研究溫度測量資料教程

第2章溫度測量2.1溫標(biāo)與測溫方法2.2膨脹式與壓力式溫度計(jì)2.3熱電偶溫度計(jì)2.4熱電阻溫度計(jì)2.5接觸式測溫誤差及對(duì)策2.6非接觸式測溫2.7新型溫度傳感器2025/1/1312.1溫標(biāo)與測溫方法一、基本概念溫度宏觀上，表征物體冷熱程度的物理量；溫標(biāo)衡量溫度高低、表示溫度數(shù)值的一套規(guī)則。微觀上，表征物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。建立現(xiàn)代溫標(biāo)必具備的條件：固定的溫度點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）測溫儀器溫標(biāo)方程（內(nèi)插公式）2025/1/132熱平衡兩個(gè)冷熱程度不同的物體相接觸后會(huì)產(chǎn)生熱交換，熱交換結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，此時(shí)它們的溫度相同溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)由特定的測溫質(zhì)和測溫量確定的溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)第二定律確定的溫標(biāo)。特點(diǎn)：與選用的測溫介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨測溫介質(zhì)而變的缺陷由玻意耳—馬略特定律確定的溫標(biāo)。2025/1/133攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：目前推行的是1990年國際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90：

熱力學(xué)溫度用符號(hào)T90表示，單位為開爾文，符號(hào)為K。攝氏溫度的符號(hào)為t90，單位是攝氏度，符號(hào)為℃。溫標(biāo)的傳遞2025/1/135利用物體的某一物理性質(zhì)（物理性質(zhì)隨溫度變化的特性）將其作成溫度敏感元件，通過溫度敏感元件與被測對(duì)象的熱交換，測量相關(guān)的物理量，即可間接的獲取被測對(duì)象的溫度值。溫度測量原理2025/1/136二、測溫方法的分類1.接觸式測量

測溫元件直接與被測對(duì)象相接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換，當(dāng)傳熱量為零時(shí)，二者溫度相等。

優(yōu)點(diǎn)：

測溫精度相對(duì)較高；直觀可靠；測溫儀表價(jià)格相對(duì)較低缺點(diǎn)：

感溫元件影響被測溫度場的分布；接觸不良會(huì)帶來測溫誤差；具有腐蝕性或溫度太高的被測介質(zhì)對(duì)感溫元件性能和

壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。

熱電偶、熱電阻、熱膨脹式、集成溫度傳感器2025/1/1372.非接觸式測量感溫元件不與被測對(duì)象直接接觸，而是通過接受被測物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換優(yōu)點(diǎn)：

不改變被測物體的溫度分布；具有較高的測溫上限；

熱慣性小，便于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度及快速變化的溫度。電渦流式、輻射式2025/1/138接觸式與非接觸式測溫特點(diǎn)比較方式

接觸式

非接觸式

測量條件

感溫元件要與被測對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度;被測對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕

需準(zhǔn)確知道被測對(duì)象表面發(fā)射率；被測對(duì)象的輻射能充分照射到檢測元件上

測量范圍

特別適合1200℃以下、熱容大、無腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測溫，對(duì)高于l300℃以上的溫度測量較困難原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測量誤差大，能測運(yùn)動(dòng)物體和熱容小的物體溫度

精度

工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí)通常為1.0、1.5、2.5級(jí)

響應(yīng)速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為2～3秒鐘

其它特點(diǎn)

整個(gè)測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng)

整個(gè)測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置2025/1/139三、測溫儀器的分類按物理性質(zhì)分：物質(zhì)的熱膨脹與溫度的關(guān)系—液體膨脹溫度計(jì)（玻璃水銀）、固體膨脹溫度計(jì)（雙金屬）、氣體膨脹溫度計(jì)（壓力表式）利用熱電效應(yīng)—熱電偶（兩種不同金屬導(dǎo)體在兩個(gè)端點(diǎn)上互相接觸，當(dāng)其兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢）利用金屬或半導(dǎo)體阻值與溫度的關(guān)系—熱電阻（鉑、銅等）利用物體的輻射能與溫度的關(guān)系—輻射溫度計(jì)（輻射能與溫度存在一定的關(guān)系，如光電高溫計(jì)）2025/1/1310按溫度計(jì)感溫部分是否與被測物體相接觸分：接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)

