溫度、濕度測(cè)量

第二部分

熱工測(cè)量–溫度、濕度北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院2012年11溫度測(cè)量2濕度測(cè)量主要內(nèi)容2溫度和溫標(biāo)利用熱膨脹效應(yīng)的溫度測(cè)量利用熱電效應(yīng)的溫度測(cè)量利用熱電阻效應(yīng)的溫度測(cè)量其他溫度傳感器溫度計(jì)的校準(zhǔn)與標(biāo)定1溫度測(cè)量3一、溫度和溫標(biāo)溫度是表征物體或系統(tǒng)冷熱程度的物理量。從微觀上講是物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，它反映物質(zhì)內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫標(biāo)是用來(lái)衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度。它規(guī)定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)和測(cè)量單位。各種測(cè)溫儀表的刻度數(shù)值由溫標(biāo)確定。國(guó)際上常用溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)等。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。三要素：溫度計(jì)、固定點(diǎn)、內(nèi)插方程1溫度測(cè)量43.1溫度測(cè)量1、攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為0攝氏度，把水的沸點(diǎn)定為100攝氏度的一種溫標(biāo)。把0攝氏度到100攝氏度之間分成100等分，每一等分為一攝氏度。常用代號(hào)t表示，單位符號(hào)為℃。2、華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)溫度為32度，沸點(diǎn)溫度為212度，中間劃分180等分。每一等分稱為華氏一度。常用代號(hào)F表示，單位符號(hào)為°F。攝氏度與華氏度的換算關(guān)系為：

5攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)都是用水銀作為溫度計(jì)的測(cè)溫介質(zhì)，是依據(jù)液體受熱膨脹的原理來(lái)建立溫標(biāo)和制造溫度計(jì)的。由于不同物質(zhì)的性質(zhì)不同，它們受熱膨脹的情況也不同，測(cè)得的溫度數(shù)值就會(huì)不同，溫標(biāo)難以統(tǒng)一。63.1溫度測(cè)量3、熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，是僅與熱量有關(guān)而與測(cè)溫物質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)。又稱為開爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理想溫標(biāo)，是不可能實(shí)現(xiàn)的。

4、

國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)又稱國(guó)際溫標(biāo)，用代號(hào)T表示，單位符號(hào)為K。規(guī)定水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K，1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1／273.16。水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三相平衡時(shí)的溫度?，F(xiàn)行國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是國(guó)際計(jì)量委員會(huì)（ITS）1990年通過(guò)的，簡(jiǎn)稱ITS-1990。攝氏溫度與國(guó)際實(shí)用溫度的換算關(guān)系為：73.1溫度測(cè)量這里攝氏溫度的分度值與開氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K等于１℃，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度為273.15K。即水的三相點(diǎn)的溫度比冰點(diǎn)高出0.01℃，由于水的三相點(diǎn)溫度易于復(fù)現(xiàn)，復(fù)現(xiàn)精度高，而且保存方便，是冰點(diǎn)不能比擬的，所以國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，建立溫標(biāo)的唯一基準(zhǔn)點(diǎn)選用水的三相點(diǎn)。85、溫度測(cè)量的主要方法及分類接觸測(cè)量法測(cè)溫敏感元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，使兩者具有同一溫度，達(dá)到測(cè)量的目的。非接觸測(cè)量法利用物質(zhì)的熱輻射原理，測(cè)溫敏感元件不與被測(cè)介質(zhì)接觸，通過(guò)輻射和對(duì)流實(shí)現(xiàn)熱交換。達(dá)到測(cè)量的目的。3.1溫度測(cè)量9常用測(cè)溫方法、類型及特點(diǎn)

測(cè)溫方式溫度計(jì)或傳感器類型測(cè)量范圍／℃精度／%特點(diǎn)接觸式熱膨脹式水銀-50～6500.1～1簡(jiǎn)單方便；易損壞，感溫部位尺寸大雙金屬0～3000.1～1結(jié)構(gòu)緊湊、牢固可靠壓力液體-30～6001耐振、堅(jiān)固、價(jià)廉；感溫部大氣體-20～350熱電偶鉑銠—鉑其他0～1600-200～11000.2～0.50.4～1.0種類多、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便、應(yīng)用廣泛；須注意寄生熱電勢(shì)及動(dòng)圈式儀表電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。熱電阻鉑鎳銅-260～600-500～3000～1800.1～0.30.2～0.50.1～0.3精度及靈敏度均較好；感溫部大，須注意環(huán)境溫度的影響。熱敏電阻-50～3500.3～0.5體積小，響應(yīng)快，靈敏度高；線性差，須注意環(huán)境溫度的影響。非接觸式輻射溫度計(jì)光高溫計(jì)800～3500700～300011非接觸測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，輻射率影響小，應(yīng)用簡(jiǎn)便。熱探測(cè)器熱敏電阻探測(cè)器光子探測(cè)器200～2000-50～32000～3500111非接觸測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快，測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布；易受外界干擾，標(biāo)定困難。其他示溫涂料碘化銀，二碘化汞，氯化鐵、液晶等-35～2000<1測(cè)溫范圍大，經(jīng)濟(jì)方便，特別適于大面積連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)零件上的測(cè)量；精度低，人為誤差大。10二、利用熱膨脹效應(yīng)的溫度測(cè)量利用液體、氣體或固體熱脹冷縮的性質(zhì)，即測(cè)溫敏感元件在受熱后尺寸或體積將發(fā)生變化，然后直接測(cè)出尺寸或體積發(fā)生的變化，由此制成的溫度計(jì)叫膨脹式溫度計(jì)。膨脹式溫度計(jì)分為液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)三類。3.1溫度測(cè)量113.1溫度測(cè)量1、雙金屬溫度計(jì)圖中所示就是雙金屬溫度計(jì)敏感元件。它是由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片組合而成。將兩片粘貼在一起，一端固定，另一端為自由端，自由端與指示系統(tǒng)相聯(lián)接。當(dāng)溫度由t0變化到t時(shí)，由于兩種不同的金屬片熱膨脹程度不一致而發(fā)生彎曲，即雙金屬片由t0時(shí)初始位置變化到t時(shí)的相應(yīng)位置，最后導(dǎo)致自由端產(chǎn)生一定的角位移。即α的大小與溫度差成一定的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)標(biāo)定刻度，即可測(cè)量溫度，123.1溫度測(cè)量雙金屬溫度計(jì)敏感元件雙金屬溫度計(jì)一般應(yīng)用在-80～600℃范圍內(nèi)，最好情況下，精度可達(dá)0.5～1.0級(jí)，常被用作恒定溫度的控制元件，如一般用途的恒溫箱、加熱爐等就是采用雙金屬片來(lái)控制和調(diào)節(jié)“恒溫”的。其突出特點(diǎn)是：抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，讀數(shù)方便，它精度不高，測(cè)量范圍也不大。133.1溫度測(cè)量2、壓力式溫度計(jì)

壓力式溫度計(jì)雖然屬于膨脹式溫度計(jì)，但它不是靠物質(zhì)受熱膨脹后的體積變化或尺寸變化反映溫度，而是靠在密閉容器中液體或氣體受熱后壓力的升高反映被測(cè)溫度，因此這種溫度計(jì)的指示儀表實(shí)際上就是普通的壓力表，壓力式溫度計(jì)

143.1溫度測(cè)量2、壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)主要由溫包、毛細(xì)管和壓力敏感元件(如彈簧管.膜盒.波紋管等)組成。溫包.毛細(xì)管和彈簧管三者的內(nèi)腔共同構(gòu)成一個(gè)封閉容器,其中充滿工作物質(zhì)。溫包直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，它應(yīng)把溫度變化充分地傳遞給內(nèi)部工作物質(zhì)。所以，其材料應(yīng)具有防腐能力，并有良好的導(dǎo)熱率。為了提高靈敏度，溫包本身的受熱膨脹應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其內(nèi)部工作物質(zhì)的膨脹，故材料的體膨脹系數(shù)要小。此外，還應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以便在較薄的容器壁上承受較大的內(nèi)外壓力差。通常用不銹鋼或黃銅制造溫包，黃銅只能用在非腐蝕性介質(zhì)里。溫包受熱后將使內(nèi)部工作物質(zhì)溫度升高而壓力增大，此壓力經(jīng)毛細(xì)管傳到彈簧管內(nèi)，使彈簧管產(chǎn)生變形，并由傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)指針，指示相應(yīng)的溫度值。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度較高，抗振性較好

