寫作樣例-第3章溫度檢測(cè)部分內(nèi)容

1、第3章 溫度檢測(cè)教學(xué)目標(biāo)溫度是國際單位制(SI)7個(gè)基本物理量之一，是一個(gè)重要的物理量,也是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見、最基本的參數(shù)之一。物質(zhì)的許多性質(zhì)和現(xiàn)象都與溫度有關(guān)，大多數(shù)物理、化學(xué)過程都要求在一定的溫度條件下進(jìn)行，溫度的變化直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量、產(chǎn)量、能耗和安全。因此，對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和可靠的控制，在生產(chǎn)過程和科學(xué)研究中均具有重要意義。3.1 概述3.1.1溫度及其測(cè)量原理溫度是表征物體冷、熱程度的物理量， 是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。溫度概念的建立和溫度的定量測(cè)量都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)的，當(dāng)兩個(gè)受熱程度不同的物體相接觸后，經(jīng)過一段時(shí)間的熱交換，達(dá)到共同的平衡狀態(tài)后則具有相同的溫度

2、，這就是溫度最本質(zhì)的性質(zhì)及測(cè)量原理。即溫度不能直接測(cè)量，而是選擇一個(gè)合適的物體作為溫度傳感元件，其某一物理性質(zhì)(諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強(qiáng)度等)隨溫度而變化的特性為已知，通過溫度傳感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換而測(cè)量出相關(guān)物性的變化，從而間接確定被測(cè)對(duì)象的溫度。 為了客觀地計(jì)量物體的溫度，必須建立一個(gè)衡量溫度高低的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度，即溫度標(biāo)尺簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。 3.1.2溫標(biāo)及其表示方法建立溫標(biāo)就是規(guī)定溫度的起點(diǎn)及其基本單位。建立現(xiàn)代的溫標(biāo)必須具備三個(gè)條件：固定的溫度點(diǎn)。物質(zhì)在不同溫度下會(huì)呈現(xiàn)固、液、氣三相，利用物質(zhì)的相平衡點(diǎn)可以作為溫標(biāo)的固定溫度點(diǎn)，也稱為基準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)溫儀器。確定測(cè)溫儀器的實(shí)質(zhì)是確定

3、測(cè)溫質(zhì)和測(cè)溫量。溫標(biāo)方程。用來確定各固定點(diǎn)之間任意溫度值的數(shù)學(xué)關(guān)系式稱為溫標(biāo)方程，也稱為內(nèi)插公式。隨著溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)也經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進(jìn)過程。從早期建立的一些經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，發(fā)展為后來的理想熱力學(xué)溫標(biāo)和絕對(duì)氣體溫標(biāo)，以致到現(xiàn)今使用具有較高精度的國際實(shí)用溫標(biāo)，其間經(jīng)歷了幾百年時(shí)間。1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)由特定的測(cè)溫質(zhì)和測(cè)溫量所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，它是用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定。歷史上影響比較大、至今還沿用的兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)是華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。1）華氏溫標(biāo)（）1714年德國人法勒海特(Fahrenheit)以水銀的體積隨溫度而變化為依據(jù)，制成了玻璃水銀溫度計(jì)，并規(guī)定了氯化銨和冰的

4、混合物的溫度為溫度計(jì)的0度，水的冰點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，在冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間等分180份，每一份稱為1華氏度，記作1，符號(hào)為。2）攝氏溫標(biāo)（）1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100度，在冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間等分100份，每一份稱為1攝氏度，記作1，符號(hào)為t。 攝氏溫標(biāo)t和華氏溫標(biāo)的關(guān)系為 （）=1.8t（）+32 （3-1）例如，20時(shí)的華氏溫度=1.8×20+32=68。西方國家在日常生活中普遍使用華氏溫標(biāo)。這兩種溫標(biāo)的溫度特性依賴于所用測(cè)溫物質(zhì)的情況，比如所用水銀的純度不盡相同，就不能保證測(cè)溫量值的一致性。2.熱力學(xué)溫

