第三章(5) 溫度測(cè)量

化工儀表及自動(dòng)化第三章檢測(cè)儀表與傳感器第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表2溫度檢測(cè)儀表是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類繁多的檢測(cè)儀表中，溫度檢測(cè)儀表是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的檢測(cè)儀表之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。在2000多年前，就開始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度計(jì)檢測(cè)溫度。人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理量。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度檢測(cè)儀表。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表3

一、溫度的基本概念熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。1、熱力學(xué)溫標(biāo)2、國際實(shí)用溫標(biāo)3、攝氏溫標(biāo)4、華氏溫標(biāo)4第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表一、溫度檢測(cè)方法

溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測(cè)量。

分類按測(cè)量范圍

按用途

高溫計(jì)、溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表

按工作原理

膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)

按測(cè)量方式

接觸式與非接觸式

5二.溫度計(jì)的分類及特點(diǎn)接觸式溫度計(jì)的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度計(jì)的特點(diǎn)：主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。6物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金7熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容

測(cè)溫范圍溫度檢測(cè)及儀表分類(1)8分類特征傳感器名稱測(cè)溫范圍寬、輸出小測(cè)溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型測(cè)溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì)

測(cè)溫特性溫度檢測(cè)及儀表分類(2)9分類特征傳感器名稱測(cè)定精度±0.1～±0.5℃鉑測(cè)溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)用測(cè)定精度±0.5～±5℃熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅絕對(duì)值測(cè)定用管理溫度測(cè)定用相對(duì)值±1～±5℃

測(cè)定精度溫度檢測(cè)及儀表分類(3)10測(cè)溫方式溫度計(jì)種類測(cè)溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式測(cè)溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn)傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠精度低，量程和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡單，耐震，防爆能記錄、報(bào)警，價(jià)格低廉精度低，測(cè)溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測(cè)溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測(cè)量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制不能測(cè)高溫，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測(cè)溫儀表輻射式輻射式光學(xué)式比色式400～2000700～3200900～1700測(cè)溫時(shí)，不破壞被測(cè)溫度場低溫段測(cè)量不準(zhǔn)，環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)溫準(zhǔn)確度紅外線光電探測(cè)熱電探測(cè)0～3500200～2000測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布，不破壞被測(cè)溫度場，響應(yīng)快易受外界干擾，標(biāo)定困難表3-7常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)p77111.膨脹式溫度計(jì)圖3-52雙金屬片

圖3-53

雙金屬溫度信號(hào)器1—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號(hào)燈膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。玻璃管溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)液體膨脹固體膨脹122.壓力式溫度計(jì)p78

它是根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。圖3-54壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖

1—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2—刻度盤；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細(xì)管；8—溫包；9—工作物質(zhì)

應(yīng)用壓力隨溫度的變化來測(cè)溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)。

133.輻射式溫度計(jì)輻射式高溫計(jì)是基于物體熱輻射作用來測(cè)量溫度的儀表。目前，被廣泛地用來測(cè)量高于800℃的溫度。壓力式溫度計(jì)的構(gòu)造由以下三部分組成

溫包毛細(xì)管彈簧管（或盤簧管）

14二、熱電偶溫度計(jì)p79溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。優(yōu)點(diǎn)：（1）具有結(jié)構(gòu)簡單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換等，（2）還能用來測(cè)量流體的溫度、測(cè)量固體以及固體壁面的溫度。（3）微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。15第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表二、熱電偶溫度計(jì)圖3-55熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測(cè)量儀表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶（感溫元件）；測(cè)量儀表（毫伏計(jì)或電位差計(jì)）；連接熱電偶和測(cè)量儀表的導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線或銅導(dǎo)線）。1.熱電偶圖3-56熱電偶示意圖是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。16（1）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理

圖3-57熱電現(xiàn)象圖3-59熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢(shì)或1端：熱端（工作端）2端：冷端（自由端）直流毫伏計(jì)17兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB

一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱端自由端為什么會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)？Why?181.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；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(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。為什么會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)？Why?19圖3-58接觸電勢(shì)形成的過程存在自由電子密度差產(chǎn)生擴(kuò)散產(chǎn)生靜電場擴(kuò)散速率下降，反擴(kuò)散速率增加擴(kuò)散速率=反擴(kuò)散速率動(dòng)態(tài)平衡熱電勢(shì)eAB(t)小結(jié)++--擴(kuò)散作用金屬A金屬B電場作用20AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0——高低端的絕對(duì)溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖21由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。22導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。Note:只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；但是與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。23第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見下圖。

圖3-60熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖圖（a）總的熱電勢(shì)（3-65）由于（3-68）（3-67）將式（3-66）、式（3-67）代入式（3-64）（3-66）（2）插入第三種導(dǎo)線的問題p8124第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

故得（3-69）圖（b）總的熱電勢(shì)（3-71）25ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。

