檢測儀表溫度2A課件

自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表第4講溫度檢測2022/12/291自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表第4講溫度檢測2022/12/281溫度測量基礎(chǔ)熱電偶測溫原理及應(yīng)用熱電阻測溫原理及應(yīng)半導(dǎo)體式測溫元件輻射式測溫儀表通用式溫度變送器溫度顯示記錄儀表小結(jié)與習(xí)題本章內(nèi)容2022/12/292溫度測量基礎(chǔ)本章內(nèi)容2022/12/282熱電式溫度檢測儀表

利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱為熱電阻溫度計(jì)。

大多數(shù)金屬在溫度升高1℃時(shí)電阻將增加0.4%～0.6%。

半導(dǎo)體電阻（熱敏電阻）一般隨溫度升高而減?。ㄒ灿须S溫度總價(jià)而增加的），其靈敏度比金屬的高很多，溫度每升高1℃，電阻約減小2%～6%。

4.3.2.熱阻式測溫儀表2022/12/293熱電式溫度檢測儀表利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一熱阻式溫度檢測儀表

熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測量精度高，在中低溫段，其輸出信號比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高，可在－272～1100℃范圍內(nèi)測溫。熱電阻溫度計(jì)輸出為電信號，便于遠(yuǎn)傳、多點(diǎn)測量和自動(dòng)控制，不需要冷端溫度補(bǔ)償。缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象、引線誤差等影響測量精度。

熱電阻材料特點(diǎn)（1）高溫度系數(shù)、高電阻率-靈敏度高，體積小（2）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性-線性，復(fù)現(xiàn)性；（4）良好工藝性-便于加工，價(jià)格較低；2022/12/294熱阻式溫度檢測儀表熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測量精度高，熱電阻材料特點(diǎn)熱阻式溫度檢測儀表1）金屬熱電阻溫度計(jì)

金屬熱電阻的測溫原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而變化的特性，只要測出熱電阻阻值的變化，就可以得到被測溫度。工業(yè)上常用的金屬熱電阻有鉑電阻和銅電阻。2022/12/295熱電阻材料特點(diǎn)熱阻式溫度檢測儀表1）金屬熱電阻溫度計(jì)金(1)鉑電阻

鉑是一種貴金屬,它的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強(qiáng)。鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)（-200~1200℃以下）都能保證上述特性。鉑很容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。與其他材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認(rèn)為是一種較好的熱電阻材料。熱阻式溫度檢測儀表鉑電阻的缺點(diǎn)是其電阻溫度系數(shù)比較小，價(jià)格貴。在－200～0℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：(4-15)

2022/12/296(1)鉑電阻熱阻式溫度檢測儀表鉑電阻的缺點(diǎn)是其電阻溫度系在0~850℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為。

(4-16)

式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻值；

Rt——溫度為t℃時(shí)得電阻值；

A——分度常數(shù),A=3.908028×10-3/℃；

B——分度常數(shù),B=-5.7752×10-7/℃2；

C——分度常數(shù),C=-4.1835×10-12/℃4。

鉑電阻的分度號為Pt100和Pt10兩種，是指在0℃時(shí)鉑電阻的阻值R0為100和10。鉑在高溫下易受還原性介質(zhì)污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度間的關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/297在0~850℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為。(4-16)(2)銅電阻

銅易于加工提純，價(jià)格便宜，電阻與溫度關(guān)系呈線性關(guān)系，在-50℃～＋150℃測溫范圍內(nèi)穩(wěn)定性好。因此在一般測量精度要求不太高、溫度較低的場合，普遍地使用銅電阻。

在-50～+100℃測溫范圍內(nèi)，銅電阻值與溫度得線性關(guān)系為(4-17)

式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻值；

Rt——溫度為t℃時(shí)得電阻值；

α——銅電阻溫度系數(shù),α=4.25×10-3/℃。銅電阻的分度號為Cu100和Cu50兩種，是指在0℃時(shí)銅電阻的阻值R0為100Ω和50Ω

。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/298(2)銅電阻(4-17)式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻(3)熱電阻的結(jié)構(gòu)

工業(yè)用熱電阻主要由電阻體、絕緣體、保護(hù)套管和接線盒等組成，如圖2.14所示，通常還具有與外部測量及控制裝置、機(jī)械裝置相連接的部件。工業(yè)熱電阻具有普通型、鎧裝型和專用型等形式。圖4-24工業(yè)用熱電阻結(jié)構(gòu)熱阻式溫度檢測儀表1—熱電阻絲；2—電阻體支架；3—引線；4—絕緣瓷管；5—保護(hù)套管；6—連接法蘭；7—接線盒；8—引線孔。2022/12/299(3)熱電阻的結(jié)構(gòu)圖4-24工業(yè)用熱電阻結(jié)構(gòu)熱阻式溫度

普通型熱電阻與普通熱電偶的外形結(jié)構(gòu)極為相似，保護(hù)套管和接線盒基本相同，只是熱電阻體和引線方式與熱電偶不同。熱電阻體一般有熱電阻絲和絕緣支架組成，如圖2.15所示，電阻絲采用無感雙線繞制在云母、石英或陶瓷支架上，熱電阻體裝在保護(hù)套管內(nèi)，電阻絲通過引出導(dǎo)線與接線盒內(nèi)的接線柱相接，以便再與外接線路相連測量溫度。

圖4-25熱電阻感溫元件的幾種典型結(jié)構(gòu)1－外殼或絕緣片；2－鉑絲；3－骨架；4－引出線(a)玻璃骨架(b)陶瓷骨架(c)云母骨架熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2910普通型熱電阻與普通熱電偶的外形結(jié)構(gòu)極為相似，

鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體，直徑小，易彎曲，抗震性能好。

專用熱電阻用于一些特殊的測溫場合，如端面熱電阻由特殊處理的線材繞制而成，與一般熱電阻相比，能更緊地貼在被測物體的表面；軸承熱電阻帶有防震結(jié)構(gòu)，能緊密地貼在被測軸承的表面，用于測量帶軸承設(shè)備的軸承溫度。(4)熱電阻的引線方式

熱電阻溫度計(jì)一般由熱電阻、引線、連接導(dǎo)線、測量橋路和顯示儀表組成，熱電阻作為測量橋路的一個(gè)橋臂電阻。引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的，使熱電阻絲能與外部測量橋路連接，通常位于保護(hù)套管內(nèi)。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2911鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和

引線的電阻在環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)發(fā)生變化，對測量結(jié)果影響較大。目前常用的引線方式由兩線制、三線制和四線制3種，如圖4-26所示

兩線制是指在熱電阻體的兩端各連接一根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-26(a)所示。這種引線方式比較簡單，但由于兩根引線都接在電橋的一個(gè)橋臂上，引線電阻及其變化值會(huì)給測量結(jié)果帶來附加誤差，適用于引線較短，測量精度要求不高的場合。

熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2912引線的電阻在環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)發(fā)生變化，對測量結(jié)圖4-26熱電阻的幾種引線方式1－熱電阻感溫元件；2、4－引線；3－接線盒；5－顯示儀表；熱阻式溫度檢測儀表(c)(b)(a)2022/12/2913圖4-26熱電阻的幾種引線方式熱阻式溫度檢測儀表(c)(圖4-27熱電阻的三線制引線原理圖熱阻式溫度檢測儀表圖4-28熱電阻的三線制引線圖2022/12/2914圖4-27熱電阻的三線制引線原理圖熱阻式溫度檢測儀表圖4如圖4-27及28所示，三線制是指在熱電阻體的一端連接兩根導(dǎo)線，另一端連接一根導(dǎo)線的引線方式。由于熱電阻的兩根連線分別置于相鄰兩橋臂內(nèi)，溫度引起連線電阻的變化對電橋的影響相互抵消，電源連線電阻的變化，對供橋電壓影響是極其微小的，可忽略不計(jì)，因此這種引線方式可以較好地消除引線電阻的影響，測量精度比兩線制高，應(yīng)用比較廣泛。工業(yè)熱電阻通常采用三線制接法，尤其在測溫范圍窄、導(dǎo)線長、架設(shè)銅導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化等情況下，必須采用三線制接法。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2915如圖4-27及28所示，三線制是指在熱電阻體的一端連接兩根導(dǎo)

四線制是指熱電阻體的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-30所示。其中兩根引線為熱電阻提供恒流源，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過另兩根引線引至電位差計(jì)進(jìn)行測量。這種接線方式能完全消除引線電阻帶來的附加誤差，且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，也可消除連接導(dǎo)線的影響。這種引線方式主要用于高精度的溫度檢測。熱阻式溫度檢測儀表圖4-30四線制接線法測量圖2022/12/2916四線制是指熱電阻體的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式，如

（1）熱敏電阻的特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件，由某些金屬氧化物與其他畫畫無按不同的比例燒制而成。其特點(diǎn)是電阻率隨溫度變化顯著,一般為金屬電阻的4~10倍。還具有電阻率大，體積小，熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。熱阻式溫度檢測儀表圖4-31不同形狀的熱敏電阻2）半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)2022/12/2917（1）熱敏電阻的特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度近似呈現(xiàn)指數(shù)變化，且復(fù)現(xiàn)性和互換性較差，其測溫范圍大約為:40~350℃，已經(jīng)大量用于家電及汽車等的溫度檢測與控制中。熱阻式溫度檢測儀表（2）熱敏電阻的分類：熱敏電阻主要分為三種類型：

正溫度系數(shù)(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)和臨界溫度系數(shù)(CTR)

三種類型。在溫度測量中,(NTC)使用的最多。圖4-32不同熱敏電阻的溫度特性曲線2022/12/2918半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度近似呈現(xiàn)指數(shù)變化，且復(fù)現(xiàn)性和互換性式中：分別為溫度等于T和T0時(shí)熱敏電阻的阻值，B的量綱為溫度，一般為1500~6000K，取決于熱敏電阻的材料。熱阻式溫度檢測儀表(4-18)

（3）NTC型熱敏電阻的特性：NTC型熱敏電阻主要由Mn,Co,Ni,Fe,Cu等過渡族金屬氧化物燒結(jié)而成；改變其成分和配比，就可得到測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)都不同的NTC型熱敏電阻。在一定的范圍內(nèi)，NTC型熱敏電阻的溫度特性符合：2022/12/2919式中：分別為溫度等于T和T0時(shí)熱敏電阻的阻值，B熱阻式溫度檢測儀表(4-19)

對上式求微分并除以RT，得到的是熱敏電阻的溫度系數(shù)：

由式可見：電阻溫度系數(shù)并非常數(shù)，它隨溫度平方的倒數(shù)而變化，這就使得熱敏電阻的靈敏度隨溫度的升高而迅速降低，從而限制了其在高溫下的使用。測溫范圍大約為:-40～350℃，已經(jīng)大量用于家電及汽車等溫度檢測與控制中。2022/12/2920熱阻式溫度檢測儀表(4-19)對上式求微分并除以RT，得到PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大的正溫度特性，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消磁、各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)等。

CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個(gè)溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高，是金屬電阻的幾十倍。主要用作溫度開關(guān)。

各種熱敏電阻的阻值在常溫下就很大（幾K～上百K）

，電阻隨溫度的變化率也很大，因此不必考慮導(dǎo)線電阻隨溫度變化對溫度測量帶來的影響，給使用帶來很大的方便。(4)其它熱敏電阻的特性-參見圖4-32熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2921PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大的正溫度特性，且有斜（5）熱敏電阻的非線性的修正利用包含有熱敏電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)（常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)）來代替單個(gè)的熱敏電阻。在帶有微處理機(jī)（或微計(jì)算機(jī)）的測量系統(tǒng)中，當(dāng)已知熱敏電阻器的實(shí)際特性和要求的理想特性時(shí)，可采用線性插值法將特性分段，并把各分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的存儲器內(nèi)。計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻器的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)算后，給出要求的輸出值。2022/12/2922（5）熱敏電阻的非線性的修正利用包含有熱敏電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)（常4.3.3.集成溫度傳感器

集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系,把感溫PN結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個(gè)小硅片上,構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化的專用集成電路片。

集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制,它只能用來測150℃以下的溫度。集成溫度傳感器的信號輸出方式可分為：電壓輸出型和電流輸出型，電壓輸出型輸出電壓信號，輸出阻抗低，易于與其他設(shè)備或控制電路結(jié)合；電流輸出型輸出阻抗甚高，可連接長度為數(shù)百米的導(dǎo)線，不必考慮導(dǎo)線電阻的影響。2022/12/29234.3.3.集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管

1．基本工作原理

目前在集成溫度傳感器中,都采用一對非常匹配的差分對管作為溫度敏感元件。圖4-34是集成溫度傳感器基本原理圖。其中T1和T2是一對結(jié)構(gòu)和性能完全匹配的晶體管,I1和I2分別是T1和T2管的集電極電流,由恒流源提供。4-342022/12/29241．基本工作原理4-342022/12/2824T1和T2管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差ΔVbe可用下式表示,即:

(4-20)

式中k-是波爾茲曼常數(shù);q-是電子電荷量;T-是絕對溫度;

γ-是T1和T2管發(fā)射結(jié)的面積之比。

從式中看出,如果保證I1/I2恒定,則ΔUbe與溫度T成單值線性函數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的基本工作原理,在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器。

2022/12/2925T1和T2管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差ΔVbe可用下式表示,

(1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖如圖4-30所示。當(dāng)電流I1恒定時(shí),通過改變R1的阻值,可實(shí)現(xiàn)I1=I2,當(dāng)晶體管的β≥1時(shí),電路的輸出電壓可由下式確定,即:

（4-21）

若取R1=940Ω,R2=30KΩ,r=37,則電路輸出的溫度系數(shù)為:

（4-22）2022/12/2926(1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖

（2）電流輸出型如圖4-32，為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖。T1和T2是結(jié)構(gòu)對稱的兩個(gè)晶體管,作為恒流源負(fù)載,T3和T4管是測溫用的晶體管,其中T3管的發(fā)射結(jié)面積是T4管的8倍,即r=8。流過電路的總電流IT為:

（4-23）式中當(dāng)R和r一定時(shí),電路的輸出電流與溫度有良好的線性關(guān)系。

若取R為358Ω,則電路輸出的溫度系數(shù)為:（4-24）2022/12/2927（2）電流輸出型如圖4-32，為電流輸出型集成溫度4-352022/12/29284-352022/12/2828

電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國AD公司生產(chǎn)的AD590,LM134/SL134系列集成溫度傳感器,我國產(chǎn)的SG590也屬于同類型產(chǎn)品?；倦娐放c圖4-32一樣,只是增加了一些啟動(dòng)電路,防止電源反接以及使左右兩支路對稱的附加電路,以進(jìn)一步地提高性能。AD590的電源電壓4~30V,可測溫度范圍-50~+150℃。

電壓輸出型的有：LM35/45系列溫度傳感器，以及LM135系列集成溫度傳感器2022/12/2929電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國AD公

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時(shí)伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時(shí)感覺兩腿費(fèi)力；舉手梳理頭發(fā)時(shí)，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費(fèi)力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重溫度檢測儀表4.4.輻射測溫儀表

輻射測溫是一種非接觸測溫，主要是利用物體的能量輻射來測量物體溫度的方法。

采用輻射測溫時(shí)，輻射感溫元件不與被測介質(zhì)相接觸，不會(huì)破壞被測溫度場，可實(shí)現(xiàn)遙測；測量元件不必達(dá)到與被測對象相同的溫度，可測量高溫。因無接觸，速度快，可以測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。輻射測溫適用于很寬的測量范圍，可達(dá)到-50～3000℃，但影響測量精度的因素很多，應(yīng)用技術(shù)較復(fù)雜。

2022/12/2931溫度檢測儀表4.4.輻射測溫儀表采用輻射測溫時(shí)，輻溫度檢測儀表4.4.1輻射測溫的基本原理

熱輻射就是電磁波能量傳遞的過程。由于其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)，就會(huì)帶來向外發(fā)射不同波長的電磁波。

任何物體只要溫度高于絕對零度，就會(huì)就會(huì)發(fā)生帶電粒子運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生輻射現(xiàn)象。溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。

輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來，其波長的范圍極廣，從短波、x光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。在輻射溫度測量中主要利用的是可見光和紅外光。因?yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院?，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。

2022/12/2932溫度檢測儀表4.4.1輻射測溫的基本原理2022溫度檢測儀表圖4-36波長分布物體在不同的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的電磁波波段也不同。輻射測溫的有效區(qū)段2022/12/2933溫度檢測儀表圖4-36波長分布物體在不同的溫度范圍內(nèi)，熱輻射4.4.2輻射測溫的基本概念：絕對黑體：一種理想的物體，它在任何溫度下都能全部的吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量。非黑體：它們吸收、發(fā)射能量的能力總是要小于絕對黑體。物體在接受外界輻射到其表面的輻射能量時(shí)，都具有吸收、反射或透射現(xiàn)象，可以用吸收率，反射率和透射率來描述：4-252022/12/29344.4.2輻射測溫的基本概念：物體在接受外界輻射到其表面的溫度檢測儀表4.4.3熱輻射基本定律1.基爾霍夫定律2.斯蒂芬—玻耳茲曼定律3.普朗克定律4.維恩位移定律基爾霍夫定律：該定律確定了物體熱輻射的發(fā)射與吸收之間的關(guān)系：一個(gè)物體向周圍輻射能量的同時(shí)，也從周圍吸收其他物體幅射的能量；吸收輻射能量能力強(qiáng)的物體受熱后輻射能量的能力也強(qiáng)。2022/12/2935溫度檢測儀表4.4.3熱輻射基本定律2022/12/283溫度檢測儀表它在任何溫度下，黑體都能全部的吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量，所以其吸收率為1；非黑體的吸收比率小于1.

定義光譜吸收比表示物體能夠?qū)椛涞剿砻婺芰康奈毡嚷省?-262022/12/2936溫度檢測儀表它在任何溫度下，黑體都能全部的吸收投射到其表面的

在熱平衡時(shí)，物體向周圍的輻射的功率等于它能夠吸收的功率。4-274-28

基爾霍夫還證明了物體輻射強(qiáng)度（出射度）與吸收比的比值是與波長和溫度有關(guān)的普適函數(shù).輻射率：熱輻射物體在溫度T時(shí)所有波長范圍的輻射量與同溫度下黑體的輻射量之比-該輻射體的黑度（輻射率）;光譜輻射率：單色輻射率-在溫度T，輻射波長為λ時(shí)的輻射量與同樣溫度、波長黑體輻射量之比。實(shí)際物體的輻射率都是低于黑體的。黑度是物體的輻射能力接近黑體的程度。2022/12/2937在熱平衡時(shí)，物體向周圍的輻射的功率等于它能夠吸收的溫度檢測儀表根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比。又稱為黑體的全輻射定律：2.斯蒂芬—玻耳茲曼定律：對于非黑體的一般物體：4-294-302022/12/2938溫度檢測儀表根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度溫度檢測儀表3.普朗克定律（維恩公式）絕對黑體可在全波長范圍內(nèi)輻射能量，但對不同的波長，其能量的分布并非一致，輻射能力不但與溫度有關(guān)，且隨熱輻射的波長變化。4-31

λ–波長，c1-普朗克第一輻射常數(shù)：

c2-普朗克第二輻射常數(shù)：當(dāng)在3000K以下時(shí)，可用維恩公式近似：2022/12/2939溫度檢測儀表3.普朗克定律（維恩公式）絕對黑體可在全波長范圍溫度檢測儀表普朗克公式也可以用亮度的形式表示：4.維恩位移定律熱輻射電磁波中包含著各種波長，從實(shí)驗(yàn)可知，單色輻射峰值處的波長與絕對溫度T成以下關(guān)系:對比前兩式，得4-324-334-34用該式可以估計(jì)出物體的溫度輻射所處于的波長的區(qū)域。2022/12/2940溫度檢測儀表普朗克公式也可以用亮度的形式表示：4.維恩位移定溫度檢測儀表光譜發(fā)射峰值隨著溫度的增加向波長減小的方向移動(dòng)。輻射式溫度檢測儀表主要是應(yīng)用上述定理實(shí)現(xiàn)溫度測量。圖4-37輻射波長分布物體在900K時(shí)暗紅色，1200K是為亮紅色，1400K是桔紅色，2700K為呈白熾色。顏色的不同時(shí)由于在不同波長上輻射的相對量不同。2022/12/2941溫度檢測儀表光譜發(fā)射峰值隨著溫度輻射式溫度檢測儀表主圖4-3溫度檢測儀表

