溫度檢測方法課件

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

如水銀溫度計、熱電偶溫度計、電阻溫度計。溫度測量方法可分為：接觸式、非接觸式1概述非接觸式測溫利用物質(zhì)的熱輻射原理，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸。如:輻射溫度計、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)換為電勢之變化；熱電阻：將溫度轉(zhuǎn)換為電阻阻值之變化。(1)、金屬測溫電阻(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，希望在測量溫度的范圍內(nèi)α是一個常數(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，可提高溫度計的動態(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是絕對溫度(K)；A、B是常數(shù)。電阻溫度系數(shù)：單位溫度變化所引起的電阻的相對變化(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可通過實驗獲得：(即只要測定溫度分別為T1和T0時半導(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：1）溫度系數(shù)的絕對值較熱電阻大，靈敏度高，可測0.001~0.00050C的微小溫度變化；2）電阻率大，時間常數(shù)小(毫秒級)?？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：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）電阻測定測量方法

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

結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測局部溫度和便于遠(yuǎn)距離傳送與集中檢測。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)起來形成一個閉合回路，如果兩個接合點的溫度不同，電路中將產(chǎn)生熱電勢，并形成熱電流?！鵁犭妱莸拇笮∨c材料的性質(zhì)及接點的溫度有關(guān)，稱為溫差熱電效應(yīng)或熱電效應(yīng)，該現(xiàn)象是1821年德國物理學(xué)家Secback發(fā)現(xiàn)的?！餆犭妱菘捎煤瘮?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€連接端點,一個稱為工作端T,另一個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（珀耳貼電勢）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,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，這個靜電場將阻止擴(kuò)散過程的進(jìn)行，當(dāng)自由電子密度的不同引起的擴(kuò)散能力與靜電場的作用相互抵消時，達(dá)到了動平衡，在接觸面上形成一個穩(wěn)定的接觸電位差。自由電子密度nA＞nBEAB(T)為導(dǎo)體A和B的接點在溫度為T時形成的電位差。其中：e—電子的電荷e=1.6×10-19庫侖k—波爾茲曼常數(shù)k=1.38×10-23(焦耳/庫侖)EAB(T)和連接點的溫度T有關(guān)，因此當(dāng)兩種金屬接成閉合回路而連接點的溫度又不同時，回路中將形成接觸電勢。3.熱電偶回路的總熱電勢結(jié)論：1）如果熱電偶兩電極材料相同，無論溫度如何，輸出電勢為零；2）如果溫度相同，則輸出電勢為零；3）電勢的大小只與電極材料、節(jié)點溫度有關(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★某熱電偶接點溫度為T1和T2時的熱電勢為E1，接點溫度為T2和T3時的熱電勢為E2，則當(dāng)接點溫度為T1和T3時的熱電勢為E1+E2。3.2熱電偶的基本實驗定律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，只要它的兩個接點溫度相同，則對回路的熱電勢沒有影響。▲它說明：第三種均質(zhì)材料可以是接在兩個熱電極之間，也可接在某個熱電極之中，因此在用熱電偶測溫時，只要保證熱電偶和連接后續(xù)測量電路或儀表的引線的兩個接點溫度相同，接入電路或儀表都不會影響熱電勢的數(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)接點溫度分別為T1和T2時，金屬A和C的熱電勢為EAC，金屬C和B的熱電勢為ECB，則金屬A和B的熱電勢：

EAB=EAC+ECB

用熱電偶測量溫度時，電勢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，則會引起測量誤差。1、冷端恒溫法；3.3熱電偶的冷端溫度補償適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用。3、補償導(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，為了不使用過多的貴重的熱電偶導(dǎo)線，往往采用價格低廉的導(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.冷端補償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值3.4溫度測量的動態(tài)誤差修正熱電偶是一種一階