溫的檢測與控制

溫的檢測與控制第1頁/共481頁第一章緒論

“溫度的檢測與控制”是材料類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它涉及的內(nèi)容主要是溫度參量的檢測與控制。“溫度的檢測與控制”是保證材料在熱工過程及質(zhì)量控制中十分重要的一環(huán)，是材料研究領(lǐng)域不可缺少的試驗(yàn)手段；對(duì)于溫度傳感器、顯示及控制儀表等章節(jié)是本課要著重講述的重點(diǎn)內(nèi)容。其它部分包括溫度、溫標(biāo)等概念作為基礎(chǔ)和常識(shí)都應(yīng)當(dāng)有所了解。

第2頁/共481頁§1-1.溫度儀表的類別

1按測溫原理分類

4)熱輻射溫度儀表

以上三種儀表都將感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，當(dāng)感溫元件與檢測介質(zhì)的溫度平衡時(shí)，感溫元件所檢測到的溫度就代表檢測介質(zhì)的溫度。這是目前應(yīng)用最廣也是最成功的方法，通稱為接觸式溫度儀表。1)膨脹式溫度儀表2)熱電式溫度儀表3)電阻溫度儀表1）根據(jù)材料受熱膨脹的特性檢測溫度變化值，如液柱式酒精或水銀溫度計(jì)，雙金屬片溫度計(jì)等。2）不同導(dǎo)體組成的熱電回路，由于回路中接點(diǎn)溫度差而產(chǎn)生電動(dòng)勢，借此測定溫度變化，如各種各樣的熱電偶。這是研究時(shí)間最久也比較完善的檢測儀表，是本書闡述的重點(diǎn)內(nèi)容之一。3）導(dǎo)體的電阻隨溫度不同而變化，如各種熱電阻、熱敏電阻與PN結(jié)等；4)熱輻射溫度儀表根據(jù)物體熱輻射能量的大小反映物體本身溫度高低的原理，可以間接測量溫度，如光學(xué)高溫計(jì)，輻射溫度計(jì)，光電溫度計(jì)等。因?yàn)楦袦仄骷慌c被測介質(zhì)接觸，故又稱為不接觸溫度測量儀表。此類儀表的量程較寬，又不干擾檢測介質(zhì)，受被測介質(zhì)的影響也較小，因而它的適應(yīng)范圍廣。由于熱敏與光敏元件質(zhì)量的提高，集成元件與微電腦的廣泛應(yīng)用，過去在工業(yè)上應(yīng)用不多的光電及紅外輻射溫度儀表，目前應(yīng)用日多，質(zhì)量也有明顯的提高。第3頁/共481頁1)檢測儀表

2按儀表的功能分類

2按儀表的功能分類

4)執(zhí)行器2)顯示儀表

3)控制儀表

(1)檢測儀表感受參量的變化并轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)目蓽y信號(hào)的元器件，通稱為檢測儀表，它包括傳感器與變送器(轉(zhuǎn)換器)兩大類，上述四種儀表都屬于檢測儀表。(2)顯示儀表將檢測儀表輸出的可測信號(hào)，以指針、記錄筆或數(shù)字顯示出來，通稱為顯示儀表，主要有模擬顯示與數(shù)字顯示兩大類，前者應(yīng)用已久，并且十分廣泛，后者且近20年發(fā)展起來的，應(yīng)用日益普遍。(3)控制儀表將檢測儀表輸出的信號(hào)值與熱工工藝所設(shè)定的值相比，對(duì)被控量實(shí)施自動(dòng)控制作用的儀表，它分為模擬控制儀表與數(shù)字控制儀表兩大類，后者與微電腦技術(shù)結(jié)合又分為可編程數(shù)字控制儀表與智能控制儀表。（4）執(zhí)行器將控制器發(fā)出的電(氣)動(dòng)控制信號(hào)，通過執(zhí)行器轉(zhuǎn)換成機(jī)械(直線或角)位移以調(diào)整被控參量的數(shù)值，使之符合熱工工藝的要求。對(duì)于燃油或燃?xì)鉅t爐溫控制是電(氣)動(dòng)執(zhí)行器與電(氣)動(dòng)控制閥；對(duì)于電熱爐則是晶閘管或調(diào)功器，簡單的位式控制系統(tǒng)則是接觸器或電磁閥等。第4頁/共481頁圖1-1溫度的檢測與控制儀表原理系統(tǒng)圖第5頁/共481頁§1-2儀表的靜態(tài)特性

儀表的靜態(tài)指標(biāo)決定于儀表的靜態(tài)特性。它是以標(biāo)準(zhǔn)量作為被測量，在保持各種干擾為恒定或?yàn)榱愕那闆r下，于一定范圍內(nèi)改變標(biāo)準(zhǔn)量，使儀表輸出量在相應(yīng)一定范圍內(nèi)變化，這種在平衡狀態(tài)下的輸入輸出特性，就是儀表的靜態(tài)特性，它有一些靜態(tài)指標(biāo)。

這里注意：當(dāng)被測量變化緩慢或恒定不變時(shí)，只考慮其靜態(tài)特性指標(biāo)是可行的；而當(dāng)參量的變化較快或者是不斷變化的，則必須考慮儀表輸出與輸入隨時(shí)間而變的關(guān)系，這就是動(dòng)態(tài)特性。溫度的變化相對(duì)于其它參量是一個(gè)緩慢的過程，所以本課程對(duì)溫度儀表一般只作靜態(tài)特性介紹。

第6頁/共481頁1靈敏度儀表輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)變化量的比值定義為靈敏度，以S表示：第7頁/共481頁也可用相反的比例式表示。以熱電偶的靜態(tài)特性為例，其靈敏度可定義為溫度變化1攝氏度時(shí)，熱電偶的輸出電動(dòng)勢的變化，單位為mV／℃,或電動(dòng)勢變化l毫伏時(shí)溫度的變化，單位為℃/mV，當(dāng)參量變化是線性時(shí)，則S為常數(shù)，靈敏度就是特性直線的斜率，如圖1-2a；如參量變化不是線性的，則靈敏度不是常數(shù)，特性曲線需進(jìn)行線性化處理，如圖1-2b；第8頁/共481頁2線性度儀表的輸入—輸出關(guān)系的特性曲線，與理想直線相近程度稱為線性度，它定義為與理想直線的最大偏差值B與儀表的輸出范圍A的比值，以L表示：第9頁/共481頁理想直線是通過回歸分析法確定的，輸出變化范圍就是儀表量程最大與最小值之差如圖1-3所示。線性度好，儀表的輸出可以平均刻度，儀表標(biāo)尺是均勻的。如果把理想直線作為儀表的實(shí)際特性曲線，則L就是儀表的非線性誤差。圖中曲線1與2的非線性誤差是不同的。

第10頁/共481頁變差：是由于儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)存在間隙、摩擦或阻尼特性造成的，只能通過實(shí)驗(yàn)方法測定。這是儀表本身結(jié)構(gòu)上存在的誤差，是難以避免的，一般規(guī)定在一定范圍以內(nèi)。

第11頁/共481頁4分辨率引起儀表指示值發(fā)生變化的最小輸入量變化值稱為儀表的分辨率，這是儀表能檢測到被測量最小變化的能力。模擬儀表規(guī)定為刻度標(biāo)尺最小分度值的一半，數(shù)字儀表則規(guī)定為最末位的一個(gè)字。

第12頁/共481頁§1-3儀表的測量誤差一、一般概念測量是指應(yīng)用一定的工具或儀器，去查明某一試驗(yàn)參量在某一時(shí)刻的大小，并顯示出該參量的瞬時(shí)值或連續(xù)變化的值。人們不能指望此測量值絕對(duì)正確，原因是無論測量工具或儀表本身都存在不足，測量方法也有缺陷，因而測量值與實(shí)際值必然存在偏差，這個(gè)差值稱為測量誤差。我們只能盡力將誤差減到最小或減到可以接受的程度。本節(jié)只介紹基本誤差及誤差評(píng)定，至于誤差的綜合與分配以及誤差的傳遞，將結(jié)合溫度測量介紹

第13頁/共481頁當(dāng)絕對(duì)值r用測量單位表示時(shí)稱為絕對(duì)誤差。實(shí)際上真實(shí)值是得不到的，所用工具或儀器的指示值，是以某種標(biāo)準(zhǔn)量具或標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行比較而得到的，這種比較本身雖然也存在誤差，人們只好認(rèn)為工具或儀表的示值加上已給出的修正值為真實(shí)值。

1．絕對(duì)誤差測量值z與真實(shí)值M之差的絕對(duì)值r為第14頁/共481頁既然真實(shí)值難以得到，要衡量測量值的真實(shí)性只能用一些比較性的概念。

2．相對(duì)誤差絕對(duì)誤差r與測量值z或真實(shí)值M之比稱為相對(duì)誤差rs或第15頁/共481頁從上式可看到，r0代表著在儀表量程AH范圍內(nèi)，實(shí)際存在的最大誤差相對(duì)于儀表量程的誤差范圍，因而可代表儀表的精度。

3．基本誤差所謂的基本誤差，是指儀表在全量程范圍內(nèi)存在的最大絕對(duì)誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)，即：第16頁/共481頁將上式加以變化：4．最大可能相對(duì)誤差基本誤差r0第17頁/共481頁由上式不難看出，當(dāng)選用的儀表量程略高于常測量溫度時(shí)，存在的最大可能相對(duì)誤差最小，可為儀表量程的選用提供依據(jù)。最后得到：第18頁/共481頁5．精密度與準(zhǔn)確度

對(duì)某一參量進(jìn)行同樣的重復(fù)測量，所得各測量值之間的接近程度差別愈小，測量值密集，則測量值的精密度高，相反，測量值分散則精密度低。由此可見，精密度具有較大的隨機(jī)性。

