測(cè)試技術(shù)10溫度的測(cè)量

溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當(dāng)兩個(gè)物體互為熱平衡時(shí)其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)的平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。10.0序(Introduction)10.1溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法

(TemperatureStandardandItsMeasuringMethod)10.1.1溫度的測(cè)量方法

接觸式測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換達(dá)到熱平衡，這時(shí)，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。非接觸測(cè)溫通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。溫度測(cè)量可分為接觸式和非接觸式測(cè)量。

接觸式測(cè)溫直觀可靠。但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)之間的熱交換需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象；受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。感溫元件會(huì)影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等也會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。另外，腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。測(cè)量方式儀表名稱(chēng)測(cè)溫原理精度范圍特點(diǎn)測(cè)溫范圍/℃接觸式測(cè)溫儀表雙金屬溫度計(jì)固體熱膨脹變形量隨溫度變化1~2.5

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指示清楚，讀數(shù)方便；精度較低，不能遠(yuǎn)傳-100~600一般-80~600壓力式溫度計(jì)氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化1~2.5

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳輸<50m；精度較低，受環(huán)境溫度影響較大0~600一般0~300玻璃管液體溫度計(jì)液體熱膨脹體積量隨溫度變化0.1~2.5

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高；讀數(shù)不便，不能遠(yuǎn)傳-200~600一般-100~600熱電阻溫度計(jì)金屬或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化0.5~3.0

精度高；便于遠(yuǎn)傳；需外加電源-258~1200一般-200~650熱電偶溫度計(jì)熱電效應(yīng)0.5~1.0

測(cè)溫范圍大，精度高，便于遠(yuǎn)傳；低溫測(cè)量精度較差-269~2800一般200~1800接觸式與非接觸式測(cè)溫方法及其特點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(2/7)測(cè)量方式儀表名稱(chēng)測(cè)溫原理精度范圍特點(diǎn)測(cè)溫范圍/℃非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)物體單色輻射強(qiáng)度及亮度隨溫度變化1.0~1.5

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，不破壞對(duì)象溫度場(chǎng)；易產(chǎn)生目測(cè)主觀誤差，外界反射輻射會(huì)引起測(cè)量誤差200~3200一般600~2400輻射高溫計(jì)物體全輻射能隨溫度變化1.5

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，光路上環(huán)境介質(zhì)吸收輻射，易產(chǎn)生測(cè)量誤差100~3200一般700~2000（續(xù)）溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(3/7)10.1.2溫標(biāo)及其傳遞用來(lái)度量物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的基本單位。

目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際溫標(biāo)等。

攝氏溫標(biāo)

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)為0攝氏度，沸點(diǎn)為100攝氏度，中間等分成100格，每格1攝氏度，符號(hào)為℃。

華氏溫標(biāo)

將純水的冰點(diǎn)規(guī)定為32度，沸點(diǎn)為212度，中間等分成180格，每格1華氏度，符號(hào)為℉。

熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)又稱(chēng)開(kāi)氏溫標(biāo)，或絕對(duì)溫標(biāo)，其單位為開(kāi)爾文（符號(hào)為K）。它是與測(cè)溫物質(zhì)的物理性質(zhì)無(wú)關(guān)的一種溫標(biāo)，已被采納為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(4/7)根據(jù)熱力學(xué)的卡諾定理有：Q1—熱源在溫度為T(mén)1時(shí)放出的熱能；Q2—溫度為T(mén)2的冷源所吸收的熱能。1954年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫標(biāo)的基本固定點(diǎn)，并定義該點(diǎn)的溫度為273.16K，相應(yīng)的換熱量為Q參。則有理想的卡諾循環(huán)實(shí)際上是不存在的，所以熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理論的溫標(biāo)，不能付諸實(shí)用。溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(5/7)

國(guó)際溫標(biāo)在1990年的國(guó)際溫標(biāo)中指出，熱力學(xué)溫度是基本物理量。并定義水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K。在ITS90中同時(shí)使用國(guó)際開(kāi)爾文溫度（符號(hào)為T(mén)90）和國(guó)際攝氏溫度（符號(hào)為t90），其關(guān)系為t90=

