài)并存）為溫度基本定點，規(guī)定其數(shù)值為273.16K，將熱力學零度至水的三相點溫度之間均分為273.16等份，每一等份為一開爾文（1K）。PartA接觸式測溫傳感器4．國際實用溫標國際實用溫標是一個國際協(xié)議性溫標，與熱力學溫標基本一致，它不僅定義了一系列溫度的固定點，而且規(guī)定了不同溫度段的標準測量儀器，以保證國際上溫度量值傳遞的一致性和準確性。目前最新的國際溫標“ITS-90”是國際計量委員會1990年開始貫徹實施的，我國自1994年1月1日起全面執(zhí)行。PartA接觸式測溫傳感器7.2熱電偶

(Thermocouple)熱電偶測溫的主要優(yōu)點（1）它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅動動圈式儀表；（2）測溫范圍廣：廣泛用于-200～+1300℃范圍的溫度測量。下限可達-270C，上限可達2800C以上；（3）精度高：0.1～0.2℃，僅次于熱電阻。由于熱電偶具有良好的復現(xiàn)性和穩(wěn)定性，所以國際實用溫標中規(guī)定熱電偶作為復現(xiàn)630.74～1064.43℃范圍的標準儀表。（4）動態(tài)特性好。由于熱電偶的測量端可以制成很小的接點，響應速度快，其時間常數(shù)可達毫秒級甚至微秒級。（5）結構簡單，制造極為方便。（6）用途非常廣泛。除了用來測量各種流體的溫度外，還常用來測量固定表面的溫度。PartA接觸式測溫傳感器7.2.1熱電偶的工作原理熱電極A自由端（參考端、冷端）

測量（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB通過上面的演示，你能得出什么結論

?PartA接觸式測溫傳感器1）接觸電動勢/玻爾帖電動勢兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產(chǎn)生熱電勢。

1.熱電效應(Thermo-electricaleffect)

e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；

nA、nB

——導體A、B在溫度為T時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。PartA接觸式測溫傳感器T端：T0

端：回路總接觸電動勢：PartA接觸式測溫傳感器2）溫差電動勢/湯姆遜效應A導體：B導體：總溫差電動勢：TT0+－σ——湯姆遜系數(shù)，表示導體兩端的溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0℃時，銅的σ=2μV/℃。PartA接觸式測溫傳感器AB3）總熱電動勢PartA接觸式測溫傳感器③總熱電勢EAB(T,T0)為兩接點溫度T、T0的函數(shù)，如果保持T0溫度不變，則EAB(T,T0)與T有單值對應關系；

EAB(T,T0)=E(T)-C結論：①如果熱電偶兩個電極的材料相同，則、即使接點溫度不同，也不會產(chǎn)生電勢；②如果熱電偶兩個電極的材料不同，但兩接點溫度相同，即，也不會產(chǎn)生電勢；PartA接觸式測溫傳感器2．熱電偶的工作定律

1)均勻導體定律(Lawofhomogeneouscircuits)由單一的均勻金屬構成的熱電偶閉合回路(即滿足，無論冷、熱端的溫差多大，也不會產(chǎn)生熱電動勢。利用均勻導體定律對熱電偶電極絲材質的均勻性的檢驗實驗

PartA接觸式測溫傳感器BCCmVABT1T2T2A當T1=T2,則因此:2）中間導體定律（Lawofintermediatemetal）PartA接觸式測溫傳感器AB

3）中間溫度定律

（Lawofintermediatetemperature）如果不同的兩種導體材料組成熱電偶回路,其接點溫度分別為t1、t2時,則其熱電勢為EAB(t1,t2)；當接點溫度為t2、t3時，其熱電勢為EAB(t2,t3)；當接點溫度為t1、t3時，其熱電勢為EAB(t1,t3)，則PartA接觸式測溫傳感器7.2.2熱電偶的常用類型和結構1.標準化熱電偶PartA接觸式測溫傳感器

1）鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號LB—3工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實驗室用可更細些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點：材料性能穩(wěn)定，測量準確度較高；可做成標準熱電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。PartA接觸式測溫傳感器

2）鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)分度號EU—2工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實驗室用可細些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點：價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應用。高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有SO2，

H2S等氣體中易被侵蝕。復現(xiàn)性好，熱電勢大。PartA接觸式測溫傳感器3）鎳鉻—考銅熱電偶(E型)