第19頁/共481頁準(zhǔn)確度是指測量值接近真實(shí)值的程度，它比較有規(guī)律性。

準(zhǔn)確度高，不一定精密度高，而精密度高可能準(zhǔn)確度也高。因?yàn)槎啻沃貜?fù)測量值很相近，但可能與真實(shí)值相差很大。譬如打靶，當(dāng)“精密地”打在偏靶的某一方，中彈密集，但記錄環(huán)數(shù)卻很低，又如準(zhǔn)確打在靶心附近，雖然分散在靶心同圍，但記錄環(huán)數(shù)很高，即精密度與準(zhǔn)確度均較高。反之，如果分散并離靶心較遠(yuǎn)，則精密度與準(zhǔn)確度兩者均低。

第20頁/共481頁6．儀表精度與精度等級(jí)

儀表精度是指儀表的指示值與真實(shí)值接近的程度。精度等級(jí)則是儀表的基本誤差，一般以儀表的示值范圍的百分?jǐn)?shù)表示，例如儀表的基本誤差為最大值的±0.5％或±1％，則儀表的精度等級(jí)分別是0.5級(jí)或1.0級(jí)，依此類推。儀表的基本誤差是儀表在規(guī)定的工作條件如環(huán)境溫度、濕度、電源電壓與頻率符合規(guī)定的情況下校準(zhǔn)儀表所具有的誤差。

0.51.0第21頁/共481頁歸納起來可分為三類，其相互關(guān)系與來源如圖所示。

二、誤差的來源與分類操作人員檢測誤差檢測方法檢測儀表環(huán)境條件測量誤差偶然誤差疏失誤差系統(tǒng)誤差誤差檢驗(yàn)誤差評(píng)定舍棄第22頁/共481頁1．系統(tǒng)誤差由測量工具和儀表不準(zhǔn)確或其量值不正確引起的，其變化有規(guī)律，如電源電壓波動(dòng)或頻率不符，儀表零點(diǎn)未調(diào)控好，環(huán)境溫度或濕度有變化，接觸電阻改變等，主要影響儀表的準(zhǔn)確度。這些誤差可以通過定期校正儀表或采用不同測試方案加以避免或消除。

1第23頁/共481頁2．疏失誤差儀器或工具使用不正確，讀數(shù)錯(cuò)誤或測試方案錯(cuò)誤，甚至使用人員技術(shù)水平差等原因均會(huì)造成疏失誤差。這種誤差是不能接受的，當(dāng)然也是不允許的。

第24頁/共481頁3．偶然誤差這是由種種難以預(yù)料的因素引起的，具有隨機(jī)性，故也稱為隨機(jī)誤差，主要影響儀表或工具的精密度和精度?？梢酝ㄟ^大量反復(fù)進(jìn)行測試來減小。在相當(dāng)多的情況下，這種誤差服從概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所謂分析和處理誤差都是指偶然誤差而言。對(duì)于一組測量數(shù)據(jù)是否符合要求，首先要消除系統(tǒng)誤差，然后按偶然誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，才能對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

第25頁/共481頁三、偶然誤差的表示方法1．算術(shù)平均值由于真實(shí)值是無法測到的，一般以算術(shù)平均值代之，只要測量次數(shù)足夠多，各次測量值zi的算術(shù)平均值z0為第26頁/共481頁顯然，當(dāng)n→∞時(shí)，隨著測量次數(shù)n的增多誤差減小很慢，一般情況下測量l0~20次就行了。各次測量值與算術(shù)平均值之差稱為殘余誤差，簡稱殘差或余差mi殘差有正有負(fù)，其代數(shù)和為零，即Σmi＝0。第27頁/共481頁算術(shù)平均值是真值的期望值，由于測量次數(shù)有限，必然存在誤差，以殘差表示的算術(shù)平均誤差S為也可簡單表示為第28頁/共481頁2．偶然誤差的概率分布偶然誤差雖然具有隨機(jī)性，從統(tǒng)計(jì)分析表明，誤差出現(xiàn)的幾率服從正態(tài)分布規(guī)律，即誤差出現(xiàn)的次數(shù)y可用下式表示式中：h—測量的精度指數(shù)，R—誤差第29頁/共481頁偶然誤差具有以下特性：

(1)對(duì)稱性絕對(duì)值相等而符號(hào)相反的誤差出現(xiàn)次數(shù)相等；

(2)單峰性絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)次數(shù)多；

(3)有界性在一定條件下，偶然誤差的絕對(duì)值被限制在一定范圍內(nèi)；

(4)抵償性

隨著測量次數(shù)的增多，偶然誤差的算術(shù)平均值趨于零。

第30頁/共481頁3．標(biāo)準(zhǔn)誤差每次測量值zi絕對(duì)值的均方根稱為標(biāo)準(zhǔn)誤差σ：標(biāo)準(zhǔn)誤差第31頁/共481頁由于真實(shí)值并不知道，通常用測量值zi與測量值的算術(shù)平均值z0之差，即以殘差mi進(jìn)行計(jì)算，按算術(shù)平均的標(biāo)準(zhǔn)誤差σz為算術(shù)平均誤差S與算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差σ的關(guān)系為第32頁/共481頁

如果標(biāo)準(zhǔn)誤差的數(shù)值小，表明測量值中的小誤差占優(yōu)勢，各次測量值與算術(shù)平均值的分散性小，測量的可靠性大，說明測量精度高。相反，如σ數(shù)值大，則測量精度低。

標(biāo)準(zhǔn)誤差表示了測量的精度第33頁/共481頁系數(shù)Kσ隨測量次數(shù)增多而減小有如下關(guān)系：當(dāng)n≥30時(shí)，誤差在1％以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)誤差σ可以不必修正。當(dāng)n＝10時(shí)，誤差值為3％，因此一般認(rèn)為測量次數(shù)不宜少于10次。

4．測量次數(shù)少的偶然誤差測量次數(shù)較少，誤差出現(xiàn)的概率就不一定是正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)誤差可表示為第34頁/共481頁n2345kσ1.25331.12841.08541.0638n6789kσ1.06091.04241.03621.0317n10152025kσ1.02811.01801.01321.0105n304050100kσ1.00871.00641.00511.0025第35頁/共481頁四、誤差檢驗(yàn)對(duì)于得到的一組測量值，進(jìn)行誤差分析，在于研究誤差產(chǎn)生的原因，尋求消除或減少誤差的途徑，以提高測量的準(zhǔn)確性；計(jì)算測量誤差的大小及其變化規(guī)律，修正測量結(jié)果并對(duì)測量值的可信性作出判斷。首先剔除疏失誤差并舍棄可疑值，檢驗(yàn)系統(tǒng)誤差，然后進(jìn)行分析計(jì)算并評(píng)定測量值。

第36頁/共481頁1．舍去可疑值凡是明顯不符合規(guī)律、特大或特小的測量值被認(rèn)為是疏失造成的均應(yīng)舍去。按常用的方法即當(dāng)δ＞3σ時(shí)應(yīng)當(dāng)舍去，也可根據(jù)殘差mi值，當(dāng)mi＞4S時(shí)也應(yīng)當(dāng)舍去。對(duì)可疑值的檢驗(yàn)，還有其它一些方法和準(zhǔn)則，這里從略。

第37頁/共481頁2.檢查系統(tǒng)誤差消除系統(tǒng)誤差，才能保證和提高測量精度。但發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差并不是簡單的問題，這里介紹一些常用的簡便方法。n個(gè)測量值，殘差的正號(hào)與負(fù)號(hào)個(gè)數(shù)的差值|S|,如果|S|≥2√n就可能存在系統(tǒng)誤差。當(dāng)殘差的正負(fù)個(gè)數(shù)大體相當(dāng)，差值也無顯著變化就可以認(rèn)為沒有系統(tǒng)誤差。第38頁/共481頁如果殘差有規(guī)律的遞增或遞減，必然存在系統(tǒng)誤差。如殘差有規(guī)律地由正變負(fù)或由負(fù)變正，就存在周期性的系統(tǒng)誤差。正負(fù)誤差的平方和|K|＞3.4641√n，存在系統(tǒng)誤差。殘差之和∑mi＜2σ√n，可以認(rèn)為沒有系統(tǒng)誤差。還有一些判明是否存在系統(tǒng)誤差的方法和準(zhǔn)則，這里從略。第39頁/共481頁

消除系統(tǒng)誤差并沒有絕對(duì)有效的方法。對(duì)一個(gè)測量值進(jìn)行兩次以上的多次測量，在多次讀數(shù)中出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差可能大小相同而方向相反，取測量的平均值，這是消除系統(tǒng)誤差簡單而比較有效的方法。將測量值選一中間點(diǎn)測量兩次，取兩次測量值的算術(shù)平均值，可望消除系統(tǒng)誤差，在測量點(diǎn)附近，即使不是線性變化的參量也可以認(rèn)為是線性的，采用此法也可能消除系統(tǒng)誤差。

第40頁/共481頁3．誤差評(píng)定按上述方法對(duì)一組測量值進(jìn)行檢驗(yàn)，消除可疑值，在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，應(yīng)進(jìn)行誤差評(píng)定。實(shí)際上就是計(jì)算測量值的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差，并按極限誤差正確表示測量結(jié)果。假定取一組測量值zi列于表1－1中，采用上述方法進(jìn)行誤差評(píng)定，其步驟如下：

