測(cè)量技術(shù)中的溫檢測(cè)實(shí)用教案

1、溫度是國(guó)際(guj)單位制中七個(gè)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(dāng)兩個(gè)物體互為熱平衡時(shí)其溫度相等。溫度的微觀概念是大量(dling)分子運(yùn)動(dòng)的平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。10.0 序 (Introduction)第1頁(yè)/共48頁(yè)第一頁(yè)，共49頁(yè)。10.1 溫度(wnd)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法 (Temperature Standard and Its Measuring Method)10.1.1 溫度溫度(wnd)的測(cè)量方法的測(cè)量方法 接觸式測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換達(dá)到熱平衡，這時(shí)，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表(dibio)

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

3、原理精度范圍特點(diǎn)測(cè)溫范圍/接觸式測(cè)溫儀表雙金屬溫度計(jì)固體熱膨脹變形量隨溫度變化12.5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指示清楚，讀數(shù)方便；精度較低，不能遠(yuǎn)傳-100600一般-80600壓力式溫度計(jì)氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化12.5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳輸T0），則在回路中會(huì)產(chǎn)生電流。這個(gè)物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)，相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為塞貝克電動(dòng)勢(shì)?；芈分挟a(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小僅與組成回路的兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的材料性質(zhì)及兩個(gè)接點(diǎn)的溫度T、T0有關(guān)，熱電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)EAB(T, T0)表示。 第9頁(yè)/共48頁(yè)第九頁(yè)，共49頁(yè)。在熱電偶回路中，產(chǎn)生(chnshng)的熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分組成：溫差

4、電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)。 l 溫差(wnch)電勢(shì) + + A + TT0EsEA(T, T0)當(dāng)一根(y n)均質(zhì)金屬導(dǎo)體 A上存在溫度梯度時(shí)，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(dòng)的電子數(shù)比從低溫端向高溫端移動(dòng)的電子數(shù)多得多。結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負(fù)電，在高、低溫兩端之間便形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場(chǎng)Es 。這個(gè)靜電場(chǎng)將阻止電子進(jìn)一步從高溫端向低溫端移動(dòng)，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移而建立相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。 溫差電動(dòng)勢(shì)用 EA(T, T0)表示。括號(hào)中T和T0的順序決定了電動(dòng)勢(shì)的方向。 ),(

5、),(0A0ATTETTE熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (2/17)第10頁(yè)/共48頁(yè)第十頁(yè)，共49頁(yè)。TTTTNTNeKTTE0)(d)(1),(AA0A式中： EA(T, T0)和EB(T, T0) 導(dǎo)體(dot)A和B在兩端溫度分別為T和T0時(shí)的 溫差電動(dòng)勢(shì)； 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(dǎo)體(dot)A和B在溫度為T時(shí)的電子密度。 上述兩式表明，溫差電動(dòng)勢(shì)的大小(dxio)只與導(dǎo)體的種類及導(dǎo)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(jì)熱電偶溫度計(jì) (3/17)第11頁(yè)/共48頁(yè)第十一頁(yè)，共49頁(yè)。l 接觸電勢(shì) +A +EsEAB(T) B當(dāng)兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，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(kuò)散現(xiàn)象，從A到B擴(kuò)散的電子數(shù)比從B 到A的多，導(dǎo)致導(dǎo)體 A、B接觸處形成一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)Es ，阻止電子擴(kuò)散的繼續(xù)進(jìn)行，并加速(ji s)電子向相反的方向轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子擴(kuò)散的能力與靜電場(chǎng)的阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)， A 、B 之間所形成的電位差稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。A和B的接觸點(diǎn)在溫度為T時(shí)的接觸電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)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(jì)熱電偶溫度計(jì) (4/17)第12頁(yè)/共48頁(yè)第十二頁(yè)，共49頁(yè)。l 熱電偶回路(hul)的熱電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體A和B首尾相接組成閉合回路時(shí)，如果 NA NB， 而且T T0，則在這個(gè)回路內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)EAB(T)、 EAB(T0)和兩個(gè)(lin )溫差電動(dòng)勢(shì)EA(T，T0)、 EB(T，T0)。熱電偶回路(hul)的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)為),()(),()(),(0A0AB0BAB0ABTTETETTETETTETTTTNTNeKTNTNeKT0)(