按照溫度測量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測量。超低溫一般是指0～10K，低溫指10～800K，中溫指800～1900K，高溫指1900～2800K的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。注意2025/1/13112.2膨脹式與壓力式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)利用物質(zhì)熱脹冷縮現(xiàn)象，通過測量物質(zhì)膨脹或收縮量來反映被測溫度的溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)

利用液體的熱脹冷縮現(xiàn)象典型應(yīng)用：玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)是由液體儲(chǔ)囊，毛細(xì)管，刻度標(biāo)尺和膨脹室四部分組成。1-液體儲(chǔ)囊

2-毛細(xì)管

3-刻度標(biāo)尺

4-膨脹室2025/1/1312某液體在溫度為t1時(shí)的體積為Vt1，在溫度為t2時(shí)的體積為Vt2，由于溫度變化引起的體積變化可以用下式表示：—液體在溫度t1到t2下的平均體膨脹系數(shù)V0—液體在0

C時(shí)的體積液體在玻璃管內(nèi)的視膨脹系數(shù)：常見液體的體膨脹系數(shù)和相對(duì)玻璃的視膨脹系數(shù)見表2-22025/1/1313溫度計(jì)的靈敏度：—溫度計(jì)上對(duì)應(yīng)刻度每1

C，液體在毛細(xì)管中的長度—液體在0～100

C間的視膨脹系數(shù)—液體儲(chǔ)囊的容積—毛細(xì)管的橫截面積2025/1/1314按照基本結(jié)構(gòu)形式不同，玻璃液體溫度計(jì)可分為：棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式根據(jù)所填充的工作液體不同，可分為水銀溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)兩類。玻璃管液體溫度計(jì)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，使用方便缺點(diǎn)：易碎、不能遠(yuǎn)傳信號(hào)和自動(dòng)記錄等玻璃管液體溫度計(jì)的分類：水銀溫度計(jì)不粘玻璃，不易氧化，容易獲得較高精度，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)（－38～356℃）保持液態(tài)，在200℃以下，其膨脹系數(shù)幾乎和溫度呈線性關(guān)系，所以可作為精密的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。2025/1/1315電接點(diǎn)溫度計(jì)：1-細(xì)長螺釘；2-橢圓形螺母；

3-細(xì)導(dǎo)線；4-磁鋼帽；5-扁平鐵塊；6、7-外引線如何實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的變化，即溫度額定值的設(shè)置？優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，既可指示溫度，也可控制溫度缺點(diǎn)：易碎，且破碎后水銀會(huì)污染環(huán)境。應(yīng)用：恒溫水槽、油槽及空調(diào)系統(tǒng)2025/1/1316固體膨脹式溫度計(jì)：應(yīng)用固體線膨脹原理測溫典型應(yīng)用：雙金屬片溫度計(jì)。原理：利用線膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬材料制成雙層片狀元件，在溫度變化時(shí)因彎曲變形而使其另一端有明顯位移，借此帶動(dòng)指針在溫度刻度盤上移動(dòng)。應(yīng)用2025/1/1317二、壓力式溫度計(jì)根據(jù)封閉系統(tǒng)的液體或氣體受熱后壓力變化的原理1-溫包；2-毛細(xì)導(dǎo)管；3-壓力計(jì)根據(jù)工作物質(zhì)的不同，可分為氣體、液體、蒸汽式壓力溫度計(jì)。氣體式，一般充氮?dú)?，測溫上限可達(dá)500℃，線性刻度，但是溫包體積大，熱慣性大。液體式，一般充二甲苯、甲醇等，溫包小些，測溫范圍分別為－40℃～200℃和－40℃～170℃，蒸汽式，一般充丙酮、乙醚等，利用低沸點(diǎn)蒸發(fā)液體的飽和壓力隨被測溫度而變的原理，用于50℃～200℃?？潭瘸史蔷€性關(guān)系，溫度計(jì)刻度是不均勻的。2025/1/13182.3熱電偶溫度計(jì)特點(diǎn)：應(yīng)用廣泛；靈敏度好；精度高；易保證單值函數(shù)關(guān)系；穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性好；響應(yīng)時(shí)間較快、材料易得到；互換性好，價(jià)格較低；測溫范圍寬（-296℃～2800℃）。2025/1/1319一.測溫原理熱電效應(yīng)thermoelectricityeffect（或塞貝克效應(yīng)）：將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度（T和T0）不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢的現(xiàn)象。兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路稱為熱電偶。導(dǎo)體A或B稱為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為T的被測對(duì)象中的稱為測量端（工作端或熱端），溫度為參考溫度T0的接點(diǎn)稱為參比端或參考端，也叫自由端或冷端。BAT0T2025/1/1320閉合回路的熱電動(dòng)勢由兩種電動(dòng)勢組成：溫差電動(dòng)勢（同一導(dǎo)體）和接觸電動(dòng)勢（兩種不同導(dǎo)體）在熱電偶回路中接一毫伏表，測量發(fā)現(xiàn)，熱電勢與熱電極的材料和兩端的溫差有關(guān)：熱電勢=接觸電勢+溫差電勢2025/1/1321BAT0T接觸電動(dòng)勢(珀?duì)柼妱?dòng)勢)：指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因各自的自由電子密度不同而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后所形成的電勢。接觸電勢的大小與溫度和熱電極的電子密度差（導(dǎo)體的材料）成正比：溫度越高，接觸電勢越大；電子密度差越大，接觸電勢也越大。注意2025/1/1322溫差電動(dòng)勢（湯姆遜電動(dòng)勢）：同一導(dǎo)體兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢。溫差電動(dòng)勢的大小，取決于熱電極兩端的溫差：溫差越大，溫差電動(dòng)勢越大；注意2025/1/1323熱電偶回路中總的熱電勢為：兩個(gè)接觸電動(dòng)勢兩個(gè)溫差電動(dòng)勢討論1.A、B為同一種材料，（NA＝NB，