輻射測溫儀表主要由：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理電路以及顯示等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、透鏡和濾光片等，把物體的輻射能通過透鏡聚焦到檢測元件上，再通過轉(zhuǎn)換電路和信號處理電路將信號轉(zhuǎn)換、放大、輻射率修正和標(biāo)度變換等，輸出被測溫度相應(yīng)的信號。

圖4-38輻射式測溫2022/12/2942溫度檢測儀表輻射測溫儀表主要由：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、溫度檢測儀表

輻射測溫的常用方法有亮度法、全輻射法、比色法和多色法等。

輻射測溫儀表有全輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外探測器、紅外測溫儀、紅外熱像儀等。1)全輻射高溫計(jì)全輻射溫度計(jì)由輻射聚集系統(tǒng)、感溫器、顯示儀表及輔助裝置構(gòu)成，如圖4-3-4所示。

被測物體的熱輻射能量，經(jīng)物鏡聚集在熱電堆上(由一組微細(xì)的熱電偶串聯(lián)而成)，并轉(zhuǎn)換成熱電勢輸出，其值與被測物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進(jìn)行指示記錄。2022/12/2943溫度檢測儀表輻射測溫的常用方法有亮度法、全輻射法、溫度檢測儀表圖4-39全輻射溫度計(jì)的工作原理1－被測物體；2－物鏡；3－輻射感溫器；4－補(bǔ)償光闌；5－熱電堆；6－顯示儀表2022/12/2944溫度檢測儀表圖4-39全輻射溫度計(jì)的工作原理2022/12溫度檢測儀表

但所有非黑體物體的全發(fā)射率均小于1，則其幅射能量與溫度之間的關(guān)系表示為:

圖中補(bǔ)償光闌由雙金屬片控制，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光闌相應(yīng)調(diào)節(jié)照射在熱電堆上的熱輻射能量，以補(bǔ)償因溫度變化影響熱電勢數(shù)值而引起的誤差。

絕對黑體的熱輻射能量與溫度之間的關(guān)系（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）為:-黑度系數(shù)，反映了物體對黑體的接進(jìn)程度。4-354-362022/12/2945溫度檢測儀表但所有非黑體物體的全發(fā)射率均小于1，則其幅射能溫度檢測儀表

一般全輻射溫度計(jì)選擇黑體作為標(biāo)準(zhǔn)體來分度儀表，此時(shí)所測的是物體的輻射溫度，即相當(dāng)于黑體達(dá)到此輻射量時(shí)的某一溫度TP。

在輻射感溫器的工作譜段內(nèi)，當(dāng)表面溫度為TP的黑體的積分輻射能量和表面溫度為T的物體積分輻射能量相等時(shí)，即則物體的真實(shí)溫度為:4-374-382022/12/2946溫度檢測儀表一般全輻射溫度計(jì)溫度檢測儀表

因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率和輻射溫度計(jì)指示的輻射溫度TP時(shí)，就可算出被測物體的真實(shí)表面溫度。2)亮度式溫度計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫范圍廣(700℃～3200℃)，一般可滿足工業(yè)測溫的準(zhǔn)確度要求。光學(xué)高溫計(jì)目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十分重要的高溫儀表。2022/12/2947溫度檢測儀表因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率和輻射溫度檢測儀表圖4-40光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長進(jìn)行亮度比較，因而也稱單色輻射溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就具有一定的亮度，物體的亮度與其輻射強(qiáng)度成正比，所以受熱物體的亮度大小反映了物體的溫度。通常先得到被測物體的亮度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。2022/12/2948溫度檢測儀表圖4-40光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單溫度檢測儀表絕對黑體在波長的亮度和溫度的關(guān)系為：實(shí)際物體在波長為時(shí)，亮度與溫度的關(guān)系為：對于單色輻射高溫計(jì)規(guī)定按照絕對黑體去刻度，用這種刻度的高溫計(jì)去測量實(shí)際的溫度，所得的溫度示值為亮度溫度Ts。物體的實(shí)際溫度:4-394-404-412022/12/2949溫度檢測儀表絕對黑體在波長的亮度和溫度的關(guān)系為：實(shí)溫度檢測儀表

早期的光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需用手動(dòng)平衡，因此不能實(shí)現(xiàn)快速測量和自動(dòng)記錄，且測量結(jié)果帶有主觀性。⑴光學(xué)高溫計(jì)主要由光學(xué)系統(tǒng)和電測系統(tǒng)兩部分組成。圖4-41光學(xué)高溫計(jì)原理2022/12/2950溫度檢測儀表早期的光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需

后來發(fā)展成為光電式溫度計(jì)，由于光電探測器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計(jì)在工業(yè)測量中基本被淘汰，被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計(jì)所代替。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，用光敏元件代替人眼，實(shí)現(xiàn)光電自動(dòng)測量。⑵光電高溫計(jì)圖4-42光電高溫計(jì)原理2022/12/2951后來發(fā)展成為光電式溫度計(jì)，由于光電探測器、干涉濾光片及單溫度檢測儀表圖4-43光電比色計(jì)外觀這里以比色高溫計(jì)為例，介紹光電高溫計(jì)的工作原理。圖4-43為光電比色高溫計(jì)的外觀圖。

從圖4-44結(jié)構(gòu)原理圖看到：被測對象經(jīng)物鏡1成像，經(jīng)光闌3與光導(dǎo)棒4投射到分光鏡6上，使長波(紅色光)輻射線透過，而使短波(可見光)部分反射。透過分光鏡的輻射線再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去后被光電元件(硅光電池)10接收，轉(zhuǎn)換成電量輸出。3）比色式高溫計(jì)2022/12/2952溫度檢測儀表圖4-43光電比色計(jì)外觀這里以比色高溫計(jì)為例，溫度檢測儀表

圖4-44光電比色高溫計(jì)的原理結(jié)構(gòu)圖1－物鏡；2－平行平面玻璃；3－光欄；4－光導(dǎo)棒；5－瞄準(zhǔn)反射鏡；6－分光鏡；7、9－濾光片；8、10－硅光電池；11－圓柱反射鏡；12－目鏡；13－棱鏡；14、15－負(fù)載電阻；16－可逆電動(dòng)機(jī)；17－放大器

2022/12/2953溫度檢測儀表溫度檢測儀表

分光鏡反射的短波（藍(lán)色光）輻射線經(jīng)濾波片7將長波濾去，而被可見光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波長亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。將這兩個(gè)電信號輸入自動(dòng)平衡顯示紀(jì)錄儀進(jìn)行比較得出光電信號比，即可讀出被測對象的溫度值。

光闌3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準(zhǔn)反射鏡5上，再經(jīng)圓柱反射鏡11、目鏡12和棱鏡13，就能從觀察系統(tǒng)中看到被測對象的狀態(tài)，以便校準(zhǔn)儀器的位置。2022/12/2954溫度檢測儀表分光鏡反射的短波（藍(lán)色光）輻射線經(jīng)濾波片7溫度檢測儀表