分度號為EA—2工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實驗室用可更細些。正極：鎳鉻合金負極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點：價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質，適于在還原性或中性介質中使用。PartA接觸式測溫傳感器4）鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達1800℃。特點：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫熱電勢極小，冷端溫度在50℃以下可不加補償。成本高。PartA接觸式測溫傳感器2．標準化熱電偶的基本參數(shù)熱電偶的主要技術參數(shù)有分度號、允許誤差、靈敏度（塞貝克系數(shù)）、測量范圍等。1）分度號熱電偶的分度號是其分度表的代號。熱電偶的分度表是在熱電偶參考端為0℃的條件下，以列表的形式表示熱電動勢與測量端溫度關系的參照表。分度號相同的熱電偶可以共用同一分度表。熱電偶與顯示儀表配套使用時，也必須注意兩者的分度號是否一致，否則不能配套使用。2）分度表的計算分度表是通過對各種熱電偶的熱電動勢與溫度關系式計算列成的表。熱電偶冷端為0℃時，其熱電勢E與熱端溫度t的關系由多項式給出。PartA接觸式測溫傳感器3）允許誤差熱電偶按符合分度表允許偏差的大小分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，8種標準化熱電偶的允許誤差見表7-2。4）熱電動勢率（塞貝克系數(shù)S或靈敏度）對熱電偶輸出-輸入關系多項式E(t)求導（）并代入溫度t值即可得各溫度值時的熱電動勢率（塞貝克系數(shù)或靈敏度）。5）測溫范圍應注意熱電偶的測溫極限范圍還與電極絲的粗細有關，以K型熱電偶為例，不同線徑推薦使用的最高溫度如表7-6?？梢娋€徑越粗，使用溫度越高。PartA接觸式測溫傳感器

3.非標準化熱電偶PartA接觸式測溫傳感器1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠—銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達2100℃的高溫。2）鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫熱電偶，可使用在真空惰性氣體介質或氫氣介質中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。3）金鐵—鎳鉻熱電偶主要用在低溫測量，可在2～273K范圍內使用，靈敏度約為10μV／℃。4）鈀—鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時的熱電勢為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應用于航空工業(yè)。

PartA接觸式測溫傳感器6）銅—康銅熱電偶，分度號MK

熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價格便宜。缺點是銅易氧化，廣泛用于20K～473K的低溫實驗室測量中。5）鐵—康銅熱電偶，分度號TK

靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價格便宜，可在800℃以下的還原介質中使用。主要缺點是鐵極易氧化，采用發(fā)藍處理后可提高抗銹蝕能力。PartA接觸式測溫傳感器幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線

PartA接觸式測溫傳感器3.熱電偶的結構

1）普通熱電偶下圖為典型工業(yè)用熱電偶結構示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。

工業(yè)熱電偶結構示意圖1－接線盒；2－保險套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234PartA接觸式測溫傳感器安裝螺紋安裝法蘭PartA接觸式測溫傳感器接線盒引出線套管固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）不銹鋼保護管

PartA接觸式測溫傳感器(a)(b)(c)(d)

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2）鎧裝式熱電偶優(yōu)點是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。

鎧裝式熱電偶斷面結構示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型PartA接觸式測溫傳感器PartA接觸式測溫傳感器

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點：內部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。

PartA接觸式測溫傳感器鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）PartA接觸式測溫傳感器

3）快速反應薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.01～0.lμm)

41231—熱電極;2—熱接點;3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時,用粘結劑將它粘結在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300℃以下；反應時間僅為幾ms。PartA接觸式測溫傳感器7.2.3熱電偶的冷端溫度補償為什么在熱電偶測溫時要對冷端溫度進行補償？總熱電勢EAB(T,T0)為兩接點溫度T、T0的函數(shù)熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法——分度表獲得熱電勢與溫度的對應值。直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。PartA接觸式測溫傳感器比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？

假設熱電偶的冷端溫度為0C，請查出－100C、0C、100C時的熱電勢。如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值?

設冷端為0C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度tx

。PartA接觸式測溫傳感器

1.0℃恒溫法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液T0PartA接觸式測溫傳感器

2.冷端溫度修正法——適用于冷端溫度恒定不變的情況①熱電勢修正法：利用中間溫度定律公式：

EAB(T,0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)計算修正。例:用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境Tn中，測得熱電動勢EAB(T，Tn)=1.999mV，又用室溫計測出Tn=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得:EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認為T=70℃。PartA接觸式測溫傳感器把參考端實際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達，即

式中：T——為未知的被測溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應的某個溫度；TH——室溫；k——為補正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例用鉑銠10－鉑熱電偶（S型）測溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時熱電動勢為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對應于1150℃的補正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度：

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡單一些，比計算修正法誤差可能大一點，但誤差不大于0.14％。T＝T′＋kTH②溫度修正法PartA接觸式測溫傳感器溫度T′/℃補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—

PartA接觸式測溫傳感器3.冷端溫度自動補償法——適用于冷端溫度變化的情況①電橋補償法——冷端溫度補償器利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數(shù)無影響。