A=

B），則EAB（T,T0)=02.T=T0，則EAB（T,T0)=02025/1/1324討論1.熱電動(dòng)勢是溫度的函數(shù)之差，不是溫差的函數(shù)；若T0=const，則熱電動(dòng)勢與T一一對(duì)應(yīng)。2.熱電動(dòng)勢大小只與導(dǎo)體材質(zhì)和接點(diǎn)溫度相關(guān)，而與形狀、接觸面積無關(guān)。2025/1/13254.在熱電偶回路中，接觸電勢比溫差電勢大得多，因此總熱電勢的極性總是取決于接觸電勢的極性。3.熱電偶中電子密度高的導(dǎo)體稱正電極，電子密度低的導(dǎo)體稱為負(fù)電極；熱電動(dòng)勢的符號(hào)EAB(T,T0)規(guī)定了正、負(fù)電極順序和高溫、低溫端順序，若電極和或溫度順序互換，熱電動(dòng)勢的極性就反相。例：2025/1/1326二.熱電偶的基本定律1、

均質(zhì)導(dǎo)體定律同種均質(zhì)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面、長度以及溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。說明：（1）一種均質(zhì)材料不能構(gòu)成熱電偶，必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成；（2）若熱電極材料不均勻，由于溫度梯度的存在，將產(chǎn)生附加熱電動(dòng)勢應(yīng)用：

檢查熱電極材料的均勻性（兩極用同一種材料）

檢驗(yàn)熱電極材料成分是否相同2025/1/13272、中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入中間均質(zhì)導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢值沒有影響。應(yīng)用：

采用儀表測量熱電偶的熱電動(dòng)勢

用熱電偶開路測量金屬壁溫、液態(tài)金屬溫度熱電偶回路中還可以加入第四、五種導(dǎo)體，只要加入導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相等，回路的總熱電勢就與原回路的熱電勢相同。注意2025/1/13283、標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果A、B對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極C材料的熱電動(dòng)勢已知，則A、B構(gòu)成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢是它們分別對(duì)C構(gòu)成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。說明：只要通過實(shí)驗(yàn)獲得各電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢，則其中任意兩個(gè)電極構(gòu)成的熱電偶的熱電動(dòng)勢都可通過計(jì)算獲得一般選擇高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極=+TA

