檢測(cè)技術(shù)與儀表【二】

1、檢測(cè)技術(shù)(jsh)與儀表第二部分(b fen) 溫度測(cè)量2.1 概述-溫度與溫標(biāo)2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.3 熱電阻測(cè)溫技術(shù)2.4 輻射式測(cè)溫技術(shù)2.5 溫度變送器2.6 新型溫度傳感器2.7 應(yīng)用實(shí)例精品資料第二第二(d r)(d r)部分部分 溫度測(cè)溫度測(cè)量量本 章 提 要 溫度是一個(gè)重要(zhngyo)的物理參數(shù)，許多重要(zhngyo)的物理、化學(xué)過程都要求在一定的溫度條件下才能正常進(jìn)行。溫度的測(cè)量方法和儀表在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。溫度測(cè)量的相關(guān)概念溫度與溫標(biāo)、溫度的測(cè)量方法接觸式測(cè)溫：包括膨脹式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)和熱電阻溫度計(jì)。非接觸式測(cè)溫：包括光學(xué)高溫計(jì)、光電高

2、溫計(jì)、輻射溫度計(jì)和比 色溫計(jì)溫度變送器及新型溫度傳感器檢測(cè)技術(shù)與儀表溫度測(cè)量精品資料2.1 2.1 概述概述-溫度溫度(wnd)(wnd)與溫標(biāo)與溫標(biāo)2.1.1 溫度(wnd)與溫標(biāo)（1）溫度與溫度測(cè)量溫度是表示物體冷熱程度的一個(gè)量。物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的狀況;分子的熱運(yùn)動(dòng)越快，物體越熱，溫度就越高，反之，溫度就越低。怎樣衡量物體的冷熱程度呢？物體的某些物理性質(zhì)與物體的溫度有關(guān)；用與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化來反映溫度的變化；用來反映物體溫度變化的物理性質(zhì)只隨溫度變；其性質(zhì)與溫度成單值函數(shù)關(guān)系。精品資料2.1 概述(i sh)-溫度與溫標(biāo)測(cè)量溫度的物質(zhì)基礎(chǔ)（與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)有）：體積和壓力隨溫

3、度變化的性質(zhì)；物體的熱電性質(zhì)；導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的性質(zhì)；物體的輻射能隨溫度變化的性質(zhì)等。傳熱(chun r)方式：熱傳導(dǎo)：非同溫物體相接觸時(shí)，熱量從高溫物體傳給低溫物體，最后兩者溫度相等；熱輻射：非同溫物體非接觸時(shí)，熱量以輻射熱從高溫物體傳給低溫物體；對(duì)流傳熱(chun r)這些物理現(xiàn)象為用一個(gè)物體測(cè)量另一個(gè)物體的溫度創(chuàng)造了條件。精品資料（2 2）溫標(biāo)）溫標(biāo)(wnbio) (wnbio) 1）溫標(biāo)(wnbio)的概念 溫標(biāo)是指溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。它給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，并明確了溫度的測(cè)量單位。各種溫度檢測(cè)儀表的分度數(shù)值均由溫標(biāo)來確定。2）常用溫標(biāo)簡(jiǎn)介 國標(biāo)上普遍采用的溫標(biāo)有

4、: 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱作經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。歷史上影響較大的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)；根據(jù)液體（水銀）受熱后體積膨脹的性質(zhì)建立起來的。2.1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料攝氏溫標(biāo)(sh sh wn bio):把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為0，把水的沸點(diǎn)定為100，兩固定點(diǎn)之間等分為100份，每一等份為一攝氏度，單位符號(hào)為。華氏溫標(biāo):規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)為32，水的沸點(diǎn)為212，兩固定點(diǎn)之間等分為180份，每一等份為一華氏度，單位符號(hào)為。兩者溫標(biāo)起點(diǎn)不同；基本單位不同；所確定的溫度數(shù)值也就不同；且

5、依附于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)而帶有任意性；不能嚴(yán)格保證世界各國所采用的基本測(cè)溫單位的一致性；已很少使用。2.1 概述-溫度(wnd)與溫標(biāo)精品資料 熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)或絕對(duì)溫標(biāo)，單位符號(hào)為K。規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。一種理論溫標(biāo)（以熱力學(xué)第二定律(dngl)為基礎(chǔ)）；已被國際計(jì)量大會(huì)采納作為國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)；與物體任何物理性質(zhì)無關(guān)；由卡諾定理推導(dǎo)出來；無法直接實(shí)現(xiàn)；熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)形式完全一致；由波馬定律(dngl)來復(fù)現(xiàn)；常借助于氣體溫度計(jì)經(jīng)示值修正后來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)；設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不適于實(shí)際應(yīng)用。 2.1 概述-溫度(wnd)與溫標(biāo)精品資料 國際(gu

6、j)溫標(biāo) 國際上協(xié)商確定，建立一種既使用方便、容易實(shí)現(xiàn)，又能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度的溫標(biāo)，這就是(jish)國際實(shí)用溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱國際溫標(biāo)。國際溫標(biāo)要求具備的條件： 數(shù)值上盡可能接近熱力學(xué)溫度，差值應(yīng)在當(dāng)前技術(shù) 所能達(dá)到的精確度極限之內(nèi)； 復(fù)現(xiàn)精確度高，各國均能以很高的精確度復(fù)現(xiàn)同樣 的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一； 用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定。 2.1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料國際溫標(biāo)的基本(jbn)內(nèi)容是： 選擇(xunz)一些高純物質(zhì)的相平衡溫度作為溫標(biāo)的基準(zhǔn) 點(diǎn)，從而保證了基準(zhǔn)溫度的客觀性；規(guī)定了不同溫度區(qū)域內(nèi)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的基準(zhǔn)儀器； 建立了基準(zhǔn)儀器的示值與國際溫標(biāo)溫度之間關(guān)系 的內(nèi)

7、插公式，從而使連續(xù)測(cè)溫成為可能。 溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、溫標(biāo)基準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式 又被稱為溫標(biāo)“三要素”。 2.1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料3 3）19901990國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)(wnbio)(wnbio)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 協(xié)議性國際實(shí)用溫標(biāo)(wnbio)是1927年開始建立的，記為ITS-27；大約每隔20年進(jìn)行一次重大修改；有1948年國際溫標(biāo)(wnbio)（ITS-48）；1968年國際實(shí)用溫標(biāo)(wnbio)（ITS68）；1990年國際溫標(biāo)(wnbio)（ITS90）；自1990年1月1日起世界各國開始實(shí)行90國際溫標(biāo)(wnbio)；我國是自1994年1月1日起全面實(shí)施90國際溫標(biāo)(wnbio)。 2.

