過程檢測儀表電子教案第五章-溫度檢測儀

第五章溫度檢測儀表

概述5.1.1溫度的概念溫度是表征物體冷熱的程度的物理量。從微觀上講，溫度表示物質(zhì)內(nèi)部分子熱運動平均動能的大小。熱平衡和熱效應(yīng)是溫度測量的重要基礎(chǔ)。5.1.2溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）和測量溫度的基本單位。

1．經(jīng)驗溫標(biāo)(1)攝氏溫標(biāo)（℃）規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物的溫度為0℃，水的。沸點為100℃。(2)華氏溫標(biāo)（℉）規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的冰點溫度為32℉，水的沸點溫度定為212℉2．熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理想溫標(biāo)，規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度。溫度單位為開爾文（K)，大小定義為水三相點的熱力學(xué)溫度的1/273.16。3．國際實用溫標(biāo)ITS

國際實用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。（1）T90和t90之間關(guān)系保留以前溫標(biāo)定義中的計算關(guān)系，攝氏溫度的分度值與熱力學(xué)溫度分度值相同（2）ITS-90通過劃分溫區(qū)定義：0.65K到5.OK之間，由3He蒸汽壓與溫度的關(guān)系式來定義。3.OK到24.5561K之間，是用氦氣體溫度計來定義。13.8033K到1234.93K之間，是用鉑電阻溫度計來定義。（3）各溫區(qū)規(guī)定一組的定義溫度固定點，并規(guī)定內(nèi)插公式來分度。所采用的定義固定點一般是一些純物質(zhì)的三相點，或是溶點、凝固點。如O2、Ar、Hg、H2O的三相點；In、Sn、Al、Ag、Au、Cu的凝固點等。5.1.3測溫儀表的分類（1）按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類；（2）按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；5.2膨脹式溫度計熱膨脹式溫度計是利用液體、氣體或固體熱脹冷縮的性質(zhì)測量溫度。分為液體膨脹式溫度計和固體膨脹式溫度計兩大類。5.2.1膨脹式溫度計1．玻璃管液體溫度計組成：主要由玻璃溫包、毛細(xì)管、工作液體和刻度標(biāo)尺等組成。工作液：一般采用水銀和酒精作為工作液，其中水銀與其它液體相比有許多優(yōu)點，如不粘附玻璃、不易氧化、測量溫度高、容易提純、線性較好、準(zhǔn)確度高。圖5.1玻璃管液體溫度計1—玻璃溫包；2—毛細(xì)管；3—刻度標(biāo)尺分類：按用途分類，可分為工業(yè)用玻璃管液體溫度計、標(biāo)準(zhǔn)玻璃管液體溫度計兩類。標(biāo)準(zhǔn)玻璃管液體溫度計，可作為檢定其它溫度計用，準(zhǔn)確度高，測量絕對誤差可達(dá)0.05～0.1℃。工業(yè)用玻璃管液體溫度計為了避免使用時被碰碎，在玻璃管外通常罩有金屬保護套管。2．雙金屬溫度計雙金屬片是由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片疊焊在一起制成的測溫元件。利用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬元件的膨脹差異測量溫度。雙金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數(shù)不同而使自由端產(chǎn)生彎曲變形，彎曲的程度與溫度的高低成正比。x——雙金屬片自由端的位移；l——雙金屬片的長度；d——雙金屬片的厚度；G——彎曲率，取決于雙金屬片的材料。圖5.3雙金屬片1—雙金屬片；2一指針軸；3一指針；4一刻度盤雙金屬片常被用作溫度繼電控制器、溫度開關(guān)或儀表的溫度補償器。雙金屬溫度計：螺旋形雙金屬片的一端固定在測量管的下部，另一端為自由端，與指針軸焊接在一起。當(dāng)被測溫度發(fā)生變化時，雙金屬片自由端發(fā)生位移，使指針軸轉(zhuǎn)動，由指針指示出被測溫度值。特點：雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)簡單、耐振動、耐沖擊、使用方便、維護容易、價格低廉，適于振動較大場合的溫度測量。目前國產(chǎn)雙金屬溫度計的使用溫度范圍為-80～600℃，精度等級為1～2.5級。圖5.4雙金屬溫度計1-表玻璃；2-指針；3-刻度盤；4-表殼；5-安裝壓帽；6-金屬保護管；7-指針軸；8-雙金屬螺旋；9-固定端5.2.2壓力式溫度計

