溫度測量(含第2次作業(yè))

1、第四章 溫度測量v4.0 概述v4.1 熱電偶測溫v4.2 熱電阻測溫v4.3 其他接觸式測溫儀表v4.4 接觸式測溫技術(shù)及誤差分析v4.5 非接觸式溫度測量 溫度測量基本概念溫度測量基本概念v本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:v1、了解、了解溫度測量溫度測量的的基本概念基本概念和方法；和方法；v2、了解、了解熱電偶熱電偶的工作原理，了解熱電偶的工作原理，了解熱電偶的的分類及特點(diǎn)分類及特點(diǎn)；v3、了解、了解熱電阻熱電阻的工作原理，了解熱電阻的工作原理，了解熱電阻的的分類及特點(diǎn)分類及特點(diǎn)。 重點(diǎn)重點(diǎn)：掌握熱電偶與熱電阻兩種測溫方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用場合：掌握熱電偶與熱電阻兩種測溫方法的原

2、理、特點(diǎn)及應(yīng)用場合溫度測量背景溫度測量背景 國際單位制七個基本的物理量國際單位制七個基本的物理量測量領(lǐng)域測量領(lǐng)域動力、機(jī)械、化工、冶金、制冷、航天、電子、動力、機(jī)械、化工、冶金、制冷、航天、電子、 量的名稱量的名稱 (Quantity) (Quantity) 單位名稱單位名稱 (Name) (Name) 單位符號單位符號(Symbol)(Symbol) 長度長度 (length) (length) 米米(meter)(meter) m m 質(zhì)量質(zhì)量 (mass) (mass) 千克千克( (公斤公斤)(kilogram)(kilogram) kgkg 時間時間 (time) (time) 秒秒

3、 (second) (second) s s 電流電流 (electric current) (electric current) 安培安培 (ampere) (ampere) A A 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 (thermodynamic temperature)(thermodynamic temperature) 開爾文開爾文(kelvin)(kelvin) K K 物質(zhì)的量物質(zhì)的量 (amount of substance) (amount of substance) 摩爾摩爾(mole)(mole) molmol 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度 (luminous intensity) (lumino

4、us intensity) 坎德拉坎德拉(candela)(candela) cdcd 4.0 概述v溫度：反映了物體的冷熱程度，與自然界中各種物溫度：反映了物體的冷熱程度，與自然界中各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。理和化學(xué)過程相聯(lián)系。v溫度測量：以熱平衡為基礎(chǔ)。溫度測量：以熱平衡為基礎(chǔ)。v溫度基本特性：當(dāng)兩個冷熱程度不同的物體接觸后溫度基本特性：當(dāng)兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導(dǎo)熱、換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平就會產(chǎn)生導(dǎo)熱、換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，具有相同的溫度。衡狀態(tài)，具有相同的溫度。v溫度測量方式：接觸式和非接觸式。溫度測量方式：接觸式和非接觸式。一、溫度測量基本概念一、

5、溫度測量基本概念 4.0 概述v一、溫度的基本概念溫度是一個基本物理量。v長度m、時間s、質(zhì)量kg、熱力學(xué)溫度K、電流單位A、光強(qiáng)度單位cd（坎德拉）、物質(zhì)量mol； n溫度的宏觀概念溫度的宏觀概念n冷熱程度的表示，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等冷熱程度的表示，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。n處于熱平衡狀態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有共同的宏觀性質(zhì)。處于熱平衡狀態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有共同的宏觀性質(zhì)。n這一宏觀特性用溫度表示即一切互為熱平衡的系統(tǒng)具有相同的溫度。這一宏觀特性用溫度表示即一切互為熱平衡的系統(tǒng)具有相同的溫度。n溫度的微觀概念溫度的微觀概念n是大量分子運(yùn)動平均強(qiáng)度的表示。是大量分子運(yùn)動平

6、均強(qiáng)度的表示。n分子運(yùn)動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。分子運(yùn)動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。溫度的概念溫度的概念物體熱平衡狀態(tài)下物體熱平衡狀態(tài)下冷熱程度冷熱程度的物理量的物理量微觀上微觀上溫度是物體內(nèi)部溫度是物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動分子熱運(yùn)動激烈程度的標(biāo)志，是激烈程度的標(biāo)志，是度量分子熱運(yùn)動度量分子熱運(yùn)動平均動能平均動能大小的指標(biāo)大小的指標(biāo)宏觀上宏觀上溫度是決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)。當(dāng)兩個系統(tǒng)溫度是決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)。當(dāng)兩個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，它們擁有的處于平衡狀態(tài)時，它們擁有的共同性質(zhì)共同性質(zhì)TA C TB C TC CA B C 熱流熱流TB CTA C熱流熱流 v一、溫度的基本概念溫度測量的基本原理v熱

