-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件

9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場(chǎng)冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對(duì)你的記憶，我不求天長(zhǎng)地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場(chǎng)冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對(duì)你的記憶，我不求天長(zhǎng)地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。第9章溫度檢測(cè)技術(shù)溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)。從熱平衡的觀點(diǎn)看，溫度可以作為物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。溫度與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)。9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。91-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件2-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件3-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件4-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件52022/12/96◆1624年溫度計(jì)第一次正式在文獻(xiàn)里出現(xiàn)?！?/p>

1654年意大利的一個(gè)公爵費(fèi)迪南德二世做成了一個(gè)真正不受氣壓影響的溫度計(jì)◆開爾文、牛頓等建立了各種溫標(biāo):

絕對(duì)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)概述2022/12/96◆1624年溫度計(jì)第一次正式在文獻(xiàn)里出69.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。9.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度7接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較測(cè)量條件接觸式：感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過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)生腐蝕非接觸式：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)量范圍接觸式：

1200℃以下、熱容大、無腐蝕性，對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫非接觸式：從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測(cè)量誤差大接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較測(cè)量條件測(cè)量范圍8接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較精度接觸式：通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)非接觸式：通常為1.0、1.5、2.5級(jí)

響應(yīng)速度接觸式：慢，通常為幾十秒到幾分鐘非接觸式：快，通常為2～3秒鐘

其它特點(diǎn)接觸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉非接觸式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較精度響應(yīng)速度其它特點(diǎn)9各種溫度檢測(cè)方法及其測(cè)溫范圍各種溫度檢測(cè)方法及其測(cè)溫范圍10第9章溫度檢測(cè)技術(shù)9.1概述9.2接觸式測(cè)溫方法9.3輻射法測(cè)溫第9章溫度檢測(cè)技術(shù)9.1概述119.2

接觸式測(cè)溫方法根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫可分為：1、膨脹式(包括液體和固體膨脹式)2、熱阻式(包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻)3、熱電式(包括熱電偶和PN結(jié))9.2接觸式測(cè)溫方法根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫可122022/12/913(本課程主要介紹接觸式測(cè)溫原理及方法)

★熱電式傳感器:

將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置

◆較普通的熱電式傳感器將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻。◆常用熱電式傳感器的敏感元件有：

熱電偶、熱電阻●熱電偶：將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)之變化●熱電阻：將溫度轉(zhuǎn)換為電阻阻值之變化2022/12/913(本課程主要介紹接觸式測(cè)溫原理及方法)139.2.1熱膨脹式測(cè)溫方法

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。按膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)及固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)

特點(diǎn)：1、測(cè)量范圍大都在-50℃～550℃內(nèi)2、用于溫度測(cè)量或控制精度要求較低，不需自動(dòng)記錄的場(chǎng)合。9.2.1熱膨脹式測(cè)溫方法基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理149.2.2

熱阻式測(cè)溫技術(shù)

基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。熱電阻的材料：電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性；物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時(shí)價(jià)格盡可能便宜。9.2.2熱阻式測(cè)溫技術(shù)基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬15優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(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)：需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象（會(huì)影響測(cè)量精度）以及測(cè)量溫度不能太高。常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。9.2.2

熱阻式測(cè)溫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、16鉑電阻測(cè)溫鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非線性，但測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。目前工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為Pt100和Pt10，其中Pt100更為常用。

鉑電阻測(cè)溫鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非17鉑電阻與溫度的關(guān)系當(dāng) ℃時(shí) 當(dāng) ℃時(shí)

鉑電阻測(cè)溫式中R0——溫度為零時(shí)鉑熱電阻的電阻值

R（t）——溫度為t時(shí)鉑熱電阻的電阻值； A=3.90802×10-3℃

B=-5.8019×10-7℃

C=-4.27350×10-12℃鉑電阻與溫度的關(guān)系鉑電阻測(cè)溫式中R0——溫度18熱電阻的結(jié)構(gòu)鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮璧慕Y(jié)構(gòu)鉑電阻測(cè)溫19熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件：

①電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定；

②使用溫度范圍廣、加工方便；

③固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮韪袦卦怯脕砀惺軠囟鹊碾娮杵?。它是熱電阻的核心部分?0熱電阻的引線形式熱電阻的內(nèi)引線是出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖9-4所示。鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮璧囊€形式鉑電阻測(cè)溫21鉑電阻測(cè)溫鉑電阻測(cè)溫221.兩線制測(cè)量電橋1.兩線制測(cè)量電橋232.三線制測(cè)量電橋2.三線制測(cè)量電橋243.

