第三章 溫度測量-2014

第3章

溫度測量及儀表本章主要內(nèi)容膨脹式溫度計(jì)測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫溫標(biāo)非接觸測量接觸測量溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。在2000多年前，就開始為檢測溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測溫度。人類社會中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動化流程,溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度溫標(biāo)溫度的測量方法第1節(jié)溫度測量概述什么是溫標(biāo)？衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度。譬如規(guī)定什么樣的溫度是150℃，什么樣的溫度是200℃一、溫標(biāo)國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。溫標(biāo)三要素：固定點(diǎn)、溫度計(jì)、內(nèi)插方程1.攝氏溫標(biāo)定義水銀體膨脹是線性水銀為測量物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是0攝氏度，沸點(diǎn)為100攝氏度，而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為1攝氏度，標(biāo)記為℃。1742年瑞典天文學(xué)家攝爾修斯(A.Celsuis)2.華氏溫標(biāo)定義以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃棒水銀溫度計(jì)。規(guī)定水的沸點(diǎn)為212度，冰點(diǎn)溫度為32度，中間等分為180份，每一份為1度，記作℉，稱為華氏溫標(biāo)。1714年德國物理學(xué)家法倫海脫（Fahrenheit）1848年開爾文提出的3、熱力學(xué)溫標(biāo)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)，又稱開爾文溫標(biāo)，用符號T表示，單位是開爾文（K）。它是國際基本單位之一。如果式中再規(guī)定一個條件，就可以通過卡諾循環(huán)中的傳熱量來完全地確定溫標(biāo)。1954年，國際計(jì)量會議選定水的三相點(diǎn)為273.16K，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即T1=273.16(Q1/Q0)由卡諾定理可知，如果在溫度T1的高溫?zé)嵩磁c溫度為T0的低溫?zé)嵩粗g實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式Q1——卡諾熱機(jī)從高溫?zé)嵩吹奈鼰崃縌0——卡諾熱機(jī)向低溫?zé)嵩吹姆艧崃縏0T1卡諾熱機(jī)Q0Q1假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為100K，熱力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定300K的溫度？

以標(biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩矗硪粺嵩醋鳛楦邷責(zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量Q0之比等于3

，那么高溫?zé)嵩礈囟鹊扔?00K現(xiàn)實(shí)中熱力學(xué)溫標(biāo)是應(yīng)用理想氣體特性來實(shí)現(xiàn)的。理想氣體的P、V、T之間的關(guān)系式為：以水的三相點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這樣可根據(jù)氣體壓力變化測溫（氣體定容溫度計(jì)）絕對(K)攝氏(℃)

華氏(℉)100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1521237.8100032-459.67冰點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水冰點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)4.國際溫標(biāo)三個基本條件盡可能與熱力學(xué)溫標(biāo)一致復(fù)現(xiàn)精度高，各國都能準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)同一溫標(biāo)規(guī)定復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的溫度計(jì)使用方便，性能穩(wěn)定基本內(nèi)容確定一些可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)的給定溫度值（定義固定點(diǎn)）在這些溫度點(diǎn)上分度有關(guān)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)儀器（內(nèi)插儀器）確定各定義固定點(diǎn)溫度間的內(nèi)插公式國際溫標(biāo)ITS-90指導(dǎo)思想:應(yīng)盡量與熱力學(xué)溫標(biāo)接近，溫度的復(fù)現(xiàn)性要好。內(nèi)容定義了固定點(diǎn)，共有17個規(guī)定不同溫區(qū)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)儀器建立標(biāo)準(zhǔn)儀器示值與國際溫標(biāo)之間的插補(bǔ)公式國際溫標(biāo)低溫高溫-38.8344℃汞三相點(diǎn)0.01℃水三相點(diǎn)29.7646℃鎵熔點(diǎn)156.9585℃銦凝固點(diǎn)231.928℃錫凝固點(diǎn)100℃標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀器+內(nèi)插公式在29.7646K~156.9585℃之間用鉑電阻作標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插溫度計(jì)，某一溫度Tx=f(Rx)，f:內(nèi)插公式，Rx：電阻值

