熱電偶和熱電阻的知識

1、 熱電偶溫度計(jì) 熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用于測量-2001300范圍內(nèi)的溫度。在特殊情況下，可測至2800的高溫或4k的低溫。熱電偶能把溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，便于信號的遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)切換測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、準(zhǔn)確度高、熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)。 1. 熱電偶測溫原理由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a或b組成的閉合回路，如果使兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度t0、t，則回路中就有電動(dòng)勢出現(xiàn)，稱為熱電勢，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電勢是溫度t0和t的函數(shù)，恒定接點(diǎn)溫度t0，則熱電勢是溫度t的單值函數(shù)，只要測得熱電勢的大小，便可得到被測溫度t。熱電勢由溫差電勢與接觸

2、電勢組成。溫差電勢：是指一根導(dǎo)體上因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢。同一導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，高溫端（測量端、工作端、熱端）電子的運(yùn)動(dòng)速度大于低溫端電子（參比端、自由端、冷端）的運(yùn)動(dòng)速度，單位時(shí)間內(nèi)高溫端失電子帶正電，低溫端得電子帶負(fù)電，高、低溫端之間形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場。該電場阻止高溫端電子向低溫端的動(dòng)；加大低溫端電子向高溫端的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢。溫差電勢的方向：由低溫端指向高溫端。熱端測量端工作端冷端自由端參比端 熱電極a熱電極btt0熱電偶回路的總電勢溫差電勢的大?。海街衚為波爾茲曼常數(shù)；e為電子電量為導(dǎo)體內(nèi)的電子密

3、度，是溫度的函數(shù)；t、to是導(dǎo)體兩端的溫度?？梢姕夭铍妱莸拇笮∨c導(dǎo)體的性質(zhì)和導(dǎo)體兩端溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體長度、截面大小以及沿導(dǎo)體長度方向的溫度分布無關(guān)。接觸電勢：是在兩種不同材料a和b的接觸點(diǎn)產(chǎn)生的。a、b材料有不同的電子密度，設(shè)導(dǎo)體a的電子密度na大于導(dǎo)體b的電子密度nb，則從a擴(kuò)散到b的電子數(shù)要比從b擴(kuò)散到a的多，a因失電子而帶正電荷，b因得電子而帶負(fù)電荷，于是在a、b的接觸面上便形成一從a到b的靜電場。這個(gè)靜電場將阻礙電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)電子的漂移運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在a、b接觸面上便形成了電位差，即接觸電勢。接觸電勢的方向：由電子密度小的導(dǎo)體指向電子密度大的導(dǎo)體；接觸電勢的

4、大?。夯颍街校簁為波爾茲曼常數(shù)，e為電子電量。溫度越高，接觸電勢越大，兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大?？梢娊佑|電勢與兩導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)與接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體長度、截面大小、沿導(dǎo)體長度方向的溫度分布無關(guān)。熱電偶回路的總電勢為：即熱電勢是高溫端溫度及低溫端溫度的函數(shù)，若恒定低溫端溫度，則熱電勢是高溫端溫度的單值函數(shù)。通過測量熱電勢的大小可以得到被測（高溫端）溫度的數(shù)值。2. 熱電偶回路的基本定律1）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的長度、截面積如何以及沿長度方向的溫度分布如何，回路中都不可能產(chǎn)生熱電勢。證明：已知：因是均質(zhì)導(dǎo)體，電子密度相同，所以又因?yàn)椋?/p>

5、以回路總電勢等于0。結(jié)論（1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成；（2）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，若回路中有熱電勢產(chǎn)生，則說明該材料是不均質(zhì)的。用于電極材料的均勻性檢測。2）中間導(dǎo)體定律tt0t0abc在熱電偶回路中接入第三種、第四種、均質(zhì)導(dǎo)體，只要保證各導(dǎo)體的兩接入點(diǎn)的溫度相同，則這些導(dǎo)體的接入不會影響回路中的熱電勢。證明：以在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體c為例。保證兩接入點(diǎn)的溫度都為t0，如圖所示：回路電勢為：其中：故：即c導(dǎo)體的加入不影響回路中的熱電勢。結(jié)論（1）可以在熱電偶回路中接入連接導(dǎo)線和測量儀表；（2）可以方便熱電偶電極的選配；（3）可以進(jìn)行表面溫度和液體介質(zhì)溫度的開

6、路測量。3）中間溫度定律接點(diǎn)溫度為t1和t3的熱電偶，它的熱電勢等于接點(diǎn)溫度分別為t1、t2和t2、t3的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和，即熱電偶的熱電勢只與高溫端和低溫端的接點(diǎn)溫度有關(guān)，而與中間溫度無關(guān)。結(jié)論：（1）可以對熱電偶的冷端溫度進(jìn)行計(jì)算修正；（2）允許在熱電偶回路中接入補(bǔ)償導(dǎo)線。 標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1. 熱電極材料及其性質(zhì)熱電極材料應(yīng)滿足下述要求：1）熱電勢及熱電勢率（靈敏度）大，熱電勢與溫度間呈線性關(guān)系；2）電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)小；3）物理、化學(xué)性能穩(wěn)定（長期使用時(shí)，可保證熱電特性穩(wěn)定）；4）復(fù)制性好（可批量生產(chǎn)），便于互換；5）機(jī)械加工性好，便于安裝6）價(jià)格便宜。2.