設(shè)長波(紅色光)波長為λ1，短波（藍(lán)色光）波長為λ2，光譜發(fā)射率分別為和，根據(jù)普朗克定律，兩種波長的輻射能量為:兩種波長下輻射能量之比為:4-424-434-44比色式高溫計(jì)工作原理2022/12/2955溫度檢測儀表設(shè)長波(紅色光)波長為λ1，短波溫度檢測儀表

由上式可見，如果波長λ1和λ2一定，且已知相應(yīng)波長下對應(yīng)的亮度比，則兩波長輻射能量之比與其熱力學(xué)溫度之間成單值對應(yīng)關(guān)系，只要測出輻射能量之比就可以求得溫度T。

比色高溫計(jì)是按照黑體刻度的，用這種刻度的高溫計(jì)去測量實(shí)際物體，所得到的溫度示值為被測物體的“顏色溫度”。若黑體在1和2兩種波長下，在溫度為TS時(shí)的輻射能量之比和實(shí)際物體在溫度T時(shí)的輻射能量之比相等，則TS為該物體的“顏色溫度”，二者之間存在以下關(guān)系:2022/12/2956溫度檢測儀表由上式可見，如果波長λ1和λ2一定，且已知相溫度檢測儀表式中:TS—比色高溫計(jì)的讀數(shù)；

T—實(shí)際溫度，根據(jù)λ1，λ2，

，

和TS，可以通過讀數(shù)求出被測物體的實(shí)際溫度。這種高溫計(jì)量程為800~2000℃，精度為0.5，響應(yīng)速度由光電元件及二次儀表記錄速度而定。其優(yōu)點(diǎn)是測溫準(zhǔn)確度高，反應(yīng)速度快，測量范圍寬，可測目標(biāo)小，測量溫度更接近真實(shí)溫度，環(huán)境的粉塵、水汽、煙霧等對測量結(jié)果的影響小，可用于冶金、水泥、玻璃等工業(yè)領(lǐng)域。4-452022/12/2957溫度檢測儀表式中:TS—比色高溫計(jì)的讀數(shù)；這種高溫計(jì)量程為8紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)是一種輻射溫度計(jì)。

其結(jié)構(gòu)與其他輻射溫度計(jì)相似，區(qū)別是光學(xué)系統(tǒng)和光電檢測元件接受的是被測物體產(chǎn)生的紅外波長段的輻射能。

常溫下，所有物體都是紅外輻射源。物體的溫度越高，輻射的功率就越大。常見的紅外傳感器可分為：熱電探測器類型；光電傳感器類型等。圖4-45紅外式溫度計(jì)2022/12/2958紅外溫度計(jì)常溫下，所有物體都是紅外輻射源。物體的溫度越高⑵檢出(測)元件插入長度⑶檢出(測)元件保護(hù)套材質(zhì)不低于設(shè)備或管道材質(zhì)。⑷檢出(測)元件保護(hù)套管⑸用于可燃性氣體、蒸汽及可燃性粉塵等爆炸危險(xiǎn)場所的的溫度儀表、溫度開關(guān)、溫度檢出(測)元件和變送器等，應(yīng)選擇合適的防爆結(jié)構(gòu)形式或采取其它的防爆措施和防護(hù)措施。4-45溫度檢測儀表的選用1.溫度檢測儀表選型的一般規(guī)定⑴單位及標(biāo)度(刻度)①溫度儀表的標(biāo)度(刻度)單位應(yīng)采用攝氏度(℃)。②在一般情況下，標(biāo)度(刻度)及測量范圍的選用應(yīng)與定型產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)系列相符。③溫度儀表正常使用溫度應(yīng)為量程的50%一70%，最高測量值不應(yīng)超過量程的90%。2022/12/2959⑵檢出(測)元件插入長度4-45溫度檢測儀表的選用1.溫度自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表第4講溫度檢測2022/12/2960自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表第4講溫度檢測2022/12/281溫度測量基礎(chǔ)熱電偶測溫原理及應(yīng)用熱電阻測溫原理及應(yīng)半導(dǎo)體式測溫元件輻射式測溫儀表通用式溫度變送器溫度顯示記錄儀表小結(jié)與習(xí)題本章內(nèi)容2022/12/2961溫度測量基礎(chǔ)本章內(nèi)容2022/12/282熱電式溫度檢測儀表

利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱為熱電阻溫度計(jì)。

大多數(shù)金屬在溫度升高1℃時(shí)電阻將增加0.4%～0.6%。

半導(dǎo)體電阻（熱敏電阻）一般隨溫度升高而減小（也有隨溫度總價(jià)而增加的），其靈敏度比金屬的高很多，溫度每升高1℃，電阻約減小2%～6%。

4.3.2.熱阻式測溫儀表2022/12/2962熱電式溫度檢測儀表利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一熱阻式溫度檢測儀表

熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測量精度高，在中低溫段，其輸出信號比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高，可在－272～1100℃范圍內(nèi)測溫。熱電阻溫度計(jì)輸出為電信號，便于遠(yuǎn)傳、多點(diǎn)測量和自動(dòng)控制，不需要冷端溫度補(bǔ)償。缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象、引線誤差等影響測量精度。

熱電阻材料特點(diǎn)（1）高溫度系數(shù)、高電阻率-靈敏度高，體積?。?）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性-線性，復(fù)現(xiàn)性；（4）良好工藝性-便于加工，價(jià)格較低；2022/12/2963熱阻式溫度檢測儀表熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測量精度高，熱電阻材料特點(diǎn)熱阻式溫度檢測儀表1）金屬熱電阻溫度計(jì)

金屬熱電阻的測溫原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而變化的特性，只要測出熱電阻阻值的變化，就可以得到被測溫度。工業(yè)上常用的金屬熱電阻有鉑電阻和銅電阻。2022/12/2964熱電阻材料特點(diǎn)熱阻式溫度檢測儀表1）金屬熱電阻溫度計(jì)金(1)鉑電阻

鉑是一種貴金屬,它的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強(qiáng)。鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)（-200~1200℃以下）都能保證上述特性。鉑很容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。與其他材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認(rèn)為是一種較好的熱電阻材料。熱阻式溫度檢測儀表鉑電阻的缺點(diǎn)是其電阻溫度系數(shù)比較小，價(jià)格貴。在－200～0℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：(4-15)

2022/12/2965(1)鉑電阻熱阻式溫度檢測儀表鉑電阻的缺點(diǎn)是其電阻溫度系在0~850℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為。

(4-16)

式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻值；

Rt——溫度為t℃時(shí)得電阻值；

A——分度常數(shù),A=3.908028×10-3/℃；

B——分度常數(shù),B=-5.7752×10-7/℃2；

C——分度常數(shù),C=-4.1835×10-12/℃4。

鉑電阻的分度號為Pt100和Pt10兩種，是指在0℃時(shí)鉑電阻的阻值R0為100和10。鉑在高溫下易受還原性介質(zhì)污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度間的關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2966在0~850℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為。(4-16)(2)銅電阻