1．壓力式溫度計的結(jié)構(gòu)及原理

結(jié)構(gòu)：由充有感溫介質(zhì)的感溫包、傳遞壓力的毛細(xì)管及壓力表組成。圖5.5壓力溫度計結(jié)構(gòu)示意圖1-溫包；2-感溫介質(zhì)；3-毛細(xì)管；4-彈簧管；5-雙金屬元件

原理：溫包內(nèi)的感溫介質(zhì)若隨被測溫度升高時，其體積膨脹，但由于溫包、毛細(xì)管和彈簧管組成的封閉系統(tǒng)容積基本不變，介質(zhì)體積膨脹受限，造成系統(tǒng)壓力升高。經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管使其產(chǎn)生變形，進(jìn)而通過傳動機構(gòu)帶動指針偏轉(zhuǎn)，指示出相應(yīng)的溫度。特點：強度大、不易破損、讀數(shù)方便，準(zhǔn)確度較低、體積大。測溫范圍-100℃~600℃。類型：液體壓力溫度計、氣體壓力溫度計和蒸汽壓力溫度計。

(2)氣體壓力溫度計工作氣體：氮氣（測溫上限可達(dá)500～550℃）；氫氣(測溫下限可達(dá)-120℃)。(3)蒸汽壓力溫度計其溫包中充入約占2/3容積的低沸點液體，其飽和蒸氣壓僅與氣液界面的溫度有關(guān)。通過毛細(xì)管傳遞彈簧管中，以指示被測溫度。工作液：氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。優(yōu)點：溫包的尺寸比較小，靈敏度高；測量范圍小，T-P關(guān)系非線性，標(biāo)尺刻度不均勻。(1)液體壓力式溫度計感溫液體：水銀（測溫范圍-30~650℃）；甲醇（測溫范圍-100~150℃）；二甲苯（測溫范圍-100~400℃）。液體壓力溫度計使用時應(yīng)將溫包全部浸入被測介質(zhì)之中，否則會引起較大測量誤差。環(huán)境溫度變化過大，也會對示值產(chǎn)生影響。為此，在彈簧管的自由端與傳動機構(gòu)之間插入一條雙金屬片補償附加誤差。5.3熱電偶溫度計測量原理：熱電效應(yīng)。熱電偶能將溫度轉(zhuǎn)換成毫伏級熱電勢信號輸出。特點：測溫范圍廣，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，輸出信號便于遠(yuǎn)傳，應(yīng)用極為廣泛。圖5.6熱電偶溫度計組成示意圖組成：熱電偶、連接導(dǎo)線顯示儀表5.3.1熱電偶測溫原理1．熱電效應(yīng)熱電偶：由兩根不同的導(dǎo)體材料將一端焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱端（測量端）；另一端稱為冷端（參考端）。熱電偶產(chǎn)生熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分組成。(1)溫差電動勢導(dǎo)體兩端溫度不同、電子能量不同，造成導(dǎo)體內(nèi)自由電子從高溫端向低溫端擴散，電子擴散造成高、低溫端電荷的積累，形成靜電場Es。當(dāng)電場對電子的作用力與擴散力平衡時，電場Es產(chǎn)生一個穩(wěn)定的溫差電動勢e——單位電荷，e=1.6×10-19