26工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求溫度每增加１℃時(shí)所能產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大，而且熱電勢(shì)與溫度應(yīng)盡可能成線性關(guān)系；物理穩(wěn)定性要高；化學(xué)穩(wěn)定性要高；材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性。（3）常用熱電偶的種類p8127（1）．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號(hào)為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。

適用于在氧化性和中性介質(zhì)中使用，還原性氣體中易被侵蝕。低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在50℃以下可不加補(bǔ)償。價(jià)格貴，成本高。幾種熱電偶介紹Page8228

（2）．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號(hào)LB—3工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測(cè)量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測(cè)量溫度較高，一般用來測(cè)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(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢(shì)較弱。幾種熱電偶介紹29

（3）．鎳鉻—鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(K型)

分度號(hào)EU—2工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)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(fù)極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測(cè)量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，

H2S等氣體中易被侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大。已用鎳鉻-鎳硅取代了鎳鉻-鎳鋁熱電偶。幾種熱電偶介紹30（4）．鎳鉻—考銅熱電偶(XK型)工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：長期600℃，短期800℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用。考銅易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。幾種熱電偶介紹31（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(cè)量高達(dá)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?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)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(cè)量，可在2～273K范圍內(nèi)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(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。幾種持殊用途的熱電偶Page8232第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表3-4工業(yè)用熱電偶33第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)

①普通型熱電偶圖3-61熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒Page8234

（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型

1．工業(yè)用熱電偶下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。

工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保險(xiǎn)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲123435（1）普通裝配式熱電偶的結(jié)構(gòu)

熱電極可以從保護(hù)管中取出的可拆卸的工業(yè)熱電偶，它與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用，可以測(cè)量各種生產(chǎn)過程中氣體、液體、熔體及固體表面的溫度。

（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)

36第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表材料工作溫度/℃橡皮、絕緣漆琺瑯玻璃管石英管瓷管純氧化鋁管80150500120014001700表3-8常用絕緣子材料表3-9常用保護(hù)套管材料工作溫度/℃無縫鋼管不銹鋼管石英管瓷管Al2O3陶瓷管6001000120014001900以上37(a)(b)(c)(d)

132(2)．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。測(cè)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(xì)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。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)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38（2）鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)

與裝配式熱電偶相比，鎧裝熱電偶具有可彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間短和堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。

常見鎧裝熱電偶的外形結(jié)構(gòu)39(3)．表面（薄膜）型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(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123表面薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對(duì)物體表面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí)，用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)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(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。40（4）．快速（消耗）微型熱電偶

是測(cè)量高溫熔融物體的一種專用熱電偶。下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)土5～7℃。1423567891110快速消耗微型熱電偶1—?jiǎng)偯保?—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線41第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表２.補(bǔ)償導(dǎo)線的選用圖3-62補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖

采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價(jià)金屬。見左圖。42Note在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100℃，冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)/mV正極負(fù)極材料顏色材料顏色鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅-銅鎳銅銅鎳鉻銅紅紅紅紅銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳綠藍(lán)棕白0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047表3-10常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線43３.冷端溫度的補(bǔ)償

在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述幾種方法。（1）冷端溫度保持為０℃的方法圖3-63熱電偶冷端溫度保持０℃的方法44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(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0（1）冷端溫度保持為０℃的方法45舉例某一設(shè)備的實(shí)際溫度為t，其冷端溫度為t1，這時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)為E（t，t1）。為求得實(shí)際t

的溫度，可利用下式進(jìn)行修正，即由此可知，冷端溫度的修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，t1），加上熱端為室溫t１，冷端為0℃時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)E（t1，0），才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)E（t，0）。因?yàn)椋?）冷端溫度修正方法在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t1，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。p8446第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表舉例例6用鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)量某加熱爐的溫度。測(cè)得的熱電勢(shì)E（t，t1）＝66982μV，而自由端的溫度t1＝30℃，求被測(cè)的實(shí)際溫度。解

由附錄三可以查得

則再查附錄三可以查得68783μV對(duì)應(yīng)的溫度為900℃。p8447用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=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(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)舉例48第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表

用計(jì)算的方法來修正冷端溫度，是指冷端溫度內(nèi)恒定值時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。該方法只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)測(cè)溫，在連續(xù)測(cè)量中顯然是不實(shí)用的。

注意49第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表

由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系都是非線性的（當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度不同），因此在自由端的溫度不為零時(shí)，將所測(cè)得熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上自由端的溫度，并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。譬如在上例中，測(cè)得的熱電勢(shì)為66982μV，由附錄三可查得對(duì)應(yīng)溫度為876.6℃，如果再加上自由端溫度30℃，則為906.6℃，這與實(shí)際被測(cè)溫度有一定誤差。其實(shí)際熱電勢(shì)與溫度之間的非線性程度越嚴(yán)重，則誤差就越大。50第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（3）校正儀表零點(diǎn)法

若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。

注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場合下應(yīng)用。（4）補(bǔ)償電橋法

利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

51（4）.補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)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(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3RT0UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。52第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表