國際溫標(biāo)指出，熱力學(xué)溫度為基本物理量，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16K

，1k的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，由于攝氏溫標(biāo)將冰點(diǎn)定義為0℃，而冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)低0.01k，那么冰點(diǎn)溫度為273.15k，即:℃特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測和處理，且隨溫度呈線性變化；除溫度以外，特性對其它物理量的靈敏度要低；特性隨時間變化要??；重復(fù)性好，沒有滯后和老化；靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對檢測對象的影響要小；機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜；無危險(xiǎn)性，無公害等。.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件二、溫度儀表分類與選擇玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法溫度測量方法的分類光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)比色高溫計(jì)紅外溫度計(jì)全輻射高溫計(jì)優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠。測溫準(zhǔn)確度高缺點(diǎn)：存在負(fù)載效應(yīng)，反應(yīng)速度慢受到測量條件的限制，不能充分接觸，使檢測元件溫度與被測對象溫度不一致熱量傳遞需要一定時間造成測溫滯后現(xiàn)象。（動態(tài)誤差）1．接觸法測溫：敏感元件直接與被測對象接觸，通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，反映被測對象的溫度2、非接觸法測溫：利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測溫的方法。檢測部分與被測對象不直接接觸優(yōu)點(diǎn)：不破壞原有溫度場。通常用來測量1000℃以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反映迅速的高溫物體。缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度較差，20℃左右，可以高達(dá)5℃防爆熱電阻溫度傳感器室外溫度傳感器裝配式熱電偶第2節(jié)膨脹式溫度計(jì)測溫敏感元件在溫度變化后尺寸或體積發(fā)生變化，采取一些簡便方法，測出它的尺寸或體積變化的大小。分類：液體膨脹式、固體膨脹式、壓力式（一）工作原理利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理組成：液體存儲器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分液體可為：水銀、酒精、甲苯等。當(dāng)溫度超過300℃時，應(yīng)采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃一、玻璃管液體溫度計(jì)4（二）結(jié)構(gòu)與類型

利用水銀的熱脹冷縮和水銀的導(dǎo)電性。功能：（1）指示溫度（2）恒溫自動控制﹡棒式玻璃溫度計(jì)﹡內(nèi)標(biāo)式玻璃溫度計(jì)﹡外標(biāo)式玻璃溫度計(jì)﹡電接點(diǎn)式溫度計(jì)1-磁鋼2-指示鐵3-螺旋桿4-鎢絲引出端5-鎢絲6-水銀柱7-鎢絲接點(diǎn)8-調(diào)節(jié)控制溫度值的鐵心9-引出接線柱電接點(diǎn)式液體溫度計(jì)玻璃式溫度計(jì)按使用時浸沒方式：全浸式：使用時要求溫度計(jì)插入被測介質(zhì)的深度應(yīng)當(dāng)接近液柱頂端彎月面所指示的位置。特點(diǎn)：受環(huán)境溫度影響很小，測量精度較高。一般標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和精密溫度計(jì)都是全浸式局浸式：使用時要求將溫度計(jì)插入到溫度計(jì)的局浸線或溫度計(jì)本身所標(biāo)志的固定的浸沒位置。特點(diǎn)：液柱大部分露點(diǎn)于被測介質(zhì)之上，受環(huán)境溫度影響較大，精度低于全浸式全浸式液柱應(yīng)全部浸入被測介質(zhì)中。若只有部分液柱被浸沒時，應(yīng)對指示值進(jìn)行修正：

某水銀溫度測量水溫為90℃，插入處刻度為10℃，環(huán)境溫度為10℃，則測量誤差為1.024℃n:露出液體部分所占的刻度數(shù)，:工作液體對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（汞0.00016，酒精0.000103），t:溫度計(jì)的示值，ta:露出液柱部分所處的環(huán)境溫度局浸式若外露部分的環(huán)境溫度與分度規(guī)定的條件溫度不同時，應(yīng)對指示值進(jìn)行如下修正：

