溫度測(cè)量技術(shù)

1、2022-2-32022-2-32022-2-3本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容3.1.2溫度計(jì)標(biāo)定溫度計(jì)標(biāo)定3.1.1溫度與溫標(biāo)溫度與溫標(biāo)3.1.3測(cè)溫傳感器分類測(cè)溫傳感器分類2022-2-3溫度與溫標(biāo)的定義及關(guān)系溫度與溫標(biāo)的定義及關(guān)系用來(lái)定量地描述物用來(lái)定量地描述物體冷熱程度的物理量體冷熱程度的物理量 為了保證溫度量值的為了保證溫度量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，建立的一個(gè)準(zhǔn)確和統(tǒng)一，建立的一個(gè)衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度 溫度溫度溫標(biāo)溫標(biāo)2022-2-3溫標(biāo)的建立曾經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展、不斷修改和溫標(biāo)的建立曾經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展、不斷修改和完善的漸進(jìn)過(guò)程。完善的漸進(jìn)過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)E 1714 17

2、14年德國(guó)科學(xué)家華倫海特（年德國(guó)科學(xué)家華倫海特（FahrenhritFahrenhrit）以水銀）以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物為溫度計(jì)的零度，人體的溫度為溫度計(jì)的水的混合物為溫度計(jì)的零度，人體的溫度為溫度計(jì)的為了確定地描述溫度的數(shù)值，通常以兩個(gè)特征溫度為為了確定地描述溫度的數(shù)值，通常以兩個(gè)特征溫度為基準(zhǔn)點(diǎn)建立溫標(biāo)。早期溫標(biāo)大多基于經(jīng)驗(yàn)公式或人為基準(zhǔn)點(diǎn)建立溫標(biāo)。早期溫標(biāo)大多基于經(jīng)驗(yàn)公式或人為的規(guī)定，由一定的實(shí)驗(yàn)方法確定，稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。的規(guī)定，由一定的實(shí)驗(yàn)方法確定，稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。2022-2-3100100度，根據(jù)溫度

3、計(jì)的體膨脹距離分成度，根據(jù)溫度計(jì)的體膨脹距離分成100100份，每一份為份，每一份為1 1華華氏度，記作氏度，記作1 1F F按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)定為按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)定為3232F F，沸，沸點(diǎn)定為點(diǎn)定為212212F F。E17401740年瑞典天文學(xué)家攝西阿斯（年瑞典天文學(xué)家攝西阿斯（CelsiusCelsius）提出在標(biāo)準(zhǔn)大）提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下把水的冰點(diǎn)定為氣壓下把水的冰點(diǎn)定為0 0度，水的沸點(diǎn)定為度，水的沸點(diǎn)定為100100度。根據(jù)水的度。根據(jù)水的這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)作這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)作100100等分，每一份稱為等分，每一份稱為1 1攝氏度，記作攝氏度，記作11。攝氏度和華氏

4、度的關(guān)系為：。攝氏度和華氏度的關(guān)系為：93 25Tt式中，為華氏度值式中，為華氏度值( (F F) )；為攝氏度值；為攝氏度值()()。 2022-2-3熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) 18481848年英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文（年英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文（KelvinKelvin）提出以卡諾循環(huán)為基）提出以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)建立熱力學(xué)溫標(biāo)。認(rèn)為物質(zhì)有一個(gè)最低溫度點(diǎn)存在，定礎(chǔ)建立熱力學(xué)溫標(biāo)。認(rèn)為物質(zhì)有一個(gè)最低溫度點(diǎn)存在，定為為0 0開(kāi)（開(kāi)（0K0K），把水的三相點(diǎn)溫度），把水的三相點(diǎn)溫度273.16K273.16K（相當(dāng)（相當(dāng)0.010.01）選作唯一的參考點(diǎn)，在該溫標(biāo)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)溫度值，熱力選作唯一的參考點(diǎn)，在該溫標(biāo)中不

5、會(huì)出現(xiàn)負(fù)溫度值，熱力學(xué)溫度的單位為學(xué)溫度的單位為K K。從理想氣體狀態(tài)方程入手可以復(fù)現(xiàn)熱力。從理想氣體狀態(tài)方程入手可以復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)，稱作絕對(duì)氣體溫標(biāo)。這兩種溫標(biāo)在數(shù)值上完全相學(xué)溫標(biāo)，稱作絕對(duì)氣體溫標(biāo)。這兩種溫標(biāo)在數(shù)值上完全相同，且與測(cè)溫物質(zhì)無(wú)關(guān)。由于不存在理想氣體和理想卡諾同，且與測(cè)溫物質(zhì)無(wú)關(guān)。由于不存在理想氣體和理想卡諾熱機(jī)，故這類溫標(biāo)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在使用氣體溫度計(jì)測(cè)量熱機(jī)，故這類溫標(biāo)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在使用氣體溫度計(jì)測(cè)量溫度時(shí)，要對(duì)其讀數(shù)進(jìn)行許多修正，修正過(guò)程又依賴于許溫度時(shí)，要對(duì)其讀數(shù)進(jìn)行許多修正，修正過(guò)程又依賴于許多精確的測(cè)量，于是就導(dǎo)致了國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的問(wèn)世。多精確的測(cè)量，于是就導(dǎo)致了國(guó)

6、際實(shí)用溫標(biāo)的問(wèn)世。 2022-2-3國(guó)際溫標(biāo)國(guó)際溫標(biāo)E第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)制定于第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)制定于19271927年，年， 19891989年年7 7月國(guó)際計(jì)量委月國(guó)際計(jì)量委員會(huì)批準(zhǔn)了新的國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱員會(huì)批準(zhǔn)了新的國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱ITS-90ITS-90。我國(guó)于。我國(guó)于19941994年元年元旦起全面推行旦起全面推行ITS-90ITS-90新溫標(biāo)。新溫標(biāo)。ITS-90ITS-90同時(shí)定義國(guó)際開(kāi)爾文同時(shí)定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度（變量符號(hào)為溫度（變量符號(hào)為T T9090）和國(guó)際攝氏溫度（變量符號(hào)為）和國(guó)際攝氏溫度（變量符號(hào)為t t9090）。水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為。水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為27327316K16K

7、，攝氏度與開(kāi)爾文度保，攝氏度與開(kāi)爾文度保留原有簡(jiǎn)單的關(guān)系式：留原有簡(jiǎn)單的關(guān)系式：9090273.15 CtT國(guó)際溫標(biāo)（國(guó)際溫標(biāo)（International Temperature Scale, ITS）是用來(lái)復(fù)）是用來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，其指導(dǎo)思想是采用氣體溫度計(jì)測(cè)出一系現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，其指導(dǎo)思想是采用氣體溫度計(jì)測(cè)出一系列標(biāo)準(zhǔn)固定溫度，以它們?yōu)橐罁?jù)在固定點(diǎn)中間規(guī)定傳遞的列標(biāo)準(zhǔn)固定溫度，以它們?yōu)橐罁?jù)在固定點(diǎn)中間規(guī)定傳遞的儀器及溫度值的內(nèi)插公式。儀器及溫度值的內(nèi)插公式。2022-2-3EITS-90對(duì)某些純物質(zhì)各相（固、液體）間可復(fù)現(xiàn)的平衡對(duì)某些純物質(zhì)各相（固、液體）間可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)溫度賦予給定值，