5、標(biāo)1848年英國物理學(xué)家開爾文（Kelvin）提出將溫度數(shù)值與理想熱機(jī)的效率相聯(lián)系，根據(jù)熱力學(xué)第二定律來定義溫度的數(shù)值，建立了一個(gè)與測(cè)溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)。即把理想氣體壓力為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度絕對(duì)零度與水的三相點(diǎn)（固、液、氣三相共存點(diǎn)）之間的溫度分為27316份，每一份稱為1開爾文（Kelvin），記作1K，符號(hào)為T。因此,熱力學(xué)溫標(biāo)(又稱開氏溫標(biāo))從絕對(duì)零度起算,水的冰點(diǎn)為273.15K，沸點(diǎn)為373.15K。（注意：水的冰點(diǎn)和三相點(diǎn)是不一樣的，兩者相差0.01K。）熱力學(xué)溫標(biāo)是理想的純理論的，人們無法得到開氏零度，因此不能直接根據(jù)它的定義來測(cè)量物體的開氏溫度。因此需要建立一種實(shí)用的溫標(biāo)作

6、為測(cè)量溫度的標(biāo)準(zhǔn)，這就是國際實(shí)用溫標(biāo)。3.國際實(shí)用溫標(biāo)國際計(jì)量委員會(huì)于1927年決定采用熱力學(xué)溫標(biāo)作為國際溫標(biāo)，稱為1927年國際溫標(biāo)（ITS-27）。以后幾乎每20年做一次大的修改，如1948年國際溫標(biāo)（ITS-48）、1968年國際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）和現(xiàn)在使用的1990年國際溫標(biāo)（ITS-90）。經(jīng)過不斷地改進(jìn)，ITS-90國際溫標(biāo)更符合熱力學(xué)溫標(biāo)，且有更好的復(fù)現(xiàn)性和更方便的使用效果。ITS-90主要有3方面內(nèi)容。1）溫度單位。熱力學(xué)溫度是其基本物理量，國際實(shí)用溫度用符號(hào)T90表示，單位仍為開爾文（），的大小定義為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。同時(shí)使用的國際攝氏溫度的符號(hào)

7、為，單位是攝氏度，符號(hào)為。每一個(gè)攝氏度和每一個(gè)開爾文的量值相同。國際攝氏溫度t90（）與國際實(shí)用溫度T90（K）的關(guān)系如同熱力學(xué)溫度和攝氏溫度一樣，即 （3-2）2）定義固定溫度點(diǎn)。利用一系列純物質(zhì)各相間可復(fù)現(xiàn)的平衡狀態(tài)或蒸汽壓所建立起來的特征溫度點(diǎn)，共有17個(gè)定義固定溫度點(diǎn)。這些特征溫度點(diǎn)的溫度指定值是由國際上公認(rèn)的最佳策略手段測(cè)定的。3）復(fù)現(xiàn)固定溫度點(diǎn)的方法。把整個(gè)溫度分為4個(gè)溫區(qū)，各個(gè)溫區(qū)的范圍、使用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀器分別為：間為或蒸汽壓溫度計(jì)；間為或定容氣體溫度計(jì)；間為鉑電阻溫度計(jì)； 以上為光學(xué)或光電高溫計(jì)。 在使用中，一般在水的冰點(diǎn)以上的溫度使用攝氏溫度單位（），在冰點(diǎn)以下的溫度使用熱力

8、學(xué)溫度單位（）。3.1.3 測(cè)溫方式及其原理溫度測(cè)量方式有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類。采用接觸式測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)物接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換，經(jīng)過充分的熱接觸后兩者溫度相等，從而獲得較高的測(cè)量精度。接觸式測(cè)溫的方法比較直觀、可靠，測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單。但也存在如下缺陷：在接觸測(cè)溫的過程中，有可能破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，從而造成測(cè)量誤差；有的測(cè)溫元件不能和被測(cè)對(duì)象充分接觸，不能達(dá)到充分的熱平衡者達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，因而產(chǎn)生測(cè)量滯后帶來的誤差；有的被測(cè)介質(zhì)有強(qiáng)烈的腐蝕性，因而不能保證測(cè)溫元件的可靠性和工作壽命；另外，受到耐高溫材料的限制，接觸式測(cè)量不能用于極高溫的測(cè)量場(chǎng)合。采用非接

