第一章第一節(jié)溫度測量第一講

?第一章參數(shù)檢測一、溫度測量本篇主要介紹溫標(biāo)、測溫方法、以及各種常見溫度檢測技術(shù)。?1溫度和溫標(biāo)溫度是表征物體冷熱程度的物理量。譬如規(guī)定什么樣的溫度是150℃，什么樣的溫度是200℃用來衡量物體溫度高低的標(biāo)尺叫溫度標(biāo)尺，簡稱“溫標(biāo)”。國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（1740年瑞典人攝爾修斯(Celsius)）

定義：水銀體膨脹是線性；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)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)定義：1714年德國人華倫海特(Fahrenheit)以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃棒水銀溫度計(jì)。規(guī)定水的沸點(diǎn)為212度，氯化銨與冰的混合物為0度(純水冰點(diǎn)32度)，中間等分為212份，每一份為1度記作℉。稱為華氏溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)（開氏溫度）以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，規(guī)定分子運(yùn)動停止（即沒有熱存在）時(shí)的溫度為絕對零度（0K）。選用水的三相點(diǎn)溫度為273.16，定義水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16為1度，單位為K，這樣就建立了熱力學(xué)溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)是一種純理論、與物體任何物理性質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)，存在實(shí)驗(yàn)上的困難，不便于實(shí)際應(yīng)用。國際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90國際溫標(biāo)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度(符號為T90)和國際攝氏溫度(符號為t90)國際實(shí)用溫標(biāo)指出，熱力學(xué)溫度為基本物理量，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16，單位為k，1k的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，由于攝氏溫標(biāo)將冰點(diǎn)定義為0℃，而冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)低0.01k，那么冰點(diǎn)溫度為273.15k，即單位℃當(dāng)表示溫度差和溫度間隔時(shí)1℃=1K熱電偶熱電偶溫度傳感器溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。熱電偶溫度傳感器溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。熱電偶工作原理兩種不同的導(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)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由塞貝克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱塞貝克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。接觸電勢兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體A、B相接觸時(shí)產(chǎn)生的電動勢叫接觸電勢。接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-熱電偶回路電勢熱電偶回路電勢eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動勢；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。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。溫差電勢同一導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的電勢稱為溫差電勢。AeA(T,To)ToT溫差電勢原理圖eA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動勢；T，T0——高低端的絕對溫度；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)生的溫差電動勢，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃?；芈窡犭妱萦蓪?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)接觸電勢和兩個(gè)溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB熱電偶回路電勢如果固定冷段溫度，=C（常數(shù)），則：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)生的熱電勢的代數(shù)和為零。

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則20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，此回路的總電勢不變，即3EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）T2T1AaBC23EABaAT023AEABT2C(a)(b)T0T0第三種材料接入熱電偶回路圖同理，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，此回路的電勢也為：T1接入中間導(dǎo)體的熱電偶回路其中帶入原式并參見課本（1-2）得出：常用熱電偶熱電偶材料應(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)中測量時(shí)不被腐蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；基本結(jié)構(gòu)1－接線盒2－保險(xiǎn)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲普通熱電偶結(jié)構(gòu)圖熱電偶主要分類常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶?？焖傥⑿蜔犭娕际疽鈭D見P11圖1-5冷段溫度補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。方法

冷端補(bǔ)償導(dǎo)線法

計(jì)算校正法冰浴法補(bǔ)償電橋法零點(diǎn)遷移法軟件處理法冷段補(bǔ)償導(dǎo)線法

mVEAB(T,T0)T’0T'0TABUT0T0A’B’補(bǔ)償導(dǎo)線連接圖計(jì)算校正法EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)式中t——工作端溫度t0——實(shí)際冷段溫度EAB(t,0)——熱電偶工作在兩端溫度t與t0時(shí)儀表測出的熱電勢；EAB(t,t0)，EAB(T0,0)——該熱電偶爆出冷段溫度為0℃，而工作溫度分別取t，t0時(shí)的熱電勢值，此值可以從相應(yīng)地?zé)犭娕挤侄缺碇胁榈?。熱電阻由金屬（鉑、銅、鎳等）材料制成的稱為熱電阻；由半導(dǎo)體材料制成的稱為熱敏電阻。熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，可將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。熱電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

溫度顯示儀表顯示儀表接受測溫元件輸出信號，講測量值顯示（指示、記錄等）出來以供觀察的