8、即給予了定義，定義的固定點(diǎn)共態(tài)溫度賦予給定值，即給予了定義，定義的固定點(diǎn)共17個(gè)個(gè)。ITS-90規(guī)定把整個(gè)溫標(biāo)分成四個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀規(guī)定把整個(gè)溫標(biāo)分成四個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下：器如下：0.655.0K之間，用和蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來(lái)定之間，用和蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來(lái)定義；義；3.024.5561K（氖三相點(diǎn)）之間，用氦氣體溫度計(jì)來(lái)（氖三相點(diǎn)）之間，用氦氣體溫度計(jì)來(lái)定義；定義；13.8033K（平衡氫三相點(diǎn)）（平衡氫三相點(diǎn)）961.78（銀凝固點(diǎn)）（銀凝固點(diǎn)）之間，用基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義；之間，用基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義；961.78以上，用單以上，用單色輻射溫度計(jì)或光電高溫計(jì)來(lái)復(fù)現(xiàn)

9、。色輻射溫度計(jì)或光電高溫計(jì)來(lái)復(fù)現(xiàn)。 2022-2-3對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定有對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定有標(biāo)準(zhǔn)值法標(biāo)準(zhǔn)值法和和標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。兩種方法。 標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⒁幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義的固標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⒁幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)或傳感器依次置于這定溫度點(diǎn)作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)或傳感器依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值，并根據(jù)國(guó)些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值，并根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)或傳感器的分度進(jìn)行對(duì)比際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)或傳感器的分度進(jìn)行對(duì)比記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定。記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定

10、。 更常用的標(biāo)定方法是更常用的標(biāo)定方法是把被標(biāo)定溫度計(jì)（或傳感器）與已被把被標(biāo)定溫度計(jì)（或傳感器）與已被標(biāo)定的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)（或傳感器）緊靠在一起，標(biāo)定的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)（或傳感器）緊靠在一起，同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選定的若同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選定的若干個(gè)溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲得一系列對(duì)應(yīng)差干個(gè)溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)過(guò)多次升降溫度的重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)定，則值，經(jīng)過(guò)多次升降溫度的重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)定，則記錄的差值就可用作被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量。記錄的差值就可用作被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量。 2022-2-

11、3溫度計(jì)溫度計(jì)或傳感器類型或傳感器類型測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍()精度精度 (%)特點(diǎn)特點(diǎn)接接觸觸式式熱膨熱膨脹式脹式水銀水銀-506500.11簡(jiǎn)單方便；易損壞，感溫部大簡(jiǎn)單方便；易損壞，感溫部大雙金屬雙金屬結(jié)構(gòu)緊湊、牢固可靠結(jié)構(gòu)緊湊、牢固可靠壓力壓力液液-306001耐振、堅(jiān)固、價(jià)廉，感溫部大耐振、堅(jiān)固、價(jià)廉，感溫部大氣氣-20350熱電熱電偶偶鉑銠鉑銠-鉑鉑其他其他01600-2001100種類多、適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)種類多、適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛。用廣泛。熱電熱電阻阻鉑鉑鎳鎳銅銅-260600-5130001800.10.30.20.50.10.3精度及靈敏度均

12、好，感溫部大，須注意環(huán)境溫度精度及靈敏度均好，感溫部大，須注意環(huán)境溫度的影響的影響熱敏電阻熱敏電阻-503500.31.5體積小、響應(yīng)快，靈敏度高；線性差，注意環(huán)境體積小、響應(yīng)快，靈敏度高；線性差，注意環(huán)境溫度的影響溫度的影響集成溫度傳感器集成溫度傳感器-50150體積小，靈敏度和精度高，線性度好體積小，靈敏度和精度高，線性度好非非接接觸觸式式輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)8003500700300011非接觸式測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，輻射率影響非接觸式測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，輻射率影響小，應(yīng)用簡(jiǎn)便，但不能用于低溫小，應(yīng)用簡(jiǎn)便，但不能用于低溫?zé)犭娞綔y(cè)器熱電探測(cè)器熱敏電阻探測(cè)器熱敏電阻

13、探測(cè)器光子探測(cè)器光子探測(cè)器2002000-50320003500111非接觸式測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快，測(cè)非接觸式測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快，測(cè)溫范圍大適于測(cè)溫度分布、易受外界干擾，定標(biāo)溫范圍大適于測(cè)溫度分布、易受外界干擾，定標(biāo)困難的場(chǎng)合困難的場(chǎng)合其他其他碘化銀碘化銀二碘化汞二碘化汞液晶等液晶等-35200NB金屬金屬A因失去電因失去電子而帶正電，子而帶正電，金屬金屬B因得到電因得到電子而帶負(fù)電子而帶負(fù)電 在接觸處形成在接觸處形成電位差，即電位差，即接觸電勢(shì)接觸電勢(shì) NA和和NB分別為分別為A、B的電子密度的電子密度2022-2-32 .溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)高溫端自由電高溫端自由電子的擴(kuò)

14、散速率子的擴(kuò)散速率比低溫端大比低溫端大 圖圖3.7 溫差電勢(shì)示意圖溫差電勢(shì)示意圖 對(duì)于導(dǎo)體的某一薄層對(duì)于導(dǎo)體的某一薄層來(lái)說(shuō)，溫度較高的一來(lái)說(shuō)，溫度較高的一端失去電子帶正電，端失去電子帶正電，溫度較低的一端得到溫度較低的一端得到電子而帶負(fù)電電子而帶負(fù)電形成溫差電勢(shì)形成溫差電勢(shì)導(dǎo)體內(nèi)高溫導(dǎo)體內(nèi)高溫端自由電子端自由電子的動(dòng)能比低的動(dòng)能比低溫端自由電溫端自由電子的動(dòng)能大子的動(dòng)能大 2022-2-3接觸電勢(shì)：接觸電勢(shì)：溫差電勢(shì)：溫差電勢(shì)： lnAABBNkTETeN00,TeAATET TdT對(duì)于兩種金屬導(dǎo)體對(duì)于兩種金屬導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路，溫差電勢(shì)等于組成的熱電偶回路，溫差電勢(shì)等于A、B兩種金屬

15、導(dǎo)體的溫差電勢(shì)的代數(shù)和：兩種金屬導(dǎo)體的溫差電勢(shì)的代數(shù)和： 00,TeABABTET TdTEAB（T）為接觸電勢(shì)；為接觸電勢(shì)；k為玻爾茲曼常數(shù)；為玻爾茲曼常數(shù)；T為熱力為熱力學(xué)溫度；學(xué)溫度；e為電子電荷量；為電子電荷量； A為為A導(dǎo)體的湯姆遜系數(shù)；導(dǎo)體的湯姆遜系數(shù)；EAe（T,T0）為溫差電勢(shì)）為溫差電勢(shì)2022-2-3對(duì)于勻質(zhì)導(dǎo)體對(duì)于勻質(zhì)導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，總電勢(shì)為接觸電勢(shì)和溫差組成的熱電偶，總電勢(shì)為接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)之和，即：電勢(shì)之和，即： 000,TABABABABTET TETETdT討論：討論： 兩種材料相同時(shí)兩種材料相同時(shí) 兩種材料不同，但兩種材料不同，但T=T0 時(shí)時(shí)EAB(

16、T,T0)=?2022-2-3由討論結(jié)果可知：由討論結(jié)果可知：熱電偶必須由兩種不同材料的熱電極組成；熱電偶必須由兩種不同材料的熱電極組成；熱電偶的兩接觸點(diǎn)必須具有不同的溫度；熱電偶的兩接觸點(diǎn)必須具有不同的溫度；當(dāng)熱電極材料固定后，熱電勢(shì)當(dāng)熱電極材料固定后，熱電勢(shì)EAB(T,T0) 是是 溫度溫度(T,T0)的函數(shù)。如果保持的函數(shù)。如果保持T0不變，則不變，則EAB(T,T0)是是T0的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。2022-2-3利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，必須在熱電偶回路中引入連接導(dǎo)線利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，必須在熱電偶回路中引入連接導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表，它們可能會(huì)對(duì)熱電勢(shì)造成一定的影響，因和測(cè)量?jī)x表，它們可能會(huì)對(duì)熱電勢(shì)