BT0TA

CT0TCBT02025/1/1329例1、已知在熱端100

C，冷端0

C時(shí)，銅鉑相配熱電動(dòng)勢為0.75mv，考銅與鉑相配的熱電動(dòng)勢為-4.0mv，問銅-考銅熱電偶在此溫度下的熱電動(dòng)勢？解：設(shè)銅為A，考銅為B，鉑為C由已知EAC(100，0)=0.75mv，EBC(100，0)=-4mv則，EAB(100，0)=EAC(100，0)+ECB(100，0)=4.75mv2025/1/13304、連接導(dǎo)體定律熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與導(dǎo)體A’、B’相接，接點(diǎn)溫度分別為T、Tn、T0，則回路總電動(dòng)勢等于熱電偶熱電動(dòng)勢和連接導(dǎo)體熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。應(yīng)用：

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線2025/1/13315、中間溫度定律兩種均質(zhì)材料A、B構(gòu)成熱電偶，接點(diǎn)溫度分別為T、T0，若有一個(gè)中間溫度Tn，則回路總電動(dòng)勢不受中間溫度的影響。等價(jià)形式應(yīng)用：

使用《熱電偶分度表》2025/1/13322025/1/1333三、熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求：2．熱靈敏度高，熱電勢大，測溫范圍寬，熱電勢隨溫度的變化率要大，熱電勢與溫度盡可能成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系1．材質(zhì)要均勻，能耐高溫，機(jī)械性能好，能加工成絲，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，不易氧化、變形及腐蝕3．導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)要小，電阻率小4．材料復(fù)制性和互換性好，便于批量生產(chǎn)，制造簡單，價(jià)值低廉2025/1/1334按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型、T型非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶貴金屬（鉑銠系列、銥銠系列，鉑-金）貴-廉金屬混合式（金鐵合金、雙鉑鉬）難熔金屬（鎢錸合金、鎢鉬）非金屬貴金屬廉金屬統(tǒng)一的分度表，并統(tǒng)一規(guī)定熱電極材料、熱電性質(zhì)和允許偏差表2-3熱電勢-溫度特性曲線熱電偶的結(jié)構(gòu)1、普通裝配式熱電偶結(jié)構(gòu)2025/1/1335接線盒保護(hù)套管絕緣管熱電偶安裝固定件引線口工程上使用的熱電偶大多是由熱電極、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒等幾部分組成。熱電偶與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。典型結(jié)構(gòu)有普通裝配式結(jié)構(gòu)和柔性安裝的鎧裝結(jié)構(gòu)。2、鎧裝熱電偶將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者經(jīng)拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。結(jié)構(gòu)形式多樣：碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。特點(diǎn)：鎧裝熱電偶具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性好、柔軟可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上。2025/1/1336熱電極絕緣材料金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米常用冷端處理方法：1、補(bǔ)償導(dǎo)線法

2、參比端恒溫法3、計(jì)算修正法4、冷端補(bǔ)償器法5、軟件修正法2025/1/1337三、熱電偶的冷端處理1、補(bǔ)償導(dǎo)線法基本原理：連接導(dǎo)體定律補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在100℃（或200℃）以下范圍內(nèi)應(yīng)與所取代的熱電偶絲的熱電特性基本一致，且電阻率低，價(jià)格必須比主熱電偶絲便宜。2025/1/1338補(bǔ)償導(dǎo)線的連接線路：T0TnT3BAB’A’2補(bǔ)償導(dǎo)線E0隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國際電工委員會(huì)也制定了國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。補(bǔ)償導(dǎo)線分延長型和補(bǔ)償型兩種：延長型(X)：導(dǎo)線的化學(xué)成分及熱電勢標(biāo)稱值與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤Ｑa(bǔ)償型(C)：導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償熱電偶不同；熱電勢值在100℃（或200℃）以下與與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?。?-4，2-5.2025/1/13392025/1/13401、各種延長線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。2、注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差。3、延長線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同。注意A’B’屏蔽層保護(hù)層2025/1/13412、參比端恒溫法將參比端置于恒溫的容器中。1-冰水混合物；2-保溫瓶；3-油類或水銀；4-蒸餾水；5-試管；6-蓋；7-銅導(dǎo)線；8-熱電勢測量儀表一般在實(shí)驗(yàn)室中或精密測量中使用。3、計(jì)算修正法E

