任務(wù)五-溫度測量技術(shù)課件

1、任務(wù)五 溫度測量技術(shù)任務(wù)要求 掌握溫度的概念、溫度的測量方法了解溫度的測量原理、溫度傳感器 的種類及應(yīng)用任務(wù)五 溫度測量技術(shù) 情境一 膨脹式溫度計1 情境二 電阻式溫度傳感器2 情境三 熱電偶溫度傳感器3 情境四 集成溫度傳感器4溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運動程度的標(biāo)志,分子運動越劇烈，溫度就越高 用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。華氏溫標(biāo)（）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為F。攝氏溫標(biāo)()在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃

2、分100等分，每等分為攝氏1度，符號為t。熱力學(xué)溫標(biāo)（K）規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度（0K），符號為T。熱力學(xué)溫標(biāo)的零點絕對零度，是宇宙低溫的極限，宇宙間一切物體的溫度可以無限地接近絕對零度但不能達到絕對零度（如宇宙空間的溫度為0.2K）。溫標(biāo)3 種溫標(biāo)的換算關(guān)系為溫度不能直接測量，需要借助于某種物體的物理參數(shù)隨溫度冷熱不同而明顯變化的特性進行間接測量。溫度傳感器就是通過測量某些物理量參數(shù)隨溫度的變化而間接測量溫度的。溫度傳感器是由溫度敏感元件（感溫元件）和轉(zhuǎn)換電路組成的，如圖5-1所示。溫度感溫元件轉(zhuǎn)換電路溫度顯示圖5-1 溫度傳感器的組成框圖溫度測量方法接觸式感溫元件與被測對象接觸

3、，彼此進行熱量交換，使感溫元件與被測對象處于同一環(huán)境溫度下，感溫元件感受到的冷熱變化即是被測對象的溫度。常用的接觸式測溫的溫度傳感器主要有熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等。 非接觸式利用物體表面的熱輻射強度與溫度的關(guān)系來測量溫度的。通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強度來確定被測物的溫度。常見的非接觸式測溫傳感器有：輻射高溫計、光學(xué)高溫計、比色高溫計、熱紅外輻射溫度傳感器等。接觸測量非接觸測量紅外線測溫情境一 膨脹式溫度計工作原理利用物體受熱體積膨脹的原理而制成的，多用于現(xiàn)場測量及顯示。分類按選用的物質(zhì)不同，可分為液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、氣體膨脹

4、式溫度計3種類型。測溫范圍膨脹式溫度計可以測量-200700范圍的溫度。在機械熱處理測溫中，常用于測量堿槽、油槽、法蘭槽、淬火槽及低溫干燥箱的溫度，也廣泛用于測量設(shè)備、管道和容器的溫度。特點這種溫度計結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用方便，價格低，但外殼薄脆、易損壞，大部分不適于遠距離測溫，必須接觸測量。一 玻璃液體溫度計將酒精、水銀、煤油等液體充入到透明有刻度的玻璃吸管中，兩端密封，就制成玻璃液體溫度計。它是利用玻璃感溫泡內(nèi)的液體受熱體積膨脹與玻璃體積膨脹之差來測量溫度的。 酒精溫度計量度范圍約為-11478 水銀溫度計大多用于液體、氣體及粉狀固體溫度的測 量，測溫范圍為-30+300 玻璃液體溫度計煤油

5、溫度計量度范圍約為-30150。 平常看到裝有紅色工作物質(zhì)的溫度計，溫度計的刻度在100以下，一般都是煤油溫度計，而不是酒精溫度計。二 固體膨脹式溫度計工作原理利用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬材料牢固地粘貼在一起制成的。典型的固體膨脹式溫度計是雙金屬溫度傳感器，如圖5-3所示。圖5-3 雙金屬片工作原理圖5-4 雙金屬溫度計 雙金屬溫度計測溫范圍為-100+600，探頭長度可 以達到1米長，可用于測量液體、蒸汽及氣體介質(zhì)溫度。 特點：現(xiàn)場顯示溫度，直觀方便，抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡 單，牢固可靠，使用壽命長，但精度不高。 結(jié)構(gòu)圖5-5 雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)可以做成軸向型、徑向型、135型及萬向型。連接方式有