153.1溫度測(cè)量目前生產(chǎn)的壓力溫度計(jì)根據(jù)充入密閉系統(tǒng)內(nèi)工作物質(zhì)的不同可分為充氣體壓力溫度計(jì)和充蒸汽壓力溫度計(jì)。

充氣體壓力溫度計(jì)

在密封容器內(nèi)充以氣體，就構(gòu)成充氣體的壓力溫度計(jì)。工業(yè)上用的充氣體的壓力溫度計(jì)通常充氮?dú)?，它能測(cè)量的最高溫度可達(dá)500～550℃，在低溫下則充氫氣，它的測(cè)溫下限可達(dá)-120℃。在過(guò)高的溫度下，溫包中充填的氣體會(huì)較多地透過(guò)金屬壁而擴(kuò)散，這樣會(huì)使儀表讀數(shù)偏低。16

充蒸汽壓力溫度計(jì)

充蒸汽的壓力溫度計(jì)是根據(jù)低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)這一原理制成的。其感溫包中充入約占2／3容積的低沸點(diǎn)液體，其余容積則充滿同一液體的飽和蒸汽。當(dāng)感溫包溫度變化時(shí)，蒸汽的飽和蒸汽壓發(fā)生相應(yīng)變化，這一壓力變化通過(guò)一根插入到感溫包底部的毛細(xì)管進(jìn)行傳遞，在毛細(xì)管和彈簧管中充滿上述液體，或充滿不溶于感溫包中液體的、在常溫下不蒸發(fā)的高沸點(diǎn)液體（稱為輔助液體），以傳遞壓力。常用作工質(zhì)的低沸點(diǎn)液體有氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。充蒸汽的壓力溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是感溫包的尺寸比較小、靈敏度高。其缺點(diǎn)是測(cè)量范圍小、標(biāo)尺刻度不均勻，而且由于充入蒸汽的原始?jí)毫εc大氣壓力相差較小，其測(cè)量精度易受大氣壓力的影響。173.1溫度測(cè)量3、玻璃液柱溫度計(jì)玻璃液柱膨脹式溫度計(jì)的分類、結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)利用液體體積隨溫度升高而膨脹，導(dǎo)致玻璃管內(nèi)液柱長(zhǎng)度增長(zhǎng)的原理制成的。將測(cè)溫液體封入帶有感溫包和毛細(xì)管的玻璃內(nèi)，在毛細(xì)管旁加上刻度即構(gòu)成玻璃液柱膨脹式溫度計(jì)。其特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，讀數(shù)和使用方便，得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)為易損壞，熱慣性大，具有一定的滯后性，不能遠(yuǎn)傳信號(hào)和自動(dòng)記錄。183.1溫度測(cè)量按感溫液體分類水銀玻璃溫度計(jì)有機(jī)液體玻璃溫度計(jì)按用途精度分類普通型玻璃溫度計(jì)精密型玻璃溫度計(jì)貝克曼玻璃溫度計(jì)電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)按結(jié)構(gòu)形式分類棒式玻璃溫度計(jì)內(nèi)標(biāo)式玻璃溫度計(jì)可調(diào)電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)固定電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)玻璃液體膨脹式溫度計(jì)類型如下：193.1溫度測(cè)量測(cè)溫液體名稱使用溫度／℃體膨脹系數(shù)視膨脹系數(shù)*汞鉈水銀甲苯乙醇煤油石油醚戊烷－62～0－30～+600－80～+100－80～+800～300－120～0－00～200.0001770.000180.001090.001050.000950.001420.000920.0001570.000160.001070.0001030.000930.001400.00090常用測(cè)溫液體及其性能

玻璃液體膨脹式溫度計(jì)的玻璃管均采用優(yōu)質(zhì)玻璃，對(duì)測(cè)溫上限超過(guò)300℃的采用硅硼玻璃，超過(guò)500℃的采用石英玻璃。20玻璃液體溫度計(jì)棒式溫度計(jì)(b)內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)

棒式溫度計(jì)（a）由玻璃溫包及與之相連的厚壁玻璃毛細(xì)管組成。標(biāo)尺直接刻在毛細(xì)管外表面上。它一般用作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，測(cè)溫精確度較高。內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)（b）由長(zhǎng)方形的乳白色玻璃片標(biāo)尺置于毛細(xì)管后面，兩者均裝在玻璃外殼內(nèi)。玻璃外殼一端熔接于玻璃溫包上，外殼的另一端密封。這種溫度計(jì)一般用來(lái)測(cè)量室溫，讀數(shù)方便、清晰，但因標(biāo)尺板與毛細(xì)管易發(fā)生微量相對(duì)位移，會(huì)降低溫度計(jì)準(zhǔn)確性。21電接點(diǎn)溫度計(jì)

電接點(diǎn)溫度計(jì)

電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)不僅用于顯示溫度，還可用來(lái)控制溫度和信號(hào)報(bào)警。圖所示的為一種固定電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)。由圖可見兩個(gè)金屬接點(diǎn)熔封入毛細(xì)管中，再通過(guò)導(dǎo)線與終端接頭相連。當(dāng)工作液體水銀上升到與兩個(gè)接點(diǎn)接觸時(shí)，電路接通，并輸出信號(hào)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)或報(bào)警。電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)也可制成可調(diào)的；在這種溫度計(jì)中，下端接點(diǎn)制成固定的，上端接點(diǎn)制成可動(dòng)的，這樣可根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制溫度點(diǎn)。貝克曼玻璃溫度計(jì)

貝克曼玻璃溫度計(jì)是一種高精度溫度計(jì)，常用于微小溫度變化的測(cè)量，其標(biāo)尺的全部測(cè)量范圍約為5℃，其分度值為0.01℃或更小。223.1溫度測(cè)量3、玻璃液柱溫度計(jì)玻璃液柱膨脹式溫度計(jì)的使用玻璃液體膨脹式溫度計(jì)的允許誤差玻璃液體膨脹式溫度計(jì)的示值誤差表明其顯示與真實(shí)值之間的偏差玻璃液體膨脹式溫度計(jì)的誤差原因及處理使用玻璃液體膨脹式溫度計(jì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種誤差，因此在使用時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查，以保證測(cè)溫準(zhǔn)確。這些誤差一般是由于零點(diǎn)位移、標(biāo)尺位移、液柱斷裂、溫度計(jì)惰性、浸沒(méi)深度變動(dòng)、讀數(shù)方法不正確等因素造成的。23誤差成因名稱誤差原因處理方法零點(diǎn)位移由于玻璃的熱后效應(yīng)引起如發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)位移，應(yīng)將位移值加到以后所有讀數(shù)上標(biāo)尺位移內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)的標(biāo)尺與毛細(xì)管之間會(huì)因熱膨脹或標(biāo)尺固定位置變化而引起相對(duì)位移因熱膨脹引起的位移數(shù)值小，可忽略不計(jì)，因標(biāo)尺固定位置變化生成相對(duì)位移，且位移量較大，則應(yīng)將溫度計(jì)報(bào)廢液柱斷裂因工作液體夾有氣泡或搬運(yùn)不慎等原因引起毛細(xì)管中液柱斷裂會(huì)引起很大誤差?？蓪囟扔?jì)加熱，使液柱連接起來(lái)。如不能使其連接，應(yīng)將溫度計(jì)報(bào)廢。此外，還可采用冷卻法、重力法和離心法使斷裂液柱連接溫度計(jì)惰性由于測(cè)溫液體的粘附性和毛細(xì)管內(nèi)壁不干凈引起讀數(shù)前用帶橡皮頭的木棒沿溫度計(jì)輕敲，可改善惰性浸入深度由于溫度計(jì)未浸入到規(guī)定深度而引起全浸式溫度計(jì)(刻度時(shí)溫度計(jì)液柱全部浸入介質(zhì)的溫度計(jì))應(yīng)將溫度計(jì)盡量插入被測(cè)介質(zhì)中；局部浸入式溫度計(jì)則應(yīng)浸沒(méi)到規(guī)定深度(不得少于60mm)讀數(shù)方法不正確因錯(cuò)誤的讀數(shù)方法引起誤差應(yīng)使視線與溫度計(jì)標(biāo)尺相垂直。對(duì)水銀溫度計(jì)，應(yīng)按凸出彎月面的最高點(diǎn)讀數(shù)，對(duì)酒精等有機(jī)液體，應(yīng)按凹月面的最低點(diǎn)讀數(shù)玻璃液體溫度計(jì)的誤差成因及處理方法