17、造成一定的影響，因此，有比要進(jìn)一步掌握熱電偶應(yīng)用的基本定律。此，有比要進(jìn)一步掌握熱電偶應(yīng)用的基本定律。 1. 勻質(zhì)導(dǎo)體定律勻質(zhì)導(dǎo)體定律 在由相同導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論幾何尺在由相同導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論幾何尺寸如何以及各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。寸如何以及各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。 E應(yīng)用這一定律可以來(lái)校驗(yàn)熱電偶，如果由勻質(zhì)材料組應(yīng)用這一定律可以來(lái)校驗(yàn)熱電偶，如果由勻質(zhì)材料組成熱電偶回路，則不產(chǎn)生測(cè)溫作用；若熱電偶的熱電成熱電偶回路，則不產(chǎn)生測(cè)溫作用；若熱電偶的熱電極由非勻質(zhì)材料組成的閉合回路，且存在溫差時(shí)，則極由非勻質(zhì)材料組成的閉合回路，且存在溫差時(shí)

18、，則有熱電勢(shì)輸出，其值越大，說(shuō)明熱電極的成分和應(yīng)力有熱電勢(shì)輸出，其值越大，說(shuō)明熱電極的成分和應(yīng)力分布越不均勻，因此可以檢查熱電極的不均勻性。分布越不均勻，因此可以檢查熱電極的不均勻性。2022-2-32. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，只要在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同中間導(dǎo)體兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶總的熱電勢(shì)，對(duì)熱電偶總的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。沒(méi)有影響。如圖如圖3.8中，用中間導(dǎo)體中，用中間導(dǎo)體C接入熱電偶回路，其總熱電勢(shì)為：接入熱電偶回路，其總熱電勢(shì)為： 0000000,TTTABCABBCCAABCTTTET TETETETdTdTdT

19、因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?000000lnlnCBBBCCABAABCAAkTNkTNNETETETETeNNeN 圖圖3.8 有中間導(dǎo)體的熱電偶回路圖有中間導(dǎo)體的熱電偶回路圖 2022-2-3000TCTdT于是：于是： 00000,TTABCABABABABTTET TETETdTdTET TE若在回路中接入多個(gè)導(dǎo)體，只要每個(gè)導(dǎo)體兩端溫度若在回路中接入多個(gè)導(dǎo)體，只要每個(gè)導(dǎo)體兩端溫度相同，也可得到同樣的結(jié)論。相同，也可得到同樣的結(jié)論。E應(yīng)用這一定律，可在熱電偶回路中串入顯示儀表或應(yīng)用這一定律，可在熱電偶回路中串入顯示儀表或連接導(dǎo)體，只要顯示儀表或連接導(dǎo)體兩端溫度相同連接導(dǎo)體，只要顯示儀表或連接導(dǎo)體兩端溫

20、度相同，那么對(duì)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)沒(méi)有影響，也就不會(huì)，那么對(duì)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)沒(méi)有影響，也就不會(huì)影響測(cè)試精度。影響測(cè)試精度。2022-2-33. 連接導(dǎo)體定律和中間溫度定連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律律 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律: 如圖如圖3.9中，假設(shè)熱電偶兩極線兩端溫度為中，假設(shè)熱電偶兩極線兩端溫度為T1、T2，連接導(dǎo)線兩端溫度為，連接導(dǎo)線兩端溫度為T2、T3。如果測(cè)得端和端的。如果測(cè)得端和端的熱電勢(shì)為熱電勢(shì)為EABB A (T1,T2,T3)，則它必然為熱電偶，則它必然為熱電偶A、B的熱的熱電勢(shì)電勢(shì)EAB(T1,T2)與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線A 、B 在溫度在溫度T2和和T3時(shí)的熱電時(shí)的熱電勢(shì)勢(shì)E

21、A B (T2,T3)的代數(shù)和，即：的代數(shù)和，即： 1231223( ,)( ,)(,)ABB AABA BET T TET TET T 圖圖3.9 用導(dǎo)線連接的熱電偶回路用導(dǎo)線連接的熱電偶回路 2022-2-3E在實(shí)際中，和采用補(bǔ)償導(dǎo)線，或在兩結(jié)點(diǎn)同溫度條件下，在實(shí)際中，和采用補(bǔ)償導(dǎo)線，或在兩結(jié)點(diǎn)同溫度條件下，是熱電偶本身直接和配用儀表相接。是熱電偶本身直接和配用儀表相接。 中間溫度定律中間溫度定律: 如果如果A與與A ，B與與B 材料分別相同材料分別相同 ,熱電偶在熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為結(jié)點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì)EAB(T1,T3)等于熱電偶在等于熱電偶在(T1,T2)、(T2,

22、T3)時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)EAB(T1,T2)與與EAB(T2,T3)的代數(shù)和，的代數(shù)和，即：即：1231223( ,)( ,)( ,)ABABABET T TET TET TE中間溫度定律是是制訂熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)。中間溫度定律是是制訂熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)。 2022-2-34. 參考電極定律參考電極定律 圖圖3.10中，如果將熱電極中，如果將熱電極C作為參考電極與任意兩熱電極作為參考電極與任意兩熱電極A、B配對(duì)，那么在接點(diǎn)溫度相同的情況下，任意兩電極配對(duì)，那么在接點(diǎn)溫度相同的情況下，任意兩電極A、B再行配對(duì)后的熱電勢(shì)為：再行配對(duì)后的熱電勢(shì)為： 000( ,)( ,)( ,)A

23、BACBCET TET TET T圖3.10 中間溫度定律上式中，上式中，EAB(T,T0)為為A、B兩熱電極配兩熱電極配對(duì)后，在接點(diǎn)溫度為對(duì)后，在接點(diǎn)溫度為(T，T0)時(shí)的熱電時(shí)的熱電勢(shì)；勢(shì)；EAC(T,T0)為參考電極為參考電極C與熱電極與熱電極A配對(duì)后，接點(diǎn)溫度為配對(duì)后，接點(diǎn)溫度為(T，T0）時(shí)的熱）時(shí)的熱電勢(shì)；電勢(shì)；EAB(T,T0)為參考電極為參考電極C與熱電極與熱電極B配對(duì)后，接點(diǎn)溫度為配對(duì)后，接點(diǎn)溫度為(T，T0）時(shí)的熱）時(shí)的熱電勢(shì)。電勢(shì)。2022-2-3熱電偶的熱電勢(shì)值與熱電極材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，熱電偶的熱電勢(shì)值與熱電極材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而熱電偶的分度表以及根據(jù)分度表

24、的測(cè)溫儀表都是以熱而熱電偶的分度表以及根據(jù)分度表的測(cè)溫儀表都是以熱電偶冷端溫度為電偶冷端溫度為0為基礎(chǔ)的。但實(shí)際上熱電偶的冷端溫為基礎(chǔ)的。但實(shí)際上熱電偶的冷端溫度不可能一直自然保持在度不可能一直自然保持在0或某一固定溫度，因此需要或某一固定溫度，因此需要對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。目前，溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ鲗?duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。目前，溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕幸韵聨追N。要有以下幾種。1. 冷端恒溫法冷端恒溫法E將冷端放在冰水混合物中，維持冷端溫度為將冷端放在冰水混合物中，維持冷端溫度為0，此，此方法精度高，用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱電偶校正；方法精度高，用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱電偶校正；E將冷端放在盛油的容器中，利用油

