自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)4-溫度檢測

4溫度檢測自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第二版化學(xué)工業(yè)出版社Contents4.1測溫方法及溫標(biāo)4.2接觸式測溫4.3非接觸式測溫4.4光纖溫度傳感器4.5測溫實(shí)例4.1.1測溫原理及方法測溫原理測溫方式接觸式：傳熱和對流，熱接觸，破壞被測對象熱平衡，置入誤差，對測溫元件要求高非接觸式：熱輻射，響應(yīng)快，對被測對象干擾小，可測高溫、運(yùn)動對象，強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕4.1.1測溫原理及方法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(zhì)的蒸氣壓變化玻璃液體溫度計-100～600壓力式溫度計-100～500利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計-80～600熱電類利用熱電效應(yīng)熱電偶-200～1800電阻類固體材料的電阻隨溫度變化鉑熱電阻-260～850銅熱電阻-50～150熱敏電阻-50～300其他電學(xué)類半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)集成溫度傳感器-50～150晶體的固有頻率隨溫度而變化石英晶體溫度計-50～120光纖類利用光纖的溫度特性或作為傳光介質(zhì)光纖溫度傳感器-50～400非接觸式測溫光纖輻射溫度計200～4000輻射類利用普朗克定律光電高溫計800～3200輻射傳感器400～2000比色溫度計500～3200溫度檢測方法的分類4.1.2溫標(biāo)溫標(biāo)：衡量溫度的標(biāo)尺，規(guī)定溫度起點(diǎn)及基本單位經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)：冰點(diǎn)32°F，水沸點(diǎn)212°F攝氏溫標(biāo)：冰點(diǎn)0℃，水沸點(diǎn)100℃換算關(guān)系：4.1.2溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)熱力學(xué)溫度：符號，單位開爾文，K攝氏溫度：符號

，單位攝氏度，℃ITS-90國際溫標(biāo)規(guī)定了17個定義固定點(diǎn)三相點(diǎn)：三相共存熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)：固液共存沸點(diǎn)：氣液共存4.2.1熱電偶測溫4.2.1.1測溫原理基于熱電效應(yīng)閉合回路中的總熱電勢：一定時，，4.2.1熱電偶測溫T端：測量端或熱端

端：參比端或冷端熱電偶產(chǎn)生熱電勢的條件是兩種

不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路，兩端

接點(diǎn)處的溫度不同熱電勢大小只與熱電極材料及兩端

溫度有關(guān)，與熱偶絲的粗細(xì)長短無關(guān)熱電極材料確定以后，熱電勢大小

只與溫度有關(guān)熱電效應(yīng)原理4.2.1熱電偶測溫4.2.1.2熱電偶的應(yīng)用定則1）均質(zhì)導(dǎo)體定則：同種均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路不能產(chǎn)生熱電勢2）中間導(dǎo)體定則：熱電偶回路中介入中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對熱電偶回路的總熱電勢值沒有影響3）中間溫度定則：4.2.1熱電偶測溫4.2.1.3常用工業(yè)熱電偶1）鉑銠合金、鉑系列熱電偶2）廉價金屬熱電偶3）難融合金熱電偶4.2.1熱電偶測溫4.2.1.4工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)型式1）普通型熱容量大，熱慣性大，對溫度變化的響應(yīng)慢1—熱電偶接點(diǎn)；2—瓷絕緣套管；3—不銹鋼套管；4—安裝固定件；5—引線口；6—接線盒4.2.1熱電偶測溫4.2.1.4工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)型式2）鎧裝型熱容量小，熱慣性小，對溫度變化的響應(yīng)快，撓性好，可彎曲，可安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合鎧裝熱電偶工作端的結(jié)構(gòu)4.2.1熱電偶測溫4.2.1.5熱電偶參比端溫度的處理參比端溫度不恒定會引入誤差1）補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法的測量回路1—測溫接點(diǎn)；2—補(bǔ)償導(dǎo)線；3—冷端；4—銅導(dǎo)線；5—測溫儀表4.2.1熱電偶測溫2）參比端溫度測量計算法：

測量參比端溫度，對原公式進(jìn)行修正3）參比端恒溫法：

保持參比端溫度恒定為已知溫度4.2.1熱電偶測溫4）補(bǔ)償電橋法：利用不平衡電橋產(chǎn)生相應(yīng)電勢，補(bǔ)償熱電偶由于參比端溫度變化而引起的熱電勢變化。補(bǔ)償電橋4.2.2熱電阻測溫基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性4.2.2.1金屬熱電阻電阻溫度系數(shù)熱電阻材料：電阻溫度系數(shù)和電阻率較大（鉑，銅等）鉑熱電阻：