243.1溫度測(cè)量三、利用熱電效應(yīng)的溫度測(cè)量（一）熱電偶測(cè)溫原理

（二）熱電偶基本定律

（三）熱電偶的材料、分類與構(gòu)造

（四）熱電偶冷端溫度補(bǔ)償

253.1溫度測(cè)量（一）熱電偶測(cè)溫原理

熱電偶是目前應(yīng)用最廣泛的.比較簡(jiǎn)單的溫度傳感器。熱電偶測(cè)溫是根據(jù)熱電效應(yīng)原理。在兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)A和B組成的閉合回路中，如果它們兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同，則回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，通常稱這種現(xiàn)象為熱電效應(yīng)，該電勢(shì)被稱為熱電勢(shì).兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路，稱之為熱電偶，導(dǎo)體A或B稱之為熱電偶的熱電極。熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為T的被測(cè)對(duì)象中的接點(diǎn)稱為測(cè)量端，又稱工作端或熱端；而溫度為參考溫度T0的另一接點(diǎn)稱為參比端或參考端，又稱自由端或冷端。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。

263.1溫度測(cè)量熱電偶與熱電勢(shì)

273.1溫度測(cè)量1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)就是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)，又稱帕爾貼（Peltier）電勢(shì)。兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，由于材料不同，兩者有不同的電子密度，在單位時(shí)間內(nèi)，從導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的自由電子數(shù)比相反方向的來(lái)得多，即自由電子主要從導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B，這時(shí)A導(dǎo)體因失去電子而帶正電，B導(dǎo)體因得到電子而帶負(fù)電，如圖所示，因而在接觸面上形成了自A到B的內(nèi)部靜電場(chǎng)，產(chǎn)生了電位差，由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而建立的內(nèi)部靜電場(chǎng)將加速電子反方向的轉(zhuǎn)移，使從B到A的電子轉(zhuǎn)移加快，并阻止電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即單位時(shí)間內(nèi)從A擴(kuò)散的電子數(shù)目等于反方向轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目，此時(shí)在一定溫度T下的接觸電勢(shì)EAB(T)也就穩(wěn)定在某值。28其大小可表示為：

接觸電勢(shì)

e—單位電荷，e=1.6×10-9（C）；k—玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23（J/K）；NA—材料A在溫度T為時(shí)的自由電子密度；NB—材料B在溫度T為時(shí)的自由電子密度。

由上式可知：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)。溫度越高，接觸電勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢(shì)也越大。3.1溫度測(cè)量292.溫差電勢(shì)

溫差電勢(shì)是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。又稱湯姆孫(Thomson)電勢(shì)。設(shè)導(dǎo)體兩端的溫度分別T為和T0（T＞T0)，由于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因而從高溫端T擴(kuò)散到低溫端T0的電子數(shù)比從低溫端轉(zhuǎn)移到高溫端的電子數(shù)要多，結(jié)果高溫端失去電子而帶正電荷，低溫端得到電子而帶負(fù)電荷，從而形成了一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場(chǎng)。此時(shí)，在導(dǎo)體的兩端便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電勢(shì)差，這就是溫差電勢(shì)。其值可根據(jù)物理學(xué)電磁場(chǎng)理論得到：3.1溫度測(cè)量30溫差電勢(shì)

EA(T,T0)—導(dǎo)體A在兩端溫度分別T為T0和時(shí)的溫差電勢(shì)EB(T,T0)—導(dǎo)體B在兩端溫度分別T為T0和時(shí)的溫差電勢(shì)σA、σB—材料A、B的湯姆孫系數(shù)，與材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)3.1溫度測(cè)量313.熱電偶回路的熱電勢(shì)

金屬導(dǎo)體A、B組成熱電偶回路時(shí)，總的熱電勢(shì)包括兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，即由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小，又有T＞T0，所以在總電勢(shì)EAB(T,T0)中，以導(dǎo)體A、B在T端的接觸電勢(shì)所占的比重最大，故總電勢(shì)的方向取決于溫差電勢(shì)方向。由上式可知，熱電偶總電勢(shì)與電子密度NA、NB及兩接點(diǎn)溫度T、T0有關(guān)。3.1溫度測(cè)量32電子密度不僅取決于熱電偶材料特性，且隨溫度的變化而變化，但在一定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總電勢(shì)為溫度T和T0的函數(shù)差。如果冷端溫度T0固定，則對(duì)一定材料的熱電偶，其總電勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：

C——固定溫度T0決定的常數(shù)。

3.1溫度測(cè)量33（二）熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其截面、長(zhǎng)度如何以及各處的溫度如何分布，都不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。2.中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中，接入第三種導(dǎo)體C，如圖所示，只要這第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，則熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)保持不變。即第三種導(dǎo)體C的引入對(duì)熱電偶回路的總電勢(shì)沒(méi)有影響。可推導(dǎo)出熱電偶回路接入中間導(dǎo)體C后熱電偶回路的總熱電勢(shì)為3.1溫度測(cè)量34中間導(dǎo)體回路

同理，在熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體，只要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。根據(jù)熱電偶的這一性質(zhì)，可以在熱電偶的回路中引入各種儀表和連接導(dǎo)線等。例如，在熱電偶的自由端接入一塊測(cè)量電勢(shì)的儀表，并保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相等，就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，而且不影響熱電勢(shì)的輸出。3.1溫度測(cè)量353、中間溫度定律

如圖所示，在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，即：

根據(jù)這一定律，只要給出自由端為0℃時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系，就可以求出冷端為任意溫度tn的熱電偶熱電勢(shì)。

中間溫度定律回路

連接導(dǎo)體定律回路

3.1溫度測(cè)量364、連接導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線A′、B′相連，各接點(diǎn)溫度為t、tn、t0，則回路的總電勢(shì)等于熱電偶兩端處于t和tn條件下的熱電勢(shì)EAB(T,T0)與連接導(dǎo)線A′和B′兩端處于tn和t0條件下熱電勢(shì)的代數(shù)和。即：

中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論基礎(chǔ)。3.1溫度測(cè)量37（三）熱電偶材料、分類與構(gòu)造1、熱電偶的材料

理論上任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但實(shí)際上為了使熱電偶穩(wěn)定性好，具有足夠的靈敏度、可互換性以及具有一定的機(jī)械強(qiáng)度等性能，熱電極的材料一般應(yīng)滿足如下要求：在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介質(zhì)變化，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕。導(dǎo)電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小。它們組成的熱電偶中的熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，并且希望該變化率在測(cè)溫范圍內(nèi)接近常數(shù)（即其反應(yīng)曲線成線性）。材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性要好，復(fù)制工藝要簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。3.1溫度測(cè)量382、熱電偶的分類