銅易于加工提純，價(jià)格便宜，電阻與溫度關(guān)系呈線性關(guān)系，在-50℃～＋150℃測溫范圍內(nèi)穩(wěn)定性好。因此在一般測量精度要求不太高、溫度較低的場合，普遍地使用銅電阻。

在-50～+100℃測溫范圍內(nèi)，銅電阻值與溫度得線性關(guān)系為(4-17)

式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻值；

Rt——溫度為t℃時(shí)得電阻值；

α——銅電阻溫度系數(shù),α=4.25×10-3/℃。銅電阻的分度號為Cu100和Cu50兩種，是指在0℃時(shí)銅電阻的阻值R0為100Ω和50Ω

。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2967(2)銅電阻(4-17)式中，R0——溫度為0℃時(shí)電阻(3)熱電阻的結(jié)構(gòu)

工業(yè)用熱電阻主要由電阻體、絕緣體、保護(hù)套管和接線盒等組成，如圖2.14所示，通常還具有與外部測量及控制裝置、機(jī)械裝置相連接的部件。工業(yè)熱電阻具有普通型、鎧裝型和專用型等形式。圖4-24工業(yè)用熱電阻結(jié)構(gòu)熱阻式溫度檢測儀表1—熱電阻絲；2—電阻體支架；3—引線；4—絕緣瓷管；5—保護(hù)套管；6—連接法蘭；7—接線盒；8—引線孔。2022/12/2968(3)熱電阻的結(jié)構(gòu)圖4-24工業(yè)用熱電阻結(jié)構(gòu)熱阻式溫度

普通型熱電阻與普通熱電偶的外形結(jié)構(gòu)極為相似，保護(hù)套管和接線盒基本相同，只是熱電阻體和引線方式與熱電偶不同。熱電阻體一般有熱電阻絲和絕緣支架組成，如圖2.15所示，電阻絲采用無感雙線繞制在云母、石英或陶瓷支架上，熱電阻體裝在保護(hù)套管內(nèi)，電阻絲通過引出導(dǎo)線與接線盒內(nèi)的接線柱相接，以便再與外接線路相連測量溫度。

圖4-25熱電阻感溫元件的幾種典型結(jié)構(gòu)1－外殼或絕緣片；2－鉑絲；3－骨架；4－引出線(a)玻璃骨架(b)陶瓷骨架(c)云母骨架熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2969普通型熱電阻與普通熱電偶的外形結(jié)構(gòu)極為相似，

鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體，直徑小，易彎曲，抗震性能好。

專用熱電阻用于一些特殊的測溫場合，如端面熱電阻由特殊處理的線材繞制而成，與一般熱電阻相比，能更緊地貼在被測物體的表面；軸承熱電阻帶有防震結(jié)構(gòu)，能緊密地貼在被測軸承的表面，用于測量帶軸承設(shè)備的軸承溫度。(4)熱電阻的引線方式

熱電阻溫度計(jì)一般由熱電阻、引線、連接導(dǎo)線、測量橋路和顯示儀表組成，熱電阻作為測量橋路的一個(gè)橋臂電阻。引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的，使熱電阻絲能與外部測量橋路連接，通常位于保護(hù)套管內(nèi)。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2970鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和

引線的電阻在環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)發(fā)生變化，對測量結(jié)果影響較大。目前常用的引線方式由兩線制、三線制和四線制3種，如圖4-26所示

兩線制是指在熱電阻體的兩端各連接一根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-26(a)所示。這種引線方式比較簡單，但由于兩根引線都接在電橋的一個(gè)橋臂上，引線電阻及其變化值會(huì)給測量結(jié)果帶來附加誤差，適用于引線較短，測量精度要求不高的場合。

熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2971引線的電阻在環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)發(fā)生變化，對測量結(jié)圖4-26熱電阻的幾種引線方式1－熱電阻感溫元件；2、4－引線；3－接線盒；5－顯示儀表；熱阻式溫度檢測儀表(c)(b)(a)2022/12/2972圖4-26熱電阻的幾種引線方式熱阻式溫度檢測儀表(c)(圖4-27熱電阻的三線制引線原理圖熱阻式溫度檢測儀表圖4-28熱電阻的三線制引線圖2022/12/2973圖4-27熱電阻的三線制引線原理圖熱阻式溫度檢測儀表圖4如圖4-27及28所示，三線制是指在熱電阻體的一端連接兩根導(dǎo)線，另一端連接一根導(dǎo)線的引線方式。由于熱電阻的兩根連線分別置于相鄰兩橋臂內(nèi)，溫度引起連線電阻的變化對電橋的影響相互抵消，電源連線電阻的變化，對供橋電壓影響是極其微小的，可忽略不計(jì)，因此這種引線方式可以較好地消除引線電阻的影響，測量精度比兩線制高，應(yīng)用比較廣泛。工業(yè)熱電阻通常采用三線制接法，尤其在測溫范圍窄、導(dǎo)線長、架設(shè)銅導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化等情況下，必須采用三線制接法。熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2974如圖4-27及28所示，三線制是指在熱電阻體的一端連接兩根導(dǎo)

四線制是指熱電阻體的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-30所示。其中兩根引線為熱電阻提供恒流源，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過另兩根引線引至電位差計(jì)進(jìn)行測量。這種接線方式能完全消除引線電阻帶來的附加誤差，且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，也可消除連接導(dǎo)線的影響。這種引線方式主要用于高精度的溫度檢測。熱阻式溫度檢測儀表圖4-30四線制接線法測量圖2022/12/2975四線制是指熱電阻體的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式，如

（1）熱敏電阻的特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件，由某些金屬氧化物與其他畫畫無按不同的比例燒制而成。其特點(diǎn)是電阻率隨溫度變化顯著,一般為金屬電阻的4~10倍。還具有電阻率大，體積小，熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。熱阻式溫度檢測儀表圖4-31不同形狀的熱敏電阻2）半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)2022/12/2976（1）熱敏電阻的特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度近似呈現(xiàn)指數(shù)變化，且復(fù)現(xiàn)性和互換性較差，其測溫范圍大約為:40~350℃，已經(jīng)大量用于家電及汽車等的溫度檢測與控制中。熱阻式溫度檢測儀表（2）熱敏電阻的分類：熱敏電阻主要分為三種類型：

正溫度系數(shù)(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)和臨界溫度系數(shù)(CTR)

三種類型。在溫度測量中,(NTC)使用的最多。圖4-32不同熱敏電阻的溫度特性曲線2022/12/2977半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度近似呈現(xiàn)指數(shù)變化，且復(fù)現(xiàn)性和互換性式中：分別為溫度等于T和T0時(shí)熱敏電阻的阻值，B的量綱為溫度，一般為1500~6000K，取決于熱敏電阻的材料。熱阻式溫度檢測儀表(4-18)

（3）NTC型熱敏電阻的特性：NTC型熱敏電阻主要由Mn,Co,Ni,Fe,Cu等過渡族金屬氧化物燒結(jié)而成；改變其成分和配比，就可得到測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)都不同的NTC型熱敏電阻。在一定的范圍內(nèi)，NTC型熱敏電阻的溫度特性符合：2022/12/2978式中：分別為溫度等于T和T0時(shí)熱敏電阻的阻值，B熱阻式溫度檢測儀表(4-19)