第41頁/共481頁第42頁/共481頁殘差：mi＝zi-z01(表中第三列)殘差和Σmi21＝2.15995(表中第四列)按3σ檢查可疑值

3σ＝3×0.37947＝1.13841計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算算術(shù)平均值第43頁/共481頁殘差mi2＝zi－z02(見表中第四列)殘差和Σ|mi2|＝3.5013由表中第三列看出，殘差mi1，均小于1.13841，故沒有可疑值。但z8＝30.56，看來太大，還值得懷疑，故再按4S法進(jìn)行檢驗(yàn)，即略去z8測量值后計(jì)算算術(shù)平均值第44頁/共481頁計(jì)算算術(shù)平均誤差按4S檢查可疑值

4S＝4×0.2334=0.9337第45頁/共481頁

可見m81＜4S，就是說z8并非可疑值。至此這組測量值就算檢驗(yàn)完畢，測量結(jié)果可評(píng)為Z=Z01±σ1＝29.62375±0.37947

采用計(jì)算機(jī)計(jì)算相當(dāng)簡單，程序框圖見圖l～9，程序見表l～2。

關(guān)于測量數(shù)據(jù)的處理與表示方法不是本書涉及的范圍，需要時(shí)請參閱專著。

第46頁/共481頁本

章

小

結(jié)溫度的檢測與控制，是材料實(shí)驗(yàn)和熱工工藝過程中經(jīng)常遇到的問題，溫度參量檢測與控制準(zhǔn)確，是保證試驗(yàn)結(jié)果正確與熱工質(zhì)量的重要的一環(huán)，這是學(xué)習(xí)本課目的。儀表的精度是儀表本身決定的，加上測量方法與環(huán)境條件的影響，參量檢測與控制的準(zhǔn)確性，只能限制在儀表或系統(tǒng)所能達(dá)到的精度范圍以內(nèi)。第47頁/共481頁測量誤差是不可避免的。在普遍采用的等精度測量中，算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差是簡單而有效的處理方法。只要結(jié)合實(shí)際選用儀表恰當(dāng)，操作得法，就可避免疏失誤差和消除系統(tǒng)誤差，則測量數(shù)據(jù)可靠性高，誤差可能最小。第48頁/共481頁復(fù)習(xí)思考題1.參量的檢測與控制儀表是如何組成的，以框圖形式表示并說明其相互關(guān)系和作用。2．何謂儀表的靜態(tài)特性，它有哪些指標(biāo)?3．標(biāo)準(zhǔn)誤差表示什么意義。

第49頁/共481頁第二章溫度傳感器§2-1溫度與溫標(biāo)一、溫度及溫度測量溫度是熱工參數(shù)中最重要的量值。幾乎沒有不要求溫度檢測的生產(chǎn)過程，溫度測量是否正確，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

第50頁/共481頁溫度：是表征物體冷熱程度的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。為了研究物體的受熱程度，人們根據(jù)冷熱程度不同，物體間的熱交換或某些物理性質(zhì)密切相關(guān)的特殊現(xiàn)象，例如某些物體如酒精、水銀或雙金屬片的熱脹冷縮現(xiàn)象，某些金屬與非金屬導(dǎo)體受熱后產(chǎn)生電動(dòng)勢，某些導(dǎo)體本身的電阻受到熱或光照射而發(fā)生變化等。利用上述不同原理制成了各種感溫元件如水銀溫度計(jì)、熱電偶、熱電阻、光學(xué)及輻射溫度計(jì)等。

第51頁/共481頁溫度測量有兩類儀表。一類是溫度敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，當(dāng)傳感器與被測介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)傳感器感受的溫度，就是被測介質(zhì)的溫度。接觸法測量溫度的儀表較多，如水銀溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶等。這類儀表的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，使用方便，準(zhǔn)確度也較高，因而是應(yīng)用最多最廣的一種測溫儀表。不足之處在于感溫材料與被測介質(zhì)接觸，受到材料本身承受溫度的限制或被介質(zhì)污損，且當(dāng)被測對(duì)象較小時(shí)，其溫度分布會(huì)受到傳感器的影響。

第52頁/共481頁另一類是溫度敏感元件不直接與被測介質(zhì)接觸，而是根據(jù)光和熱輻射原理，將被測介質(zhì)的輻照能量，通過適當(dāng)方式聚集并投射在光敏或熱敏元件上，熱能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出以測定溫度，如光學(xué)高溫計(jì)及輻射溫度計(jì)等。不接觸測溫法的特點(diǎn)是溫度響應(yīng)快，測溫范圍廣，是測量高溫應(yīng)用最多的測量方法。此類儀表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用方法也較講究，準(zhǔn)確度相對(duì)要低一些。測量溫度的方法是多種多樣的，歸納起來列于表2－1中，圖中列舉了不同溫度測量儀表及其測溫范圍。

第53頁/共481頁圖2－1溫度檢測儀表及控溫范圍

第54頁/共481頁二、溫標(biāo)溫標(biāo)是表示溫度高低的尺度，簡稱溫標(biāo)。是溫度傳遞的標(biāo)準(zhǔn)，是溫度傳感器與溫度儀表進(jìn)行分度的依據(jù)。

1．經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)出現(xiàn)最早，它是在有了相當(dāng)精確的水銀溫度計(jì)后建立的實(shí)際可行的溫標(biāo)。第55頁/共481頁(1)華氏溫標(biāo)

1706年華氏(Danie1Fahrenheit)提出了以水和氯化銨融體為“32”，正常人的體溫為“96”，后改為冰水融體為“32”，水的沸點(diǎn)為“212”，中間等分為180份，每份為1度，以表示。第56頁/共481頁(2)蘭氏溫標(biāo)1730年蘭氏(Rankine)提出以水的冰點(diǎn)為“1000，水的沸點(diǎn)為“1080”，中間等分為80份，每份為1度，以表示。(3)攝氏溫標(biāo)

1742年攝氏(AndersCelsius)提出以水的冰點(diǎn)為“0”，水的沸點(diǎn)為“100”，等分100份，每份為l度，以℃表示。第57頁/共481頁這些溫標(biāo)對(duì)當(dāng)時(shí)溫度傳遞起了積極作用，目前歐美各國都還在使用，但都是按國際溫標(biāo)定義的，與早期的溫標(biāo)有所區(qū)別。三個(gè)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)值之間相互換算的關(guān)系如下：第58頁/共481頁2．熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是根據(jù)熱力學(xué)第二定律建立起來的。1824年卡諾對(duì)熱機(jī)效率進(jìn)行了卓有成效的研究，在等溫與絕熱過程中，卡諾熱機(jī)的效率是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度的函數(shù)，與工質(zhì)的物理性質(zhì)無關(guān)。根據(jù)卡諾原理，熱機(jī)自溫度為t1的高溫?zé)嵩慈〉脽崃縌1，作功后的溫度為t2，向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。開爾文(Kelvin)根據(jù)卡諾原理，提出了熱力學(xué)溫標(biāo)。

第59頁/共481頁由卡諾定理，膨脹氣體作的凈功W為W＝Q1－Q2熱轉(zhuǎn)換為功的效率η為卡諾熱機(jī)的效率η0為第60頁/共481頁實(shí)際上Q2不會(huì)等于零，T2也不可能等于零，因此η或η0總是小于1的。但它卻告訴我們，當(dāng)Q2＝0時(shí)，溫度T2是可能的最低限度，即物質(zhì)的熱力學(xué)零度。為了與前述冰水融體的零度相區(qū)別，稱之為絕對(duì)零度。第61頁/共481頁溫度測量單位的大小是人為確定的，這要有規(guī)定的條件，并選好適當(dāng)?shù)膮⒖键c(diǎn)(可以在任何地方復(fù)現(xiàn)的參考點(diǎn))，稱之為定義溫度的固定點(diǎn)，簡稱固定點(diǎn)。由于歷史的原因，仍取冰水融點(diǎn)T2及水沸點(diǎn)T1為參考點(diǎn)，把它們之間的溫度定義為n，即T1－T2＝n第62頁/共481頁設(shè)卡諾熱機(jī)在熱源與冷源之間工作，不難得出第63頁/共481頁這就是開爾文溫標(biāo)的表達(dá)式。顯然，這個(gè)溫標(biāo)只與熱量有關(guān)，與工質(zhì)的物理性質(zhì)無關(guān)，是理想的熱力學(xué)溫標(biāo)。要測量熱量必然涉及溫度計(jì)量，當(dāng)時(shí)又尚無準(zhǔn)確測溫儀器，故開爾文溫標(biāo)無法直接實(shí)現(xiàn)。

第64頁/共481頁3．理想氣體溫標(biāo)溫度不變時(shí)，定容積(V)氣體的體積，與所受到的壓力(P)成正比。當(dāng)容積保持不變時(shí)，氣體因壓力升高而被壓縮，溫度為t時(shí)的壓強(qiáng)Pt為Pt＝P0(1－βt)P0——在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓強(qiáng)，P0＝101325Pa；β——?dú)怏w壓縮系數(shù)。顯然，第65頁/共481頁上式表明，容積不變時(shí)，定量氣體的壓強(qiáng)Pt與熱力學(xué)溫度T成正比。這就是定容氣體溫度計(jì)所根據(jù)的原理。當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，氣體因溫度升高而膨脹，在溫度為t時(shí)的容積Vt為Vt＝V0(1十αt)式中V0－－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積；

α－－氣體膨脹系數(shù)。第66頁/共481頁上式表明，壓強(qiáng)不變時(shí)，定量氣體的容積與熱力學(xué)溫度T成正比。這就是定壓氣體溫度計(jì)原理。由于氣體在壓強(qiáng)不高的情況下，α與β十分相近，即α≈β＝0.003661℃-1=1／273.15℃-1