7、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：是制造工藝較成熟、應(yīng)用廣泛、能批量生產(chǎn)、性能優(yōu)良而穩(wěn)定并已列入專業(yè)或國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化文件對同一型號的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶規(guī)定了統(tǒng)一的熱電極材料及其化學(xué)成分、熱電性質(zhì)和允許偏差，也就是說，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表。分度表是以表格的形式反映電勢溫度之間的關(guān)系，需注意的是：該電勢溫度關(guān)系是在冷端溫度為0時(shí)得出的，使用應(yīng)特別注意。同一型號的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有互換性，使用十分方便。目前，國際上已有8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，這些熱電偶的型號（有時(shí)也稱分度號）、電極材料、可測的溫度范圍以及使用特點(diǎn)見下表。注：電極材料的前者為正極，后者為負(fù)極，緊跟的數(shù)字為該材料的百分含量。溫度

8、測量范圍是熱電偶在良好的使用環(huán)境下測溫的極限值，實(shí)際使用時(shí)，特別是長時(shí)間使用，一般允許的測溫上限是極限值的60%80%。分度號材料溫度范圍（）使用特點(diǎn)s鉑銠10-鉑-501768金屬易提純，復(fù)制準(zhǔn)確度和測溫準(zhǔn)確度較高，物化性能穩(wěn)定，1300以下的氧化或中性介質(zhì)長期使用。價(jià)格昂貴，熱電勢小，熱電特性非線性較大，不能在還原氣氛及含有金屬或非金屬蒸氣的氣氛中使用。300以上最準(zhǔn)確的熱電偶。r鉑銠13-鉑-501768基本性能和使用條件與s分度號熱電偶相同，只是熱電勢略大，歐美國家使用較多。b鉑銠30-鉑銠601820可在1600以下的氧化、中性環(huán)境中長期使用，不能在還原氣氛及含有金屬或非金屬蒸氣的氣

9、氛中使用。熱電勢及熱電勢率較s分度號熱電偶小，冷端溫度低于50時(shí)，不必進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。k鎳鉻-鎳硅-2701372賤金屬熱電偶，直徑3.2mm的熱電偶可在1200的高溫下長期使用。在500以下的還原性、中性和氧化性氣氛中可靠工作。500以上，只能在還原性、中性的氣氛中工作。熱電勢率比s分度號熱電偶大45倍，且溫度電勢關(guān)系接近線性。n鎳鉻硅-鎳硅-2701300e鎳鉻-銅鎳合金（康銅）-2701000金屬熱電偶，直徑3.2mm的熱電偶可在750的高溫下長期使用，也適合于低溫（0以下）、潮濕環(huán)境測溫。是熱電勢率最高的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。j鐵-銅鎳合金（康銅）-2101200適合于氧化、還原性氣氛，亦可

10、在真空、中性氣氛中使用，不能在538以上的含硫氣氛中使用。穩(wěn)定性好、靈敏度高、價(jià)格低廉。正極鐵易銹蝕。t銅-銅鎳合金（康銅）-270400適合于氧化、還原、真空、中性氣氛中使用，具有潮濕氣氛抗腐蝕性，特別適合于0以下的測溫。主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、低溫靈敏度高、價(jià)格低廉，100200測溫準(zhǔn)確度最高。3.非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶普通工業(yè)用熱電偶1-補(bǔ)償導(dǎo)線；2-出線孔；3-金屬鏈；4-盒蓋固定螺釘、5-接線柱；6-盒蓋；7-接線盒；8-接線柱；9-保護(hù)套管；10-絕緣管；11-熱電極非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶無論在使用范圍或數(shù)量上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。但在某些特殊場合，如：高溫、低溫、超低溫、高真空和有核輻射的被測對象中，

11、這些熱電偶具有某些特別良好的性能。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶沒有統(tǒng)一的分度表。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有鎢錸系熱電偶（鎢的熔點(diǎn)為3387，錸的熔點(diǎn)為3180，用于測量高達(dá)2760的溫度）；銥銠系熱電偶，能在弱還原性介質(zhì)中測量2000高溫，適用于航天技術(shù)；雙鉑鉬熱電偶有較低的中子俘獲面積，專用于核反應(yīng)堆測溫；非金屬熱電偶如碳化物、硼化物、氮化物，使得不用貴金屬也能在氧化性氣氛中測高溫。由于非金屬熱電偶復(fù)制性差，機(jī)械強(qiáng)度差，在使用中受到較大的限制。 熱電偶的構(gòu)造1.普通工業(yè)用熱電偶普通工業(yè)用熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒構(gòu)成，如圖所示。（1）熱電極 熱電極的直徑大小由材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、熱電偶的