8、1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料90國際溫標(biāo)主要(zhyo)有以下幾方面內(nèi)容： 溫度的表示(biosh)與單位 規(guī)定熱力學(xué)溫度為基本溫度，符號(hào)為T，單位為開爾文（K）。規(guī)定水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K；定義1K等于水三相點(diǎn)溫度的1/273.16；也可用攝氏度來表示，符號(hào)為t，單位為，它定義為 t =T- 273.15； 當(dāng)表示溫度差和溫度間隔時(shí)，11K；與古典的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的攝氏度是完全不同的； 這里的攝氏度是由國際溫標(biāo)重新定義的，是以熱力學(xué)溫標(biāo)為基礎(chǔ)的。 2.1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料 定義(dngy)固定溫度點(diǎn) 90國際(guj)溫標(biāo)的定義固定溫度點(diǎn)是利用一系列純物質(zhì)各相間可復(fù)現(xiàn)的平衡狀態(tài)

9、或蒸汽壓所建立起來的特征溫度點(diǎn)。這些特征溫度點(diǎn)的溫度指定值是由國際(guj)上公認(rèn)的最佳測(cè)量手段測(cè)定的。 90國際(guj)溫標(biāo)定義了17個(gè)固定溫度點(diǎn)，如表2.1所示。表中t90 = T90 - 273.15。2.1 概述-溫度與溫標(biāo)精品資料2.1 概述-溫度(wnd)與溫標(biāo)精品資料 復(fù)現(xiàn)固定點(diǎn)溫度的方法（使用的基準(zhǔn)(jzhn)儀器 ） ITS-90的內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)儀器，是將整個(gè)溫標(biāo)分為4個(gè)溫區(qū)。溫標(biāo)的下限為0.65K，向上到用單色輻射的普朗克輻射定律(dngl)實(shí)際可測(cè)的最高溫度，具體的4個(gè)溫區(qū)范圍及使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下： A0.65K5.0K之間，用3He和4He蒸氣壓溫度計(jì)（3He和4He為H

10、e的同位素）。其中3He蒸氣壓溫度計(jì)覆蓋0.65K到3.2K，4He蒸氣壓溫度計(jì)覆蓋1.25K到5.0K。2.1 概述-溫度與溫標(biāo) 精品資料 內(nèi)插公式(gngsh) 每種內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器在n個(gè)固定點(diǎn)溫度下分度，以此求得相應(yīng)溫度區(qū)內(nèi)插公式中的常數(shù)(chngsh)。參閱ITS90標(biāo)準(zhǔn)文本。 2.1 概述-溫度與溫標(biāo) B3.0K24.5561K（氖的三相點(diǎn)）之間，用氖3He和4He定容氣體溫度計(jì)。 C13.8033K（平衡氫三相點(diǎn)）961.78（銀凝固點(diǎn)）之間，用鉑電阻溫度計(jì)。 D961.78（銀凝固點(diǎn)）以上，用光學(xué)或光電高溫計(jì)。 其中：A和B屬低溫區(qū)；C屬中溫區(qū)；D屬高溫區(qū)。精品資料4）溫標(biāo)(wnbi

11、o)的傳遞 為了統(tǒng)一溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，各國建立了國家基準(zhǔn)作為本國(bn u)的溫度測(cè)量的最高依據(jù)。 國家基準(zhǔn)（中國計(jì)量科學(xué)研究院）次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（各地區(qū)、省、市建立）； 定期由國家基準(zhǔn)檢定。 v 測(cè)溫儀表按其準(zhǔn)確度可分為基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)、一等基準(zhǔn)、二等基準(zhǔn)以及工業(yè)用儀表；v各等級(jí)的儀表定期送上一級(jí)計(jì)量部門進(jìn)行檢定，以保證準(zhǔn)確可靠。2.1 概述-溫度與溫標(biāo) 精品資料2.1.2 溫度溫度(wnd)測(cè)量方法及測(cè)量方法及其類型其類型 根據(jù)(gnj)測(cè)量方法劃分為：接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫。 （1）接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫是基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成。（要進(jìn)行充分的熱交換）測(cè)溫時(shí)有較大的滯后；（接觸過程中易）破壞被測(cè)

12、對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，從而造成測(cè)量誤差；不能測(cè)量移動(dòng)的或太小的物體；測(cè)溫上限受溫度計(jì)材質(zhì)的限制，所測(cè)溫度不能太高。2.1 概述-溫度測(cè)量方法及類型較直觀、可靠；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；測(cè)量準(zhǔn)確度高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：精品資料（2）非接觸式測(cè)溫基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)(duyng)關(guān)系設(shè)計(jì)而成。所測(cè)溫度(wnd)受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測(cè)量距離等影響。各有優(yōu)缺點(diǎn)；且技術(shù)已經(jīng)成熟（基本方法和特點(diǎn)如表2-2所示）；只能在傳統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)用；不能滿足許多領(lǐng)域的測(cè)溫要求，尤其是高科技領(lǐng)域；開發(fā)出各種特殊而實(shí)用的測(cè)溫技術(shù)及儀表；如光纖測(cè)溫技術(shù)、集成溫度傳感器測(cè)溫技術(shù)等。2.1 概述-溫度測(cè)量方法及類型優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫范

13、圍廣（理論上沒有上限限制）；測(cè)量過程中不破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布；能測(cè)運(yùn)動(dòng)的物體；測(cè)溫響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：精品資料2.1 概述-溫度(wnd)測(cè)量方法及類型精品資料常用(chn yn)接觸式測(cè)溫方法及儀表主要有：膨脹式溫度計(jì)：玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)熱電偶(溫度計(jì))：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和特殊熱電偶熱電阻(溫度計(jì)): 金屬熱電組和半導(dǎo)體熱敏電阻檢測(cè)技術(shù)與儀表溫度(wnd)測(cè)量精品資料玻璃(b l)液體溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)檢測(cè)(jin c)技術(shù)與儀表溫度測(cè)量信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系膨脹式與壓力式溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)介介 紹紹精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫

14、度計(jì)一、玻璃(b l)液體溫度計(jì)1）使用方便；2）測(cè)溫范圍（-200 +600）；3）價(jià)格便宜；4）得到廣泛應(yīng)用。 1、工作原理 基于透明玻璃外殼中的液體受熱膨脹原理。構(gòu)成：由液體貯囊或稱為感溫泡（球形或圓柱形）；與毛細(xì)管熔接而成；毛細(xì)管的后面帶有溫度標(biāo)尺。如圖所示。精品資料2、物質(zhì)(wzh)的熱膨脹與溫度計(jì)的靈敏度 物質(zhì)熱膨脹的特性可用平均體膨脹系數(shù)來表示。它表示在單位溫度(wnd)變化時(shí)，物質(zhì)體積相對(duì)于0體積的變化量，即： 0012.)(1221VtVVttVVtttt式中：21.tt 液體在 t1 到 t2 溫度下的平均體積膨脹系數(shù)； Vt 液體在溫度為 t 時(shí)的體積； V0 液體在0時(shí)

