溫度檢測(cè)與儀表

溫度檢測(cè)與儀表第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)溫標(biāo)及測(cè)溫方法一、溫標(biāo)

溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。它利用一些物質(zhì)的“相平衡溫度”作為固定點(diǎn)刻在“標(biāo)尺”上，而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系(內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程)來描述。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。溫標(biāo)三要素：溫度計(jì)、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(TemperatureStandard)，而是溫度標(biāo)尺(TemperatureScale)的簡(jiǎn)稱。 國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)(美國(guó))、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。低溫高溫第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)（℉）1714年，F(xiàn)ahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)恒定溫度作固定點(diǎn)(212℉和32℉)，這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計(jì)分成180等份，每等份定為1華氏度(℉)。遺憾：把冰點(diǎn)定為32度而不是0度。列氏溫標(biāo)(oR’)1731年Réaumur提出：水的冰點(diǎn)被定為列氏0度，而沸點(diǎn)則為列氏80度【因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)濃度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從1000單位膨脹到1080單位】。攝氏溫標(biāo)(℃)1742年Celsius提出：最初定義“水的冰點(diǎn)定為一百攝氏度，沸點(diǎn)定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用，即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣，ITS-90有專門定義。開氏溫標(biāo)(K)1854年Kelvin提出：把絕對(duì)零度(0K)到水的三相點(diǎn)溫度(273.16K)等分為273.16份，每份就是1開氏度。其分度間隔和攝氏溫標(biāo)間隔一致，Δt(1℃)=ΔT(1K)。蘭氏溫標(biāo)(oR)Rankine溫標(biāo)是美國(guó)工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對(duì)零度，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為491.67和671.67蘭氏度(oR)，中間分成180等分，每一等分為1oR。第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度====================華氏度=1.8攝氏度+32華氏度=1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32====================開氏度=攝氏度+273.15開氏度=1.25列氏度+273.15開氏度=5(華氏度-32)/9+273.15開氏度=5蘭氏度/9第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、測(cè)溫方法及分類測(cè)溫方法很多種，可分為：按測(cè)量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等；按用途分，有基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)。

第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日物理現(xiàn)象

體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫測(cè)量原理物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹

液體膨脹式溫度計(jì)

固體膨脹式溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日體積熱膨脹式不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日裝滿熱水后圖案變得清晰可辨示溫涂料（變色涂料）第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日紅外溫度計(jì)第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日接觸式：測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)溫精度較高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象必須經(jīng)過充分的熱交換且達(dá)到平衡后才能測(cè)量，這樣容易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，同時(shí)帶來測(cè)溫過程的延遲現(xiàn)象，不適于測(cè)量熱容量小的對(duì)象、極高溫的對(duì)象、處于運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象。不適于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過熱輻射進(jìn)行熱交換，或測(cè)溫元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測(cè)量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)。非接觸式測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測(cè)量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。

第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電偶溫度計(jì)熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換。用途：用來測(cè)量流體、固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB一、熱電偶測(cè)溫原理熱電極A左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電極A左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

右端稱為：自由端（參考端、冷端）

熱電極B熱電極A左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路(如下圖)，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則回路中就會(huì)有電流產(chǎn)生。也就是回路中會(huì)有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)，該效應(yīng)首先由賽貝克發(fā)現(xiàn)，故也稱賽貝克效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱電偶原理圖TT0AB冷端熱端自由端工作端第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶有關(guān)術(shù)語兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則該回路中就會(huì)有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為熱電效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。稱導(dǎo)體A,B為熱電極。其中一個(gè)接點(diǎn)通常是焊接在一起被置于測(cè)溫場(chǎng)感受被測(cè)溫度，稱為測(cè)量端、熱端或工作端；而另一個(gè)接點(diǎn)遠(yuǎn)離測(cè)量端，且要求溫度恒定，稱為自由端、冷端或參比端。第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(一)接觸電勢(shì)電子密度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí)，在其接點(diǎn)處產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低：式中，NA(T)和NB(T)—材料A和B在溫度T時(shí)的電子密度；

e—單位電荷，4.802×10-10絕對(duì)靜電單位；

K—波爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/℃；T—材料溫度，K。NA>NB第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)溫差電勢(shì) 由于兩端溫度不同，在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端產(chǎn)生電勢(shì)，溫差電勢(shì)的方向是由低溫端指向高溫端，其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)：式中，

