溫度測(cè)量1PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1溫度測(cè)量溫度測(cè)量1溫標(biāo)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)由特定的測(cè)溫質(zhì)和測(cè)溫量確定的溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)第二定律確定的溫標(biāo)。1122QTQT特點(diǎn)：與選用的測(cè)溫介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨測(cè)溫介質(zhì)而變的缺陷由玻意耳馬略特定律確定的溫標(biāo)。237.16sssPPTTPP2021-12-122 攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：9325FCtt第1頁(yè)/共67頁(yè) 這是一種協(xié)議溫標(biāo)，用來(lái)統(tǒng)一各國(guó)之間的溫度計(jì)量。具備的條件：具備的條件：盡可能的接近熱力學(xué)（開(kāi)氏）溫度；復(fù)現(xiàn)精度高，各國(guó)均能以很高的精度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)；用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使

2、用方便、性能穩(wěn)定。發(fā)展：發(fā)展：第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)是1927年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用的，“1927國(guó)際溫標(biāo)”,后來(lái)又不斷改進(jìn)修訂，相繼有1948國(guó)際溫標(biāo)、 1968國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)和1990國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)2021-12-123第2頁(yè)/共67頁(yè)目前推行的是1990年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90： 熱力學(xué)溫度用符號(hào)T90表示，單位為開(kāi)爾文，符號(hào)為K。 攝氏溫度的符號(hào)為t90，單位是攝氏度，符號(hào)為。溫標(biāo)的傳遞溫標(biāo)的傳遞2021-12-124第3頁(yè)/共67頁(yè)利用物體的某一物理性質(zhì)（物理性質(zhì)隨溫度變化的特性）將其作成溫度敏感元件，通過(guò)溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可間接的獲

3、取被測(cè)對(duì)象的溫度值。 溫度測(cè)量原理溫度測(cè)量原理2021-12-125第4頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-126第5頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-127第6頁(yè)/共67頁(yè)接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較方 式 接 觸 式 非 接 觸 式 測(cè)量 條件 感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過(guò)感溫元件能承受的上限溫度;被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕 需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上 測(cè)量 范圍 特別適合1200以下、熱容大、無(wú)腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于l300以上的溫度測(cè)量較困難 原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000以下，測(cè)

4、量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)物體和熱容小的物體溫度 精 度 工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí) 通常為1.0、1.5、2.5級(jí) 響應(yīng) 速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘 快，通常為23秒鐘 其它 特點(diǎn) 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng) 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制裝置 2021-12-128第7頁(yè)/共67頁(yè)按物理性質(zhì)分：v物質(zhì)的熱膨脹與溫度的關(guān)系液體膨脹溫度計(jì)（玻璃水銀）、固

5、體膨脹溫度計(jì)（雙金屬）、氣體膨脹溫度計(jì)（壓力表式）v利用熱電效應(yīng)熱電偶（兩種不同金屬導(dǎo)體在兩個(gè)端點(diǎn)上互相接觸，當(dāng)其兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)）v利用金屬或半導(dǎo)體阻值與溫度的關(guān)系熱電阻（鉑、銅等）v利用物體的輻射能與溫度的關(guān)系輻射溫度計(jì)（輻射能與溫度存在一定的關(guān)系，如光電高溫計(jì)）2021-12-129第8頁(yè)/共67頁(yè)按溫度計(jì)感溫部分是否與被測(cè)物體相接觸分：接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì) 按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指010K，低溫指10800K，中溫指8001900K，高溫指19002800K的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。注意注意20

6、21-12-1210第9頁(yè)/共67頁(yè)利用物質(zhì)熱脹冷縮熱脹冷縮現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)膨脹物質(zhì)膨脹或收縮量或收縮量來(lái)反映被測(cè)溫度的溫度計(jì) 液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì) 利用液體的熱脹冷縮現(xiàn)象典型應(yīng)用：玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)是由液體儲(chǔ)囊，毛細(xì)管，刻度標(biāo)尺和膨脹室四部分組成。1-液體儲(chǔ)囊 2-毛細(xì)管 3-刻度標(biāo)尺 4-膨脹室2021-12-1211第10頁(yè)/共67頁(yè)211 20ttt tVVVtV某液體在溫度為某液體在溫度為t1時(shí)的體積為時(shí)的體積為Vt1，在溫度為，在溫度為t2時(shí)的體積為時(shí)的體積為Vt2，由于，由于溫度變化引起的體積變化溫度變化引起的體積變化可以用下式表示：可以用下式表示：21ttt