6、：可動外螺紋、可動內(nèi)螺紋、固定螺紋、固定法蘭、卡套螺紋、卡套法蘭、無固定安裝等連接 雙金屬溫度傳感器常用于恒溫箱、加熱爐、電飯鍋（電飯煲）、電熨斗等溫度控制. 圖5-6 雙金屬溫度傳感器用于控制溫度示意圖圖5-7 雙金屬控制電飯鍋溫度三 氣體膨脹式溫度計圖5-8 氣體膨脹式溫度計氣體膨脹式溫度計是基于密封在容器中的氣體或液體受熱后體積膨脹，壓力隨溫度變化而變化的原理測溫的，所以該溫度計又稱為壓力式溫度計。當(dāng)溫包受熱后，其內(nèi)部的工作介質(zhì)溫度升高，體積膨脹，壓力增大，此壓力經(jīng)毛細管傳到彈簧管內(nèi)，使彈簧管產(chǎn)生變形，并由傳動機構(gòu)帶動指針偏轉(zhuǎn)，指示相應(yīng)的溫度值。氣體膨脹式溫度計根據(jù)填充物的不同氮氣、氯甲

7、烷、水銀），可分為: 氣體壓力式溫度計、蒸汽壓力式溫度計和液體壓力式溫度計。測溫范圍為-100+700。主要用于遠距離設(shè)備的氣體、液體、蒸汽的溫度測量，也能用于溫度控制和有爆炸危險場所的溫度測量。體積熱膨脹式溫度傳感器情境二 電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測量溫度的，即材料的電阻率隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。當(dāng)溫度升高時，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當(dāng)溫度變化范圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，導(dǎo)致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。 把由金屬導(dǎo)

8、體鉑、銅、鎳等制成的測溫元件稱為熱電阻，分類 簡稱熱電阻傳感器； 把由半導(dǎo)體材料制成的測溫元件稱為熱敏電阻。一 熱電阻工作原理 利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理 進行測溫的。熱電阻傳感器測量示意圖 主要材料 鉑和銅。測溫范圍 -220850范圍內(nèi)的溫度（1）.鉑熱電阻 1 .鉑熱電阻的電阻-溫度特性 鉑電阻的特點是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 鉑電阻的測量范圍為 -200850。-200 0 的溫度范圍內(nèi)為：Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 0 850的溫度范圍內(nèi)為： Rt=R0(1+At+Bt2) 式中Rt和R0分別為t和0時的鉑電阻值

9、；A、B、和C為常數(shù)，其數(shù)值為 A = 3.9684*10-3/ B = - 5.847*10-7/ C = - 4.22*10-12/分度號分別為Pt10、Pt50、Pt100，其中Pt100最常用。鉑熱電阻不同分度號對應(yīng)有相應(yīng)分度表，即Rt t 的關(guān)系 鉑熱電阻純度用R100/R0=（1.385）表示鉑絲的純度，比值越大， 純度越高，測量越精確。我國工業(yè)用鉑電阻R100/R0=1.3911.389，國際上規(guī)定R100/R01.392書中的A、B、C的值是分度號為Pt100（2）.銅熱電阻由于鉑是貴金屬，在測量精度要求不高，溫度范圍在-50150時普遍采用銅電阻。銅電阻與溫度間的關(guān)系為： R

10、t=R0(1+a1t+a2t2+a3t3) 由于a2,a3比a1小得多，所以可以簡化為： RtR0 (1+a1t)式中，Rt是溫度為t時銅電阻值；R0是溫度為0時銅電阻值； a1是常數(shù)；a1=4.28*10-3-1銅電阻的R0常取100、50兩種，分度號為Cu100、Cu50。特點：銅易于提純，價格低廉，電阻-溫度特性線性較好。但電阻率僅為鉑的幾分之一。因此，銅電阻所用阻絲細而且長，機械強度較差，熱慣性較大，在溫度高于100以上或腐蝕性介質(zhì)中使用時，易氧化，穩(wěn)定性較差。因此，只能用于低溫及無腐蝕性的介質(zhì)中。2 . 熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)圖5-9 熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)電阻體由電阻絲和電阻支架組成。由于