N—材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；T,T0—材料兩端的溫度；

t—沿材料長(zhǎng)度方向的溫度分布。E(T,T0)第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)熱電偶閉合回路的總熱電動(dòng)勢(shì) 閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即：結(jié)論：(1)只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，且兩端溫度必須不同；(2)熱電勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的大小尺寸及沿程溫度分布無關(guān)。第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、熱電偶的基本定律(性質(zhì))(一)均質(zhì)材料定律

由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路，不論沿材料長(zhǎng)度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。它要求組成熱電偶的兩種材料A

和B必須各自都是均質(zhì)的，否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，引入不均勻性誤差。因此在進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)要盡可能對(duì)電極材料進(jìn)行均勻性檢查和退火處理。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)。第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)中間導(dǎo)體定律在熱電偶測(cè)溫回路中插入第三種(或多種)導(dǎo)體(如圖中導(dǎo)體C)，只要其兩端溫度相同，則熱電偶回路的總熱電勢(shì)與串聯(lián)的中間導(dǎo)體無關(guān)【證明請(qǐng)參考教材2.2.2.2節(jié)】。第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)中間溫度定律在熱電偶測(cè)溫回路中，測(cè)量端的溫度為T，連接導(dǎo)線各端點(diǎn)的溫度分別為Tn和T0(見圖)，如A與A’，B與B’的熱電性質(zhì)相同，則總的熱電動(dòng)勢(shì)等于熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢(shì)EA’B’

(Tn,T0)的代數(shù)和，其中Tn為中間溫度，即EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’

(Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)參考電極定律 兩種導(dǎo)體A，B分別與參考電極C(標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶(如圖)，如果它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，那么，A與B兩熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可按下式求得：EAB(t,t0)=EAC(t,t0)+ECB(t,t0) 人們多采用高純鉑絲作為參考電極，這樣可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、熱電偶結(jié)構(gòu)典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)如圖所示。它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電極：一般金屬φ0.5~3.2mm，昂貴金屬φ0.3~0.6mm，長(zhǎng)度與被測(cè)物有關(guān)，一般在300~2000mm，通常在350mm左右。絕緣管：隔離熱電偶與被測(cè)物，一般在室溫下要5MΩ以上。保護(hù)套管：避免受被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷。接線盒：固定接線座，連接補(bǔ)償導(dǎo)線。(1)應(yīng)輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢(shì)E(t)和溫度t之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系；(2)能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能；(3)要求熱電偶材料有較高的導(dǎo)電率和較低的電阻溫度系數(shù)；(4)具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。熱電極材料要求第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日普通裝配型熱電偶結(jié)構(gòu)接線盒引出線套管

固定螺紋

(出廠時(shí)用塑料包裹)熱電偶工作端(熱端)

不銹鋼保護(hù)管

第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、熱電偶的分類(一)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種(目前我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一)：B