7、 1 2t t液體在溫度t1到t2下的平均體膨脹系數(shù)V0液體在0C時(shí)的體積液體在玻璃管內(nèi)的液體在玻璃管內(nèi)的視膨脹系數(shù)視膨脹系數(shù)：常見(jiàn)液體的體膨脹系數(shù)和相對(duì)玻璃的視膨脹系數(shù)見(jiàn)表2-22021-12-1212第11頁(yè)/共67頁(yè)溫度計(jì)的溫度計(jì)的靈敏度靈敏度：0100,0VLS1000100LLL溫度計(jì)上對(duì)應(yīng)刻度每1C，液體在毛細(xì)管中的長(zhǎng)度100,0液體在0100C間的視膨脹系數(shù)0V液體儲(chǔ)囊的容積S毛細(xì)管的橫截面積2021-12-1213第12頁(yè)/共67頁(yè)按照基本結(jié)構(gòu)形式不同，玻璃液體溫度計(jì)可分為：棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式根據(jù)所填充的工作液體不同，可分為水銀溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)兩類(lèi)。玻璃管液體溫度計(jì)的玻

8、璃管液體溫度計(jì)的特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，使用方便缺點(diǎn)：易碎、不能遠(yuǎn)傳信號(hào)和自動(dòng)記錄等玻璃管液體溫度計(jì)的玻璃管液體溫度計(jì)的分類(lèi)分類(lèi)：水銀溫度計(jì)不粘玻璃，不易氧化，容易獲得較高精度，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)（38356）保持液態(tài)，在200以下，其膨脹系數(shù)幾乎和溫度呈線性關(guān)系，所以可作為精密的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。2021-12-1214第13頁(yè)/共67頁(yè)電接點(diǎn)溫度計(jì)：電接點(diǎn)溫度計(jì)：1-細(xì)長(zhǎng)螺釘； 2-橢圓形螺母； 3-細(xì)導(dǎo)線； 4-磁鋼帽； 5-扁平鐵塊； 6、7-外引線如何實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的變化，即溫度額定如何實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的變化，即溫度額定值的設(shè)置？值的設(shè)置？?jī)?yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，

9、既可指示溫度，也可控制溫度缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易碎，且破碎后水銀會(huì)污染環(huán)境。應(yīng)用：應(yīng)用：恒溫水槽、油槽及空調(diào)系統(tǒng)2021-12-1215第14頁(yè)/共67頁(yè)固體膨脹式溫度計(jì)：固體膨脹式溫度計(jì)：應(yīng)用固體線膨脹原理測(cè)溫典型應(yīng)用：雙金屬片溫度計(jì)。原理：利用線膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬材料制成雙層片狀元件，在溫度變化時(shí)因彎曲變形而使其另一端有明顯位移，借此帶動(dòng)指針在溫度刻度盤(pán)上移動(dòng)。應(yīng)用應(yīng)用2021-12-1216第15頁(yè)/共67頁(yè)二、壓力式溫度計(jì)二、壓力式溫度計(jì)根據(jù)封閉系統(tǒng)的液體或氣體受熱后壓力變化的原理 1-溫包； 2-毛細(xì)導(dǎo)管； 3-壓力計(jì)根據(jù)工作物質(zhì)的不同，可分為氣體、液體、蒸汽式壓力溫度計(jì)。氣體式，一

10、般充氮?dú)猓瑴y(cè)溫上限可達(dá)500，線性刻度，但是溫包體積大，熱慣性大。液體式，一般充二甲苯、甲醇等，溫包小些，測(cè)溫范圍分別為40200和40170，蒸汽式，一般充丙酮、乙醚等，利用低沸點(diǎn)蒸發(fā)液體的飽和壓力隨被測(cè)溫度而變的原理，用于50200?？潭瘸史蔷€性關(guān)系，溫度計(jì)刻度是不均勻的。 2021-12-1217第16頁(yè)/共67頁(yè)2.3 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)特點(diǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)用廣泛；靈敏度好；精度高；易保證單值函數(shù)關(guān)系；穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性好；響應(yīng)時(shí)間較快、材料易得到；互換性好，價(jià)格較低；測(cè)溫范圍寬（-2962800 ）。2021-12-1218第17頁(yè)/共67頁(yè)一一.測(cè)溫原理測(cè)溫原理 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)the