四線制測(cè)量原理

RTD為被測(cè)熱電阻，通過四根電阻引線將熱電阻引入測(cè)量設(shè)備中，各引線電阻為RLEAD；恒流源I加到RTD的兩端，RTD另兩端接入電壓表VM，由于電壓表具有極高的輸入電阻（通常高于100MΩ），因此流經(jīng)電壓表的電流可忽略不計(jì)，VM兩端電壓完全等于RTD兩端的電壓，流經(jīng)RTD的電流完全等于恒流源電流I。由此可見，RTD的電阻值精確等于U/I，與引線電阻無關(guān)。3.四線制測(cè)量原理RTD為被測(cè)熱電阻，通過四253.四線制測(cè)量原理該測(cè)量原理的誤差主要來自于恒流源的精度、電壓表的測(cè)量精度、引線的固有熱電勢(shì)?？刹捎萌缦麓胧┨岣邷y(cè)量精度：①在電流回路中加入一具有極低溫度系數(shù)的高精密電阻作為采樣電阻，測(cè)量該采樣電阻上的電壓值VS進(jìn)而精確得到恒流源的電流值I，從而消除由于溫漂、失調(diào)等因素造成的恒流源誤差；②變換恒流源極性測(cè)量熱電阻，可大大抑制熱電勢(shì)的影響。3.四線制測(cè)量原理該測(cè)量原理的誤差主要來自于恒流源的精度、26銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫銅電阻

銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，價(jià)格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在250℃以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號(hào)分別為Cu50和Cul00）一般其工作溫度范圍為-40℃～120℃。其電阻值與溫度的關(guān)系為：當(dāng) ℃時(shí)銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫銅電阻27熱敏電阻的缺點(diǎn)：①阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；②元件的一致性差，互換性差；③元件易老化，穩(wěn)定性較差；④除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0～150℃范圍，使用時(shí)必須注意。銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫?zé)崦綦娮璧娜秉c(diǎn)：銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫282022/12/9299.2.3熱電偶熱電偶：將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器★熱電偶具有以下特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測(cè)局部溫度和便于遠(yuǎn)距離傳送與集中檢測(cè)。2022/12/9299.2.3熱電偶熱電偶：將溫度量轉(zhuǎn)29-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件302022/12/9319.2.3熱電偶一、工作原理(席貝克效應(yīng))▲兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)起來形成一個(gè)閉合回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同，電路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，并形成熱電流。▲熱電勢(shì)的大小與材料的性質(zhì)及接點(diǎn)的溫度有關(guān)，稱為溫差熱電效應(yīng)或熱電效應(yīng)，該現(xiàn)象是1821年德國物理學(xué)家Secback發(fā)現(xiàn)的?！餆犭妱?shì)可用函數(shù)關(guān)系式表示：EAB=f(T,T0)若知道EAB,T0,即可利用熱電效應(yīng)來測(cè)溫或溫度差。2022/12/9319.2.3熱電偶一、工作原理(席貝克312022/12/932★

定義：這兩種不同導(dǎo)體的組合體稱為熱電偶?！?/p>

兩個(gè)連接端點(diǎn),一個(gè)稱為工作端T,另一個(gè)稱為自由端或參考端T0或冷端,兩根金屬絲稱之為熱電極。2022/12/932★定義：這兩種不同導(dǎo)體的組合體稱為熱322022/12/933★溫差電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？

溫差電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀耳貼電勢(shì)）與同一種導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成的。2022/12/933★溫差電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？331.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABeAB(T)-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=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/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)。1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABeAB(T)-eAB(T)34AeA(T,To)ToTeA(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；σA——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σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為35由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如36根據(jù)電磁場(chǎng)理論得EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=f(T)-C=g(T)由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)]=EAB(T，0)-EAB(T0，0)熱電偶的熱電勢(shì)，等于兩端溫度分別為T和零度以及T0和零度的熱電勢(shì)之差。根據(jù)電磁場(chǎng)理論得EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(374.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EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。3.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)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。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)無關(guān)。2.只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)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)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。結(jié)論(4點(diǎn))：4.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38對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T2、