(T,0)=E

(T,T0)+E

(T0

,0)若參比端溫度恒為環(huán)境溫度T0，測出E

(T,T0)，并根據(jù)中間溫度定則，求： 2025/1/1342②查表①實(shí)測③④查表得實(shí)際t2025/1/1343例：用K型熱電偶測溫，顯示儀表讀數(shù)為500℃，且儀表以分度表為依據(jù)，但此時(shí)冷端溫度為50℃，問實(shí)際被測溫度為多少？解：由分度表查得：E(500,0)=20.664mv設(shè)被測溫度為T，則E(T,50)=20.664mv

E(T,0)=E(T,50)+E(50,0)=20.664+2.023=22.667mv查表插值計(jì)算T=547.43℃54722.64954822.691T22.667注意在分度表的相鄰數(shù)據(jù)之間可采用線性內(nèi)插算法求中間值。利用不平衡電橋產(chǎn)生電勢補(bǔ)償熱電偶由于參比端溫度變化而引起的熱電勢變化。4、冷端補(bǔ)償器（補(bǔ)償電橋法）2025/1/1344當(dāng)T0↑↗

↘

→

1-熱電偶；2-補(bǔ)償導(dǎo)線；3-銅導(dǎo)線；4-指示儀表；5-冷端補(bǔ)償器R1=R2=R3=1

R4=1

(平衡點(diǎn))實(shí)際的補(bǔ)償電橋一般是按T0＝20℃設(shè)計(jì)。冷端補(bǔ)償器要求：不同分度號(hào)的熱電偶配用不同的冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器中的銅電阻必須與冷端同溫補(bǔ)償范圍有限（一定精度內(nèi)，一般為0～50

℃

）極性不能接反熱電偶的熱電特性是非線性，補(bǔ)償器的輸出電壓與溫度的關(guān)系也是非線性，且兩個(gè)特性曲線不一致，因此，只能是近似補(bǔ)償2025/1/13452025/1/13465、軟件修正法對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需使用計(jì)算修正法。對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其他傳感器把信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。四、與熱電偶配接的常用儀表動(dòng)圈式儀表電位差計(jì)數(shù)字電壓表及數(shù)顯儀表

2025/1/1348以電位差計(jì)測量為例2025/1/1349五、熱電偶測溫的基本誤差分度誤差儀表誤差冷端處理誤差接線誤差漏電誤差2.4熱電阻溫度計(jì)2025/1/1350缺點(diǎn)：需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象，影響測量精度。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，無需參比溫度，性能穩(wěn)定，測量精度高（尤其在中、低溫范圍內(nèi)其精度高于熱電偶溫度計(jì)），測溫范圍較寬（-200～850°C）。一、測溫原理根據(jù)金屬導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的特性。因此，只要測出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出被測溫度。目前，主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類2025/1/13512025/1/1352絕大多數(shù)金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，即溫度越高，電阻越大，電阻隨溫度的變化可用多項(xiàng)式表示：大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，其電阻值與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為其中RT，RT0分別為溫度為T、T0時(shí)的電阻值，B為取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)其中，Rt和R0分別為t

C和0

C的電阻值，A、B、C均為常數(shù)，由熱電阻的材料決定溫度每改變1度，電阻值的相對(duì)變化2025/1/1353

材料選擇要求：

①電阻與溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系，最好是線性②電阻溫度系數(shù)

要盡可能大，以得到高靈敏度③電阻率要大，減小熱電阻的體積，減小熱慣性④在測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定⑤復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，價(jià)格低＊目前使用較多的熱電阻材料為銅、鉑。電阻的溫度系數(shù)：2025/1/1354二、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻1、鉑熱電阻特點(diǎn)：鉑熱電阻的精度高，體積小，測溫范圍寬，穩(wěn)定性好，再現(xiàn)性好，但是價(jià)格較貴。電阻與溫度的關(guān)系為：測溫范圍：-200～850℃，分度號(hào)為Pt10和Pt100。2025/1/13鉑熱電阻、銅熱電阻比較見表2-6，分度表見附錄552、銅熱電阻特點(diǎn)：銅熱電阻線性較好，價(jià)格低，但電阻率低，因而體積較大，熱響應(yīng)慢。電阻與溫度的關(guān)系為：使用范圍：-40～140℃，分度號(hào)為Cu50和Cu100。2025/1/13563、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的結(jié)構(gòu)？與熱電偶結(jié)構(gòu)形式有何異同普通型、鎧裝型普通型裝配式熱電阻外型相同內(nèi)部不同：感溫元件不同；接線盒內(nèi)部的接線座不同（熱電偶2個(gè)，熱電阻為了消除引線電阻影響有3個(gè)或4個(gè)）。2025/1/1357鎧裝熱電阻

