測量技術中的溫檢測實用教案

1、溫度是國際(guj)單位制中七個基本物理量之一。溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當兩個物體互為熱平衡時其溫度相等。溫度的微觀概念是大量(dling)分子運動的平均強度的表示。分子運動愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。10.0 序 (Introduction)第1頁/共48頁第一頁，共49頁。10.1 溫度(wnd)標準和測量方法 (Temperature Standard and Its Measuring Method)10.1.1 溫度溫度(wnd)的測量方法的測量方法 接觸式測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換達到熱平衡，這時，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表(dibio)

2、了被測對象的溫度值。非接觸測溫通過輻射進行熱交換，可避免接觸測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 溫度測量可分為接觸式和非接觸式測量。 接觸式測溫直觀可靠。但因測溫元件與被測介質(zhì)之間的熱交換需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象；受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。感溫元件會影響被測溫度場的分布，接觸不良等也會帶來測量誤差。另外，腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。第2頁/共48頁第二頁，共49頁。測量方式 儀表名稱測溫

3、原理精度范圍特點測溫范圍/接觸式測溫儀表雙金屬溫度計固體熱膨脹變形量隨溫度變化12.5 結構簡單，指示清楚，讀數(shù)方便；精度較低，不能遠傳-100600一般-80600壓力式溫度計氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化12.5 結構簡單可靠，可較遠距離傳輸T0），則在回路中會產(chǎn)生電流。這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應或塞貝克效應，相應的電動勢稱為塞貝克電動勢。回路中產(chǎn)生的熱電動勢大小僅與組成回路的兩種導體或半導體A、B的材料性質(zhì)及兩個接點的溫度T、T0有關，熱電動勢用符號EAB(T, T0)表示。 第9頁/共48頁第九頁，共49頁。在熱電偶回路中，產(chǎn)生(chnshng)的熱電動勢由兩部分組成：溫差

4、電動勢和接觸電動勢。 l 溫差(wnch)電勢 + + A + TT0EsEA(T, T0)當一根(y n)均質(zhì)金屬導體 A上存在溫度梯度時，處于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，所以從高溫端向低溫端移動的電子數(shù)比從低溫端向高溫端移動的電子數(shù)多得多。結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負電，在高、低溫兩端之間便形成一個從高溫端指向低溫端的靜電場Es 。這個靜電場將阻止電子進一步從高溫端向低溫端移動，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移而建立相對的動態(tài)平衡。此時，在導體兩端產(chǎn)生的電位差稱為溫差電動勢。 溫差電動勢用 EA(T, T0)表示。括號中T和T0的順序決定了電動勢的方向。 ),(

5、),(0A0ATTETTE熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (2/17)第10頁/共48頁第十頁，共49頁。TTTTNTNeKTTE0)(d)(1),(AA0A式中： EA(T, T0)和EB(T, T0) 導體(dot)A和B在兩端溫度分別為T和T0時的 溫差電動勢； e 電子電荷量，e=1.61019C。 K 玻爾茲曼常數(shù)，K1.381023J/K。 NA(T)和NB(T) 金屬導體(dot)A和B在溫度為T時的電子密度。 上述兩式表明，溫差電動勢的大小(dxio)只與導體的種類及導體兩端溫度。EA(T, T0)可表示(biosh)為TTTTNTNeKTTE0)(d)(1),(BB0B同理：熱電偶

6、溫度計熱電偶溫度計 (3/17)第11頁/共48頁第十一頁，共49頁。l 接觸電勢 +A +EsEAB(T) B當兩種不同導體A、B接觸時，由于兩者電子密度不同，如 NA NB，則在接觸面處產(chǎn)生自由電子擴散現(xiàn)象，從A到B擴散的電子數(shù)比從B 到A的多，導致導體 A、B接觸處形成一個由A到B的靜電場Es ，阻止電子擴散的繼續(xù)進行，并加速(ji s)電子向相反的方向轉(zhuǎn)移。當電子擴散的能力與靜電場的阻力達到動態(tài)平衡時， A 、B 之間所形成的電位差稱為接觸電動勢。A和B的接觸點在溫度為T時的接觸電動勢用符號EAB(T)表示，其腳注AB的順序(shnx)代表電位差的方向。)()(ln)(BAABTNTN