T90－273.15式中：T90的單位為開(kāi)爾文（K）；t90的單位為攝氏度（℃）。為了保持溫度量值的統(tǒng)一，并與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)相一致，測(cè)溫儀器應(yīng)定期按規(guī)定進(jìn)行檢定，我國(guó)溫度的最高基準(zhǔn)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)院保存。溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(6/7)絕對(duì)熱力學(xué)溫度（理論基礎(chǔ)）絕對(duì)氣體溫標(biāo)11個(gè)規(guī)定基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)基準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶基準(zhǔn)溫度燈，基準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)工作基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)工作基準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn)溫度燈二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶二等標(biāo)準(zhǔn)輻射高溫計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)溫度燈三等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶三等標(biāo)準(zhǔn)鎳鉻-鎳硅熱電偶工業(yè)熱電偶二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)貝克曼溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)貝克曼溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)室精密溫度計(jì)二等銅-康銅熱電偶低溫?zé)犭娕脊I(yè)鉑電阻溫度計(jì)雙金屬壓力式溫度計(jì)工業(yè)液體溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)室液體溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)輻射高溫計(jì)高溫?zé)犭娕脊I(yè)輻射高溫計(jì)工業(yè)光學(xué)高溫計(jì)光電比色高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)傳遞系統(tǒng)溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法(7/7)組成熱電偶的兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱(chēng)為熱電極；放置在被測(cè)溫度為T(mén)的介質(zhì)中的接點(diǎn)叫做測(cè)量端（或工作端、熱端）；另一個(gè)接點(diǎn)通常置于某個(gè)恒定的溫度T0（如0℃），叫做參考端（或自由端、冷端）。10.2熱電偶溫度計(jì)

(ThermocouplebasedThermometer)10.2.1熱電效應(yīng)與熱電偶

熱電偶的熱電效應(yīng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B

組成的閉合回路中，如果它們的兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同（假定T>T0），則在回路中會(huì)產(chǎn)生電流。這個(gè)物理現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)，相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為塞貝克電動(dòng)勢(shì)。回路中產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小僅與組成回路的兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的材料性質(zhì)及兩個(gè)接點(diǎn)的溫度T、T0有關(guān)，熱電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)EAB(T,T0)表示。在熱電偶回路中，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分組成：溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)。

溫差電勢(shì)+－+A－+－TT0EsEA(T,T0)當(dāng)一根均質(zhì)金屬導(dǎo)體A上存在溫度梯度時(shí)，處于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，所以從高溫端向低溫端移動(dòng)的電子數(shù)比從低溫端向高溫端移動(dòng)的電子數(shù)多得多。結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負(fù)電，在高、低溫兩端之間便形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場(chǎng)Es。這個(gè)靜電場(chǎng)將阻止電子進(jìn)一步從高溫端向低溫端移動(dòng)，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移而建立相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電位差稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)用EA(T,T0)表示。括號(hào)中T和T0的順序決定了電動(dòng)勢(shì)的方向。熱電偶溫度計(jì)(2/17)式中：EA(T,T0)和EB(T,T0)—導(dǎo)體A和B在兩端溫度分別為T(mén)和T0時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)；

e—

電子電荷量，e=1.6×10－19C。

K—玻爾茲曼常數(shù)，K＝1.38×10－23J/K。

NA(T)和NB(T)—金屬導(dǎo)體A和B在溫度為T(mén)時(shí)的電子密度。上述兩式表明，溫差電動(dòng)勢(shì)的大小只與導(dǎo)體的種類(lèi)及導(dǎo)體兩端溫度。EA(T,T0)可表示為同理：熱電偶溫度計(jì)(3/17)

接觸電勢(shì)+A++EsEAB(T)－－B－當(dāng)兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，由于兩者電子密度不同，如NA

>NB，則在接觸面處產(chǎn)生自由電子擴(kuò)散現(xiàn)象，從A到B擴(kuò)散的電子數(shù)比從B到A的多，導(dǎo)致導(dǎo)體A、B接觸處形成一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)Es

，阻止電子擴(kuò)散的繼續(xù)進(jìn)行，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子擴(kuò)散的能力與靜電場(chǎng)的阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，A

、B

之間所形成的電位差稱(chēng)為接觸電動(dòng)勢(shì)。A和B的接觸點(diǎn)在溫度為T(mén)時(shí)的接觸電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)EAB(T)表示，其腳注AB的順序代表電位差的方向。式中：e—電子電荷量，e=1.6×10－19C。

K—玻爾茲曼常數(shù)，K＝1.38×10－23J/K。熱電偶溫度計(jì)(4/17)

熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)當(dāng)兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體A和B首尾相接組成閉合回路時(shí)，如果NA