11、鉑的電阻率大，而且相對機械強度較大，通常鉑絲直徑在0.03（0.07mm0.005）mm之間，可單層繞制，電阻體可做得很小。銅的機械強度較低，電阻絲的直徑較大，一般為（0.10.005）mm 的漆包銅線或絲包線分層繞在骨架上，并涂上絕緣漆而成。由于銅電阻測量的溫度低，一般多用雙繞法，即先將銅絲對折，兩根絲平行繞制，兩個端頭處于支架的同一端，這樣工作電流從一根熱電阻絲進入，從另一根絲反向出來，形成兩個電流方向相反的線圈，其磁場方向相反，產(chǎn)生的電感就互相抵消，故又稱無感繞法。這種雙繞法也有利于引線的引出。圖5-9 熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)3 . 熱電阻傳感器的測量電路熱敏電阻傳感器外接引線如果較長時，引

12、線電阻的變化使測量結(jié)果有較大誤差，為減小誤差，可采用三線制電橋連接法測量電路。圖5-10 兩線制測量圖5-11 三線制電橋測量電路二 熱敏電阻 熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件，熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。 熱敏電阻分類正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻;負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻; 臨界溫度電阻器（CTR）(在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變)圖5-12各種熱敏電阻的特性曲線 1突變型NTC 2負溫度NTC 3線形型PTC 4突變型PTC溫度的測量溫控開關(guān)電路熱敏電阻在電路中的符號： 熱敏電阻結(jié)構(gòu)MF12型NTC熱敏電阻聚酯塑料封裝熱敏電阻玻璃封裝N

13、TC熱敏電阻MF58型熱敏電阻2 . 熱敏電阻的應(yīng)用（1）熱敏電阻測溫 用于測量溫度的熱敏電阻結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。沒有外保護層的熱敏電阻只能用于干燥的環(huán)境中，在潮濕、腐蝕性等惡劣環(huán)境下只能用密封的熱敏電阻。如圖5-13為熱敏電阻測量溫度的電路圖。測量時先對儀表進行標(biāo)定。將絕緣的熱敏電阻放入32（表頭的零位）的溫水中，待熱量平衡后，圖5-13 熱敏電阻體溫表原理圖調(diào)節(jié)RP1，使指針在32上，再加熱水，用更高一級的溫度計監(jiān)測水溫，使其上升到45。待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP2，使指針指在45上。再加入冷水，逐漸降溫，反復(fù)檢查3245范圍內(nèi)刻度的準(zhǔn)確性。 圖5-13 熱敏電阻體溫表原理圖（2）熱敏電阻用于

14、溫度補償 熱敏電阻可在一定范圍內(nèi)對某些元件進行溫度補償。例如，由銅線繞制而成的動圈式儀表表頭中的動圈，當(dāng)溫度升高時，電阻增大，引起測量誤差。如果在動圈回路中串接負溫度系數(shù)的熱敏電阻，則可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的測量誤差。 圖5-14 負溫度系數(shù)熱敏電阻在電冰箱溫度控制中的應(yīng)用開機檢測關(guān)機檢測基準(zhǔn)電壓t Ui2Ui1、Ui2Ui3，UA1 ，UA2 。 UIC2 ，VT導(dǎo)通，繼電器工作，壓縮機開始制冷（3）熱敏電阻用于溫度控制情境三 熱電偶溫度傳感器熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫點小、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、響應(yīng)速度快、便于維修、復(fù)現(xiàn)性好；測溫范圍廣，一般為-27

15、0+2800；直接輸出電信號，不需要轉(zhuǎn)換電路。適于遠距離測量、自動記錄、集中控制等優(yōu)點。在溫度測量中占有很重要的地位。缺點是存在冷端溫度補償問題。 1. 熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成一個閉合電路時，若兩接點溫度不同，則在該電路中會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動勢稱為熱電動勢。圖5-15 熱電偶測溫原理圖一 熱電偶工作原理熱電偶工作原理演示熱端溫度高于冷端溫度時，回路中產(chǎn)生的熱電勢大于零冷熱端溫度相等時，回路中不產(chǎn)生熱電勢熱端溫度低于冷端溫度時，回路中產(chǎn)生的熱電勢小于零熱電動勢的組成 圖5-16 熱電偶回路總熱電勢兩種導(dǎo)體的接觸電勢 兩種導(dǎo)體的接觸電勢 單一導(dǎo)體的溫差電勢溫差電