同理，第67頁/共481頁令T1-T2=n，則有：T2=T1-n，T1＝n+T2通常采用接近理想氣體的氫、氦等作為氣體溫度計(jì)的工作介質(zhì)，由理想氣體狀態(tài)方程可知：代入上式，得第68頁/共481頁因此，任意溫度的表達(dá)式為既同理第69頁/共481頁上式就是氣體溫度計(jì)定義的理想氣體溫標(biāo)，與熱力學(xué)溫標(biāo)十分接近。直到氣體溫度計(jì)研究成功，熱力學(xué)溫標(biāo)才得以實(shí)現(xiàn)。由于氣體溫度計(jì)構(gòu)造十分復(fù)雜，使用條件要求嚴(yán)格，只能用作基準(zhǔn)器復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。而國際溫標(biāo)只能采用便于復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)器，這就是后來出現(xiàn)的實(shí)用國際溫標(biāo)(IPTS)。

第70頁/共481頁4．國際溫標(biāo)實(shí)現(xiàn)國際溫標(biāo)需要三個(gè)條件：即要有定義溫度的固定點(diǎn)，一般是利用水、純金屬及液態(tài)氣體的狀態(tài)變化；要有復(fù)現(xiàn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)器，通常用的是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻、標(biāo)準(zhǔn)鉑銠熱電偶及標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)；要有定義點(diǎn)之間計(jì)算溫度的內(nèi)插方程式。

第71頁/共481頁1927年采用第一個(gè)國際溫標(biāo)(ITS－27)，經(jīng)過1933年，1948年及1960年三次國際度量衡大會(huì)修改后，改為1948年國際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS－48)。解放后我國采用的就是IPTS－48。1968年國際度量衡大會(huì)，對(duì)IPTS－48作了重大的修改和補(bǔ)充，改名為IPTS－68。我國從1973年元月開始正式采用，凡是涉及到溫度量值的一律以IPTS－68為準(zhǔn)。國際溫標(biāo)的變化如表2－l。

第72頁/共481頁IPTS－68規(guī)定以Kelvin表示熱力學(xué)溫度，用“K”表示，簡稱“開”。以攝氏度(DegreeCelsius)代替沿用的百分度(Centirade)，仍以“℃”表示。應(yīng)該注意，絕對(duì)溫度以“K”表示。不再用“0K”表示了。絕對(duì)溫度也通用熱力學(xué)溫度表示，它與攝氏度之間的關(guān)系為

式中

T?！獰崃W(xué)零度，T。＝273.15K第73頁/共481頁IPTS－68為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在低溫增加了五個(gè)第一類定義溫度的固定點(diǎn)，大大擴(kuò)展了低溫量限。加上氣體溫度計(jì)測量技術(shù)的提高，及高純金屬的提煉成功，IPTS－68定義的溫度與熱力學(xué)溫度相當(dāng)一致。第74頁/共481頁1975年公布了IPTS—68修訂本，作了一些改進(jìn)，它與IPTS－68并行使用。高一級(jí)溫標(biāo)逐級(jí)向下傳遞的，我國的溫標(biāo)傳遞系統(tǒng)是國家及省市計(jì)量局。在一些科研機(jī)構(gòu)、大型工廠及高等院校具有二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。傳遞過程如表2－2所示。第75頁/共481頁第76頁/共481頁第77頁/共481頁三、溫度測量系統(tǒng)組成溫度測量系統(tǒng)是由溫度傳感器及顯示記錄儀表構(gòu)成的，通稱為溫度計(jì)。它的種類繁多，大體上可以劃分為測量低于600℃的溫度計(jì)，測量高于600℃的高溫計(jì)兩大類。第78頁/共481頁溫度計(jì)(包括液柱式溫度計(jì)、雙金屬片溫度計(jì))，普通金屬熱電偶，熱電阻，熱敏電阻以及紅外溫度計(jì)。高溫計(jì)包括貴重金屬及難熔金屬熱電偶，高溫鉑電阻，光學(xué)及輻射高溫計(jì)等。無論哪一種溫度計(jì)，其測溫系統(tǒng)的組成都是相似的，主要應(yīng)考慮四個(gè)問題：第79頁/共481頁(1)溫度范圍這是選擇傳感器的主要依據(jù)。如圖2-1中列出的各種溫度計(jì)與高溫計(jì)的量值范圍，原則上在此范圍內(nèi)的任何一種溫度計(jì)都可選用。(2)使用場合

溫度傳感器應(yīng)用在什么場合，是重要的條件，如箱式電爐是氧化氣氛，可控氣氛爐是還原性氣氛，鹽浴爐的腐蝕性強(qiáng)，高頻爐的干擾嚴(yán)重，這就要根據(jù)實(shí)際需要決定。可供選擇的可能條件是傳感器尺寸(如直徑及長度)、傳感器及其保護(hù)材料以及傳感器結(jié)構(gòu)等。第80頁/共481頁(3)溫度響應(yīng)這主要是傳感器的質(zhì)量(M)、介質(zhì)與體積決定的。接觸式傳感器的時(shí)間常數(shù)愈小，溫度響應(yīng)愈快。不接觸式溫度傳感器一般都具有足夠靈敏度，響應(yīng)無問題。(4)傳輸方式

所謂傳輸方式是指溫度傳感器將溫度信號(hào)傳送到溫度顯示儀(或顯示記錄儀)的組成方式，如有的溫度測量要求不高，需要就地顯示，即可采用普通液柱式溫度計(jì)或氣壓式溫度計(jì)；有的需要傳送較遠(yuǎn)，則應(yīng)采用熱電偶等電傳溫度計(jì)。

第81頁/共481頁由此可見，最簡單的溫度測量系統(tǒng)是由溫度傳感器及溫度顯示儀表組成的，如圖2－2a。較完善的系統(tǒng)是由傳感器與溫度顯示記錄儀表組成，或者還將溫度信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一電信號(hào)，如圖2－2b所示。第82頁/共481頁溫度被測對(duì)象溫度顯示記錄儀溫度變送器溫度傳感器溫度被測對(duì)象溫度顯示儀表溫度傳感器θkθθkθmAkθ第83頁/共481頁§2－2熱電偶一、熱電效應(yīng)1821年德國物理學(xué)家塞貝克(T．J.Secbeck)在研究兩種不同金屬導(dǎo)體構(gòu)成的回路中的電磁效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了熱電動(dòng)勢。經(jīng)法國物理學(xué)家珀?duì)栙N(Peltier)及英國物理學(xué)家湯姆遜(Thomson)的繼續(xù)研究，證明了塞貝克熱電動(dòng)勢是由珀?duì)栙N電動(dòng)勢和湯姆遜電動(dòng)勢兩種熱電動(dòng)勢構(gòu)成的。研究證明，不同材料具有不同的熱電序，它們在不同溫度下的序列有所不同。常用作熱電材料的熱電序如表2－3所示。第84頁/共481頁1．珀?duì)栙N電動(dòng)勢不同材料中自由電子密度是互不相同的。當(dāng)兩種導(dǎo)體截面相接觸時(shí)，在接觸面上必然發(fā)生電子擴(kuò)散，失去電子的一方呈正電位，獲得電子的一方呈負(fù)電位。自由電子擴(kuò)散到一定程度時(shí)達(dá)到動(dòng)平銜，在溫度為T的一端形成一定的接觸電動(dòng)勢EAB(T)，見圖2-3。

第85頁/共481頁EAB(T0)EAB(T)+T0TEA(T，T0)EB(T，T0)AB第86頁/共481頁式中k－玻耳茲曼常數(shù)；

e－電子電荷量；

NA、NB－材料A和B的自由電子密度同樣，在溫度為T0的一端也有接觸電動(dòng)勢EAB(T0)，第87頁/共481頁在回路中的接觸電勢EAB（T，T0）為第88頁/共481頁2．湯姆遜電動(dòng)勢溫差形成的電動(dòng)勢，兩導(dǎo)體A、B的湯姆遜電動(dòng)勢分別為則σ——湯姆遜系數(shù)

第89頁/共481頁綜合上述兩種熱電效應(yīng)所構(gòu)成的溫差電動(dòng)勢，就是不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時(shí)因兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同(T≠T0)所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢，即第90頁/共481頁熱電動(dòng)勢決定于構(gòu)成回路的材料類別與閉合回路中兩個(gè)接點(diǎn)的溫度及溫度差。當(dāng)材料一定時(shí)，熱電勢只是兩個(gè)接點(diǎn)溫度函數(shù)的差值，所以上式可簡單表示為當(dāng)溫度t0＝0℃時(shí)，或t0＝C時(shí)或第91頁/共481頁通常將保持在0℃或某一常數(shù)值的T0端稱為冷端或自由端，用以感測溫度的T端稱為熱端或工作端。從上述分析可見，熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢決定于溫度T、T0及它們之間的溫度差；熱電動(dòng)勢的大小與熱電偶材料的斷面大小無關(guān)；其次，保持冷端為0℃或某一常數(shù)值，是使用熱電偶的前提條件，必須充分注意。

第92頁/共481頁第93頁/共481頁溫標(biāo)溫標(biāo)是表示溫度高低的尺度，簡稱溫標(biāo)。是溫度傳遞的標(biāo)準(zhǔn)，是溫度傳感器與溫度儀表進(jìn)行分度的依據(jù)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)溫度

是表征物體冷熱程度的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。國際溫標(biāo)三個(gè)條件：定義溫度的固定點(diǎn)；復(fù)現(xiàn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)器；內(nèi)插方程式。熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是根據(jù)熱力學(xué)第二定律建立起來的。第94頁/共481頁熱電效應(yīng)珀?duì)栙N電動(dòng)勢湯姆遜電動(dòng)勢第95頁/共481頁由于NA、NB和σA、σB都是與材料相關(guān)的常數(shù)，因而熱電勢可用函數(shù)表示：當(dāng)溫度t0＝0℃時(shí)，或t0＝C時(shí)或從而可見：閉合回路兩結(jié)點(diǎn)間的熱電勢的大小只與兩結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)第96頁/共481頁二、熱電回路的基本定則由熱電效應(yīng)的分析，可得以下幾個(gè)基本定則。1．均質(zhì)材料定則