將鉑熱電阻感溫元件、引線、絕緣粉組裝在不銹鋼管內(nèi)再經(jīng)模具拉伸構(gòu)成堅(jiān)實(shí)整體。優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)實(shí)、抗震、線徑小、使用安裝方便。2025/1/1358汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻小型鉑熱電阻普通型鉑熱電阻2025/1/13594、熱電阻引線方式引線方式有二線制、三線制和四線制三種。rr這種引線方式簡單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。二線制EnRtR3R2R1aRJbdcG2025/1/1360三線制EnRtR3R2R1aRJbdcGrrr圖中Rt的三根連接導(dǎo)線，直徑和長度均相同，阻值都為r。（1）電橋平衡測電阻電橋平衡

R1(R3+r)=R2(Rt+r)若設(shè)計(jì)R1=R2，則Rt=R3

，則溫度變化時(shí)調(diào)整R3使電橋平衡，可變電阻R3即可刻度Rt，同時(shí)不受連線電阻影響2025/1/1361EnRtR3R2R1aRJbdcGrrr（2）電橋不平衡測電阻除Rt外，其余電阻均不可變假設(shè)設(shè)計(jì)工況（如0

C時(shí)）電橋平衡，溫度變化時(shí)Rt變化，電橋不再平衡，根據(jù)檢流計(jì)中的電流值及其它元件參數(shù)，可計(jì)算Rt。此時(shí)，測量精度與電路中的所有元件相關(guān)，且這些元件均要保持穩(wěn)定，導(dǎo)線電阻也不能完全補(bǔ)償。2025/1/1362四線制電位差計(jì)+—IrrrrURt恒流源熱電阻兩端各連兩根導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線連接恒流源，另兩根連接測量儀表（如電位差計(jì)）。電位差計(jì)是高阻抗，故連線電阻r對(duì)電位差U不產(chǎn)生影響?？捎糜诟呔葯z測。2025/1/1363用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的測溫敏感元件。三、熱敏電阻溫度計(jì)溫度系數(shù)：有正、負(fù)和臨界溫度系數(shù)三種。其溫度特性曲線如圖。溫度檢測用熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。其余兩種多用于溫度開關(guān)器件。2025/1/1364由定義，NTC熱敏電阻的溫度系數(shù)α為可見：熱敏電阻的溫度系數(shù)α是隨溫度T變化的，T

越小，B值越大，靈敏度越高。NTC熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系近似表示為：2025/1/1365

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻玻璃封裝NTC熱敏電阻貼片式NTC熱敏電阻2025/1/1366熱敏電阻

熱敏電阻體溫表熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制2025/1/1367四、熱電阻的測溫誤差分析分度誤差通電發(fā)熱誤差線路電阻不同或變化引入的測量誤差附加熱電動(dòng)勢熱電偶與熱電阻比較輸出信號(hào)電源響應(yīng)速度測溫上限熱電偶在0-100℃之間，輸出為mV級(jí)電壓，不易測量不需外加電源感溫部分尺寸小，響應(yīng)速度快同等材料，測溫上限高熱電阻輸出為電阻增量，幾十歐姆，容易測量需要外接電源感溫部分尺寸較大，響應(yīng)速度慢受絕緣支架材質(zhì)影響，測溫上限低于熱電偶2.5接觸式測溫誤差及對(duì)策接觸式測溫誤差動(dòng)態(tài)溫差靜態(tài)溫差（傳熱誤差）2025/1/1369一、接觸測溫過程中的傳熱問題鍋爐尾部煙道煙溫測量傳熱過程示意圖