供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補償作用。注意，不同材質的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻Rs不一樣，互換時必須重新調整。PartA接觸式測溫傳感器②pn結冷端溫度補償法：采用負溫度系數(shù)（-2.2mv/℃）的二極管或三極管在－100℃－100℃范圍可達到0.3－0.8℃(二極管)或0.05－0.2℃(三極管)的補償精度。4.補償導線法測溫TT’T’補償導線T0隨著熱電偶的標準化，補償導線也形成了標準系列。國際電工委員會也制定了國際標準，適合于標準化熱電偶使用。PartA接觸式測溫傳感器補償導線型號配用熱電偶的分度號補償導線合金絲補償導線顏色正極負極正極負極SCS型(鉑銠10-鉑)SPC(銅)SNC(鋼鎳)紅綠KCK型(鎳鉻-鎳硅)KPC(鋼)KNC(鋼鎳)紅藍KXK型(鎳鉻-鎳硅)KPX(鎳鉻)KNX(鎳硅)紅黑EXE型(鎳鉻-康銅)EPX(鎳鉻)ENX(銅鎳)紅棕JXJ型(鐵-康銅)JPX(鐵)JNX(銅鎳)紅紫TXT型(銅-康銅)TPX(鋼)TNX(鋼鎳)紅白表7-3補償導線的分類型號和分度號PartA接觸式測溫傳感器

1)補償導線的分類補償導線從原理上分可分為延長型和補償型。延長型的補償導線其合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶相同，因而熱電動勢也相同，在型號中以“X”表示；補償型的補償導線其合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內，熱電動勢與所配用熱電偶的熱電動勢標稱值相近，在型號中以“C”表示。按補償精度分，補償導線可分為普通級和精密級。精密級補償后的誤差大體上只有普通級的一半，通常用在測量精度要求較高的地方。如S、R分度號的補償導線，精密級的允差為±2.5℃，普通級的允差為±5.0℃；K、N分度號的補償導線，精密級的允差為±1.5℃，普通級的允差為±2.5℃。在型號中普通級的不標，精密級的加“S”表示。按工作溫度分，補償導線可分為一般用和耐熱用兩種。一般用補償導線的工作溫度為0～100℃(少數(shù)為0～70℃)；耐熱用補償導線的工作溫度為0～200℃。PartA接觸式測溫傳感器

2)補償導線分度號和極性的判斷各種分度號的補償導線只能與相同分度號的熱電偶配用，否則可能欠補償或過補償，常用熱電偶在100℃和200℃時需補償?shù)臒犭妱葜狄娤卤?。當我們用K分度號的補償導線配用N分度號的熱電偶，將造成過補償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號的補償導線配用K分度號的熱電偶，將造成欠補償，顯示溫度偏低。熱電偶名稱熱電偶分度號參考端為0℃時的熱電勢

mV100℃200℃鉑銠10—鉑S0.6461.441鉑銠13—鉑R0.6471.469鉑銠30—鉑銠6B0.0330.178鎳鉻—鎳硅K4.0968.138鎳鉻硅—鎳硅N2.7745.913鎳鉻—銅鎳E6.31913.421PartA接觸式測溫傳感器5.專用集成芯片AD594Output=(TypeJVoltage+16μV)×193.4AD595Output=(TypeKVoltage+11μV)×247.3PartA接觸式測溫傳感器7.2.4熱電偶的選用在實際測溫時，被測對象是很復雜的。應在熟悉被測對象、掌握各種熱電偶特性的基礎上，根據(jù)使用氣氛、溫度的高低等因素正確選擇熱電偶。選擇時可從以下幾方面考慮：1．使用溫度2．使用氣氛3．減小或消除冷端溫度的影響4．熱電偶絲的直徑與長度PartA接觸式測溫傳感器7.2.5熱電偶的測量電路及應用1．測量某一點的溫度PartA接觸式測溫傳感器2．熱電偶的串聯(lián)或并聯(lián)使用熱電偶正向串聯(lián)熱電偶反向串聯(lián)熱電偶并聯(lián)PartA接觸式測溫傳感器

7.3熱電阻(RTD:resistivetemperaturedetectiors)利用金屬材料電阻率隨溫度變化而變化的溫度電阻效應制成的傳感器稱為熱電阻傳感器，在工業(yè)上廣泛應用于-200～+500℃范圍的溫度檢測。

溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。

7.3.1熱電阻的工作原理Ri=R0

[1+α1T+α2T2+α3T3….]PartA接觸式測溫傳感器

材料要求（1）材料的電阻溫度系數(shù)α大，且為常數(shù)；

α值的定義是：溫度從0℃變化到100℃時，電阻值的相對變化率。

α值的大小表示了熱電阻的靈敏度，它是由R100/R0所決定的，熱電阻材料純度越高，則R100/R0值越大，那么熱電阻的精度和穩(wěn)定性就越好。R100/R0是熱電阻材料的重要技術指標。

（2）電阻率β較大，特性復現(xiàn)性好；β值表示在單位體積時的電阻值。β=dR/dV對于一定的電阻值來說，β值越大則表明熱電阻的體積越小，則熱容量小，動態(tài)特性就好。PartA接觸式測溫傳感器