某水銀溫度測量水溫為90℃，插入處刻度為10℃，環(huán)境溫度為10℃，分度時空氣溫度為20℃，則測量誤差為0.128℃t’:分度條件下外露部分空氣溫度玻璃管液體溫度計(jì)使用注意事項(xiàng)溫度計(jì)與被測介質(zhì)應(yīng)接觸足夠長的時間，以使溫度計(jì)與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡。讀數(shù)時，視線應(yīng)與標(biāo)盡垂直，并與液柱于同一水平面上，手持溫度計(jì)頂端的小耳環(huán)，不可觸摸標(biāo)尺。（三）．誤差分析玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差非線性誤差工作液的遲滯性讀數(shù)誤差二、固體膨脹式溫度計(jì)工作原理

主要指雙金屬溫度計(jì)，利用兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片牢固地結(jié)合在一起制成特點(diǎn)：抗震性能好，堅(jiān)固，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，但精度較低（1～2.5級）可作溫度繼電控制、極值溫度控制信號固定端自由端雙金屬溫度計(jì)三、壓力式溫度計(jì)（一）工作原理與結(jié)構(gòu)形式1.原理

壓力式溫度計(jì)是利用密封系統(tǒng)中測溫物質(zhì)的壓力隨溫度變化來測溫2.分類按所充物質(zhì)相態(tài)分：充氣式、沖液式、蒸發(fā)式按功能分：指示式、記錄式、報(bào)警式和溫度調(diào)節(jié)式等3.組成

溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）（二）使用方法與特點(diǎn)對毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對精度的影響。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，讀數(shù)方便清晰，信號可以遠(yuǎn)傳。防爆性、抗震性好。準(zhǔn)確度不高，示值滯后時間長，毛細(xì)管易損壞第3節(jié)熱電偶測溫1.熱電效應(yīng)：將兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路，如果兩端點(diǎn)的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一定大小的電流，這個電流的大小同材料的性質(zhì)以及接點(diǎn)溫度有關(guān)，上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這個現(xiàn)象是1821年Seebeck發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應(yīng)。BTAT0一、熱電偶的工作原理2.接觸電勢：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體接觸時，由于兩者有不同的電子密度而產(chǎn)生的電勢。

珀?duì)栙N電勢接觸電動勢

EAB(T)+ABT-溫差電動勢湯姆遜溫差電勢3.溫差電勢（湯姆遜溫差電勢）E(T,To)一一一高溫低溫如果T0=const，則EAB=f(T)熱電偶回路中總熱電勢BEAB(T)EA（T,T0）EB（T

,T0）AEAB(T0)從以上式子可以得到如下結(jié)論：熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產(chǎn)生熱電勢。熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f(T)為常數(shù)，回路總熱電勢EAB(T,T0)只是溫度T的單值函數(shù)。工程上所使用的各種類型的熱電偶均把E(t)和t的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。（一）熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定律檢驗(yàn)熱電偶絲的均勻性由均質(zhì)定律知：如果由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電勢僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布無關(guān)由同一均質(zhì)導(dǎo)體（電子密度處處相等）組成的閉合回路中，不論導(dǎo)體的截面、長度以及溫度分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢。二、熱電偶的基本定律（二）中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三導(dǎo)體，只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，接入第三種導(dǎo)體后，對熱電偶回路中的總熱電勢沒有影響。T0TACBT0作用：1）熱電偶閉合回路接測量儀表、導(dǎo)線的理論依據(jù)2）可采用開路熱電偶測量金屬壁面的溫度T熱電偶熱端開路測溫例1ABCDEFT1T1T1T1T2T2六種不同的導(dǎo)體組成如圖回路，寫出回路中總的熱電勢？EBD（T1,T2）（三）中間溫度定律BBATNTT0

AAB熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為T、T0時熱電勢等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為T、TN和TN、T0時相應(yīng)熱電勢的代數(shù)和。結(jié)論：已知熱電偶在某一冷端溫度下進(jìn)行分度，只要引入適當(dāng)?shù)男拚涂稍诹硪焕涠藴囟认率褂?。（四）參考電極定律兩導(dǎo)體A、B分別與參考電極C（或標(biāo)準(zhǔn)電極）組成熱電偶。若和已知，那么，A與B兩個電極配對后組成熱電偶的熱電勢為例2