16、勢很小單一導(dǎo)體的溫差電動勢 接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀及尺寸無關(guān)總熱電動勢表達式則總的熱電動勢就只與熱端溫度t 成單值函數(shù)關(guān)系，即 溫差電勢很小，可忽略不計 總熱電勢表達式to 恒定eAB（to）= C熱端接觸電勢 冷端接觸電勢 A導(dǎo)體的溫差電勢 B導(dǎo)體的溫差電勢 附錄 K型熱電偶分度表K型（鎳鉻鎳硅） 熱電偶溫度范圍（-901300） （參考端溫度為0）熱電勢 mV 0102030405060708090-0-0.000-0.392-0.777-1.156-1.527-1.889-2.243-2.586-2.920-3.242+00.0000.3970

17、.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.387.7372008.1378.5368.9389.3419.74510.15110.56110.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.72115.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.9

18、1922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.81739.31039.70340.09640.48840.897100041.296

19、41.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82849.19249.5549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.3982 . 熱電偶的基本定律（1）中間導(dǎo)體定律 在熱點偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則對熱電偶回路總的熱電動勢無影響 。同樣加入第四、第五種導(dǎo)體后，只要其兩端溫度相同，同樣不影響電路中的總熱電動勢。EAB

20、C（t,to）= EAB（t，to） 中間導(dǎo)體定律 第三種導(dǎo)體中間導(dǎo)體定律的意義根據(jù)這個定律，我們可采取任何方式焊接導(dǎo)線，可以將熱電動勢通過導(dǎo)線接至測量儀表進行測量,且不影響測量精度?？刹捎瞄_路熱電偶對液態(tài)金屬和金屬壁面進行溫度測量，只要保證兩熱電極插入地方的溫度相同即可。圖5-17 連接儀表的熱電偶測量回路開路熱電偶測溫（2）中間溫度定律在熱電偶測量電路中，測量端溫度為t，自由端為to，中間溫度為t，則（t，to）的熱電勢等于（t，t）與（t，to）熱電勢代數(shù)和。即 中間溫度定律兩式相加得 證明 中間溫度定律的意義利用該定律，可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。另外，可以選用廉價的熱電偶A

21、、B代替t到to段的熱電偶A、B，只要在 t、to溫度范圍內(nèi)A、B與A、B熱電偶具有相近的熱電勢特性，便可將熱電偶冷端延長到溫度恒定的地方再進行測量，使測量距離加長，還可以降低測量成本，而且不受原熱電偶自由端溫度t的影響。這就是在實際測量中，對冷端溫度進行修正，運用補償導(dǎo)線延長測溫距離，消除熱電偶自由端溫度變化影響的道理。熱電勢只取決于冷、熱接點的溫度，而與熱電極上的溫度分布無關(guān)。 （3）參考電極定律 如圖5-18所示，已知熱電極A、B與參考電極C 組成的熱電偶在接點溫度為（t，to）時的熱電動勢分別為EAC（t，to），EBC（t，to），則相同溫度下，由A，B兩種熱電極配對后的熱電動勢EA

22、B可按下面公式計算為 圖5-18 參考電極定律參考電極定律舉例例1 已知鉑銠30鉑熱電偶的E（1084.5，0）= 13.937mV， 鉑銠6鉑熱電偶的 E（1084.5，0）= 8.354mV，求：鉑銠30鉑銠6熱電偶在同樣溫度條件下的熱電動勢。解: 設(shè)A 為鉑銠30電極，B 為鉑銠6電極，C 為純鉑電極EAB（1084.5，0）= EAC（1084.5，0 ）- EBC（1084.5，0）= 5.622mV3 熱電偶的材料與結(jié)構(gòu)根據(jù)熱電偶的測量原理，理論上任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以作為熱電極組成熱電偶，但實際應(yīng)用中，但為了準(zhǔn)確可靠地進行溫度測量，必須對熱電偶組成材料嚴格選擇。組成熱電偶材

23、料要滿足以下條件：1） 在測量溫度范圍內(nèi)，熱電性能穩(wěn)定，不隨時間和被測介質(zhì)變化，物理化 學(xué)性能穩(wěn)定，能耐高溫，在高溫下不易氧化或腐蝕等。2） 導(dǎo)電率要高，電阻溫度系數(shù)小。3） 熱電勢隨溫度的變化率要大，并希望該變化率最好是常數(shù)。4） 組成熱電偶的兩電極材料應(yīng)具有相近的熔點和特性穩(wěn)定的溫度范圍。5） 材料的機械強度高，來源充足，復(fù)制性好，復(fù)制工藝簡單，價格便宜。目前工業(yè)上常用的4種標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶材料為：鉑銠30鉑銠6（分度號為B型），測溫范圍01800；鉑銠10鉑（分度號為S型），測溫范圍01600；鎳鉻鎳硅（分度號為K型），測溫范圍-2001300；鎳鉻銅鎳（分度號為E型），測溫范圍-2009

