雙金屬溫度計(jì)工作原理一PPT通用課件

1、第二章第二章 生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)第一節(jié)第一節(jié) 溫度的檢測(cè)溫度的檢測(cè)溫度對(duì)生化過(guò)程的影響溫度對(duì)生化過(guò)程的影響1溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)2溫度檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表3溫度變送器溫度變送器4第一節(jié)第一節(jié) 溫度的檢測(cè)溫度的檢測(cè)2-1 2-1 溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 溫度：溫度： 從宏觀上看，溫度是表示物體冷熱程度的物理量從宏觀上看，溫度是表示物體冷熱程度的物理量 從微觀上看，溫度標(biāo)志著物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度從微觀上看，溫度標(biāo)志著物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度 溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量 溫標(biāo)：溫標(biāo)： 溫標(biāo)衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度溫標(biāo)衡量

2、溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度, ,是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。 各種溫度計(jì)的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。各種溫度計(jì)的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。 華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)： 1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出的，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把純水的冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100度。而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為攝氏1度，標(biāo)記為。華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo): 1714年德國(guó)人華倫海特(Fahrenheit)提出的，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點(diǎn)定為零度，冰的熔點(diǎn)定為32度，水的沸點(diǎn)定為212度，中

3、間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號(hào)為 。5(32)9CF 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文(Ketvin)在在1848年提出的，年提出的，符號(hào)為符號(hào)為T，單位記為，單位記為K，其規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，其規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，因此又稱絕對(duì)溫標(biāo)。因此又稱絕對(duì)溫標(biāo)。 一種不依賴任何測(cè)溫質(zhì)一種不依賴任何測(cè)溫質(zhì)(當(dāng)然也就不依賴任何測(cè)溫質(zhì)的任何物理性當(dāng)然也就不依賴任何測(cè)溫質(zhì)的任何物理性質(zhì)質(zhì))的絕對(duì)真實(shí)的絕對(duì)溫標(biāo)，以的絕對(duì)真實(shí)的絕對(duì)溫標(biāo)，以卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)(Carnot cycle)的熱量作為的熱量作為測(cè)定溫度的工具，即熱量起著測(cè)溫質(zhì)

4、的作用。測(cè)定溫度的工具，即熱量起著測(cè)溫質(zhì)的作用。 熱力學(xué)溫標(biāo)是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。熱力學(xué)溫標(biāo)是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。 熱力學(xué)溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為熱力學(xué)溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度絕對(duì)零度與絕對(duì)零度與水的三相點(diǎn)水的三相點(diǎn)溫度分為溫度分為273.16份，份，每份為每份為1 K (Kelvin) 。熱力學(xué)溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)： 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國(guó)際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國(guó)際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。 1975

5、年第年第15屆國(guó)際權(quán)度大會(huì)通過(guò)：屆國(guó)際權(quán)度大會(huì)通過(guò)：IPTS-68 1989年第年第18屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)：屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)： ITS-90 國(guó)際溫標(biāo)國(guó)際溫標(biāo) ITS-90 同時(shí)定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度（符號(hào)為同時(shí)定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度（符號(hào)為 T90）和國(guó)際攝氏溫度（符號(hào)為和國(guó)際攝氏溫度（符號(hào)為 t90）國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)：國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)：ITS-90基本內(nèi)容為：基本內(nèi)容為： 重申國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為K； 國(guó)際攝氏溫度和國(guó)際開(kāi)爾文溫度關(guān)系為： 把整個(gè)溫標(biāo)分成4個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器 如下： 第一溫區(qū)為0.655.0K，用3He和4He蒸汽溫度計(jì)； 第二溫區(qū)為3.024.5561K，用3He和4He定容氣體