7、eKTTE式中：e 電子電荷量，e=1.61019 C。 K 玻爾茲曼常數(shù)，K1.381023 J/K。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (4/17)第12頁/共48頁第十二頁，共49頁。l 熱電偶回路(hul)的熱電動勢 當兩種不同的均質(zhì)導體A和B首尾相接組成閉合回路時，如果 NA NB， 而且T T0，則在這個回路內(nèi)，將會產(chǎn)生兩個接觸電動勢EAB(T)、 EAB(T0)和兩個(lin )溫差電動勢EA(T，T0)、 EB(T，T0)。熱電偶回路(hul)的熱電動勢EAB(T，T0)為),()(),()(),(0A0AB0BAB0ABTTETETTETETTETTTTNTNeKTNTNeKT0)(

8、d)(1)()(lnBBBATTTTNTNeKTNTNeKT0)(d)(1)()(lnAA0B0A0TTNTNeKTTETTd)()(ln),(0BA0AB即熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (5/17)第13頁/共48頁第十三頁，共49頁。由于溫差電動勢比接觸電動勢小，而又有T T0，所以在總電動勢EAB(T, T0)中，EAB(T)所占的比例最大，總電動勢方向(fngxing)取決于 EAB(T) 的方向(fngxing)。在熱電偶的回路中，因NA NB，所以導體A為正極，B為負極。易見當熱電極的材料一定時，熱電偶的總電動勢EAB(T, T0)僅是兩個接點溫度T和T0的函數(shù)(hnsh)差，可表示為

9、TTNTNeKTTETTd)()(ln),(0BA0AB由式：)()(),(0ABAB0ABTfTfTTE若 T0 恒定，則 fAB(T0)為常數(shù)(chngsh)，熱電動勢只與熱電偶測量端的溫度 T 成單值函數(shù)關系，即)()(),(ABAB0ABTCTfTTE通常，熱電偶的熱電動勢與溫度的關系，都是規(guī)定熱電偶冷端溫度為 0 時，按熱電偶的不同種類，分別列成表格形式，這些表格稱為熱電偶的分度表。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (6/17)第14頁/共48頁第十四頁，共49頁。10.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律l 均質(zhì)導體(dot)定律 如果只用一種均質(zhì)導體(dot)組成閉合回路，則不論其導體

10、(dot)是否存在溫差，回路中均不會產(chǎn)生電流（即不產(chǎn)生電動勢）；反之，如果回路中出現(xiàn)電流，則證明此導體(dot)是非均質(zhì)的。 推論 1：組成熱電偶的材料必須(bx)是均質(zhì)導體，否則將會給測量帶來附加誤差。推論 2：熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的導體或半導體A、B組成，否則即使兩結點的溫度不同，在回路中也不會產(chǎn)生溫差電動勢。 l 中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料的導體后，只要中間接入的導體兩端具有相同的溫度，就不會影響熱電偶的熱電動勢。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (7/17)第15頁/共48頁第十五頁，共49頁。l 中間(zhngjin)溫度定律 熱電偶AB在接點溫度(wnd)為T1、

11、T3時的熱電動勢 EAB(T1, T3)等于熱電偶 AB在接點溫度(wnd)為T1、T2和T2、T3時熱電動勢EAB(T1, T2)和EAB(T2, T3)的代數(shù)和，即 EAB(T1, T3)EAB(T1, T2)EAB(T2, T3)中間溫度定律為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎。而且，這條基本定律也是工業(yè)測溫中應用(yngyng)補償導線的理論依據(jù)，因為只要匹配與熱電偶的熱電性質(zhì)相同的補償導線，便可使熱電偶的冷端遠離熱源，而不影響熱電偶的測量精度。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (8/17)第16頁/共48頁第十六頁，共49頁。10.2.3 標準化熱電偶標準化熱電偶l 標準化熱電偶 工業(yè)用熱電