7、力學(xué)第零定律認(rèn)為：“如果兩個系統(tǒng)中每一個系統(tǒng)都與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則該兩個系統(tǒng)彼此也處于熱平衡?！?自然界中，一些物質(zhì)的某些物理屬性具有隨溫度變化而自然界中，一些物質(zhì)的某些物理屬性具有隨溫度變化而發(fā)生相應(yīng)變化的特點(diǎn)，如：氣體在壓強(qiáng)不變時的體積和體發(fā)生相應(yīng)變化的特點(diǎn)，如：氣體在壓強(qiáng)不變時的體積和體積不變時的壓強(qiáng)，液體的體積，導(dǎo)線的電阻，電勢等等都積不變時的壓強(qiáng)，液體的體積，導(dǎo)線的電阻，電勢等等都具有隨溫度發(fā)生顯著變化的特征，這些物質(zhì)叫具有隨溫度發(fā)生顯著變化的特征，這些物質(zhì)叫感溫介質(zhì)感溫介質(zhì)。溫度測量的基本原理v利用這些物質(zhì)的不同感溫特性可以制成不同類型的溫度計。v當(dāng)它與被測物體（介質(zhì)）相互接

8、觸，并處于熱平衡狀態(tài)時，溫度計上所顯示的數(shù)值就是被測物體（介質(zhì)）的溫度值。這就是測溫的基本原理。物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象體積熱膨脹體積熱膨脹電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動勢結(jié)電動勢晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動作特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射熱、光輻射傳傳感感器器種種類類鉑測溫電阻、熱敏電阻鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動器石英晶體振動器超聲波溫度計超聲波溫度計示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度

9、傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計1.氣體溫度計氣體溫度計 2. 玻璃制水銀溫度計玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機(jī)液體溫度計玻璃制有機(jī)液體溫度計 4.雙金屬溫度計雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計液體壓力溫度計 6. 氣體壓力溫度計氣體壓力溫度計1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金4.0 概述自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)，因此溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測量和控制的一個重要物理量。由于不同物質(zhì)的不同物理特性與溫度有著不同的關(guān)系，因此即使用同一物質(zhì)的不同特性，或不同物質(zhì)的同一種特性對

10、同一個溫度進(jìn)行測量，也會得出不同的量值，這就需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)溫度單位，即溫標(biāo)。二. 溫標(biāo)溫標(biāo)溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。二、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。各類溫度計的刻度均由溫標(biāo)確定。v溫標(biāo)三要素：溫度計、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。v溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(Temperature Standard)，而是溫度標(biāo)尺(Temperature Scale)的簡稱。國際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)(

11、美國)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。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 二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 1、溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫。它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn)度讀數(shù)的起點(diǎn)(即零點(diǎn)即零點(diǎn))以及溫度的單位。各類溫以及溫度的單

12、位。各類溫度計的刻度均由溫標(biāo)確定。度計的刻度均由溫標(biāo)確定。2、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)等。等。 華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)：F=9/5C+32攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)：C=K-273.15溫度的概念溫度的概念單位單位 攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（） 華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（ F） 國際溫標(biāo)（國際溫標(biāo)（K）常用常用攝氏溫度攝氏溫度5927332.16()CFCK二. 溫標(biāo)基本原理基本原理測溫原理測溫原理溫度本身是一個溫度本身是一個抽象的物理量抽象的物理量，不能直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較

13、而測出，不能直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較而測出通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質(zhì)，通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質(zhì)，間接地測量間接地測量物體溫度物體溫度傳感器傳感器：測量某些材料隨溫度單值變化的：測量某些材料隨溫度單值變化的物理參數(shù)物理參數(shù)，間接評估間接評估物理參數(shù)選擇物理參數(shù)選擇溫度的溫度的單值單值函數(shù)函數(shù)物理參數(shù)變化只與溫度有關(guān)，與其它因素?zé)o物理參數(shù)變化只與溫度有關(guān)，與其它因素?zé)o關(guān)或關(guān)系不大關(guān)或關(guān)系不大函數(shù)關(guān)系必須簡單、函數(shù)關(guān)系必須簡單、穩(wěn)定穩(wěn)定參數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系簡單，參數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系簡單，且變化是連續(xù)的且變化是連續(xù)的溫度的跟蹤性要好溫度的跟蹤性要好能夠能夠迅速迅速與被測介質(zhì)達(dá)到熱

14、平衡與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)v經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。v認(rèn)為在兩個易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點(diǎn)之間所選定的測溫物質(zhì)體積的變化與溫度成線性關(guān)系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化1份的溫度定義為1度。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測溫介質(zhì)有關(guān)，有多少種測溫介質(zhì)就有多少個溫標(biāo)。v按照這個原則建立的有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和列氏溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)v所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計。v分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應(yīng)每份的溫度定義為1攝氏度，單位為“ ”。華氏溫標(biāo)v華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計，選取氯化銨和冰水混合物的溫度

15、為零度，人體溫度為100華氏度。水銀體積膨脹被分為100份，對應(yīng)每份的溫度為1華氏度，單位為“oF”。按照華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為32oF，沸點(diǎn)是212oF。v攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)（ ）1714年， Fahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個恒定溫度作固定點(diǎn)(212 和32 )，這兩個溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計分成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Raumur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

16、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，t(1)=T(1K)。蘭氏溫標(biāo)(oR)Rankine 溫標(biāo)是美國工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對零度，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 。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)v雖然