6、溫度計(jì)； 第三溫區(qū)為13.803K961.78，用鉑電阻溫度計(jì)； 第四溫區(qū)961.78以上，用光學(xué)或光電高溫計(jì)；9090273.15tT表表 1 各溫標(biāo)間的換算關(guān)系各溫標(biāo)間的換算關(guān)系 2-2 溫度檢測(cè)方法溫度檢測(cè)方法 溫度不能直接測(cè)量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性溫度不能直接測(cè)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(guò)對(duì)某些物理特性變化量的測(cè)量間是溫度的函數(shù)，通過(guò)對(duì)某些物理特性變化量的測(cè)量間接地獲得溫度值。接地獲得溫度值。 根據(jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，通常可分類為根據(jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，通常可分類為接觸法接觸法與與非接觸法非接觸法兩大類。兩大類。1.接觸法接觸法u接觸式測(cè)溫方法是使

7、溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸接觸式測(cè)溫方法是使溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸, , 當(dāng)被當(dāng)被測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí), , 溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象的溫度相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)物體的溫度相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法。實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法。u優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高u缺點(diǎn)：要良好的熱接觸，滯后，破壞對(duì)象溫度場(chǎng)，不適高溫測(cè)量缺點(diǎn)：要良好的熱接觸，滯后，破壞對(duì)象溫度場(chǎng)，不適高溫測(cè)量2.非接觸法非接觸法u測(cè)溫

8、元件不與被測(cè)物體直接接觸，而是利用物體的熱輻射能測(cè)溫元件不與被測(cè)物體直接接觸，而是利用物體的熱輻射能( (或亮或亮度度) )隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度，這種測(cè)溫方式稱為非接觸法。隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度，這種測(cè)溫方式稱為非接觸法。u優(yōu)點(diǎn)：不改變對(duì)象溫度場(chǎng)，測(cè)溫范圍廣，沒(méi)有上限，反應(yīng)快優(yōu)點(diǎn)：不改變對(duì)象溫度場(chǎng)，測(cè)溫范圍廣，沒(méi)有上限，反應(yīng)快u缺點(diǎn)：誤差大，易受發(fā)射率、距離、煙塵和水氣等外界因素影響缺點(diǎn)：誤差大，易受發(fā)射率、距離、煙塵和水氣等外界因素影響接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較方方 式式 接接 觸觸 式式 非非 接接 觸觸 式式 測(cè)量測(cè)量 條件條件 感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加

9、入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過(guò)感溫元件能承受的上限溫度;被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕 需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上 測(cè)量測(cè)量 范圍范圍 特別適合1200以下、熱容大、無(wú)腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于l300以上的溫度測(cè)量較困難 范圍可以從超低溫到極高溫，但1000以下，測(cè)量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)物 體和熱容小的物體溫度 精度精度 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)響應(yīng) 速度速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘 快，通常為23秒鐘 其它其它 特點(diǎn)特點(diǎn) 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、

10、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(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(cè)物體表觀溫度(需進(jìn)一步修正)；不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制裝置 應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫 應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫 應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫 應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫 應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫2-3 溫度檢測(cè)原理溫度檢測(cè)原理 膨脹式測(cè)溫是基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。 膨脹式溫度計(jì)種類很多，按膨脹基體可分成液體膨脹式玻璃溫度計(jì)、固體膨脹式

11、雙金屬溫度計(jì)。應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫 玻璃液體溫度計(jì)簡(jiǎn)稱玻璃溫度計(jì)，是一種直讀式儀表。水銀是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為-38.9、測(cè)溫上限為538。 玻璃溫度計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，價(jià)格低廉，測(cè)溫范圍較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場(chǎng)直接讀數(shù)，一般無(wú)需能源，易破損，測(cè)溫值難自動(dòng)遠(yuǎn)傳記錄。玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)的分類： 全浸式：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，但讀刻度困難，使用操作不便。 局浸式：讀數(shù)容易，但測(cè)量誤差較大，即使采取修正措施其誤差比全浸式仍要大好幾倍或更多。V形工業(yè)玻璃溫度計(jì)形工業(yè)玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì) 固體長(zhǎng)度隨溫度變化的情況可用下式表示： 基于固體受熱膨脹原理，測(cè)量溫度通常是把兩片線