9、觸式測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件不與被測(cè)物接觸，而是利用物體的熱輻射實(shí)現(xiàn)熱交換，通過對(duì)輻射能量的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。非接觸式測(cè)溫方式不破壞溫度場(chǎng)，測(cè)溫響應(yīng)快，可用于測(cè)量高溫、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。其缺點(diǎn)是：易受測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、水汽等因素的影響而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。溫度檢測(cè)方式的進(jìn)一步細(xì)分及其測(cè)溫原理見表3-1所示。本章將介紹自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中幾種常用的測(cè)溫方式及儀表。表3-1 溫度檢測(cè)方式的分類3.2 熱膨脹式測(cè)溫3.2.1玻璃液體溫度計(jì)1.構(gòu)成原理如圖3-1(a)所示，玻璃液體溫度計(jì)由裝有液體的玻璃溫包、毛細(xì)管和刻度標(biāo)尺三部分構(gòu)成。它的測(cè)溫原理是基于液體

10、受熱后體積發(fā)生膨脹的性質(zhì)。常用的工作液體主要有水銀和酒精，分別稱為水銀溫度計(jì)和酒精溫度計(jì)。2.性能特點(diǎn)玻璃液體溫度計(jì)雖然易破損，測(cè)溫值無法自動(dòng)遠(yuǎn)傳和記錄，但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，安裝使用方便，測(cè)溫范圍較廣，且精度高以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上仍然得到廣泛的使用。 3.分類應(yīng)用玻璃液體溫度計(jì)按照其準(zhǔn)確度和用途可分為高精密、標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)用和專用溫度計(jì)四類。按照其浸沒方式可分為全浸式、局浸式和完全浸沒( 潛浸) 式三種。其中，工業(yè)用溫度計(jì)的下部有直的、90°角的和135°角的。為了避免溫度計(jì)在使用中被碰傷，在其外面通常罩有金屬保護(hù)管，如圖3-1（b）所示。由于工業(yè)溫度計(jì)在使用時(shí)

11、是把下部全部插入被測(cè)介質(zhì)中，所以在選用時(shí)必須考慮溫度計(jì)下部的長(zhǎng)度要適宜。還有一種電接點(diǎn)式溫度計(jì)如圖3-1（c）所示。它又分為固定接點(diǎn)和可調(diào)接點(diǎn)兩種，當(dāng)溫度上升到規(guī)定值時(shí)，工作液體上升觸碰到金屬接點(diǎn)而形成閉合回路，就會(huì)通過引線使連接的信號(hào)器或中間繼電器動(dòng)作，從而完成控制溫度的功能，因此這種溫度計(jì)被廣泛應(yīng)用于恒溫控制、信號(hào)和報(bào)警系統(tǒng)等自動(dòng)裝置之中。 (a)基本組成 (b)帶金屬保護(hù)管的溫度計(jì) (c)電接點(diǎn)式溫度計(jì)化工測(cè)量?jī)x表p208圖3-1 玻璃液體溫度計(jì)3.2.2雙金屬溫度計(jì)1.構(gòu)成原理雙金屬溫度計(jì)是把兩種膨脹系數(shù)差異很大的金屬薄片疊焊在一起，一端固定，另一端帶動(dòng)指針軸旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示

12、，分別由指針1、表殼2、刻度盤7、金屬保護(hù)管3、指針軸4、雙金屬感溫元件5和固定端6組成。雙金屬感溫元件受熱后由于兩金屬片的膨脹長(zhǎng)度不相同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹尺度差越大，因而引起彎曲的角度就越大，如圖3-3所示。雙金屬溫度計(jì)就是基于固體受熱膨脹這一原理而制成的。 圖3-2 雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)(張宏建p129圖3.60 圖3-3 雙金屬片2.性能特點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)是一種固體膨脹式溫度計(jì)，不僅具有工業(yè)用水銀溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，而且堅(jiān)固、耐用、耐震和讀數(shù)指示明顯等諸多優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)是精度不高、量程不易做得很小，因此特別適合于震動(dòng)和受沖擊的應(yīng)用場(chǎng)合。 3.分類應(yīng)用為了滿足不同用途的

