溫度檢測(cè)方法課件

第3章溫度測(cè)量技術(shù)接觸式測(cè)溫基于熱平衡原理，即測(cè)溫敏感元件必須與被測(cè)介質(zhì)接觸，使兩者處于同一熱平衡狀態(tài)。

如水銀溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)。溫度測(cè)量方法可分為：接觸式、非接觸式1概述非接觸式測(cè)溫利用物質(zhì)的熱輻射原理，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸。如:輻射溫度計(jì)、紅外熱象儀等。熱電式傳感器:將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置較普通的熱電式傳感器將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻。常用熱電式傳感器的敏感元件有：熱電偶：將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)之變化；熱電阻：將溫度轉(zhuǎn)換為電阻阻值之變化。(1)、金屬測(cè)溫電阻(金屬熱電阻)一般金屬導(dǎo)體具有正的電阻溫度系數(shù)（電阻率隨溫度的上升而增加），在一定的溫度變化范圍內(nèi)，電阻和溫度之間的函數(shù)關(guān)系：其中：R、R0分別表示溫度為t和t0時(shí)的電阻值;α為材料的電阻溫度系數(shù)，α=(4~6)×10-3/0C。

在不同溫度范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)α是不同的，希望在測(cè)量溫度的范圍內(nèi)α是一個(gè)常數(shù)。熱電阻材料應(yīng)具備以下性質(zhì)：

1）電阻溫度系數(shù)α要大；

2）在測(cè)量范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；3）電阻率ρ要大，可提高溫度計(jì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；4）電阻溫度關(guān)系線性好；5）材料要容易制作，價(jià)格便宜。常用材料有：鉑、銅、鐵、鎳等。熱電阻的制作是用上述金屬的細(xì)絲繞在云母、石英或陶瓷等絕緣支架上。熱敏電阻是由金屬氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)粉末按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體。常用的熱敏電阻的阻值隨溫度上升而下降。T是絕對(duì)溫度(K)；A、B是常數(shù)。電阻溫度系數(shù)：?jiǎn)挝粶囟茸兓鸬碾娮璧南鄬?duì)變化(2)半導(dǎo)體熱敏電阻◆電阻值R與溫度T的關(guān)系：◆常數(shù)B可通過實(shí)驗(yàn)獲得：(即只要測(cè)定溫度分別為T1和T0時(shí)半導(dǎo)體的熱敏電阻的阻值R1和R0)(B的范圍一般為1500~50000K)半導(dǎo)體熱敏電阻與金屬熱電阻相比,有以下優(yōu)點(diǎn)：1）溫度系數(shù)的絕對(duì)值較熱電阻大，靈敏度高，可測(cè)0.001~0.00050C的微小溫度變化；2）電阻率大，時(shí)間常數(shù)小(毫秒級(jí))?？芍瞥审w積小、熱慣性小、響應(yīng)速度快的感溫元件。半導(dǎo)體熱敏電阻缺點(diǎn)：1）電阻溫度特性分散性大；2）穩(wěn)定性差；3）非線性較嚴(yán)重。（3）電阻測(cè)定測(cè)量方法

可采用電橋測(cè)定熱電阻的電阻值常用電橋測(cè)熱阻存在的問題(二線接橋法)▲注意：將熱電阻接到電橋的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生附加電阻r1、r2，這是產(chǎn)生測(cè)量誤差的一個(gè)重要原因。3熱電偶熱電偶：將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器★熱電偶具有以下特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測(cè)局部溫度和便于遠(yuǎn)距離傳送與集中檢測(cè)。3.1、工作原理(席貝克效應(yīng))▲兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)起來形成一個(gè)閉合回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同，電路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，并形成熱電流。▲熱電勢(shì)的大小與材料的性質(zhì)及接點(diǎn)的溫度有關(guān)，稱為溫差熱電效應(yīng)或熱電效應(yīng)，該現(xiàn)象是1821年德國(guó)物理學(xué)家Secback發(fā)現(xiàn)的?！餆犭妱?shì)可用函數(shù)關(guān)系式表示：