12、極材料應滿足以下要求：1) 物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，溫差電特性(txng)顯著，復現(xiàn)性好，同種材料的電極之間具有良好的互換性，且不為測溫介質(zhì)所腐蝕，高溫下不被氧化。2) 電阻溫度系數(shù)小，電導率高，組成電偶對輸出的溫差電動勢大，且與溫度呈線性或簡單的函數(shù)關系(gun x)，以便于提高儀表的靈敏度和準確度，并便于儀表的刻度和測量。3) 材質(zhì)均勻，塑性(sxng)好，易拉絲，成批生產(chǎn)。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (9/17)第17頁/共48頁第十七頁，共49頁。n 鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號B）也稱雙鉑銠熱電偶，是典型的高溫熱電偶。以鉑銠30（ 鉑 70% ，銠30%）為正極(zhngj)，鉑銠6（

13、鉑 94%，銠 6%）為負極。由于兩個熱電極都是鉑銠合金，因而提高了抗污染能力和機械強度，在高溫下其熱電特性較為穩(wěn)定，宜在氧化性和中性介質(zhì)中使用。長期使用的最高溫度(wnd)可達1 600 ，短期使用溫度(wnd)可達1 800 。這種熱電偶的熱電動勢較小，因此冷端溫度在40以下使用時，一般不必(bb)進行冷端溫度的補償。 n 鉑銠10-鉑熱電偶（分度號S）鉑銠10為正極，純鉑絲為負極。適宜在氧化性及中性介質(zhì)中長期使用。其測溫上限長期使用可達1 300 ，短期可達1 600 。缺點：熱電動勢較小，價格昂貴，機械強度低；不宜在還原性介質(zhì)中使用。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (10/17)第18頁/

14、共48頁第十八頁，共49頁。n 鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號K） 以鎳鉻合金為正極，鎳鋁 (或鎳硅)合金為負極，是一種廉價金屬熱電偶。具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性；復現(xiàn)性較好；熱電動勢大；熱電動勢與溫度關系近似于線性關系；其成本(chngbn)較低，雖然測量精度不高，但能滿足工業(yè)測溫的要求，是工業(yè)上最常用的熱電偶；其長期使用的最高溫度為1 000 ，短期使用溫度可達1 200 。 n 鎳鉻-康銅(kn tn)熱電偶（分度號F） 以鎳鉻合金為正極，康銅(含鎳40%的鎳銅合金)為負極。由于康銅在高溫下容易氧化(ynghu)，其測溫范圍為 -200870 。熱電動勢大，價格便宜，低溫下性能穩(wěn)

15、定，尤其適宜在0 以下使用。 n 銅-康銅熱電偶（分度號T） 以純銅為正極，康銅為負極，其測溫范圍為 -200300 。銅熱電極容易氧化，一般在氧化性氣體中使用不宜超過300 。其熱電動勢較大，熱電特性良好，材料質(zhì)地均勻，成本低。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (11/17)第19頁/共48頁第十九頁，共49頁。l 熱電偶的結構(jigu) 普通型熱電偶 由熱電極、絕緣子、保護套管及接線盒四部分組成。常用(chn yn)的有螺紋和法蘭兩種連接方式，還有卡套等連接方式。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (12/17)第20頁/共48頁第二十頁，共49頁。鎧裝(ki zhun)熱電偶 將熱電偶絲與絕緣材料及

16、金屬套管經(jīng)整體復合拉伸工藝加工而成可彎曲的堅實組合體。鎧裝熱電偶較好地解決了普通熱電偶體積及熱慣性較大(jio d)，在彎曲結構復雜的對象上不便安裝等問題 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (13/17)第21頁/共48頁第二十一頁，共49頁。l 熱電偶的冷端補償(bchng)熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢與兩端溫度有關。只有將冷端的溫度恒定，熱電動勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實際應用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，且受到周圍(zhuwi)環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。為此，必須采取一些相應的措施進行補償或修正。n 冰浴法 將熱電偶冷端置于冰點恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0時進行測溫。冰浴法適用(sh