15、的體積。 膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料 溫度升高：液體和貯囊的體積都膨脹；液體體積膨脹，使毛細(xì)管中液柱升高；貯囊體積膨脹，使毛細(xì)管中液柱降低；毛細(xì)管內(nèi)液柱升高多少由液體的平均體膨脹系數(shù) 和玻璃(b l)的平均體膨脹系數(shù) 之差來決定；該差值稱為液體在玻璃(b l)內(nèi)的視膨脹系數(shù)，用 表示，即： （液體的平均體膨脹系數(shù)比玻璃(b l)大很多倍）；溫度變化時(shí)可看到液面在毛細(xì)管中上下移動(dòng)。膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料 設(shè) 表示(biosh)溫度計(jì)上刻度1的長(zhǎng)度，則有：1000100LLL式中： L 溫度計(jì)的靈敏度，即每1，液體在毛細(xì)管中的長(zhǎng)度； 液體在0100間的視膨脹系數(shù)；V0 液體貯囊的容積； S

16、 毛細(xì)管的橫截面積?？梢?kjin)：玻璃液體溫度計(jì)的靈敏度與液體貯囊的容積成正比，與毛細(xì)管的粗細(xì)成反比。 注意：增大貯囊容積和減小毛細(xì)管直徑都是有一定限度的；貯囊過大會(huì)造成熱惰性；毛細(xì)管過細(xì)會(huì)造成液柱上升不均勻或堵塞；都會(huì)影響溫度計(jì)的技術(shù)特性和功能。 0 .100 膨脹式與壓力式溫度計(jì)SVL00 .100精品資料3、玻璃液體(yt)溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式 按照(nzho)基本結(jié)構(gòu)型式分：棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式。工業(yè)和醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)特殊結(jié)構(gòu)形式有：最高溫度計(jì)、最低溫度計(jì)、電接點(diǎn)溫度計(jì)。外標(biāo)式內(nèi)標(biāo)式膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料最高溫度計(jì)：如體溫計(jì)）：有一阻礙水銀柱下降特殊裝置，（貯囊底部的一根梢釘或

17、接近貯囊的毛細(xì)管處繞制成有彎曲的縮小(suxio)喉部）；溫度升高，水銀柱升高。而溫度下降時(shí)由于阻力增大，水銀柱不易下降，會(huì)停留在高溫的位置；只有加外力甩動(dòng)時(shí)，水銀柱才會(huì)下降。 最低溫度計(jì)：一般用無水乙醇做感溫體；有一個(gè)沉在毛細(xì)管液柱里的指示桿，隨溫度下降而下降；溫度上升時(shí)，液柱上升，而指示桿停留不動(dòng)；讀取與標(biāo)尺(bioch)的相對(duì)位置，讀出測(cè)量中的最低溫度值；最低溫度計(jì)必須水平放置。膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料 最高最低溫度計(jì)特點(diǎn):記錄最高最低溫度；易讀??；控溫精確；易操作。電接點(diǎn)溫度計(jì)：測(cè)溫液體為水銀。如圖2.8具有固定切換值的位式控制作用;能提供就地溫度指示(zhsh)，又能發(fā)出通斷的控

18、制信號(hào);因此稱為電接點(diǎn)溫度計(jì)。膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)二、壓力(yl)式溫度計(jì)原理：基于密閉容器中物質(zhì)受熱膨脹，壓力發(fā)生變化來指示溫度。結(jié)構(gòu)：溫包、毛細(xì)管和壓力彈性元件（如彈簧管、波紋管等）；內(nèi)裝工作物質(zhì)；表盤刻度為溫度。精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)v當(dāng)溫包受熱后，工作物質(zhì)膨脹；v由于容積固定，所以壓力升高；v彈簧(tnhung)管變形，自由端產(chǎn)生位移帶動(dòng)指針指示溫度。v根據(jù)工作物質(zhì)的不同又分為：氣體、液體和蒸汽式壓力溫度計(jì)。v 氣體式一般充氮?dú)猓瑴匕w積大，線性刻度。v 液體式一般充二甲苯或甲醇，溫包體積小，

19、線性刻度。 v 蒸氣式一般充有丙酮、氯甲烷、乙醚等。利用低沸點(diǎn)蒸發(fā)液體的飽和蒸汽壓隨溫度不同而產(chǎn)生變化來測(cè)溫的，但刻度非線性。精品資料 雙金屬溫度計(jì)：一種測(cè)量中低溫度的現(xiàn)場(chǎng)(xinchng)檢測(cè)儀表；范圍-80+500；液體、 蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。 特 點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)顯示溫度，直觀方便；安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；多種結(jié)構(gòu)形式，可滿足(mnz)不同要求。 三、雙金屬溫度計(jì)三、雙金屬溫度計(jì)膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料原理 ：由繞制成環(huán)形彎曲狀的雙金屬片組成。一端受熱膨脹時(shí)，帶動(dòng)(didng)指針旋轉(zhuǎn)，指示出對(duì)應(yīng)的溫度值。膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì) 測(cè)量端形式： 精品資料主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)

20、： 產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) JB/T8803-1998 、GB3836-83 標(biāo)度盤公稱直徑：60，100，150 精度等級(jí)：（1.0），1.5 熱響應(yīng)時(shí)間：40S 防護(hù)等級(jí)：IP55 角度(jiod)調(diào)整誤差 ：應(yīng)不超過其量程的1.0% 回差：溫度計(jì)回差應(yīng)不大于基本誤差限的絕對(duì)值 重復(fù)性： 溫度計(jì)重復(fù)性極限范圍應(yīng)不大于基本誤差限絕對(duì)值的1/2膨脹式與壓力式溫度計(jì)精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)安裝方法(fngf)示意： 垂直管道安裝方法 精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì) 彎曲管道(gundo)安裝方法 精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)選型須知(xzh)：

21、 1) 型號(hào)2) 表盤直徑3) 精度等級(jí)4) 安裝固定形式5) 測(cè)溫范圍6) 長(zhǎng)度或插入深度 例 A：萬向型，表盤直徑100，測(cè)溫范圍 0 400，1.5級(jí)，活動(dòng)外螺紋M272，長(zhǎng)度450mm， HR-WSS-481， 0400，L=450， M272，1.5級(jí)。 精品資料型號(hào)命名(mng mng)方法： 精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)精品資料膨脹(png zhng)式與壓力式溫度計(jì)精品資料2.2 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)(jsh)熱電偶特點(diǎn)(tdin): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、易加工； 動(dòng)態(tài)性能好、精確度較高； 把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成直流電勢(shì)信號(hào)，便于信 號(hào)