12、用途及測溫范圍決定。貴金屬電極的直徑為0.30.65mm，普通金屬電極的直徑為0.33.2mm。熱電極的長度有多種規(guī)格，主要由安裝條件和插入深度來決定，一般為3002000mm。熱電偶熱端采用焊接方式連接，接頭形狀有點(diǎn)焊、對焊和絞接點(diǎn)焊。焊點(diǎn)的直徑應(yīng)不超過熱電極直徑的兩倍。（2）絕緣管 為了防止熱電極間的電勢短路，在熱電極上套裝絕緣管。絕緣管有單孔、雙孔、四孔等多種形式。絕緣管材料的選擇根據(jù)材料允許的工作溫度進(jìn)行，低溫下可用橡膠、塑料、聚乙烯等材料；高溫下可用普通陶瓷（1000以下）、高純氧化鋁（1300以下）、剛玉（1600以下）等。常用絕緣子材料及其使用溫度范圍材料名稱使用溫度范圍（）材料

13、名稱使用溫度范圍（）橡皮、塑料6080石英管01300絲、干漆0130瓷管1400氟塑料0250再結(jié)晶氧化鋁管1500玻璃絲、玻璃管500以下純氧化鋁管16001700（3）保護(hù)套管 為了防止熱電極遭受機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕，通常將熱電極和絕緣管裝入不透氣的保護(hù)套管內(nèi)。套管的材料和形式由被測介質(zhì)的特性、安裝方式和時(shí)間常數(shù)等決定。常見的材料有黃銅、#20鋼、不銹鋼、高溫耐熱鋼、純氧化鋁、剛玉、金屬陶瓷等，測量更高溫度時(shí)還可使用氧化鈹和氧化釷，可達(dá)2200。安裝時(shí)可采用螺紋連接和法蘭連接兩種形式。常用保護(hù)管材料及其適用的溫度范圍材料名稱長期使用（）短期使用（）材料名稱長期使用（）短期使用（）銅或銅合金

14、400高級耐火瓷管1400160020#碳鋼管600再結(jié)晶氧化鋁管150017001cr18ni9ti不銹鋼90010001250高純氧化鋁管1600180028cr鐵（高鉻鑄鐵）1100硼化鋯18002100石英管13001600普通工業(yè)用熱電偶測溫時(shí)間常數(shù)隨保護(hù)套管的材料及直徑而變化（一般為10240s），當(dāng)采用金屬保護(hù)套管，外徑為12mm時(shí)，時(shí)間常數(shù)為45s，外徑為16mm時(shí)，時(shí)間常數(shù)為90s，而耐高壓的金屬熱電偶的時(shí)間常數(shù)為2.5min。（4）接線盒 接線盒內(nèi)有接線柱作為熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ь€的連接裝置。根據(jù)用途的不同，有普通式、防濺式、防水式、隔爆式和插座式等結(jié)構(gòu)形式。2.鎧裝熱電偶

15、鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體。它可以做得很細(xì)、很長，在使用中可以根據(jù)需要進(jìn)行彎曲。套管材料有銅、不銹鋼和鎳基高溫合金等。套管與熱電極之間填滿了絕緣粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。套管中的熱電極有單芯、雙芯和四芯的，彼此之間互相絕緣。目前生產(chǎn)的鎧裝熱電偶，其壁厚0.120.6mm，熱電極直徑0.0251.3mm，外徑一般為16mm，長度為120m，外徑最細(xì)的有0.2mm，長度最長的超過100m。鎧裝熱電偶的測量端有露端形（0.010.1s）、接殼形（0.012.5s）、絕緣形（0.28.0s）、扁變截面形和圓變截面形等。鎧裝熱電偶的主要特點(diǎn)是測量

16、端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快（時(shí)間常數(shù)小于10s），機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓、強(qiáng)烈震動(dòng)和沖擊，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。3.快速反應(yīng)的薄膜熱電偶薄膜熱電偶薄膜熱電偶是用真空蒸鍍的方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，二者牢固地結(jié)合在一起，形成薄膜狀測量端，上面再蒸鍍一層二氧化硅薄膜作為絕緣和保護(hù)層。薄膜熱電偶的特點(diǎn)是，測量端是非常薄的薄膜（可薄到0.010.1m），尺寸也很小，故測量端的熱容量小，時(shí)間常數(shù)非常小（可達(dá)幾毫秒），用于測量變化快的溫度。由于粘接劑的耐熱限制，只能用于-200300范圍。若將電極材料直接蒸鍍到被測對象表面，時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級。熱電極有：鎳鉻-鎳硅、銅-康銅、鐵-鎳等。右圖

17、為鐵鎳薄膜熱電偶的示意圖，其尺寸為60mm，6mm，0.2mm，金屬薄膜厚度在36um之間，時(shí)間常數(shù)小于0.01s，測溫范圍0300。 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償由熱電偶的測溫原理可知，熱電勢是熱端溫度與冷端溫度的函數(shù)，在冷端溫度恒定的條件下，熱電勢是熱端溫度的函數(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中，受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響較大，因此冷端溫度不恒定。要想消除冷端溫度波動(dòng)對測溫的影響，必須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有：計(jì)算修正法、冷端恒溫法、顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、補(bǔ)償電橋（冷端溫度補(bǔ)償器）法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、輔助熱電偶法、pn結(jié)補(bǔ)償法等。1.計(jì)算修正法熱電偶的分度關(guān)