EAB=f(T,T0)若知道EAB,T0,即可利用熱電效應(yīng)來測(cè)溫或溫度差?！锒x：這兩種不同導(dǎo)體的組合體稱為熱電偶?！鴥蓚€(gè)連接端點(diǎn),一個(gè)稱為工作端T,另一個(gè)稱為自由端或參考端T0或冷端,兩根金屬絲稱之為熱電極。1.接觸電勢(shì)（珀耳貼電勢(shì)）不同導(dǎo)體自由電子的密度是不同的,當(dāng)兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí),在接觸面上將產(chǎn)生電子擴(kuò)散,電子擴(kuò)散的速率與自由電子的密度及接觸區(qū)的溫度成正比。接觸面上金屬A的電子擴(kuò)散到B，A失去電子帶正電，B因獲得電子帶負(fù)電，在接觸面上形成了靜電場(chǎng)，這個(gè)靜電場(chǎng)將阻止擴(kuò)散過程的進(jìn)行，當(dāng)自由電子密度的不同引起的擴(kuò)散能力與靜電場(chǎng)的作用相互抵消時(shí)，達(dá)到了動(dòng)平衡，在接觸面上形成一個(gè)穩(wěn)定的接觸電位差。自由電子密度nA＞nBEAB(T)為導(dǎo)體A和B的接點(diǎn)在溫度為T時(shí)形成的電位差。其中：e—電子的電荷e=1.6×10-19庫(kù)侖k—波爾茲曼常數(shù)k=1.38×10-23(焦耳/庫(kù)侖)EAB(T)和連接點(diǎn)的溫度T有關(guān)，因此當(dāng)兩種金屬接成閉合回路而連接點(diǎn)的溫度又不同時(shí)，回路中將形成接觸電勢(shì)。3.熱電偶回路的總熱電勢(shì)結(jié)論：1）如果熱電偶兩電極材料相同，無論溫度如何，輸出電勢(shì)為零；2）如果溫度相同，則輸出電勢(shì)為零；3）電勢(shì)的大小只與電極材料、節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關(guān)。1.中間溫度定律★某熱電偶接點(diǎn)溫度為T1和T2時(shí)的熱電勢(shì)為E1，接點(diǎn)溫度為T2和T3時(shí)的熱電勢(shì)為E2，則當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1和T3時(shí)的熱電勢(shì)為E1+E2。3.2熱電偶的基本實(shí)驗(yàn)定律2.中間導(dǎo)體定律★在熱電偶回路中加入第三種均質(zhì)材料，只要它的兩個(gè)接點(diǎn)溫度相同，則對(duì)回路的熱電勢(shì)沒有影響?！f明：第三種均質(zhì)材料可以是接在兩個(gè)熱電極之間，也可接在某個(gè)熱電極之中，因此在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只要保證熱電偶和連接后續(xù)測(cè)量電路或儀表的引線的兩個(gè)接點(diǎn)溫度相同，接入電路或儀表都不會(huì)影響熱電勢(shì)的數(shù)值。3.標(biāo)準(zhǔn)電極定律(參考電極定律)

★有三種金屬A、B、C兩兩相接，當(dāng)接點(diǎn)溫度分別為T1和T2時(shí)，金屬A和C的熱電勢(shì)為EAC，金屬C和B的熱電勢(shì)為ECB，則金屬A和B的熱電勢(shì)：

EAB=EAC+ECB

用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，電勢(shì)的大小決定于冷熱端溫度之差。如果冷端溫度固定，則決定于熱端；如果冷端溫度變化，則會(huì)引起測(cè)量誤差。1、冷端恒溫法；3.3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。3、補(bǔ)償導(dǎo)線法為使熱電偶冷端溫度保持不變，不受熱源的影響，往往需要使冷端遠(yuǎn)離工作點(diǎn)，為了不使用過多的貴重的熱電偶導(dǎo)線，往往采用價(jià)格低廉的導(dǎo)線來替代部分熱電偶導(dǎo)線，如圖。A’、B’這就是補(bǔ)償線法。在溫度T2-T0的范圍內(nèi)，要求

EAB（T2，T0）=EA‘B’（T2，T0）由中間溫度定律：

EAB（T1，T0）=EAB（T1，T2）+EA‘B’（T2，T0）=EAB（T1，T2）+EAB（T2，T0）要求補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電性質(zhì)與所用熱電偶相同或相近。4.冷端補(bǔ)償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值3.4溫度測(cè)量的動(dòng)態(tài)誤差修正熱電偶是一種一階