22、的傳遞與顯示； 它的測(cè)溫范圍寬（可達(dá) -200 2000以上）。 是應(yīng)用最廣的測(cè)溫傳感器。 精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)熱電偶測(cè)溫原理熱電偶的實(shí)用定律熱電偶的冷端溫度處理熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)(jigu)熱電偶的選擇、使用和安裝主要內(nèi)容：精品資料2.2.1 2.2.1 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫原理(yunl)(yunl)1、熱電效應(yīng)(r din xio yng) 把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路， 如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同的溫度，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)（或稱塞貝克效應(yīng)）。產(chǎn)生的電勢(shì)通稱熱電勢(shì)。 熱電偶測(cè)溫正是基于熱電效應(yīng)。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資

23、料 如圖2.1所示，不同導(dǎo)體A 和B 稱作熱電極；接成閉合(b h)回路；兩熱電極 A 和B 的組合稱作熱電偶；兩個(gè)接點(diǎn)溫度分別為T 和T0，若T T0，則回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，記作EAB（T，T0）；測(cè)溫時(shí)接點(diǎn) T 是放入被測(cè)對(duì)象中感受被測(cè)溫度，故稱之為 測(cè)量端、熱端或工作端；接點(diǎn)T0 處于環(huán)境中，要求溫度恒定，故稱之為 參考端、冷端或自由端。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2、熱電偶回路(hul)的熱電勢(shì) 熱電勢(shì)：由接觸電勢(shì)（又稱為珀?duì)柼妱?shì)）和溫差(wnch)電勢(shì)（又稱為湯姆遜電勢(shì)） 組成。1）兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì) 基于珀?duì)柼?yīng)產(chǎn)生的，即由于兩種性質(zhì)不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，自由電子由

24、密度大的導(dǎo)體向密度小的擴(kuò)散，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。電子擴(kuò)散的速率與自由電子的密度和所處的溫度成正比。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料所有導(dǎo)體都有自由電子；不同的導(dǎo)體其自由電子的密度也是不同；設(shè)導(dǎo)體A的自由電子密度大于導(dǎo)體B；則在單位時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體A 擴(kuò)散到導(dǎo)體 B 的電子數(shù)比從導(dǎo)體B 擴(kuò)散到導(dǎo)體A的電子數(shù)多；在導(dǎo)體A 和B 之間形成了電勢(shì)差；該電勢(shì)差在導(dǎo)體 A、B接觸處形成一個(gè)(y )靜電場(chǎng)，阻礙電子擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行；在某一溫度下，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)在接點(diǎn)處形成接觸電勢(shì)，大小為：BTATABNNeKTTeln)(2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)（2.1）AB+-電場(chǎng)精品資料式中：e

25、AB（T ）為導(dǎo)體A和B 的接點(diǎn)在溫度T 時(shí)接觸電勢(shì)，A、B 的順序代表電位差的方向；e 單位電荷，e 1.6021910-19C；K 玻爾茲曼常數(shù),K =1.3810-23J/K；NAT 、NBT 分別為 導(dǎo)體A、B在接點(diǎn)溫度為T 時(shí)的電子密度；T 兩導(dǎo)體接觸處的熱力學(xué)溫度（K ）。可見：接觸電勢(shì)的數(shù)值取決于導(dǎo)體材料的性質(zhì)(xngzh)和接觸點(diǎn)的溫度；接觸點(diǎn)的溫度越高，接觸電勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢(shì)也越大。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2）單一導(dǎo)體(dot)的溫差電勢(shì): 溫差電勢(shì)是基于(jy)湯姆遜效應(yīng)產(chǎn)生的，即同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。 設(shè)導(dǎo)體

26、A（或B）兩端溫度分別為T和T0，且T T0；高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大；高溫端擴(kuò)散到低溫端的電子數(shù)比低溫端擴(kuò)散到高溫端的多；在高低溫端之間形成一個(gè)靜電場(chǎng)，阻止電子擴(kuò)散；最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；在導(dǎo)體的兩端便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，被稱為溫差電勢(shì)。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)TT0+-電場(chǎng)A精品資料TTAAdTeKTTe0),(0TTBBdTeKTTe0),(0A、B導(dǎo)體都有溫差電勢(shì)(dinsh)產(chǎn)生，其大小可以用下式來表示（2.2） （2.3） 式中：A和B分別(fnbi)為導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)；eA（T，T0）、eB（T，T0）分別(fnbi)為導(dǎo)體A和B兩端溫度在T 和T0（T T0）時(shí)的

27、溫差電勢(shì)；K、e、T、T0的意義同前?？梢姡簻夭铍妱?shì)的大小與導(dǎo)體材料的性質(zhì)及兩端的溫度差有關(guān)，溫差越大，溫差電勢(shì)也越大，當(dāng)T=T0時(shí)，溫差電勢(shì)為零。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料3）熱電偶閉合回路(hul)的總電勢(shì) 如圖2.2所示，熱電偶閉合回路(hul)中：溫差電勢(shì)：eA（T，T0）、eB（T，T0）接觸電勢(shì)：eAB（T ） 、eAB（T0）。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料 設(shè)T T0、NANB ，因溫差電勢(shì)(dinsh)比接觸電勢(shì)(dinsh)小，總電勢(shì)(dinsh)中，導(dǎo)體A、B在熱端溫度的接觸電勢(shì)(dinsh)eAB（T）所占百分比最大，決定了總電勢(shì)(dinsh)的方向，則總電勢(shì)(di

28、nsh)EAB（T，T0）可寫成:),()(),()(),(0000TTeTeTTeTeTTEAABBABABdTeKNNeKTdTeKNNeKTTTBBTATTTABTAT0000lnln0)()()()()()(),(000000TfTfdtTedtTeTTETBAABTBAABAB（2.6） 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)（2.5） 精品資料 由式（2.6）可知， 熱電偶總電勢(shì)與兩接點(diǎn)(ji din)溫度有關(guān)。當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總電勢(shì)EAB（T，T0）成為溫度T 和T0 的函數(shù)差，即2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)()(),(00TfTfTTEAB（2.7） 若使冷端溫度T0

29、 固定，即（T0）= C（常數(shù)），則對(duì)確定的熱電偶材料，其總電勢(shì)EAB（T，T0）只與熱端溫度有關(guān)，即CTfTTEAB)(),(0（2.8） 由式（2-8）可知，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB（T、T0）只和熱端溫度T有關(guān)，因此測(cè)得熱電勢(shì)的大小，就可求得熱端溫度T，這就是用熱電偶測(cè)量溫度的工作原理。精品資料 分度表：國際溫標(biāo)規(guī)定，在T0 = 0時(shí)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，列成一張張表格。 參考函數(shù)：溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)關(guān)系表示(biosh)。 新的ITS-90的分度表和參考函數(shù)是由國際電工委員會(huì)和國際計(jì)量委員會(huì)合作安排、國際上權(quán)威的