17、yng)于實驗室或精密溫度測量。 n 冷端溫度修正 熱電偶分度表是以冷端溫度為 0 為基礎而制成的，如果直接利用分度表，根據(jù)顯示儀表的讀數(shù)求得溫度必須使冷端溫度保持為0。如果冷端溫度不為0，如冷端溫度恒定在T0 0 時，則測得的熱電勢將小于該熱電偶的分度值，為了求得真實溫度，可利用 EAB(T1, T3) EAB(T1, T2)EAB(T2, T3)修正。熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (14/17)第22頁/共48頁第二十二頁，共49頁。n 冷端補償(bchng)導線 用補償導線代替部分熱電偶絲作為(zuwi)熱電偶的延長部分，使冷端移到離開被測介質(zhì)較遠的地方。補償導線的熱電特性須與所取代的熱電偶

18、絲一樣。 補償導線在測溫回路中的連接 注意，對于具有(jyu)補償導線的熱電偶，其冷端溫度應該是補償導線的末端溫度。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (15/17)第23頁/共48頁第二十三頁，共49頁。常用(chn yn)熱電偶補償導線熱電偶名稱補償導線工作端為100 冷端為0 時的標準熱電勢/mV正極負極材料顏色材料顏色鉑銠-鉑銅紅鎳銅白0.640.03鎳鉻-鎳硅銅紅康銅白4.100.15鎳鉻-康銅鎳鉻褐綠康銅白6.950.30銅-康銅銅紅康銅白4.100.15熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (16/17)第24頁/共48頁第二十四頁，共49頁。n 冷端補償器 利用(lyng)不平衡電橋所產(chǎn)生的不平衡

19、電壓來補償熱電偶參考端溫度變化而引起的熱電動勢的變化。 限流電阻 冷端溫度與電阻 Rcu 所處(su ch)的溫度一致。在常溫下（取冷端溫度t0 20 ）使電橋平衡，當t0偏離20 ，如 t0升高(shn o)時，Rcu 隨t0 升高(shn o)而增大，則橋路輸出uab也隨之增大, 而熱電偶回路中的總熱電動勢隨 t0 的升高(shn o)而減小。適當選擇橋路電流, 使uab的改變量與熱電動勢的改變量相同，使uab與熱電動勢疊加后保持電動勢不變，從而實現(xiàn)冷端補償。 采用這種溫度補償電橋時，應將顯示儀表的零位預先調(diào)整到電橋平衡溫度。 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 (17/17)第25頁/共48頁第二

20、十五頁，共49頁。10.3 熱電阻溫度計 (Thermo-Resistor Based Thermometer)金屬材料或半導體材料的電阻值會隨著溫度而變化，電阻值和溫度之間具有(jyu)單一的函數(shù)關系。利用這一函數(shù)關系來測量溫度的方法，稱為熱電阻測溫法，而用于測溫的材料稱為熱電阻。熱電阻性能穩(wěn)定(wndng)，測量精度高。工業(yè)上廣泛用于測量-200850 范圍內(nèi)的溫度。制作電阻的金屬和合金應具有以下條件：溫度系數(shù)較高，電阻溫度關系線形良好，材料的化學與物理性能穩(wěn)定，容易提純和復制，機械加工性能好等。常用熱電阻的金屬材料有鉑、銅、鎳、銦、銠等。半導體材料電阻主要(zhyo)有鍺電阻、熱敏電阻、

21、碳電阻等。按感溫元件的材料分，熱電阻可分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。第26頁/共48頁第二十六頁，共49頁。10.3.1 金屬金屬(jnsh)電阻溫度計電阻溫度計l 電阻(dinz)溫度系數(shù)熱電阻材料應具有較高的電阻溫度系數(shù)（ 值）。金屬的純度(chnd)對電阻溫度系數(shù)影響很大，純度(chnd)越高， 值越大。溫度系數(shù)的定義為1001) 1(100010000100RRRRRR0和R100分別為0 和100 時熱電阻的電阻值。 鉑的純度通常用W(100)= R100/R0表示， R100/R0越大，純度越高， 值也越大。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (2/12)第27頁/共48頁第二十七頁