對上式求微分并除以RT，得到的是熱敏電阻的溫度系數(shù)：

由式可見：電阻溫度系數(shù)并非常數(shù)，它隨溫度平方的倒數(shù)而變化，這就使得熱敏電阻的靈敏度隨溫度的升高而迅速降低，從而限制了其在高溫下的使用。測溫范圍大約為:-40～350℃，已經(jīng)大量用于家電及汽車等溫度檢測與控制中。2022/12/2979熱阻式溫度檢測儀表(4-19)對上式求微分并除以RT，得到PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大的正溫度特性，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消磁、各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)等。

CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個(gè)溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高，是金屬電阻的幾十倍。主要用作溫度開關(guān)。

各種熱敏電阻的阻值在常溫下就很大（幾K～上百K）

，電阻隨溫度的變化率也很大，因此不必考慮導(dǎo)線電阻隨溫度變化對溫度測量帶來的影響，給使用帶來很大的方便。(4)其它熱敏電阻的特性-參見圖4-32熱阻式溫度檢測儀表2022/12/2980PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大的正溫度特性，且有斜（5）熱敏電阻的非線性的修正利用包含有熱敏電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)（常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)）來代替單個(gè)的熱敏電阻。在帶有微處理機(jī)（或微計(jì)算機(jī)）的測量系統(tǒng)中，當(dāng)已知熱敏電阻器的實(shí)際特性和要求的理想特性時(shí)，可采用線性插值法將特性分段，并把各分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的存儲器內(nèi)。計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻器的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)算后，給出要求的輸出值。2022/12/2981（5）熱敏電阻的非線性的修正利用包含有熱敏電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)（常4.3.3.集成溫度傳感器

集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系,把感溫PN結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個(gè)小硅片上,構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化的專用集成電路片。

集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制,它只能用來測150℃以下的溫度。集成溫度傳感器的信號輸出方式可分為：電壓輸出型和電流輸出型，電壓輸出型輸出電壓信號，輸出阻抗低，易于與其他設(shè)備或控制電路結(jié)合；電流輸出型輸出阻抗甚高，可連接長度為數(shù)百米的導(dǎo)線，不必考慮導(dǎo)線電阻的影響。2022/12/29824.3.3.集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管

1．基本工作原理

目前在集成溫度傳感器中,都采用一對非常匹配的差分對管作為溫度敏感元件。圖4-34是集成溫度傳感器基本原理圖。其中T1和T2是一對結(jié)構(gòu)和性能完全匹配的晶體管,I1和I2分別是T1和T2管的集電極電流,由恒流源提供。4-342022/12/29831．基本工作原理4-342022/12/2824T1和T2管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差ΔVbe可用下式表示,即:

(4-20)

式中k-是波爾茲曼常數(shù);q-是電子電荷量;T-是絕對溫度;

γ-是T1和T2管發(fā)射結(jié)的面積之比。

從式中看出,如果保證I1/I2恒定,則ΔUbe與溫度T成單值線性函數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的基本工作原理,在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器。

2022/12/2984T1和T2管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差ΔVbe可用下式表示,

(1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖如圖4-30所示。當(dāng)電流I1恒定時(shí),通過改變R1的阻值,可實(shí)現(xiàn)I1=I2,當(dāng)晶體管的β≥1時(shí),電路的輸出電壓可由下式確定,即:

（4-21）

若取R1=940Ω,R2=30KΩ,r=37,則電路輸出的溫度系數(shù)為:

（4-22）2022/12/2985(1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖

（2）電流輸出型如圖4-32，為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖。T1和T2是結(jié)構(gòu)對稱的兩個(gè)晶體管,作為恒流源負(fù)載,T3和T4管是測溫用的晶體管,其中T3管的發(fā)射結(jié)面積是T4管的8倍,即r=8。流過電路的總電流IT為:

（4-23）式中當(dāng)R和r一定時(shí),電路的輸出電流與溫度有良好的線性關(guān)系。

若取R為358Ω,則電路輸出的溫度系數(shù)為:（4-24）2022/12/2986（2）電流輸出型如圖4-32，為電流輸出型集成溫度4-352022/12/29874-352022/12/2828

電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國AD公司生產(chǎn)的AD590,LM134/SL134系列集成溫度傳感器,我國產(chǎn)的SG590也屬于同類型產(chǎn)品?；倦娐放c圖4-32一樣,只是增加了一些啟動(dòng)電路,防止電源反接以及使左右兩支路對稱的附加電路,以進(jìn)一步地提高性能。AD590的電源電壓4~30V,可測溫度范圍-50~+150℃。

電壓輸出型的有：LM35/45系列溫度傳感器，以及LM135系列集成溫度傳感器2022/12/2988電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國AD公

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時(shí)伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時(shí)感覺兩腿費(fèi)力；舉手梳理頭發(fā)時(shí)，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費(fèi)力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重溫度檢測儀表4.4.輻射測溫儀表

輻射測溫是一種非接觸測溫，主要是利用物體的能量輻射來測量物體溫度的方法。

采用輻射測溫時(shí)，輻射感溫元件不與被測介質(zhì)相接觸，不會(huì)破壞被測溫度場，可實(shí)現(xiàn)遙測；測量元件不必達(dá)到與被測對象相同的溫度，可測量高溫。因無接觸，速度快，可以測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。輻射測溫適用于很寬的測量范圍，可達(dá)到-50～3000℃，但影響測量精度的因素很多，應(yīng)用技術(shù)較復(fù)雜。

2022/12/2990溫度檢測儀表4.4.輻射測溫儀表采用輻射測溫時(shí)，輻溫度檢測儀表4.4.1輻射測溫的基本原理

熱輻射就是電磁波能量傳遞的過程。由于其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)，就會(huì)帶來向外發(fā)射不同波長的電磁波。

任何物體只要溫度高于絕對零度，就會(huì)就會(huì)發(fā)生帶電粒子運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生輻射現(xiàn)象。溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。

輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來，其波長的范圍極廣，從短波、x光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。在輻射溫度測量中主要利用的是可見光和紅外光。因?yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院?，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。

2022/12/2991溫度檢測儀表4.4.1輻射測溫的基本原理2022溫度檢測儀表圖4-36波長分布物體在不同的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的電磁波波段也不同。輻射測溫的有效區(qū)段2022/12/2992溫度檢測儀表圖4-36波長分布物體在不同的溫度范圍內(nèi)，熱輻射4.4.2輻射測溫的基本概念：絕對黑體：一種理想的物體，它在任何溫度下都能全部的吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量。非黑體：它們吸收、發(fā)射能量的能力總是要小于絕對黑體。物體在接受外界輻射到其表面的輻射能量時(shí)，都具有吸收、反射或透射現(xiàn)象，可以用吸收率，反射率和透射率來描述：4-252022/12/29934.4.2輻射測溫的基本概念：物體在接受外界輻射到其表面的溫度檢測儀表4.4.3熱輻射基本定律1.基爾霍夫定律2.斯蒂芬—玻耳茲曼定律3.普朗克定律4.維恩位移定律基爾霍夫定律：該定律確定了物體熱輻射的發(fā)射與吸收之間的關(guān)系：一個(gè)物體向周圍輻射能量的同時(shí)，也從周圍吸收其他物體幅射的能量；吸收輻射能量能力強(qiáng)的物體受熱后輻射能量的能力也強(qiáng)。2022/12/2994溫度檢測儀表4.4.3熱輻射基本定律2022/12/283溫度檢測儀表它在任何溫度下，黑體都能全部的吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量，所以其吸收率為1；非黑體的吸收比率小于1.