25、的惰性使冷端溫度將冷端放在盛油的容器中，利用油的惰性使冷端溫度恒定；恒定；E將冷端放在加熱的恒溫器中，恒溫器用電加熱，并用將冷端放在加熱的恒溫器中，恒溫器用電加熱，并用自動(dòng)控制裝置使其溫度恒定。自動(dòng)控制裝置使其溫度恒定。 2022-2-32. 冷端溫度校正法冷端溫度校正法 當(dāng)冷端溫度大于當(dāng)冷端溫度大于0時(shí)，由：時(shí)，由： 00( ,)( ,)(,)ABnABABnET TET TET T可知熱電偶輸出的熱電勢(shì)將比可知熱電偶輸出的熱電勢(shì)將比EAB(T,T0)小，這一熱電勢(shì)輸小，這一熱電勢(shì)輸入儀表后，儀表的指示溫度入儀表后，儀表的指示溫度T指指將比被測(cè)溫度將比被測(cè)溫度T低，即低，即T指指=T-T此時(shí)

26、，假設(shè)儀表指示值所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為此時(shí)，假設(shè)儀表指示值所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為EAB(T指指,T0) ，若若 (T,T0)的平均熱電勢(shì)率為的平均熱電勢(shì)率為(dE/dT)指指，則：，則： ,ABET TTdE dT指指而而0,ABABnnndEET TETTTdT指2022-2-3如果令如果令 ndE dTKdE dT指則則 nTTK T指K稱為補(bǔ)償系數(shù)，常用幾種熱電偶的近似稱為補(bǔ)償系數(shù)，常用幾種熱電偶的近似K值見(jiàn)表值見(jiàn)表3-2。表表3-2 常用熱電偶的近似常用熱電偶的近似K值值 類別類別銅銅-康康銅銅鎳鉻鎳鉻-青青銅銅鐵鐵-康康銅銅鎳鉻鎳鉻-鎳鎳硅硅鉑銠鉑銠10-鉑鉑常用溫常用溫度度/300600500

27、80006000100010001600近似近似K值值0.70.8110.52022-2-33. 熱電偶補(bǔ)償法熱電偶補(bǔ)償法在熱電偶回路中串聯(lián)一只同型在熱電偶回路中串聯(lián)一只同型號(hào)熱電偶，稱為熱電偶補(bǔ)償，號(hào)熱電偶，稱為熱電偶補(bǔ)償，連接方法見(jiàn)圖連接方法見(jiàn)圖3.11。將熱補(bǔ)償。將熱補(bǔ)償電偶的工作端置于恒定溫度電偶的工作端置于恒定溫度T0中，假設(shè)中，假設(shè)T0=0，則，則T0可完全補(bǔ)可完全補(bǔ)償，如果為非零的恒定溫度，償，如果為非零的恒定溫度，則可由分度表查得對(duì)應(yīng)的熱電則可由分度表查得對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)值加上儀表的讀數(shù)而獲得真勢(shì)值加上儀表的讀數(shù)而獲得真實(shí)溫度。這種補(bǔ)償法可用于多實(shí)溫度。這種補(bǔ)償法可用于多點(diǎn)測(cè)溫，用

28、一只熱電偶對(duì)多只點(diǎn)測(cè)溫，用一只熱電偶對(duì)多只工作熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償。工作熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償。圖3.11 熱電偶補(bǔ)償線路2022-2-34. 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法根據(jù)中間導(dǎo)體定律，當(dāng)熱電極根據(jù)中間導(dǎo)體定律，當(dāng)熱電極A、B與與A 、B 相連后，回路仍相連后，回路仍可看作僅由可看作僅由A、B熱電極組成。在低溫范圍熱電極組成。在低溫范圍0100，導(dǎo)線，導(dǎo)線A 、B 的特性與熱電極的特性與熱電極A、B的特性近似，這種導(dǎo)線被稱為補(bǔ)償導(dǎo)的特性近似，這種導(dǎo)線被稱為補(bǔ)償導(dǎo)線，其作用在于把熱電偶參考端移至遠(yuǎn)離熱源并且溫度恒定的線，其作用在于把熱電偶參考端移至遠(yuǎn)離熱源并且溫度恒定的地方，從而達(dá)到穩(wěn)定冷端溫度的目的。地

29、方，從而達(dá)到穩(wěn)定冷端溫度的目的。 使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)應(yīng)注意：使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)應(yīng)注意： E不同熱電偶應(yīng)配接不同補(bǔ)償導(dǎo)線，且必須在規(guī)定的溫度不同熱電偶應(yīng)配接不同補(bǔ)償導(dǎo)線，且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)；范圍內(nèi)；E補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接時(shí)，正極與正極相連，不能將極補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接時(shí)，正極與正極相連，不能將極性接反，否則非但不能起到補(bǔ)償作用，相反還會(huì)造成更性接反，否則非但不能起到補(bǔ)償作用，相反還會(huì)造成更大的測(cè)量誤差。大的測(cè)量誤差。 2022-2-3常見(jiàn)的補(bǔ)償導(dǎo)線見(jiàn)表常見(jiàn)的補(bǔ)償導(dǎo)線見(jiàn)表3-3所示所示 補(bǔ)償導(dǎo)線種類補(bǔ)償導(dǎo)線種類KCSCEXWL配用熱電偶配用熱電偶鎳鉻鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）鎳硅）鉑銠鉑銠1

30、0-鉑鉑鎳鉻鎳鉻-考銅考銅鎢錸鎢錸5-鎢錸鎢錸20導(dǎo)線線芯材料導(dǎo)線線芯材料正極正極銅銅銅銅鎳鉻鎳鉻銅銅負(fù)極負(fù)極康銅康銅銅鎳銅鎳考銅考銅銅銅1.71.8%鎳鎳絕緣顏色規(guī)定絕緣顏色規(guī)定正極正極紅紅紅紅紅紅紅紅負(fù)極負(fù)極藍(lán)藍(lán)綠綠黃黃藍(lán)藍(lán)熱電勢(shì)（熱端熱電勢(shì)（熱端100，冷端冷端0） (mV)4.100.150.6430.0236.950.301.3370.045熱電勢(shì)（熱端熱電勢(shì)（熱端150，冷端冷端0） (mV)6.130.0201.0250.02410.590.02020時(shí)的熱電阻率時(shí)的熱電阻率(mm2/m2)0.6340.04841.250.0484表表3-3 常用補(bǔ)償導(dǎo)線色別及熱電特性常用補(bǔ)償導(dǎo)

31、線色別及熱電特性2022-2-35. 補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法當(dāng)熱電偶工作端溫度為當(dāng)熱電偶工作端溫度為T，冷端溫度為，冷端溫度為Tn時(shí)，如果能夠在時(shí)，如果能夠在熱電偶回路中串接一個(gè)電勢(shì)熱電偶回路中串接一個(gè)電勢(shì)U=EAB(Tn,T0)，就可使測(cè)量?jī)x，就可使測(cè)量?jī)x的輸出電勢(shì)為：的輸出電勢(shì)為：0( ,)( ,)ABnABET TUET T此時(shí)即可獲得正確的測(cè)量值，這就是補(bǔ)償電橋法的基本依此時(shí)即可獲得正確的測(cè)量值，這就是補(bǔ)償電橋法的基本依據(jù)。據(jù)。 顯然，所謂的冷端溫度補(bǔ)償器實(shí)際上是一個(gè)能夠產(chǎn)生直流顯然，所謂的冷端溫度補(bǔ)償器實(shí)際上是一個(gè)能夠產(chǎn)生直流信號(hào)為信號(hào)為EAB(Tn,T0)的毫伏發(fā)生器，將其串接在熱電