30、研究機(jī)構(gòu)（包括中國在內(nèi)）共同參與完成的，它是熱電偶測(cè)溫的主要依據(jù)。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2.2.2 2.2.2 熱電偶的實(shí)用熱電偶的實(shí)用(shyng)(shyng)定律定律 熱電偶的實(shí)用定律是分析、解決熱電偶測(cè)溫中許多(xdu)問題的理論依據(jù)。1、均質(zhì)導(dǎo)體定律 由均質(zhì)材料（指電子密度處處相同）構(gòu)成的熱電偶，熱電勢(shì)僅與組成熱電偶的材料、熱端和冷端的溫度有關(guān)，而與熱電偶的幾何形狀、尺寸大小和沿電極溫度分布無關(guān)。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料該定律(dngl)表明： 1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料組成，且熱電偶兩接點(diǎn)溫度不同。 2）由一種(y zhn)材料組成的閉合回路存在溫

31、差時(shí)，回路如果產(chǎn)生熱電勢(shì)，便說明該材料是不均勻的。這也是檢查熱電極材料均勻性的一種(y zhn)方法。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2、中間導(dǎo)體(dot)定律 在熱電偶回路的任何地方插入第三種均質(zhì)導(dǎo)體，只要保證(bozhng)插入的第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，則插入第三種導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路中的總電勢(shì)沒有影響。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料該定律(dngl)的作用： 1）為在熱電偶回路中連接儀表、連接導(dǎo)線等提供理論依據(jù)。即只要保證連接導(dǎo)線、儀表等接入時(shí)兩端溫度相同，則不影響回路熱電勢(shì)。 2）為制造和選用不同材料的熱電偶奠定了理論基礎(chǔ)?？赏茖?dǎo)出參考電極定律，即采用同一參考電極（一般是選用鉑作為參考

32、電極）與各種( zhn)不同材料組成熱電偶， 以測(cè)試其熱電特性，然后再利用這些特性組成各種( zhn)配對(duì)的熱電偶。這是研究、測(cè)試熱電偶的通用方法。 3）可采用開路熱電偶（即熱電偶的熱端開路），對(duì)液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料3、連接(linji)導(dǎo)體和中間溫度定律 在熱電偶回路中，若熱電極A、B分別與導(dǎo)體A、B相連，接點(diǎn)溫度分別為T，Tn和T0時(shí)，則回路總電勢(shì)(dinsh)為熱電偶的熱電勢(shì)(dinsh)EAB（T，Tn）與連接導(dǎo)體熱電勢(shì)(dinsh)EAB（Tn，T0）的代數(shù)和連接導(dǎo)體定律。EAB（T，T0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，T0 ）（2

33、.9） 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)當(dāng)A與A、B與B材料分別相同，所處溫度仍為T，Tn和T0時(shí)，其總電勢(shì)為：這就是中間溫度定律，Tn稱中間溫度。EAB（T，T0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，T0 ）（2.10） TTnT0ABAB精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)連接導(dǎo)體和中間溫度定律(dngl)作用： 1）為在熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。2）為制定和使用熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。精品資料 各種熱電偶的分度表都是在冷端溫度(wnd)為0時(shí)制成的。例：在實(shí)際應(yīng)用中熱電偶冷端不是0而是某一中間溫度(wnd)Tn，這時(shí)儀表指示的熱電勢(shì)值為EAB（T，Tn）。而EAB（Tn，0）

34、值可從分度表查得，則：EAB（T，0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，0）再按EAB（T，0）電勢(shì)值反查分度表便可得到被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度(wnd)值T 。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)中間溫度定律常用的形式有：EAB（T，0）= EAB（T，T0）+ EAB（T0，0） （2.11）EAB（T，T0）= EAB（T，0）- EAB（T0，0） （2.12）精品資料 例2-1 采用(ciyng)K型熱電偶測(cè)溫，已知被測(cè)溫度與冷端溫度分別為500和50，試求熱電勢(shì)的數(shù)值。 解：已知t = 500，t0 = 50，熱電偶回路(hul)的熱電勢(shì)為 E（500，50）= E（500，0）- E

35、（50，0） 由K型熱電偶分度表查得 E（500，0）= 20.644 mV E（50，0） = 2.023 mV所以， E（500，50）= 20.644mV - 2.023mV = 18.621 mV 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料 例2-2 用K型熱電偶測(cè)量(cling)爐溫，已知熱電偶冷端溫度為40時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)為35.72mV，問被測(cè)爐溫為多少？解：查K型熱電偶分度表知 E（40，0）= 1.611 mV 測(cè)得熱電勢(shì)(dinsh) E（t，40）= 35.72 mV 則 E（t，0）= E（t，40）+ E（40，0） = 35.72 + 1.611 = 37.33（mV） 據(jù)此反

36、查分度表知，37.33mV所對(duì)應(yīng)的溫度，t = 900.1，則被測(cè)爐溫為900.1。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2.2.3 2.2.3 熱電偶的冷端溫度熱電偶的冷端溫度(wnd)(wnd)處理處理 由熱電偶的測(cè)溫原理知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。 具有標(biāo)準(zhǔn)分度熱電偶的熱電勢(shì)都是指冷端處在0時(shí)的電勢(shì)值。 因此，要求熱電偶工作時(shí)，冷端必須保持在0。 但在實(shí)際工作中：熱電偶的熱端與冷端離得很近；冷端又暴露在空間；受到設(shè)備溫度和環(huán)境溫度的影響，使冷端溫度偏離0；要用分度表對(duì)熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)(shxin)對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量，必須對(duì)冷端溫度的變化所引起的冷端溫度誤

37、差予以補(bǔ)償。 為什么需要對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行處理？2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料常用(chn yn)的處理方法有幾種形式：（1）補(bǔ)償導(dǎo)線法（2）冷端恒溫法 （3）計(jì)算(j sun)修正法（4）模擬補(bǔ)償法（5）數(shù)字補(bǔ)償法2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù) 各種常用熱電偶的溫度熱電勢(shì)曲線（分度表）是在冷端溫度為0情況下得到的，因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為0，或進(jìn)行一定的修正才后能得出正確的測(cè)量結(jié)果，這稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。精品資料1 1、補(bǔ)償、補(bǔ)償(bchng)(bchng)導(dǎo)導(dǎo)線法線法 冷端溫度變化主要原因：被測(cè)溫設(shè)備或受環(huán)境溫度變化。 解決法：把熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作(gn

38、gzu)端，并連同測(cè)量?jī)x表一起放置在恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方（如集中在控制室）。 缺點(diǎn)：安裝使用不方便；多耗費(fèi)許多貴重的金屬。所以，一般是采用一種導(dǎo)線（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）將熱電偶的冷端延伸。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料1）補(bǔ)償(bchng)原理溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉價(jià)金屬導(dǎo)線稱為(chn wi)補(bǔ)償導(dǎo)線。例如圖2.3所示，其中A、B為補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是兩種不同的廉價(jià)金屬導(dǎo)體組成的熱電偶，在一定溫度范圍內(nèi)（如0 100），它的熱電特性與主熱電偶AB的熱電性質(zhì)基本相同，即 ),(),(0000TTETTEABBA(2.12) 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù) 用于將熱電偶