C；

K——波爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/K；

NAt——為導(dǎo)體A在溫度t時的電子密度。

(2)接觸電勢兩種不同導(dǎo)體接觸時，由于電子密度不同，造成自由電子從高密度側(cè)向低密度側(cè)擴散，電子擴散造成接觸點處電荷的積累，形成靜電場Em。當(dāng)電場對電子的作用力與擴散力平衡時，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的接觸電動勢T——A、B導(dǎo)體接觸處的溫度；

NAT、NBT——分別為導(dǎo)體A、B在溫度T時的電子密度。圖5.8熱電偶回路電勢(3)熱電偶回路總電勢對于導(dǎo)體A和B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0，NA>NB時，回路中總熱電勢為當(dāng)參考端的溫度T0恒定時，為常數(shù)，則

當(dāng)冷端保持溫度不變，則熱電偶回路總電勢只隨熱端的溫度變化而變化。在實際應(yīng)用中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是在參考端溫度為0℃時，通過實驗建立的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系。2．熱電偶的基本定律(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電極直徑、長度及沿?zé)犭姌O長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。(2)中間導(dǎo)體定律若在熱電偶回路中插入中間導(dǎo)體（第三種導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對熱電偶回路的總熱電勢無影響。(3)中間溫度定律

(4)標(biāo)準(zhǔn)電極定律

5.3.2常用熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)

1．熱電偶的類型及特點

熱電極的材料要求。①材料的熱電性能不隨時間而變化，即熱電特性穩(wěn)定。②電極材料有足夠的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，不易被氧化和腐蝕。③產(chǎn)生的熱電勢要足夠大，熱電靈敏度高。④熱電勢與溫度關(guān)系要具有單調(diào)性，最好呈線性或近似線性關(guān)系。⑤材料復(fù)現(xiàn)性好，便于大批生產(chǎn)和互換。⑥材料組織均勻，機械性能好，易加工成絲。⑦材料的電阻溫度系數(shù)小，電阻率要低。（1）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶①鉑銠10-鉑熱電偶，分度號S。測量范圍：長期使用1300℃以下，短期測量1600℃。特點：熱電特性穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高，材料容易提純，缺點是熱電勢較低，價格昂貴，不能用于金屬蒸汽和還原性氣體中。②鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號B。測量范圍：長期使用1600℃以下，短期測量1800℃。特點：測量上限高，穩(wěn)定性好的、機械強度大，缺點是熱電勢小，不能用于0℃以下溫度測量。③鎳鉻-鎳硅熱電偶，分度號K。測量范圍：-270~+1300℃。在氧化性或中性介質(zhì)中長時測量溫度900℃，在還原性介質(zhì)中，小于500℃。特點：熱電勢較大，熱電關(guān)系近線性，抗氧化性和抗腐蝕性強?；瘜W(xué)穩(wěn)定性、復(fù)制性好，價格便宜。缺點是測量略低，穩(wěn)定性稍差。④鎳鉻-銅鎳熱電偶，分度號E。測量范圍：長期使用-200~+600℃，短期測量-200~+800℃。特點：熱電勢大，靈敏度高，電阻率小，適用于還原性和中性氣氛下測溫，價格便宜。缺點是測量范圍低且窄，銅鎳合金易受氧化而變質(zhì)。⑤銅-銅鎳熱電偶，分度號T。測量范圍：-248℃~+370℃特點：熱電勢大,熱電特性好，價格低廉。低溫性能十分穩(wěn)定。不宜在氧化性氣氛中工作。