8、d)(1)()(lnBBBATTTTNTNeKTNTNeKT0)(d)(1)()(lnAA0B0A0TTNTNeKTTETTd)()(ln),(0BA0AB即熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (5/17)第13頁(yè)/共48頁(yè)第十三頁(yè)，共49頁(yè)。由于溫差電動(dòng)勢(shì)比接觸電動(dòng)勢(shì)小，而又有T T0，所以在總電動(dòng)勢(shì)EAB(T, T0)中，EAB(T)所占的比例最大，總電動(dòng)勢(shì)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(dǎo)體A為正極，B為負(fù)極。易見(jiàn)當(dāng)熱電極的材料一定時(shí)，熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)EAB(T, T0)僅是兩個(gè)接點(diǎn)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(dòng)勢(shì)只與熱電偶測(cè)量端的溫度 T 成單值函數(shù)關(guān)系，即)()(),(ABAB0ABTCTfTTE通常，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系，都是規(guī)定熱電偶冷端溫度為 0 時(shí)，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(jì)熱電偶溫度計(jì) (6/17)第14頁(yè)/共48頁(yè)第十四頁(yè)，共49頁(yè)。10.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律l 均質(zhì)導(dǎo)體(dot)定律 如果只用一種均質(zhì)導(dǎo)體(dot)組成閉合回路，則不論其導(dǎo)體

10、(dot)是否存在溫差，回路中均不會(huì)產(chǎn)生電流（即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)）；反之，如果回路中出現(xiàn)電流，則證明此導(dǎo)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(dǎo)體，否則將會(huì)給測(cè)量帶來(lái)附加誤差。推論 2：熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B組成，否則即使兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同，在回路中也不會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。 l 中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料的導(dǎo)體后，只要中間接入的導(dǎo)體兩端具有相同的溫度，就不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (7/17)第15頁(yè)/共48頁(yè)第十五頁(yè)，共49頁(yè)。l 中間(zhngjin)溫度定律 熱電偶AB在接點(diǎn)溫度(wnd)為T1、

11、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì) EAB(T1, T3)等于熱電偶 AB在接點(diǎn)溫度(wnd)為T1、T2和T2、T3時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)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(chǔ)。而且，這條基本定律也是工業(yè)測(cè)溫中應(yīng)用(yngyng)補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)，因?yàn)橹灰ヅ渑c熱電偶的熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，便可使熱電偶的冷端遠(yuǎn)離熱源，而不影響熱電偶的測(cè)量精度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (8/17)第16頁(yè)/共48頁(yè)第十六頁(yè)，共49頁(yè)。10.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶l 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 工業(yè)用熱電

12、極材料應(yīng)滿足以下要求：1) 物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，溫差電特性(txng)顯著，復(fù)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(cè)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(dǎo)率高，組成電偶對(duì)輸出的溫差電動(dòng)勢(shì)大，且與溫度呈線性或簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系(gun x)，以便于提高儀表的靈敏度和準(zhǔn)確度，并便于儀表的刻度和測(cè)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(jì)熱電偶溫度計(jì) (9/17)第17頁(yè)/共48頁(yè)第十七頁(yè)，共49頁(yè)。n 鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號(hào)B）也稱雙鉑銠熱電偶，是典型的高溫?zé)犭娕?。以鉑銠30（ 鉑 70% ，銠30%）為正極(zhngj)，鉑銠6（