單一材料導(dǎo)體做成的熱電回路，由于NA＝NB，所以盡管兩接點(diǎn)溫度不同（T≠T0），回路中的總電動(dòng)勢恒等于零。由此可見，熱電回路必須用兩種不同材料做成，NA≠NB，才能反映出溫度的變化。但須注意，如果導(dǎo)體材料不均質(zhì)或局部不均質(zhì)，沿導(dǎo)體有不對(duì)稱的溫度梯度時(shí)，必然產(chǎn)生附加的熱電動(dòng)勢，使熱電偶測溫產(chǎn)生誤差。第97頁/共481頁2．中間導(dǎo)體定則

任何不同材料作成的熱電回路，只要它的接點(diǎn)溫度一致，熱電動(dòng)勢總和等于零。由此可以推論，當(dāng)熱電回路中接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要它們的接點(diǎn)溫度一致，熱電動(dòng)勢總和仍為零。就是說，熱電回路并不因接入第三種導(dǎo)體而影響它的總電動(dòng)勢。

第98頁/共481頁如圖2－4中熱電偶兩種導(dǎo)體A與B，兩端接入第三導(dǎo)體C，假定T＝T0，則回路的總熱電動(dòng)勢為

第99頁/共481頁設(shè)熱端溫度T大于T0，回路的總熱電勢為由前頁式得將上式代入，可得第100頁/共481頁上式表明，接入第三導(dǎo)體后，并不影響熱電回路的總熱電動(dòng)勢，條件是第三導(dǎo)體接入熱電回路的兩個(gè)接點(diǎn)溫度T0相等。這樣就可以用合適的導(dǎo)線自熱電偶冷端引出，并接到溫度顯示記錄或控制儀表上。

另一推論是，任何兩種導(dǎo)體A、B與第三種導(dǎo)體C構(gòu)成熱電偶的電動(dòng)勢分別為EAB，EBC，如圖2－5，則用A、B兩種導(dǎo)體構(gòu)成的熱電回路EAB為第101頁/共481頁從熱電回路各接點(diǎn)的電動(dòng)勢和可知，第102頁/共481頁式（a）、（b）相減得此即第103頁/共481頁這里的第三導(dǎo)體，是采用鉑絲作參考電極，其它熱電極與它配對(duì)，分別在熱端t＝100℃，冷端t＝0℃時(shí)測定其電動(dòng)勢，如表2－4所示，則任何兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢就是它分別與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢之和。鉑絲參考電極稱為標(biāo)準(zhǔn)電極，因此這一推論有的也稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定則。

第104頁/共481頁第105頁/共481頁3．中間溫度定則任何兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體A、B構(gòu)成的熱電偶，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度為T1與T2時(shí)，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為E1；當(dāng)兩接點(diǎn)溫度為T2與T3時(shí)，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為E2。則當(dāng)兩接點(diǎn)溫度為T1與T3時(shí)，熱電回路的總電動(dòng)勢E＝E1+E2，如圖2-6所示。第106頁/共481頁第107頁/共481頁由此可以推論，在某一冷端溫度(通常是在0℃)檢定的熱電偶，經(jīng)適當(dāng)修正，可以在不同冷端溫度的場合下使用。于是，這就給熱電偶的使用帶來了方便，條件是按實(shí)際冷端溫度進(jìn)行適當(dāng)修正。

第108頁/共481頁另一推論是，可以采用與熱電偶熱電特性相同的導(dǎo)線接入熱電回路，將熱電偶的冷端由溫度為T2(見圖2－6)的地方延伸到另一不同溫度T3的地方。這就是延伸熱電偶冷端的原理，給熱電偶的使用帶來極大的方便。

第109頁/共481頁三、熱電極與熱電偶1．熱電極材料熱電極主要是用金屬材料制成，也有用非金屬材料及半導(dǎo)體材料作成的，但應(yīng)用也還不多。對(duì)熱電極材料的要求是：化學(xué)穩(wěn)定性高，物理性能穩(wěn)定，不受環(huán)境氣氛的影響。熱電勢大及靈敏度高，且線性度較好。材料復(fù)制性能優(yōu)良，價(jià)格便宜。電阻溫度系數(shù)低，機(jī)械性能好，便于拉絲與焊接等。第110頁/共481頁顯然，要同時(shí)滿足這些要求的材料是沒有的，但可以根據(jù)實(shí)際需要，如溫度高低、被測介質(zhì)氣氛等實(shí)際情況出發(fā)，總能找到一些合適的材料。常用熱電極材料及其特性列于表2－4中。第111頁/共481頁2．常用熱電偶取不同的熱電極，只要它們的熱電序或熱電動(dòng)勢相差較大，就可以組成合適的熱電偶。我國常用的熱電偶有以下幾種：

(1)銅—康銅（CuNi）熱電偶(T型)這是在氧化、還原與惰性氣氛中都適用的熱電偶。由于熱電極材料均勻、性能穩(wěn)定，在潮濕氣氛及攝氏度零度以下溫度范圍內(nèi)使用，也不會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象。由于銅在500℃時(shí)就會(huì)很快被氧化，故限制在400℃溫度以下使用。這種熱電偶靈敏度高，熱電動(dòng)勢穩(wěn)定，故測溫精度較高，不但可制作普通熱電偶，也可用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。第112頁/共481頁(2)鎳鉻—康銅（CuNi）熱電偶(E型)這是適于在氧化與還原氣氛中使用的熱電偶，特點(diǎn)是熱電動(dòng)勢較大，性能也較穩(wěn)定。試驗(yàn)表明，在核輻射照射下，熱電特性也基本穩(wěn)定，可用于核反應(yīng)堆。由于在還原氣氛或含碳與含硫氣氛中，材料容易變脆，故有人認(rèn)為這種熱電偶不宜在這些氣氛中使用。長期使用溫度在800℃以下，短期使用可達(dá)1100℃。測溫不確定溫度小于400℃，使用時(shí)為±4℃，大于400℃時(shí)，為所測電動(dòng)勢的1％。第113頁/共481頁(3)鎳鉻-鎳鋁(硅)熱電偶(K型)含鉻18~20％的鎳合金具有良好的抗氧化性能，在還原氣氛中的穩(wěn)定性也大大改善。此種熱電偶抗氧化能力強(qiáng)，熱電動(dòng)勢穩(wěn)定性好，材料也不易變脆。在鎳鋁合金中加少量的硅，也會(huì)大大改善抗氧化能力，在還原與氧化氣氛中輸出熱電動(dòng)勢均較穩(wěn)定。因此，這是一種最通用的熱電偶，適于1300℃以下的溫度，測溫不確定度小于400℃時(shí)為±4℃，大于400℃時(shí)為所測電動(dòng)勢的1％。第114頁/共481頁(4)鉑銠10-鉑熱電偶(S型)鉑（Pt）和銠（Rh）都是難以被氧化的高溫金屬，抗氧化能力強(qiáng)，熱電特性穩(wěn)定。由于Pt在1400℃長期使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生晶粒長大現(xiàn)象，不但抗拉強(qiáng)度下降，且在晶粒邊界上易受污染而使熱電特性變化。在還原氣氛中會(huì)很快引起A12O3，MgO及SiO2還原成金屬而向Pt或Pt-Rh合金中擴(kuò)散，不但使材料的熔點(diǎn)下降，且使鉑或鉑合金變脆，熱電動(dòng)勢產(chǎn)生漂移；在含碳與含硫氣氛中，也會(huì)受到污染。使用這種熱電偶時(shí)要注意熱電極所用絕緣材料的氧化處理，在熱爐中使用也要慎重。適于1350℃以下溫度測量，短期使用可達(dá)1600℃。測溫不確定度小于600℃時(shí)為±3℃，

大于600℃時(shí)為所測溫度的±5×10-5。

第115頁/共481頁(5)雙鉑銠熱電偶(B型)Pt的熔點(diǎn)為1772℃，加入Rh后，不但提高材料的熔點(diǎn)，熱電動(dòng)勢的穩(wěn)定性也相應(yīng)提高。試驗(yàn)表明，加入Rh3％，溫度可提高到1800℃，加入Rh10％可提高到1900℃，加入Rh40％可提高到1950℃。由于Rh的加入量增加，材料的機(jī)械強(qiáng)度改善，使用溫度也相應(yīng)提高。雙鉑銠熱電偶有好幾種，我國采用的是PtRh30-PtRh6，其熱電特性曲線在800℃以下很平緩，故當(dāng)冷端溫度不高于50℃時(shí)可以不考慮冷端溫度變化的影響。這種熱電偶可長期用于1750℃，短期使用可達(dá)1800℃。

第116頁/共481頁(6)鎢錸熱電偶(W-Re)W和Re都是難熔金屬，其熔點(diǎn)均在3000℃以上，是高溫測量用的熱電偶。由于W容易氧化，加入Re可以提高材料的抗氧化能力。鎢錸合金有多種，熱電偶的種類也較多，我國采用的是WRe5-WRe20，適于2500℃溫度測量，短期使用可達(dá)2800℃。限于保護(hù)管材料，目前還只能用于2000℃。由于它的抗氧化能力差，適于在氬、氮、氦氣氛中；真空、干燥氫氣或其它有碳存在的還原性氣氛中使用。在氧化性氣氛中使用時(shí)，必須加氣密件良好的外保護(hù)管。第117頁/共481頁(7)其它熱電偶除上述常用的熱電偶外，還有鎢-鉬熱電偶，銥銠（IrRh）50-銥熱電偶，都可用作高溫測量，可使用于2000℃，由于熱電動(dòng)勢較低，故應(yīng)用不廣。非金屬熱電偶如石墨-石墨(晶型不同)，炭化硅-石墨，硼-石墨，氧化鉻-碳化鈮熱電偶等均各有其特點(diǎn)和適用范圍，但并未標(biāo)準(zhǔn)化。其中值得注意的是非金屬熱電偶，它們具有較好的抗腐蝕性能，熱電動(dòng)勢高，熔點(diǎn)也高，在解決高溫鹽浴爐測溫，鋼水、鐵水以及爐渣的溫度測量中可能比較適合，但研究得還不夠。幾種非金屬熱電偶的熱電特性示于圖2-7中。第118頁/共481頁普通熱電偶只適于一般的常規(guī)場合下使用，視不同情況可選擇不同等級(jí)的熱電偶。國產(chǎn)熱電偶的測溫范圍，使用溫度與允許誤差列于表2-5中，使用時(shí)選擇。第119頁/共481頁1．均質(zhì)材料定則