…、Tn

，冷端溫度為零度的熱電勢(shì)。其熱電勢(shì)為

E=EAB（T1）+EBC（T2）+…+ENA（Tn）

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。（用途）

二、熱電偶回路的性質(zhì)1.均質(zhì)導(dǎo)體定律對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T39

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不40兩點(diǎn)結(jié)論：

l）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：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2

CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖兩點(diǎn)結(jié)論：T2T1ABC23EABAT023ABEABT1T41ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路用途根據(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)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路用途根據(jù)42

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB標(biāo)準(zhǔn)電極定律2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：用途：純金屬很多，合金更多，如果要得出它們之間的熱電動(dòng)勢(shì)很困難。鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高、易提純。通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T433.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)，則BBA

T2

T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）用途：制定熱電式分度表奠定理論基礎(chǔ)，參考溫度0度3.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44EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ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。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來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A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,45熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)小；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶材料應(yīng)滿足：三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)46常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型

1．工業(yè)用熱電偶

下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保險(xiǎn)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖123447(a)(b)(c)(d)

132

2．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測(cè)溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型(a)(b)(c)(d)13248-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件493．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶因此，特別適50

4．快速消耗微型熱電偶下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)5～7℃。1423567891110快速消耗微型1—?jiǎng)偯保?—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線4．快速消耗微型熱電偶1423567891110快速消耗51方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(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。方法四、冷端處理及補(bǔ)償原因521.冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比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)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。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T01.冰點(diǎn)槽法mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)532.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)2.計(jì)算修正法注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T543.補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式表達(dá)即

式中：T——為未知的被測(cè)溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度；TH——室溫；k——為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例用鉑銠10－鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對(duì)應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。T＝

T′＋

kTH3.補(bǔ)正系數(shù)法T＝T′＋kTH55溫度T′/℃補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—熱電偶補(bǔ)正系數(shù)溫度T′/℃補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）10564.冷端補(bǔ)償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。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++-abUUabRCuR1R2R3RT0UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。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。4.冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱571.熱電偶的選擇、安裝使用熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用（XCZ型動(dòng)圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動(dòng)記錄。另外也可圖3.2-17熱電偶安裝圖通過與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)1.熱電偶的選擇、安裝使用圖3.2-17熱電偶安裝圖通58熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測(cè)熱電勢(shì)的±1%2.熱電偶的定期校驗(yàn)

校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差熱電偶校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差5978564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測(cè)試儀表；8-試管78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖60-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件61-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件62-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件63-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件64-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件65-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件66-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件67-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件68-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件69-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件70-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件71請(qǐng)將右圖各有關(guān)設(shè)備正確地連接起來，組成熱電偶測(cè)溫、控溫電路。黃綠紅L1

L2

L3

接大地銅排接零熱電偶輸出端電爐交流接觸器三相空氣開關(guān)請(qǐng)將右圖各有關(guān)設(shè)備正確地連接起來，組成熱電偶72380V線圈的交流接觸器連接過程當(dāng)溫度控制器測(cè)得的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，5-6兩端開路，交流接觸器失電，電爐回路被切斷。接大地銅排黃綠紅L1

L2

L3

電爐接零“3”端接何處熱電偶380V線圈的交流接觸器連接過程當(dāng)溫度控制器73習(xí)題1．什么是熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)？2．說明熱電偶測(cè)溫的原理及熱電偶的基本定律。3．已知在其特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)，材料B與鉑配對(duì)的熱勢(shì)，試求出此條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。