>NB，而且T>T0，則在這個(gè)回路內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)EAB(T)、EAB(T0)和兩個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)EA(T，T0)、EB(T，T0)。熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)為即熱電偶溫度計(jì)(5/17)由于溫差電動(dòng)勢(shì)比接觸電動(dòng)勢(shì)小，而又有T>T0，所以在總電動(dòng)勢(shì)EAB(T,T0)中，EAB(T)所占的比例最大，總電動(dòng)勢(shì)方向取決于EAB(T)的方向。在熱電偶的回路中，因NA>NB，所以導(dǎo)體A為正極，B為負(fù)極。易見(jiàn)當(dāng)熱電極的材料一定時(shí)，熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)EAB(T,T0)僅是兩個(gè)接點(diǎn)溫度T和T0的函數(shù)差，可表示為由式：若T0恒定，則fAB(T0)為常數(shù)，熱電動(dòng)勢(shì)只與熱電偶測(cè)量端的溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即通常，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系，都是規(guī)定熱電偶冷端溫度為0℃時(shí)，按熱電偶的不同種類(lèi)，分別列成表格形式，這些表格稱(chēng)為熱電偶的分度表。熱電偶溫度計(jì)(6/17)10.2.2熱電偶基本定律

均質(zhì)導(dǎo)體定律如果只用一種均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，則不論其導(dǎo)體是否存在溫差，回路中均不會(huì)產(chǎn)生電流（即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)）；反之，如果回路中出現(xiàn)電流，則證明此導(dǎo)體是非均質(zhì)的。推論1：組成熱電偶的材料必須是均質(zhì)導(dǎo)體，否則將會(huì)給測(cè)量帶來(lái)附加誤差。推論2：熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B組成，否則即使兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同，在回路中也不會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。

中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料的導(dǎo)體后，只要中間接入的導(dǎo)體兩端具有相同的溫度，就不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶溫度計(jì)(7/17)

中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T(mén)1、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T1,T3)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T(mén)1、T2和T2、T3時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T1,T2)和EAB(T2,T3)的代數(shù)和，即EAB(T1,T3)＝EAB(T1,T2)＋EAB(T2,T3)中間溫度定律為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎(chǔ)。而且，這條基本定律也是工業(yè)測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的理論依據(jù)，因?yàn)橹灰ヅ渑c熱電偶的熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，便可使熱電偶的冷端遠(yuǎn)離熱源，而不影響熱電偶的測(cè)量精度。熱電偶溫度計(jì)(8/17)10.2.3標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶工業(yè)用熱電極材料應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：1)物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，溫差電特性顯著，復(fù)現(xiàn)性好，同種材料的電極之間具有良好的互換性，且不為測(cè)溫介質(zhì)所腐蝕，高溫下不被氧化。2)電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高，組成電偶對(duì)輸出的溫差電動(dòng)勢(shì)大，且與溫度呈線(xiàn)性或簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，以便于提高儀表的靈敏度和準(zhǔn)確度，并便于儀表的刻度和測(cè)量。3)材質(zhì)均勻，塑性好，易拉絲，成批生產(chǎn)。熱電偶溫度計(jì)(9/17)

鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號(hào)B）也稱(chēng)雙鉑銠熱電偶，是典型的高溫?zé)犭娕肌Ｒ糟K銠30（鉑70%，銠30%）為正極，鉑銠6（鉑94%，銠6%）為負(fù)極。由于兩個(gè)熱電極都是鉑銠合金，因而提高了抗污染能力和機(jī)械強(qiáng)度，在高溫下其熱電特性較為穩(wěn)定，宜在氧化性和中性介質(zhì)中使用。長(zhǎng)期使用的最高溫度可達(dá)1600℃，短期使用溫度可達(dá)1800℃。這種熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)較小，因此冷端溫度在40℃以下使用時(shí)，一般不必進(jìn)行冷端溫度的補(bǔ)償。

鉑銠10-鉑熱電偶（分度號(hào)S）鉑銠10為正極，純鉑絲為負(fù)極。適宜在氧化性及中性介質(zhì)中長(zhǎng)期使用。其測(cè)溫上限長(zhǎng)期使用可達(dá)1300℃，短期可達(dá)1600℃。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)較小，價(jià)格昂貴，機(jī)械強(qiáng)度低；不宜在還原性介質(zhì)中使用。熱電偶溫度計(jì)(10/17)

鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號(hào)K）以鎳鉻合金為正極，鎳鋁(或鎳硅)合金為負(fù)極，是一種廉價(jià)金屬熱電偶。具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性；復(fù)現(xiàn)性較好；熱電動(dòng)勢(shì)大；熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似于線(xiàn)性關(guān)系；其成本較低，雖然測(cè)量精度不高，但能滿(mǎn)足工業(yè)測(cè)溫的要求，是工業(yè)上最常用的熱電偶；其長(zhǎng)期使用的最高溫度為1000℃，短期使用溫度可達(dá)1200℃。

鎳鉻-康銅熱電偶（分度號(hào)F）以鎳鉻合金為正極，康銅(含鎳40%的鎳銅合金)為負(fù)極。由于康銅在高溫下容易氧化，其測(cè)溫范圍為-200～870℃。熱電動(dòng)勢(shì)大，價(jià)格便宜，低溫下性能穩(wěn)定，尤其適宜在0℃以下使用。

銅-康銅熱電偶（分度號(hào)T）以純銅為正極，康銅為負(fù)極，其測(cè)溫范圍為-200～300℃。銅熱電極容易氧化，一般在氧化性氣體中使用不宜超過(guò)300℃。其熱電動(dòng)勢(shì)較大，熱電特性良好，材料質(zhì)地均勻，成本低。熱電偶溫度計(jì)(11/17)

熱電偶的結(jié)構(gòu)普通型熱電偶由熱電極、絕緣子、保護(hù)套管及接線(xiàn)盒四部分組成。常用的有螺紋和法蘭兩種連接方式，還有卡套等連接方式。熱電偶溫度計(jì)(12/17)鎧裝熱電偶將熱電偶絲與絕緣材料及金屬套管經(jīng)整體復(fù)合拉伸工藝加工而成可彎曲的堅(jiān)實(shí)組合體。鎧裝熱電偶較好地解決了普通熱電偶體積及熱慣性較大，在彎曲結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象上不便安裝等問(wèn)題熱電偶溫度計(jì)(13/17)

熱電偶的冷端補(bǔ)償熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y(cè)對(duì)象，且受到周?chē)h(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。為此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正。

冰浴法

將熱電偶冷端置于冰點(diǎn)恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0℃時(shí)進(jìn)行測(cè)溫。冰浴法適用于實(shí)驗(yàn)室或精密溫度測(cè)量。

冷端溫度修正

熱電偶分度表是以冷端溫度為0℃為基礎(chǔ)而制成的，如果直接利用分度表，根據(jù)顯示儀表的讀數(shù)求得溫度必須使冷端溫度保持為0℃。如果冷端溫度不為0℃，如冷端溫度恒定在T0>0℃時(shí)，則測(cè)得的熱電勢(shì)將小于該熱電偶的分度值，為了求得真實(shí)溫度，可利用EAB(T1,T3)＝EAB(T1,T2)＋EAB(T2,T3)修正。熱電偶溫度計(jì)(14/17)

冷端補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)

用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長(zhǎng)部分，使冷端移到離開(kāi)被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的熱電特性須與所取代的熱電偶絲一樣。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)在測(cè)溫回路中的連接注意，對(duì)于具有補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的熱電偶，其冷端溫度應(yīng)該是補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的末端溫度。熱電偶溫度計(jì)(15/17)常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)熱電偶名稱(chēng)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)工作端為100℃冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)/mV正極負(fù)極材料顏色材料顏色鉑銠-鉑銅紅鎳銅白0.64±0.03鎳鉻-鎳硅銅紅康銅白4.10±0.15鎳鉻-康銅鎳鉻褐綠康銅白6.95±0.30銅-康銅銅紅康銅白4.10±0.15熱電偶溫度計(jì)(16/17)

冷端補(bǔ)償器

利用不平衡電橋所產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)補(bǔ)償熱電偶參考端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化。限流電阻冷端溫度與電阻Rcu

所處的溫度一致。在常溫下（取冷端溫度t0＝20℃）使電橋平衡，當(dāng)t0偏離20℃，如t0升高時(shí)，Rcu

隨t0升高而增大，則橋路輸出uab也隨之增大,而熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)隨t0的升高而減小。適當(dāng)選擇橋路電流,使uab的改變量與熱電動(dòng)勢(shì)的改變量相同，使uab與熱電動(dòng)勢(shì)疊加后保持電動(dòng)勢(shì)不變，從而實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償。采用這種溫度補(bǔ)償電橋時(shí)，應(yīng)將顯示儀表的零位預(yù)先調(diào)整到電橋平衡溫度。熱電偶溫度計(jì)(17/17)10.3熱電阻溫度計(jì)