(4)對感溫元件骨架材料的要求熱電阻絲必須在骨架的支持下才能構成測溫元件，因此要求骨架材料的體膨脹系數(shù)要小，此外還要求其機械強度和絕緣性能良好，耐高溫、耐腐蝕。常用的骨架材料有云母、石英、陶瓷、玻璃和塑料等，根據(jù)不同的測溫范圍和加工需要可選用不同的材料。（3）材料的物理、化學性質穩(wěn)定；鉑是一種貴金屬。它的特點是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強。鉑在很寬的溫度范圍內約1200C以下都能保證上述特性。鉑很容易提純，復現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細的鉑絲(0.02mm或更細)或極薄的鉑箔。與其它材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認為是一種較好的熱電阻材料。缺點：鉑電阻的電阻溫度系數(shù)比較小,價格貴；7.3.2常用熱電阻(RTD)1．鉑熱電阻（platinumresistancethermometer）的溫度特性PartA接觸式測溫傳感器

在0C

以上，其電阻與溫度的關系接近于直線，其電阻溫度系數(shù)A為3.9×10－3/C

。

我國已采用IEC標準制作工業(yè)鉑電阻。按IEC標準，使用溫度已擴大到-200～850C,初始電阻有100和50兩種。0~-200℃：0~+850℃：

測量精度高：<0℃:±1℃、

0~100℃:±0.5℃、

100~650℃:±0.5%A=3.96847×10-3℃-1或3.94851×10-3℃-1

B=–5.847×10-7℃-2或–5.851×10-7℃-2

C=–4.22×10-12℃-4或–4.04×10-12℃-4PartA接觸式測溫傳感器鉑熱電阻分度表(Pt100)

PartA接觸式測溫傳感器

2.銅熱電阻的溫度特性

在一般測量精度要求不高、溫度較低的場合，普遍地使用銅電阻。它可用來測量－50～＋150C

的溫度，在這溫度范圍內，銅電阻和溫度呈線性關系：

銅電阻的缺點是電阻率小.所以制成相同阻值的電阻時，銅電阻絲要細，這樣機械強度就不高，或者就要長，使體積增大。此外銅很容易氧化，所以它的工作上限為150C

。但銅電阻價格便宜，因此仍被廣泛采用。PartA接觸式測溫傳感器3．其他熱電阻熱電阻名稱分度號溫度系數(shù)（℃-1×10-3）溫度范圍（℃）溫度為0℃時阻值R0（Ω）主要特點標準熱電阻鉑Pt103.92－200～85010±0.01測量精度高，穩(wěn)定性好，可作為基準儀器Pt5050±0.05Pt100100±0.1銅Cu504.25－50～15050±0.05穩(wěn)定性好，便宜，但體積大,機械強度較低Cu100100±0.1鎳Ni1006.60－60～180100±0.1靈敏度高,體積小;但穩(wěn)定性和復制性較差Ni300300±0.3Ni500500±0.5低溫熱電阻銦3.4～90K100復現(xiàn)性較好,在4.5~15K溫度范圍內,靈敏度比鉑電阻高十倍;但復制性較差,材質軟,易變形銠鐵2～300K20、50或100，R4.2k/R273k約為0.07有較高的靈敏度，復現(xiàn)性好，在0.5~20K溫度范圍內可作精測量；但長期穩(wěn)定性和復制性較差鉑鈷2～100K100，R4.2k/R273k約為0.07熱響應好，機械性能好，溫度低于300K時，靈敏度大大高于鉑；但不能作為標準溫度計PartA接觸式測溫傳感器

在工業(yè)上使用的標準熱電阻的結構有2種，分為普通型裝配式和柔性安裝型鎧裝式熱電阻。裝配式是將鉑熱電阻感溫元件焊上引線組裝在一端封閉的金屬或陶瓷保護套管內，再裝上接線盒而成。鎧裝鉑熱電阻是將鉑熱電阻感溫元件，引線、絕緣粉組裝在不銹鋼管內再經(jīng)模具拉伸的堅實整體，具有堅實、抗震、可撓、線徑小、使用安裝方便等特點。4．熱電阻傳感器的結構PartA接觸式測溫傳感器裝配式和鎧裝式熱電阻結構如圖所示。

裝配式和鎧裝式熱電阻結構示意圖(a)裝配式熱電阻；(b)鎧裝式熱電阻1—金屬保護套管；2—熱電阻元件；3—絕緣材料粉末；4—引線

PartA接觸式測溫傳感器PartA接觸式測溫傳感器薄膜型及普通型鉑熱電阻

PartA接觸式測溫傳感器小型鉑熱電阻

PartA接觸式測溫傳感器

7.3.3熱電阻的測量電路電路中兩根連線的電阻隨環(huán)境溫度變化時，全部變化量都加在同一橋臂上，從而帶來連線誤差。為了減小該項誤差，一般采用三線連接法，如圖所示。由于熱電阻的兩根連線分別置于相鄰兩橋臂內，溫度引起連線電阻的變化對電橋的影響相互抵消。至于電源連線電阻的變化，對供橋電壓影響是極其微小的，可忽略不計。PartA接觸式測溫傳感器工作時電橋輸出電壓：可見：由于大大削弱了引線電阻及其隨溫度改變量△r1對電橋輸出的影響，保證了電橋輸出電壓與△Rt成正比。PartA接觸式測溫傳感器7.4半導體熱敏電阻(thermistors)