32、偶測(cè)量線的毫伏發(fā)生器，將其串接在熱電偶測(cè)量線路中，可使讀數(shù)得到自動(dòng)補(bǔ)償。路中，可使讀數(shù)得到自動(dòng)補(bǔ)償。 2022-2-3一般的冷端補(bǔ)償器內(nèi)部為一個(gè)不平衡電橋，見(jiàn)圖一般的冷端補(bǔ)償器內(nèi)部為一個(gè)不平衡電橋，見(jiàn)圖3.12。連接。連接時(shí)，滿足以下條件：時(shí)，滿足以下條件： E電橋輸出端與熱電偶串接；電橋輸出端與熱電偶串接；E電橋三臂由電阻溫度系數(shù)較小的錳銅電橋三臂由電阻溫度系數(shù)較小的錳銅線繞制，使溫度不隨環(huán)境溫度變化；線繞制，使溫度不隨環(huán)境溫度變化；E另一臂由電阻溫度系數(shù)較大的銅線繞另一臂由電阻溫度系數(shù)較大的銅線繞制，并使在制，并使在20時(shí)，阻值為時(shí)，阻值為1，此，此時(shí)電橋平衡，沒(méi)有電壓輸出；時(shí)電橋平衡，沒(méi)

33、有電壓輸出；E適當(dāng)選擇值，可使電橋的電壓輸出特適當(dāng)選擇值，可使電橋的電壓輸出特性與所配接熱電偶的熱電特性相近，性與所配接熱電偶的熱電特性相近，并且在溫度大于并且在溫度大于20時(shí)，電橋電壓使時(shí)，電橋電壓使熱電偶毫伏數(shù)增加，在溫度低于熱電偶毫伏數(shù)增加，在溫度低于20時(shí)，電橋電壓使熱電偶毫伏數(shù)減小，時(shí)，電橋電壓使熱電偶毫伏數(shù)減小，從而達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度的目的。從而達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度的目的。 圖3.12 冷端溫度補(bǔ)償電橋2022-2-31. 熱電偶的類型熱電偶的類型根據(jù)熱電偶的工作原理，從理論上說(shuō)，任何兩種導(dǎo)體都可根據(jù)熱電偶的工作原理，從理論上說(shuō)，任何兩種導(dǎo)體都可以配成熱電偶，但是工程上要求測(cè)量溫

34、度具有一定的精度以配成熱電偶，但是工程上要求測(cè)量溫度具有一定的精度，所以選作熱電偶的材料有一定的要求。設(shè)計(jì)時(shí)，必須考，所以選作熱電偶的材料有一定的要求。設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮以下幾點(diǎn)：慮以下幾點(diǎn)：E配成的熱電偶有較大的熱電勢(shì)和熱電勢(shì)率；配成的熱電偶有較大的熱電勢(shì)和熱電勢(shì)率；E測(cè)量溫度范圍廣，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，長(zhǎng)期工作后測(cè)量溫度范圍廣，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，長(zhǎng)期工作后，熱電特性較穩(wěn)定；，熱電特性較穩(wěn)定；E電阻溫度系數(shù)和比熱要??；電阻溫度系數(shù)和比熱要??；E便于制作，資源豐富。便于制作，資源豐富。2022-2-3根據(jù)上述原則，常用熱電偶材料有銅、鐵、鉑、鉑銠合根據(jù)上述原則，常用熱電偶材料有銅、鐵、鉑、鉑銠合金

35、及鎳鉻合金等，由于兩種純金屬組成的熱電偶的熱電金及鎳鉻合金等，由于兩種純金屬組成的熱電偶的熱電勢(shì)率很小，所以勢(shì)率很小，所以目前常用的熱電偶大多數(shù)是合金與純金目前常用的熱電偶大多數(shù)是合金與純金屬相配或者合金與合金相配。屬相配或者合金與合金相配。圖圖3.13給出了幾種常用熱給出了幾種常用熱電偶材料配對(duì)后的熱電特性曲線。電偶材料配對(duì)后的熱電特性曲線。 圖圖3.13 常用熱電偶常用熱電偶熱電特性曲線熱電特性曲線2022-2-31) 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶國(guó)際上規(guī)定熱電偶分為國(guó)際上規(guī)定熱電偶分為8個(gè)不同的分度號(hào)，分別為個(gè)不同的分度號(hào)，分別為S、R、B、K、N、E、J和和T，其測(cè)量溫度的最低可測(cè)，其測(cè)量溫度

36、的最低可測(cè)-270，最高可達(dá)，最高可達(dá)1800，其中，其中S、R、B屬于鉑系列的熱電偶屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以又被稱為貴金屬熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以又被稱為貴金屬熱電偶，而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有以下七種：常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有以下七種： 鉑銠鉑銠10-鉑熱電偶鉑熱電偶 鎳鉻鎳鉻-鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 鎳鉻鎳鉻-康銅熱電偶康銅熱電偶 銅銅-康銅熱電偶康銅熱電偶 鐵鐵-康銅熱電偶康銅熱電偶 鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 鉑銠鉑銠30-鉑銠鉑銠6熱電偶熱電偶 2022-2-3N鉑銠鉑銠10-鉑熱電偶：鉑熱電偶

37、： $正極（正極（SP）是鉑銠合金，可測(cè)量）是鉑銠合金，可測(cè)量1600高溫，長(zhǎng)期工高溫，長(zhǎng)期工作溫度為作溫度為01300$它屬于貴重金屬熱電偶，具有較穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)它屬于貴重金屬熱電偶，具有較穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，抗氧化能力強(qiáng)，可在氧化性性氣體介質(zhì)中工作，不，抗氧化能力強(qiáng)，可在氧化性性氣體介質(zhì)中工作，不適宜在金屬蒸汽、金屬氧化物和其他還原性介質(zhì)中工適宜在金屬蒸汽、金屬氧化物和其他還原性介質(zhì)中工作，必須選用可靠保護(hù)管作，必須選用可靠保護(hù)管$熱電勢(shì)小，測(cè)量時(shí)要配用靈敏度高的儀表，由于它有熱電勢(shì)小，測(cè)量時(shí)要配用靈敏度高的儀表，由于它有高的精度，因此國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定：它是高的精度，因此國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定：它是

38、630.711064.43范圍內(nèi)的基準(zhǔn)熱電偶，其分度號(hào)為范圍內(nèi)的基準(zhǔn)熱電偶，其分度號(hào)為S。2022-2-3$該熱電偶的兩個(gè)熱電極均采用鉑銠合金，只是正極（該熱電偶的兩個(gè)熱電極均采用鉑銠合金，只是正極（BP）負(fù)極（）負(fù)極（BN）含銠量不同，能長(zhǎng)期在）含銠量不同，能長(zhǎng)期在1600的溫的溫度中使用，短期最高使用溫度為度中使用，短期最高使用溫度為1800，屬于高溫?zé)幔瑢儆诟邷責(zé)犭娕?，也是目前使用最為廣泛的一種熱電偶電偶，也是目前使用最為廣泛的一種熱電偶$該熱電偶特性穩(wěn)定，一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是不需用補(bǔ)償導(dǎo)該熱電偶特性穩(wěn)定，一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是不需用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)樵诰€進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)樵?50范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于