熱電偶分度表中冷端溫度為0℃，在實(shí)際測量中若熱電偶的冷端溫度為20℃，則可應(yīng)用中間溫度定律進(jìn)行計(jì)算。例3

用鉑銠10-鉑熱電偶測溫，冷端溫度為25℃，輸出電勢為0.668mV，試求被測對象的溫度。查表得被測溫度為122℃。測量端溫度(℃)0102030405060708090熱電動勢(mV)00.0000.0550.1330.1730.2350.2990.3650.4320.5020.5731000.6450.7190.7950.8720.9501.0291.1091.1901.2731.3562001.4401.5251.6111.6981.7851.8731.9622.0512.1412.2323002.3232.4142.5062.5992.6922.7862.8802.9743.0693.1644003.2603.3563.4523.5493.6453.7433.8403.9384.0364.1355004.2344.3334.4324.5324.6324.7324.8324.9335.0345.1356005.2375.3395.4425.5445.6485.7515.8555.9606.0646.1697006.2746.3806.4866.5926.6996.8056.9137.0207.1287.2368007.3457.4547.5637.6727.7827.8928.0038.1148.02258.3369008.4488.5608.6738.7868.8999.0129.1269.2409.3559.47010009.5859.7009.8169.93210.04810.16510.28210.40010.51710.635110010.74510.87210.99111.11011.22911.34811.46711.58711.70711.827120011.94712.06712.18812.30812.42912.55012.67112.79212.91313.034130013.15513.27613.39713.51913.64013.76113.88314.00414.12514.247140014.36814.49814.91014.73114.85214.97315.09415.21515.33615.456150015.57615.69715.81715.93715.05713.17616.29616.41516.53416.653160016.77116.89017.00817.12517.24317.36017.47717.59417.71117.826170017.94218.05618.17018.28218.39418.50418.612———鉑銠10—鉑熱電偶分度表（冷端溫度為0℃）

熱電極材料的基本要求熱電勢足夠大，測量范圍寬，線性好熱電特性穩(wěn)定，測溫范圍內(nèi)長期使用后熱電勢不產(chǎn)生變化物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化、變形和腐蝕電阻溫度系數(shù)小，電阻率小機(jī)械性能好，復(fù)現(xiàn)性好價(jià)格低廉三、熱電偶的分類及結(jié)構(gòu)形式（一）熱電偶的分類國際電工委員會（ICE）對熱電偶公認(rèn)性能比較好的材料制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，ICE推薦的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶7種。名稱分度號名稱分度號名稱分度號鉑銠10-鉑S鎳鉻-鎳硅K鐵-康銅J鉑銠13-鉑R銅-康銅T鎳鉻硅-鎳硅N鉑銠30-鉑銠6B鎳鉻-康銅E1.

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（1）廉金屬熱電偶

1）T型（銅－康銅）熱電偶（-200～350℃）

2）K型（鎳鉻－鎳硅）熱電偶（-200～1100℃）

3）E型（鎳鉻－康銅）熱電偶（-200～800℃）靈敏度最高

4）J型（鐵－康銅）熱電偶（-200～750℃）

5）N型（鎳鉻硅－鎳硅）（-200～1300℃）在整個溫度范圍內(nèi)，有替代品廉金屬熱電偶和部分取代S型熱電偶趨勢（2）貴金屬熱電偶

1）S型（鉑銠10－鉑）熱電偶（0～1600℃）

準(zhǔn)確度最高，用于中溫區(qū)溫度量值傳遞

2）R型（鉑銠13－鉑）熱電偶（0～1600℃）

3）B型（鉑銠30－鉑銠6）熱電偶（0～1800℃）

抗污染能力和機(jī)械強(qiáng)度高，穩(wěn)定性差，0~100℃不需冷端補(bǔ)償測量端溫度(℃)0102030405060708090熱電動勢(mV)00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91923.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26441.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.720110045.10845.48645.86346.23846.61249.98547.35647.72648.09549.162120048.82849.19249.55549.91650.27650.66350.99051.34451.69752.040130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807——

鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表（冷端溫度為0℃）

2.非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

（1）鎢－錸系熱電偶（2）鎢－銥系熱電偶（3）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶3.非金屬熱電偶

石墨-碳化鈦熱電偶、碳化硼-石墨熱電偶等，其優(yōu)點(diǎn)：1）熱電勢隨溫度的變化率大大超過金屬熱電偶2）熔點(diǎn)高，熔點(diǎn)溫度以下性能穩(wěn)定，有可能研制出超過金屬熱電偶測溫范圍的熱電偶材料3）物理化學(xué)性能穩(wěn)定，可在極惡劣環(huán)境下工作4）價(jià)格低廉，資源豐富缺點(diǎn)：制造中往往采用加入粉末冶金方法，引入雜質(zhì)，使其熱電特性不穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)差。機(jī)械強(qiáng)度低（二）熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1.普通熱電偶結(jié)構(gòu)：熱電極、絕緣套管、接線盒、保護(hù)套管普通熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1-接線盒2-保險(xiǎn)套管3-絕緣套管4-熱電偶絲1234兩個熱電極熱電偶接點(diǎn)2.鎧裝熱電偶制作：將熱電偶絲與絕緣材料一起緊壓在金屬保護(hù)套管中，三者經(jīng)組合加工成可彎曲的堅(jiān)實(shí)組合體特點(diǎn)：小型化，熱容量小，機(jī)械性能好，可撓性好，耐高壓，耐振動，耐沖擊，壽命長，可用于高壓裝置及狹窄管道處測溫(a)(b)(c)(d)132鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖1-金屬套管2-絕緣材料

3-熱電極

(a)-碰底型(b)-不碰底型

(c)-露頭型(d)-帽型鎧裝熱電偶圖型

WRTK2-434/ⅡΦ8*1000mm

鎧裝固定卡套法蘭熱電偶

WRSK-143/ⅡΦ6*1000mmGh3030

鎧裝防爆熱電偶

WRNK-332/ⅠΦ4*1000mmGh2520

鎧裝可動卡套螺紋熱電偶3.薄膜式熱電偶制作：用真空鍍膜法將熱電極沉積在絕熱基板上制成的熱電偶特點(diǎn)：測量端熱容量小，反應(yīng)時間小，可測量瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。4123薄膜熱電偶示意圖1-熱電極

2-熱接點(diǎn)

3-絕緣基板

4-引出線

4．快速消耗微型熱電偶一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為0.05～0.lmm的鉑銠10-鉑和鉑銠30-鉑銠6的熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就燒毀，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱容量小，結(jié)果可靠、準(zhǔn)確度較高。1423567891110快速消耗微型1-鋼帽2-石英3-紙環(huán)4-絕熱水泥5-冷端6-棉花7-絕緣紙管8-補(bǔ)償導(dǎo)線9-套管10-塑料插座11-簧片與引出線四、熱電偶測溫系統(tǒng)熱電偶參考端的溫度處理熱電偶的校準(zhǔn)和誤差熱電偶的選擇、安裝熱電偶測溫線路1、補(bǔ)償導(dǎo)線（一）參考端的溫度處理鍋爐mVTT0T0貴ABT0鍋爐mVTT0參考點(diǎn)溫度不易保證補(bǔ)償導(dǎo)線鍋爐mVTT0’T0’T0T0將熱電偶全用補(bǔ)償導(dǎo)線代替行嗎？補(bǔ)償導(dǎo)線性能

在一定溫度范圍和誤差范圍內(nèi)與熱電偶的熱電性能相同作用

使熱電偶冷端遠(yuǎn)離熱源注意

兩個接點(diǎn)溫度不能超過規(guī)定溫度兩個接點(diǎn)溫度應(yīng)當(dāng)相同。否則，由于熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性并不完全相同，可能會引起較大的測量誤差。正負(fù)極不能接反補(bǔ)償導(dǎo)線按補(bǔ)償原理分類延伸型