12、膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計(jì)原理圖：10101LLk tt雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)原理圖 雙金屬溫度計(jì)的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測(cè)溫范圍大致為-80600，精度等級(jí)通常為1.5級(jí)左右。 雙金屬溫度計(jì)抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表。雙金屬溫度計(jì) 壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)其測(cè)溫功能的。 壓力溫度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)示意圖

13、壓力溫度計(jì) 這類壓力溫度計(jì)其毛細(xì)管細(xì)而長(zhǎng)(規(guī)格為1-60m)它的作用主要是傳遞壓力，長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則使溫度計(jì)響應(yīng)愈慢，在長(zhǎng)度相等條件下，管愈細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高。 壓力溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)相比，具有強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕性較差等特點(diǎn)。壓力溫度計(jì) 任何物體，其溫度超過(guò)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。 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)的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類 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

14、裝置等幾大部分組成。 輻射式溫度計(jì)的感溫元件通常工作在屬于可見(jiàn)光和紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域。輻射式溫度計(jì)的感溫元件使用的波長(zhǎng)范圍為0.3-40m。輻射溫度計(jì)紅外輻射測(cè)溫儀紅外輻射測(cè)溫儀HY-303光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)檢測(cè)方式檢測(cè)方式儀表名稱儀表名稱測(cè)溫原理測(cè)溫原理測(cè)量范圍測(cè)量范圍/精度精度/%特點(diǎn)特點(diǎn)接觸式接觸式雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)金屬熱膨脹、變形量金屬熱膨脹、變形量隨溫度變化隨溫度變化-100600一般一般-8060012.5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，讀數(shù)方便，精度較結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，讀數(shù)方便，精度較低，不能遠(yuǎn)傳低，不能遠(yuǎn)傳壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)氣（汽）體、液體在氣（汽）體、液體在定容條件下，壓力隨定容條件下

15、，壓力隨溫度變化溫度變化0600一般一般030012.5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳送結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳送（50m），精度較低，受環(huán)境溫），精度較低，受環(huán)境溫度影響大度影響大玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)液體熱膨脹、體積隨液體熱膨脹、體積隨溫度變化溫度變化-200600一般一般-1006000.12.5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，讀數(shù)不便，不結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，讀數(shù)不便，不能傳送能傳送熱電阻熱電阻金屬或半導(dǎo)體的電阻金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化值隨溫度變化-2581200一般一般-2006500.53.0精度高，便于傳送；需外加電源精度高，便于傳送；需外加電源熱電偶熱電偶熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)-2692

16、800一般一般-20018000.51.0測(cè)溫范圍大，精度高，便于遠(yuǎn)傳，測(cè)溫范圍大，精度高，便于遠(yuǎn)傳，低溫精度差低溫精度差非接觸式非接觸式光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)物體單色輻射強(qiáng)度及物體單色輻射強(qiáng)度及亮度隨溫度變化亮度隨溫度變化2003200一般一般60024001.01.5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，不破壞對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，不破壞對(duì)象溫度場(chǎng)；易產(chǎn)生目測(cè)誤差，外界象溫度場(chǎng)；易產(chǎn)生目測(cè)誤差，外界反射、輻射會(huì)引起檢測(cè)誤差反射、輻射會(huì)引起檢測(cè)誤差輻射高溫計(jì)輻射高溫計(jì)物體輻射隨溫度變化物體輻射隨溫度變化1003200一般一般70020001.5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，光路上環(huán)境結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，光路上環(huán)境介質(zhì)吸