、R、S、K、N、E、J、T。

S、R、B三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，稱貴金屬熱電偶。K、N、T、E、J五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成，稱為廉價(jià)金屬熱電偶。工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶基本性能見表2-1。第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日表2-1工業(yè)用熱電偶測(cè)溫范圍名稱分度號(hào)測(cè)量范圍/℃適用氣氛穩(wěn)定性鉑銠30—鉑銠6B200～1800氧化、中性<1500℃，優(yōu)；>1500℃，良鉑銠13—鉑R-40～1600氧化、中性<1400℃，優(yōu)；>1400℃，良鉑銠10—鉑S鎳鉻—鎳硅(鋁)K-270～1300氧化、中性中等鎳鉻硅—鎳硅N-270～1260氧化、中性、還原良鎳鉻—康銅E-270～1000氧化、中性中等鐵—康銅J-40～760氧化、中性、還原、真空<500℃，良；>500℃，差銅—康銅T-270～350氧化、中性、還原、真空-170～200℃，優(yōu)鎢錸3—鎢錸25WRe3-WRe250～2300中性、還原、真空中等鎢錸5—鎢錸26WRe5-WRe26第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶的分度表第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)非標(biāo)準(zhǔn)化(特殊)熱電偶1、鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)：將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬套管封裝，壓實(shí)成可撓的堅(jiān)實(shí)組合體(如圖)。特性：慣性??；撓性、機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好。適用場(chǎng)合：可用于快速測(cè)溫或熱容量很小的物體的測(cè)溫部位，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可耐強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，還可用于高壓設(shè)備上測(cè)溫。1-金屬套管；2-絕緣材料；3-熱電極第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管(鎧體)

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日2、快速微型熱電偶特性：測(cè)溫元件小，響應(yīng)速度快，無需定期維修，準(zhǔn)確度較高；適用場(chǎng)合：高溫熔體(鋼水、鐵液等金屬熔體)的溫度測(cè)量。目前我國(guó)有兩類快速熱電偶，即快速鉑銠熱電偶與快速鎢錸熱電偶。1-外保護(hù)帽；2-U形石英管；3-外紙管；4-絕熱水泥；5-熱電偶自由端；6-棉花；7-絕熱紙管；8-小紙管；9-補(bǔ)償導(dǎo)線；10-塑料插件第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日3、薄膜式熱電偶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)極薄，約0.01~0.1μm。適用場(chǎng)合：適于壁面溫度≤300℃的快速測(cè)量。1-熱電極；2-工作端；3-絕緣基板；4-引出線第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日4、鎢錸系熱電偶 鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶，可以測(cè)到2400~2800℃高溫。 它的特點(diǎn)是在高溫下易氧化，只能用于真空和惰性氣氛中。熱電勢(shì)率大約為S型的2倍，在2000℃時(shí)的熱電勢(shì)接近30mV，價(jià)格僅為S型的1/10。

WRe熱電偶已成為冶金、材料、航天、航空及核能等行業(yè)中重要的測(cè)溫工具。第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日五、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償(1)根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理【E(t,t0)＝f(t)－f(t0)】，只有當(dāng)參比端溫度t0穩(wěn)定不變且已知時(shí)，才能得到熱電勢(shì)E和被測(cè)溫度t的單值函數(shù)關(guān)系。(2)實(shí)際使用的熱電偶分度表中熱電勢(shì)和溫度的對(duì)應(yīng)值是以t0=0℃為基礎(chǔ)的，但在實(shí)際測(cè)溫中由于環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件等原因，參比端溫度t0往往不穩(wěn)定，也不一定恰好等于0℃，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。