18、系是在冷端溫度為0的情況下得到的，若熱電偶的冷端溫度為t0，不是0，則不能用測量熱電偶的熱電勢去查分度表，必須進(jìn)行熱電勢修正，而后，查分度表得出被測的熱端溫度，修正電勢為。即： 總電勢=測量熱電偶輸出電勢+修正電勢適用場合：實(shí)驗(yàn)室測溫，現(xiàn)場使用的直讀儀表測溫。前提條件是冷端溫度可測且基本恒定。缺點(diǎn)：不便于連續(xù)測溫。2.冷端恒溫法將熱電偶的冷端溫度恒定，從而便于補(bǔ)償和修正。一般選擇冰點(diǎn)槽（0）或工業(yè)恒溫箱（50）進(jìn)行恒溫。j220v50s加熱器指示燈工業(yè)恒溫箱1 冰點(diǎn)槽法將熱電偶的冷端放于冰水混合物中，熱電偶輸出電勢即以0為冷端溫度的總電勢，可直接查表或送顯示儀表顯示熱端溫度。恒溫箱法恒溫箱法是

19、將熱電偶的冷端置于自動(dòng)恒溫箱中。自動(dòng)恒溫箱常以蒸汽或電能作為熱源。這里以工業(yè)恒溫箱為例作簡單說明。工業(yè)恒溫箱原理如圖所示。需要注意：該法熱電偶送出的電勢e（t,50），不能用于最終溫度顯示，通常應(yīng)調(diào)整儀表的機(jī)械零位進(jìn)行修正。3.顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法當(dāng)送入顯示儀表的電勢為e（t,t0），而t0已知且恒定時(shí)，在斷開熱電偶的情況下將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整至t0溫度對應(yīng)的刻度。這樣相當(dāng)于在顯示儀表內(nèi)部提前施加了電勢e（t0,0），接入熱電偶后，則用于溫度顯示的總電勢為e（t,0），由于所有顯示儀表的刻度均按照分度表進(jìn)行刻度，所以儀表正確顯示被測的熱端溫度數(shù)值。4.補(bǔ)償電橋（冷端溫度補(bǔ)償器）法如果能得到一

20、個(gè)隨溫度而變化的附加電勢，并將該電勢串聯(lián)在熱電偶回路中，使其抵償熱電偶熱電勢因冷端溫度變化而產(chǎn)生的變化，則可保證顯示儀表中的電勢不受冷端溫度變化的影響，達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康?。常用的冷端溫度補(bǔ)償器r1r2r3rcurs熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線冷端溫度補(bǔ)償器顯示儀表連接導(dǎo)線冷端溫度補(bǔ)償器的應(yīng)用+ab基于圖所示的不平衡電橋原理工作。由圖可見，熱電偶（及補(bǔ)償導(dǎo)線）輸出的熱電勢與不平衡電橋的不平衡電壓相加后送至溫度顯示儀表。冷端溫度補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)及工作原理簡述如下：圖中r1，r2，r3是3個(gè)錳銅絲繞制的1定值電阻；rs是限流電阻；rcu在20時(shí)，阻值1；電橋的供電電壓為4v。當(dāng)熱電偶（補(bǔ)償導(dǎo)線）的冷端溫度為20時(shí)，補(bǔ)

21、償電橋處于初始平衡狀態(tài)，不平衡電壓uab=0，熱電偶送出電勢e（t,20）給顯示儀表。當(dāng)熱電偶的冷端溫度升高而高于20時(shí)，熱電勢將因冷端溫度升高而降低，此時(shí)rcu的阻值增加，不平衡電橋的輸出電壓增加，即uab0；當(dāng)熱電偶的冷端溫度降低而低于20時(shí)，熱電勢將因冷端溫度降低而升高，此時(shí)rcu的阻值減小，不平衡電橋的輸出電壓減小，即uab0，可見，補(bǔ)償電橋的不平衡電壓的變化方向恰與熱電勢的變化方向相反，可起到補(bǔ)償作用。若不平衡電壓的增加量恰好等于熱電勢的減少量，則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償，送顯示儀表的電勢不受冷端溫度變化的影響。由于熱電偶的熱電特性與電橋的溫度輸出特性不完全一致，故冷端溫度補(bǔ)償器并不能在補(bǔ)償范

22、圍內(nèi)各點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。一般而言，完全補(bǔ)償點(diǎn)為：初始平衡溫度和補(bǔ)償范圍上限溫度兩點(diǎn)。另外，不同分度號熱電偶的熱電特性不同，要求的補(bǔ)償電壓不同，即補(bǔ)償器信號不同，通常補(bǔ)償器的區(qū)別僅為限流電阻的阻值不同。需要注意的是，若補(bǔ)償電橋的初始平衡溫度不是0，則送給顯示儀表的電勢還需要修正，通常采取顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整的方法。5.補(bǔ)償導(dǎo)線法由中間溫度定律可知，當(dāng)接點(diǎn)溫度低于100時(shí)，可用熱電特性相同的一對導(dǎo)線代替測量用熱電偶，也就是使用補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線雖不能改變冷端溫度，但可以遷移熱電偶的冷端位置，即將冷端從溫度波動(dòng)劇烈的地點(diǎn)遷移至相對穩(wěn)定的地點(diǎn)，便于與其他溫度補(bǔ)償方法配合實(shí)現(xiàn)溫度的正確指示。例如：測量爐