17、收輻射，易產(chǎn)生檢測(cè)誤差介質(zhì)吸收輻射，易產(chǎn)生檢測(cè)誤差表表2 常用測(cè)溫儀表的分類及性能常用測(cè)溫儀表的分類及性能溫度對(duì)生化過(guò)程的影響溫度對(duì)生化過(guò)程的影響1溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)溫度檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)2溫度檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表3溫度變送器溫度變送器4第一節(jié)第一節(jié) 溫度的檢測(cè)溫度的檢測(cè)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。3-1熱電偶溫度計(jì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)熱電偶

18、原理圖TT0AB熱端冷端1. 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e單位電荷， e =1.610-19C；k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。eA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0時(shí)，銅的 =2V/。2. 溫差電勢(shì)dTTTe

19、TTAA0),(0AeA(T,To)ToT溫差電勢(shì)原理圖3. 回路總電勢(shì)T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABdTTTBA0)(BTATNNekTln00ln0BTATNNekT由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)，如果如果T0=const. 則：則：EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T ) 熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。（均質(zhì)回路

20、定律或均質(zhì)導(dǎo)體定律）均質(zhì)回路定律或均質(zhì)導(dǎo)體定律） 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。 只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。電勢(shì)產(chǎn)生。 導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使果使EAB(T0)=常數(shù)，則

21、回路熱電勢(shì)常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度就只與溫度T有關(guān)，有關(guān)，而且是而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。 不同電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的不同電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的從上述公式得出結(jié)論：從上述公式得出結(jié)論：均質(zhì)回路定律或均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)回路定律或均質(zhì)導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律中間溫度定律中間溫度定律熱電偶的基本定律：熱電偶的基本定律：將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變，即

22、同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0(a)(b)T0T0第三種材料接入熱電偶回路圖中間導(dǎo)體定律ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來(lái)的熱電勢(shì)，接入的方式見(jiàn)下圖所示。 中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱

23、電勢(shì)為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T1, T3)，其值為兩者的代數(shù)和，不受中間溫度T2變化的影響，即：BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）冷端處理及補(bǔ)償 熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定； 熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。 冰點(diǎn)槽法 計(jì)算修正法(熱電勢(shì)修正法) 機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 電橋補(bǔ)償法 補(bǔ)償導(dǎo)線法1. 冰點(diǎn)槽法冰點(diǎn)槽法儀表mV

24、ABABTCC銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0 把熱電偶的參比端（冷端）置于冰水混合物容器里，使把熱電偶的參比端（冷端）置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。 由于熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線（即刻度特性或由于熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線（即刻度特性或分度表）是參考端保持在分度表）是參考端保持在T0=0時(shí)獲得的，當(dāng)參考端溫

25、度時(shí)獲得的，當(dāng)參考端溫度Tn0時(shí)，時(shí)， 熱電偶的輸出熱電動(dòng)勢(shì)將不等于熱電偶的輸出熱電動(dòng)勢(shì)將不等于EAB（T，T0），），而等于而等于EAB（T，Tn），如圖），如圖9-3所示。所示。 如不加以修正，則所得如不加以修正，則所得的溫度值必然小于實(shí)際值。為求得真實(shí)溫度，的溫度值必然小于實(shí)際值。為求得真實(shí)溫度， 則根據(jù)熱電偶中則根據(jù)熱電偶中間溫度定律：間溫度定律： EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+ EAB（Tn ，T0） 將測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)的將測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)的EAB（T，Tn）加上一個(gè)修正電動(dòng)勢(shì)）加上一個(gè)修正電動(dòng)勢(shì)EAB（Tn，T0）算出）算出EAB（T，T0）再查分度表，方得實(shí)測(cè)溫度值。）再查分度

26、表，方得實(shí)測(cè)溫度值。 EAB（Tn，T0）可從分度表查出。）可從分度表查出。 2.計(jì)算修正法計(jì)算修正法例 5-3 :不能把985加上30，認(rèn)為T=1015。3.機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，較長(zhǎng)使用。對(duì)熱電勢(shì)與溫度線性關(guān)系較好的熱電偶(K,E)誤差小，非線性大誤差大。 應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定(如恒溫車間或有空調(diào)的場(chǎng)所)。4.電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償熱電偶參考端因溫度變化而產(chǎn)生的熱電勢(shì)，