17、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)在歷史上起過重要的作用，特別是攝氏溫標(biāo)一直沿用至今，但也存在著嚴(yán)重的缺陷，主要表現(xiàn)在測量精度低，應(yīng)用范圍窄。v其次經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)把溫度與物質(zhì)的膨脹之間的關(guān)系看成簡單的正比關(guān)系，這不符合實(shí)際情況。v為此，必須建立一種與測溫介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。 2. 熱力學(xué)溫標(biāo)v熱力學(xué)溫標(biāo)是英國物理學(xué)家開爾文(Kelvin)于1848年以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。v熱力學(xué)溫標(biāo)是以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)?？ㄖZ定律指出，一個工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機(jī)，其效率只與熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱機(jī)從溫度為T2的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為T1的冷源的熱量為Q1，則有 1122QTQTv1

18、854年，開爾文建議用一個固定點(diǎn)來確定此溫標(biāo)。v人們發(fā)現(xiàn)水的三相點(diǎn)(273.16K)的穩(wěn)定性能，長期維持在0.1mK范圍內(nèi)。因此，1954年第10屆國際計量大會決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫際的基本固定點(diǎn)此溫標(biāo)的表達(dá)式為：2273.16K1QTQn這種溫標(biāo)的最大特點(diǎn)是與選用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無這種溫標(biāo)的最大特點(diǎn)是與選用的測溫介質(zhì)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，故關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨測溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱它為稱它為絕對熱力學(xué)溫標(biāo)絕對熱力學(xué)溫標(biāo)。由此而得的溫度稱為。由此而得的溫度稱為熱熱力學(xué)溫度，力學(xué)溫度，成為溫度測量的基準(zhǔn)。成為溫度測量的基準(zhǔn)。 熱力學(xué)溫標(biāo)是純理論的，無法直接實(shí)熱力學(xué)

19、溫標(biāo)是純理論的，無法直接實(shí)現(xiàn)。在熱力學(xué)中從理論上證明了熱力學(xué)溫現(xiàn)。在熱力學(xué)中從理論上證明了熱力學(xué)溫標(biāo)與由理想氣體狀態(tài)方程建立的溫標(biāo)是完標(biāo)與由理想氣體狀態(tài)方程建立的溫標(biāo)是完全一致的，所以借助于氣體溫度計可復(fù)現(xiàn)全一致的，所以借助于氣體溫度計可復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。但氣體溫標(biāo)的建立是相當(dāng)繁熱力學(xué)溫標(biāo)。但氣體溫標(biāo)的建立是相當(dāng)繁雜的，而且使用不方便。雜的，而且使用不方便。v為了實(shí)用方便，建立了一種緊密接近熱力為了實(shí)用方便，建立了一種緊密接近熱力學(xué)溫標(biāo)的簡便溫標(biāo)，即學(xué)溫標(biāo)的簡便溫標(biāo)，即國際實(shí)用溫標(biāo)。國際實(shí)用溫標(biāo)。v國際實(shí)用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的。國際實(shí)用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的。3. 絕對氣體溫標(biāo)v據(jù)熱力

20、學(xué)：所有氣體在低壓下，定壓時的氣體體積或定容時的氣體壓強(qiáng)均與溫度成線性關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義，因?yàn)?，?dāng)氣體的壓強(qiáng)趨近于零時，氣體的特性便趨近于理想氣體。v因此利用趨近于理想狀態(tài)氣體的性質(zhì)所建立的溫標(biāo)就與氣體的種類無關(guān)。v這種利用理想化氣體的特性而建立的溫標(biāo)就叫理想氣體溫標(biāo)。v波義耳定律：當(dāng)溫度一定時，pVC，C是只取決于溫度的常數(shù)；v利用這一原理制造的溫度計稱為氣體溫度計，有定容式和定壓式兩種。v這種方法將溫度測量轉(zhuǎn)化成對氣體壓力或體積的測量。由查理定律和蓋.呂薩克定律可知v在V=0或p=0的極限情況下，對應(yīng)的溫度為-273.15 。為了使溫標(biāo)具有連續(xù)性，因而把-273.15定

21、義為絕對溫度的零度。v絕對溫標(biāo)的分度法與攝氏分度法相同，而絕對溫度的單位是K。絕對溫度(用T表示)與攝氏溫度(用t表示)的關(guān)系為 式中 T0273.150TTt4. 國際實(shí)用溫標(biāo)和國際溫標(biāo)v經(jīng)國際協(xié)議產(chǎn)生的國際實(shí)用溫標(biāo)，其指導(dǎo)思想是:1)盡可能地接近熱力學(xué)溫標(biāo);2)復(fù)現(xiàn)精度要高;3)制作較容易;4)性能穩(wěn)定;5)使用方便.v各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)該溫標(biāo)，保證國際上溫度量值的統(tǒng)一。v第一個國際溫標(biāo)是1927年第七屆國際計量大會決定采用的國際實(shí)用溫標(biāo)。此后在1948、1960、1968年經(jīng)多次修訂，形成了近20多年各國普遍采用的國際實(shí)用溫標(biāo)稱為(IPTS-68)。v1989年7月第77屆國際計

22、量委員會批準(zhǔn)建立了新的國際溫標(biāo)，簡稱ITS-90。為和IPTS-68溫標(biāo)相區(qū)別，用表示ITS-90溫標(biāo)。ITS-90基本內(nèi)容為：（1）國際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為K，1K等于水的三相點(diǎn)時溫度值的1/273.16；（2）把水的三相點(diǎn)時溫度值定義為0.01，同時相應(yīng)把絕對零度修訂為-273.15；這樣國際攝氏溫度t90 ()和國際實(shí)用溫度T90 (K) 關(guān)系為：9090273.15tT(3) 規(guī)定把整個溫標(biāo)分成4個溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下； 0.655.0 K，用3He和4He蒸汽溫度計； 3.024.5561K，用3He和4He定容氣體溫度計； 13.803 K961.78，用鉑電阻溫度計； 961.