按照標(biāo)準(zhǔn)化程度，熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）對(duì)被公認(rèn)性能較好的材料，制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，共有八種，我國(guó)使用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶均采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，附錄1為常用熱電偶簡(jiǎn)要技術(shù)數(shù)據(jù).不同材料的熱電偶的分度不一致，即在冷端溫度為0℃時(shí)，其熱電勢(shì)與熱端溫度的關(guān)系不一致。熱電偶分度號(hào)是表示熱電偶材料的標(biāo)記符號(hào)，工程上常用分度號(hào)來(lái)區(qū)別不同的熱電偶。附錄2中的第1個(gè)表為鉑銠10—鉑熱電偶(分度號(hào)為S)分度表。如表中的分度號(hào)S就表明采用鉑銠10—鉑熱電偶，即正極采用90％Pt(鉑)，10％Rh(銠)制成，負(fù)極采用100％Pt制成，其他類推。非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，適合于某些特殊場(chǎng)合使用，如在高溫、低溫、超低溫等被測(cè)對(duì)象中應(yīng)用。393、熱電偶的結(jié)構(gòu)

按照構(gòu)造熱電偶可分為普通型、鎧裝型和薄膜型等。普通型熱電偶由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等組成，如圖所示；鎧裝型是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體。薄膜型熱電偶是為快速測(cè)量壁面溫度而設(shè)計(jì)的，尺寸小，反應(yīng)快。普通型熱電偶的構(gòu)造1-熱電極；2-絕緣管；3-保護(hù)套管；4-接線盒

3.1溫度測(cè)量40普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。由于使用的條件基本相似，所以這類熱電偶已做成標(biāo)準(zhǔn)型，其基本組成部分大致是一樣的。通常都是由熱電極、絕緣材料、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。熱電極熱電偶常根據(jù)熱電極材料的種類來(lái)命名，其直徑大小是由價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率以及熱電偶的用途和測(cè)量范圍等因素來(lái)決定的。貴重金屬熱電極直徑大多是0.13～0.65mm，普通金屬熱電極直徑為0.5～3.2mm。熱電極長(zhǎng)度由使用、安裝條件，特別是工作端在被測(cè)介質(zhì)中插入深度來(lái)決定，通常為350～2000mm。3.1溫度測(cè)量41絕緣管又稱絕緣子，用來(lái)防止兩根熱電極短路，其材料的選用要根據(jù)使用的溫度范圍和對(duì)絕緣性能的要求而定，常用的是氧化鋁和耐火陶瓷。它一般制成圓形，中間有孔，長(zhǎng)度為20mm，使用時(shí)根據(jù)熱電極的長(zhǎng)度，可多個(gè)串起來(lái)使用。保護(hù)套管為使熱電極與被測(cè)介質(zhì)隔離，并使其免受化學(xué)侵蝕或機(jī)械損傷，熱電極在套上絕緣管后再裝入套管內(nèi)。對(duì)保護(hù)套管的要求一方面要經(jīng)久耐用，能耐溫度急劇變化，耐腐蝕，不分解出對(duì)電極有害的氣體，有良好的氣密性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度；另一方面是傳熱良好，傳導(dǎo)性能越好，熱容量越小，能夠改善電極對(duì)被測(cè)溫度變化的響應(yīng)速度。常用的材料有金屬和非金屬兩類，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)熱電偶類型、測(cè)溫范圍和使用條件等因素來(lái)選擇保護(hù)套管材料。3.1溫度測(cè)量42接線盒接線盒供熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接用。接線盒固定在熱電偶保護(hù)套管上，一般用鋁合金制成，分普通式和防濺式(密封式)兩類，為防止灰塵、水分及有害氣體侵入保護(hù)套管內(nèi)，接線端子上注明熱電極的正、負(fù)極性。鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管經(jīng)拉伸加工而成的組合體，分單芯和雙芯兩種。它可以做得很長(zhǎng)、很細(xì)，在使用中可以隨測(cè)量需要進(jìn)行彎曲。套管材料為銅、不銹鋼或鎳基高溫合金等。熱電極和套管之間填滿了絕緣材料的粉末，目前常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。目前生產(chǎn)的鎧裝熱電偶外徑一般為0.25～12mm，有多種規(guī)格。它的長(zhǎng)短根據(jù)需要來(lái)定，最長(zhǎng)的可達(dá)100m以上。鎧裝熱電偶的主要特點(diǎn)是，測(cè)量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，抗性好，耐高壓、耐震動(dòng)和耐沖擊，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上，廣泛應(yīng)用在許多工業(yè)部門中。3.1溫度測(cè)量43（四）熱電偶冷端溫度補(bǔ)償由熱電偶的作用原理可知，熱電偶熱電勢(shì)的大小，不僅與測(cè)量端的溫度有關(guān)，而且與冷端的溫度有關(guān)，是測(cè)量端溫度t和冷端溫度t0的函數(shù)差。為了保證輸出電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，就必須使一個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度保持恒定，而我們使用的熱電偶分度表中的熱電勢(shì)值，都是在冷端溫度為0℃時(shí)給出的。但在工業(yè)使用時(shí)，熱電偶的冷端溫度往往不是0℃，而是其它某一數(shù)值，這樣即使測(cè)得了熱電勢(shì)的值，仍不能直接應(yīng)用分度表來(lái)準(zhǔn)確得到測(cè)量端的溫度，為此，通常采用如下一些溫度補(bǔ)償辦法。

3.1溫度測(cè)量44補(bǔ)償導(dǎo)線法

用一種導(dǎo)線(稱補(bǔ)償導(dǎo)線)將熱電偶的冷端延伸出來(lái)（如圖所示），這種導(dǎo)線常采用廉價(jià)金屬，且在一定溫度范圍內(nèi)(0～100℃)具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能。常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線見表。表中補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)的頭一個(gè)字母與配用熱電偶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)；第二個(gè)字母“X”表示延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線(補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與熱電偶電極的材料相同)；字母“C”表示補(bǔ)償型導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線法A、B—熱電偶電極；A′、B′—補(bǔ)償導(dǎo)線；t0′—原冷端溫度；t0—新冷端溫度

3.1溫度測(cè)量45補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層顏色正極負(fù)極正極負(fù)極SCKCKXEXSKKESPC(銅)KPC(銅)KPX(鎳鉻)KPX(鎳鉻)SNC(銅鎳)KNC(康銅)KNX(鎳硅)ENX(銅鎳)紅紅紅紅綠藍(lán)黑棕常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線

在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意以下問(wèn)題：補(bǔ)償導(dǎo)線在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)(一般為0～100℃)具有與熱電偶相同的熱電性能。不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同一溫度。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端℃時(shí)，還需進(jìn)行其它補(bǔ)償與修正。46校正法

當(dāng)熱電偶冷端溫度不是0℃，而是t0時(shí)，根據(jù)熱電偶中間溫度定律，可得熱電勢(shì)的計(jì)算校正公式：

E(t,0)—冷端為0℃而熱端為t時(shí)的熱電勢(shì)（mV）；

E(t,t0)—冷端為t0而熱端為時(shí)t的熱電勢(shì)，即實(shí)測(cè)值

E(t0.t)—冷端為0℃而熱端為t0時(shí)的熱電勢(shì)；即冷端溫度不為0℃時(shí)熱電勢(shì)校正值（mV）。只要知道熱電偶參比端的溫度t0，就可以從分度表查出對(duì)應(yīng)于t0的熱電勢(shì)E(t0.t)，然后將這個(gè)熱電勢(shì)值與顯示儀表所測(cè)的讀數(shù)值相加，得出的結(jié)果就是熱電偶的參比端溫度為0℃時(shí)，對(duì)應(yīng)于測(cè)量端的溫度為t時(shí)的熱電勢(shì)E(t,0)，最后就可以從分度表查得對(duì)應(yīng)于的溫度，該溫度值就是熱電偶測(cè)量端的實(shí)際溫度。。3.1溫度測(cè)量47補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值.不平衡電橋(即補(bǔ)償電橋)由電阻R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、R4(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路穩(wěn)壓電源所組成，串接在熱電偶測(cè)量回路中。熱電偶冷端與電阻R4感受相同的溫度，通常取20℃時(shí)電橋平衡(R1=R2=R3=R4)，此時(shí)對(duì)角線a、b兩點(diǎn)電位相等(即UAB=0)，電橋?qū)x表的讀數(shù)無(wú)影響。當(dāng)環(huán)境溫度高于20℃時(shí)，R4增加，平衡被破壞，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)，產(chǎn)生一不平衡電壓UAB，與熱端電勢(shì)相疊加，一起送入測(cè)量?jī)x表。補(bǔ)償電橋法