24、00。組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面為負極。查熱電偶分度表時，一定要對應(yīng)相應(yīng)的材料。熱電偶的結(jié)構(gòu)根據(jù)安裝連接形式可分為:固定螺紋連接，固定法蘭連接，活動法蘭連接，無固定裝置等形式 鎧裝熱電偶 薄膜熱電偶也稱纜式熱電偶，它是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物熔鑄在一起，外套不銹鋼管等.熱電偶耐高壓、反應(yīng)時間短、堅固耐用 用真空鍍膜技術(shù)等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶薄膜熱電偶：測量范圍為-200500，熱電極材料多采用銅康銅、鎳鉻銅、鎳鉻鎳硅等，用云母作絕緣基片，主要適用于各種表面溫度的測量。當(dāng)測量范圍為5001800時，熱電極材料多用鎳鉻鎳硅、鉑銠鉑等，用陶瓷做基片。普

25、通裝配型熱電偶的外形鎧裝熱電偶外形鎧裝熱電偶橫截面另外，根據(jù)熱電偶的測溫原理，熱電偶回路的熱電勢只與冷端和熱端的溫度有關(guān)，當(dāng)冷端溫度保持不變時，熱電勢才與測量端溫度成單值對應(yīng)關(guān)系。但在實際測量時，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變化， 不能保持恒定，因而會產(chǎn)生測量誤差。為了消除或補償冷端溫度的影響，常采用以下幾種方法。4 . 熱電偶冷端溫度的補償由于熱電偶的分度表是在冷端溫度為0時測得的，如果冷端溫度不為零，測得的熱電勢就不能直接去查相應(yīng)的分度表。（1）0恒溫法（冰浴法）將熱電偶的冷端置于0的恒溫器內(nèi)，保持為0。此時測得的熱電勢可以準(zhǔn)確的反映熱端溫度變化的大小，直接查對應(yīng)的熱電偶分度表即可得知熱端溫

26、度的大小。在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間的保持在0 不變冰浴法接線圖被測流體管道熱電偶接線盒補償導(dǎo)線銅導(dǎo)線毫伏表冰瓶冰水混合物試管新的冷端此方法在熱電偶與動圈式儀表配套使用時特別實用?？梢岳脙x表的機械調(diào)零點將零位調(diào)到與冷端溫度相同的刻度上，也就相當(dāng)于先給儀表輸入一個熱電勢 ，在儀表使用時所指示的值即為 對應(yīng)的溫度值，也即實際測量的溫度的大小（2）冷端溫度修正法當(dāng)熱電偶的冷端溫度t00時，測得的熱電動勢 EAB（t， t0 ） EAB（t，0）。若冷端溫度t0 0，則EAB（t， t0 ）EAB（t，0 ）。 將冷端置于其他恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動而引入誤差。

27、利用中間溫度定律即可求出測量端相對于0的熱電勢。（3）. 補償導(dǎo)線法（延引電極法）實際測溫時，由于熱電偶的長度有限，冷端溫度將直接受到被測介質(zhì)溫度和周圍環(huán)境的影響.例如，熱電偶安裝在電爐壁上，電爐周圍的空氣溫度的不穩(wěn)定會影響到接線盒中的冷端的溫度，造成測量誤差。圖5-20 補償導(dǎo)線法為了使冷端不受測量端溫度的影響，可將熱電偶加長，但同時也增加了測量費用。所以一般采用在一定溫度范圍內(nèi)（0100）與熱電偶熱電特性相近且廉價的材料代替熱電偶來延長熱電極，這種導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線，這種方法稱為補償導(dǎo)線法。如圖5-20所示。A、B為補償導(dǎo)線，根據(jù)補償導(dǎo)線的定義有:熱電偶補償導(dǎo)線的作用如果參考端溫度不穩(wěn)定，會