圖2-302025/1/1370二、導(dǎo)熱誤差及其對(duì)策導(dǎo)熱誤差：被測對(duì)象通過傳感器以導(dǎo)熱方式向周圍介質(zhì)散熱引起的測溫誤差例圖2-31若僅考慮如下導(dǎo)熱：被測介質(zhì)向傳感器內(nèi)插部分的對(duì)流換熱、沿傳感器向外導(dǎo)熱、傳感器外露部分向空間的散熱導(dǎo)熱誤差：改進(jìn)傳感器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料及安裝方式等減小誤差2025/1/1371三、輻射換熱誤差及其消除方法輻射傳熱誤差：傳感器向周圍冷物體表面輻射傳熱引起的測溫誤差。實(shí)踐證明，輻射傳熱誤差有時(shí)甚至比導(dǎo)熱誤差還要大。例圖2-33若僅考慮如下導(dǎo)熱：傳感器以輻射方式向周圍物體傳熱輻射傳熱誤差：降低熱電偶的黑度系數(shù)、增大對(duì)流換熱系數(shù)、傳感器遠(yuǎn)離冷物體或加裝遮熱罩2025/1/1372四、表面溫度測量的傳熱誤差影響傳熱誤差的因素：熱電極的直徑、測量端附近氣流速度、被測物體面積、被測物體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及熱電偶在被測物體表面的安裝敷設(shè)方式

圖2-342.6非接觸式測溫測溫原理

基于物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的特性來檢測其溫度的。也稱輻射測溫。常用非接觸測量儀表：光學(xué)溫度計(jì)輻射溫度計(jì)2025/1/13732025/1/1373①只須把溫度計(jì)對(duì)準(zhǔn)被測物體，不必與被測物體相接觸；②不干擾被測介質(zhì)溫度場，可實(shí)現(xiàn)遙測和運(yùn)動(dòng)物體的測溫；③不會(huì)受被測對(duì)象的腐蝕和毒化；④測量元件不必與被測對(duì)象同溫，測量上限不受限制；⑤不必和被測對(duì)象達(dá)到熱平衡，反映速度快，適于快速測量；⑥靈敏度高、精確度好，用于接觸式測溫儀表無能為力的地方。非接觸測溫的特點(diǎn)：2025/1/13741、熱輻射的基本概念熱輻射：物體處于絕對(duì)零度以上任何溫度時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)出不同波長的電磁波。輻射能(Q)：以輻射形式發(fā)射傳播或接收的能量輻射通量(

)：輻射能隨時(shí)間的變化率。2025/1/1375一、輻射測溫物理基礎(chǔ)熱輻射實(shí)際就是一種電磁波。2025/1/1376低溫高溫T

波長/μm紫藍(lán)青綠黃橙紅2025/1/1377輻射出射度(M)：輻射源表面單位面積dA發(fā)射出的輻射通量。單色輻射出射度：絕對(duì)黑體：在任何溫度下，對(duì)投射到其上的任何波長的熱輻射均能全部吸收的物體。單色輻射黑度（光譜發(fā)射率）：在溫度T時(shí)，物體的單色輻色出射度M(

，T)與同溫度、同波長的絕對(duì)黑體的單色輻色出射度Mb(

，T)之比。全輻射黑度(全發(fā)射率)：灰體：光譜發(fā)射率不隨波長的改變而變化的物體。實(shí)際物體：光譜發(fā)射率隨波長的改變而變化的物體2025/1/13782、熱輻射的基本定律2025/1/1379普朗克定律（單色輻射強(qiáng)度定律）—絕對(duì)黑體的單色輻射出射度與波長及溫度的關(guān)系：C1=3.7148×10-16W

m2，普朗克第一常數(shù)C2=1.4388×10-12mk，普朗克第二常數(shù)若T<3000K，輻射波長在0.4～0.75

m，普朗克公式可簡化為維恩公式：2025/1/1380斯蒂芬-玻爾茲曼定律（全輻射定律）—絕對(duì)黑體的輻射出射度與表面溫度的關(guān)系維恩位移定律—物體峰值輻射波長與溫度的關(guān)系物體峰值輻射波長與溫度的關(guān)系曲線峰值波長2025/1/13813、輻射測溫儀表被測對(duì)象光學(xué)系統(tǒng)檢測元件轉(zhuǎn)換電路信號(hào)處理參考光源輻射測溫儀表主要組成框圖基本組成：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)