單一材料導(dǎo)體做成的熱電回路，由于NA＝NB，所以盡管兩接點(diǎn)溫度不同（T≠T0），回路中的總電動(dòng)勢恒等于零。2．中間導(dǎo)體定則

任何不同材料作成的熱電回路，只要它的接點(diǎn)溫度一致，熱電動(dòng)勢總和等于零。由此可以推論，當(dāng)熱電回路中接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要它們的接點(diǎn)溫度一致，熱電動(dòng)勢總和仍為零。3．中間溫度定則任何兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體A、B構(gòu)成的熱電偶，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度為T1與T2時(shí)，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為E1；當(dāng)兩接點(diǎn)溫度為T2與T3時(shí)，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為E2。第120頁/共481頁3.熱電偶的一般結(jié)構(gòu)取兩種不同類的熱電極，將它的一端焊接或扭結(jié)妥善，分別套上單芯或雙心的絕緣體，裝在外保護(hù)管內(nèi)，并配一個(gè)接線端子盒即成為一支普通的熱電偶，如圖2-8。熱電極材料是根據(jù)所測溫度的高低決定的，這在前面已經(jīng)介紹了。熱電極的粗細(xì)視實(shí)際需要而定，貴金屬熱電極一般用φ0.3~0.6mm；普通金屬熱電極，工業(yè)生產(chǎn)用的為φ1.5~3.5mm，實(shí)驗(yàn)室用的為φ0.5mm。。

第121頁/共481頁第122頁/共481頁熱電極的長度取決于安裝部位的深度，并和熱交換特點(diǎn)有關(guān)，一般長度在250~3000mm之間。熱電極粗而長，做成的熱電偶自然要笨重些，時(shí)間常數(shù)也較大；相反，則時(shí)間常數(shù)小，反映也靈敏。第123頁/共481頁熱電極的焊接可以用電弧焊，氧焊或接觸焊。熱電極粗的宜用氧焊，焊接應(yīng)將熱電極整理清潔平整，視需要不同采取平頭對(duì)焊或扭結(jié)起來焊接，如圖2－9a、b、c所示。直徑粗的熱電極，扭結(jié)困難，也可用碰頭氧焊，如圖2－9d。使用的焊條應(yīng)與任一熱電極的材料相同。焊好的熱電極整潔光亮，沒有氣孔或氣泡。

第124頁/共481頁第125頁/共481頁絕緣體常用的是瓷珠或瓷管，以套上熱電極為宜，如φ3～3.5mm的熱電極，應(yīng)用芯孔直徑4~4.5mm的瓷珠或瓷管，其外徑為12~14mm，長25~30mm，采用40.5mm的熱電極，宜用芯孔直徑0.8mm，壁厚0.2mm，長5~15mm的單芯或雙芯瓷珠；如采用瓷管絕緣，其長度應(yīng)為500~1000mm，視熱電偶長度選定。

要求絕緣瓷珠或瓷管清潔，不允許粘附有油污或沉積其它贓物。必要時(shí)，使用前應(yīng)在氧化焰或通氧管式爐中將污染物徹底燒去。

第126頁/共481頁熱電偶的外保護(hù)管常用炭鋼、不銹鋼、鉻鋼及陶瓷材料制作。為了防止漏氣，外壁應(yīng)鍍鎳或鍍鉻，可在＜600℃下使用。采用不銹鋼管，可用于900～1000℃；采用高氧化鋁或氧化鋯管，可用于1300～1500℃；采用金屬陶瓷管可用于1600℃。在實(shí)驗(yàn)室條件下，為了獲得溫度的快速響應(yīng)，可以不用外保護(hù)管，直接使用裸露的熱電偶。第127頁/共481頁國產(chǎn)常規(guī)熱電偶的型號(hào)與規(guī)格如表2－6。熱電偶的規(guī)格較多，視所測溫度范圍與使用條件選用不同直徑與長度的熱電偶即可。

外保護(hù)管的底端封閉，是熱電偶的工作端；另一端開口接一個(gè)端子盒，由于實(shí)際狀況不同，上述熱電偶的常規(guī)結(jié)構(gòu)不能滿足需要，如表面溫度測量、高速高溫氣流溫度測量，熔觸金屬溫度測量等，熱電偶的結(jié)構(gòu)就完全不一樣，有的還需要專門設(shè)計(jì)。第128頁/共481頁第129頁/共481頁四、熱電偶的靜態(tài)特性與分度表當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持為0℃時(shí)，熱電偶隨溫度t升高而產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢E，如圖2-10所示。熱電偶輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系稱為熱電偶靜態(tài)特性，通常是用靜態(tài)校正方法得到的。

熱電偶的靜態(tài)特性可用數(shù)值方程的多項(xiàng)式表示第130頁/共481頁第131頁/共481頁一般E的單位為mV，t的單位為℃。

視溫度范圍不同，在三個(gè)或更多個(gè)定點(diǎn)溫度下分別測定熱電動(dòng)勢，即可求出常數(shù)a1、a2、a3、…。對(duì)于不同的熱電偶自然有不同的方程，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算出不同熱電偶的熱電動(dòng)勢與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，稱為熱電偶的分度表。

第132頁/共481頁銅-康銅(T型)熱電偶，當(dāng)冷端溫度為0℃±0.2℃時(shí)，在0~400℃范圍內(nèi)用下式計(jì)算第133頁/共481頁不同熱電偶的分度表分別列于附錄一中，只要測定了熱電動(dòng)勢，即可由分度表查得相應(yīng)的溫度值。配用熱電偶的各種顯示儀表上的標(biāo)尺都是按相應(yīng)的分度表劃分的，故使用時(shí)應(yīng)采用與熱電偶分度號(hào)相同的顯示儀表。

第134頁/共481頁第135頁/共481頁五、特殊形式的熱電偶1．表面溫度熱電偶第136頁/共481頁表面溫度測量有兩個(gè)值得注意的問題，一是表面與周圍的換熱面積大，熱平衡難以建立，測量值并不代表真實(shí)溫度；二是熱電偶與表面的換能面積小，沿?zé)犭娕紟ё叩臒崃看?，測不到真實(shí)溫度。通常指示溫度與真實(shí)溫度存在以下關(guān)系

第137頁/共481頁式中：T表面-T探頭表示表面實(shí)際溫度與探頭測量溫度之差；T表面-T環(huán)境表示表面實(shí)際溫度與自然環(huán)境溫度之差。校正因素z只能通過實(shí)驗(yàn)確定。試驗(yàn)與計(jì)算表明，探頭愈小愈好。為了減小熱損失，適當(dāng)增大熱電偶熱端與被測表面的接觸面積是比較有效的。一般認(rèn)為，熱電極與表面接觸長度不少于熱電極直徑的20倍，才能避免溫度梯度產(chǎn)生熱損失所造成的測溫誤差。表面溫度熱電偶的形式較多，目的都在于力求減小測溫誤差。

第138頁/共481頁2．薄膜熱電偶兩個(gè)熱電極分開以集熱片為熱端集熱片借彈簧張力將它壓在被測表面采用帶狀熱電極第139頁/共481頁

這是近些年發(fā)展起來的微型溫度傳感器，它可以用真實(shí)被膜、化學(xué)涂層或電泳等方式制成，也可用粘貼方式作成片狀。這種熱電偶很小巧，熱容量小，故響應(yīng)速度極快，一般可達(dá)微秒級(jí)。由于制造方式不同，薄膜熱電偶有三種結(jié)構(gòu)。

第140頁/共481頁(1)薄膜狀

采用真空鍍膜法在絕緣基片1上，將碲－鉍等金屬鍍成熱電偶薄層2，再連接引線3。這種熱電偶極薄，厚度只有0.0l～0.1μm，粘貼在被測體上，不會(huì)影響被測表面的溫度，因而發(fā)展極快，應(yīng)用也最多。

第141頁/共481頁(2)針狀這是將一種熱電極做成針狀，除熱端外敷以絕緣層，將另一種熱電極以真空鍍膜方式覆蓋在熱電極表面上，針狀熱電極作為支架使用。這種熱電偶體積相對(duì)大一些，響應(yīng)速度也較慢，但時(shí)間常數(shù)仍為毫秒級(jí)。

(3)片狀

一般用浸酚醛塑料薄膜作基底，將熱電極，如鐵—康銅，細(xì)絲粘在薄膜上構(gòu)成。熱電極作成樹狀，冷端接出引線，這種熱電慣適于測量，熱容量稍大，時(shí)間常數(shù)為毫秒級(jí)。