補(bǔ)償導(dǎo)線材質(zhì)與所配用熱電偶的熱電極化學(xué)成分相同。特點(diǎn)：在很寬使用溫度范圍內(nèi)保持高精度，但價(jià)格高補(bǔ)償型

補(bǔ)償導(dǎo)線材質(zhì)與所配用熱電偶的熱電極化學(xué)成分不同。特點(diǎn)：只能在一定的溫度范圍內(nèi)與熱電偶的熱電性能一致，不能在較寬溫度范圍內(nèi)保持高精度，誤差隨使用溫度而變化，價(jià)格便宜。

如果在T0~T0’范圍內(nèi)，某對廉價(jià)導(dǎo)線的熱電性能與貴金屬熱電偶相同，則可以用這對導(dǎo)線代替從T0’點(diǎn)到T0點(diǎn)一段的熱電偶線，而不影響熱電偶的熱電勢值，同時降低熱電偶測量成本。T1ABT2T2A’B’T0T0E熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖2.冷端恒溫法冰點(diǎn)法

精度高，多用于實(shí)驗(yàn)室冷端恒溫器

工業(yè)使用

mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T03.計(jì)算修正法（熱電勢修正法）原理TT0TNABBA例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫，冷端Tn=25℃，EAB(T,Tn)=40.347mV，求被測對象的實(shí)際溫度。由分度表知：EAB(25,0)=1mV

EAB(T,0)=40.347+1.00mV＝41.347mV由分度表知，T＝1002℃4.補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生電勢V來補(bǔ)償冷端溫度變化而引起熱電勢的變化

補(bǔ)償電橋法具體實(shí)現(xiàn)方法R1=R2=R3=1Ω，與溫度無關(guān)環(huán)境溫度為20℃時，RCu=1Ω，Vab=0，電橋平衡。環(huán)境溫度不為20℃，電橋失去平衡，產(chǎn)生電壓Vab與E(T0,20)相等，疊加補(bǔ)償電橋又叫毫伏發(fā)生器使用時，顯示儀表零點(diǎn)為20℃。

補(bǔ)償電橋法5.調(diào)節(jié)儀表機(jī)械零點(diǎn)法當(dāng)熱電偶與動圈儀表配套使用時，如果冷端相對恒定，測量精度要求不高，可將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到熱電偶冷端溫度Tn，這就相當(dāng)于在輸入電勢之前，就有一個補(bǔ)償電勢EAB(Tn，0℃)，則（二）熱電偶誤差及校驗(yàn)熱電偶分度誤差補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差冷端溫度變化引起的誤差熱交換所引起的誤差測量線路和顯示儀表的誤差熱電極變質(zhì)產(chǎn)生的誤差絕緣不良引起的誤差1、熱電偶測量誤差2、熱電偶的校驗(yàn)熱電偶使用一段時間后，由于熱電偶的高溫?fù)]發(fā)、氧化、腐蝕和污染、晶粒組織變化等原因，使熱電特性發(fā)生變化。這樣使用中會產(chǎn)生測量誤差。為保證熱電偶的測量精度，必須定期進(jìn)行校準(zhǔn)。校驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐內(nèi)恒溫器中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。下圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖1-調(diào)壓變壓器2-管式電爐3-標(biāo)準(zhǔn)熱電偶4-被校熱電偶5-冰瓶6-切換開關(guān)7-測試儀表8-試管熱電偶分度號校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差S600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%K400，600，800，10000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%E300，400，500，6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%工業(yè)熱電偶允許偏差熱電偶的校驗(yàn)注意事項(xiàng)用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電爐的加熱溫度時，應(yīng)使其穩(wěn)定在校驗(yàn)溫度點(diǎn)±10℃范圍內(nèi)，讀取熱電勢數(shù)值過程中，爐溫變化不得超過0.2℃，每個校驗(yàn)溫度點(diǎn)讀數(shù)不得少于4次冰點(diǎn)槽內(nèi)必須是均勻的純凈冰水混合物，保持0℃；熱電偶參考端必須插入冰點(diǎn)槽中部，且相互絕緣。同時被校驗(yàn)多支熱電偶時，讀數(shù)順序是標(biāo)準(zhǔn)熱電偶→被檢1→被檢2→…→被檢n，被檢n→…→被檢2→被檢1→標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（三）熱電偶的制作、選擇及安裝焊法注意避免氧化（測量端不能直接接觸火焰）避免折出死彎1、熱電偶的制作2、