22、，共49頁。n 鉑熱電阻 鉑絲具有下列特點：純度高、物理化學性能(xngnng)穩(wěn)定、電阻值與溫度之間線性關系好、電阻率高、機械加工性能(xngnng)好、長時間穩(wěn)定的復現(xiàn)性可達0.000 1 K。 通常(tngchng)使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為 100 ， 電阻變化率為0.385 1 /。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（ -200850 ）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計（涵蓋國家和世界基準溫度）供計量和校準使用。鉑電阻溫度(wnd)/電阻特性： )100(1 320ttCBtAtRRt)1 (20BtAtRRt

23、(-200 t0 ) (0 t850 )式中：Rt為t時的電阻值； R0為0時的電阻值；A、B、C為與鉑純度有關的分度常數(shù)。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (3/12)第28頁/共48頁第二十八頁，共49頁。n 銅熱電阻 工業(yè)用銅熱電阻(dinz)的測溫范圍為 -50150 ，它的電阻(dinz)-溫度關系可以近似表示為 )1 (0tRRt銅熱電阻溫度計的優(yōu)點是價格便宜，容易得到較純的銅。它具有較高的電阻溫度系數(shù) ，而且(r qi)電阻和溫度的關系是線性的。國內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的分度號有Cu50和Cu100兩種，其 R0 分別(fnbi)為50 和100 。 缺點是容易氧化，因此只能在較低溫度和無水

24、分及無腐蝕性的環(huán)境下工作。它的電阻率小，因此銅熱電阻的體積大，熱慣性也大。熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (4/12)第29頁/共48頁第二十九頁，共49頁。n 普通(ptng)熱電阻l 熱電阻的結構(jigu)普通熱電阻n 鎧裝(ki zhun)熱電阻鎧裝熱電阻1不銹鋼管；2感溫元件；3內(nèi)引線；4氧化鎂絕緣材料熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (5/12)第30頁/共48頁第三十頁，共49頁。n 熱電阻引線(ynxin)兩線制：在熱電阻的兩端各連一根導線的引線形式為兩線制。這種引線形式配線簡單，但要帶入引線電阻的附加誤差，用于測量精度(jn d)要求不高的場合，并且導線的長度不宜過長。三線制：在熱電阻的一

25、端連接(linji)兩根導線的引線，另一端連接(linji)一根引線，這種引線形式為三線制。設與熱電阻Rt連接的三根引線阻值均為r。電橋平衡時， )()(312rRRrRRt如果R1=R2，則有 Rt=R3 ，即 r 的存在不影響電橋平衡。該連接方法可以消除引線電阻的附加誤差，精度高于兩線制，應用很廣。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (6/12)第31頁/共48頁第三十一頁，共49頁。四線制：在熱電阻的兩端(lin dun)各連兩根導線的引線形式為四線制，在高精度測量時采用。 由恒流源供給的已知電流I 流過熱電阻 Rt ，使其產(chǎn)生電壓降U，電位差計測得 U ，便可得到Rt（Rt U/I ）。盡管(

26、jn gun)引線存在電阻，但有電流流過的引線上，電壓降 rI 不在測量范圍內(nèi)； 連接電位差計的引線雖然存在電阻， 但沒有電流流過， 所以四根引線的電阻對測量均無影響。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (7/12)第32頁/共48頁第三十二頁，共49頁。l 熱電阻測溫電路(dinl)R1、R2和R3是固定電阻， Rt是熱電阻， Rref 和RFS是錳銅電阻，兩者分別等于熱電阻在起始溫度(wnd)（如0）及滿度（如100）時的電阻值。首先將開關T接在位置“1”，調(diào)節(jié)R0使指示儀表指示為零；然后將開關T接在位置“3”，調(diào)節(jié)RF 使指示儀表滿度偏轉(zhuǎn)；最后將開關T接在位置“2”上，就可以正常工作。 熱電阻溫