11、rmoelectricity effect（或塞貝克效應(yīng)）：將兩（或塞貝克效應(yīng)）：將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度（處的溫度（T和和T0）不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)）不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。象。 兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路稱(chēng)為兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路稱(chēng)為熱電偶熱電偶。導(dǎo)體導(dǎo)體A或或B稱(chēng)為稱(chēng)為熱電極熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為。兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為T(mén)的被測(cè)的被測(cè)對(duì)象中的稱(chēng)為對(duì)象中的稱(chēng)為測(cè)量端（工作端或熱端），測(cè)量端（工作端或熱端），溫度為參考溫度溫度為參考溫度T0的接點(diǎn)稱(chēng)為

12、的接點(diǎn)稱(chēng)為參比端或參考端，參比端或參考端，也叫也叫自由端或冷端自由端或冷端。BAT0T2021-12-1219第18頁(yè)/共67頁(yè)閉合回路的熱電動(dòng)勢(shì)由兩種電動(dòng)勢(shì)組成：閉合回路的熱電動(dòng)勢(shì)由兩種電動(dòng)勢(shì)組成：溫差電動(dòng)勢(shì)（同溫差電動(dòng)勢(shì)（同一導(dǎo)體）和接觸電動(dòng)勢(shì)（兩種不同導(dǎo)體）一導(dǎo)體）和接觸電動(dòng)勢(shì)（兩種不同導(dǎo)體）在熱電偶回路中接一毫伏表，測(cè)量發(fā)現(xiàn)，熱電勢(shì)與熱在熱電偶回路中接一毫伏表，測(cè)量發(fā)現(xiàn)，熱電勢(shì)與熱電極的材料和兩端的溫差有關(guān)：電極的材料和兩端的溫差有關(guān)： 熱電勢(shì)熱電勢(shì)= =接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)+ +溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)2021-12-1220BAT0T第19頁(yè)/共67頁(yè)接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)( (珀?duì)柼妱?dòng)勢(shì)珀?duì)?/p>

13、帖電動(dòng)勢(shì)) )：指：指兩種不同的導(dǎo)體兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因相接觸時(shí)，因各自的自由電子密度不同各自的自由電子密度不同而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后所形成的電勢(shì)。所形成的電勢(shì)。23-10( )lne1.3810/e4.80210AABBABNTeTNJKTNNABT（）， ，接觸電動(dòng)勢(shì) :波爾茲曼常數(shù)接點(diǎn)溫度單位電荷絕對(duì)靜電單位導(dǎo)體 、在溫度 時(shí)的自由電子密度接觸電勢(shì)的大小與溫度和熱電極的電子密度差（導(dǎo)體的材料）成正比：溫度越高，接觸電勢(shì)越大；電子密度差越大，接觸電勢(shì)也越大。注意注意2021-12-1221第20頁(yè)/共67頁(yè)溫差電動(dòng)勢(shì)（湯姆遜電動(dòng)勢(shì)）：溫差電動(dòng)

14、勢(shì)（湯姆遜電動(dòng)勢(shì)）：同一導(dǎo)體同一導(dǎo)體兩端因兩端因溫度不同溫度不同而而產(chǎn)生的電勢(shì)。產(chǎn)生的電勢(shì)。 000( ,)( )()1 CTAAAATAe T Tdte Te Te T，溫差電勢(shì)：湯姆遜系數(shù)表示溫差為時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。只與導(dǎo)體性質(zhì)及溫度有關(guān)，與導(dǎo)體長(zhǎng)度、截面積及溫度分布無(wú)關(guān)。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于熱電極兩端的溫差：溫差越大，溫差電動(dòng)勢(shì)越大；注意注意2021-12-1222第21頁(yè)/共67頁(yè)熱電偶回路中總的熱電勢(shì)為：熱電偶回路中總的熱電勢(shì)為：兩個(gè)接觸電動(dòng)兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)勢(shì)兩個(gè)溫差電動(dòng)兩個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)勢(shì)()000,()ln()eTAABABTBNET TTTdtNkdd=-討論