3.1溫度測(cè)量48補(bǔ)償電橋法

適當(dāng)選擇橋臂電阻和電流的數(shù)值，可使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓正好補(bǔ)償由于冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值，儀表即可指示出正確的溫度，由于電橋是在20℃時(shí)平衡，所以采用這種補(bǔ)償電橋須把儀表的機(jī)械零位調(diào)整到20℃。3.1溫度測(cè)量49冰浴法

冰浴法是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的一種方法，為了測(cè)溫準(zhǔn)確，常常把熱電偶的冷端置于冰水混合物的容器里，保證使t0=0℃。這種辦法最為妥善，然而不夠方便，所以僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用。為了避免冰水導(dǎo)電引起t0處的連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰槽，使之互相絕緣，3.1溫度測(cè)量50冰浴法

3.1溫度測(cè)量51四、利用熱電阻效應(yīng)的溫度測(cè)量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，它實(shí)現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。用于測(cè)溫的熱電阻材料應(yīng)滿足下述要求：1.在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)和物理性能穩(wěn)定；2.復(fù)現(xiàn)性好；3.電阻溫度系數(shù)大，可以得到高靈敏度元件；4.電阻率大，可以得到小體積元件；5.電阻溫度特性盡可能接近線性；6.價(jià)格低廉。3.1溫度測(cè)量52已被采用的熱電阻和半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)有如下特點(diǎn)：1.在中、低溫范圍內(nèi)其精度高于熱電偶溫度計(jì)；2.靈敏度高。當(dāng)溫度升高l℃時(shí)，大多數(shù)金屬材料熱電阻的阻值增加0.4％～0.6％，半導(dǎo)體材料的阻值則降低3％～6％；3.熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此不宜測(cè)量點(diǎn)溫度和動(dòng)態(tài)溫度。而半導(dǎo)體熱敏電阻體積雖小，但穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較差。熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)主要用于測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。若按其制造材料來(lái)分，有金屬熱電阻及半導(dǎo)體熱敏電阻。3.1溫度測(cè)量53（一）金屬熱電阻傳感器金屬熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和鎳電阻等，其中鉑電阻和銅電阻最為常見。

1、鉑熱電阻

鉑易于提純、復(fù)制性好，在氧化性介質(zhì)中甚至高溫下，其物理化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，但在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來(lái)的蒸汽所污染，以致使鉑絲變脆，并改變了其電阻與溫度的關(guān)系。鉑是一種貴金屬，價(jià)格較貴，盡管如此，從對(duì)熱電阻的要求來(lái)衡量，鉑在極大的程度上能滿足上述要求，所以仍然是制造熱電阻的好材料。至于它在還原性介質(zhì)中不穩(wěn)定的特點(diǎn)可用保護(hù)套管設(shè)法避免或減輕。3.1溫度測(cè)量54鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍是-200～850℃，鉑熱電阻和溫度的關(guān)系如下：在-200～0℃的范圍內(nèi)在０～850℃的范圍內(nèi)繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性愈高、復(fù)現(xiàn)性愈好、測(cè)溫精度也愈高。鉑絲純度常用R100/R0表示，和分別表示100℃和0℃條件下的電阻值。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定R100/R0不小于1.3925；對(duì)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)，R100/R0為1.391。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻或?qū)嶒?yàn)室用的鉑電阻R0為10歐或30歐左右。國(guó)產(chǎn)工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)主要有3種，分別為Pt50、Ptl00、Pt300。552、銅熱電阻因?yàn)殂~熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系曲線接近于線性，電阻溫度系數(shù)也較大，且價(jià)格便宜，所以在一些測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高的場(chǎng)合，常采用銅電阻。但其在高于100℃的氣體中易被氧化，故多用于測(cè)量-50～150℃的溫度范圍。我國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)的銅熱電阻溫度計(jì)有兩種：Cu50和Cul00。銅熱電阻的分度值是以下式所表示的電阻溫度關(guān)系為依據(jù)的：

在-50℃～150℃范圍內(nèi)，其電阻溫度特性非常接近線性，可表示為3.1溫度測(cè)量56（二）半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)半導(dǎo)體溫度計(jì)最大優(yōu)點(diǎn)是具有大的負(fù)電阻溫度系數(shù)-(3～6)％、靈敏度高。半導(dǎo)體材料電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大，故可做成體積小而電阻值大的電阻元件，這就使它具有熱慣性小和可測(cè)量點(diǎn)溫度或動(dòng)態(tài)溫度的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差、精度較低。這些缺點(diǎn)限制了半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)的推廣，目前還只用于一些測(cè)溫要求較低的場(chǎng)合。3.1溫度測(cè)量57但隨著半導(dǎo)體材料和器件的發(fā)展，它將成為一種很有前途的測(cè)溫元件。其阻值與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為：半導(dǎo)體熱敏電阻的材料通常是鐵、鎳、錳、鉑、鈦、鎂、銅等的氧化物，也可以是它們的碳酸鹽、硝酸鹽或氯化物等。測(cè)溫范圍約為-100～300℃。由于元件的互換性差，所以每支半導(dǎo)體溫度計(jì)需單獨(dú)分度。其分度方法是在兩個(gè)溫度分別為T和T0的恒溫源(一般規(guī)定T0=298K)中測(cè)得電阻值RT和RT0

通常B在1500～5000K范圍內(nèi)

3.1溫度測(cè)量58熱電阻三線制接法兩線制596061五、其他溫度傳感器輻射式測(cè)溫全輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)比色溫度計(jì)3.1溫度測(cè)量623.1溫度測(cè)量輻射式測(cè)溫

輻射式測(cè)溫是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。輻射式測(cè)溫是一種非接觸式測(cè)溫方法，它可以用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的溫度和小的被測(cè)對(duì)象的溫度。輻射式測(cè)溫時(shí)，傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，故可測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并可進(jìn)行遙測(cè)；傳感器不必達(dá)到與被測(cè)對(duì)象同樣的溫度，故儀表的測(cè)溫上限不受傳感器材料耐溫性能的限制；檢測(cè)過(guò)程中傳感器不必和被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡，故檢測(cè)速度快，響應(yīng)時(shí)間短，適于快速測(cè)溫。

63維恩位移定律熱輻射的基本定律之一。在一定溫度下，絕對(duì)黑體的與輻射本領(lǐng)最大值相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ和絕對(duì)溫度T的乘積為一常數(shù)，即λ（m）T=b（見圖片）（微米）。上述結(jié)論稱為維恩位移定律，式中，b=0.002897m·K，稱為維恩常量。它表明，當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，輻射本領(lǐng)的最大值向短波方向移動(dòng)。維恩位移定律僅與黑體輻射的實(shí)驗(yàn)曲線的短波部分相符合。64653.1溫度測(cè)量全輻射高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)的工作原理基于四次方定律。全輻射法是指被測(cè)對(duì)象投射到檢測(cè)元件上的是對(duì)應(yīng)全波長(zhǎng)范圍的輻射能量，而能量的大小與被測(cè)對(duì)象溫度之間的關(guān)系可由斯忒藩—玻耳茲曼所描述的一種輻射測(cè)溫方法得到。輻射溫度計(jì)的工作原理見示意圖。663.1溫度測(cè)量全輻射高溫計(jì)工作原理1-物鏡；2-光纜；3-玻璃泡；4-熱電偶；5-濾光片；6-目鏡；7-鉑片；8-云母片；9-毫伏表

673.1溫度測(cè)量被測(cè)物體的輻射線由物鏡聚焦在受熱板上，受熱板是一種人造黑體，通常為涂黑的鉑片，當(dāng)吸收輻射能以后溫度升高，溫度可由接在受熱板上的熱電偶或熱電阻測(cè)定。通常被測(cè)物體是灰體，如果以黑體輻射作為基準(zhǔn)標(biāo)定刻度，那么知道了被測(cè)物體的黑度值，則可求得被測(cè)物體的溫度。即根據(jù)灰體輻射的總能量全部被黑體所吸收時(shí)，它們的能量相等，但溫度不同。T—被測(cè)物體溫度T0—傳感器測(cè)得的溫度