27、度計熱電阻溫度計 (8/12)第33頁/共48頁第三十三頁，共49頁。10.3.2 半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻(r mn din z)熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的多晶半導體感溫元件，由過渡(gud)金屬氧化物的混合物組成。根據(jù)熱敏電阻(r mn din z)的溫度特性劃分，熱敏電阻(r mn din z)有負溫度系數(shù)熱敏電阻(r mn din z)，正溫度系數(shù)熱敏電阻(r mn din z)和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(r mn din z)。用于低溫的元件是由錳、鎳、鈷、銅、鉻、鐵等復合氧化物燒結而成，具有負溫度系數(shù)。用于高溫的元件是由氧化鈷等稀土元素的氧化物燒結而成，具有正溫度系數(shù)。

28、用于溫度測量的熱敏電阻主要是負溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度測量范圍是-100300。 熱敏電阻的形狀有珠型和片型等多種。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (9/12)第34頁/共48頁第三十四頁，共49頁。熱敏電阻的主要特點：輸出信號大，靈敏度比熱電偶和金屬熱電阻高；體積小、結構簡單、便于(biny)成形；熱容量小，響應時間短；復現(xiàn)性好；互換性好；穩(wěn)定性好等。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (10/12)第35頁/共48頁第三十五頁，共49頁。l 負溫度系數(shù)(xsh)熱敏電阻（NTC，negative temperature coefficient） 電阻值隨溫度升高而呈指數(shù)(zhsh)降低。其電阻溫度特性表

29、示為 )11(00eTTBTRR式中：T 被測溫度，K； T0 參考溫度，K； RT、R0 溫度分別為T和T0時的熱敏電阻阻值； B 熱敏電阻的材料常數(shù)，又稱為熱敏指數(shù)。 熱敏電阻的溫度系數(shù)： 2TB熱敏電阻(r mn din z)溫度系數(shù)是常數(shù)B和溫度T的函數(shù)，與電阻R無關。同時， 隨溫度的變化而變化。熱敏電阻(r mn din z)的溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度較高。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (11/12)第36頁/共48頁第三十六頁，共49頁。l 正溫度系數(shù)(xsh)熱敏電阻（PTC，positive temperature coefficient） 電阻值隨溫度(wnd)

30、升高而呈指數(shù)增加。其電阻溫度(wnd)特性表示為 )(00eTTBTRR有的正溫度系數(shù)熱敏電阻達到某一溫度時，其阻值(z zh)會突然增大，可以起報警作用。 l 臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR，critical temperature resistor） 熱電性質(zhì)與NTC相似，不同之處是在某一溫度下，其阻值急劇下降，因而可用于低溫臨界溫度報警。 熱電阻溫度計熱電阻溫度計 (12/12)第37頁/共48頁第三十七頁，共49頁。10.4 非接觸式測溫法 (Non-contacted Measuring of Temperature)非接觸測溫主要是利用熱輻射來測量(cling)物體溫度。任何物體溫度

31、高于絕對零度時，其內(nèi)部帶電粒子在原子或分子內(nèi)會始終(shzhng)不斷地處于振動狀態(tài)，并能自發(fā)地向外發(fā)射能量。這種依賴于物體本身溫度向外輻射能量的過程稱為熱輻射。輻射能以波動形式表現(xiàn)出來(ch li)，其波長的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見光、紅外光到電磁波。在溫度測量中主要是可見光和紅外光。輻射測溫的物理基礎是基本的輻射定律，它的溫度可以和熱力學溫度直接聯(lián)系起來，因此可以直接測量熱力學溫度。 第38頁/共48頁第三十八頁，共49頁。響應時間短，最短可以達到微秒級，容易(rngy)進行快速測量和動態(tài)測量。 可以(ky)進行遠距離遙測。輻射測溫的缺點：不能測量物體(wt)內(nèi)部的溫度；受發(fā)射

32、率的影響較大；受中間環(huán)境介質(zhì)的影響較大；設備復雜，價格較高等。 根據(jù)測溫的原理不同，輻射測溫可以分為全輻射測溫法、亮度測溫法、紅外測溫法、光纖測溫法等。輻射測溫優(yōu)點：非接觸測量，測量過程中不干擾被測物體的溫度場，從而測量精度較高。 測溫范圍廣，從理論上講，輻射測溫無上限。非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (2/10)第39頁/共48頁第三十九頁，共49頁。10.4.1 全輻射全輻射(fsh)溫度計溫度計全輻射溫度計測溫的理論基礎是斯忒藩玻耳茲曼定律，它通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度。全輻射溫度計測的是被測對象的輻射溫度，在實際(shj)測量中，需要將輻射溫度換算成真實溫度。