15、討論1. A、B為同一種材料，（為同一種材料，（NANB， A= B），則），則EAB（T,T0)=02. T=T0，則，則EAB（T,T0)=0()( )()( )()( )( )()()0000000, ,ABABAABBABABABET TeTeT TeTeT TeTeTeT TeT T=-+=-2021-12-1223第22頁(yè)/共67頁(yè)()( )( )00,ABABABET TfTfT=-( )( )0 ABBAfTfT=+討論討論1. 熱電動(dòng)勢(shì)是溫度的函數(shù)之差，不是溫差的函數(shù)；熱電動(dòng)勢(shì)是溫度的函數(shù)之差，不是溫差的函數(shù)；若若T0=const，則熱電動(dòng)勢(shì)與，則熱電動(dòng)勢(shì)與T一一對(duì)應(yīng)。一一對(duì)

16、應(yīng)。2. 熱電動(dòng)勢(shì)大小只與導(dǎo)體材質(zhì)和接點(diǎn)溫度相關(guān)，熱電動(dòng)勢(shì)大小只與導(dǎo)體材質(zhì)和接點(diǎn)溫度相關(guān)，而與形狀、接觸面積無(wú)關(guān)。而與形狀、接觸面積無(wú)關(guān)。2021-12-1224第23頁(yè)/共67頁(yè)4.在熱電偶回路中，在熱電偶回路中，接觸電勢(shì)比溫差電勢(shì)大得多接觸電勢(shì)比溫差電勢(shì)大得多，因此總，因此總熱電勢(shì)的極性總是取決于接觸電勢(shì)的極性。熱電勢(shì)的極性總是取決于接觸電勢(shì)的極性。3.熱電偶中電子密度高的導(dǎo)體稱(chēng)熱電偶中電子密度高的導(dǎo)體稱(chēng)正電極正電極，電子密度低的導(dǎo)，電子密度低的導(dǎo)體稱(chēng)為體稱(chēng)為負(fù)電極負(fù)電極；熱電動(dòng)勢(shì)的符號(hào)；熱電動(dòng)勢(shì)的符號(hào)EAB(T,T0)規(guī)定了正、負(fù)電規(guī)定了正、負(fù)電極順序和高溫、低溫端順序極順序和高溫、低溫

17、端順序，若電極和或溫度順序互換，若電極和或溫度順序互換，熱電動(dòng)勢(shì)的極性就反相。熱電動(dòng)勢(shì)的極性就反相。例：例：()()00,ABABET TET T= -()()00,BAABET TET T= -2021-12-1225第24頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1226第25頁(yè)/共67頁(yè)2、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入中間均質(zhì)導(dǎo)體后，只要在熱電偶回路中接入中間均質(zhì)導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端中間導(dǎo)體兩端的溫度相同的溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)值沒(méi)有影響。，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)值沒(méi)有影響。應(yīng)用：應(yīng)用： 采用儀表測(cè)量熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)采用儀表測(cè)量熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì) 用熱電偶開(kāi)路測(cè)量金屬壁溫

18、、液態(tài)金屬溫度用熱電偶開(kāi)路測(cè)量金屬壁溫、液態(tài)金屬溫度熱電偶回路中還可以加入第四、五種導(dǎo)體，只要加入導(dǎo)體的熱電偶回路中還可以加入第四、五種導(dǎo)體，只要加入導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相等，回路的總熱電勢(shì)就與原回路的熱電勢(shì)相同兩接點(diǎn)溫度相等，回路的總熱電勢(shì)就與原回路的熱電勢(shì)相同。注意注意2021-12-1227000( ,)( ,)ABCABET T TET T第26頁(yè)/共67頁(yè)3、標(biāo)準(zhǔn)電極定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律 如果如果A、B對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極C材料的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則材料的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則A、B構(gòu)成構(gòu)成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)是它們分別對(duì)熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)是它們分別對(duì)C構(gòu)成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的構(gòu)成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的代