能滿足一些特殊條件下測溫的需要，如超高溫、極低溫、高真空或核輻射環(huán)境。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有鉑銠系、銥銠系、鎢錸系及金鐵熱電偶、雙鉑鉬等熱電偶。(2)非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶2．普通熱電偶的結(jié)構(gòu)(1)普通型熱電偶的組成圖5.12普通熱電偶結(jié)構(gòu)1—出線孔密封圈；2-出線孔壓緊螺母；3-防掉鏈；4-接線盒蓋；5—接線柱；6-密封圈；7-接線盒座；8-接線絕緣座；9-保護套管；10—絕緣管；11-熱電極①熱電極感溫元件，熱端焊接，冷端連接在接線盒內(nèi)接線柱上，與外部接線連接。貴金屬熱電極的直徑為0.015～0.5mm，普通金屬熱電極的直徑為0.2～3.2mm。長度一般為0.35～2m左右。②絕緣管套在熱電極上防止熱電極短路。絕緣管的材料一般用耐火陶瓷(1200℃以下)、氧化鋁Al2O3(1600℃以下)和氧化鎂MgO(2000℃以下)。③保護管使熱電極與被測介質(zhì)隔離，免受化學(xué)侵蝕和機械損傷。材料如不銹鋼1Cr18Ni9Ti（900℃）、高溫鋼Cr25Ti（1000℃）、高溫不銹鋼CH40（1200℃）、氧化鋁Al2O3(1600℃)、氧化鎂MgO(2000℃)和氧化鋯ZrO2(2400℃)。④接線盒普通防濺型、防水型、防爆型等。(a)直形無固定裝置熱電偶(b)直形螺紋連接頭固定熱電偶(c)錐形螺紋連接頭固定熱電偶(d)直形法蘭固定熱電偶圖5.13普通熱電偶結(jié)構(gòu)形式（2）普通熱電偶的結(jié)構(gòu)類型3.特殊熱電偶(1)鎧裝熱電偶將保護套管、絕緣材料粉末與熱電極三者組合成一體，經(jīng)多次拉伸制成的細(xì)長形像鐵絲樣的熱電偶。我國已生產(chǎn)出S型、R型、B型、K型、E型、J型鎧裝熱電偶。特點：體積小，熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快；可撓性好，具有良好柔軟性；強度高，耐壓、耐震、耐沖擊。外徑最細(xì)能達(dá)0.25mm，長度可達(dá)100m以上圖5.14鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)1-接線盒；2-保護管；3-固定裝置；4-絕緣材料；5-熱電極(2)薄膜型熱電偶用真空蒸鍍的方法，把熱電極材料蒸鍍在絕緣基板上而制成。特點：測量端厚度約為幾個微米左右，熱容量小，響應(yīng)速度快，便于敷貼。適用于測量微小面積上的瞬變溫度。

圖5.15薄膜熱電偶1—工作端；2—薄膜熱電極；3—絕緣基板；4—引腳接頭；5—引出線（相同材料的熱電極）5.3.3熱電偶的冷端補償1．補償導(dǎo)線為節(jié)約貴重金屬熱電極材料，選擇一對價格低廉的金屬絲作為補償導(dǎo)線來延長熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)。補償導(dǎo)線在冷端溫度范圍內(nèi)，產(chǎn)生的熱電勢與主熱電偶的熱電勢相同。圖5.17利用補償導(dǎo)線延長熱電偶的冷端1-測量端；2—熱電極；3一接線盒1(中間溫度)；4—補償導(dǎo)線；5—接線盒2(新的冷端)；6—銅引線(中間導(dǎo)體)；7-毫伏表使用注意：1）補償導(dǎo)線與熱電偶熱電極的兩個接點溫度必須相同；2）補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用；3）必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；4）極性切勿接反。型號配用熱電偶正-負(fù)補償導(dǎo)線正-負(fù)導(dǎo)線外皮顏色100℃熱電勢/mV20℃時的電阻率/（Ω·ｍ）正負(fù)SC鉑銠10-鉑銅-銅鎳①紅綠0.646±0.0230.05×10-6KC鎳鉻-鎳硅銅-康銅紅藍(lán)4.096±0.0630.52×10-6WC5/26鎢錸5-鎢錸26銅-銅鎳②紅橙1.451±0.0510.10×10-62．冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0℃不變。圖5.18冰浴法接線圖1-熱電偶；2-補償導(dǎo)線；3-銅質(zhì)導(dǎo)線；4-保溫瓶；5-冰水混合物；6-導(dǎo)熱油；7-試管；8-蓋；9-顯示儀表+-3．計算修正法