683.1溫度測(cè)量光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是典型的亮度法測(cè)溫傳感器。光學(xué)高溫計(jì)主要由光學(xué)系統(tǒng)和電測(cè)系統(tǒng)兩部分組成其原理見圖測(cè)量時(shí)，在輻射熱源(被測(cè)物體)的發(fā)光背景上可以看到弧形燈絲，如圖所示。假如燈絲亮度比輻射熱源亮度低，燈絲就在這個(gè)背景上顯現(xiàn)出暗的弧線，如圖(a)所示反之如燈絲的亮度高，則燈絲就在暗的背景上顯示出亮的弧線，如圖(b)所示假如兩者的亮度一樣，則燈絲就隱滅在熱源的發(fā)光背景里，如圖(c)所示。這時(shí)由毫伏表6讀出的指示值就是被測(cè)物體的亮度溫度。

69被測(cè)物體的溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)輻射的能量就越多，物體輻射的光譜亮度就越強(qiáng)。亮度法就是通過(guò)測(cè)量被測(cè)對(duì)象投射到檢測(cè)元件上的且被限制在某一特定波長(zhǎng)的光譜輻射能量而得到被測(cè)物體溫度的一種方法。而能量的大小與被測(cè)對(duì)象溫度之間的關(guān)系可由普朗克公式所描述的一種輻射測(cè)溫方法得到，即比較被測(cè)物體與參考源在同一波長(zhǎng)下的光譜亮度，并使二者的亮度相等，從而確定被測(cè)物體的溫度。3.1溫度測(cè)量703.1溫度測(cè)量光學(xué)高溫計(jì)原理1-物鏡；2-吸收玻璃；3-燈泡；4-目鏡；5-濾光片；6-毫伏表；7-滑線電阻

713.1溫度測(cè)量燈泡燈絲亮度調(diào)整圖(a)燈絲太暗；(b)燈絲太亮；(c)燈絲隱滅

723.1溫度測(cè)量比色溫度計(jì)被測(cè)對(duì)象的兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光譜輻射能量投射到一個(gè)檢測(cè)元件上，或同時(shí)投射到兩個(gè)檢測(cè)元件上，根據(jù)它們的比值與被測(cè)對(duì)象溫度之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)輻射測(cè)溫，比值與溫度之間的關(guān)系由兩個(gè)不同波長(zhǎng)下普朗克公式之比表示。圖為單通道比色溫度計(jì)原理圖，測(cè)量，即可代替，從而得到T。輸出單值對(duì)應(yīng)的信號(hào)為0～10mA。測(cè)溫范圍為900℃～2000℃，誤差在測(cè)量上限的±1％之內(nèi)。

733.1溫度測(cè)量單通道比色溫度計(jì)原理圖1-物鏡；2-通孔光欄；3-反射鏡；4-倒像鏡；5-調(diào)制器；6-目鏡；7-硅光電池；8-恒溫盒；9-同步線圈743.1溫度測(cè)量在某溫度T下，被測(cè)對(duì)象的輻射能通過(guò)透鏡組，成象于硅光電池7的平面上，當(dāng)同步電機(jī)以3000r／min速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)制盤5上的濾光片以200Hz的頻率交替使輻射通過(guò)，當(dāng)一種濾光片透光時(shí)，硅光電池接受的能量為，而當(dāng)另一種濾光片透光時(shí)，則接收的為，對(duì)應(yīng)的從硅光電池輸出的電壓信號(hào)為和，利用測(cè)量電路將兩電壓等比例衰減，設(shè)衰減率為K，基準(zhǔn)電壓和參比放大器保持為一常數(shù)R，則：75六、溫度計(jì)的校準(zhǔn)與標(biāo)定熱電偶的校驗(yàn)熱電阻的校驗(yàn)3.1溫度測(cè)量763.1溫度測(cè)量熱電偶的校驗(yàn)熱電偶校驗(yàn)前必須進(jìn)行外觀檢查，主要檢查其熱端焊接點(diǎn)是否光滑、牢固，熱電極是否變脆、變色、發(fā)黑、嚴(yán)重腐蝕等。熱電偶的校驗(yàn)通常采用比較法?？砂幢硭袦囟冗M(jìn)行校驗(yàn)，各校驗(yàn)點(diǎn)的溫度控制在±10℃范圍以內(nèi)。當(dāng)熱電偶在300℃以下使用時(shí)，要增加100℃校驗(yàn)點(diǎn)，校驗(yàn)時(shí)可在水槽或油槽中與標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)相比較，計(jì)算所得誤差。300℃以上各點(diǎn)的校驗(yàn)是在管形電爐中與標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10—鉑熱電偶相比較，使用電位差計(jì)測(cè)出熱電偶的熱電勢(shì)，計(jì)算所得誤差。77熱電偶校驗(yàn)點(diǎn)溫度/℃鉑銠10—鉑鎳鉻—鎳硅鎳鉻—考銅600、800、1000、1200400、600、800、1000300、400(或500)、600常用熱電偶校驗(yàn)點(diǎn)溫度

3.1溫度測(cè)量熱電偶允許誤差溫度誤差溫度誤差鉑銠10—鉑鎳鉻—鎳硅鎳鉻—考銅0～6000～4000～300±2.4±4±4>600>400>300-4～0.4±0.75±1.O工業(yè)用熱電偶的允許誤差范圍(℃)

78熱電偶校驗(yàn)設(shè)備如圖所示（校驗(yàn)300℃以上），校驗(yàn)時(shí),將熱電偶的熱端插入管式電爐1內(nèi)150～300mm，因該范圍內(nèi)溫度較均勻，讀數(shù)時(shí)要求溫度穩(wěn)定（溫度變化小于0.2℃／min），電位差計(jì)6的精度等級(jí)為0.05級(jí)以上。將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶3和被校熱電偶2的熱端用鎳鉻絲綁扎在一起，也可以在爐內(nèi)塞入一個(gè)圓形鎳塊，鎳塊上鉆有不穿透的孔，將熱電偶分別插入孔內(nèi)，以保證受熱均勻。電爐兩端用絕熱材料(石棉繩)堵嚴(yán)保溫。各熱電偶的冷端置于冰點(diǎn)槽8中以保持0℃。比較兩個(gè)熱電偶，確定誤差。要求各校驗(yàn)點(diǎn)的溫度誤差都不得超過(guò)表所規(guī)定的允許值。當(dāng)超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，要更換熱電偶或?qū)⒃瓱犭娕嫉臒岫思羧ヒ欢危匦潞附?，并?jīng)校驗(yàn)合格后再使用。3.1溫度測(cè)量79熱電偶校驗(yàn)設(shè)備1-管式電爐；2-被校熱電偶；3-標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-導(dǎo)線；5-切換開關(guān)；6-電位差計(jì)；7-溫度計(jì)；8-冰水槽；9-試管；10-調(diào)壓器

803.1溫度測(cè)量熱電阻的校驗(yàn)用比較法對(duì)熱電阻進(jìn)行分度與純度校驗(yàn)，其設(shè)備如圖所示。熱電阻校驗(yàn)設(shè)備1-加熱恒溫器；2-被校熱電阻；3-溫度計(jì)；4-毫安計(jì)；5-標(biāo)準(zhǔn)電阻；6-調(diào)壓電源；7-切換開關(guān)；8-電位差計(jì)

813.1溫度測(cè)量熱電阻分度校驗(yàn)