熱敏電阻的特點

1．電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬有正、負溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。

3．阻值在1～10M之間可供自由選擇使用時，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補償，所以適合于遠距離測溫和控溫使用。

PartA接觸式測溫傳感器

4．穩(wěn)定性好商品化產(chǎn)品已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進。據(jù)報道，在0.01℃的小溫度范圍內，其穩(wěn)定性可達0.0002℃的精度。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。

5．原料資源豐富，價格低廉燒結表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點。PartA接觸式測溫傳感器7.4.1熱敏電阻的結構(a)圓形熱敏電阻(b)珠形熱敏電阻(c)柱形熱敏電阻(d)熱敏電阻的結構(e)熱敏電阻在電路中的符號PartA接觸式測溫傳感器

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻PartA接觸式測溫傳感器

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻PartA接觸式測溫傳感器

貼片式NTC熱敏電阻PartA接觸式測溫傳感器7.4.2熱敏電阻的類型和特性熱敏電阻有負溫度系數(shù)（NTC:negativetemperaturecoefficient

）和正溫度系數(shù)（PTC:positivetemperaturecoefficient

）之分。NTC又可分為兩大類：第一類用于測量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數(shù)關系；第二類為突變型（CTR:criticaltemperaturecoefficient

）。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降。1．熱敏電阻的類型PartA接觸式測溫傳感器12345

圖示的五根曲線分別為哪一種熱敏電阻？PartA接觸式測溫傳感器

NTC熱敏電阻與熱電阻相比，其特點是：(1)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍；可測量微小的溫度變化值，可以測出0.001～0.005℃的溫度變化；(2)結構簡單，體積小，直徑可小到0.5mm，可以測量點溫度；(3)電阻率高，熱慣性小，響應快，響應時間可短到毫秒級，適宜動態(tài)測量；(4)易于維護和進行遠距離控制，因為元件本身的電阻值可達3～700，當遠距離測量時，導線電阻的影響可不考慮；(5)在-50～+350℃的溫度范圍內，具有較好的穩(wěn)定性。缺點是互換性差，非線性嚴重。熱敏電阻是非線性元件，它的溫度-電阻關系是指數(shù)關系，通過熱敏電阻的電流和熱敏電阻兩端的電壓不服從歐姆定律。PartA接觸式測溫傳感器2.負電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度特性RT、RT0——溫度為T、T0時熱敏電阻器的電阻值；

BN——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。NTC的電阻—溫度關系的一般數(shù)學表達式為：如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標和橫坐標，則上式是一條斜率為BN

，通過點(1/T，lnRT)的一條直線,如圖。PartA接觸式測溫傳感器105104103102

0-101030507085100120T/oC電阻/ΩNTC熱敏電阻器的電阻--溫度曲線材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT–1/T表示負電阻溫度系數(shù)熱敏電阻—溫度特性，在實際應用中比較方便。PartA接觸式測溫傳感器為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25℃作為參考溫度（即T0=25℃），則NTC熱敏電阻器的電阻—溫度關系式：02550751001250.511.522.533.5(25oC,1)RT/RT0--T特性曲線RT/R25TPartA接觸式測溫傳感器αβabcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性

3.負溫度系數(shù)熱敏電阻器的伏安特性（U—I）熱敏電阻器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時的互相關系。該曲線是在環(huán)境溫度為T0時的靜態(tài)介質中測出的靜態(tài)U—I曲線。熱敏電阻的端電壓UT和通過它的電流I有如下關系：T0——環(huán)境溫度；PartA接觸式測溫傳感器7.4.3熱敏電阻的測量電路及應用1．熱敏電阻的測量電路(a)分壓測量電路

(b)電橋測量電路測量電路的輸出電壓值與被測溫度的關系為:

PartA接觸式測溫傳感器2．熱敏電阻的應用熱敏電阻體溫表PartA接觸式測溫傳感器數(shù)字式熱敏電阻體溫表的電路

模擬式熱敏電阻體溫表的電路

PartA接觸式測溫傳感器熱敏電阻用于CPU的溫度測量

PartA接觸式測溫傳感器設計原理：利用半導體PN結的電流電壓與溫度有關的特性。7.5新型溫度傳感器

7.5.1PN結溫度傳感器及應用1．PN結測溫的工作原理PN結的伏安特性可用下式表示式中：I為PN結正向電流；U為PN結正向壓降；為PN結反向飽和電流；q為電子電荷量；T為絕對溫度；k

為玻耳茲曼常數(shù)。PartA接觸式測溫傳感器可見，只要通過PN結上的正向電流I恒定，則PN結的正向壓降U與溫度的線性關系只受反向飽和電流的影響。是溫度的緩變函數(shù)，只要選擇合適的摻雜濃度，就可認為在不太寬的溫度范圍內近似常數(shù)。因此，正向壓降U與溫度T呈線性關系。這就是PN結溫度傳感器的基本原理。例如硅管的PN結的結電壓在溫度每升高1℃時，下降-2

mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管或采用硅晶體管(可將集電極和基極短接)接成二極管來做PN結溫度傳感器。