(Thermo-ResistorBasedThermometer)金屬材料或半導(dǎo)體材料的電阻值會(huì)隨著溫度而變化，電阻值和溫度之間具有單一的函數(shù)關(guān)系。利用這一函數(shù)關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的方法，稱(chēng)為熱電阻測(cè)溫法，而用于測(cè)溫的材料稱(chēng)為熱電阻。熱電阻性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。工業(yè)上廣泛用于測(cè)量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度。制作電阻的金屬和合金應(yīng)具有以下條件：溫度系數(shù)較高，電阻溫度關(guān)系線(xiàn)形良好，材料的化學(xué)與物理性能穩(wěn)定，容易提純和復(fù)制，機(jī)械加工性能好等。常用熱電阻的金屬材料有鉑、銅、鎳、銦、銠等。半導(dǎo)體材料電阻主要有鍺電阻、熱敏電阻、碳電阻等。按感溫元件的材料分，熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類(lèi)。10.3.1金屬電阻溫度計(jì)

電阻溫度系數(shù)熱電阻材料應(yīng)具有較高的電阻溫度系數(shù)（值）。金屬的純度對(duì)電阻溫度系數(shù)影響很大，純度越高，值越大。溫度系數(shù)的定義為R0和R100分別為0℃和100℃時(shí)熱電阻的電阻值。鉑的純度通常用W(100)=R100/R0表示，R100/R0越大，純度越高，值也越大。熱電阻溫度計(jì)(2/12)

鉑熱電阻

鉑絲具有下列特點(diǎn)：純度高、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、電阻值與溫度之間線(xiàn)性關(guān)系好、電阻率高、機(jī)械加工性能好、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)0.0001K。通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100Ω

，電阻變化率為0.3851Ω/℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200～850℃）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國(guó)家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。鉑電阻溫度/電阻特性：(-200℃<t<0℃)(0℃<t<850℃)式中：Rt為t℃時(shí)的電阻值；R0為0℃時(shí)的電阻值；A、B、C為與鉑純度有關(guān)的分度常數(shù)。熱電阻溫度計(jì)(3/12)

銅熱電阻

工業(yè)用銅熱電阻的測(cè)溫范圍為-50～150℃，它的電阻-溫度關(guān)系可以近似表示為銅熱電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，容易得到較純的銅。它具有較高的電阻溫度系數(shù)，而且電阻和溫度的關(guān)系是線(xiàn)性的。國(guó)內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的分度號(hào)有Cu50和Cu100兩種，其R0分別為50Ω和100Ω。缺點(diǎn)是容易氧化，因此只能在較低溫度和無(wú)水分及無(wú)腐蝕性的環(huán)境下工作。它的電阻率小，因此銅熱電阻的體積大，熱慣性也大。熱電阻溫度計(jì)(4/12)

普通熱電阻

熱電阻的結(jié)構(gòu)普通熱電阻

鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻1－不銹鋼管；2－感溫元件；3－內(nèi)引線(xiàn)；4－氧化鎂絕緣材料熱電阻溫度計(jì)(5/12)

熱電阻引線(xiàn)兩線(xiàn)制：在熱電阻的兩端各連一根導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)形式為兩線(xiàn)制。這種引線(xiàn)形式配線(xiàn)簡(jiǎn)單，但要帶入引線(xiàn)電阻的附加誤差，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。三線(xiàn)制：在熱電阻的一端連接兩根導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)，另一端連接一根引線(xiàn)，這種引線(xiàn)形式為三線(xiàn)制。設(shè)與熱電阻Rt連接的三根引線(xiàn)阻值均為r。電橋平衡時(shí)，如果R1=R2，則有Rt=R3

，即r的存在不影響電橋平衡。該連接方法可以消除引線(xiàn)電阻的附加誤差，精度高于兩線(xiàn)制，應(yīng)用很廣。熱電阻溫度計(jì)(6/12)四線(xiàn)制：在熱電阻的兩端各連兩根導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)形式為四線(xiàn)制，在高精度測(cè)量時(shí)采用。由恒流源供給的已知電流I流過(guò)熱電阻Rt，使其產(chǎn)生電壓降U，電位差計(jì)測(cè)得U，便可得到Rt（Rt＝U/I）。盡管引線(xiàn)存在電阻，但有電流流過(guò)的引線(xiàn)上，電壓降rI不在測(cè)量范圍內(nèi)；連接電位差計(jì)的引線(xiàn)雖然存在電阻，但沒(méi)有電流流過(guò)，所以四根引線(xiàn)的電阻對(duì)測(cè)量均無(wú)影響。熱電阻溫度計(jì)(7/12)