13、鉑 94%，銠 6%）為負(fù)極。由于兩個(gè)熱電極都是鉑銠合金，因而提高了抗污染能力和機(jī)械強(qiáng)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(zhǎng)期使用的最高溫度(wnd)可達(dá)1 600 ，短期使用溫度(wnd)可達(dá)1 800 。這種熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)較小，因此冷端溫度在40以下使用時(shí)，一般不必(bb)進(jìn)行冷端溫度的補(bǔ)償。 n 鉑銠10-鉑熱電偶（分度號(hào)S）鉑銠10為正極，純鉑絲為負(fù)極。適宜在氧化性及中性介質(zhì)中長(zhǎng)期使用。其測(cè)溫上限長(zhǎng)期使用可達(dá)1 300 ，短期可達(dá)1 600 。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)較小，價(jià)格昂貴，機(jī)械強(qiáng)度低；不宜在還原性介質(zhì)中使用。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (10/17)第18頁(yè)/

14、共48頁(yè)第十八頁(yè)，共49頁(yè)。n 鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號(hào)K） 以鎳鉻合金為正極，鎳鋁 (或鎳硅)合金為負(fù)極，是一種廉價(jià)金屬熱電偶。具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性；復(fù)現(xiàn)性較好；熱電動(dòng)勢(shì)大；熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似于線性關(guān)系；其成本(chngbn)較低，雖然測(cè)量精度不高，但能滿足工業(yè)測(cè)溫的要求，是工業(yè)上最常用的熱電偶；其長(zhǎng)期使用的最高溫度為1 000 ，短期使用溫度可達(dá)1 200 。 n 鎳鉻-康銅(kn tn)熱電偶（分度號(hào)F） 以鎳鉻合金為正極，康銅(含鎳40%的鎳銅合金)為負(fù)極。由于康銅在高溫下容易氧化(ynghu)，其測(cè)溫范圍為 -200870 。熱電動(dòng)勢(shì)大，價(jià)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(hào)T） 以純銅為正極，康銅為負(fù)極，其測(cè)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(guò)300 。其熱電動(dòng)勢(shì)較大，熱電特性良好，材料質(zhì)地均勻，成本低。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (11/17)第19頁(yè)/共48頁(yè)第十九頁(yè)，共49頁(yè)。l 熱電偶的結(jié)構(gòu)(jigu) 普通型熱電偶 由熱電極、絕緣子、保護(hù)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(jì)熱電偶溫度計(jì) (12/17)第20頁(yè)/共48頁(yè)第二十頁(yè)，共49頁(yè)。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(fù)合拉伸工藝加工而成可彎曲的堅(jiān)實(shí)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象上不便安裝等問(wèn)題 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (13/17)第21頁(yè)/共48頁(yè)第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。l 熱電偶的冷端補(bǔ)償(bchng)熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通常靠近被測(cè)對(duì)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(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正。n 冰浴法 將熱電偶冷端置于冰點(diǎn)恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0時(shí)進(jìn)行測(cè)溫。冰浴法適用(sh

17、yng)于實(shí)驗(yàn)室或精密溫度測(cè)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(chǔ)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(shí)，則測(cè)得的熱電勢(shì)將小于該熱電偶的分度值，為了求得真實(shí)溫度，可利用 EAB(T1, T3) EAB(T1, T2)EAB(T2, T3)修正。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (14/17)第22頁(yè)/共48頁(yè)第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。n 冷端補(bǔ)償(bchng)導(dǎo)線 用補(bǔ)償導(dǎo)線代替部分熱電偶絲作為(zuwi)熱電偶的延長(zhǎng)部分，使冷端移到離開(kāi)被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性須與所取代的熱電偶

18、絲一樣。 補(bǔ)償導(dǎo)線在測(cè)溫回路中的連接 注意，對(duì)于具有(jyu)補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶，其冷端溫度應(yīng)該是補(bǔ)償導(dǎo)線的末端溫度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (15/17)第23頁(yè)/共48頁(yè)第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。常用(chn yn)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶名稱補(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-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(jì)熱電偶溫度計(jì) (16/17)第24頁(yè)/共48頁(yè)第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。n 冷端補(bǔ)償器 利用(lyng)不平衡電橋所產(chǎn)生的不平衡