習(xí)題74習(xí)題4．Pt100和Cu50分別代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用。5．將一只靈敏度為0.08mv/℃的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為50℃,毫伏表的輸出為60mV,求熱電偶熱端的溫度為多少?6．試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。習(xí)題4．Pt100和Cu50分別代表什么傳感器？分析熱752022/12/976作業(yè)8-1.下面三種說法哪種正確：熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)大小（1）取決于熱端溫度；（2）取決于熱端和冷端兩個(gè)溫度；（3）取決于熱端和冷端溫度之差。為什么？8-2.熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)大小和熱電極的長(zhǎng)短、粗細(xì)有關(guān)嗎？若熱電偶接有負(fù)載后，負(fù)載上得到的電壓和熱電極長(zhǎng)短、粗細(xì)有關(guān)嗎？8-3.熱電偶的冷端延長(zhǎng)導(dǎo)線的作用是什么？使用冷端延長(zhǎng)線（即補(bǔ)償導(dǎo)線）應(yīng)滿足什么樣的條件和注意什么問題？2022/12/976作業(yè)8-1.下面三種說法哪種正762022/12/9778-4.有人查補(bǔ)償導(dǎo)線所用材料資料發(fā)現(xiàn)鉑銠-鉑熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線是由銅-銅鎳材料，而鎳鉻-鎳硅熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線所用材料就是鎳鉻-鎳硅，這是為什么？既然銅-銅鎳熱電特性可替代鉑銠-鉑，為什么不用銅-銅鎳熱電偶代替鉑銠-鉑去測(cè)溫？8-5.試比較熱電阻、熱敏電阻及熱電偶三種測(cè)溫傳感器的特點(diǎn)及對(duì)測(cè)量電路的要求作業(yè)2022/12/9778-4.有人查補(bǔ)償導(dǎo)線所用材料資料發(fā)現(xiàn)7741、學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。——阿卜·日·法拉茲

42、只有在人群中間，才能認(rèn)識(shí)自己。——德國

43、重復(fù)別人所說的話，只需要教育；而要挑戰(zhàn)別人所說的話，則需要頭腦。——瑪麗·佩蒂博恩·普爾

44、卓越的人一大優(yōu)點(diǎn)是：在不利與艱難的遭遇里百折不饒?！惗喾?/p>

45、自己的飯量自己知道?！K聯(lián)41、學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥?！⒉?89溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場(chǎng)冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對(duì)你的記憶，我不求天長(zhǎng)地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。2、要冒一次險(xiǎn)!整個(gè)生命就是一場(chǎng)冒險(xiǎn)。走得最遠(yuǎn)的人，常是愿意去做，并愿意去冒險(xiǎn)的人?！胺€(wěn)妥”之船，從未能從岸邊走遠(yuǎn)。--戴爾．卡耐基。3、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會(huì)退去的余香。4、守業(yè)的最好辦法就是不斷的發(fā)展。5、當(dāng)愛不能完美，我寧愿選擇無悔，不管來生多么美麗，我不愿失去今生對(duì)你的記憶，我不求天長(zhǎng)地久的美景，我只要生生世世的輪回里有你。第9章溫度檢測(cè)技術(shù)溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)。從熱平衡的觀點(diǎn)看，溫度可以作為物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。溫度與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)。9溫度檢測(cè)技術(shù)(2)1、不要輕言放棄，否則對(duì)不起自己。979-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件80-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件81-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件82-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件832022/12/984◆1624年溫度計(jì)第一次正式在文獻(xiàn)里出現(xiàn)。◆

1654年意大利的一個(gè)公爵費(fèi)迪南德二世做成了一個(gè)真正不受氣壓影響的溫度計(jì)◆開爾文、牛頓等建立了各種溫標(biāo):

絕對(duì)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)概述2022/12/96◆1624年溫度計(jì)第一次正式在文獻(xiàn)里出849.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通常可分成接觸式和非接觸式兩大類。9.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度85接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較測(cè)量條件接觸式：感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過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)生腐蝕非接觸式：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)量范圍接觸式：

1200℃以下、熱容大、無腐蝕性，對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫非接觸式：從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測(cè)量誤差大接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較測(cè)量條件測(cè)量范圍86接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較精度接觸式：通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)非接觸式：通常為1.0、1.5、2.5級(jí)

響應(yīng)速度接觸式：慢，通常為幾十秒到幾分鐘非接觸式：快，通常為2～3秒鐘

其它特點(diǎn)接觸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉非接觸式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較精度響應(yīng)速度其它特點(diǎn)87各種溫度檢測(cè)方法及其測(cè)溫范圍各種溫度檢測(cè)方法及其測(cè)溫范圍88第9章溫度檢測(cè)技術(shù)9.1概述9.2接觸式測(cè)溫方法9.3輻射法測(cè)溫第9章溫度檢測(cè)技術(shù)9.1概述899.2

接觸式測(cè)溫方法根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫可分為：1、膨脹式(包括液體和固體膨脹式)2、熱阻式(包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻)3、熱電式(包括熱電偶和PN結(jié))9.2接觸式測(cè)溫方法根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫可902022/12/991(本課程主要介紹接觸式測(cè)溫原理及方法)