第142頁/共481頁3．鎧裝熱電偶第143頁/共481頁不同型式的鎧裝熱電偶見圖2-15。熱電極、絕緣體及外保護(hù)管組合成一體的細(xì)長套管式熱電偶，熱電極作為保護(hù)管的芯體，周圍填以絕緣材料，滾壓制成外徑為1～3mm，壁厚0.1~0.6mm，長度可達(dá)百米的一支單芯熱電偶。第144頁/共481頁采用雙芯、四芯或六芯可構(gòu)成l～3支熱電偶。圖b)為接殼型，其響應(yīng)速度較快，耐壓強(qiáng)度高，但不適于有電磁干擾的場合；圖c)、e)為絕緣型，其響應(yīng)速度稍慢，但使用壽命長，抗電磁干擾良好，是應(yīng)用最多的一種；圖d)為裸露型，其熱端直接與被測介質(zhì)接觸，響應(yīng)速度最快，可以用來測量氣體溫度，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。

第145頁/共481頁鎧裝熱電偶的熱電極、絕緣體及外保護(hù)管是整體結(jié)構(gòu)，纖細(xì)小巧，對(duì)被測體溫度場影響較小。更為突出的是其撓性好，彎曲自如，彎曲半徑為套管的直徑的兩倍，可以安裝在難以安裝常規(guī)熱電偶的地方，如密封的熱處理罩內(nèi)或工件箱內(nèi)。鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，抗沖擊、抗震性能良好。就是隨熱處理工件一起落入淬火油內(nèi)，也經(jīng)得起沖擊，在高壓及震動(dòng)場合也能安全使用。鎧裝熱電偶可長可短，可以直接與顯示儀表連接，無須用延伸導(dǎo)線。國產(chǎn)的規(guī)格如表2－7。

第146頁/共481頁4．微型快速熱電偶與鋼水快速測溫專門用于測量高溫液態(tài)金屬的微型熱電偶如圖2－16所示。第147頁/共481頁采用直徑0.05~0.1mm的熱電極，作成熱電偶裝在U型毛細(xì)石英管內(nèi)，熱電極冷端與補(bǔ)償導(dǎo)線相連，并由此引進(jìn)塑料插座，夾在簧片式插頭內(nèi)，以便由此把熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢送到顯示儀表。第148頁/共481頁絕緣水泥具有耐高溫、熱傳導(dǎo)率低、熱穩(wěn)定性好、在室溫下澆鑄成形后無須烘烤和燒結(jié)即可固化使用的材料，如磷酸鎂-石英，磷酸鎂-鋁礬土及磷酸鎂-剛玉耐火水泥。為了澆鑄方便，以紙管作模殼，將致密防火紙管裝好，中間用棉花作底托和底墊，即可將絕緣水泥澆注成形，并將石英毛紉管與鋼幅固定起來，就成為一支微型熱電偶。第149頁/共481頁六、熱電偶測溫回路1．基本測溫回路

熱電偶測溫回路是由熱電偶、連接導(dǎo)線及溫度顯示儀表組成的?；镜臒犭娕紲y溫回路如圖2-17所示。圖a)所測量的溫度為T1，中間參考溫度為T2；圖b)所測量的溫度為Tl與T2之差，參考溫度為T3，都由銅導(dǎo)線將熱電偶連接到顯示儀表上。當(dāng)參考溫度保持在0℃時(shí)，兩個(gè)測溫回路都可應(yīng)用于精密測溫，如不能保證參考溫度為0℃，就不能簡單應(yīng)用。

第150頁/共481頁考慮冷端補(bǔ)償問題CuCuCu第151頁/共481頁2．冷端溫度補(bǔ)償(1)延伸導(dǎo)線法

用延伸導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線如圖2-18所示。貴金屬熱電偶的延伸導(dǎo)線，是采用在0~150℃溫度范圍內(nèi)與熱電偶具有同樣熱電特性的普通金屬材料制成，只要參考溫度在0~150℃范圍內(nèi)，冷端溫度的變化就不會(huì)影響測溫結(jié)果。普通金屬熱電偶用的延伸導(dǎo)線則用與普通金屬熱電偶相同的材料制成，它不受冷端溫度的限制。

第152頁/共481頁第153頁/共481頁這里需特別注意，延伸導(dǎo)線只是將熱電偶的冷端由溫度變化較大的地方延伸到溫度變化較小或基本穩(wěn)定的地方（如儀表控制室)，它并沒有溫度補(bǔ)償作用。延伸導(dǎo)線須視熱電偶類別采用不同的延伸導(dǎo)線，不能混用，更不能接錯(cuò)它的正負(fù)極性。國產(chǎn)熱電偶延伸導(dǎo)線見表2-8。

第154頁/共481頁第155頁/共481頁(2)補(bǔ)償電橋法

熱電偶配用動(dòng)圈表測量溫度時(shí)，應(yīng)采用冷端補(bǔ)償電橋以補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化的影響。熱電偶冷端用延伸導(dǎo)線，將t0延伸到t`0，如圖2-19所示。它安裝在儀表室內(nèi)，就在動(dòng)圈表附近，與動(dòng)圈表溫度t`相同。

第156頁/共481頁Rt第157頁/共481頁電橋設(shè)計(jì)為20℃時(shí)，Rt＝R1＝R2＝R3，電橋處于平衡狀態(tài)，沒有附加電勢輸出，這時(shí)的補(bǔ)償電橋雖然串聯(lián)在熱電回路中，并不影響熱電偶的輸出電動(dòng)勢E。當(dāng)儀表室溫度偏離20℃時(shí)，由于銅電阻Rt的阻值發(fā)生相應(yīng)變化，電橋的平衡被破壞，輸出一附加電動(dòng)勢E0，其值基本上與因溫度t`變化所降低的熱電動(dòng)勢E(t`0)相等，因此通過補(bǔ)償電橋的輸出電動(dòng)勢E并不因t`0變化而受影響，這樣就自動(dòng)補(bǔ)償了熱電偶冷端變化所造成的偏差。

第158頁/共481頁顯然，不同的熱電偶應(yīng)配用不同的補(bǔ)償電橋，國產(chǎn)補(bǔ)償電橋如表2-9所示。補(bǔ)償電橋的正負(fù)極性不能接錯(cuò)，否則影響極大。采用電子電位差計(jì)作熱電偶的顯示儀表時(shí)，由于它的檢測橋路中也有冷端溫度補(bǔ)償電阻，只須用延伸導(dǎo)線將熱電偶冷端連接到電子電位差計(jì)接線端子板上就行了，中間用不著再接入冷端溫度補(bǔ)償電橋。

第159頁/共481頁(3)計(jì)算補(bǔ)正法當(dāng)冷端溫度變化后(t0變化到t`0，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢分別為（a）、（b）兩式相減既其中E(t，t`0)為熱電偶實(shí)際測得的熱電動(dòng)勢，而

E(t`0，t0)為熱電偶冷端溫度由t0變化到t`0相應(yīng)的熱電勢，由熱電偶分度表可查出它對(duì)應(yīng)的溫度值。tt0t`0第160頁/共481頁[例]采用K型熱電偶測量介質(zhì)溫度，實(shí)際測得t＝820℃，t`＝32℃，計(jì)算冷端溫度補(bǔ)正值。由K型熱電偶分度表查得

由分度表查得E(t，t0)＝35.38mV時(shí)，相當(dāng)于849℃?？梢姡捎趖0由0℃變化到32℃時(shí)，所測溫度較真實(shí)溫度偏低29℃。將上式代入（2-26）得第161頁/共481頁

計(jì)算方法比較麻煩，簡單的方法是實(shí)際測量熱電偶冷端溫度或直接以車間平均溫度為補(bǔ)正值，誤差并不大。如上例可取

(820+32)℃＝852℃

較用計(jì)算方法只偏大3℃是允許的。

第162頁/共481頁但此法對(duì)于熱電特性線性度較差的熱電偶不適用。工業(yè)上采用補(bǔ)正系數(shù)K修正，其值如表2-10。由表中可見，采用K型熱電偶，在820℃時(shí)的K＝l.00，計(jì)算結(jié)果相同。但采用S型熱電偶，K＝0.59，應(yīng)補(bǔ)正的溫度只有0.59×32℃＝18.886℃。第163頁/共481頁將熱電偶的冷端置于冰水融體(0℃)或0℃恒溫器中，完全避免冷端溫度變化。這只有在試驗(yàn)研究室條件下才可行。

一般認(rèn)為，實(shí)際冷端溫度t0為多少度就補(bǔ)正多少度的說法是不全面的，應(yīng)按表2-10提供的真值計(jì)算。當(dāng)車間溫度變化不大時(shí)，也可據(jù)此移動(dòng)動(dòng)圈溫度表的機(jī)械零點(diǎn)，以自動(dòng)消除冷端溫度變化帶來的影響。(4)冷端冰點(diǎn)法第164頁/共481頁3．串聯(lián)與并聯(lián)測量回路(1)測量平均溫度

可以采用多支熱電偶測溫，并聯(lián)或串聯(lián)均可，如圖2-2l所示。圖a)表示串聯(lián)N支特性相同的熱電偶，安裝在不同的部位，適于檢測微小的溫度變化。產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為N支熱電偶的熱電動(dòng)勢的總和，靈敏度高。平均溫度則為總熱電動(dòng)勢除以N。串聯(lián)熱電偶易產(chǎn)生短路，不易察覺，這要特別注意。

第165頁/共481頁第166頁/共481頁圖b)表示并聯(lián)N支特性相同的熱電偶，分別安裝在不同的部位，可用以檢測平均溫度。熱電動(dòng)勢E為N支熱電偶的熱電動(dòng)勢的算術(shù)平均值，但不能用來測量溫度分布。應(yīng)當(dāng)注意兩點(diǎn)，一是n支并聯(lián)熱電偶，其電阻值應(yīng)相等；二是如某支熱電偶斷路不易被發(fā)現(xiàn)，若不及時(shí)察覺，會(huì)造成極大的誤差。