常用的冷端補(bǔ)償方法有如下幾種：第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(一)零度恒溫法(冰浴法) 這是一種精度最高的處理方法，可以使t0穩(wěn)定地維持在0℃。將碎冰和純水的混合物放在保溫瓶中，再把細(xì)玻璃試管插入冰水混合物中，在試管底部注入適量的油類或水銀，熱電偶的參比端就插到試管底部，滿足t0=0℃的要求。mVA’B’T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AB第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)計(jì)算修正法原理：在沒有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí)，可以設(shè)法把參比端置于已知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的t0，故可根據(jù)分度表查得E(t0,0)；根據(jù)中間溫度定律公式計(jì)算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根據(jù)所測(cè)得的熱電勢(shì)E(t,t0)和查到的E(t0,0)二者之和再去查熱電偶分度表，即可得到被測(cè)量的實(shí)際溫度t。例1：用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度t，參比端在室溫環(huán)境tn中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)E(t,tn)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出tn=21℃，求實(shí)際溫度t。解：查T分度號(hào)表得E(21,0)=0.830mV，故： E(t,0)=E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830 =2.829(mV) 再次查分度表，得實(shí)際溫度t≈68℃。注意：分度表中68℃對(duì)應(yīng)2.820mV，69℃時(shí)的熱電勢(shì)為2.864mV，實(shí)際溫度應(yīng)采用插值法計(jì)算出來。第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)冷端補(bǔ)償器法結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：R1=R2=R3=1Ω，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.3×10-3℃-1，當(dāng)溫度為0℃時(shí)R4=1Ω，R1-4組成不平衡電橋(補(bǔ)償器)。儀表輸入端電壓為熱電勢(shì)EAB(t,t0)與電橋不平衡電勢(shì)Uba之和，即E＝E(t,t0)+Uba。第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，從而可將熱電偶的參比端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場(chǎng)合，以免參比端溫度受到被測(cè)介質(zhì)的熱干擾。t0’變化頻繁t0較為穩(wěn)定第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日1、補(bǔ)償導(dǎo)線類型(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用(0～100℃)和耐熱用(0～150℃)；(4)按精度可分為普通級(jí)與精密級(jí)。(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參比端溫度的修正和測(cè)量誤差的減少；(3)用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。2、補(bǔ)償導(dǎo)線作用(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶用；(2)使用時(shí)必須各級(jí)相連，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0~100℃及0~150℃兩種。3、補(bǔ)償導(dǎo)線的使用第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(五)儀表機(jī)械調(diào)零法(現(xiàn)場(chǎng)近似法)在不需精確測(cè)量的前提下，且熱電偶冷端溫度較為穩(wěn)定，可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)先調(diào)整到t0℃(按溫度刻度)或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度)，從而實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償，參見下圖。該法常見于動(dòng)圈式儀表中。指針被預(yù)調(diào)到冷端溫度(40C)第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日六、熱電偶測(cè)溫線路(一)單點(diǎn)測(cè)溫基本線路53211—熱電偶；2—補(bǔ)償導(dǎo)線；3—銅導(dǎo)線；4—溫度補(bǔ)償電橋；5—顯示儀表4第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)多點(diǎn)測(cè)溫基本線路1—工作端熱電偶；2—工作端補(bǔ)償導(dǎo)線；3—接線板；4—銅導(dǎo)線；5—切換開關(guān)；6—數(shù)字顯示儀；7—參比端補(bǔ)償導(dǎo)線；8—參比端熱電偶第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)兩點(diǎn)溫度差的測(cè)量若熱電動(dòng)勢(shì)E與溫度T呈線性關(guān)系，則t=T1-T2。tBAABA’A’B’E=E1－E2E1E2T1T2第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)多點(diǎn)平均溫度的測(cè)量t三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著平均溫度。每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻，且分度與單個(gè)熱電偶一樣。某一熱電偶?jí)牧瞬灰准皶r(shí)發(fā)現(xiàn)。BABABAT1T2T3第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(五)多點(diǎn)溫度和測(cè)量t三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可得到較大的電動(dòng)勢(shì)。每一熱電偶引出的補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。BABABAT1T2T3第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)電阻溫度計(jì)一、熱電阻測(cè)溫原理

電阻溫度計(jì)工作原理就是當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，將變化的電阻值作為電信號(hào)輸入顯示儀表，通過測(cè)量電路的轉(zhuǎn)換，在儀表上顯示出溫度的變化值。(一)鉑熱電阻

采用高純度鉑絲繞制成。具有測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是低溫測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)儀器。繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵：(1)鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也愈高；(2)鉑絲純度常用R100/R0表示，R100和R0分別表示100℃和0℃條件下的電阻值。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定R100/R0>1.3925；對(duì)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)，根據(jù)ITS-90，R100/R0=1.3851~1.3925。第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日鉑電阻的電阻-溫度關(guān)系-200℃≤t≤0℃:Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0℃≤t≤850℃:Rt=R0[1+At+Bt2]當(dāng)R100/R0=1.3851時(shí)，A=3.9083×10-3(℃-1);