補償電橋串接在熱電偶回路中，與熱電偶的冷端同處于溫度T0下。電橋產(chǎn)生電勢與熱電偶電勢串聯(lián)疊加。電橋電阻R1、R2、R3為錳銅電阻，其電阻值恒定。電阻RCu由銅絲繞制，隨溫度而變化。

To=0℃，R1=R2=R3=RCu=1Ω，電橋平衡，無信號輸出。當(dāng)To變化時，RCu的阻值改變，電橋?qū)⑤敵霾黄胶怆妷篣ab=E(T0,0)。先測出冷端溫度T0，查熱電偶分度表求EAB（T，0），根據(jù)上式求出EAB（T，0），反查分度表，查出相應(yīng)的溫度值。4．補償電橋法

圖5.19補償電橋2.測量兩點溫度差的測溫電路3.測量多點溫度的測溫電路

5.3.4熱電偶常用測溫電路

1.測量某點溫度的基本電路4.測量平均溫度的測溫電路5.測量幾點溫度之和的測溫電路一體化溫度變送器由測溫元件和變送器模塊兩部分構(gòu)成。變送器模塊把測溫元件的輸出信號Et或Rt，轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA.DC。一體化溫度變送器的基本誤差不超過量程的±0.5％，環(huán)境溫度影響約為每1℃變動不超過0.05％，可安裝在-25～+80℃的環(huán)境中。特點：節(jié)省補償導(dǎo)線、抗干擾能力強、體積小、不需調(diào)整維護。圖5.25一體化熱電偶溫度變送器工作原理圖5.3.5一體化熱電偶溫度變送器圖5.27熱電阻測溫電橋的三線連接法5.4熱電阻溫度計5.4.1熱電阻的測量原理

測量原理：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測量溫度。組成：由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表構(gòu)成。測量范圍：﹣200～+850℃。熱電阻測量：常用電橋電路。三線制：可消除環(huán)境溫度造成引線電阻變化產(chǎn)生的測量誤差。R1、R2

、R3為橋路固定電阻，

Ra為零位調(diào)節(jié)電阻，熱電阻通過三根導(dǎo)線和電橋連接。引線電阻r1=r2=r3=r。橋路輸出電壓VCD=VCA-VDA。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，引線電阻r1、r3的變化產(chǎn)生的橋路電壓ΔVCA=ΔVDA，相互抵消，不會產(chǎn)生溫度誤差。、5.4.2常用熱電阻的種類及結(jié)構(gòu)

1．常用熱電阻（1）鉑熱電阻特點：鉑金屬物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易于提純，工作范圍為-200~850℃。在-200℃~0℃溫度范圍內(nèi)在0℃~850℃溫度范圍內(nèi)Rt——為t℃時的鉑電阻值；R0——為0℃時的鉑電阻值。A=3.90803×10-3℃-1；B=-5.775×10-7℃-2；C=-4.183×10-12℃-4。類型：Pt10、Pt100。（2）銅熱電阻特點：線性好，靈敏度高，容易提純、加工，價格便宜，復(fù)現(xiàn)性能好，易于氧化，電阻率低，體積大。測量范圍：-50～150℃Rt——為t℃時的銅電阻值；R0——為0℃時的銅電阻值。α0——系數(shù)，α0=4.28×10-3℃-1。類型：Cu50和Cul00

圖5.28熱電阻結(jié)構(gòu)1-電阻體；2-絕緣管；3-保護套管；4-安裝固定件；5-接線盒；6-接線端子；7-蓋；8-出線口熱電阻體結(jié)構(gòu)：