23、膛溫度的熱電偶的冷端通常在爐膛外部不遠(yuǎn)的就地，該處溫度受高溫設(shè)備及環(huán)境溫度變化的影響，波動(dòng)較劇烈，同時(shí)該處的溫度一般高于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償溫度，因此不能采用前述溫度補(bǔ)償方法。使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端遷移至集控室后的電子間，當(dāng)該處溫度穩(wěn)定時(shí)，可采用顯示儀表機(jī)械調(diào)零等預(yù)置電勢法；當(dāng)該處溫度不很穩(wěn)定時(shí)，由于溫度處于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍，所以可使用冷端溫度補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償。型號配用熱電偶電橋平衡時(shí)溫度（）補(bǔ)償范圍（）電源（v）內(nèi)阻（）補(bǔ)償誤差wbc-01鉑銠10-鉑2005022010.045mvwbc-02鎳鉻-鎳硅0.16mvwbc-03鎳鉻-考銅0.18mvwbc-57-s鉑銠10-鉑20

24、040241(0.0150.0015t)wbc-57-k鎳鉻-鎳硅(0.040.004t)wbc-57-ea鎳鉻-考銅(0.0050.0065t)常用補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線型號配用熱電偶分度號補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲絕緣層著色100時(shí)允差（）200時(shí)允差（）正極負(fù)極正極負(fù)極普通級精密級普通級精密級scsspc（銅）snc（銅 鎳）紅綠+5+3+5kckkpc（銅）knc（鎳硅）紅藍(lán)+2.5+1.5kxkkpx（鎳鉻）knx（銅鎳）紅黑+2.5+1.5+2.5+1.5exeepx（鎳 鉻）enx（銅鎳）紅棕+2.5+1.5+2.5+1.5jxjjpx（鐵）jnx（銅鎳）紅紫+2.5+1.5+2.5+1.5txt

25、tpx（銅）tnx（銅鎳）紅白+2.5+1.5+2.5+1.5 熱電偶的檢定l.熱電偶的檢定熱電偶在使用前應(yīng)預(yù)先進(jìn)行校驗(yàn)或檢定，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶必須進(jìn)行個(gè)別分度。熱電偶經(jīng)一段時(shí)間使用后，由于熱電偶的高溫?fù)]發(fā)、氧化、外來腐蝕和污染、晶粒組織變化等原因，使熱電偶的熱電特性逐漸發(fā)生變化，使用中會產(chǎn)生測量誤差，有時(shí)此測量誤差會超出允許范圍。為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進(jìn)行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點(diǎn)法。工業(yè)上多采用比較法，因此，這里只介紹比較法。用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢熱電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。用比較法檢定熱電偶的

26、基本要求，是要造成一個(gè)均勻的溫度場使標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶的測量端感受到相同的溫度。均勻的溫度場沿?zé)犭姌O必須有足夠的長度，以使沿?zé)犭姌O的導(dǎo)熱誤差可以忽略。工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室用熱電偶都把管狀爐作為檢定的基本裝置。為了保證管狀爐內(nèi)有足夠長的等溫區(qū)域。要求管狀爐內(nèi)腔長度與直徑之比至少為加20：1。為使被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱端處于同一溫度環(huán)境中，可在管狀爐的恒溫區(qū)放置一個(gè)鎳塊，在鎳塊上鉆有孔，以便把各支熱電偶的熱端插人其中，進(jìn)行比較測量。用比較法在管狀爐中檢定熱電偶的系統(tǒng)，如圖所示，主要裝置有管狀電爐、冰點(diǎn)槽、轉(zhuǎn)換開關(guān)、手動(dòng)直流電位差計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。檢定時(shí)取等時(shí)間間隔，按照標(biāo)準(zhǔn)、被檢l、被檢2、被檢n，

27、被檢n、被檢2、被檢1、標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)順序讀數(shù)，一個(gè)循環(huán)后標(biāo)準(zhǔn)與被檢各有兩個(gè)讀數(shù)，一般進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)的測量，得到四次讀教。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析，求得它們的算術(shù)平均值，比較標(biāo)準(zhǔn)與被檢的測量結(jié)果。如果各個(gè)檢定點(diǎn)被檢熱電偶的允許誤差都在規(guī)定范圍之內(nèi)，則認(rèn)為它們是合格的。各種常用熱電偶的允許誤差熱電偶材料校驗(yàn)溫度（）熱電偶允許偏差溫度（）偏差（）溫度（）偏差（）鉑銠-鉑600;800;1000;120006002.4600占所測熱電勢的0.4%鎳鉻-鎳硅400;600;800;100004004400占所測熱電勢的0.75%鎳鉻-考銅200;400;60003004300占所測熱電勢的1% 熱電偶的使