19、數(shù)和。熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。AB0AC0CB0,ET TET TET T（）（）（）說(shuō)明：說(shuō)明：只要通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得各電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢(shì)，則其中只要通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得各電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢(shì)，則其中任意兩個(gè)電極構(gòu)成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)都可通過(guò)計(jì)算獲得任意兩個(gè)電極構(gòu)成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)都可通過(guò)計(jì)算獲得一般選擇高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極一般選擇高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極=+TA BT0TA CT0T CBT02021-12-1228第27頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1229第28頁(yè)/共67頁(yè)4、連接導(dǎo)體定律、連接導(dǎo)體定律 熱電偶回路中，如果熱電極熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與導(dǎo)體分別與導(dǎo)體A、B相相接，接點(diǎn)溫度

20、分別為接，接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、Tn、T0，則回路總電動(dòng)勢(shì)等于熱，則回路總電動(dòng)勢(shì)等于熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)和連接導(dǎo)體熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。電偶熱電動(dòng)勢(shì)和連接導(dǎo)體熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。ABBA0ABAB0,nnnnET T TTET TET T（, ）（）（）應(yīng)用：應(yīng)用： 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線2021-12-1230第29頁(yè)/共67頁(yè)5、中間溫度定律、中間溫度定律 兩種均質(zhì)材料兩種均質(zhì)材料A、B構(gòu)成熱電偶，接點(diǎn)溫度分別為構(gòu)成熱電偶，接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0，若有一個(gè)中間溫度若有一個(gè)中間溫度Tn，則回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間溫度的影，則回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間溫度的影響。響。ABBA0ABAB0AB0,=,nnnnET

21、T TTET TET TET T（, ）（）（）（）ABAB0AB0,nnET TET TET T（）（）（）ABABAB,0,0nnET TETET（）（）（）等價(jià)等價(jià)形式形式應(yīng)用：應(yīng)用： 使用使用熱電偶分度表熱電偶分度表2021-12-1231第30頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1232熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求：熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求： 2熱靈敏度高熱靈敏度高，熱電勢(shì)大熱電勢(shì)大，測(cè)溫范圍寬測(cè)溫范圍寬，熱電勢(shì)隨溫度，熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，熱電勢(shì)與溫度盡可能成的變化率要大，熱電勢(shì)與溫度盡可能成線性線性對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系1材質(zhì)要材質(zhì)要均勻均勻，能耐高溫，能耐高溫，機(jī)械性能好機(jī)械性能好，能加工成

22、絲，化，能加工成絲，化學(xué)、物理學(xué)、物理性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定，不易氧化、變形及腐蝕，不易氧化、變形及腐蝕 3導(dǎo)體的導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)要小電阻溫度系數(shù)要小，電阻率小電阻率小4材料材料復(fù)制性和互換性好復(fù)制性和互換性好，便于批量生產(chǎn)，制造簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)，制造簡(jiǎn)單，價(jià)價(jià)值低廉值低廉第31頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1233按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求：按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶S型、型、R型、型、B型、型、K型、型、N型、型、E型、型、J型、型、T型型非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶貴金屬（鉑銠系列、銥銠系列，鉑貴金屬（鉑銠系列、銥銠系列，鉑-金）金）貴貴-廉金屬混合式（金鐵合金、雙鉑鉬）廉金屬混合

23、式（金鐵合金、雙鉑鉬）難熔金屬（鎢錸合金、鎢鉬）難熔金屬（鎢錸合金、鎢鉬）非金屬非金屬貴金屬貴金屬廉金屬廉金屬統(tǒng)一的分度表，統(tǒng)一的分度表，并統(tǒng)一規(guī)定熱電并統(tǒng)一規(guī)定熱電極材料、熱電性極材料、熱電性質(zhì)和允許偏差質(zhì)和允許偏差表表2-32-3熱電勢(shì)熱電勢(shì)- -溫度特性曲線溫度特性曲線第32頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1234接線盒接線盒保護(hù)套管保護(hù)套管絕緣管絕緣管熱電偶熱電偶安裝固定件安裝固定件引線口引線口 工程上使用的熱電偶大多是由熱電極、絕緣子、保護(hù)套管工程上使用的熱電偶大多是由熱電極、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒等幾部分組成。熱電偶與顯示儀表、記錄儀表或和接線盒等幾部分組成。熱電偶與顯示儀表、記錄儀