23、78 以上，用光學(xué)或光電高溫計；(4) 新確認(rèn)和規(guī)定17個固定點(diǎn)溫度值以及借助依據(jù)這些固定點(diǎn)和規(guī)定的內(nèi)插公式分度的標(biāo)準(zhǔn)儀器來實(shí)現(xiàn)整個熱力學(xué)溫標(biāo)。見下表所示。二、溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞二、溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞 與國際實(shí)用溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器均由國家指與國際實(shí)用溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器均由國家指定機(jī)構(gòu)（我國由中國計量科學(xué)研究所）保存，定機(jī)構(gòu)（我國由中國計量科學(xué)研究所）保存，并通過下級計量機(jī)構(gòu)（如省、市級的技術(shù)監(jiān)督并通過下級計量機(jī)構(gòu)（如省、市級的技術(shù)監(jiān)督局）進(jìn)行傳遞，通常采用較高級對較低級進(jìn)行局）進(jìn)行傳遞，通常采用較高級對較低級進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)。 基本原理基本原理測溫原理測溫原理溫度本身是一個溫度本身是一個抽象的物理量抽象

24、的物理量，不能直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較而測出，不能直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較而測出通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質(zhì)，通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質(zhì)，間接地測量間接地測量物體溫度物體溫度傳感器傳感器：測量某些材料隨溫度單值變化的：測量某些材料隨溫度單值變化的物理參數(shù)物理參數(shù)，間接評估間接評估物理參數(shù)選擇物理參數(shù)選擇溫度的溫度的單值單值函數(shù)函數(shù)物理參數(shù)變化只與溫度有關(guān)，與其它因素?zé)o物理參數(shù)變化只與溫度有關(guān)，與其它因素?zé)o關(guān)或關(guān)系不大關(guān)或關(guān)系不大函數(shù)關(guān)系必須簡單、函數(shù)關(guān)系必須簡單、穩(wěn)定穩(wěn)定參數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系簡單，參數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系簡單，且變化是連續(xù)的且變化是連續(xù)的溫度的跟蹤性要好溫度的跟蹤性要好能

25、夠能夠迅速迅速與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡三、測溫方法與測溫儀器的分類三、測溫方法與測溫儀器的分類v溫度不能直接測量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特溫度不能直接測量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，通過對某些物理特性變化量的測性是溫度的函數(shù)，通過對某些物理特性變化量的測量間接地獲得溫度值。量間接地獲得溫度值。v按照所用方法之不同，溫度測量分為接觸式和非接觸式兩大類。測溫方法測溫方法利用物體的利用物體的熱脹冷縮熱脹冷縮現(xiàn)象測量溫度現(xiàn)象測量溫度利用物體的利用物體的熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度利用物體的利用物體的導(dǎo)電率隨溫度變化導(dǎo)電率隨溫度變化的

26、現(xiàn)象測量溫度的現(xiàn)象測量溫度利用物體的利用物體的熱輻射熱輻射強(qiáng)度隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度強(qiáng)度隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度利用物體的利用物體的磁化率隨溫度變化磁化率隨溫度變化現(xiàn)象制造的磁溫度計現(xiàn)象制造的磁溫度計利用物體的利用物體的正向電壓隨溫度變化正向電壓隨溫度變化現(xiàn)象制造的溫度計現(xiàn)象制造的溫度計三、測溫方法與測溫儀器的分類常用溫度計常用溫度計16.273 KC測量測量50溫溫度可用度可用什么溫什么溫度計？度計？攝氏度三、測溫方法與測溫儀器的分類三、測溫方法與測溫儀器的分類1. 接觸式測溫v接觸式的特點(diǎn)是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這是感溫元件的某一物理參效

27、的量值就代表了被測對象的溫度值。v優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。v缺點(diǎn)：感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。2.非接觸法非接觸法u利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法這種測溫方式稱為非接觸法。u特點(diǎn)：特點(diǎn)：不與被測物體接觸不與被測物體接觸，也不改變被測物，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。體的溫度分布，熱慣性小。u通常用來測定通常用來測定10001000以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。應(yīng)迅速的高溫物體的溫度

28、。2、非接觸式測溫v非接觸測溫的特點(diǎn)1)感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測溫上限。2)熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，便于測量運(yùn)動物體的溫度和快速度變化的溫度。測溫儀器 對應(yīng)于兩種測溫方法，測溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式測溫儀器又可分為:v膨脹式溫度計：包括液體和固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計；v熱電式溫度計：包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計；v電阻式溫度計：包括金屬熱電阻溫度計和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計。v壓力式溫度計：壓力式溫度計：它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，通過對工作介質(zhì)的壓