39、范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3V$但熱電勢(shì)率小，測(cè)量時(shí)需配用靈敏度高的儀表，且價(jià)但熱電勢(shì)率小，測(cè)量時(shí)需配用靈敏度高的儀表，且價(jià)格較貴，分度號(hào)為格較貴，分度號(hào)為B。 N鉑銠鉑銠30-鉑銠鉑銠6熱電偶：熱電偶： 2022-2-3N鎳鉻鎳鉻-鎳硅熱電偶：鎳硅熱電偶： $正極（正極（KP）鎳鉻比為）鎳鉻比為90:10，負(fù)極（，負(fù)極（KN）鎳硅比為）鎳硅比為97:3，短期可測(cè)量，短期可測(cè)量1300，長(zhǎng)時(shí)間工作溫度為，長(zhǎng)時(shí)間工作溫度為900$物理化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化能力強(qiáng)，但不能直接在高物理化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化能力強(qiáng)，但不能直接在高溫下用于硫、還原性或還原溫下用于硫、還原性或還原/氧化交替的氣氛中和真空氧化交替的氣氛

40、中和真空中中$熱電勢(shì)比熱電勢(shì)比S型大的多，價(jià)格便宜，雖然測(cè)量精度偏低型大的多，價(jià)格便宜，雖然測(cè)量精度偏低，但完全能滿足工業(yè)測(cè)量要求，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，但完全能滿足工業(yè)測(cè)量要求，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，目前我國(guó)把這種熱電偶作為三等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用來(lái)校目前我國(guó)把這種熱電偶作為三等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用來(lái)校正工業(yè)用鎳鉻正工業(yè)用鎳鉻-鎳硅熱電偶，分度號(hào)為鎳硅熱電偶，分度號(hào)為K。 2022-2-3N鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳硅熱電偶：鎳硅熱電偶： $分度號(hào)為分度號(hào)為N，正極（，正極（NP）Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，負(fù)，負(fù)極（極（NN）Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1$它是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，

41、克服了它是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，克服了K型熱電型熱電偶的兩個(gè)重要缺點(diǎn)：在偶的兩個(gè)重要缺點(diǎn)：在300500間由于鎳鉻合金的晶間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定格短程有序而引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定$在在800左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定勢(shì)不穩(wěn)定$其他特點(diǎn)與其他特點(diǎn)與K型熱電偶相同，但不受短程有序化的影型熱電偶相同，但不受短程有序化的影響，綜合性能優(yōu)于響，綜合性能優(yōu)于K型熱電偶。型熱電偶。 2022-2-3N鎳鉻鎳鉻-康銅熱電偶：康銅熱電偶： $又稱鎳鉻又稱鎳鉻-銅鎳熱電偶，正極（銅鎳熱電偶，正極（EP）鎳鉻比為）鎳鉻比為

42、90:10，與，與KP相同，負(fù)極（相同，負(fù)極（EN）為銅鎳合金）為銅鎳合金$該熱電偶的使用溫度為該熱電偶的使用溫度為-200900，在熱處理車間低溫，在熱處理車間低溫爐中（爐中（600以下）得到廣泛使用以下）得到廣泛使用$電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測(cè)量微小的溫度變化。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕熱電堆，測(cè)量微小的溫度變化。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕不靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境不靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境$具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅，鐵康銅，鐵-康銅熱電康銅熱電偶，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。分度號(hào)為偶，價(jià)格

43、便宜等優(yōu)點(diǎn)。分度號(hào)為E。2022-2-3N鐵鐵-康銅熱電偶：康銅熱電偶： $正極（正極（JP）為純鐵，負(fù)極（）為純鐵，負(fù)極（JN）為康銅（銅鎳合金，）為康銅（銅鎳合金，55%的銅和的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳、鈷、的鎳以及少量卻十分重要的錳、鈷、鐵等元素，盡管它叫康銅，但不同于鎳鉻鐵等元素，盡管它叫康銅，但不同于鎳鉻-康銅和銅康銅和銅-康銅的康銅，故不能用康銅的康銅，故不能用EN和和TN來(lái)替換）來(lái)替換）$特點(diǎn)是熱電勢(shì)大，價(jià)格便宜，適用于真空氧化的還原特點(diǎn)是熱電勢(shì)大，價(jià)格便宜，適用于真空氧化的還原性或惰性氣氛中，溫度范圍從性或惰性氣氛中，溫度范圍從-200800，但常用，但常用溫度在溫

44、度在500以下，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)溫度后，鐵熱電極的以下，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長(zhǎng)的壽命使用且有較長(zhǎng)的壽命$該熱電偶能耐氫氣及一氧化碳等氣體的腐蝕，但不能該熱電偶能耐氫氣及一氧化碳等氣體的腐蝕，但不能在高溫（如在高溫（如500）含硫的氣氛中使用，分度號(hào)為）含硫的氣氛中使用，分度號(hào)為J。 2022-2-3N銅銅-康銅熱電偶：康銅熱電偶： $又稱銅又稱銅-銅鎳熱電偶，正極（銅鎳熱電偶，正極（TP）為純銅，負(fù)極（）為純銅，負(fù)極（TN）為銅鎳合金（也稱康銅），與鎳鉻）為銅鎳合金（也稱康銅），與鎳鉻-

45、康銅康銅EN通用，通用，與鐵與鐵-康銅康銅JN不能通用不能通用$它的使用溫度是它的使用溫度是-200350，因銅熱電極易氧化，并，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過(guò)能超過(guò)300，在，在-200300范圍內(nèi)，靈敏度比較高范圍內(nèi)，靈敏度比較高$主要特點(diǎn)是：熱電動(dòng)較大，準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性和均主要特點(diǎn)是：熱電動(dòng)較大，準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性和均勻性好，在勻性好，在-2000溫區(qū)內(nèi)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)溫區(qū)內(nèi)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性可小于定性可小于3V$它是常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種，分度號(hào)為它是常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜

46、的一種，分度號(hào)為T2022-2-32) 非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 鎢鎢-鉬熱電偶：鉬熱電偶： $鎢、鉬的化學(xué)穩(wěn)定性差，不能在氧化性介質(zhì)中工作，鎢在鎢、鉬的化學(xué)穩(wěn)定性差，不能在氧化性介質(zhì)中工作，鎢在空氣中達(dá)空氣中達(dá)400500時(shí)即顯著氧化，在高于時(shí)即顯著氧化，在高于1000時(shí)，即時(shí)，即變成黃色的三氧化鎢，同樣鉬在空氣中達(dá)變成黃色的三氧化鎢，同樣鉬在空氣中達(dá)600時(shí)也要氧時(shí)也要氧化成二氧化鉬，雖然它們可以在還原性介質(zhì)中工作，但高化成二氧化鉬，雖然它們可以在還原性介質(zhì)中工作，但高溫下穩(wěn)定性較差，因此只能在真空中或中性介質(zhì)中工作。溫下穩(wěn)定性較差，因此只能在真空中或中性介質(zhì)中工作。 $實(shí)驗(yàn)指出，鎢實(shí)驗(yàn)指