圖5.29電阻體結(jié)構(gòu)1-鉑絲；2-薄玻璃層；3-基體；4-釉層；5-引出線；6-云母基體；7-繞好的云母片；8-金屬夾片；9-外保護管；10-銅電阻2．熱電阻的結(jié)構(gòu)(1)普通熱電阻組成：主要由電阻體、絕緣管、保護管和接線盒等部分組成。（2）鎧裝熱電阻引線和保護管做成一體，具有較好的撓性，便于使用安裝，電阻體密封，不易受有害介質(zhì)的侵蝕。反應(yīng)速度快，有良好的機械性能、耐振性和沖擊性。圖5.30鎧裝熱電阻結(jié)構(gòu)尺寸小，可粘貼測量局部溫度，具有熱容量小、反應(yīng)快的特點。圖5.31薄膜型鉑熱電阻（3）薄膜熱電阻r1r2r3r4RtIVIMEM電壓表恒流源（2）四線式電阻測量電路因IVIM,IV0,又EM=E+IV（r2+r3

）由上式知引線電阻r1-r4將不引起測量誤差。電壓表的值EM可認(rèn)為是熱電阻Rt上的壓降，據(jù)此可計算出微小溫度變化。不受其它條件約束；恒流源I穩(wěn)定。5.4熱電阻傳感器5、金屬熱電阻的應(yīng)用特點

與熱電偶相比，金屬熱電阻具有以下特點5.4熱電阻傳感器二、熱敏電阻

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實現(xiàn)測溫的。半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其靈敏度比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動態(tài)特性好，特別適于在-50℃～300℃之間測溫。結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)需要制成各種形狀。化學(xué)穩(wěn)定性好，機械性能強，價格低廉，壽命長。

熱敏電阻的缺點是復(fù)現(xiàn)性、互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍較窄。5.4熱電阻傳感器1、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點

金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳Ni等的氧化物采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。玻璃殼熱敏電阻引線（a）珠狀

（b）片狀

（c）桿狀

（d）墊圈狀優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點溫度；（2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（10倍）；（3）電阻率高、熱慣性小、適宜動態(tài)測量。5.4熱電阻傳感器熱敏電阻的主要參數(shù)5.4熱電阻傳感器2、熱敏電阻的溫度特性

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC

臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTR

04080120160200106104102100溫度℃電阻CTR

NTC

PTC

可見CTR臨界熱敏電阻有一突變溫度，此特性可用于自動控溫和報警電路中。5.4熱電阻傳感器（1）NTC的R-T特性

T

R試驗求A、B：——0℃

（275.45K）——0℃

時的阻值5.4熱電阻傳感器NTC的伏安特性I

U

電流較?。壕€性，歐姆定律電流增加：阻值減小、非線性電流較大：阻值減小超過電流增加NTC的溫度系數(shù)

低溫段比高溫段靈敏

靈敏度比金屬熱電阻高（10倍）

5.4熱電阻傳感器38

線性化處理電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）精密電阻與熱敏電阻串并聯(lián)1、串聯(lián)法AT

RT

R2、并聯(lián)法5.4熱電阻傳感器

NTC熱敏電阻生產(chǎn)最早、最成熟、使用范圍也廣，它特別適用于-50℃～300℃之間的溫度測量，目前己廣泛應(yīng)用于點溫、表面溫度、溫差、溫度場等測量中，同時也應(yīng)用在自動控制及電子線路的熱補償電路中。5.4熱電阻傳感器（2）（PTC）熱敏電阻器的電阻—溫度特性:其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，曲線如圖10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩPTC熱敏電阻器的電阻—溫度曲線T/oC電阻/ΩTp1Tp2Tc=175oC5.4熱電阻傳感器PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻—溫度曲線上有兩個拐點：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的溫度系數(shù)αtp