19、電壓來(lái)補(bǔ)償熱電偶參考端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)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(dāng)t0偏離20 ，如 t0升高(shn o)時(shí)，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(dòng)勢(shì)隨 t0 的升高(shn o)而減小。適當(dāng)選擇橋路電流, 使uab的改變量與熱電動(dòng)勢(shì)的改變量相同，使uab與熱電動(dòng)勢(shì)疊加后保持電動(dòng)勢(shì)不變，從而實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償。 采用這種溫度補(bǔ)償電橋時(shí)，應(yīng)將顯示儀表的零位預(yù)先調(diào)整到電橋平衡溫度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (17/17)第25頁(yè)/共48頁(yè)第二

20、十五頁(yè)，共49頁(yè)。10.3 熱電阻溫度計(jì) (Thermo-Resistor Based Thermometer)金屬材料或半導(dǎo)體材料的電阻值會(huì)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(guān)系。利用這一函數(shù)關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的方法，稱為熱電阻測(cè)溫法，而用于測(cè)溫的材料稱為熱電阻。熱電阻性能穩(wěn)定(wndng)，測(cè)量精度高。工業(yè)上廣泛用于測(cè)量-200850 范圍內(nèi)的溫度。制作電阻的金屬和合金應(yīng)具有以下條件：溫度系數(shù)較高，電阻溫度關(guān)系線形良好，材料的化學(xué)與物理性能穩(wěn)定，容易提純和復(fù)制，機(jī)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(dǎo)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(dǎo)體熱敏電阻兩類。第26頁(yè)/共48頁(yè)第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。10.3.1 金屬金屬(jnsh)電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)l 電阻(dinz)溫度系數(shù)熱電阻材料應(yīng)具有較高的電阻溫度系數(shù)（ 值）。金屬的純度(chnd)對(duì)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(shí)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(jì)熱電阻溫度計(jì) (2/12)第27頁(yè)/共48頁(yè)第二十七頁(yè)

22、，共49頁(yè)。n 鉑熱電阻 鉑絲具有下列特點(diǎn)：純度高、物理化學(xué)性能(xngnng)穩(wěn)定、電阻值與溫度之間線性關(guān)系好、電阻率高、機(jī)械加工性能(xngnng)好、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)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(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（ -200850 ）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國(guó)家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)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(shí)的電阻值； R0為0時(shí)的電阻值；A、B、C為與鉑純度有關(guān)的分度常數(shù)。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (3/12)第28頁(yè)/共48頁(yè)第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。n 銅熱電阻 工業(yè)用銅熱電阻(dinz)的測(cè)溫范圍為 -50150 ，它的電阻(dinz)-溫度關(guān)系可以近似表示為 )1 (0tRRt銅熱電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)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(guān)系是線性的。國(guó)內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的分度號(hào)有Cu50和Cu100兩種，其 R0 分別(fnbi)為50 和100 。 缺點(diǎn)是容易氧化，因此只能在較低溫度和無(wú)水

24、分及無(wú)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(jì)熱電阻溫度計(jì) (4/12)第29頁(yè)/共48頁(yè)第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。n 普通(ptng)熱電阻l 熱電阻的結(jié)構(gòu)(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(jì)熱電阻溫度計(jì) (5/12)第30頁(yè)/共48頁(yè)第三十頁(yè)，共49頁(yè)。n 熱電阻引線(ynxin)兩線制：在熱電阻的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制。這種引線形式配線簡(jiǎn)單，但要帶入引線電阻的附加誤差，用于測(cè)量精度(jn d)要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。三線制：在熱電阻的一