28、用與安裝對熱電偶進(jìn)行分度和檢定時(shí)是不帶保護(hù)套管的，且要滿足在均勻溫度場的爐腔內(nèi)插入足夠深度的條件。各種溫度計(jì)在工業(yè)應(yīng)用時(shí)，會遇到各種各樣的情況，為了避免產(chǎn)生較大的誤差，在安裝與使用中要采取備種措施以保證測溫的準(zhǔn)確性。1熱電偶的使用注意事項(xiàng)1）為減小測量誤差，熱電偶應(yīng)與被測對象充分接觸，使兩者處于相同溫度。2）保護(hù)管應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并可承受被測介質(zhì)腐蝕，保護(hù)管的外徑越粗，耐熱、耐蝕性越好，但熱惰性也越大。3）當(dāng)保護(hù)管表面附著灰塵等物質(zhì)時(shí)，將因熱阻增加，使指示溫度低于真實(shí)溫度而產(chǎn)生誤差。4）如在最高使用溫度下長期工作，將因熱電偶材質(zhì)發(fā)生變化而引起誤差。5）因測量線路絕緣電阻下降而引起誤差。設(shè)法

29、提高絕緣電阻，或?qū)犭娕嫉耐鈿ぷ鼋拥靥幚怼?）冷端溫度的補(bǔ)償與修正。熱電偶冷端最好應(yīng)保持0，而在現(xiàn)場條件下使用的儀表則難以實(shí)現(xiàn)，必須采用補(bǔ)償方法準(zhǔn)確修正。7）電磁感應(yīng)的影響。熱電偶的信號傳輸線，在布線時(shí)應(yīng)盡量避開強(qiáng)電區(qū)（如大功率的電機(jī)、變壓器等），更不能與電力線近距離平行敷設(shè)。如果實(shí)在避不開，也要采取屏蔽措施。2.熱電偶的安裝原則安裝熱電偶時(shí)，應(yīng)遵循下列原則；1）熱電偶應(yīng)與被測介質(zhì)形成逆流，亦即安裝時(shí)熱電偶應(yīng)迎著被測介質(zhì)的流向插入。至少亦須與被側(cè)介質(zhì)成正交。如圖所示。2）熱電偶工作端應(yīng)處于管道中流速最大的地方，熱電偶保護(hù)管的末端應(yīng)超過管道中心線約5-10mm。3）熱電偶要有足夠的插入深度。實(shí)踐

30、證明，在最大的允許插入深度條件下，隨著插入深度的增加，測溫誤差減小，將測溫元件斜插或沿管道軸線方向安裝便可達(dá)到要求。4）管道直徑過小，如直徑小于80mm。往往因插人深度不夠而引起測量誤差安裝熱電偶時(shí)應(yīng)接擴(kuò)大管，選擇適宜部位，可以減小或消除此項(xiàng)誤差。5）含大量粉塵氣體的溫度測量。由于氣體內(nèi)含大量粉塵，對保護(hù)管的磨損嚴(yán)重，因此可采用端部切開的保護(hù)管，或采用鎧裝熱電偶。采用鎧裝熱電偶，不僅響應(yīng)快，而且壽命長。6）熱電偶安裝在負(fù)壓管道中，必須保證其密封性，以防外界冷空氣吸入，使測量值偏低。7）熱電偶按線盒的蓋子應(yīng)朝上以免雨水或其他液體的浸入，影響測量的準(zhǔn)確性。 熱電阻溫度計(jì)我們知道，在測量600130

31、0溫度范圍內(nèi)，熱電偶是比較理想的，但是對于中低溫的測量，熱電偶則有一定的局限性，這是因?yàn)闊犭娕荚谥械蜏貐^(qū)域輸出熱電勢很小，對配用的儀表質(zhì)量要求較高，如鉑銠-鉑熱電偶在10o溫度時(shí)的熱電勢僅為0.64mv，這樣小的熱電勢對電子電位差計(jì)的放大器和抗干擾要求都很高，儀表的維修也困難，此外，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問題，在中低溫范圍內(nèi)的影響比較突出，一方面要采取溫度補(bǔ)償必然增加工作上的不便，另一方面，冷端溫度如果不能得到全補(bǔ)償，其影響就較大，加之在低溫時(shí)，熱電特性的線性度較差，在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時(shí)也須采取一定措施，這些都是熱電偶在測溫時(shí)的不足之處。因此，工業(yè)上在測量低溫時(shí)通常采用另一種測量元件，即：熱電阻。熱電

32、阻溫度計(jì)的測量范圍為-20o+850。熱電阻溫度計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高，無冷端補(bǔ)償問題，特別適宜于低溫測量，所以在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。鉑電阻溫度計(jì)可測到-200；銦電阻溫度可測測到3.4k的低溫。它的缺點(diǎn)是：不能測量太高的溫度；需外電源供電，因此使用受到限制；連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度的影響，會產(chǎn)生測量誤差。 熱電阻的測溫原理 從物理學(xué)中我們知道，導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值是隨著溫度的變化而變化的，一般說來，它們之間有如下關(guān)系，即通常用電阻溫度系數(shù)來描述電阻值隨著溫度變化而變化這一特性，它的定義是：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1時(shí)的電阻相對變化量，單位為1/。根據(jù)定義，可用下式表示：金屬導(dǎo)體的