29、力測量來判斷溫度值的高而壓力升高的性質(zhì)，通過對工作介質(zhì)的壓力測量來判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。一種機(jī)械式儀表。測溫儀器u非接觸式測溫儀表是采用感溫元件與被測物體不直接接非接觸式測溫儀表是采用感溫元件與被測物體不直接接觸的方法來測量溫度。觸的方法來測量溫度。u在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測溫法非常困難，可采用非在高溫范圍內(nèi)，用直接接觸測溫法非常困難，可采用非接觸式測溫法，利用物體的熱輻射特性對物體的溫度進(jìn)接觸式測溫法，利用物體的熱輻射特性對物體的溫度進(jìn)行非接觸式測量。行非接觸式測量。u光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計、比色高溫計、輻射高溫計?？捎糜跍y量爐、比色高溫計、輻射高溫計?？捎糜跍y量爐膛溫度。膛溫度。l接

30、觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器l非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器 接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。提條件是被測物體的熱容量要足夠大。 非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)非接觸式溫度傳感器主要

31、是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。耗；反應(yīng)快等。三、溫度傳感器分類總結(jié)三、溫度傳感器分類總結(jié) 常用溫度計常用溫度計16.273 KC 方式測溫方式測溫 傳感器傳感器 測溫范圍（測溫范圍（） 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 熱電偶熱電偶 20020017001700 種類多，結(jié)構(gòu)簡單，價廉，感溫種類多，結(jié)構(gòu)簡單

32、，價廉，感溫部小，廣泛應(yīng)用于電測部小，廣泛應(yīng)用于電測 金屬熱電阻金屬熱電阻 260260600600 種類多，精度高，感溫部較大，種類多，精度高，感溫部較大，廣泛應(yīng)用于電測廣泛應(yīng)用于電測 接觸式接觸式 熱熱電電阻阻 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻 260260350350 體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，廣體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，廣泛應(yīng)用于電測泛應(yīng)用于電測 非接觸式非接觸式 輻輻射射式式 光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計 比色高溫計比色高溫計 紅外光電溫度計紅外光電溫度計 202035003500 不干擾被測溫度場，可對運(yùn)動體不干擾被測溫度場，可對運(yùn)動體測溫，響應(yīng)較快。測溫計結(jié)構(gòu)復(fù)測溫，響應(yīng)較快。測溫計結(jié)構(gòu)復(fù)雜

33、，價高，需定標(biāo)修正測量值雜，價高，需定標(biāo)修正測量值 三、測溫方法與測溫儀器的分類三、測溫方法與測溫儀器的分類測溫方式測溫方式接觸測溫法接觸測溫法除高溫區(qū)以外的溫度測量大多采用此法除高溫區(qū)以外的溫度測量大多采用此法主要有：熱電阻、熱電偶、膨脹式、二極管等主要有：熱電阻、熱電偶、膨脹式、二極管等非接觸測溫法非接觸測溫法在高溫范圍（由于感溫物質(zhì)的材料特性的限制），利用物體的在高溫范圍（由于感溫物質(zhì)的材料特性的限制），利用物體的輻輻射特性射特性來測量物體的溫度來測量物體的溫度主要有：光學(xué)高溫計、輻射高溫計、光電高溫計等主要有：光學(xué)高溫計、輻射高溫計、光電高溫計等三、測溫方法與測溫儀器的分類 按照溫度測

34、量范圍，可分為超低溫、低溫、中溫、高溫和超高溫溫度測量。v超低溫： 630.74 ；v超高溫：10000 K。熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱超高溫用超高溫用傳感器傳感器1500以上以上光學(xué)高溫計、輻射傳感器光學(xué)高溫計、輻射傳感器高溫用高溫用傳感器傳感器10001500光

35、學(xué)高溫計、輻射傳感器、光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中高溫用中高溫用傳感器傳感器5001000光學(xué)高溫計、輻射傳感器、光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中溫用中溫用傳感器傳感器0500低溫用低溫用傳感器傳感器-2500極低溫用極低溫用傳感器傳感器-270-250BaSrTiO3陶瓷陶瓷晶體管、熱敏電阻、晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計壓力式玻璃溫度計見表下內(nèi)容見表下內(nèi)容 測測 溫溫 范范 圍圍分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱測溫范圍寬、測溫范圍寬、輸出小輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶

36、體振動器、可控硅、石英晶體振動器、壓力式溫度計、玻璃制溫度計壓力式溫度計、玻璃制溫度計線性型線性型測溫范圍窄、測溫范圍窄、輸出大輸出大熱敏電阻熱敏電阻指數(shù)型指數(shù)型函數(shù)函數(shù)開關(guān)型開關(guān)型特性特性特定溫度、特定溫度、輸出大輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計感溫鐵氧體、雙金屬溫度計 測測 溫溫 特特 性性測溫特性測溫特性v1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理v2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律v3 熱電偶冷端處理和補(bǔ)償熱電偶冷端處理和補(bǔ)償v4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶v5 熱電偶分度表熱電偶分度表v6 熱電偶傳感器的應(yīng)用熱電偶傳感器的應(yīng)用4.1 熱電偶測溫 4.1 熱電偶測溫 v熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)

37、用最普熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。遍、最廣泛的溫度測量元件。v它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢（它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢（mV）信號，配以）信號，配以測量電勢的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測測量電勢的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量或溫度信號的轉(zhuǎn)換。量或溫度信號的轉(zhuǎn)換。v熱電偶溫度計由熱電偶（敏感元件）、電熱電偶溫度計由熱電偶（敏感元件）、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。測儀表和連接導(dǎo)線組成。熱電偶測溫主要特點(diǎn)熱電偶測溫主要特點(diǎn) 1、它屬于、它屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器：（傳感器：（有源傳感器）有源傳感器） 測量時可以不需外加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；測量時可以不需外加電源，可直