。

改變PTC的材料成分，可以得到不同的居里溫度點。PTC熱敏電阻主要用于彩電消磁、各種電器設(shè)備的過載保護、發(fā)熱源的定溫控制，也可作為限流元件使用。5.4熱電阻傳感器熱敏電阻外形MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻3、熱敏電阻的應(yīng)用5.4熱電阻傳感器熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

LCD5.4熱電阻傳感器熱敏電阻體溫表5.4熱電阻傳感器熱敏電阻用于CPU的溫度測量5.4熱電阻傳感器熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制5.4熱電阻傳感器JT正常：Rt較大、BG不導(dǎo)通、

J不吸合T升高：Rt減小、BG導(dǎo)通、

J吸合應(yīng)用：電機過熱保護熱電式繼電器5.4熱電阻傳感器5.5溫度測量元件的安裝1．能正確反映被測溫度①感溫元件與被測介質(zhì)能進(jìn)行充分的熱交換。②感溫元件應(yīng)與被測介質(zhì)形成逆流。③避免熱輻射所產(chǎn)生的測溫誤差。④避免感溫元件外露部分的熱損失所產(chǎn)生的測溫誤差。⑤避免熱電偶與火焰直接接觸。⑥負(fù)壓管道、設(shè)備中，必須保證其密封性，以免外界冷空氣襲入，降低測量指示值。壓力式溫度計的溫包中心與管道中心線重合，應(yīng)自上而下垂直安裝，毛細(xì)管不應(yīng)受拉力，不應(yīng)有機械損傷。⑧接線盒出線孔應(yīng)向下，以防水汽、灰塵與臟物等落入接線盒中影響測量。⑨水銀溫度計只能垂直或傾斜安裝，同時需觀察方便，不得水平、倒裝。①凡安裝承受壓力的感溫元件，都必須保證其密封性。②高溫?zé)犭娕?，?yīng)盡可能垂直，防止保護管高溫下變形。若必須水平安裝時，應(yīng)裝有用耐火支架。③在介質(zhì)具有較大流速的管道中，安裝感溫元件時必須傾斜安裝。④如被測介質(zhì)中有塵粒、粉末物或測量腐蝕性介質(zhì)時，為保護感溫元件不受磨損，應(yīng)加裝保護屏或外保護管。⑤在安裝瓷和氧化鋁類保護管時，防止損壞保護管。在插入或取出熱電偶時，應(yīng)避免急冷急熱，以免保護管破裂。⑥在薄壁管道上安裝感溫元件時，需在連接頭處加裝加強板。⑦當(dāng)介質(zhì)工作壓力超過10MPa時，必須加裝保護外套。2．應(yīng)確保安全、可靠

5.6非接觸式溫度計(1)溫度計和被測對象不接觸，不會破壞被測對象的溫度場，故可測量運動物體的溫度并可進(jìn)行遙測。(2)由于溫度計不必達(dá)到與被測對象同樣的溫度，故儀表的測溫上限不受溫度計材料熔點的限制。(3)在檢測過程中溫度計不必和被測對象達(dá)到熱平衡，故檢測速度快，響應(yīng)時間短，適于快速測溫。5.6.1測溫原理

自然界中任何物體只要其溫度在絕對零度以上，就會不斷地向周圍空間輻射能量。溫度越高，輻射能量就越多。絕對溫度為T的物體對外輻射的能量E——為物體在溫度T下的輻射率(也稱“黑度系數(shù)”)；λ——為輻射波長；C1——為第一輻射常數(shù)，C1＝3.74132×10-16W·m2；C2——為第二輻射常數(shù)，C2=1.438786×10-2m·k。在整個波長范圍內(nèi)全部輻射能量的總和δ=5．67032×10-8W／(m2．K4)為黑體的斯蒂芬—玻爾茲曼常數(shù)。物體在特定波長λc上的輻射能是溫度T的單一函數(shù)兩個特定波長上的輻射能之比Φ(T)也是溫度的單值函數(shù)。（滿足））輻射測溫主要方法。（1）全輻射法測出物體在整個波長范圍內(nèi)的輻射能量F(T)，并以其輻射率校正后確定被測物體的溫度。（2）亮度法測出物體在某一波長()上的輻射能量f(T)，