PartA接觸式測溫傳感器

2．PN結溫度傳感器的應用圖示為采用PN結溫度傳感器(圖中的VD為玻璃封裝的開關二極管1N4148，或將硅晶體管的b、e極短接成的二極管)的數(shù)字式溫度計，測溫范圍-50～+150℃，分辨力為0.1℃，在0～100℃范圍內精度可達±1℃。PartA接觸式測溫傳感器7.5.2集成溫度傳感器及應用集成溫度傳感器在20世紀80年代問世，采用硅半導體集成工藝而制成。它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，因此亦稱為IC溫度傳感器、硅傳感器或單片集成溫度傳感器。其主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、體積小、微功耗，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。集成溫度傳感器是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值Ube與熱力學溫度T和通過發(fā)射極的電流I的下述關系實現(xiàn)對溫度的檢測。即式中：T為絕對溫度；k為玻耳茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K)；q為電子電荷(1.59×10-19C)。正比于絕對溫度T，這就是集成溫度傳感器的基本原理。PartA接觸式測溫傳感器1．集成模擬溫度傳感器集成模擬溫度傳感器具有靈敏度高、線性度好、響應速度快等優(yōu)點，而且它還將驅動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有實際尺寸小、使用方便等優(yōu)點。常見的集成模擬溫度傳感器可分為電壓型和電流型。電壓型的溫度系數(shù)約為10

mV/K，電流型的溫度系數(shù)約為A/K。這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕對溫度，而且其輸出電壓或電流與絕對溫度成線性關系。典型產(chǎn)品有：電流輸出型有AD590，AD592等，電壓輸出型有MAX6610/6611，LM3911，LM335，LM45，AD22103等。1)電流輸出型溫度傳感器AD590PartA接觸式測溫傳感器電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上，再通過激光修版微加工技術，制造出性能優(yōu)良的測溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學溫度，即1；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗，其值可達20

MΩ。所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差，適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量及控制。輸出電流信號傳輸距離可達到1

km以上，這為遠距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。AD590是一款典型的二端口電流型集成電路溫度傳感器，如圖。引腳及電路符號典型應用電路PartA接觸式測溫傳感器參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)工作電壓4～30

V正向電壓+44

V工作溫度-55～+150℃反向電壓-20

V保存溫度-65～+175℃靈敏度

輸出電流223(+150℃)——AD590的主要特性參數(shù)(-50℃)～423AD590的輸出電流是以絕對溫度零度(－273℃)為基準，每增加1℃，它會增加1輸出電流。因此在室溫25℃時，其輸出電流Iout=(273+25)×1=298。PartA接觸式測溫傳感器AD590實際應用電路

PartA接觸式測溫傳感器2)電壓輸出型溫度傳感器MAX6610/6611電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上，制成四端器件。因器件內有放大器，故輸出電壓高，線性輸出為10m

V/℃。MAX6610/6611是美信公司2002年推出的一款電壓型IC溫度傳感器，適用于系統(tǒng)溫度監(jiān)控、溫度補償、通風系統(tǒng)、家用電器等領域。MAX6611為六腳SOT-23封裝，如圖所示，各引腳功能為：1腳為電源正端，接0.1旁路電容；2腳、6腳為電源負端，接地；3腳為關閉控制端，低電平(≤

0.5V)有效，高電平(≥0.5

V)時正常工作，不用時接VCC；4腳輸出與溫度成正比的模擬電壓；5腳為4.096

V基準電壓輸出端，其驅動電流可達1

mA，接1

nF～1的旁路電容。PartA接觸式測溫傳感器MAX6611輸出電壓UTEMP與測量溫度T的關系為

UTEMP=Uo+S×T

式中：Uo為0℃時的輸出電壓；S為傳感器的靈敏度；T為測量溫度。該芯片輸出電壓UTEMP與溫度T的關系如圖所示。性能參數(shù)見表7-9PartA接觸式測溫傳感器MAX6611在電路中的典型應用電路

PartA接觸式測溫傳感器2．邏輯輸出型溫度傳感器在許多應用中，往往并不需要嚴格測量溫度值，而只關心溫度是否超出了一個設定范圍。一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報警信號，啟動或關閉風扇、空調、加熱器或其他控制設備。此時可選用邏輯輸出型溫度傳感器。

1)

LM56溫控開關

LM56是美國國家半導體公司(NSC)推出的低功耗、可編程集成溫度控制器，內部含有溫度傳感器和基準電壓源。兩個集電極開路的數(shù)字信號輸出端，用來進行溫度控制，利用外接電阻分壓器可以方便地對上下限溫度進行設定。當溫度超過上限溫度或低于下限溫度時，其數(shù)字信號輸出端輸出相應的邏輯電平，經(jīng)驅動電路實現(xiàn)對溫度的控制，控溫范圍為-40～+125℃，控溫誤差小于±2℃。內部含有遲滯電壓比較器，利用遲滯電壓比較器的滯后特性，可有效地避免執(zhí)行機構在控溫點附近頻繁動作，滯后溫度THYST為5℃。另有一個模擬信號輸出端，輸出與攝氏溫度成線性關系的電壓信號。PartA接觸式測溫傳感器（1）引腳功能及內部結構。