25、端連接(linji)兩根導(dǎo)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(shè)與熱電阻Rt連接的三根引線阻值均為r。電橋平衡時(shí)， )()(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(yīng)用很廣。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (6/12)第31頁(yè)/共48頁(yè)第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。四線制：在熱電阻的兩端(lin dun)各連兩根導(dǎo)線的引線形式為四線制，在高精度測(cè)量時(shí)采用。 由恒流源供給的已知電流I 流過(guò)熱電阻 Rt ，使其產(chǎn)生電壓降U，電位差計(jì)測(cè)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(guò)的引線上，電壓降 rI 不在測(cè)量范圍內(nèi)； 連接電位差計(jì)的引線雖然存在電阻， 但沒(méi)有電流流過(guò)， 所以四根引線的電阻對(duì)測(cè)量均無(wú)影響。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (7/12)第32頁(yè)/共48頁(yè)第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。l 熱電阻測(cè)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(shí)的電阻值。首先將開(kāi)關(guān)T接在位置“1”，調(diào)節(jié)R0使指示儀表指示為零；然后將開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)T接在位置“2”上，就可以正常工作。 熱電阻溫

27、度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (8/12)第33頁(yè)/共48頁(yè)第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。10.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)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(dǎo)體感溫元件，由過(guò)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(fù)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(fù)合氧化物燒結(jié)而成，具有負(fù)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(jié)而成，具有正溫度系數(shù)。

28、用于溫度測(cè)量的熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度測(cè)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(jì)熱電阻溫度計(jì) (9/12)第34頁(yè)/共48頁(yè)第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。熱敏電阻的主要特點(diǎn)：輸出信號(hào)大，靈敏度比熱電偶和金屬熱電阻高；體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于(biny)成形；熱容量小，響應(yīng)時(shí)間短；復(fù)現(xiàn)性好；互換性好；穩(wěn)定性好等。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (10/12)第35頁(yè)/共48頁(yè)第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。l 負(fù)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(cè)溫度，K； T0 參考溫度，K； RT、R0 溫度分別為T和T0時(shí)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(wú)關(guān)。同時(shí)， 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(jì)熱電阻溫度計(jì) (11/12)第36頁(yè)/共48頁(yè)第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。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(dá)到某一溫度時(shí)，其阻值(z zh)會(huì)突然增大，可以起報(bào)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(bào)警。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (12/12)第37頁(yè)/共48頁(yè)第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。10.4 非接觸式測(cè)溫法 (Non-contacted Measuring of Temperature)非接觸測(cè)溫主要是利用熱輻射來(lái)測(cè)量(cling)物體溫度。任何物體溫度

31、高于絕對(duì)零度時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子在原子或分子內(nèi)會(huì)始終(shzhng)不斷地處于振動(dòng)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(guò)程稱為熱輻射。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)(ch li)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光到電磁波。在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光。輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是基本的輻射定律，它的溫度可以和熱力學(xué)溫度直接聯(lián)系起來(lái)，因此可以直接測(cè)量熱力學(xué)溫度。 第38頁(yè)/共48頁(yè)第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。響應(yīng)時(shí)間短，最短可以達(dá)到微秒級(jí)，容易(rngy)進(jìn)行快速測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。 可以(ky)進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙測(cè)。輻射測(cè)溫的缺點(diǎn)：不能測(cè)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(shè)備復(fù)雜，價(jià)格較高等。 根據(jù)測(cè)溫的原理不同，輻射測(cè)溫可以分為全輻射測(cè)溫法、亮度測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法等。輻射測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中不干擾被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，從而測(cè)量精度較高。 測(cè)溫范圍廣，從理論上講，輻射測(cè)溫?zé)o上限。非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (2/10)第39頁(yè)/共48頁(yè)第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。10.4.1 全輻射全輻射(fsh)溫度計(jì)溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是斯忒藩玻耳茲曼定律，它通過(guò)測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來(lái)確定物體的輻射溫度。全輻射溫度計(jì)測(cè)的是被測(cè)對(duì)象的輻射溫度，在實(shí)際(shj)測(cè)量中，需要將輻射溫度換算成真實(shí)溫度。