B=-5.775×10-7(℃-2);C=-4.183×10-12(℃-4)

鉑電阻的分度號(hào)及允許誤差表

鉑熱電阻測(cè)溫范圍分度號(hào)R0/Ω最大允許誤差/℃A級(jí)-200~850Pt10Pt10010100±(0.15+0.002|t|)B級(jí)Pt10Pt10010100±(0.30+0.005|t|)第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)銅熱電阻 在準(zhǔn)確度要求不高，且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅電阻測(cè)溫。測(cè)溫范圍為-50~150℃，分度號(hào)為Cu50和Cu100，在0℃時(shí)R0的阻值分別為50Ω和100Ω。銅電阻電阻溫度系數(shù)較大，價(jià)格便宜，但電阻率低，體積大，熱慣性較大。 銅電阻阻值-溫度關(guān)系(ITS-90)為：Rt=R0[1+At+Bt(t-100)+Ct2(t-100)]式中，A=4.280×10-3(℃-1);B=-9.31×10-8(℃-2);

C=1.23×10-9(℃-3)。 銅熱電阻的允許誤差為：±(0.30+0.006|t|)第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)其他熱電阻1、鎳熱電阻 特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。 在-50～150℃內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為

Rt=100+0.5485t+0.665×10-3t2+2.805×10-9t4半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場(chǎng)合下(-40~350℃)，它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀，由于體積可以做得很小，熱慣性小，適合快速測(cè)溫；電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高；電阻值高，在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起的誤差可以忽略；功耗小，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。根據(jù)材料組成的不同，熱敏電阻的溫度特性也不一樣。按其溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度熱敏電阻CTR。2、半導(dǎo)體熱敏電阻第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、熱電阻的結(jié)構(gòu)工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu)直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、熱電阻測(cè)溫線路 熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量電路最常用的是電橋電路，其測(cè)量原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導(dǎo)線，共兩根導(dǎo)線，這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導(dǎo)線作為電橋的一臂，利用該不平衡電橋?qū)犭娮枳柚缔D(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電勢(shì)，再送入顯示(或控制)儀表G。內(nèi)引線(白)內(nèi)引線(紅)熱電阻絲E(a)原理圖(b)內(nèi)部引線方式二線制接法引線方式RtGR1R2R3外接線端內(nèi)焊接點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)？第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三線制熱電阻引線方式及測(cè)溫電橋接法(a)內(nèi)部引線方式;(b)接法一;(c)接法二優(yōu)缺點(diǎn)？自熱效應(yīng)與電路設(shè)計(jì)第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四線制熱電阻引線方式及測(cè)溫電橋接法(a)內(nèi)部引線方式；(b)測(cè)量橋路及其等效電路優(yōu)缺點(diǎn)第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)輻射溫度計(jì)任何物體，其溫度超過絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。而把能對(duì)被測(cè)物體熱輻射能量進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定被測(cè)物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。輻射式溫度計(jì)的感溫元件不需和被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)直接接觸。輻射測(cè)溫方法廣泛應(yīng)用于900℃以上的高溫區(qū)測(cè)量中，近年來隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，測(cè)溫的下限已下移到常溫區(qū)，大大擴(kuò)展了非接觸式測(cè)溫的使用范圍。第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日一、輻射測(cè)溫原理(一)普朗克定律

(二)維恩公式E=seT4(三)斯忒潘—玻耳茲曼定律第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日輻射測(cè)溫原理及有關(guān)問題由上面有關(guān)公式可知，在一定波長(zhǎng)下，測(cè)量物體的輻射強(qiáng)度，可推算出其溫度，這就是輻射溫度計(jì)測(cè)溫的基本原理。由測(cè)量原理可知，在輻射式測(cè)溫中必須解決以下三個(gè)基本問題：