24、表或計(jì)算機(jī)等配套使用。計(jì)算機(jī)等配套使用。 典型結(jié)構(gòu)有典型結(jié)構(gòu)有普通裝配式結(jié)構(gòu)普通裝配式結(jié)構(gòu)和和柔性安裝的鎧裝結(jié)構(gòu)柔性安裝的鎧裝結(jié)構(gòu)。第33頁(yè)/共67頁(yè)2、鎧裝熱電偶、鎧裝熱電偶 將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者經(jīng)拉伸加工而將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者經(jīng)拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。結(jié)構(gòu)形式多樣：碰底型、不碰成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。結(jié)構(gòu)形式多樣：碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。底型、露頭型、帽型。特點(diǎn)：特點(diǎn)：鎧裝熱電偶具有鎧裝熱電偶具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性好抗震性好、柔軟可彎曲柔軟可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上。等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在狹窄或

25、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上。2021-12-1235熱電極熱電極 絕緣材料絕緣材料 金屬套管金屬套管熱電極熱電極絕緣材料絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米達(dá)上百米第34頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1236第35頁(yè)/共67頁(yè)1、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法基本原理：基本原理：連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在100（或（或200 ）以下范圍內(nèi)應(yīng)與）以下范圍內(nèi)應(yīng)與所取代的熱電偶絲的所取代的熱電偶絲的熱電特性基本一致熱電特性基本一致，且電阻率低，且電阻率低，價(jià)格價(jià)格必須比主熱電偶絲必須比主熱電偶絲便宜便宜。2021-12-1237

26、補(bǔ)償導(dǎo)線的連接線路：補(bǔ)償導(dǎo)線的連接線路：T0TnT3BABA2補(bǔ)償導(dǎo)線E0第36頁(yè)/共67頁(yè)隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國(guó)際隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國(guó)際電工委員會(huì)也制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。電工委員會(huì)也制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。補(bǔ)償導(dǎo)線分延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種：補(bǔ)償導(dǎo)線分延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種：延長(zhǎng)型延長(zhǎng)型(X)：導(dǎo)線的化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱(chēng)值與被補(bǔ)償?shù)臒犭姡簩?dǎo)線的化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱(chēng)值與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?。偶相同。補(bǔ)償型補(bǔ)償型(C)：導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償熱電偶不同；熱電勢(shì)值：導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償熱電偶不同；熱電勢(shì)值在在100（或（

27、或200 ）以下與與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?。）以下與與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?。表?-4，2-5.2021-12-1238第37頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12391、各種延長(zhǎng)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必、各種延長(zhǎng)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。2、注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差。、注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差。3、延長(zhǎng)線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同。、延長(zhǎng)線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同。注意注意AB屏蔽層屏蔽層保護(hù)層保護(hù)層第38頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12402、參比端恒溫法、參比端恒溫法將參比端置

28、于恒溫的容器中。將參比端置于恒溫的容器中。1-冰水混合物； 2-保溫瓶； 3-油類(lèi)或水銀； 4-蒸餾水；5-試管； 6-蓋； 7-銅導(dǎo)線； 8-熱電勢(shì)測(cè)量?jī)x表 一般在實(shí)驗(yàn)室中或精密測(cè)量中一般在實(shí)驗(yàn)室中或精密測(cè)量中使用。使用。第39頁(yè)/共67頁(yè)3、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法E (T,0)= E (T, T0)+ E (T0 ,0)l若參比端溫度恒為環(huán)境溫度若參比端溫度恒為環(huán)境溫度T0，測(cè)出，測(cè)出E (T, T0)，并根據(jù)中，并根據(jù)中間溫度定則，求：間溫度定則，求： 2021-12-1241查表查表實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)查表得實(shí)際查表得實(shí)際 t第40頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1242：用用K型熱電偶測(cè)溫，顯示儀表

29、讀數(shù)為型熱電偶測(cè)溫，顯示儀表讀數(shù)為500 ，且儀表以分，且儀表以分度表為依據(jù)，但此時(shí)冷端溫度為度表為依據(jù)，但此時(shí)冷端溫度為50 ，問(wèn)實(shí)際被測(cè)溫度為多少？，問(wèn)實(shí)際被測(cè)溫度為多少？解：由分度表查得：解：由分度表查得： E(500,0)=20.664mv 設(shè)被測(cè)溫度為設(shè)被測(cè)溫度為T(mén)，則，則 E(T, 50)=20.664mv E(T,0)= E(T, 50)+ E (50,0) =20.664+2.023=22.667mv 查表插值計(jì)算查表插值計(jì)算 T=547.43 54722.64954822.691T22.667547-548-54822.64922.69122.66722.691T注意注意 在