經(jīng)輻射率修正后確定被測物體的溫度。（3）比色法測出物體在兩個特定波長段上的輻射能比值Φ(T)，確定被測物體的溫度。

輻射溫度計組成：由光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理等組成。光學(xué)系統(tǒng):是通過光學(xué)透鏡、反射鏡以及其它光學(xué)元件獲得物體輻射能中的特性光譜，并聚焦到檢測元件上。檢測元件將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號放大、輻射率的修正和標(biāo)度變換后輸出與被測溫度相對應(yīng)的信號。部分輻射溫度計需要參考光源。工業(yè)用光學(xué)高溫計分類隱絲式 利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏?，?dāng)燈絲的亮度與被測物體的亮度一致時，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。恒定亮度式 利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相等時，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。WGG2-201型光學(xué)高溫計1－物鏡；2－灰色吸收玻璃；3－燈泡；4－目鏡；5－紅色濾波片；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開關(guān)；R1－刻線調(diào)整電阻光學(xué)系統(tǒng)和電測系統(tǒng)隱絲式光學(xué)高溫計由光學(xué)系統(tǒng)和電測系統(tǒng)兩部分組成光學(xué)系統(tǒng)：目鏡、物鏡、燈泡、紅色濾波片和灰色吸收玻璃 紅色濾波片，造成一個較窄的有效波長 吸收玻璃，目的是擴展量程（1400℃） 目鏡和物鏡是一套光學(xué)系統(tǒng)電測系統(tǒng)包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。光學(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)輻射源 電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測量電路原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。1）測量時，如燈絲亮度比輻射熱源（被測物體）亮度低，則燈絲就在這個背景下呈現(xiàn)出暗的弧線2）如如燈絲亮度比輻射熱源（被測物體）亮度高，則燈絲就在較暗的背景下呈現(xiàn)出亮的弧線3）如兩者亮度一樣，則燈絲就隱滅在發(fā)光背景里4）由毫安計的讀數(shù)就是被測物體的亮度溫度這種光學(xué)高溫計叫“隱絲式光學(xué)高溫計”。2工作原理(1)問題：由于亮度超過14000C時，鎢絲易發(fā)生升華，（電阻值改變，且在燈泡玻璃上形成薄膜，改變了燈絲的溫度－亮度特性），造成測量誤差。

(2)灰色吸收玻璃的作用：加入吸收玻璃，在14000C以上時，可減弱熱源進(jìn)入儀表的亮度后，再和燈絲比較，加大光學(xué)高溫計的測量范圍。3一些元器件的作用1)灰色吸收玻璃2)紅色濾光片的作用：造成窄的光譜段，使其在波長范圍0.6-0.7μm內(nèi)進(jìn)行亮度比較。好處:在于當(dāng)被測溫度變化時，對于一般的工業(yè)用光學(xué)高溫計，可認(rèn)為波長λ變化被忽略，一般λ

＝0.66μm4光學(xué)高溫計的測溫下限由于人眼是感受件，只能看到可見光，這限制了被測物體的溫度不能低于700℃（1）減少ελ的影響：光譜發(fā)射率ελ不是常數(shù)，給測量帶來誤差。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件。

例如測量爐膛溫度，可插入一根細(xì)長而有底的陶瓷管l/d>10，在充分受熱后，從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似認(rèn)為是全輻射體。5、使用光學(xué)高溫計時的注意事項（2）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計不要距離被測物體太遠(yuǎn)，一般應(yīng)在1—2m之內(nèi)比較合適。光學(xué)高溫計和被測物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對輻射都有吸收作用，造成誤差。（3）光學(xué)高溫計不宜測反射光很強的物體，容易造成大誤差（4）光學(xué)高溫計的測