28、使溫度測量誤差加大。為使熱電偶測量準(zhǔn)確，在測溫時，可采用配套的補償導(dǎo)線將參考端延伸到溫度穩(wěn)定處再進行溫度測量。所以，補償導(dǎo)線只起延長熱電偶的作用，不起任何溫度補償作用，但與熱電偶有相同的功用。又因補償導(dǎo)線比熱電偶便宜，使用補償導(dǎo)線可節(jié)約測量經(jīng)費。 使用補償導(dǎo)線必須注意兩個問題： 兩根補償導(dǎo)線與熱電偶相連的接點溫度必須相同，接點溫度不 超過100 ； 不同的熱電偶要與其型號相應(yīng)的補償導(dǎo)線配套使用，且必須在 規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用，極性不能接反。 在我國，補償導(dǎo)線已有定型產(chǎn)品，如表5-1所示。 表5-1 常用熱電偶補償導(dǎo)線熱電偶名稱分度號材料極性補償導(dǎo)線成分護套顏色金屬顏色鉑銠鉑S銅銅鎳+-Cu0.

29、570.6Ni，其余Cu紅綠紫紅褐鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳鋁K銅康銅+-Cu3941Ni，1.4%1.8% Mn，其余Cu紅棕紫紅白鎳鉻銅鎳鎳鉻康銅E鎳鉻考銅+-8.510Cu，其余Cu56%Cu，44%Ni紫黃黑白5 . 熱電偶測溫線路（1）測量某一點溫度（一個熱電偶和一個儀表配用的基本電路 ）儀表的讀數(shù)為： 補償導(dǎo)線圖5-21 熱電偶測量某一點溫度兩支同型號的熱電偶反向串聯(lián)儀表的讀數(shù)為： 注：用熱電偶測量兩點溫度之差時，千萬不能直接相減兩溫度點的溫度圖5-22 測量兩點溫度之差（2）測量兩點溫度之差的電路（3）測量兩點間溫度和的電路兩支同型號的熱電偶正向串聯(lián)儀表的讀數(shù)為： 該電路的特點是：輸出的熱電

30、勢較大，提高了測試靈敏度，可以測量微小溫度的變化。并且因為熱電偶串聯(lián)，只要有一支熱電偶燒斷，儀表即沒有指示，可以立即發(fā)現(xiàn)故障。圖5-23 測量兩點間溫度和（4）測量兩點間平均溫度的電路兩支同型號的熱電偶并聯(lián)圖中每一支熱電偶分別串接了均衡電阻R1、R2，其作用是在t1、t2不相等時，在每一支熱電偶回路中流過的電流不受熱電偶本身內(nèi)阻不相等時的影響，所以R1、R2的阻值很大。儀表的讀數(shù)為： 該電路的缺點：當(dāng)某一熱電偶燒斷時，不能立即察覺出來，會造成測量誤差 圖5-24 測量兩點間平均溫度（5） 多點溫度測量線路該種連接方法要求每只熱電偶型號相同，測量范圍不能超過儀表指示量程，熱電偶的冷端處于同一溫度

31、下。多點測量電路多用于自動巡回檢測中，可以節(jié)約測量經(jīng)費。圖5-25 一臺儀表分別測量多點溫度 通過波段開關(guān)，可以用一臺顯示儀表分別測量多點溫度。6 . 熱電偶的應(yīng)用熱電偶用于金屬表面溫度的測量 一般當(dāng)被測金屬表面溫度在200300左右或以下時，可采用粘接劑將熱電偶的結(jié)點粘附于金屬表面。 當(dāng)被測表面溫度較高，而且要求測量精度高和響應(yīng)時間 常數(shù)小的情況下，常采用焊接，將熱電偶的頭部焊于金 屬表面。 例1 測控應(yīng)用如圖5-26所示為常用爐溫測量控制系統(tǒng)。圖中由毫伏定值器給出設(shè)定溫度對應(yīng)的毫伏數(shù)，當(dāng)熱電偶測量的熱電勢與定值器輸出的數(shù)值有偏差時，說明爐溫偏離設(shè)定值，此偏差經(jīng)放大器放大后送到調(diào)節(jié)器，再經(jīng)晶