30、分度表的在分度表的相鄰數(shù)據(jù)之間相鄰數(shù)據(jù)之間可采用可采用線性?xún)?nèi)線性?xún)?nèi)插算法插算法求中間求中間值。值。第41頁(yè)/共67頁(yè)利用不平衡電橋產(chǎn)生電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶由于參比端溫度變化而利用不平衡電橋產(chǎn)生電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶由于參比端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化。引起的熱電勢(shì)變化。4、冷端補(bǔ)償器（補(bǔ)償電橋法）、冷端補(bǔ)償器（補(bǔ)償電橋法）2021-12-1243當(dāng)當(dāng)T0 4abRU 0( ,)E T T 0( ,)abUE T TU不變1-熱電偶；熱電偶； 2-補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線；3-銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線； 4-指示儀表；指示儀表；5-冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器R1=R2=R3=1 R4=1 (平衡點(diǎn)平衡點(diǎn))第42頁(yè)/共67頁(yè)2021

31、-12-1244第43頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12455、軟件修正法、軟件修正法對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需使用計(jì)算修正法。的情況，只需使用計(jì)算修正法。對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其他傳感器把信對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其他傳感器把信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。正。第44頁(yè)/共67頁(yè)第45頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1247以電位差計(jì)測(cè)量為例以電位差計(jì)測(cè)量為例第46頁(yè)/共6

32、7頁(yè)2021-12-1248分度誤差分度誤差儀表誤差儀表誤差冷端處理誤差冷端處理誤差接線誤差接線誤差漏電誤差漏電誤差第47頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1249缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象，影響測(cè)量精度。需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象，影響測(cè)量精度。特點(diǎn)：特點(diǎn)：靈敏度高，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，無(wú)需參比溫度，性靈敏度高，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，無(wú)需參比溫度，性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高（尤其在中、低溫范圍內(nèi)其精能穩(wěn)定，測(cè)量精度高（尤其在中、低溫范圍內(nèi)其精度高于熱電偶溫度計(jì)），測(cè)溫范圍較寬（度高于熱電偶溫度計(jì)），測(cè)溫范圍較寬（-200850C）。）。第48頁(yè)/共67頁(yè)一、測(cè)溫原理一、測(cè)溫原理根據(jù)金屬導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體的根據(jù)

33、金屬導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻值隨溫度電阻值隨溫度變化變化的特性。因此，只要測(cè)出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兊奶匦?。因此，只要測(cè)出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出被測(cè)溫度。化，就可以測(cè)量出被測(cè)溫度。目前，主要有目前，主要有金屬熱電阻金屬熱電阻和和半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻兩類(lèi)兩類(lèi)2021-12-1250第49頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1251 絕大多數(shù)金屬具有正的電阻絕大多數(shù)金屬具有正的電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)，即溫度越高，電阻越，即溫度越高，電阻越大，電阻隨溫度的變化可用多項(xiàng)式表示：大，電阻隨溫度的變化可用多項(xiàng)式表示：230(1+.)tRRAtBtCt 大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，其電阻

34、值與熱大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，其電阻值與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為力學(xué)溫度的關(guān)系為0011()BTTTTRR e其中其中RT，RT0分別為溫度為分別為溫度為T(mén)、T0時(shí)的電阻值，時(shí)的電阻值，B為取決于為取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)其中，其中，Rt和和R0分別為分別為t C和和0 C的電阻值，的電阻值，A、B、C均為常數(shù)均為常數(shù)，由熱電阻的材料決定，由熱電阻的材料決定溫度每改變溫度每改變1度，電度，電阻值的相對(duì)變化阻值的相對(duì)變化第50頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1252 材料選擇要求：材料選擇要求： 電阻與溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系，最好是線性電阻與溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系，