13、需求，作為感溫元件的雙金屬片可以做成各種不同的形狀，如U形、螺旋形、螺管形、直桿形等，如螺旋形雙金屬片的自由端轉(zhuǎn)角大，可使儀表的靈敏度提高。雙金屬溫度計(jì)可將溫度變化轉(zhuǎn)變成機(jī)械量變化，這不僅僅用于溫度的測(cè)量，還常常應(yīng)用于溫度的控制裝置上，如溫度繼電控制器、極值溫度信號(hào)器、溫度補(bǔ)償器等。圖3-4是一種雙金屬溫度信號(hào)器的示意圖。當(dāng)溫度變化時(shí)，雙金屬片1產(chǎn)生彎曲，且與調(diào)節(jié)螺釘2相接觸使電路接通（3為絕緣板），信號(hào)燈4發(fā)亮。如以繼電器代替信號(hào)燈便可以用來控制電熱絲而成為兩位式溫度調(diào)節(jié)器。溫度的調(diào)節(jié)范圍可通過改變調(diào)節(jié)螺釘2與雙金屬片1之間的距離來完成。 圖3-4 雙金屬溫度信號(hào)器3.3 熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕际?/p>

14、一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的測(cè)溫器件，是目前接觸式熱電測(cè)溫中普遍使用的一種溫度傳感器，其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，可以在1K至2800的范圍內(nèi)使用，而且精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，能夠把溫度直接轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)便于信號(hào)的處理和遠(yuǎn)傳。3.3.1 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的金屬A和B構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端溫度不同時(shí)（設(shè)T >T0），回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)EAB（T，T0），如圖3-5所示。這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。其中，這兩種不同材料的導(dǎo)體組成的回路稱為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱為熱電極，置于測(cè)溫場(chǎng)感受被測(cè)溫度的T端稱為熱

15、端（工作端或測(cè)量端），另一個(gè)T0端稱為冷端（自由端或參比端）。熱電偶產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)EAB（T，T0）是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。 圖3-5 熱電偶的熱電效應(yīng) 徐科軍p172圖6312. 接觸電勢(shì)將兩種不同的金屬A和B相互接觸時(shí),在其接觸處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象，如圖3-6所示。自由電子會(huì)從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B中,使A失去電子帶正電為正電極,B得到電子帶負(fù)電為負(fù)電極,直至在接觸處形成強(qiáng)大的正負(fù)電場(chǎng),并阻止電子的繼續(xù)擴(kuò)散,從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止。其接觸處就形成一定的電位差，此即接觸電勢(shì)（也叫帕爾帖電勢(shì)）。其大小可表示為 （3-3）式中，金屬電極A和電極B在溫度為T時(shí)的接觸電勢(shì)

16、；k波爾茲曼常數(shù)；T接觸處的熱力學(xué)溫度；e單位電荷量；NA，NB金屬電極A和B的自由電子密度。3. 溫差電勢(shì)同一種金屬材料如A，當(dāng)其兩端的溫度不同即T >T0時(shí)，兩端的電子能量就不同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散的多而返回的少，最后達(dá)到平衡。這樣在A的兩端形成一定的電位差，即溫差電勢(shì)（也叫湯姆遜電勢(shì)），如圖3-6所示。其大小可表示為 （3-4）式中，A材料在兩端溫度分別為T 和T0時(shí)的溫差電勢(shì)；湯姆遜系數(shù)，表示溫差為1時(shí)所產(chǎn)生的電勢(shì)值，大小與材料的性質(zhì)有關(guān)。圖3-6 熱電偶的接觸電勢(shì) 圖3-7 熱電偶的溫差電勢(shì)（徐p172圖632,6334.總熱電勢(shì)在導(dǎo)體A和B組成

17、的熱電偶回路中，兩接觸端的溫度分別為T 和T0，且T >T0，則回路的總熱電勢(shì)由兩個(gè)接觸電勢(shì)、和兩個(gè)溫差電勢(shì)、組成，如圖3-8所示，圖中的箭頭表示電勢(shì)方向（由負(fù)指向正）。圖3-8 熱電偶的總熱電勢(shì)大小和方向（徐p172圖634取的方向?yàn)檎较?寫出總熱電勢(shì)的方程為 （3-5）從式（3-5）可以看出，若電極A和B為同一種材料，即NA=NB，則；若熱電偶兩端處于同一溫度下，即T = T0，也有。因此，熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：一是由兩種不同的金屬材料組成熱電偶，二是其兩端接觸點(diǎn)存在溫差，而且溫差越大，熱電勢(shì)越大。也就是說，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與導(dǎo)體A、B的材質(zhì)有關(guān)，與冷、熱端的溫度有關(guān)，