39、的冷端延伸,且在一定精品資料 A、B可視為A、B熱電極的延長(zhǎng)，因而熱電偶的冷端也從T0處移到T0處。帶有補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶回路的總熱電勢(shì)(dinsh)（即儀表測(cè)得值）為： ),(),(),(0000TTETTETTEEABBAAB可見：熱電勢(shì)只同T和T0有關(guān)；T0的變化不再影響讀數(shù)；若T0= 0，則儀表(ybio)指示值對(duì)應(yīng)著熱端的實(shí)際溫度值；若T00，則應(yīng)再進(jìn)行修正。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)2.13精品資料2）型號(hào)(xngho)和結(jié)構(gòu) 國際電工委員會(huì)IEC制定(zhdng)補(bǔ)償導(dǎo)線的標(biāo)準(zhǔn)，如表2.3所示。補(bǔ)償導(dǎo)線分：普通型：線芯、絕緣層及保護(hù)套精密型：在普通型外邊加一層金屬編織的屏蔽層。2.2

40、 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料3）補(bǔ)償導(dǎo)線(doxin)使用注意事項(xiàng) 補(bǔ)償導(dǎo)線必須(bx)與熱電偶配套，不同型號(hào)的熱電偶應(yīng)選用不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。 補(bǔ)償導(dǎo)線兩種材料也有正負(fù)電極之分，與熱電偶連接時(shí)應(yīng)正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。否則，不僅起不到補(bǔ)償作用，而且會(huì)造成更大的測(cè)量誤差。 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)必須(bx)同溫，否則會(huì)產(chǎn)生附加誤差。 補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)與熱電偶的熱電勢(shì)相等或相近，其間的微小差值在精密測(cè)量中不可忽視。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2、冷端恒溫(hngwn)法 冷端恒溫法是人為制成一個(gè)(y )恒溫裝置，把熱電偶的冷端置于其中，保

41、證冷端溫度恒定。 常用的恒溫裝置：冰點(diǎn)槽、電熱式恒溫箱。 1）冰點(diǎn)槽法 把冷端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的冰點(diǎn)槽中。為保持0時(shí)的誤差能在0.1之內(nèi)要求： 水的純度、碎冰塊的大小和冰水混合狀態(tài)都有要求；插入速度也應(yīng)加以注意；是一種理想方法，只適用于實(shí)驗(yàn)室和精密測(cè)量中。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料 2）恒溫箱法 把冷端補(bǔ)償導(dǎo)線(doxin)引至電加熱的恒溫器內(nèi)，維持冷端為某一恒定的溫度。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料3 3、計(jì)算、計(jì)算(j sun)(j sun)修正法修正法 計(jì)算修正法是依據(jù)顯示儀表的溫度示值經(jīng)修正計(jì)算求出被測(cè)溫度值。 例：設(shè)被測(cè)溫度為t，冷端

42、溫度t00 。如此時(shí)表的示值溫度為t，由分度表可知，顯示儀表輸入電勢(shì)數(shù)值應(yīng)該為EAB（t, 0），但其實(shí)際熱電勢(shì)EAB（t, t0），即顯示表實(shí)際輸入電勢(shì)為EAB（t, t0）。顯然EAB（t, 0）= EAB（t, t0），由此可得出(d ch)計(jì)算修正的公式為 EAB（t, 0）= EAB（t, t0）+ EAB（t0，0） = EAB（t, 0）+ EAB（t0, 0）2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)（2.14）精品資料計(jì)算(j sun)修正的步驟是：1）由表的示值t和冷端溫度t0分別查分度表求得 EAB（t, 0）和 EAB（t0， 0），2）由公式計(jì)算(j sun)出EAB（t, 0），3）由

43、EAB（t, 0）值直接查分度表求出被測(cè)溫度t。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料4 4、模擬、模擬(mn)(mn)補(bǔ)償法補(bǔ)償法1）補(bǔ)償(bchng)電橋法 補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化。如圖2.4所示，電橋由R1、R2、R3（均為錳銅電阻）和RCU（銅電阻）組成，串聯(lián)在熱電偶回路中，熱電偶冷端與電橋中RCU處于相同溫度。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料 設(shè)計(jì)時(shí)R1 = R2 = R3 = 1，電橋由直流電源供電，ES = 4V。電橋有一個(gè)平衡點(diǎn)溫度t0（國產(chǎn)補(bǔ)償器的平衡點(diǎn)溫度有0和20兩種情況）。在平衡點(diǎn)溫度t0時(shí)，設(shè)計(jì)成Rcu=1，滿足

44、Rcu = R1 = R2 = R3 = 1，此時(shí)電橋平衡，輸出(shch)電勢(shì)Uab=0。溫度從t0升高時(shí)，Rcu增大，電橋失去平衡Uab0，而且Uab隨溫度升高而增大。 假設(shè)采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端遷移到溫度為t0補(bǔ)償電橋處，則冷端溫度也為t0 。儀表的輸入(shr)電勢(shì)為：2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)U = E（t,t0）+Uab（t0） （2.15） 精品資料式中 Uab（t0）為補(bǔ)償電橋(din qio)輸出電勢(shì)，它隨冷端溫度t0變化。當(dāng)t0 = t0時(shí)：U = E（t,t0）+Uab（t0） （2.16）因 Uab（t0）= 0 所以(suy) U = E（t,t0）2.2 熱電偶測(cè)溫

45、技術(shù) 當(dāng)t0從t0升高時(shí)，熱電勢(shì)減少，而Uab增大，如果補(bǔ)償電橋的設(shè)計(jì)滿足： Uab=E（t0，t0），則總電勢(shì)U仍不變，仍為 E（t, t0）。精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)結(jié)果：總電勢(shì)(dinsh)不隨冷端溫度t0變化；冷端溫度始終保持在補(bǔ)償電橋平衡點(diǎn)溫度 t0；必須把儀表的起始點(diǎn)調(diào)到電橋的平衡溫度t0處。2）集成溫度傳感器補(bǔ)償法 為提高熱電偶的測(cè)量準(zhǔn)確度，推出了集成溫度傳感器冷端補(bǔ)償法。如美國AD公司生產(chǎn)的集成電路芯片AC1226、帶冷端補(bǔ)償?shù)膯纹瑹犭娕挤糯笃鰽D594/AD595等。精品資料 AC1226冷端補(bǔ)償(bchng)電路 專用的熱電偶冷端補(bǔ)償集成電路芯片；在0 70