LM56采用SO-8表面封裝或超小型化的MSOP-8封裝。引腳排列如圖所示。引腳序號引腳符號引腳功能1UREF1.25V基準電壓引出端，外接電阻分壓器可分別設定上、下限溫度2UTH上限閾值電壓設定輸入端，由基準電壓和外接電阻分壓器共同確定上限電壓閾值3UTL下限閾值電壓設定輸入端，由基準電壓和外接電阻分壓器共同確定下限電壓閾值4GND公共接地端5UO溫度傳感器的模擬電壓輸出端，輸出電壓與溫度的關系為Uo=KVT+0.395

mV(KV為電壓溫度系數(shù)，其值為+6.2

mV/℃)6OUT2數(shù)字信號輸出端，為集電極開路輸出，低電平有效；使用時可接上拉電阻，其輸出電平與CMOS電路、TTL電平兼容7OUT1數(shù)字信號輸出端，為集電極開路輸出，低電平有效；使用時可接上拉電阻，其輸出電平與CMOS電路、TTL電平兼容8U+接電源正極，電源電壓范圍為+2.7～+10V；電源電壓的典型值為+3V或+5VPartA接觸式測溫傳感器1.25

V基準電壓UREF經(jīng)過電阻分壓器分壓后得到的上限閾值電壓UTH和下限閾值電壓UTL，將分別被送到遲滯電壓比較器的反相輸入端，然后與同相輸入端所加的溫度傳感器輸出的電壓U0進行比較。當溫度大于上限溫度時(即T＞TH)，U0＞UTH，遲滯電壓比較器Z1輸出高電平，VT2導通，從而使得輸出端OUT2為低電平。當溫度小于上限溫度與滯后溫度之差時(即T＜TH－THYST)，U0＜UTH，遲滯電壓比較器Z1輸出低電平，VT2截止，從而使輸出端OUT2為高電平。當溫度大于下限溫度時(即T＞TL)，U0＞UTL，遲滯電壓比較器Z2輸出高電平，VT1導通，輸出端OUT1為低電平。而當溫度小于下限溫度與滯后溫度之差時(即T＜TL－THYST)，U0＜UTL，遲滯電壓比較器Z2輸出低電平，VT1截止，輸出端OUT1為高電平。(2)工作原理。

LM56首先將內部溫度傳感器感知的溫度轉換成電壓信號。一路送到模擬電壓輸出端，另一路送到遲滯電壓比較器的同相輸入端。PartA接觸式測溫傳感器(3)上下限閾值電壓的設定

而上下限閾值電壓所對應的溫度TH、TL由下面的式子確定：式中：KV=+6.20mV/℃。分壓電阻R1、R2、R3與LM56的連接如下圖左邊所示。其中R1、R2、R3為分壓電阻，總阻值R=R1+R2+R3=27。設計時，R1、R2、R3分壓電阻應選高精度的金屬膜電阻。LM56的上下限閾值電壓由下式確定：

PartA接觸式測溫傳感器

(4)應用電路將集成溫度控制器LM56以合適的方式放置在被控裝置的適當部位上，如大功率音頻放大器的散熱片上，這樣當音頻放大器的表面溫度超過設定值TL時，LM56的數(shù)字信號輸出端OUT1將輸出低電平，以使P溝道功率場效應晶體管NDS356P導通，開啟降溫風扇給音頻放大器降溫。隨著溫度降低到T＜TL-THYST時，LM56的數(shù)字信號輸出端OUT1將輸出高電平，從而使P溝道功率場效應晶體管NDS356P截止，風扇關閉。當異常情況使得系統(tǒng)溫度過高時，即音頻放大器的表面溫度超過設定值TH時，LM56的數(shù)字信號輸出端OUT2將輸出低電平，并通過執(zhí)行電路迅速關斷電源，從而使放大電路得到保護。PartA接觸式測溫傳感器PartB輻射測溫方法及輻射溫度計

7.6輻射測溫的基本定律任何物體，只要它的溫度高于熱力學零度(-273.15

℃)，因其內部帶電粒子的運動，都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量。物體溫度越高，它向周圍空間的輻射越多。物體產(chǎn)生的輻射波長范圍極廣，但在溫度測量中主要利用可見光和紅外光。利用物體的輻射特性可以制成全輻射溫度計、部分輻射（紅外）溫度計、光電亮度溫度計、比色溫度計等。輻射式溫度計一般包括兩個部分：光學系統(tǒng)。通過光學系統(tǒng)把被測物體的輻射能聚焦到敏感元件上；輻射接收器。利用各種光敏、熱敏元件將會聚的輻射能轉換為電量。