32、閘管觸發(fā)器推動晶閘管執(zhí)行器，從而調(diào)整爐絲加熱功率，消除偏差，達到溫控的目的。例2 熱電偶用于管道內(nèi)溫度的測量如圖所示為管道內(nèi)溫度測量熱電偶的安裝方法。熱電偶的安裝應(yīng)盡量做到使測溫準(zhǔn)確、安全可靠及維修方便。不管采用何種安裝方式，均應(yīng)使熱電偶插入管道內(nèi)有足夠的深度。安裝熱電偶時，應(yīng)將測量端迎著流體方向。情境四 集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系，把感溫元件（PN結(jié)）與有關(guān)的電子線路集成在很小的硅片上封裝而成。其具有體積小、線性好、反應(yīng)靈敏、價格低、抗干擾能力強等優(yōu)點，所以應(yīng)用十分廣泛。由于PN結(jié)不能耐高溫，所以集成溫度傳感器通常測量150以下的溫度。集成溫度

33、傳感器分類電流型輸出阻抗很高，可用于遠距離精密溫度遙感和遙 測，而且不用考慮接線引入損耗和噪聲電壓型輸出阻抗低，易于同信號處理電路連接頻率型易與微型計算機連接三端式兩端式輸出端個數(shù) 一 集成溫度傳感器的基本工作原理 圖5-28為集成溫度傳感器原理示意圖。其中VT1、VT2為差分對管，由恒流源提供的I1、I2分別為VT1、VT2的集電極電流，則Ube為 k玻爾茲曼常數(shù)；Q電子電荷量；T絕對溫度；VT1和VT2發(fā)射極面積之比。只要I1/I2為恒定值，則Ube與溫度T為單值線性函數(shù)關(guān)系。 這就是集成溫度傳感器的基本工作原理。圖5-28集成溫度傳感器原理圖二 電壓輸出型圖5-29電路為電壓輸出型溫度傳

34、感器VT1、VT2為差分對管，調(diào)節(jié)電阻R1，可使I1=I2，當(dāng)對管VT1、VT2的值大于等于1時，電路輸出電壓U0為 若R1= 940 ，R2=30，=37，則電路輸出溫度系數(shù)為10mV/K。注意：T（K）= t（）+ 273.15圖5-29 電壓輸出型溫度傳感器三 電流輸出型集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器原理如圖5-30所示。對管VT1、VT2作為恒流源負載，VT3、VT4作為感溫元件，VT3、VT4發(fā)射極面積之比為，此時電流源總電流IT為： 由上式可得知，當(dāng)R、 為恒定量時，IT與T成線性關(guān)系。若R=358 ， =8，則電路輸出溫度系數(shù)為1A/K。圖5-30 電流輸出原理電路圖1.

35、 AD590的基本應(yīng)用電路AD590是應(yīng)用廣泛的一種集成溫度傳感器，由于它內(nèi)部有放大電路，再配上相應(yīng)的外電路，可方便的構(gòu)成各種應(yīng)用電路。如圖5-31所示為一簡單測溫電路。AD590在25（298.15K）時，理想輸出電流為298.15A。將AD590串聯(lián)一個可調(diào)電阻，在已知溫度下調(diào)整電阻值，使輸出電壓UR 滿足 1mV/K的關(guān)系(如25時，UR應(yīng)為298.15mV)。調(diào)整好以后，固定可調(diào)電阻，即可由輸出電壓UR讀出 AD590 所測得熱力學(xué)溫度。圖5-31 基本應(yīng)用電路2攝氏溫度測量電路如圖5-32所示，電位器R2用于調(diào)整零點，R4用于調(diào)整運放LF355的增益。要使圖5-32中的輸出為200m

36、V/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成）來實現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號為）時，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mV/，則調(diào)整反饋電阻約為180k，使得溫度為0時， VO=17.8mV；溫度為100時，VO=197.8mV。AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出10V。 圖5-32 用于測量攝氏溫度的電路 3溫差測量電路及其應(yīng)用圖5-33是利用兩個AD590測量兩點溫度差的電路。在反饋電阻為100k的情況下，設(shè)1#和2# AD590處的溫度分別為t1（）和t2（），則輸出電壓為(t1-t2)100mV/。圖中電位器R2用于調(diào)零。電位器R4用于調(diào)整運放LF355的增益。 調(diào)節(jié)調(diào)零電位器R2使I4=0，可得：I=I1-I2 若R4=90k， 則有：圖5-33測量兩點溫度差的電路VO =I(R3+R4)=(I1-I2)(R3+R4)=(t1-t2)100mV/ 4. 熱電偶的補償集成溫