38、接驅(qū)動動圈式儀表； 2、測溫范圍廣、測溫范圍廣：下限可達(dá)下限可達(dá)-270 C ，上限可達(dá)，上限可達(dá)1800 C以上；以上； 3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員會國際計量委員會的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。 4、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便；結(jié)構(gòu)簡單、制作方便； 5 5、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時間短；、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時間短； 6 6、直接輸出直流電壓信號，便于測量、信號傳輸、自動記錄和、直接輸出直流電壓信號，便于測量、信號傳輸、自動記錄和控制等?？刂频?。 可適應(yīng)各種測溫對象的要求，如快速、點(diǎn)溫測量等?？蛇m應(yīng)各種測溫對象的要求，如快速、點(diǎn)溫測量等

39、。4.1 熱電偶測溫 v熱電偶是當(dāng)前熱電測溫中普遍使用的一種感溫元件，它的工作原理是基于熱電效應(yīng)v4.1.1 熱電偶的測溫原理v 兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在一起，組成圖所示的閉合回路，當(dāng)兩個接觸點(diǎn)(稱為結(jié)點(diǎn))溫度T和T0不相同時，回路中即產(chǎn)生電勢，并有電流流通，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢 熱電極熱電極A右端稱為：右端稱為： 自由端自由端 參考端參考端 冷端冷端 左端稱為：左端稱為： 測量端測量端 工作端工作端 熱端熱端熱電極熱電極B熱電勢

40、熱電勢ABv回路電勢稱為熱電勢。兩金屬絲稱為偶極或熱電極。兩個結(jié)點(diǎn)中與被測介質(zhì)接觸的一個稱為測量結(jié)成工作端、熱端，另一個稱為參考端（或自由端、冷端）。v由于這種熱電效應(yīng)現(xiàn)象是1821年塞貝克（Seeback）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝克效應(yīng)。4.1 熱電偶測溫 熱電偶熱電偶：兩種不同的金屬：兩種不同的金屬A和和B構(gòu)成閉合回路，構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個接觸端當(dāng)兩個接觸端TT0時，回路中會產(chǎn)生熱電勢。時，回路中會產(chǎn)生熱電勢。 熱電勢由兩種材料的接觸電勢熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢決定和單一材料的溫差電勢決定ABTT0熱電效應(yīng)：將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢熱電效應(yīng)：將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢 當(dāng)當(dāng)

41、不同材料不同材料的兩導(dǎo)體和的的兩導(dǎo)體和的兩個結(jié)兩個結(jié)點(diǎn)處溫度不同點(diǎn)處溫度不同時時，則回路中產(chǎn)生熱電勢，則回路中產(chǎn)生熱電勢熱電偶：熱電偶：兩導(dǎo)體和組成兩導(dǎo)體和組成接觸電勢接觸電勢：接觸點(diǎn)電子密度不相同而形：接觸點(diǎn)電子密度不相同而形成的電位差成的電位差溫差電勢溫差電勢：金屬導(dǎo)體兩端溫度不同而可：金屬導(dǎo)體兩端溫度不同而可產(chǎn)生的熱電勢產(chǎn)生的熱電勢等溫時為零等溫時為零 0000,ttetettetetteAABBABAB導(dǎo)導(dǎo)體體A導(dǎo)導(dǎo)體體B teAB 0teAB0,tteA0,tteB高溫端高溫端t低溫端低溫端t0e eABAB（t,tt,t0 0）金屬金屬A A和溫度和溫度t t分別表示熱電偶的正極和

42、測量分別表示熱電偶的正極和測量端端, ,后面的金屬后面的金屬B B和溫度和溫度t t0 0分別表示熱電偶的負(fù)極和參考端分別表示熱電偶的負(fù)極和參考端4.1 熱電偶測溫 1. 接觸電勢（珀爾帖電勢）v兩種導(dǎo)體相接觸，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，如果NANB ，電子密度大的導(dǎo)體A中的電子就向電子密度小的導(dǎo)體B擴(kuò)散；v導(dǎo)體A由于失去了電子而具有正電位。導(dǎo)體B由于接收到了擴(kuò)散來的電子而具有負(fù)電位。v在擴(kuò)散達(dá)到動態(tài)平衡時A、B之間就形成了電位差，稱之為接觸電勢。v式中vEAB(T)：為A、B兩種材料在溫度為T時的接觸電動勢；vK：玻耳茲曼常數(shù)；ve：電子電荷：vNA(T)、NB(T)：A、B兩種材料在溫

43、度T時的自由電子密度。 lnAABBNTKTETeNT溫差電勢示意圖2. 溫差電勢（湯姆遜電勢）對單一金屬導(dǎo)體，如果兩端的溫度不同，則兩端的自由電子就具有不同的動能。溫度高則動能大，動能大的自由電子就會向溫度低的一段擴(kuò)散。失去了電子的這一端就處于正電位，而低溫端由于得到電子處于負(fù)電位。這樣兩端就形成了電位差，稱為溫差電勢。00,d1KE T TN teTTN在整個閉合回路中產(chǎn)生的總電動勢在整個閉合回路中產(chǎn)生的總電動勢EAB(T,T0)可表示為可表示為由式可知，熱電偶總電動勢與電子密度由式可知，熱電偶總電動勢與電子密度N NA A、N NB B及及兩節(jié)點(diǎn)溫度兩節(jié)點(diǎn)溫度T,T0有關(guān)，電子密度取決于