時，

時，電阻和溫度的關(guān)系呈平滑特性，可建立分度表方便計算。4.2.2熱電阻測溫3）熱電阻結(jié)構(gòu)：(a)普通型；(b)鎧裝型熱電阻結(jié)構(gòu)(a)普通型(b)鎧裝型1—電阻體；2—瓷絕緣套管；3—不銹鋼套管；4—安裝固定件；5—引線口；6—接線盒；7—芯柱；8—電阻絲；9—保護(hù)膜；10—引線端4.2.2熱電阻測溫4）熱電阻引線方式：二線制，三線制，四線制精度遞增熱電阻的測量4.2.2熱電阻測溫4.2.2.2熱敏電阻用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作

為電阻體的溫敏元件溫度檢測主要用負(fù)溫度系數(shù)優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)是金屬

電阻的十幾倍，靈敏度高；

引線電阻對測溫沒有影響；

體積小，響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長各種熱敏電阻特性4.2.3集成溫度傳感器晶體管基極——射極正向壓降隨溫度升高而減少

V1、V2：鏡像管

V3、V4：溫度檢測用晶體管，

二者發(fā)射極面積比為m

R、m一定時，輸出電流與

溫度有良好的線性關(guān)系

集成溫度傳感器原理圖4.3.1輻射測溫原理4.3.1.1普朗克定律：絕對黑體的單色輻射強(qiáng)度與波長及溫度的關(guān)系4.3.1.2維恩位移定律：單色輻射強(qiáng)度的峰值波長與溫度的關(guān)系4.3.1.3絕對黑體的全輻射定律4.3.2輻射測溫儀表的基本組成及常用方法各種輻射測溫系統(tǒng)一般只接收一定波長范圍內(nèi)的輻射能輻射測溫常用方法：亮度法，全輻射法，比色法，多色法輻射測溫儀表主要組成框圖4.3.3輻射測溫儀表4.3.3.1光電高溫計：通過測量某一波長下物體輻射亮度的變化測知其溫度光電高溫計的工作原理1—物鏡；2—孔徑；3，5—孔；4—光電器件；6—遮光板；7—調(diào)制片；8—永久磁鐵；9—激磁繞組；10—透鏡；11—反射鏡；12—觀察孔；13—前置放大器；14—主放大器；15—反饋燈；16—電位差計；17—被測物體4.3.3輻射測溫儀表4.3.3.2輻射溫度計依據(jù)全輻射定律，敏感元件感受物體的全輻射能量來測知物體的溫度透鏡式和反射鏡式的示意1—光闌；2—檢測元件；3—輸出端子；4—外殼；5—反射聚光鏡；6—透鏡4.3.3輻射測溫儀表4.3.3.3比色溫度計利用被測對象的兩個不同波長（或波段）光譜輻射亮度之比實(shí)現(xiàn)輻射測溫單通道、雙通道、色敏型維恩位移定律單通道型比色溫度計原理1—物鏡；2—調(diào)制盤；3—檢測元件；4—放大器；5—計算電路；6—顯示儀表；7—馬達(dá)；8—濾光片4.3.4輻射測溫儀表的表觀溫度輻射儀表的表觀溫度是指在儀表工作波長范圍內(nèi)，溫度為T的輻射體的輻射情況與溫度為TA的黑體的輻射情況相等，則TA就是該輻射體的表觀溫度亮度溫度輻射溫度比色溫度敏感元件（或能量傳輸介質(zhì)）：光纖型式：接觸式和非接觸式，功能型和非功能型特點(diǎn)：電絕緣性能好，可彎曲，可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光探頭構(gòu)成：光源激勵、光源、光纖（含敏感元件）、光檢測器、光電轉(zhuǎn)換及處理系統(tǒng)、連接件4.4.1液晶光纖溫度傳感器原理：液晶的“熱色”效應(yīng)4.4.2熒光光纖溫度傳感器原理：熒光材料的熒光強(qiáng)度隨溫度而變化，或熒光強(qiáng)度的衰變速度隨溫度而變化4.4.3半導(dǎo)體光纖溫度傳感器原理：半導(dǎo)體的光吸收響應(yīng)隨溫度而變化，根據(jù)透過半導(dǎo)體的光強(qiáng)變化檢測溫度半導(dǎo)體材料透光率與溫度的特性4.4.3半導(dǎo)體光纖溫度傳感器半導(dǎo)體光纖溫度傳感器的裝置簡圖及探頭結(jié)構(gòu)1—光源；2—光纖；3—探頭；4—光探測器；5—不銹鋼套；6—半導(dǎo)體吸收元件4.4.4光纖輻射溫度計原理和分類與普通的輻射測溫儀表類似短波，亮度法或比色法光纖輻射溫度計1—光纖頭；2—耦合器；3—光纖；4—信號處理單元光纖敏感探頭的多種形式(a)直型(b)楔型(c)帶透鏡型(d)黑體型4.5.1管道內(nèi)流體溫度的測量接觸式測溫測點(diǎn)位置；插入深度；減少高溫管道測點(diǎn)的熱損失幾種常見測溫元件安裝方式4