33、電阻一般隨溫度升高而增大，為正值，稱為正的電阻溫度系數(shù)。用于測溫的半導(dǎo)體材料的為負(fù)值，即具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。各種材料的值并不相同，對純金屬而言，一般為0.380.68左右。它的大小與導(dǎo)體本身的純度有關(guān)，越大，導(dǎo)體材料的純度越高。通常用電阻比來表示材料的純度，代表在1oo時(shí)的電阻值，代表在0時(shí)的電阻值。而半導(dǎo)體的電阻值卻隨著溫度的升高而減少，在2o左右，溫度每變化1，其電阻值要變化-2-6%。若能設(shè)法測出電阻值的變化，就可相應(yīng)地確定溫度的變化，達(dá)到測溫的目的。電阻溫度計(jì)就是利用導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值隨著溫度變化這一特性來進(jìn)行溫度測量的。即把溫度變化所引起導(dǎo)體電阻變化，通過測量橋路轉(zhuǎn)換成電壓信

34、號，然后送入顯示儀表以指示或記錄被測溫度。由上述可知，熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的測量原理是不同的。熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過測溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為熱電勢的變化來測量溫度的,而熱電阻溫度計(jì)則是把溫度的變化通過測溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來測量溫度的。熱電阻溫度計(jì)適用于測量-200+850低溫范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面溫度，它和熱電偶溫度計(jì)一樣，也具有遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。此外，它的輸出信號大，測量準(zhǔn)確，所以在1990年國際溫標(biāo)(its-90)中規(guī)定：13.8033k961.78溫區(qū)內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)器。 熱電阻的材料和要求 熱電阻測溫的機(jī)理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值

35、隨溫度變化而變化的性質(zhì)，但不是所有導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以作為測量元件，還得從其它方面的性能來考慮和選擇，對熱電阻材料的要求有：1.物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，測量精度高，抗腐蝕，使用壽命長。2.電阻溫度系數(shù)要大，即靈敏度要高。3.電阻率要高，以使熱電阻的體積較小，減小測溫的時(shí)間常數(shù)。4.熱容量要小，使電阻體熱惰性小，反應(yīng)較靈敏。5.線性好，即電阻與溫度關(guān)系成線性或?yàn)槠交€。6.易于加工，價(jià)格便宜，降低制造成本。7.復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)和部件互換。 常用熱電阻最常用的金屬熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻和鎳熱電阻三種。1.鉑熱電阻（-200850）鉑熱電阻的特點(diǎn)是測量精度高，穩(wěn)定性好、性能可靠，但是在還原

36、性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸汽所玷污而變脆，并改變電阻與溫度間關(guān)系。為了克服上述缺點(diǎn)使用時(shí)熱電阻芯應(yīng)裝在保護(hù)套管中。電阻值與溫度間的關(guān)系如下：在-2000范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示，在0850范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示，式中：溫度為t時(shí)熱電阻的電阻值；：溫度為o時(shí)熱電阻的電阻值；a=3.908310-3/， b=-5.77510-7/2，c=-4.18310-12/4。鉑的純度目前技術(shù)水平已可達(dá)到，其相應(yīng)鉑的純度為99.9995%。工業(yè)用鉑電阻其純度為，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻其純度為。2.銅熱電阻（-50150）工業(yè)上常用銅熱電阻來測量-5o+15o范圍的

37、溫度，銅容易提純，價(jià)格比鉑便宜很多，電阻溫度系數(shù)大且關(guān)系是線性的，用公式表示，其中。但是銅的電阻率(比電阻)，比鉑的電阻率約小5/6，所以制成一定電阻值的熱電阻時(shí)，與鉑相比，若電阻絲的長度相同時(shí)，則銅電阻絲就很細(xì)，機(jī)械強(qiáng)度降低，若線徑相同，長度則增加許多倍，體積增大。此外，銅在1oo以上容易氧化，抗腐蝕性能又差，所以工作溫度不超過15o。3.鎳熱電阻（-60180）鎳熱電阻的溫度系數(shù)大，靈敏度比鉑和銅的高，常用來測量-6o+18o范圍的溫度。鎳熱電阻的電阻比。鎳電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示：式中a=0.5485/， b=0.66510-3/2，c=2.80510-9/4。由于鎳熱電阻的制造工藝

38、較復(fù)雜，很難獲得相同的鎳絲，因此它的測量準(zhǔn)確度低于鉑熱電阻，我國目前規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻的分度號有ni100，ni300，ni500。4.半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)是利用錳、鎳、銅和鐵等金屬氧化物配制成的熱敏電阻作為測溫元件，其形狀有珠形、圓形、墊圈形和薄片形，常用的有61型珠形及微型珠形半導(dǎo)體熱敏電阻。與一般熱電阻不同之處在于它是負(fù)電阻溫度系數(shù)，溫度升高，電阻降低，變化幅度也大，電阻溫度系數(shù)達(dá)-2-7%，較金屬熱電阻大10100倍，因此，可采用精度較低的顯示儀表。其特性曲線如圖所示。由于它具有良好的抗腐蝕性、靈敏度高、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、便于遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)，可用于腐蝕性介質(zhì)溫度、表面