47、出，鎢-鉬熱電偶的熱電勢(shì)是很低的，而且熱電勢(shì)與鉬熱電偶的熱電勢(shì)是很低的，而且熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系有返回點(diǎn)，即在開(kāi)始加熱時(shí)，鎢溫度之間的關(guān)系有返回點(diǎn)，即在開(kāi)始加熱時(shí)，鎢-鉬熱電偶鉬熱電偶的熱電勢(shì)為負(fù)，到的熱電勢(shì)為負(fù)，到500600時(shí)負(fù)值達(dá)到最低，然后又逐時(shí)負(fù)值達(dá)到最低，然后又逐漸上升，大約在漸上升，大約在1300時(shí)返回零點(diǎn)，以后就又時(shí)返回零點(diǎn)，以后就又直上升了直上升了，所以鎢，所以鎢鉬熱電偶只用在鉬熱電偶只用在13002200之間，在這一溫之間，在這一溫度范圍內(nèi)它們的線性還是較好的。度范圍內(nèi)它們的線性還是較好的。 2022-2-3 鎢錸熱電偶：鎢錸熱電偶： $使用最多的是鎢錸使用最多的是鎢錸5

48、/20，正極含錸，正極含錸5%，負(fù)極含錸，負(fù)極含錸20%。 $鎢錸熱電偶測(cè)溫范圍大，可從鎢錸熱電偶測(cè)溫范圍大，可從0開(kāi)始到開(kāi)始到2800；$熱 電 勢(shì) 與 溫 度 的 關(guān) 系 近 似 直 線 ， 靈 敏 度 高 ， 在熱 電 勢(shì) 與 溫 度 的 關(guān) 系 近 似 直 線 ， 靈 敏 度 高 ， 在10002800范圍內(nèi)較穩(wěn)定，靈敏度約為范圍內(nèi)較穩(wěn)定，靈敏度約為0.018mV/$抗氧化能力差，如直徑為抗氧化能力差，如直徑為1mm的鎢錸絲，在加熱到的鎢錸絲，在加熱到2800后不到一分鐘，電極就氧化為后不到一分鐘，電極就氧化為0.5mm的直徑。因的直徑。因此它只能在真空或惰性氣體中工作。此它只能在真空

49、或惰性氣體中工作。2022-2-3 銥銠熱電偶：銥銠熱電偶： 它是目前應(yīng)用在真空和中性氣體中，特別是在氧化性氣體中它是目前應(yīng)用在真空和中性氣體中，特別是在氧化性氣體中唯一可以測(cè)量到唯一可以測(cè)量到2000的熱電偶。的熱電偶。 其他熱電偶：其他熱電偶： 上面介紹的一些熱電偶均系金屬或合金電極，由于受熔點(diǎn)的上面介紹的一些熱電偶均系金屬或合金電極，由于受熔點(diǎn)的限制，能用于高溫范圍的很少，而且性能的局限性也很大，限制，能用于高溫范圍的很少，而且性能的局限性也很大，因此非金屬高溫?zé)犭娕嫉难芯渴艿街匾?，并且取得了成果，因此非金屬高溫?zé)犭娕嫉难芯渴艿街匾?，并且取得了成果，比較成熟的有：熱解石墨熱電偶，二硅化鎢

50、比較成熟的有：熱解石墨熱電偶，二硅化鎢-二硅化鉬熱電偶二硅化鉬熱電偶，石墨，石墨-二硼化鋯熱電偶，石墨二硼化鋯熱電偶，石墨-碳化鈦熱電偶和石墨碳化鈦熱電偶和石墨-碳化鈮碳化鈮熱電偶。這五種產(chǎn)品的精度可達(dá)熱電偶。這五種產(chǎn)品的精度可達(dá)1%1.5%，在氧化氣氛中，在氧化氣氛中，可用于可用于1700左右，二硅化鎢左右，二硅化鎢-二硅化鉬熱電偶在中性和還原二硅化鉬熱電偶在中性和還原氣氛中可應(yīng)用到氣氛中可應(yīng)用到2500。2022-2-32. 熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)由于熱電偶廣泛地應(yīng)用在各種條件下的溫度測(cè)量，以致熱由于熱電偶廣泛地應(yīng)用在各種條件下的溫度測(cè)量，以致熱電偶結(jié)構(gòu)形式非常之多。按熱電偶本身結(jié)構(gòu)可分

51、為普通裝電偶結(jié)構(gòu)形式非常之多。按熱電偶本身結(jié)構(gòu)可分為普通裝配熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶等；根據(jù)不同用途又配熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶等；根據(jù)不同用途又可分為表面熱電偶、快速熱電偶、多點(diǎn)熱電偶、測(cè)量氣體可分為表面熱電偶、快速熱電偶、多點(diǎn)熱電偶、測(cè)量氣體用的熱電偶、測(cè)量光輻射強(qiáng)度的熱電堆及真空熱電偶等。用的熱電偶、測(cè)量光輻射強(qiáng)度的熱電堆及真空熱電偶等。下面分別介紹幾種主要的熱電偶結(jié)構(gòu)。下面分別介紹幾種主要的熱電偶結(jié)構(gòu)。1) 普通裝配熱電偶普通裝配熱電偶3) 表面熱電偶表面熱電偶4) 快速微型熱電偶快速微型熱電偶 2) 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 2022-2-3N普通裝配熱電偶普通裝配熱電偶 圖

52、圖3.14普通熱電偶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖普通熱電偶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 為普通裝配熱電偶的結(jié)構(gòu)圖。它是由熱電極（偶絲）、絕緣材料（絕緣為普通裝配熱電偶的結(jié)構(gòu)圖。它是由熱電極（偶絲）、絕緣材料（絕緣管）、保護(hù)管（殼體、外罩）和接線盒等組成。為了防止灰塵和有害氣管）、保護(hù)管（殼體、外罩）和接線盒等組成。為了防止灰塵和有害氣體進(jìn)入熱電偶內(nèi)部，接線盒的出線孔和蓋子均用墊圈和墊片加以密封。體進(jìn)入熱電偶內(nèi)部，接線盒的出線孔和蓋子均用墊圈和墊片加以密封。常用的無(wú)機(jī)絕緣材料有石英、陶瓷、氧化鋁等；而保護(hù)管材料為高溫陶常用的無(wú)機(jī)絕緣材料有石英、陶瓷、氧化鋁等；而保護(hù)管材料為高溫陶瓷、石英、金屬（碳鋼、黃銅、不銹鋼等）。瓷、石英、金屬（

53、碳鋼、黃銅、不銹鋼等）。 2022-2-3N鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 E鎧裝熱電偶是由熱電極鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)、絕緣材料和金屬保護(hù)套管組成的特殊結(jié)構(gòu)熱套管組成的特殊結(jié)構(gòu)熱電偶，如圖電偶，如圖3.15所示，所示，在結(jié)構(gòu)上有固定卡套式在結(jié)構(gòu)上有固定卡套式、無(wú)固定裝置式、可動(dòng)、無(wú)固定裝置式、可動(dòng)卡套式、固定法蘭式可卡套式、固定法蘭式可動(dòng)法蘭式等型式。與裝動(dòng)法蘭式等型式。與裝配熱電偶相比，鎧裝熱配熱電偶相比，鎧裝熱電偶通常是經(jīng)多次一體電偶通常是經(jīng)多次一體拉制成型，而不是裝配拉制成型，而不是裝配成型。在外形上，與普成型。在外形上，與普通裝配熱電偶沒(méi)有明顯通裝配熱電偶沒(méi)有明顯的區(qū)別。的區(qū)