18、而與導(dǎo)體的粗細(xì)、長(zhǎng)短及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是兩個(gè)接觸處的接觸電勢(shì)，而兩個(gè)電極溫差電勢(shì)的差值很小而忽略不計(jì)的話，則有更簡(jiǎn)潔的工程表達(dá)式 （3-6）該式清楚地說明，如果熱電偶冷端溫度T0保持恒定時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)就只與被測(cè)溫度T成單值函數(shù)關(guān)系。根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定，T0 =0時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出各種熱電偶在不同工作溫度下所產(chǎn)生熱電勢(shì)的值列成的表格，稱為分度表。如果以攝氏溫度為單位，也可以寫成，其物理意義略有不同，但熱電勢(shì)的數(shù)值是相同的。3.3.2 熱電偶的應(yīng)用定則熱電偶在實(shí)際測(cè)量溫度時(shí)，需要依據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用定則。1.均質(zhì)導(dǎo)體定則由一種均質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的

19、截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì),此即均質(zhì)導(dǎo)體定則。而如果產(chǎn)生熱電勢(shì)，則是因?yàn)閷?dǎo)體材質(zhì)不均勻又處于不均勻的溫度場(chǎng)中所產(chǎn)生的“接觸電勢(shì)”。因此，如果熱電偶的熱電極是非均勻材質(zhì)，就會(huì)在不均勻的溫度場(chǎng)中測(cè)溫時(shí)產(chǎn)生額外的測(cè)量誤差。所以熱電極材質(zhì)的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。2.中間導(dǎo)體定則在熱電偶回路中，冷端處斷開接入與A，B電極不同的另一種導(dǎo)體C時(shí)，只要這個(gè)中間導(dǎo)體C的兩端溫度相同，熱電偶回路的總熱電勢(shì)值不會(huì)受中間導(dǎo)體接入的影響,此為中間導(dǎo)體定則。圖 3-9接入第三種導(dǎo)體的熱電偶圖3-9所示為熱電偶接入中間導(dǎo)體C的情況。此時(shí)熱電偶回路的總熱電勢(shì)為 （3-7）當(dāng)回路中

20、各接點(diǎn)溫度相等且都為T0時(shí)，總熱電勢(shì)為零，即則有 故可以得到 （3-8）同理，還可以加入第四種、第五種導(dǎo)體，只要加入導(dǎo)體的兩端接點(diǎn)溫度相等，回路的總熱電勢(shì)就與原回路的電勢(shì)值相等。正是根據(jù)這一定則，才可以在熱電偶測(cè)溫回路中接入各種儀表、連接導(dǎo)線和接插件等。3.中間溫度定則如圖3-10所示，在熱電偶回路中，如果在熱電極A和B的兩端溫度T，T0之外,還存在一個(gè)中間溫度Tn的話,則回路的總熱電勢(shì)可以表示為熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，此即中間溫度定則。其表達(dá)式為 圖 3-10 采用中間溫度的熱電偶 （3-9）中間溫度定則為在熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)，也為制定和使

21、用熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。各種熱電偶的分度表都是在冷端溫度為0時(shí)制成的，如果在實(shí)際測(cè)溫過程中熱電偶冷端溫度不為0而是某一中間溫度Tn,這時(shí)儀表的測(cè)量值只是而不是與熱端溫度T成對(duì)應(yīng)關(guān)系的熱電勢(shì) ,因此需要補(bǔ)上。結(jié)合分度表，令T0=0，則式（3-9）變?yōu)?或 （3-10）式中，為儀表的測(cè)量值，而可以通過分度表查得，獲得的再通過反差分度表獲得被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度值t ,如后面的例3-1。3.3.3常用熱電偶種類 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系、允許誤差，有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，且有與其配套的顯示儀表；非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在使用范