(1)怎樣測(cè)量輻射強(qiáng)度

(2)怎樣保證測(cè)量在一定波長(zhǎng)(單色光)下進(jìn)行

(3)測(cè)量結(jié)果中如何考慮輻射率ε的影響

對(duì)于以上問題的不同解答，就產(chǎn)生了不同的輻射式溫度計(jì)。第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、亮度高溫計(jì)依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的關(guān)系，可以測(cè)出物體的溫度。 類型：光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；硅輻射溫度計(jì)。1、燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)1-物鏡1;2-吸收玻璃;3-標(biāo)準(zhǔn)燈;4-目鏡;5-濾光片;6-毫伏表;7-滑線電阻器(a)燈絲太暗；(b)燈絲太亮；(c)隱絲(正確)第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(a)工作原理示意圖(b)光調(diào)制器光電高溫計(jì)工作原理圖1-物鏡;2-光柵;3,5-孔;4-光電器件;6-遮光板;7-調(diào)制片;8-永久磁鋼;9-激磁繞組;10-透鏡;11-反射鏡;12-觀察孔;13-前置放大器;14-主放大鏡;15-反饋鏡;16-電子電位差計(jì);17-被測(cè)物體2、光電高溫計(jì)第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、比色高溫計(jì)

絕對(duì)黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)l1和l2的亮度比等于被測(cè)輻射體在相應(yīng)波長(zhǎng)下的亮度比時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度就稱為這個(gè)被測(cè)輻射體的比色溫度。與光譜輻射溫度計(jì)相比，比色高溫計(jì)的準(zhǔn)確度通常較高、更適合在煙霧、粉塵大等較惡劣環(huán)境下工作。WDS-II光電比色高溫計(jì)原理圖1-物鏡組；2-通孔成像鏡；3-調(diào)制盤；4-同步電機(jī)；5-硅光電池接收器；6-目鏡；7-倒像鏡；8-反射鏡第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日比色式溫度傳感器溫度非接觸測(cè)量中的應(yīng)用

比色式溫度傳感器采用比色式(雙波段)測(cè)溫原理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的非接觸測(cè)溫，用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn),測(cè)量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)充滿，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測(cè)量。比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中使用，如:煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射定律，基于被測(cè)物體的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。輻射溫度計(jì)由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對(duì)黑體進(jìn)行溫度分度的，因此用它測(cè)量非絕對(duì)黑體的具體物體溫度時(shí)，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實(shí)溫度，我們稱該溫度為此被測(cè)物體的輻射溫度。第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日輻射溫度計(jì)的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類。全輻射高溫計(jì)原理圖1-物鏡；2-光欄；玻璃泡；4-熱電堆；5-灰色濾光片；6-目鏡；7-鉑箔；8-云母片；9-二次儀表第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日五、紅外測(cè)溫(一)紅外溫度計(jì)

對(duì)于波長(zhǎng)約在0.75~40μm的紅外光譜波段，熱輻射體發(fā)出的部分光譜波段的輻射通量與溫度之間的關(guān)系，仍然可依據(jù)普朗克定律確定?？梢酝ㄟ^光探測(cè)器或熱探測(cè)器測(cè)量輻射通量進(jìn)而確定熱輻射體的溫度。利用紅外輻射測(cè)定溫度的方法，將非接觸式測(cè)溫向低溫方向延伸，低溫區(qū)已至-50℃，高溫區(qū)達(dá)3000℃。它由紅外探測(cè)器和顯示儀表兩大部分組成，其結(jié)構(gòu)與比色溫度計(jì)基本相同。第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日紅外測(cè)溫原理