54、別。圖圖 3.15 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶2022-2-3E鎧裝熱電偶的斷面，可鎧裝熱電偶的斷面，可分為單芯和雙芯兩種。分為單芯和雙芯兩種。E鎧裝熱電偶的熱電極周鎧裝熱電偶的熱電極周圍由氧化物粉末填充絕圍由氧化物粉末填充絕緣。常用氧化物粉末有緣。常用氧化物粉末有氧化鎂粉，也用氧化鋁氧化鎂粉，也用氧化鋁粉的。粉的。整個(gè)熱電偶直徑為整個(gè)熱電偶直徑為13mm。套管外壁厚為。套管外壁厚為0.120.6mm，熱電偶內(nèi)部直徑為，熱電偶內(nèi)部直徑為0.20.8mm或更細(xì)。雙芯鎧裝熱電偶，內(nèi)部雙芯分別為或更細(xì)。雙芯鎧裝熱電偶，內(nèi)部雙芯分別為兩根熱電極，其頂部焊接在一起，而單芯熱兩根熱電極，其頂部焊接在一起，而單芯

55、熱電偶外套管即為一極，因此電偶外套管即為一極，因此,中心電極在頂端中心電極在頂端應(yīng)與套管焊接在一起，見(jiàn)圖應(yīng)與套管焊接在一起，見(jiàn)圖3.17(a)。鎧裝熱。鎧裝熱電偶工作端的其他結(jié)構(gòu)如見(jiàn)電偶工作端的其他結(jié)構(gòu)如見(jiàn)3.17(b)至圖至圖3.17(e)，一般可根據(jù)使用要求選擇。，一般可根據(jù)使用要求選擇。 圖圖3.16 鎧裝熱電偶斷面圖鎧裝熱電偶斷面圖 圖圖3.17 鎧裝熱電偶工作端的結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶工作端的結(jié)構(gòu) 2022-2-3N表面熱電偶表面熱電偶 表面熱電偶是用來(lái)測(cè)量各種狀態(tài)的固體表面溫度的，如沖天表面熱電偶是用來(lái)測(cè)量各種狀態(tài)的固體表面溫度的，如沖天爐外殼、金屬型等。表面熱電偶大多是根據(jù)被測(cè)對(duì)象自行設(shè)

56、爐外殼、金屬型等。表面熱電偶大多是根據(jù)被測(cè)對(duì)象自行設(shè)計(jì)、安裝和使用的。但也有一些定型產(chǎn)品，如便攜式表面溫計(jì)、安裝和使用的。但也有一些定型產(chǎn)品，如便攜式表面溫度計(jì)，多數(shù)制成探頭形式，它與顯示儀表裝在一起。度計(jì)，多數(shù)制成探頭形式，它與顯示儀表裝在一起。圖圖3.18 常用表面熱電偶常用表面熱電偶 2022-2-3N快速微型熱電偶快速微型熱電偶 快速微型熱電偶又稱消耗式快速微型熱電偶又稱消耗式熱電偶，它是專為測(cè)量鋼水熱電偶，它是專為測(cè)量鋼水、鐵水和其他熔融金屬而設(shè)、鐵水和其他熔融金屬而設(shè)計(jì)的。計(jì)的。 圖圖3.19 常用快速熱電偶常用快速熱電偶 快速微型熱電偶主要特點(diǎn)是快速微型熱電偶主要特點(diǎn)是熱電偶元件

57、很小，而且每次熱電偶元件很小，而且每次測(cè)量后進(jìn)行更換。熱電極一測(cè)量后進(jìn)行更換。熱電極一般采用直徑為般采用直徑為0.05mm0.1mm的鉑銠的鉑銠10-鉑、鉑銠鉑、鉑銠30-鉑銠鉑銠6和鎢錸和鎢錸5-鎢 錸鎢 錸 2 0 等 材 料 ， 長(zhǎng) 度 為等 材 料 ， 長(zhǎng) 度 為2540mm，補(bǔ)償導(dǎo)線固定，補(bǔ)償導(dǎo)線固定在測(cè)溫管內(nèi)，并通過(guò)插件和在測(cè)溫管內(nèi)，并通過(guò)插件和接往顯示儀表的補(bǔ)償導(dǎo)線連接往顯示儀表的補(bǔ)償導(dǎo)線連接。接。 2022-2-3圖圖3.20 快速微型熱電偶測(cè)溫頭結(jié)構(gòu)快速微型熱電偶測(cè)溫頭結(jié)構(gòu) E1-外保護(hù)帽；外保護(hù)帽； 2-U型石型石英管；英管； 3-外紙管；外紙管； 4-高溫水泥；高溫水泥；

58、 5-熱電偶熱電偶參考端；參考端；6-填充物；填充物； 7-絕緣紙管；絕緣紙管； 8-小紙管小紙管； 9-補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線； 10-塑塑料插件料插件U型保護(hù)管一般釆用外徑為型保護(hù)管一般釆用外徑為1mm3mm的透明石英管。熱電偶的透明石英管。熱電偶參考端在測(cè)溫頭內(nèi)，為了保證在測(cè)溫過(guò)程中熱電偶參考端溫度參考端在測(cè)溫頭內(nèi)，為了保證在測(cè)溫過(guò)程中熱電偶參考端溫度不超過(guò)允許值（一般為不超過(guò)允許值（一般為100），必須用絕熱性良好的紙管加），必須用絕熱性良好的紙管加以保護(hù)。以保護(hù)。特點(diǎn)是：當(dāng)其插入鋼水后，保護(hù)帽瞬時(shí)熔化，熱電偶特點(diǎn)是：當(dāng)其插入鋼水后，保護(hù)帽瞬時(shí)熔化，熱電偶工作端即刻暴露于鋼水中，由于石英管

59、和熱電偶熱容量都很小工作端即刻暴露于鋼水中，由于石英管和熱電偶熱容量都很小，因此能很快反映出鋼水的溫度，反應(yīng)時(shí)間一般為，因此能很快反映出鋼水的溫度，反應(yīng)時(shí)間一般為46s。在測(cè)。在測(cè)出溫度后，熱電偶和石英保護(hù)管都被燒壞，因此它只能一次性出溫度后，熱電偶和石英保護(hù)管都被燒壞，因此它只能一次性使用。使用。2022-2-31. 熱電偶串聯(lián)測(cè)量電路熱電偶串聯(lián)測(cè)量電路 圖圖3.21 熱電偶串聯(lián)線路熱電偶串聯(lián)線路 123NEEEEEN E串$優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)大、優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)大、精密度比單支熱電精密度比單支熱電偶高。偶高。$缺點(diǎn)是只要線路中缺點(diǎn)是只要線路中有一支熱電偶斷開(kāi)有一支熱電偶斷開(kāi)，整個(gè)線路就不能，整個(gè)線路

60、就不能工作，或當(dāng)個(gè)別熱工作，或當(dāng)個(gè)別熱電偶短路后，也會(huì)電偶短路后，也會(huì)引起指示值顯著偏引起指示值顯著偏小。小。$該電路主要應(yīng)用于該電路主要應(yīng)用于測(cè)量較低溫度和產(chǎn)測(cè)量較低溫度和產(chǎn)生熱電勢(shì)比較小的生熱電勢(shì)比較小的地方。地方。 2022-2-32. 熱電偶并聯(lián)測(cè)量電路熱電偶并聯(lián)測(cè)量電路 圖圖3.22 熱電偶并聯(lián)線路熱電偶并聯(lián)線路 123NEEEEEN并$該電路只適用于具有該電路只適用于具有相同熱電特性的同一相同熱電特性的同一類熱電偶中。類熱電偶中。$若其中一支熱電偶的若其中一支熱電偶的熱電勢(shì)增加一個(gè)數(shù)值熱電勢(shì)增加一個(gè)數(shù)值，E由于其余熱電由于其余熱電偶的分路作用，回路偶的分路作用，回路輸出電勢(shì)增加輸出