46、補(bǔ)償范圍內(nèi)具有很高的準(zhǔn)確度；其補(bǔ)償絕對(duì)誤差小于0.5；補(bǔ)償輸出信號(hào)(xnho)不受其電源電壓變化的影響；可和各種溫度測(cè)量芯片或線路組成帶有準(zhǔn)確冷端補(bǔ)償?shù)臏y(cè)溫系統(tǒng)。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)圖2.5為帶有信號(hào)處理功能（1B51）隔離型的AC1226高溫測(cè)量(cling)冷端補(bǔ)償電路原理圖。可和E、J、K、S、R或T型熱電偶相連接。測(cè)溫范圍為所連熱電偶的測(cè)溫范圍。精品資料 AD594/AD595補(bǔ)償(bchng)電路 有熱電偶信號(hào)放大和冰點(diǎn)補(bǔ)償雙重功能的集成芯片；有C級(jí)和A級(jí)，分別具有1和3的校準(zhǔn)(jio zhn)準(zhǔn)確度；其中AD594適用于T型熱電偶，AD5

47、95適用于K型熱電偶。輸出電勢(shì)與熱電偶的熱電勢(shì)的關(guān)系如下 ：)16(4 .193594VEETAD)16(3 .247594VEEkAD（2.17） （2.18）式中，EAD594、EAD595分別為AD594和AD595的輸出；ET、EK分別為T型和K型熱電偶的熱電勢(shì)。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料（5）數(shù)字(shz)補(bǔ)償法采用最小二乘法，把分度表擬合出關(guān)系矩陣；測(cè)得熱電勢(shì)和冷端溫度；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和非線性校正，并直接求出被測(cè)溫度。該方法簡(jiǎn)單、速度快、準(zhǔn)確度高；為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制創(chuàng)造了條件。（詳見有關(guān)(yugun)文獻(xiàn)） 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2.2.4 2.2.4 熱電偶的種

48、類熱電偶的種類(zhngli)(zhngli)與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)1、熱電極(dinj)材料理論上講，任一具有導(dǎo)電性能的材料均可作為熱電極；與其他材料相互配合做成熱電偶；但實(shí)際用的熱電偶，必須滿足一些計(jì)量技術(shù)方面的要求；實(shí)際測(cè)溫用的熱電極材料并不多；已定型并廣泛采用的熱電偶，其適用范圍也各有限制。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料對(duì)熱電極(dinj)材料主要幾點(diǎn)要求：1）電勢(shì)大，熱電特性盡量接近線性；2）電阻率小，電阻溫度系數(shù)小，以減小熱電偶材料電 阻隨溫度變化對(duì)測(cè)量的影響(yngxing)；3）在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理及化學(xué)性能穩(wěn)定；4）易加工成細(xì)絲，便于生產(chǎn)且復(fù)現(xiàn)性好；5）價(jià)格便宜。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)

49、 目前采用的熱電極材料中還沒有一種能完全滿足上述要求，大多只是基本滿足而已。精品資料 貴金屬材料(cilio)，如鉑、銠、銥及它們的合金（如鉑銠、鉑銥）； 普通金屬材料(cilio)，如鎳、鉻、銅及其合金（如鎳鉻、銅鎳）； 難熔金屬材料(cilio)，如鎢、鉬、錸及其合金（如鎢錸、鎢鉬等）； 非金屬材料(cilio)，如碳、石墨、氧化鎂等及它們的混合物。常用的熱電極材料可分為(fn wi)四類：2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)2、種 類品種很多；分類方法也不盡相同；按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求分：標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。精品資料1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶指生產(chǎn)工藝成熟、成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良并符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)

50、的熱電偶，它具有統(tǒng)一的分度表，不用單支標(biāo)定，可互換并有配套(pi to)的顯示儀表。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)廣泛使用；被（IEC）公認(rèn)和制訂了國際標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有八種； 特性簡(jiǎn)介如表2.4所示，熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系如圖2.6所示。精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料溫度的測(cè)量范圍指熱電偶在良好的使用環(huán)境下允許測(cè)量溫度的極限值；實(shí)際(shj)使用中，特別是長(zhǎng)期使用時(shí)，一般允許測(cè)量的溫度上限是極限值的60% 80%；熱電勢(shì)與溫度之間存在非線性，使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料 S型熱電偶（鉑銠10-鉑熱電偶）貴金屬(

51、jnsh)熱電偶；所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中，準(zhǔn)確度等級(jí)最高、穩(wěn)定性最好；測(cè)溫區(qū)寬、使用壽命長(zhǎng)；適用于氧化和惰性氣氛中，使用廣泛；價(jià)格昂貴，熱電勢(shì)小，靈敏度低，熱電特性曲線非線性較大；不適于還原性氣氛和含有金屬(jnsh)或非金屬(jnsh)蒸汽的氣氛中。 R型熱電偶 （鉑銠13-鉑熱電偶）熱電勢(shì)比S型熱電偶稍大；其他性能相當(dāng)；在進(jìn)口設(shè)備附帶的測(cè)溫裝置上有應(yīng)用(yngyng)，國內(nèi)測(cè)溫很少采用。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料 B型熱電偶（鉑銠30-鉑銠6熱電偶）貴金屬熱電偶；正負(fù)極均為鉑銠合金，含量(hnling)不同，俗稱雙鉑銠熱電偶；標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中熱電勢(shì)最?。辉? 50范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3V，故可

52、不需考慮冷端溫度變化的影響；其他性能特點(diǎn)與鉑銠10-鉑熱電偶相當(dāng)。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料 K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅熱電偶）一種在工業(yè)中用量最大的廉金屬熱電偶；優(yōu)點(diǎn)：靈敏度較高、熱電勢(shì)較大、線性度較好、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好、抗氧化性強(qiáng)、受輻射影響較??；缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度較低，不適用于還原(hun yun)氣氛。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料 N型熱電偶（鎳鉻硅-鎳硅熱電偶）一種新型鎳基合金測(cè)溫材料，是近20年來在廉金屬熱電偶合金材料研究方面取得的唯一重大成果；優(yōu)點(diǎn)：相同條件下，N型熱電偶的高溫穩(wěn)定性、壽命與S型熱電偶接近；價(jià)格僅為S型的1/20；在1300以下，高溫抗氧化能

53、力強(qiáng)，耐核輻射能力強(qiáng)，耐低溫性能也好；可用于其他金屬熱電偶不能勝任或者(huzh)過于勉強(qiáng)的場(chǎng)合。-2001300溫度范圍內(nèi)，有全面代替廉金屬熱電偶和部分取代S型熱電偶的趨勢(shì)。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh) E型熱電偶（鎳鉻-銅鎳或鎳鉻-康銅(kn tn)熱電偶）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中靈敏度最高，可測(cè)微小變化的溫度；使用中的限制條件與K型熱電偶相同；對(duì)高濕度氣體的腐蝕不甚靈敏。缺點(diǎn)：熱電均勻性較差，不能用于還原性介質(zhì)中。 J型熱電偶（鐵-銅鎳或鐵-康銅熱電偶）特點(diǎn)：價(jià)格便宜；既可以用于氧化性氣體中，又可用于還原性氣氛；耐H2和CO氣體腐蝕；在含碳或鐵的條件下使