熱電偶的選擇

熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。3、

熱電偶的安裝熱電偶與被測介質(zhì)逆流熱電偶安裝在管道中流速最大的地方插入深度測量細(xì)管道（<80mm）內(nèi)流體溫度時，應(yīng)接擴(kuò)大管或選擇適合位置

（四）熱電偶測溫線路典型連接與冷端溫度補(bǔ)償器連接與自動電子電位差計(jì)連接用于多點(diǎn)溫度測量熱電偶并聯(lián)熱電偶串聯(lián)正向串聯(lián)反向串聯(lián)連接時就注意：熱電偶冷端和補(bǔ)償導(dǎo)線接點(diǎn)的兩個端子必須保持在同一溫度上工業(yè)用熱電偶測溫的基本線路1-熱電偶2-補(bǔ)償導(dǎo)線3-恒溫器或補(bǔ)償電橋4-銅導(dǎo)線5-顯示儀表熱電偶并聯(lián)可以測量溫場的平均溫度獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度熱電偶反向串聯(lián)測量兩點(diǎn)溫差第4節(jié)電阻溫度計(jì)WZP2-240/A級3線300/150mmE(0-300℃)隔爆熱電阻

WZC-111/Φ12*1000mmCu50銅熱電阻

WZPK2-103/B級Φ6*515mm(0-300℃)鉑熱電阻

本節(jié)主要內(nèi)容熱電阻的類型熱電阻測溫電路三種測溫方法比較熱電阻測溫原理一、熱電阻測溫原理

利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度不同而變化的特性進(jìn)行溫度測量，因而可以通過測量電阻值來推算溫度。TRt鉑電阻熱敏電阻電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時的電阻相對變化量，單位為1/℃。

平均電阻溫度系數(shù)金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般為正值

純金屬一般為0.38~0.68%，金屬純度越高，其電阻溫度系數(shù)越大半導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)有負(fù)值和正值

電阻溫度系數(shù)電阻比：直接表征熱電阻材料的純度及某些內(nèi)在特性。

電阻比金屬導(dǎo)體純度越高，電阻比越大。金屬與半導(dǎo)體作為測溫元件要具備的條件電阻溫度系數(shù)α大且穩(wěn)定電阻率大電阻與溫度有單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格便宜，工藝性好熱電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)工業(yè)上廣泛用于測量-200~850℃內(nèi)溫度，性價(jià)比高中、低溫穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高，且不需要冷端補(bǔ)償，信號便于遠(yuǎn)傳與熱電偶相比，同樣溫度下，靈敏度高，輸出信號大，易于測量標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)準(zhǔn)確度最高缺點(diǎn)不適于測量高溫物體，有自熱現(xiàn)象不同各類的熱電阻溫度計(jì)個體差異較大二、熱電阻的類型金屬熱電阻鉑熱電阻

銅熱電阻鎳熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻的結(jié)構(gòu)1、鉑熱電阻特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能可靠、有較高電阻率，阻值與溫度的關(guān)系近似線性，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。但價(jià)格較貴使用范圍：-200～850℃，在ITS90溫標(biāo)中規(guī)定平衡氫三相點(diǎn)13.8K到銀凝固點(diǎn)1234.93K內(nèi)插儀器是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻純度：ITS90規(guī)定至少滿足下列兩個條件之一：W(29.7646℃)≥1.11807W(-38.8344℃)≤0.844235用到銀凝固點(diǎn)的溫度計(jì)必須滿足條件

W(961.78℃)≥4.2844阻值與溫度特性方程規(guī)格型號：標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)：Pt10、Pt30