第167頁/共481頁(2)測量溫度差

圖2-20c為串聯(lián)N支熱電偶，檢測兩處或兩部分的平均溫度差。特點(diǎn)是串聯(lián)熱電偶的信號(hào)大，很小的溫差也可以測出。N支熱電偶的總電勢除以N即為實(shí)際的溫差電動(dòng)勢值。這種回路不能測實(shí)際溫度，熱電偶短路也難發(fā)現(xiàn)。

第168頁/共481頁4．相變臨界點(diǎn)的溫度測量兩支熱電偶中的一支插在標(biāo)準(zhǔn)試件中，另一支插在被測試件中，兩相串聯(lián)，可以測量被測件的相變臨界點(diǎn)。

第169頁/共481頁5．熱爐內(nèi)溫度檢測點(diǎn)選擇熱爐內(nèi)溫度的分布并不是均勻一致的，熱電偶安裝位置，即測溫點(diǎn)的選擇，在于能盡量真實(shí)反映爐內(nèi)的實(shí)際溫度。大容積熱爐測溫點(diǎn)的選擇更要注意。小容積箱式熱爐，熱電偶應(yīng)布置在爐內(nèi)上方，其熱端盡可能靠近加熱工件或工件框，以不影響操作為宜。

第170頁/共481頁小容積井式爐一般有二或三個(gè)加熱區(qū)，每區(qū)布置一個(gè)測溫點(diǎn)，而以中部靠近料框那支為控溫點(diǎn)比較好。大容積熱爐有多個(gè)加熱段，因而溫度分布不均勻現(xiàn)象更為嚴(yán)重。雖然熱爐在設(shè)計(jì)制造時(shí)充分考慮了溫度分布的不均勻性，并提出了測溫位置，但還應(yīng)該結(jié)合爐子結(jié)構(gòu)及料框等特點(diǎn)綜合考慮，才能測得反映熱工工藝的溫度的適合位置。第171頁/共481頁++第172頁/共481頁考慮到溫度不均勻，在各測量點(diǎn)的溫度值與控溫設(shè)定值必然有差別(稱為不均勻度)。只要能保證在一定范圍內(nèi)還是允許的，對(duì)溫度不均勻度的要求，對(duì)不同材料、不同爐型或不同作業(yè)方式有所不同，不應(yīng)苛求，更不能一概而論，但均以滿足熱工工藝要求為準(zhǔn)。必要時(shí)應(yīng)通過實(shí)測確定。第173頁/共481頁周期作業(yè)爐測溫點(diǎn)一般按爐子直徑與高度確定，井式爐與箱式爐也有區(qū)別，如圖2-21所示。圖中阿拉伯?dāng)?shù)字是熱電偶布置的支數(shù)與測點(diǎn)位置，各點(diǎn)所測溫度相差值均應(yīng)在上述要求范圍以內(nèi)。連續(xù)作業(yè)熱爐中的工件是運(yùn)動(dòng)的，熱電偶可以裝在料盤或料框內(nèi)，其布置如圖2-22。圖中L為有效加熱帶長度，

b為有效加熱帶寬度；L`為料盤或料框長度。如料盤或料框不能裝配熱電偶，也可按周期作業(yè)爐布置測溫點(diǎn)。不同熱爐的有效加熱帶不同，可參閱技術(shù)說明書，結(jié)合熱工工藝要求而定。第174頁/共481頁七、熱電偶的工業(yè)檢定熱電偶名義上是經(jīng)標(biāo)定合格出廠的，但并非每支熱電偶都經(jīng)過校驗(yàn)，因此，使用前最好進(jìn)行檢定，特別是重要的實(shí)驗(yàn)，更是如此。使用一段時(shí)間后，超出允差，也應(yīng)進(jìn)行檢定。檢定方法有定點(diǎn)檢定與比較檢定兩類。這里只概要介紹比較檢定法，這是使用部門容易進(jìn)行的一種方法。

第175頁/共481頁以二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定工業(yè)用鉑銠熱電偶，以工業(yè)三等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠熱電偶或鎳鉻-鎳硅熱電偶檢定工業(yè)用普通熱電偶。不同熱電偶的檢定點(diǎn)分別為鉑銠30-鉑銠61000120014001554(℃)

鉑銠10-鉑60080010001200(℃)

鎳鉻-鎳硅4006008001000(℃)

鎳鉻-考銅

300400(500)600(℃)第176頁/共481頁就是說，只要分別在這幾個(gè)檢定點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行比較就行了。重要的試驗(yàn)，則應(yīng)每隔100℃進(jìn)行檢定。被檢定的熱電偶的測溫誤差在允差以內(nèi)即可繼續(xù)使用。如超過允差，貴金屬熱電偶可以進(jìn)行仔細(xì)的熱清洗、酸洗、水洗、烘干后退火。所謂熱清洗是將鉑銠熱電極伸張?jiān)趯Ｓ眉苌希娂訜郊sl000℃，夾一顆硼砂熔入鉑銠絲，讓其沿絲自然流下。工業(yè)用普通金屬熱電偶超出允差后，通常舍去不用，必要時(shí)也可先進(jìn)行退火處理后進(jìn)行檢定。

第177頁/共481頁1．微差法檢定是在專門的管式檢定爐中進(jìn)行的。管式爐必須有足夠長的等溫段，標(biāo)準(zhǔn)及被檢驗(yàn)的熱電偶必須是同一類型，用鉑絲或鎳鉻絲捆扎在一起，放入等溫段內(nèi)的等溫體—鎳鉻合金塊中，爐溫恒定在檢定溫度±5℃時(shí)進(jìn)行測量，先測標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，再測被檢熱電偶l、2的反向串聯(lián)熱電動(dòng)勢差，每次測量讀數(shù)不少于2次。

第178頁/共481頁微差法檢定，計(jì)算偏差ΔEΔE＝ΔE'十C式中ΔE`－標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被檢熱電偶反向串聯(lián)在檢定點(diǎn)讀數(shù)的平均電動(dòng)勢差；C－標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在該檢定溫度下的修正值(在標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定證書上給出。見書中p45例)。

第179頁/共481頁2．比較法(雙極法)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被檢熱電偶可以是不同類型。把它們的熱端放在等溫塊內(nèi)，在檢定點(diǎn)恒溫，溫度變化小于0.2℃，按：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶→被校1→被檢2→……，每個(gè)檢定點(diǎn)按此次序正反方向測量不少于兩次，求平均值。核定系統(tǒng)如圖2－23所示。第180頁/共481頁第181頁/共481頁被測熱電偶的分度偏差ΔE，按下式計(jì)算

ΔE＝E`-(E十C)式中E`－被檢熱電偶在檢定點(diǎn)讀數(shù)平均值；

E－標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)讀數(shù)平均電動(dòng)勢值；

C－修正值，在檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在分度表上的電動(dòng)勢值E‘0與檢定書上的電動(dòng)勢值E0之差，即C＝E`0－E0。第182頁/共481頁八、熱電偶測溫系統(tǒng)的誤差分配熱電偶在正確安裝和使用條件下，測溫誤差來源有三個(gè)方面：熱電偶基本誤差，冷端溫度變化誤差及配用顯示控制儀表的誤差。這些誤差是制定熱處理溫度的依據(jù)，雖然它們具有隨機(jī)性，但可按其允許誤差計(jì)算。這里討論的方法，原則上都適用于其它參量檢測。

第183頁/共481頁(1)熱電偶的分度誤差這是因?yàn)闊犭娕际前串a(chǎn)品批量統(tǒng)一分度的，不可避免存在誤差。一般可按其允許誤差從表2－5中查得。(2)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償誤差工業(yè)應(yīng)用中不可能將冷端保持在0℃，就是在實(shí)驗(yàn)室條件下也可能有波動(dòng)。用延伸導(dǎo)線，基本誤差由表2－8中查得。采用冷端溫度補(bǔ)償電橋，由表2－9中查得。(3)顯示儀表誤差

無論是動(dòng)圈表或自動(dòng)平衡儀表，都因儀表的等級(jí)與測量范圍不同，產(chǎn)生誤差，可從表2－11中查出。

第184頁/共481頁熱電偶測溫回路CuCuCu第185頁/共481頁冷端溫度補(bǔ)償主要方法有三種-電橋補(bǔ)償、計(jì)算補(bǔ)正法和冷端冰點(diǎn)法檢定熱電偶常用方法微差法-同質(zhì)電偶反向串聯(lián)

ΔE＝ΔE'十C比較法-可以不同質(zhì)熱電偶比較

ΔE＝E`-(E十C)延伸導(dǎo)線法-只是將熱電偶的冷端由溫度變化較大的地方延伸到溫度變化較小或基本穩(wěn)定的地方，它并沒有溫度補(bǔ)償作用第186頁/共481頁§2—3熱

電

阻金屬材料一般具有正溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，金屬導(dǎo)體的電阻增大，因此可選用測定金屬導(dǎo)體的電阻變化的儀表，用來測定導(dǎo)體所感受的溫度，這就是電阻溫度計(jì)。制作電阻溫度計(jì)的材料，應(yīng)具有以下條件，即溫度系數(shù)較高，電阻溫度關(guān)系線性良好，材料的化學(xué)與物理性能穩(wěn)定，容易提純且復(fù)制與機(jī)械加工性能好等。目前能滿足上述要求的，并且應(yīng)用最廣的有銅絲、鉑絲電阻，也有用鎳絲的。電阻溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2－24所示。

第187頁/共481頁第188頁/共481頁第189頁/共481頁一、銅電阻銅容易加工提純，拉絲也容易，是應(yīng)用最早最多的一種。由于銅易受氧化，故只宜在-50～+100℃范圍內(nèi)使用，最高不得超過150℃。銅電阻一般是在直