★熱電式傳感器:

將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置

◆較普通的熱電式傳感器將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻?！舫Ｓ脽犭娛絺鞲衅鞯拿舾性校?/p>

熱電偶、熱電阻●熱電偶：將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)之變化●熱電阻：將溫度轉(zhuǎn)換為電阻阻值之變化2022/12/913(本課程主要介紹接觸式測(cè)溫原理及方法)919.2.1熱膨脹式測(cè)溫方法

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。按膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)及固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)

特點(diǎn)：1、測(cè)量范圍大都在-50℃～550℃內(nèi)2、用于溫度測(cè)量或控制精度要求較低，不需自動(dòng)記錄的場(chǎng)合。9.2.1熱膨脹式測(cè)溫方法基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理929.2.2

熱阻式測(cè)溫技術(shù)

基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。熱電阻的材料：電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性；物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時(shí)價(jià)格盡可能便宜。9.2.2熱阻式測(cè)溫技術(shù)基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬93優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(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)：需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象（會(huì)影響測(cè)量精度）以及測(cè)量溫度不能太高。常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。9.2.2

熱阻式測(cè)溫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、94鉑電阻測(cè)溫鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非線性，但測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。目前工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為Pt100和Pt10，其中Pt100更為常用。

鉑電阻測(cè)溫鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非95鉑電阻與溫度的關(guān)系當(dāng) ℃時(shí) 當(dāng) ℃時(shí)

鉑電阻測(cè)溫式中R0——溫度為零時(shí)鉑熱電阻的電阻值

R（t）——溫度為t時(shí)鉑熱電阻的電阻值； A=3.90802×10-3℃

B=-5.8019×10-7℃

C=-4.27350×10-12℃鉑電阻與溫度的關(guān)系鉑電阻測(cè)溫式中R0——溫度96熱電阻的結(jié)構(gòu)鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮璧慕Y(jié)構(gòu)鉑電阻測(cè)溫97熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件：

①電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定；

②使用溫度范圍廣、加工方便；

③固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮韪袦卦怯脕砀惺軠囟鹊碾娮杵鳌Ｋ菬犭娮璧暮诵牟糠郑?8熱電阻的引線形式熱電阻的內(nèi)引線是出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖9-4所示。鉑電阻測(cè)溫?zé)犭娮璧囊€形式鉑電阻測(cè)溫99鉑電阻測(cè)溫鉑電阻測(cè)溫1001.兩線制測(cè)量電橋1.兩線制測(cè)量電橋1012.三線制測(cè)量電橋2.三線制測(cè)量電橋1023.

四線制測(cè)量原理

RTD為被測(cè)熱電阻，通過四根電阻引線將熱電阻引入測(cè)量設(shè)備中，各引線電阻為RLEAD；恒流源I加到RTD的兩端，RTD另兩端接入電壓表VM，由于電壓表具有極高的輸入電阻（通常高于100MΩ），因此流經(jīng)電壓表的電流可忽略不計(jì)，VM兩端電壓完全等于RTD兩端的電壓，流經(jīng)RTD的電流完全等于恒流源電流I。由此可見，RTD的電阻值精確等于U/I，與引線電阻無關(guān)。3.四線制測(cè)量原理RTD為被測(cè)熱電阻，通過四1033.四線制測(cè)量原理該測(cè)量原理的誤差主要來自于恒流源的精度、電壓表的測(cè)量精度、引線的固有熱電勢(shì)?？刹捎萌缦麓胧┨岣邷y(cè)量精度：①在電流回路中加入一具有極低溫度系數(shù)的高精密電阻作為采樣電阻，測(cè)量該采樣電阻上的電壓值VS進(jìn)而精確得到恒流源的電流值I，從而消除由于溫漂、失調(diào)等因素造成的恒流源誤差；②變換恒流源極性測(cè)量熱電阻，可大大抑制熱電勢(shì)的影響。3.四線制測(cè)量原理該測(cè)量原理的誤差主要來自于恒流源的精度、104銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫銅電阻

銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，價(jià)格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在250℃以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號(hào)分別為Cu50和Cul00）一般其工作溫度范圍為-40℃～120℃。其電阻值與溫度的關(guān)系為：當(dāng) ℃時(shí)銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫銅電阻105熱敏電阻的缺點(diǎn)：①阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；②元件的一致性差，互換性差；③元件易老化，穩(wěn)定性較差；④除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0～150℃范圍，使用時(shí)必須注意。銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫?zé)崦綦娮璧娜秉c(diǎn)：銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫1062022/12/91079.2.3熱電偶熱電偶：將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器★熱電偶具有以下特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測(cè)局部溫度和便于遠(yuǎn)距離傳送與集中檢測(cè)。2022/12/9299.2.3熱電偶熱電偶：將溫度量轉(zhuǎn)107-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件1082022/12/91099.2.3熱電偶一、工作原理(席貝克效應(yīng))▲兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)起來形成一個(gè)閉合回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同，電路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，并形成熱電流。▲熱電勢(shì)的大小與材料的性質(zhì)及接點(diǎn)的溫度有關(guān)，稱為溫差熱電效應(yīng)或熱電效應(yīng)，該現(xiàn)象是1821年德國物理學(xué)家Secback發(fā)現(xiàn)的?！餆犭妱?shì)可用函數(shù)關(guān)系式表示：EAB=f(T,T0)若知道EAB,T0,即可利用熱電效應(yīng)來測(cè)溫或溫度差。2022/12/9319.2.3熱電偶一、工作原理(席貝克1092022/12/9110★

定義：這兩種不同導(dǎo)體的組合體稱為熱電偶?！?/p>

兩個(gè)連接端點(diǎn),一個(gè)稱為工作端T,另一個(gè)稱為自由端或參考端T0或冷端,兩根金屬絲稱之為熱電極。2022/12/932★定義：這兩種不同導(dǎo)體的組合體稱為熱1102022/12/9111★溫差電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？

溫差電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀耳貼電勢(shì)）與同一種導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成的。2022/12/933★溫差電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？1111.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABeAB(T)-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=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/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)。1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABeAB(T)-eAB(T)112AeA(T,To)ToTeA(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；σA——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σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為113由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如114根據(jù)電磁場(chǎng)理論得EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=f(T)-C=g(T)由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)]=EAB(T，0)-EAB(T0，0)熱電偶的熱電勢(shì)，等于兩端溫度分別為T和零度以及T0和零度的熱電勢(shì)之差。根據(jù)電磁場(chǎng)理論得EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(1154.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EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。3.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)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。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)無關(guān)。2.只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)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)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。結(jié)論(4點(diǎn))：4.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116對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T2、

…、Tn

，冷端溫度為零度的熱電勢(shì)。其熱電勢(shì)為

E=EAB（T1）+EBC（T2）+…+ENA（Tn）

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。（用途）

二、熱電偶回路的性質(zhì)1.均質(zhì)導(dǎo)體定律對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T117

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不118兩點(diǎn)結(jié)論：

l）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：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2

CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖兩點(diǎn)結(jié)論：T2T1ABC23EABAT023ABEABT1T119ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路用途根據(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)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路用途根據(jù)120

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB標(biāo)準(zhǔn)電極定律2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：用途：純金屬很多，合金更多，如果要得出它們之間的熱電動(dòng)勢(shì)很困難。鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高、易提純。通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T1213.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)，則BBA

T2

T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）用途：制定熱電式分度表奠定理論基礎(chǔ)，參考溫度0度3.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122EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ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。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來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A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,123熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶材料應(yīng)滿足：三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)124常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型

1．工業(yè)用熱電偶

下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保險(xiǎn)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1234125(a)(b)(c)(d)

132

2．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測(cè)溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型(a)(b)(c)(d)132126-溫度檢測(cè)技術(shù)-課件1273．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶因此，特別適128

4．快速消耗微型熱電偶下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)5～7℃。1423567891110快速消耗微型1—?jiǎng)偯保?—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線4．快速消耗微型熱電偶1423567891110快速消耗129方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(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。方法四、冷端處理及補(bǔ)償原因1301.冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比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)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。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T01.冰點(diǎn)槽法mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)1312.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)2.計(jì)算修正法注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T1323.補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式表達(dá)即

式中：T——為未知的被測(cè)溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度；TH——室溫；k——為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例用鉑銠10－鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對(duì)應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。T＝

T′＋

kTH3.補(bǔ)正系數(shù)法T＝T′＋kTH133溫度T′/℃補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112