44、熱電偶材有關(guān)，電子密度取決于熱電偶材料的特性。料的特性。當(dāng)熱電偶材料一定時，熱電偶的總電當(dāng)熱電偶材料一定時，熱電偶的總電動勢動勢EAB(T,T0)成為溫度成為溫度T和和T0的函數(shù)差，的函數(shù)差，即即3. 回路的總熱電動勢4. 結(jié)論v熱電偶回路熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料熱電偶回路熱電勢的大小，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)，與熱電偶絲的直和材料兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。v只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產(chǎn)生熱電勢。材料組成的閉合

45、回路不會產(chǎn)生熱電勢。v熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒已知且恒定，則定，則f(T0)為常數(shù)?；芈房偀犭妱萘繛槌?shù)?；芈房偀犭妱萘縀AB(T,T0)只是只是溫度溫度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。4.1.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理熱電偶回路的總熱電勢熱電偶回路的總熱電勢熱電勢存在必須具備兩個條件：熱電勢存在必須具備兩個條件：a) 兩種不同的金屬材料組成熱電偶；兩種不同的金屬材料組成熱電偶； b) 兩端存在溫差。兩端存在溫差。 )()(,00000TfTfTTeT

46、eTTeTeTTEBABAABAB 熱電勢是熱電勢是T和和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)?shù)臏囟群瘮?shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)T0=0時，時，f(T0)=0則有：則有：)(),(0TfTTEAB E與與T間有唯一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此可用測量到的間有唯一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此可用測量到的熱電勢熱電勢E來得到對應(yīng)的溫度值來得到對應(yīng)的溫度值T，熱電偶熱電勢的大小，只與，熱電偶熱電勢的大小，只與導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B的材料及冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及的材料及冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及接觸面積無關(guān)。接觸面積無關(guān)。 4.1.2 熱電偶回路的基本定律1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律由均質(zhì)材料構(gòu)

47、成的熱電偶、熱電動勢的大小只與材料及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關(guān)。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會有附加電動勢產(chǎn)生。1.均勻?qū)w定律均勻?qū)w定律 在用同一種均質(zhì)材料組成的在用同一種均質(zhì)材料組成的回路回路中，不中，不論材料的截面積是否一致以及各處的溫度分論材料的截面積是否一致以及各處的溫度分布如何，該回路中的總布如何，該回路中的總熱電勢熱電勢等于零等于零.若要回路中產(chǎn)生若要回路中產(chǎn)生熱電勢熱電勢，必須采用兩種不同性質(zhì)的材料，必須采用兩種不同性質(zhì)的材料由同一種材料組成的閉合回路存在溫差時，若回路中產(chǎn)生由同一種材料組成的閉合回路存在溫差時，若回路中產(chǎn)生熱電勢便說明

48、該材料是不均勻的熱電勢便說明該材料是不均勻的eA(t, t0)0 tA t04.1.2 熱電偶回路的基本定律1 均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 熱電偶的熱電勢僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭娕嫉臒犭妱輧H與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。熱電極的溫度分布無關(guān)。 如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。TT0 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截

49、面積及合回路，不論導(dǎo)體的截面積及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成。采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成。4.1.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律2. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體在熱電偶回路中接入另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。不受中間導(dǎo)體接入的影響。為用測量儀表測量回路的熱電動勢提供理論依據(jù)為用測量儀表測量回路的熱電動勢提供理論依據(jù)TT0V4.1.2 熱電偶基本定

50、律熱電偶基本定律中間導(dǎo)體中間導(dǎo)體定律定律 在熱電偶回路中加入第三種導(dǎo)體在熱電偶回路中加入第三種導(dǎo)體C C，只要其兩，只要其兩端溫度相同，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變端溫度相同，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變不不受第三金屬接入的影響受第三金屬接入的影響Ct tABt t0 0t t0 0eAB(t)eBC(t0)eCA(t0)eB(t, t0)eA(t, t0)00,ttetteABABC 可以在熱電偶回路中接入儀表以便檢測熱可以在熱電偶回路中接入儀表以便檢測熱電勢的大小從而測出溫度電勢的大小從而測出溫度 相對另一種相對另一種金屬金屬C（標(biāo)準(zhǔn)電極）（標(biāo)準(zhǔn)電極）的熱電勢為的熱電勢為已知的金屬已知的金屬A

51、和和B，它們組成的熱電偶，其，它們組成的熱電偶，其熱電勢為它們對金屬熱電勢為它們對金屬C熱電勢的代數(shù)和：熱電勢的代數(shù)和： 建立通用建立通用（相對標(biāo)準(zhǔn)電極）（相對標(biāo)準(zhǔn)電極）分度表分度表000000,ABACCBABACBCet tet tet tet tet tet tACt toCBt toABt to2. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極應(yīng)用 如果兩種導(dǎo)體與另一種參考導(dǎo)體的熱電勢已知，如果兩種導(dǎo)體與另一種參考導(dǎo)體的熱電勢已知，則這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電勢是它們對參則這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電勢是它們對參考導(dǎo)體熱電勢的代數(shù)和?？紝?dǎo)體熱電勢的代數(shù)和。 v由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，