33、全輻射溫度計能自動測量溫度，其輸出量為電量，適于遠傳和自動控制，是在線溫度檢測(jin c)常用的一種儀表。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (3/10)第40頁/共48頁第四十頁，共49頁。隱絲式光學高溫計 10.4.2 亮度亮度(lingd)高溫計高溫計亮度溫度計是根據(jù)普朗克定律，通過測量物體(wt)在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的，又稱為單波段溫度計。亮度溫度計可以分為(fn wi)兩類：光學高溫計和光電高溫計。 l 光學高溫計 調(diào)整物鏡系統(tǒng)，使被測物成像在高溫計燈泡的燈絲平面；調(diào)整目鏡系統(tǒng)，使人眼清晰地看到被測物和燈絲的成像。再調(diào)整電測系統(tǒng)可變電阻，改變燈絲電流，使被測物或

34、輻射源的亮度在紅色濾光片的光譜范圍內(nèi)處于平衡，即相互間處于相同的亮度溫度。由于高溫燈泡在檢定時其亮度溫度與通入電流之間的對應關系已知，因而可確定被測物體在紅色濾光片波長范圍內(nèi)的亮度溫度。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (4/10)第41頁/共48頁第四十一頁，共49頁。在使用光學高溫計的過程中，最經(jīng)常的工作是用人眼進行亮度平衡。即通過調(diào)節(jié)電流，用人眼觀察的高溫計燈絲瞄準區(qū)域(qy)均勻地消失在輻射源或被測物體的背景上，即“隱絲”或“隱滅”。亮度比較情況示意圖 在“隱絲”時，燈絲與瞄準目標相交的邊界無法分辨出來。即它們在高溫計視野上具有相同的亮度和亮度溫度。高溫計電流過高或過低都不能出現(xiàn)“隱絲”

35、，也就是不能產(chǎn)生亮度平衡(pnghng)。由于使用這種高溫計測溫時，必須使被測物背景與小燈泡燈絲間的亮度達到“隱絲”程度，所以這種光學高溫計又稱為隱絲式光學高溫計。非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (5/10)第42頁/共48頁第四十二頁，共49頁。l 光電高溫計 光學高溫計測溫靠手動的辦法改變光學高溫計小燈泡電流，并用人眼進行觀察，實現(xiàn)亮度平衡。該方法(fngf)受到人為因素影響，導致測量誤差。 光電高溫計采用硅光電池作為光敏元件，代替人眼睛感受被測物體輻射亮度的變化，并將此亮度信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波放大(fngd)后送檢測系統(tǒng)進行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最后顯示出被測物體的亮度溫度。 與光學高溫計相比

36、，光電高溫計具有下列特點：靈敏度高；準確度高；使用波長(bchng)范圍寬；測溫范圍寬；響應時間短；自動化程度高等。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (6/10)第43頁/共48頁第四十三頁，共49頁。10.4.3 比色高溫計比色高溫計比色高溫計利用物體的單色輻射現(xiàn)象(xinxing)來測溫，但是它是利用同一被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性作為測溫原理的。采用比色高溫計測量物體表面溫度時，可以減少被測表面發(fā)射率的變化和光路中水蒸氣、塵埃(chn i)等的影響，提高了測量精度。 在用比色高溫計測量物體(wt)溫度時，沒有必要精確地知道被測物體(wt)的光譜發(fā)射率，而只需知道兩個波長下光譜發(fā)射率的比值即可。一般說來，測量光譜發(fā)射率的比值要比測量光譜發(fā)射率的絕對值簡便和精確。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (7/10)第44頁/共48頁第四十四頁，共49頁。單光路調(diào)制比色高溫計1 被測對象；2 透鏡；3 光敏元件；4 運算放大器；5 顯示裝置；6 調(diào)制盤；7 電動機；8 濾光片；9 濾光片由被測對象