27、稱為電橋補(bǔ)償法。 不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R注意：不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。 由圖可知電路的輸出電壓為U=E（T，T0）+Uab，RCu和參考端感受相同的溫度， 當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)， 引起RCu值的變化，使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓Uab的大小和極

28、性隨著環(huán)境溫度而變化，達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?國(guó)產(chǎn)冷端補(bǔ)償器的電橋一般是在20時(shí)調(diào)平衡的， 因此20時(shí)無(wú)補(bǔ)償， 必須進(jìn)行修正或?qū)x表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到20處。 當(dāng)環(huán)境溫度高于20時(shí)， 熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)減小， RCu增大，電橋輸出電壓左正右負(fù)；低于20時(shí)，RCu減小，電橋輸出電壓左負(fù)右正。設(shè)計(jì)好電橋參數(shù)，可在050范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 表表2 常用國(guó)產(chǎn)冷端補(bǔ)償器常用國(guó)產(chǎn)冷端補(bǔ)償器 當(dāng)在原來(lái)熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料C、D(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為：ABT1T2T2CDT0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖EE=EAB(T1,T2)+ECD(T2,T0)E=EAB(

29、T1,T0)EAB(T2,T0)=ECD(T2,T0)只要T1、T0不變，接入C、D后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。5.補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 實(shí)質(zhì)：采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶延伸到溫度恒定或溫度波動(dòng)較小實(shí)質(zhì)：采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶延伸到溫度恒定或溫度波動(dòng)較小處。即相當(dāng)于把冷端從溫度為處。即相當(dāng)于把冷端從溫度為t1處延伸到溫度為處延伸到溫度為 t0的控制室或的控制室或恒溫處。恒溫處。 原理：中間溫度定律和中間導(dǎo)體定律。原理：中間溫度定律和中間導(dǎo)體定律。 要求：在溫度要求：在溫度0200 范圍內(nèi)，其熱電特性與熱電偶近似相范圍內(nèi)，其熱電特性與熱電偶近似相 同，且是廉價(jià)金

30、屬同，且是廉價(jià)金屬 注意：注意： 兩個(gè)接點(diǎn)溫度不能超過(guò)規(guī)定溫度兩個(gè)接點(diǎn)溫度不能超過(guò)規(guī)定溫度 各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用 兩個(gè)接點(diǎn)溫度應(yīng)當(dāng)相同兩個(gè)接點(diǎn)溫度應(yīng)當(dāng)相同 正負(fù)極不能接反正負(fù)極不能接反 需要修正需要修正(1)能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理性質(zhì)穩(wěn)定，在測(cè)溫范圍內(nèi)，能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理性質(zhì)穩(wěn)定，在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電特性不隨時(shí)間變化；熱電特性不隨時(shí)間變化；(2)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化、還原和腐蝕；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化、還原和腐蝕；(3)組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)率大，以得到較高的靈敏度，熱組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)率大，以得到較高

31、的靈敏度，熱電勢(shì)與被測(cè)溫度成線性或近似線性關(guān)系；電勢(shì)與被測(cè)溫度成線性或近似線性關(guān)系；(4)有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。這樣，熱電偶的內(nèi)阻隨溫度有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。這樣，熱電偶的內(nèi)阻隨溫度變化就??；變化就?。?5)具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。復(fù)制性好，即同樣材具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。復(fù)制性好，即同樣材料制成的熱電偶，它們的熱電特性基本相同；便于采用統(tǒng)一料制成的熱電偶，它們的熱電特性基本相同；便于采用統(tǒng)一的分度表。的分度表。(6)材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。熱電偶的材料要求：熱電偶的材料要求：熱電偶的種類：熱電偶的種類：（1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 廉