22、圍或數(shù)量級(jí)方面均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的需要。這里主要介紹標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。1.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中，并不是任意兩種不同的金屬材料就可以成為熱電偶的熱電極材料，它必須具備以下性能：1）優(yōu)良的熱電特性 即熱電勢(shì)率(靈敏度)要大，熱電關(guān)系接近線性，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕 ；2）優(yōu)良的機(jī)械性能 機(jī)械強(qiáng)度高有韌性，材料組織均勻易于加工成絲；3）制造成本低，價(jià)值比較便宜。我國的熱電偶制造，從1991年起便采用了國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的1990年國際溫標(biāo)（簡(jiǎn)稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)，表3-2給出了8種常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其性能特點(diǎn)。表3-2標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其主要性能熱

23、電偶名稱分度號(hào)E（100,0）（mV）測(cè)溫范圍（）性能特點(diǎn)長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠10鉑S0.646013001600熱電特性穩(wěn)定，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精度高，熱電勢(shì)小，線性差且價(jià)格貴?？勺鳛榛鶞?zhǔn)熱偶和用于精密測(cè)量鉑銠13鉑R0.647013001600與S型熱電偶性能幾乎相同，只是熱電勢(shì)大15%左右鉑銠30鉑銠6B0.033016001800穩(wěn)定性好，在冷端低于100時(shí)不用考慮溫度補(bǔ)償問題，熱電勢(shì)小，線性較差，價(jià)格貴，壽命遠(yuǎn)高于S型熱偶鎳鉻鎳硅K4.096012001300熱電勢(shì)較大，線性好，性能穩(wěn)定，價(jià)格較便宜，抗氧化性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于中高溫測(cè)量鎳鉻硅鎳硅N2.774-20012001300高溫穩(wěn)定

24、性及使用壽命較K型有成倍提高，與S型熱偶相近，其價(jià)格僅為S型的1/10，有全面代替賤金屬熱電偶和部分代替S型熱偶的趨勢(shì) 銅銅鎳（康銅）T4.279-200350400準(zhǔn)確度高，價(jià)格便宜，廣泛用于低溫測(cè)量鎳鉻銅鎳（康銅）E6.319-200760850熱電勢(shì)大，中低溫穩(wěn)定性好，耐磨蝕，價(jià)格便宜，應(yīng)用于中低溫測(cè)量 鐵銅鎳（康銅）J5.269-40600750價(jià)格最便宜，耐H2和CO2氣體腐蝕；在含碳或鐵的條件下使用也很穩(wěn)定，適用于化工生產(chǎn)過程的低溫域測(cè)量 鉑銠10表示該合金含90%的鉑及10%的銠，以下雷同。表3-2所列熱電偶中，寫在前面的熱電極為正極，寫在后面的熱電極為負(fù)極。各種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電

25、勢(shì)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以從熱電偶分度表中查得。2.熱電偶分度表 根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定，參比端溫度時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出各種熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，列成一張表格稱為分度表，見附錄E。 圖3-11 示出了幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系曲線。從圖中曲線或分度表中可以得到以下結(jié)論： 1）不同型號(hào)熱電偶的熱電勢(shì)有較大差別 ，B型熱電勢(shì)小，E型熱電勢(shì)最大； 2）熱電勢(shì)是溫度的升值函數(shù)，其關(guān)系為非線性； 3）在t =0時(shí)，它們的熱電勢(shì)均為零； 4）當(dāng)冷端溫度時(shí)，需要先補(bǔ)償電勢(shì)，再查表獲得溫度，即： 圖3-11 熱電偶的熱電特性曲線3.3.4 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 由熱電偶測(cè)溫公式可知，只有在

26、熱電偶冷端溫度恒定的條件下，熱電勢(shì)才是測(cè)量端t的單值函數(shù)，而且各種熱電偶的溫度與熱電勢(shì)關(guān)系的分度表(熱電曲線)都是在冷端溫度為0時(shí)得到的，而與熱電偶配套使用的顯示儀表也是基于熱電偶冷端溫度為 0時(shí)標(biāo)定的。所以用熱電偶測(cè)溫必須滿足其冷端溫度為0的條件，但實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫度常不為0，為此必須進(jìn)行相應(yīng)的冷端溫度補(bǔ)償。以下介紹幾種冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ā?.補(bǔ)償導(dǎo)線法 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必須首先使用一種廉價(jià)的專用導(dǎo)線將冷端延伸到遠(yuǎn)離熱源或環(huán)境溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理或補(bǔ)償為。這種專用的補(bǔ)償導(dǎo)線在0100的溫度范圍內(nèi)，具有與所連接熱電偶相同的熱電特性，因而它既能保證熱電偶冷端溫