39、溫度及體溫等的溫度測量，缺點(diǎn)是測量范圍小(-40-350)，互換性差，溫度-電阻特性是非線性的。熱敏電阻的溫度系數(shù)與溫度的平方成反比關(guān)系，即-（t2）熱敏電阻的電阻值高。它的電阻值較鉑熱電阻高14個(gè)數(shù)量級，并且與溫度的關(guān)系不是線性的，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來表示：rt/ r0rt=aeb/t式中t溫度，k；r-溫度t時(shí)的電阻值，；e-自然對數(shù)的底；a、b決定于熱敏電阻材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)，a的量綱為電阻，b的量綱為溫度。圖示為半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值溫度特性，它是一條指數(shù)曲線。熱敏電阻的體積小，熱慣性也小，結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)需要可制成各種形狀，如珠形、片形、桿形、圓片形、薄膜形等，目前最小珠狀熱敏電阻可達(dá)0.2

40、mm常用來測點(diǎn)溫。熱敏電阻的資源豐富、價(jià)格低廉?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，元件表面用玻璃等陶瓷材料封裝，可用于環(huán)境較惡劣的場合。有效地利用這些特點(diǎn)，可研制出靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用方便的溫度計(jì)。半導(dǎo)體熱敏電阻常用的材料由鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。熱敏電阻的主要缺點(diǎn)是其阻值與溫度的關(guān)系呈非線性。元件的穩(wěn)定性及互換性較差。而且，除高溫?zé)崦綦娮柰?，不能用?50以上的高溫。 熱電阻的結(jié)構(gòu)、型號、主要規(guī)格及技術(shù)特性一、普通熱電阻通常都由電阻體、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒四個(gè)部分組成。除電阻體外，其余部分的結(jié)構(gòu)和形狀與熱電偶的相應(yīng)部分相同。鉑電阻體是用很細(xì)的鉑絲繞在云母、石英或陶瓷支架上做

41、成的，形狀有平板形、圓柱形及螺旋形等。常用的wzb型鉑電阻體是由直徑0.030.07mm的鉑絲繞在云母片制成的平板形支架上。云母片的邊緣上開有鋸齒形的缺口，鉑絲繞在齒縫內(nèi)以防短路。鉑絲繞成的繞組兩面蓋以云母片絕緣。為了改善熱電阻的動(dòng)態(tài)特性和增加機(jī)械強(qiáng)度。再在其兩側(cè)用金屬薄片制成的夾持件將它們鉚在一起。鉑絲繞組的線端與1銀絲引出線相焊，并穿以瓷套管加以絕緣和保護(hù)。工業(yè)上還常用微型鉑熱電阻，它的體積小，熱慣性小，氣密性好。它的結(jié)構(gòu)如圖所示，是由刻有螺紋的圓柱形玻璃棒(高溫鉑電阻使用石英支架)上繞以0.040.05已退火的鉑絲(石英支架用螺旋形鉑絲)，引出線用0.5mm的鉑絲，外面套以4.5mm的特

42、殊玻璃管(或石英管)作為保護(hù)套管。從減少引出線和連接導(dǎo)線電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差考慮，希望鉑電阻初始值越大越好，但太大，將使電阻體體積增大，熱慣性也增大。同時(shí)，流過熱電阻的測量電流在熱電阻上產(chǎn)生的熱量也增大，從而造成附加的測量誤差。我國常用的工業(yè)鉑電阻分度號取，取。鉑熱電阻分度特性參見分度表。 銅電阻體是一個(gè)銅絲繞組(包括錳銅補(bǔ)償部分)，它是由直徑為0.lmm的高強(qiáng)度漆包銅線用雙線無感繞法繞在圓柱形塑料支架上而成，如圖所示。 為了防止銅絲松散，加強(qiáng)機(jī)械固緊以及提高其導(dǎo)熱性能，整個(gè)元件經(jīng)過酚醛樹脂(或環(huán)氧樹脂)的浸漬處理，而后還必須進(jìn)行烘干(同時(shí)也起老化作用)，烘干溫度為120，保持2

43、4小時(shí)，然后冷卻至常溫，再把銅絲繞組的出線端子與鍍銀銅絲制成的引出線焊牢，并穿以絕緣套管，或直接用絕緣導(dǎo)線與其焊接。銅電阻的分度號有取，取。分度特性見分度表。此外，對電阻體引出線也有一定的要求，一般要求引出線對金屬熱電阻絲及連接的銅導(dǎo)線不會產(chǎn)生很大的熱電勢，且化學(xué)穩(wěn)定性好。標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范型儀表用金或鉑作引出線。工業(yè)用熱電阻的引出線，高溫下用銀，低溫下用銅。熱電阻的型號系采用漢語拼音字母來表示，第一字母w表示溫度，第二字母z表示熱電阻，第三字母則分別表示熱電阻的分度號，鉑電阻為p，銅電阻為c，鎳電阻為n。熱阻的主要技術(shù)特性代號分度號0時(shí)電阻值（）0時(shí)電阻允許誤差（%）電阻比（r100/r0）測量范圍（）基本誤差允許值（）wzppt1010（0850）a級0.006b級0.0121.3850.001-200+850t=(0.15+210-3t)pt100100 （-200850）