熱電阻測(cè)溫電路R1、R2和R3是固定電阻，Rt是熱電阻，Rref

和RFS是錳銅電阻，兩者分別等于熱電阻在起始溫度（如0℃）及滿(mǎn)度（如100℃）時(shí)的電阻值。首先將開(kāi)關(guān)T接在位置“1”，調(diào)節(jié)R0使指示儀表指示為零；然后將開(kāi)關(guān)T接在位置“3”，調(diào)節(jié)RF

使指示儀表滿(mǎn)度偏轉(zhuǎn)；最后將開(kāi)關(guān)T接在位置“2”上，就可以正常工作。熱電阻溫度計(jì)(8/12)10.3.2半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的多晶半導(dǎo)體感溫元件，由過(guò)渡金屬氧化物的混合物組成。根據(jù)熱敏電阻的溫度特性劃分，熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。用于低溫的元件是由錳、鎳、鈷、銅、鉻、鐵等復(fù)合氧化物燒結(jié)而成，具有負(fù)溫度系數(shù)。用于高溫的元件是由氧化鈷等稀土元素的氧化物燒結(jié)而成，具有正溫度系數(shù)。用于溫度測(cè)量的熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度測(cè)量范圍是-100～300℃。熱敏電阻的形狀有珠型和片型等多種。熱電阻溫度計(jì)(9/12)熱敏電阻的主要特點(diǎn)：輸出信號(hào)大，靈敏度比熱電偶和金屬熱電阻高；體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于成形；熱容量小，響應(yīng)時(shí)間短；復(fù)現(xiàn)性好；互換性好；穩(wěn)定性好等。熱電阻溫度計(jì)(10/12)

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC，negativetemperaturecoefficient）電阻值隨溫度升高而呈指數(shù)降低。其電阻溫度特性表示為式中：T—被測(cè)溫度，K；

T0—參考溫度，K；

RT、R0—溫度分別為T(mén)和T0時(shí)的熱敏電阻阻值；

B—熱敏電阻的材料常數(shù)，又稱(chēng)為熱敏指數(shù)。熱敏電阻的溫度系數(shù)：熱敏電阻溫度系數(shù)是常數(shù)B和溫度T的函數(shù)，與電阻R無(wú)關(guān)。同時(shí)，隨溫度的變化而變化。熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度較高。熱電阻溫度計(jì)(11/12)

正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC，positivetemperaturecoefficient）電阻值隨溫度升高而呈指數(shù)增加。其電阻溫度特性表示為有的正溫度系數(shù)熱敏電阻達(dá)到某一溫度時(shí)，其阻值會(huì)突然增大，可以起報(bào)警作用。

臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR，criticaltemperatureresistor）熱電性質(zhì)與NTC相似，不同之處是在某一溫度下，其阻值急劇下降，因而可用于低溫臨界溫度報(bào)警。熱電阻溫度計(jì)(12/12)10.4非接觸式測(cè)溫法

(Non-contactedMeasuringofTemperature)非接觸測(cè)溫主要是利用熱輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子在原子或分子內(nèi)會(huì)始終不斷地處于振動(dòng)狀態(tài)，并能自發(fā)地向外發(fā)射能量。這種依賴(lài)于物體本身溫度向外輻射能量的過(guò)程稱(chēng)為熱輻射。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光到電磁波。在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光。輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是基本的輻射定律，它的溫度可以和熱力學(xué)溫度直接聯(lián)系起來(lái)，因此可以直接測(cè)量熱力學(xué)溫度。響應(yīng)時(shí)間短，最短可以達(dá)到微秒級(jí)，容易進(jìn)行快速測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙測(cè)。輻射測(cè)溫的缺點(diǎn)：不能測(cè)量物體內(nèi)部的溫度；受發(fā)射率的影響較大；受中間環(huán)境介質(zhì)的影響較大；設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格較高等。根據(jù)測(cè)溫的原理不同，輻射測(cè)溫可以分為全輻射測(cè)溫法、亮度測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法等。輻射測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中不干擾被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，從