將被校熱電阻置于加熱恒溫器中，使恒溫器達(dá)到各校驗(yàn)點(diǎn)溫度，并保持恒定。用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測(cè)溫，用電位差計(jì)測(cè)量并計(jì)算各校驗(yàn)點(diǎn)的電阻值。在同一溫度點(diǎn)反復(fù)測(cè)量幾次，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求其測(cè)量值。將各校驗(yàn)點(diǎn)的電阻值與相應(yīng)熱電阻分度表對(duì)照，求其誤差，再與規(guī)定的最大允許誤差相比，確定是否符合精度要求。熱電阻純度校驗(yàn)利用冰點(diǎn)器和水沸點(diǎn)器分別造成準(zhǔn)確的0℃和100℃的溫度，將被校熱電阻插入冰點(diǎn)器和沸點(diǎn)器中，用電位差計(jì)分別測(cè)量和計(jì)算R0和R100，并計(jì)算R100/R0值,檢查是否在允許誤差之內(nèi),確定是否合格。82熱電阻測(cè)溫原理銅熱電阻－50－150℃83熱電阻的分度號(hào)：表明熱電阻材料和0℃阻值標(biāo)記符號(hào)Pt100鉑電阻R0=100Cu50Cu100×10－3（1/℃）842.2濕度測(cè)量852.2濕度測(cè)量一、濕度的基本概念二、干濕球法的濕度測(cè)量三、電阻法濕度測(cè)量四、露點(diǎn)法濕度測(cè)量五、吸濕法濕度測(cè)量六、濕度校正裝置863.2濕度測(cè)量一、濕度的基本概念濕度是表示空氣干濕程度的物理量，是表示空氣中水蒸汽含量多少的尺度。在建筑環(huán)境與設(shè)備工程行業(yè)中，對(duì)空氣濕度的檢測(cè)是必不可少的，它和溫度等參數(shù)一樣都是衡量空氣狀態(tài)及質(zhì)量的重要指標(biāo)。常用表示空氣濕度的方法有：絕對(duì)濕度相對(duì)濕度含濕量873.2濕度測(cè)量絕對(duì)濕度

絕對(duì)濕度定義為每立方米濕空氣（或其他氣體），在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（O℃，760毫米水銀柱）所含水蒸汽的重量，即濕空氣中水蒸汽的密度，以字符ρ表示，單位為克/立方米。根據(jù)，再由氣體狀態(tài)方程式可得：

pn—空氣中水蒸汽的分壓力（帕）；T—空氣的干球絕對(duì)溫度（K）；θW—空氣的干球攝氏溫度（℃）；Rn—水蒸汽的氣體常數(shù)，461（焦/千克·K）。883.2濕度測(cè)量相對(duì)濕度

空氣相對(duì)濕度是指空氣中水蒸氣的分壓力pn與同溫度下飽和水蒸氣壓力pb之比，用符號(hào)φ表示：通過(guò)對(duì)某一溫度下的水蒸氣分壓力及相同溫度下飽和水蒸氣壓力的分析可以得到：空氣的相對(duì)濕度是干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速和大氣壓力的函數(shù)，即：使用過(guò)程中，當(dāng)大氣壓力和風(fēng)速確定后，常常將相對(duì)濕度與干、濕球溫度之間的關(guān)系作成圖表，如i-d圖等，以便直接查用。893.2濕度測(cè)量含濕量含濕量是指1公斤干空氣中的水蒸汽含量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：氣體濕度測(cè)量常用的方法有以下四種：干濕球法、電阻法、露點(diǎn)法和吸濕法

d—含濕量（g/Kg）；ms—濕空氣中水蒸汽的質(zhì)量（Kg）；mw—濕空氣中干空氣的質(zhì)量（Kg）。903.2濕度測(cè)量當(dāng)大氣壓力B一定時(shí),相應(yīng)于每一個(gè)Pn有一確定的d值，即濕空氣的含濕量與水蒸汽的分壓力互為函數(shù)。所以，d和Pn是同一性質(zhì)的參數(shù)，再加上干球溫度或濕球溫度參數(shù)，就可以確定濕空氣的狀態(tài)。在一定溫度下，空氣中所能容納的水蒸氣含量是有限度的，超過(guò)這個(gè)限度時(shí)，多余的水蒸氣就由氣相變成液相，這就是結(jié)露。這時(shí)的水蒸氣分壓力稱為此溫度下的飽和水蒸氣壓力，對(duì)應(yīng)于飽和水蒸氣壓力的溫度，即空氣沿等含濕線冷卻，最終達(dá)到飽和時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。91空氣的露點(diǎn)溫度只與空氣的含濕量有關(guān)，當(dāng)含濕量不變時(shí)，露點(diǎn)溫度亦為定值，也就是空氣中水蒸氣分壓力高，使其飽和而結(jié)露所對(duì)應(yīng)的溫度就較高；反之，水蒸氣分壓力低，使其飽和而結(jié)露所對(duì)應(yīng)的溫度就較低。因此，空氣露點(diǎn)溫度可以作為空氣中含水蒸汽量多少的一個(gè)尺度，來(lái)表示空氣的相對(duì)濕度.92933.2濕度測(cè)量二、干濕球法的濕度測(cè)量

干濕球濕度計(jì)測(cè)濕的基本原理普通干濕球濕度傳感器電動(dòng)干濕球濕度計(jì)943.2濕度測(cè)量1、干濕球濕度計(jì)測(cè)濕的基本原理當(dāng)液體揮發(fā)時(shí)，它需要吸收一部分熱量，若沒(méi)有外界熱源供給，這些熱量就從周圍介質(zhì)中吸取，于是周圍介質(zhì)的溫度降低。液體揮發(fā)越快，則周圍介質(zhì)溫度降低得越多。對(duì)水來(lái)說(shuō)，揮發(fā)的速度與環(huán)境空氣中的水蒸氣含量有關(guān)，水蒸氣含量越大，則水分揮發(fā)速度越慢。當(dāng)環(huán)境空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，水分就不再揮發(fā)。顯然，當(dāng)不飽和的空氣流經(jīng)一定量的水的表面時(shí)水就要汽化。當(dāng)水分從水面汽化時(shí),會(huì)使水的溫度降低，此時(shí)，空氣以對(duì)流方式把熱量傳到水中,當(dāng)空氣傳到水中的熱量恰好等于濕紗布水分蒸發(fā)時(shí)所需要的熱量時(shí),兩者達(dá)到平衡狀態(tài)，濕紗布上的水的溫度就穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這個(gè)溫度就稱為濕球溫度。95干濕球濕度計(jì)由兩支相同的溫度計(jì)組成，如圖所示。一支溫度計(jì)的球部包有潮濕的紗布，紗布的下端浸入盛有水的玻璃小杯中,用來(lái)測(cè)量空氣的濕球溫度TS

，因此稱它為濕球溫度計(jì)；另一支溫度計(jì)呈干燥狀態(tài)，測(cè)量空氣的溫度，也就是干球溫度T，因此稱它為干球溫度計(jì)。3.2濕度測(cè)量干濕球濕度計(jì)1-干球溫度計(jì)；2-濕球溫度計(jì)；3-棉紗布吸水套；4-水杯；5-電風(fēng)扇96當(dāng)空氣的相對(duì)濕度φ＜100%時(shí),被測(cè)氣體處于未飽和狀態(tài),即有飽和差,濕球溫度計(jì)的球部所包圍的潮濕紗布表面上有水分蒸發(fā),其溫度降低,當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),濕球紗布上水分蒸發(fā)可認(rèn)為是穩(wěn)定的,因而水分蒸發(fā)所需要的熱量也是一定的,這樣濕球溫度便停留在某一數(shù)值,它反映了濕紗布中水的溫度,這可以看成是與水表面溫度相等的飽和空氣層的溫度。若所測(cè)空氣相對(duì)濕度較小,飽和差就大,濕球溫度計(jì)表面水分蒸發(fā)就快,而蒸發(fā)所需要熱量多,濕球紗布中的水溫下降的也多,即濕球溫度低,因而干濕球溫度差就大。反之,若所測(cè)空氣的相對(duì)濕度較大,濕球溫度數(shù)值就稍高,干、濕球溫度差就小。當(dāng)空氣的相對(duì)濕度為φ=100%時(shí),水分不再蒸發(fā),干球溫度與濕球溫度數(shù)值相同。因此，根據(jù)干球溫度和濕球溫度或兩者的差值就可以確定被測(cè)空氣的相對(duì)濕度大小。97當(dāng)大氣壓力和風(fēng)速不變時(shí)，測(cè)得干濕球溫度值，利用被測(cè)空氣對(duì)應(yīng)干濕球溫度下的飽和水蒸氣壓力和干球溫度下的水蒸氣分壓力之差，與干濕球溫度之差之間存在的數(shù)量關(guān)系，確定空氣濕度。其數(shù)量關(guān)系為：