27、度保持不變，又經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。 補(bǔ)償導(dǎo)線由合金絲、絕緣層、屏蔽層和護(hù)套組成，其結(jié)構(gòu)組成及其延長(zhǎng)熱電偶冷端的接線如圖3-12所示。圖3-12補(bǔ)償導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其接線圖（梁森p187圖9-8） 補(bǔ)償導(dǎo)線又分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種。延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，用字母“”附在熱電偶分度號(hào)后表示；補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在100以下時(shí)與配用的熱電偶熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，用字母“C”附在熱電偶分度號(hào)后表示。常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色如表3-3所示。 表3-3 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線（徐科軍p175表631或ppt6.3 使用補(bǔ)償導(dǎo)

28、線要注意以下問題： 1）補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般0100）與熱電勢(shì)相等或相近； 2）不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線； 3）熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度； 4）補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極，需分別與熱電偶的正負(fù)極相連； 5）補(bǔ)償導(dǎo)線作用只是延伸熱電偶的冷端，當(dāng)延長(zhǎng)后的冷端溫度仍不為0時(shí)，還需進(jìn)行其它補(bǔ)償與修正。 2.冰點(diǎn)恒溫法圖3-13 熱電偶冷端冰點(diǎn)恒溫法 將熱電偶冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端溫度始終恒定保持為，如圖3-13所示。 此法也稱冷端冰浴法，它徹底消除了冷端溫度t0不等于而引起的誤差。但由于冰較易融化，且恒溫容器也不適宜放置在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，故此冰浴法只適用于實(shí)

29、驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。 3.計(jì)算修正法 當(dāng)熱電偶冷端溫度即環(huán)境溫度t0時(shí)（一般情形下t00），這時(shí)儀表測(cè)量出的回路熱電勢(shì)E(t,t0 )與冷端為時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)E(t,0)不等，即E(t,t0 )E(t,0)。因此，必須加上環(huán)境溫度t0與冰點(diǎn)0之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶測(cè)溫公式或分度表。計(jì)算修正公式即是根據(jù)中間溫度定則得到的公式（3-10）： 例3-1】用K型熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，測(cè)得冷端溫度t038,測(cè)得測(cè)量端和冷端間的熱電勢(shì)E(t,38 )29.90 mV，試求實(shí)際爐溫。解這里的冷端溫度t0 即是中間溫度tn,由K型熱電偶分度表查得E(38，0)1.529 mV，由式（

30、3-10）可得 29.90 +1.529= 31.429 mV再反查K型分度表，由31.429 mV查得到實(shí)際爐溫t =755 。由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是非線性的，因此在冷端溫度不為零時(shí)，將所測(cè)得熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值加上冷端的溫度，并不等于實(shí)際的被測(cè)溫度。冷端溫度的計(jì)算修正曲線如圖3-14所示。 若按熱電動(dòng)勢(shì)E(t,38 )29.90 mV直接查K型分度表得對(duì)應(yīng)的爐溫718，與實(shí)際爐溫755相差37，由此產(chǎn)生的相對(duì)誤差約為5%。 圖3-14冷端溫度的計(jì)算修正曲線（徐科軍p176圖638 4.補(bǔ)償電橋法 利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的相應(yīng)電勢(shì)，來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值，此即熱電偶的冷端電橋補(bǔ)償原理，如圖3-15所示。 在熱電偶冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電橋，電橋的三個(gè)橋臂為錳銅絲繞制的不隨溫度變化的標(biāo)準(zhǔn)電阻，另有一個(gè)橋臂由隨溫度變化的銅電阻RCU構(gòu)成。工作時(shí)把（電橋）銅電阻RCU置于冷端溫度t0處，當(dāng)冷端溫度t0變化（比如升高），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)也將變化（減?。?，而此時(shí)串聯(lián)電橋中的銅電阻RCU阻值也將變化并使電橋兩端的電壓Uab也發(fā)生變化（升高）。如果參數(shù)選擇得當(dāng)，串聯(lián)電橋產(chǎn)生的電壓變化Ua