35、最好是線性 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù) 要盡可能大，以得到高靈敏度要盡可能大，以得到高靈敏度電阻率要大，減小熱電阻的體積，減小熱慣性電阻率要大，減小熱電阻的體積，減小熱慣性在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，價(jià)格低復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，價(jià)格低目前使用較多的熱電阻材料為銅、鉑。目前使用較多的熱電阻材料為銅、鉑。電阻的溫度系數(shù)：電阻的溫度系數(shù)：0001TRRRTT第51頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1253二、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻二、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻1、鉑熱電阻、鉑熱電阻n特點(diǎn)：特點(diǎn)：鉑熱電阻的精度高，體積小，測(cè)溫范圍寬，穩(wěn)定性好，鉑熱電阻的精度高，體積小，測(cè)溫范圍寬，穩(wěn)定性好，

36、再現(xiàn)性好，但是價(jià)格較貴。再現(xiàn)性好，但是價(jià)格較貴。n電阻與溫度電阻與溫度的關(guān)系為：的關(guān)系為：n測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍：-200850，分度號(hào)分度號(hào)為為Pt10和和Pt100。371220230: 200 0 (1):0 850 3.9 1083 10/,5.775 10/,4.183 1(0/100)tttCRRAtBttCRRAtBtAC BCCCt tC 式中：第52頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12鉑熱電阻、銅熱電阻比較見(jiàn)表鉑熱電阻、銅熱電阻比較見(jiàn)表2-6，分度表見(jiàn)附錄，分度表見(jiàn)附錄542、銅熱電阻、銅熱電阻n特點(diǎn)：特點(diǎn)：銅熱電阻線性較好，價(jià)格低，但電阻率低，因而體積銅熱電阻線性較好，價(jià)格低，但

37、電阻率低，因而體積較大，熱響應(yīng)慢。較大，熱響應(yīng)慢。n電阻與溫度電阻與溫度的關(guān)系為：的關(guān)系為：n使用范圍：使用范圍：-40140，分度號(hào)分度號(hào)為為Cu50和和Cu100。2303794.289 10/,2.133 10/,1.233 10(1)/tRRAtBtAC BCCCCt 式中：第53頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12553、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的結(jié)構(gòu)與熱電偶結(jié)構(gòu)形與熱電偶結(jié)構(gòu)形式有何異同式有何異同普通型、鎧裝型普通型、鎧裝型普通型裝配式熱電阻普通型裝配式熱電阻外型相同外型相同內(nèi)部不同：內(nèi)部不同：感溫元件感溫元件不同；不同；接線盒內(nèi)部的接線盒內(nèi)部的接線座接線座不同不同（熱電偶熱電偶2

38、個(gè)個(gè)，熱電阻熱電阻為了為了消除引線電阻影響有消除引線電阻影響有3個(gè)或個(gè)或4個(gè)個(gè)）。）。第54頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1256鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻 將鉑熱電阻感溫元件、引線、絕緣粉組裝在不銹鋼管內(nèi)再將鉑熱電阻感溫元件、引線、絕緣粉組裝在不銹鋼管內(nèi)再經(jīng)模具拉伸構(gòu)成堅(jiān)實(shí)整體。經(jīng)模具拉伸構(gòu)成堅(jiān)實(shí)整體。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)實(shí)、抗震、線徑小、使用安裝方便。堅(jiān)實(shí)、抗震、線徑小、使用安裝方便。第55頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1257汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻小型鉑熱電阻普通型鉑熱電阻第56頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-12584 4、熱電阻引線方式、熱電阻引線方式引線方式有引線方式有二線制二線制、三線制三

39、線制和和四線制四線制三種。三種。rr這種引線方式簡(jiǎn)單、這種引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)以及引線電阻的變化會(huì)帶來(lái)帶來(lái)附加誤差附加誤差。兩線制適于引線不長(zhǎng)兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。場(chǎng)合。二線制二線制EnRtR3R2R1aRJbdcG第57頁(yè)/共67頁(yè)2021-12-1259三線制三線制EnRtR3R2R1aRJbdcGrrr圖中圖中Rt的三根連接導(dǎo)線，直徑的三根連接導(dǎo)線，直徑和長(zhǎng)度均相同，阻值都為和長(zhǎng)度均相同，阻值都為r。（1）電橋平衡測(cè)電阻）電橋平衡測(cè)電阻電橋平衡電橋平衡 R1(R3+r)=R2(Rt+r)rRRRRRRt) 1(21213若設(shè)計(jì)若設(shè)計(jì)R1=R2，則，則R