52、易提純，由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，通常選用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得所以，通常選用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電勢，則各種各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電勢可直接金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電勢可直接計算出來。計算出來。3. 中間溫度定律 在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T、T0時的熱電動勢，等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T 、Tn和Tn、T0時熱電動勢的代數(shù)和，即00ABABnABnET,TET,TET ,T中間溫度中間溫度定律定律 熱電偶在接點(diǎn)溫度為熱電偶在接點(diǎn)溫度為t t、t tn n的熱電勢為

53、的熱電勢為e eABAB(t,t(t,tn n),),在接在接點(diǎn)溫度為點(diǎn)溫度為t tn n 、t t0 0的熱電勢為的熱電勢為e eABAB(t(tn n,t,t0 0),),則當(dāng)接點(diǎn)的溫度為則當(dāng)接點(diǎn)的溫度為t t、t t0 0的熱電勢為：的熱電勢為： 結(jié)論結(jié)論：電勢與溫度間轉(zhuǎn)換電勢與溫度間轉(zhuǎn)換：無論熱電偶的工作溫度為多少，都可以用一具有：無論熱電偶的工作溫度為多少，都可以用一具有相同相同參考溫度的分度表參考溫度的分度表來確定其電勢溫度函數(shù)關(guān)系來確定其電勢溫度函數(shù)關(guān)系溫差測量：只要已知溫差測量：只要已知t和和tn溫度下的電勢，則對應(yīng)于溫度下的電勢，則對應(yīng)于t和和tn溫差溫差下下的熱電勢便的熱電

54、勢便為已知為已知00,ttettettenABnABAB00,ttettettenABABnABABt tnABtn toABt to131223,( , )( , )ABABABEetett tettt23. 中間溫度定律 中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，據(jù)。它表明：若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電動勢與連接的兩點(diǎn)溫度相同

55、，則總回路的熱電動勢與連接點(diǎn)溫度無關(guān)，只與延長以后的熱電偶兩端的溫點(diǎn)溫度無關(guān)，只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。度有關(guān)。v熱電偶由于受到材料價格的限制不可能做熱電偶由于受到材料價格的限制不可能做得很長，而要使其冷端不受測溫對象的溫得很長，而要使其冷端不受測溫對象的溫度影響，必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對象，采用度影響，必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對象，采用補(bǔ)償導(dǎo)線就可以做到這一點(diǎn)。補(bǔ)償導(dǎo)線就可以做到這一點(diǎn)。熱電偶冷端的延長熱電偶冷端的延長 v所謂補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是一對材料化學(xué)成分不同所謂補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在的導(dǎo)線，在0100溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電

56、特性，但價格相對要便宜。有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。v可可延長熱電偶的延長熱電偶的冷端冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。 回路總熱電勢為回路總熱電勢為E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)v 利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所恒定的場所(如儀表室如儀表室)，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個接點(diǎn)溫度

57、一致，是電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個接點(diǎn)溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。不會影響熱電動勢輸出的。 u常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為普通型普通型和和帶屏蔽層帶屏蔽層型型兩種兩種u按照補(bǔ)償原理分為按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型補(bǔ)償型及及延伸型延伸型兩種補(bǔ)償兩種補(bǔ)償導(dǎo)線導(dǎo)線u按使用溫度可分為按使用溫度可分為一般用一般用（0100）和）和耐耐熱用熱用（0200）1. 熱電偶熱電偶分度號分度號測量端溫度測量端溫度()參考端溫度參考端溫度()熱電勢熱電勢(mV)S13000B14008.914K3034.111T-145-5.324E80535J5651513.155158502059.30430.30

58、62.2.用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度t t0 0時，時，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？為什么？一樣？為什么？3.用兩支分度號為用兩支分度號為K的熱電的熱電偶測量偶測量A區(qū)和區(qū)和B區(qū)的溫差，區(qū)的溫差，連接回路如右圖所示。連接回路如右圖所示。當(dāng)熱電偶參考端溫度當(dāng)熱電偶參考端溫度t0為為0時，儀表指示時，儀表指示200。問在參考端溫度。問在參考端溫度上升上升25時，儀表的指時，儀表的指示值為多少？為什么？示值為多少？為什

59、么？ 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極分別與參考電極C組成熱電偶，如果組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，A和和B兩極配對后的熱兩極配對后的熱電動勢：電動勢：000T ,TET ,TET ,TECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極4. 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律4.1.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)中間溫度定律和標(biāo)準(zhǔn)電極定律 若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連

60、接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電動勢與連接點(diǎn)溫度無關(guān)，只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。 純金屬與合金的種類很多，要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢，其工作量極大。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算得到。4.1.3 熱電偶的材料、特點(diǎn)熱電極材料應(yīng)具備的條件：1.熱電偶應(yīng)輸出熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢較大的熱電勢，且要求熱電勢和溫度之間盡可能地呈線，且要求熱電勢和溫度之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系；性函數(shù)關(guān)系；2.能應(yīng)用于能應(yīng)用于較寬的溫度范圍；較