32、金屬熱電偶廉金屬熱電偶 1）T型（銅康銅）熱電偶型（銅康銅）熱電偶 2）K型（鎳鉻鎳鋁或鎳硅）熱電偶型（鎳鉻鎳鋁或鎳硅）熱電偶 3）E型（鎳鉻康銅）熱電偶型（鎳鉻康銅）熱電偶 4）J型（鐵康銅）熱電偶型（鐵康銅）熱電偶 貴金屬熱電偶貴金屬熱電偶 1）S型（鉑銠型（鉑銠10鉑）熱電偶鉑）熱電偶 2）R型（鉑銠型（鉑銠13鉑）熱電偶鉑）熱電偶 3）B型（鉑銠型（鉑銠30鉑銠鉑銠6）熱電偶）熱電偶（2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 1）鎢錸系熱電偶）鎢錸系熱電偶 2）鎢銥系熱電偶）鎢銥系熱電偶 3）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)：熱電偶的結(jié)構(gòu)：普通工業(yè)熱電偶普通工業(yè)熱電偶特點(diǎn)特點(diǎn)

33、：測(cè)量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高：測(cè)量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐振動(dòng)，壽命長(zhǎng)，適用各種工業(yè)測(cè)量。壓，耐振動(dòng)，壽命長(zhǎng)，適用各種工業(yè)測(cè)量。鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶表面溫度熱電偶表面溫度熱電偶表面溫度熱電偶表面溫度熱電偶3-2熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫原理：測(cè)溫原理： 熱電阻熱效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨溫度的升高而增加或減少。熱電阻熱效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨溫度的升高而增加或減少。實(shí)踐證明，大多數(shù)金屬在溫度每升高實(shí)踐證明，大多數(shù)金屬在溫度每升高1其電阻值要增加其電阻值要增加0.4%-0.6%，將這一變化通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后送至顯示儀表以，將這一變化通

34、過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后送至顯示儀表以指示被測(cè)溫度。指示被測(cè)溫度。材料要求：材料要求： （1）電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬）電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬 （2）材料加工容易、性能好）材料加工容易、性能好 （3）阻值在）阻值在110M之間可供自由選擇之間可供自由選擇 （4）穩(wěn)定性好）穩(wěn)定性好 （5）原料資源豐富，價(jià)格低廉）原料資源豐富，價(jià)格低廉鉑 銅鐵 鎳 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳、無(wú)需參比溫度；穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要電源、自熱現(xiàn)象以及測(cè)量溫度不能太高。金屬熱電阻與熱電偶的比較金屬熱電阻與熱電偶的比較金屬熱電阻優(yōu)缺點(diǎn)：金屬熱電阻優(yōu)缺點(diǎn)

35、： 同樣溫度下輸出信號(hào)大，容易測(cè)量； 熱電阻必須借助外加電源，而熱電偶直接測(cè)量。但熱電偶需要冷端溫度補(bǔ)償，熱電阻不需要，是用電橋平衡原理自動(dòng)消除導(dǎo)線電阻等影響。 熱電阻的感溫體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，熱慣性大，不適合測(cè)量體積狹小和溫度變化快的溫度，抗沖擊和振動(dòng)性能較差。熱電阻的結(jié)構(gòu)形式熱電阻的結(jié)構(gòu)形式 主要由感溫體、保護(hù)套管和接線盒等部分組成 1熱電阻絲；熱電阻絲；2電阻體支架；電阻體支架；3引線；引線；4絕緣瓷管；絕緣瓷管； 5保護(hù)套管；保護(hù)套管；6連接法蘭；連接法蘭；7接線盒；接線盒；8引線孔。引線孔。 正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） 突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR）熱敏電阻的分類熱敏電阻的分類 熱敏電阻材料的分類（熱敏電阻材料的分類（1）大分類小分類代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體 、無(wú)缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體 、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