由于電橋是在20℃時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補(bǔ)償電橋是在0℃時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補(bǔ)償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！圖3-64具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路53第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（5）補(bǔ)償熱電偶法

圖3-65補(bǔ)償熱電偶連接線路

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表，如圖3-65。

54采用的方法

冷端溫度保持為0oC的方法冷端溫度修正法校正儀表零點(diǎn)法補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償熱電偶法小結(jié)：冷端溫度的補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。Summary551.熱電偶的選擇、安裝使用

熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用（XCZ型動(dòng)圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動(dòng)記錄。另外也可通過與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。圖3.2-17熱電偶安裝圖五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)56熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測(cè)熱電勢(shì)的±1%2.熱電偶的定期校驗(yàn)

校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差5778564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測(cè)試儀表；8-試管58

熱電偶溫度計(jì)是一種較為理想的高溫測(cè)量儀表，主要用于測(cè)量500oC以上的較高溫度。但在測(cè)量較低溫度時(shí)，由于產(chǎn)生的熱電勢(shì)較小，測(cè)量精度相應(yīng)降低。另外，在低溫區(qū)域，冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對(duì)誤差較大，難以得到全補(bǔ)償。通常在-200~500oC溫度范圍內(nèi)，一般使用熱電阻溫度計(jì)測(cè)量效果較好。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表怎么辦？

三、熱電阻溫度計(jì)59

熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。

三、熱電阻溫度計(jì)第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表60第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表三、熱電阻溫度計(jì)

在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導(dǎo)線所組成。

圖3-66熱電阻溫度計(jì)61第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表

對(duì)于呈線性特性的電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。1.測(cè)溫原理

利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應(yīng)）來進(jìn)行溫度測(cè)量的。注意！62第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表2.工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要小；在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性。63五、熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理利用金屬電阻隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量金屬在不同溫度下電阻值的變化。工業(yè)熱電阻溫度計(jì)主要有兩種材質(zhì)：鉑電阻：0—650oC，Pt10，Pt100銅電阻：-50—+150oC，Cu50，Cu100結(jié)構(gòu)：普通型，鎧裝型，薄膜型注意！64第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（1）鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為由實(shí)驗(yàn)求得

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。

65第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（2）銅電阻

金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。66第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表３.熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等主要部件所組成。圖3-65熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲)（2）鎧裝熱電阻

將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。

（3）薄膜熱電阻

將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。671、裝配式熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻結(jié)構(gòu)圖感溫元件結(jié)構(gòu)圖68第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表四、光纖溫度傳感器（自學(xué)）五、電動(dòng)溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ系列電動(dòng)單元組合式檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表中的一個(gè)主要單元。它既可與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，然后，它和顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或溫差及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制。69第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表DDZ-Ⅲ型的溫度變送器與DDZ-Ⅱ型的溫度變送器進(jìn)行比較，它有以下主要特點(diǎn)。線路上采用了安全火花型防爆措施，

因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)場合中的溫度或毫伏信號(hào)測(cè)量。在熱電偶和熱電阻的溫度變送器中采用了線性化機(jī)構(gòu)，

從而使變送器的輸出信號(hào)和被測(cè)溫度間呈線性關(guān)系。在線路中，由于使用了集成電路，這樣使該變送器具有良好的可靠性、穩(wěn)定性等各種技術(shù)性能。70第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表溫度變送器有三種類型：

熱電偶溫度變送器；熱電阻溫度變送器；直流毫伏變送器。1.熱電偶溫度變送器結(jié)構(gòu)分為：輸入橋路、放大電路及反饋電路。

圖3-69

熱電偶溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖使用最多的71第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（1）輸入電橋

主要作用：（1）冷端溫度補(bǔ)償、（2）調(diào)整零點(diǎn)。

圖3-70

輸入電橋72第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（2）反饋電路

在DDZ-Ⅲ型的溫度變送器中，在溫度變送器中的反饋回路加入線性化電路，對(duì)熱電偶的非線性予以修正。圖3-71熱電偶溫度變送器的線性化方法方框圖原因：熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)太小，因而在反饋電路中采取非線性反饋電路進(jìn)行修正。73（3）放大電路由于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值較小，需要經(jīng)過多級(jí)放大后才能轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖捷敵觥?4第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表2.熱電阻溫度變送器結(jié)構(gòu)分為：輸入電橋、放大電路及反饋電路。

圖3-72熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)方框圖75注意區(qū)別為了使溫度變送器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持線性關(guān)系，采用兩種方法。一種方法是在變送器的放大環(huán)節(jié)之前加一線性化電路；另一種方法是在反饋回路中另引一路正反饋的方法。前一種方法需要增加一個(gè)線性集成電路和一些元件，線路較為復(fù)雜。后一種方法線路簡單，在調(diào)節(jié)線性方面也易于調(diào)整。76第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表六、一體化溫