33、全輻射溫度計(jì)能自動(dòng)測(cè)量溫度，其輸出量為電量，適于遠(yuǎn)傳和自動(dòng)控制，是在線溫度檢測(cè)(jin c)常用的一種儀表。 非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (3/10)第40頁(yè)/共48頁(yè)第四十頁(yè)，共49頁(yè)。隱絲式光學(xué)高溫計(jì) 10.4.2 亮度亮度(lingd)高溫計(jì)高溫計(jì)亮度溫度計(jì)是根據(jù)普朗克定律，通過(guò)測(cè)量物體(wt)在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來(lái)確定它的亮度溫度的，又稱為單波段溫度計(jì)。亮度溫度計(jì)可以分為(fn wi)兩類：光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。 l 光學(xué)高溫計(jì) 調(diào)整物鏡系統(tǒng)，使被測(cè)物成像在高溫計(jì)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(cè)物和燈絲的成像。再調(diào)整電測(cè)系統(tǒng)可變電阻，改變燈絲電流，使被測(cè)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?zé)襞菰跈z定時(shí)其亮度溫度與通入電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系已知，因而可確定被測(cè)物體在紅色濾光片波長(zhǎng)范圍內(nèi)的亮度溫度。 非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (4/10)第41頁(yè)/共48頁(yè)第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。在使用光學(xué)高溫計(jì)的過(guò)程中，最經(jīng)常的工作是用人眼進(jìn)行亮度平衡。即通過(guò)調(diào)節(jié)電流，用人眼觀察的高溫計(jì)燈絲瞄準(zhǔn)區(qū)域(qy)均勻地消失在輻射源或被測(cè)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(shí)，燈絲與瞄準(zhǔn)目標(biāo)相交的邊界無(wú)法分辨出來(lái)。即它們?cè)诟邷赜?jì)視野上具有相同的亮度和亮度溫度。高溫計(jì)電流過(guò)高或過(guò)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(jì)測(cè)溫時(shí)，必須使被測(cè)物背景與小燈泡燈絲間的亮度達(dá)到“隱絲”程度，所以這種光學(xué)高溫計(jì)又稱為隱絲式光學(xué)高溫計(jì)。非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (5/10)第42頁(yè)/共48頁(yè)第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。l 光電高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫靠手動(dòng)的辦法改變光學(xué)高溫計(jì)小燈泡電流，并用人眼進(jìn)行觀察，實(shí)現(xiàn)亮度平衡。該方法(fngf)受到人為因素影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差。 光電高溫計(jì)采用硅光電池作為光敏元件，代替人眼睛感受被測(cè)物體輻射亮度的變化，并將此亮度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波放大(fngd)后送檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最后顯示出被測(cè)物體的亮度溫度。 與光學(xué)高溫計(jì)相比

36、，光電高溫計(jì)具有下列特點(diǎn)：靈敏度高；準(zhǔn)確度高；使用波長(zhǎng)(bchng)范圍寬；測(cè)溫范圍寬；響應(yīng)時(shí)間短；自動(dòng)化程度高等。 非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (6/10)第43頁(yè)/共48頁(yè)第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。10.4.3 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)利用物體的單色輻射現(xiàn)象(xinxing)來(lái)測(cè)溫，但是它是利用同一被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性作為測(cè)溫原理的。采用比色高溫計(jì)測(cè)量物體表面溫度時(shí)，可以減少被測(cè)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(cè)量精度。 在用比色高溫計(jì)測(cè)量物體(wt)溫度時(shí)，沒(méi)有必要精確地知道被測(cè)物體(wt)的光譜發(fā)射率，而只需知道兩個(gè)波長(zhǎng)下光譜發(fā)射率的比值即可。一般說(shuō)來(lái)，測(cè)量光譜發(fā)射率的比值要比測(cè)量光譜發(fā)射率的絕對(duì)值簡(jiǎn)便和精確。 非接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法 (7/10)第44頁(yè)/共48頁(yè)第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。單光路調(diào)制比色高溫計(jì)1 被測(cè)對(duì)象；2 透鏡；3 光敏元件；4 運(yùn)算放大器；5 顯示裝置；6 調(diào)制盤；7 電動(dòng)機(jī)；8 濾光片；9 濾光片由被測(cè)對(duì)象