工業(yè)：Pt50、Pt100、Pt300分度號Pt10：熱電阻材料是鉑，0℃時阻值為10Ω工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)結(jié)構(gòu)：鉑電阻2、銅熱電阻（WZC）特點(diǎn)：線性度高、電阻溫度系數(shù)高、價(jià)格便宜、電阻率低、易氧化，不適于在腐蝕介質(zhì)或高溫下工作。使用范圍：-50～150℃電阻值與溫度關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻：Cu50、Cu100銅電阻溫度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)銅電阻3、鎳熱電阻特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑電阻大，多用于溫度變化范圍小，靈敏度要求高的場合。使用范圍：-50～300℃電阻值與溫度關(guān)系已規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，但未制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分度表。4、半導(dǎo)體熱敏電阻特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)比金屬的高，靈敏度比金屬熱電阻大1～2數(shù)量級電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，體積小熱慣性小，可測量點(diǎn)溫或動態(tài)溫度價(jià)格便宜但同種熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，互換性差，穩(wěn)定性差，精度低使用范圍：-50~350℃（除高溫?zé)崦綦娮柰?，不能用?50℃以上的高溫測量）電阻值與溫度關(guān)系熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻主要由熱敏探頭、引線、殼體構(gòu)成1．正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）

電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱PTC熱敏阻器。主要用于彩電消磁、家用空調(diào)、電取暖器、各種電器的過熱保護(hù)等2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）

電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱NTC熱敏電阻器。適用于-100～300℃之間溫度測量，如電子體溫計(jì)、手機(jī)電池及充電器、汽車電子溫控電路等3．突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）

該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個數(shù)量級，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。主要用作溫度開關(guān)熱敏電阻的分類

1234鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；3-4PTCNSP功率型NTC熱敏電阻器

CWF型NTC精密溫度傳感器

MF11型NTC熱敏電阻器

溫度傳感器

5、特殊熱電阻鎧裝熱電阻（-200～600℃）外徑尺寸小，響應(yīng)速度快抗震，可撓，使用方便，可安裝于結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位使用壽命長薄膜鉑熱電阻（-50～600℃）厚膜鉑熱電阻三、熱電阻測溫電路分類：平衡電橋

不平衡電橋二線制三線制二線制三線制四線制二線制引線連接圖電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果如果不計(jì)導(dǎo)線電阻隨溫度的變化，Rt與R１觸點(diǎn)位置成線性關(guān)系連接導(dǎo)線的電阻隨溫度變化引起測量誤差1、二線制二線制等效原理示意圖平衡電橋法２、三線制三線制引線連接圖三線制等效原理示意圖電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果連接導(dǎo)線的電阻隨溫度變化引起測量誤差被削弱當(dāng)RA＝RB，則R1＝Rt３、四線制四線制等效原理圖通過兩次測量能完全消除引線電阻對測量的影響主要用于高準(zhǔn)確度的溫度檢測引線必須從熱電阻感溫元件根部引出，不能從接線端引出不平衡電橋法IRW2RW1RtdIR1R2R3abc二線制橋路等效內(nèi)阻工作原理被測溫度為下限值tmin（相應(yīng)Rt＝Rmin）時，電橋處于平衡狀態(tài)，檢流計(jì)電流Iy=0。當(dāng)溫度升高時，電橋平衡破壞，Iy≠0。根據(jù)Iy的大小來判斷被測溫度值。IRW2RW1RtdIR1R2R3abc不平衡電橋法IRW2RW1RtdIR1R2R3abc二線制連續(xù)自動顯示，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜Rt與I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對測量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化會引起測量誤差，三線接法可以削弱不平衡電橋三線制原理圖四、熱電阻的校驗(yàn)1、比較法2、兩點(diǎn)法

只需要冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽，分別測得R0和R100，檢查R0值和R100/R0的比值是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)。熱電阻的選擇與誤差熱電阻的選擇原則溫度測量范圍要求測量的準(zhǔn)確度測溫環(huán)境成本熱電阻的誤差線