定義光譜吸收比表示物體能夠?qū)椛涞剿砻婺芰康奈毡嚷省?-262022/12/2995溫度檢測儀表它在任何溫度下，黑體都能全部的吸收投射到其表面的

在熱平衡時(shí)，物體向周圍的輻射的功率等于它能夠吸收的功率。4-274-28

基爾霍夫還證明了物體輻射強(qiáng)度（出射度）與吸收比的比值是與波長和溫度有關(guān)的普適函數(shù).輻射率：熱輻射物體在溫度T時(shí)所有波長范圍的輻射量與同溫度下黑體的輻射量之比-該輻射體的黑度（輻射率）;光譜輻射率：單色輻射率-在溫度T，輻射波長為λ時(shí)的輻射量與同樣溫度、波長黑體輻射量之比。實(shí)際物體的輻射率都是低于黑體的。黑度是物體的輻射能力接近黑體的程度。2022/12/2996在熱平衡時(shí)，物體向周圍的輻射的功率等于它能夠吸收的溫度檢測儀表根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比。又稱為黑體的全輻射定律：2.斯蒂芬—玻耳茲曼定律：對于非黑體的一般物體：4-294-302022/12/2997溫度檢測儀表根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度溫度檢測儀表3.普朗克定律（維恩公式）絕對黑體可在全波長范圍內(nèi)輻射能量，但對不同的波長，其能量的分布并非一致，輻射能力不但與溫度有關(guān)，且隨熱輻射的波長變化。4-31

λ–波長，c1-普朗克第一輻射常數(shù)：

c2-普朗克第二輻射常數(shù)：當(dāng)在3000K以下時(shí)，可用維恩公式近似：2022/12/2998溫度檢測儀表3.普朗克定律（維恩公式）絕對黑體可在全波長范圍溫度檢測儀表普朗克公式也可以用亮度的形式表示：4.維恩位移定律熱輻射電磁波中包含著各種波長，從實(shí)驗(yàn)可知，單色輻射峰值處的波長與絕對溫度T成以下關(guān)系:對比前兩式，得4-324-334-34用該式可以估計(jì)出物體的溫度輻射所處于的波長的區(qū)域。2022/12/2999溫度檢測儀表普朗克公式也可以用亮度的形式表示：4.維恩位移定溫度檢測儀表光譜發(fā)射峰值隨著溫度的增加向波長減小的方向移動(dòng)。輻射式溫度檢測儀表主要是應(yīng)用上述定理實(shí)現(xiàn)溫度測量。圖4-37輻射波長分布物體在900K時(shí)暗紅色，1200K是為亮紅色，1400K是桔紅色，2700K為呈白熾色。顏色的不同時(shí)由于在不同波長上輻射的相對量不同。2022/12/29100溫度檢測儀表光譜發(fā)射峰值隨著溫度輻射式溫度檢測儀表主圖4-3溫度檢測儀表

輻射測溫儀表主要由：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理電路以及顯示等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、透鏡和濾光片等，把物體的輻射能通過透鏡聚焦到檢測元件上，再通過轉(zhuǎn)換電路和信號處理電路將信號轉(zhuǎn)換、放大、輻射率修正和標(biāo)度變換等，輸出被測溫度相應(yīng)的信號。

圖4-38輻射式測溫2022/12/29101溫度檢測儀表輻射測溫儀表主要由：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、溫度檢測儀表

輻射測溫的常用方法有亮度法、全輻射法、比色法和多色法等。

輻射測溫儀表有全輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外探測器、紅外測溫儀、紅外熱像儀等。1)全輻射高溫計(jì)全輻射溫度計(jì)由輻射聚集系統(tǒng)、感溫器、顯示儀表及輔助裝置構(gòu)成，如圖4-3-4所示。

被測物體的熱輻射能量，經(jīng)物鏡聚集在熱電堆上(由一組微細(xì)的熱電偶串聯(lián)而成)，并轉(zhuǎn)換成熱電勢輸出，其值與被測物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進(jìn)行指示記錄。2022/12/29102溫度檢測儀表輻射測溫的常用方法有亮度法、全輻射法、溫度檢測儀表圖4-39全輻射溫度計(jì)的工作原理1－被測物體；2－物鏡；3－輻射感溫器；4－補(bǔ)償光闌；5－熱電堆；6－顯示儀表2022/12/29103溫度檢測儀表圖4-39全輻射溫度計(jì)的工作原理2022/12溫度檢測儀表

但所有非黑體物體的全發(fā)射率均小于1，則其幅射能量與溫度之間的關(guān)系表示為:

圖中補(bǔ)償光闌由雙金屬片控制，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光闌相應(yīng)調(diào)節(jié)照射在熱電堆上的熱輻射能量，以補(bǔ)償因溫度變化影響熱電勢數(shù)值而引起的誤差。

絕對黑體的熱輻射能量與溫度之間的關(guān)系（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）為:-黑度系數(shù)，反映了物體對黑體的接進(jìn)程度。4-354-362022/12/29104溫度檢測儀表但所有非黑體物體的全發(fā)射率均小于1，則其幅射能溫度檢測儀表

一般全輻射溫度計(jì)選擇黑體作為標(biāo)準(zhǔn)體來分度儀表，此時(shí)所測的是物體的輻射溫度，即相當(dāng)于黑體達(dá)到此輻射量時(shí)的某一溫度TP。

在輻射感溫器的工作譜段內(nèi)，當(dāng)表面溫度為TP的黑體的積分輻射能量和表面溫度為T的物體積分輻射能量相等時(shí)，即則物體的真實(shí)溫度為:4-374-382022/12/29105溫度檢測儀表一般全輻射溫度計(jì)溫度檢測儀表

因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率和輻射溫度計(jì)指示的輻射溫度TP時(shí)，就可算出被測物體的真實(shí)表面溫度。2)亮度式溫度計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫范圍廣(700℃～3200℃)，一般可滿足工業(yè)測溫的準(zhǔn)確度要求。光學(xué)高溫計(jì)目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十分重要的高溫儀表。2022/12/29106溫度檢測儀表因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率和輻射溫度檢測儀表圖4-40光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長進(jìn)行亮度比較，因而也稱單色輻射溫度