54、用也很穩(wěn)定，多用于化工廠的溫度檢測(cè)。精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh) T型熱電偶（銅-銅鎳或銅-康銅(kn tn)熱電偶）廉金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高；熱電極絲的均勻性好，熱電勢(shì)較大；測(cè)溫范圍為-200350；抗氧化性差，在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不超過300。 精品資料2 2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶得到廣泛應(yīng)用，但：測(cè)溫上下限受熱電極材料的限制(xinzh)；使用介質(zhì)氣氛也都有限制(xinzh)。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為適應(yīng)更高或更低的溫度以及特殊的介質(zhì)氣氛；是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的補(bǔ)充；沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的分度號(hào)；每一種往往都適用于某一特殊測(cè)量條件與氣氛。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：

55、金屬和非金屬兩大類。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料 鎢錸系等超高溫?zé)犭娕贾饕墟u錸系、銥銠系、鉑銠系、鎢鉬系；都是測(cè)量高溫的熱電偶；應(yīng)用較廣的是鉑銠系、鎢錸系兩種；鎢錸系熱電偶測(cè)溫上限可達(dá)2500；適于惰性、高純氫和真空中，不適于氧化性和碳?xì)浠衔锝橘|(zhì)。 鎳鉻-金鐵超低溫?zé)犭娕家环N(y zhn)較理想的低溫、超低溫?zé)犭娕?；可用?K 273K的低溫范圍；在73K以下靈敏度較高，允許誤差：0.5；適用于液態(tài)天然氣、國防工程和科研的溫度測(cè)量。 2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料 非金屬熱電偶特點(diǎn)(tdin)： 熱電勢(shì)大大超過金屬熱電偶；熔點(diǎn)高，在高溫下仍能保證性能穩(wěn)定，因此適 于

56、高溫測(cè)量；某些非金屬熱電偶能在高溫特殊氣氛中使用；復(fù)現(xiàn)性差，沒有統(tǒng)一的分度號(hào)，機(jī)械強(qiáng)度(qingd)低， 是這類熱電偶的主要缺點(diǎn)。v目前國外已有定型的產(chǎn)品；v如熱解石墨熱電偶、石墨-碳化鈦熱電偶、硼化鋯-碳化鋯熱電偶等；v測(cè)溫上限可高達(dá)20002500，精確度可達(dá)0.1%0.5%）；v往往只能在某一種特定的氣氛中使用。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料3 3、熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)從結(jié)構(gòu)(jigu)形式上看，熱電偶可分為: 普通型鎧裝型薄膜型 三種。 1）普通型熱電偶又稱裝配式熱電偶，結(jié)構(gòu)如圖2.7。由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒組成。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資

57、料 熱電極(dinj) 熱電極直徑：由材料的價(jià)格、機(jī)械(jxi)強(qiáng)度、電導(dǎo)率、用途及測(cè)溫范圍等決定。貴金屬熱電極直徑為0.0150.5mm，普通金屬熱電極直徑為23.2mm。長(zhǎng)度：由插入深度及安裝條件決定，通常為3502000mm。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù) 絕緣套管 裝在熱電極上，防止兩熱電極之間及與保護(hù)套管之間短路。絕緣材料由溫度范圍確定： 在1000以下采用普通陶瓷； 在10001300之間多采用高純氧化鋁； 在13001600之間多采用剛玉。精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh) 保護(hù)(boh)套管 作用：與被測(cè)介質(zhì)隔離，免受化學(xué)侵蝕及機(jī)械損傷。對(duì)保護(hù)套管的基本要求：經(jīng)久耐用（耐高溫、耐

58、急冷急熱、耐腐蝕、不分解出對(duì)電極有害的氣體）；與傳熱良好（良好的導(dǎo)熱性，改善電極對(duì)被測(cè)溫度變化的響應(yīng)速度減少滯后）。套管的材料和形式由被測(cè)介質(zhì)性能、安裝方式等決定；常用的材料有金屬、非金屬和金屬陶瓷三類；套管的形狀有直形、錐形等；常見的固定裝置形式有固定螺栓、固定法蘭及活動(dòng)法蘭等；精品資料 接線盒 在熱電偶的根部；起支撐熱電極及提供與外部連接的接線端子；熱電偶的冷端就在接線盒內(nèi)；接線盒的出線孔和蓋子均有墊片和墊圈密封，防止灰塵和有害氣體進(jìn)入熱電偶保護(hù)套管內(nèi)；連接熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線的螺絲(lu s)必須緊固，以免產(chǎn)生較大的接觸電阻而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)上接線盒分：普通型、防濺型、防水型及防暴型等

59、。2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料2）鎧裝(ki zhun)型熱電偶由熱電極、氧化鎂絕緣粉末和金屬套管三者組合而成；外形像一根電纜線，能自由彎曲(wnq)；可根據(jù)需要的長(zhǎng)度將它截?cái)?，并?duì)測(cè)量端與冷端分別加工處理，即形成一支完整的鎧裝熱電偶；鎧裝熱電偶截面有：圓形與橢圓形兩種；測(cè)量端有：露頭型、接觸型（即帶帽碰底型）和不露頭型（即帶帽不碰底型）三種。 如圖2.8所示2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)(jsh)精品資料鎧裝型熱電偶具有(jyu)如下優(yōu)點(diǎn)： 動(dòng)態(tài)性能(xngnng)好、反應(yīng)快，比普通熱電偶小很多； 鎧裝熱電偶可做的很細(xì)（最細(xì)直徑為0.25mm ），體積小，重

60、量輕，熱容量小，因此對(duì)被測(cè)對(duì)象原有溫度場(chǎng)影響?。?撓性好，可隨意彎曲，適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象； 長(zhǎng)度與直徑可根據(jù)需要制作、選擇; 可以作為感溫元件放入普通型熱電偶保護(hù)套管內(nèi)使用；2.2 熱電偶測(cè)溫技術(shù)精品資料3）薄膜型熱電偶是一種比較先進(jìn)的瞬態(tài)溫度傳感器；采用真空鍍膜或化學(xué)涂層工藝，將兩種熱電極材料固定在很薄的絕緣基板上制成，如圖2.9所示；熱電極及測(cè)量(cling)端很薄，基板厚度也只有0.2mm左右；熱容量很小，測(cè)溫的動(dòng)態(tài)性能好，適于快速測(cè)量(cling)，也適于物體表面溫度的測(cè)量(cling)；使用時(shí)用粘結(jié)劑，將它粘在被測(cè)物體表面即可。有鎳鉻-鎳硅和銅-康銅等，測(cè)溫上限可達(dá)300左右。2.