1.基爾霍夫定律基爾霍夫定律(簡稱基氏定律)是物體熱輻射的基本定律，它建立了理想黑體和實際物體輻射之間的關系。所謂黑體是指能全部吸收入射輻射能量的物體，即既無反射，也無透射，吸收率等于1?；鶢柣舴蚨杀砻鳎焊魑矬w的輻射出射度和吸收率的比值都相同，它和物體的性質無關，是物體的溫度T和發(fā)射波長的函數(shù)。即：式中：M0(,T)，M1(,T)，M2(,T)，…分別為物體A0，A1，A2，…的單色()輻射出射度；α0(,T)，α1(,T)，α2(,T)，…分別為物體A0，A1，A2，…的單色()吸收率。若物體A0是絕對黑體，則其單色吸收率α0(,T)=1，則任意物體A的輻射出射度M(,T)與黑體的輻射出射度M0(,T)之比為單色黑度系數(shù)

PartB輻射測溫方法及輻射溫度計在全波長內，任何物體的全輻射出射度等于單波長的輻射出射度在全波長內的積分，即

基氏定律的積分形式

M(T)為物體A在溫度T下的全輻射出射度；M0(T)為黑體在溫度T下的全輻射出射度；為物體A的全發(fā)射率，或稱全輻射黑度系數(shù)。它表明了在一定的溫度T下，物體A的輻射出射度與相同溫度下黑體的輻射出射度之比。一般物體的＜1，越接近1，表明它與黑體的輻射能力越接近。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計2.普朗克定律(單色輻射強度定律)在基爾霍夫定律式中，f(,T)的函數(shù)形式是怎樣的？普朗克用量子學說建立了數(shù)學關系式，并得到了實驗驗證。普朗克建立的黑體的光譜輻射出射度M0(,T)計算公式為式中：C1為第一輻射常數(shù)，C1=3.74×104

W·4/cm2；C2為第二輻射常數(shù)，C2=1.44×104·K；T為黑體絕對溫度(K)。由上式可算出不同波長和溫度時黑體的光譜輻射出射度M0(,T)，如圖所示。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計

(1)總的輻射出射度是隨溫度的升高而迅速增加的，溫度越高則光譜輻射出射度越大。

(2)當溫度一定時，光譜輻射出射度隨波長的不同按一定的規(guī)律變化，曲線有一個極大值，其波長定義為，當波長小于時，輻射出射度隨波長增加而增加，當波長大于

時，變化規(guī)律相反。(3)當溫度增加時，光譜輻射出射度的峰值波長會向短波方向移動。物體的輻射亮度增加，發(fā)光顏色也改變。普朗克公式雖然結構較復雜，但它對于低溫與高溫段都是適用的。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計3.維恩公式當時，則有，可得到維恩公式維恩公式比普朗克公式簡單，但僅適用于不超過3000

K的溫度范圍，輻射波長在0.4～0.75之間。當溫度超過3000

K時，與實驗結果就有較大偏差。從維恩公式可以看出，黑體的輻射本領是波長和溫度的函數(shù)，當波長一定時，黑體的輻射本領就僅僅是溫度的函數(shù)。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計

4.斯蒂芬-玻爾茲曼定律(全輻射強度定律，也稱為四次方定律)對黑體光譜輻射出射度M0(,T)式在全波長范圍(0，∞)積分可得：為黑體輻射常數(shù)或稱斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，=5.66961×10-3

W/(m2·K4)。斯蒂芬-玻爾茲曼定律指出：溫度為T的絕對黑體，單位面積元在半球方向所發(fā)射的全部波長的輻射出射度與溫度T的四次方成正比。上式就是全輻射式測溫的理論依據(jù)。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計PartB輻射測溫方法及輻射溫度計

7.7輻射式溫度計

7.7.1全輻射溫度計全輻射溫度計是依據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，即總輻射強度與物體溫度的四次方成正比的關系來進行測量的。它是一種工業(yè)中應用廣泛的非接觸式測溫儀表，可用來測量400~2000℃的高溫?；谌椛錅y溫原理的輻射溫度計測出的溫度稱為輻射溫度TF。輻射溫度的定義為：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時，此黑體之溫度即為非黑體的輻射溫度。根據(jù)式(7-34)，總輻射能相等條件下可得:式中：T為非黑體的真實溫度；TF為非黑體的輻射溫度；為非黑體的發(fā)射率。因此用輻射溫度計測量非黑體溫度時，必須知道物體的發(fā)射率后才能換算成真實溫度T。由于非黑體的發(fā)射率＜1，因此，用輻射溫度計測出的溫度要比物體真實溫度低，發(fā)射率越小，誤差越大。PartB輻射測溫方法及輻射溫度計輻射溫度計由輻射感溫器和顯示儀表兩部分組成。

WFT-202型輻射感溫器結構示意圖

熱電堆結構示意圖

PartB輻射測溫方法及輻射溫度計PartB輻射測溫方法及輻射溫度計7.7.2紅外輻射溫度計（部分輻射溫度計）紅外輻射溫度計與全輻射溫度計的區(qū)別在于溫度計中采用了光電池、光敏電阻等只對部分光譜敏感的紅外探測元件，因