全輻射測(cè)溫是測(cè)量物體所輻射出來的全波段輻射能量來決定物體的溫度。它是斯蒂芬—玻爾茲曼定律的應(yīng)用。紅外輻射測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)原理第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)紅外熱像儀熱像儀是利用紅外探測(cè)器按順序直接測(cè)量物體各部分發(fā)射出的紅外輻射，綜合起來就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖。由于熱像圖本身包含了被測(cè)物體的溫度信息，也稱溫度圖。熱像儀通常用于面積大且溫度分布不均勻的被測(cè)對(duì)象，欲求其整個(gè)面積的平均溫度或表面溫場(chǎng)隨時(shí)間的變化；在有限的區(qū)域內(nèi)，尋找過熱點(diǎn)或過熱區(qū)域的情況。第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日掃描熱像儀原理示意圖第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)測(cè)溫儀表的選擇及安裝一、溫度計(jì)的選擇原則

(1)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)測(cè)溫提出的要求；

(2)組成測(cè)溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套；

(3)注意儀表工作的環(huán)境；

(4)投資少且管理維護(hù)方便。第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、接觸式測(cè)溫元件的選型 一般根據(jù)溫度、氣氛來選：一般在t<500℃的中、低溫區(qū)用得較多的是熱電阻或熱敏電阻，在t500℃高溫區(qū)在線檢測(cè)中選用較多的是熱電偶；在-200～300℃時(shí)可選用T型或選用E型熱電偶;當(dāng)上限溫度<1000℃，可優(yōu)先選K型熱電偶;當(dāng)測(cè)溫范圍為1000～1400℃時(shí)，可選S或R型熱電偶;

當(dāng)測(cè)溫范圍為1400～1800℃時(shí)，應(yīng)選B型熱電偶;當(dāng)測(cè)溫上限大于1800℃，應(yīng)考慮選用非標(biāo)準(zhǔn)的鎢錸系列熱電偶。第七十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、非接觸式測(cè)溫元件的選型在同一溫度下，從儀表的靈敏度上講，光學(xué)高溫計(jì)的靈敏度最高；比色溫度計(jì)次之；輻射溫度計(jì)差一些。故國(guó)際溫標(biāo)以基準(zhǔn)光學(xué)(光電)高溫計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。測(cè)量誤差上來講，隨著溫度升高，TR、TL的相對(duì)誤差也增大，而TP的相對(duì)誤差維持不變；對(duì)于發(fā)射率低的物體，其TP與真實(shí)溫度相差較大，而比色溫度TR的差別最小。中間介質(zhì)對(duì)輻射溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響最大，光學(xué)高溫計(jì)次之，比色溫度計(jì)最小。第七十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、感溫元件的安裝要求(1)正確選擇測(cè)溫點(diǎn)；(2)避免熱輻射等引起的誤差；(3)防止引入干擾信號(hào)；(4)確保安全可靠。五、布線要求(1)熱電偶溫度計(jì)應(yīng)按規(guī)定型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，正、負(fù)極不要接錯(cuò)。(2)熱電阻應(yīng)采用三線制接法與顯示儀表相接。(3)導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣，信號(hào)導(dǎo)線不能與交直流電源輸電線合用一根穿線管。第七十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第六節(jié)新型溫度傳感器一、熱流計(jì)

熱流計(jì)由帶有熱電堆(若干個(gè)熱電偶串聯(lián))的薄片制成，用于設(shè)備散熱損失的測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將測(cè)頭貼附于壁的表面上，如圖所示，其輸出電勢(shì)E與熱流q成正比關(guān)系：

q=CE

式中，C是熱流計(jì)靈敏度系數(shù)，與熱電極材料、熱電偶數(shù)目以及熱流測(cè)頭導(dǎo)熱材料等有關(guān)。E123q1-被測(cè)表面;2-熱電堆3-熱流測(cè)頭第七十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、光纖光柵溫度傳感器光纖傳感器是一種將被測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置，具有靈敏度高，抗電磁干擾，耐高溫、耐腐蝕，體積小、重量輕等特點(diǎn)。作為功能型光纖傳感器中的一種新型傳感器，光纖光柵制作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。光纖光柵傳感器可以檢測(cè)的物理量很多，包括溫度、壓力、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、扭角、扭應(yīng)力、加速度、電流、