Pn——干球溫度下空氣的水蒸氣分壓力（Pa）；

Pbs——溫度為濕球溫度時(shí)的飽和水蒸氣壓力（Pa）；

A——與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)；

B——大氣壓力（Pa）；

T——空氣溫度，即干球溫度（℃）；

TS——空氣的濕球溫度（℃）?？諝庀鄬?duì)濕度計(jì)算式為：顯然,根據(jù)T和TS分別對(duì)應(yīng)有確定的Pb和Pbs數(shù)值,由干濕球溫度計(jì)的讀數(shù)差,即可由上式確定被測(cè)空氣的相對(duì)濕度。干濕球濕度計(jì)的差值(T-TS)愈大，則空氣相對(duì)濕度愈小，反之，干濕球溫度差值小，則空氣相對(duì)濕度愈大。983.2濕度測(cè)量2、普通干濕球濕度傳感器干濕球濕度傳感器的構(gòu)造如圖所示因?yàn)楦蓾袂驖穸扔?jì)在測(cè)定相對(duì)濕度時(shí),風(fēng)速在2.5m／s以上時(shí)影響較小,因此干濕球濕度傳感器增加了電動(dòng)通風(fēng)裝置,可以減小空氣流速對(duì)測(cè)量的影響。同時(shí)，也由于在熱電阻周圍加大了氣流速度，使熱濕交換速度加快，因而減小了儀表的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)測(cè)量空氣濕度時(shí),把電源接通,軸流風(fēng)機(jī)啟動(dòng),空氣從圓型吸入口進(jìn)入濕度傳感器,通過(guò)干、濕球熱電阻周圍后,被軸流通風(fēng)機(jī)排出。當(dāng)濕球熱電阻表面水分蒸發(fā)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，干、濕球熱電阻同時(shí)發(fā)送出相對(duì)于干、濕球溫度的電阻信號(hào),將這信號(hào)輸入空氣相對(duì)濕度顯示儀表或控制系統(tǒng),就可進(jìn)行空氣相對(duì)濕度的遠(yuǎn)距離測(cè)量或控制。

99干濕球濕度傳感器1-軸流風(fēng)機(jī)；2-紗布熱電阻；3-紗布；4-水杯；5-接線端由兩支相同的微型套管式熱電阻、微型軸流風(fēng)機(jī)和塑料水杯等組成。一支熱電阻上包有潮濕紗布作為濕球溫度計(jì)，另一支熱電阻為干球溫度計(jì)，兩者都垂直安裝在濕度傳感器的中間，并正對(duì)側(cè)面空氣入口。傳感器的頂部有一個(gè)微型軸流通風(fēng)機(jī)，以便在熱電阻周圍造成一恒定風(fēng)速的氣流，此恒定氣流速度一般為2.5m／s以上。1003.2濕度測(cè)量3、電動(dòng)干濕球濕度計(jì)電動(dòng)干濕球濕度計(jì)電路原理如圖所示.它由干濕球溫度傳感器、干球溫度測(cè)量橋路與濕球溫度測(cè)量橋路連接成的復(fù)合電橋、補(bǔ)償可變電阻、檢流計(jì)等組成。

如果用熱電偶作測(cè)溫傳感器，只需把兩支熱電偶反接，其電勢(shì)差值經(jīng)換算后，就可在顯示儀表上指示出所測(cè)空氣的相對(duì)濕度。電動(dòng)干濕球濕度計(jì)還能夠自動(dòng)記錄測(cè)量結(jié)果。

101電動(dòng)干濕球濕度計(jì)原理圖1-干球溫度測(cè)量橋路；2-補(bǔ)償可變電阻；3-檢流計(jì)；4-濕球溫度測(cè)量橋路

102兩個(gè)熱電阻Rw

和Rs

分別測(cè)量干球和濕球溫度,它們作為電橋的橋臂電阻分別接在兩個(gè)直流電橋上.兩電橋的輸出端通過(guò)補(bǔ)償可變電阻反向串聯(lián).復(fù)合電橋輸出兩點(diǎn)間的電位差將取決于Rw和Rs的溫度差，也就是取決于被測(cè)空氣的相對(duì)濕度。從圖中可以看出，左側(cè)干球溫度測(cè)量橋路的輸出電位差UCE為干球溫度T的函數(shù)，而右側(cè)濕球橋路輸出的電位差UAB為濕球溫度的函數(shù)，左、右兩測(cè)量橋路通過(guò)檢流計(jì)及補(bǔ)償可變電阻R相接。在R的動(dòng)觸點(diǎn)D位置一定時(shí)，若左、右橋路處于不平衡狀態(tài)(即UAB≠UDE)，則有電流I通過(guò)檢流計(jì)。當(dāng)移動(dòng)可變電阻R滑動(dòng)觸點(diǎn)D的位置使左、右橋路處于平衡補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，檢流計(jì)中就沒(méi)有電流通過(guò)，因此，補(bǔ)償電路平衡時(shí)的可變電阻R對(duì)應(yīng)的D點(diǎn)位置反映了干濕球電橋輸出的電壓差，即D點(diǎn)位置是干、濕球溫度與的函數(shù)，D點(diǎn)位置反映了相對(duì)濕度，根據(jù)計(jì)算和標(biāo)定，可在R上標(biāo)出相對(duì)濕度值。

1033.2濕度測(cè)量三、電阻法濕度測(cè)量1、電阻法濕度測(cè)量原理氯化鋰是一種穩(wěn)定的離子型無(wú)機(jī)鹽，在空氣中具有強(qiáng)烈的吸濕特性，其吸濕量又與空氣的相對(duì)濕度成一定的函數(shù)關(guān)系，即空氣中的相對(duì)濕度愈大，氯化鋰吸收的水分也愈多，反之減小。氯化鋰的導(dǎo)電性能，即電阻率的大小隨其吸濕量而變化，吸收水分愈多，電阻率愈小，吸收水分愈少，電阻率愈大，因此，根據(jù)氯化鋰的電阻率變化可確定空氣相對(duì)濕度大小。氯化鋰電阻式濕度計(jì)就是利用氯化鋰吸濕后電阻率變化的特性制成的儀表。1043.2濕度測(cè)量2、氯化鋰電阻式測(cè)濕傳感器氯化鋰電阻式測(cè)濕傳感器按結(jié)構(gòu)分為梳狀和柱狀，如圖所示。用梳狀的金屬箔制在絕緣板上，或用兩根平行的鉑絲繞在絕緣柱表面上，外面再涂上氯化鋰溶液，形成氯化鋰薄膜層。由于兩組平行的梳狀金屬箔或兩根平行的鉑絲本身并不接觸，僅靠氯化鋰鹽層導(dǎo)電而構(gòu)成回路。將測(cè)濕傳感器置于被測(cè)空氣中，當(dāng)相對(duì)濕度改變時(shí)，氯化鋰中含水量也改變，隨之濕度測(cè)量傳感器的兩梳狀金屬箔片或兩根平行的鉑絲間的電阻也發(fā)生變化，將此隨濕度變化的電阻值輸入顯示儀表或變送器，就能顯示相應(yīng)的相對(duì)濕度值。

105氯化鋰電阻式測(cè)濕傳感器梳狀(1-絕緣基板；2-電極)；(b)柱狀106一定濃度的氯化鋰測(cè)濕傳感器的測(cè)濕范圍較窄,一般在20%以內(nèi),而需要測(cè)量的相對(duì)濕度通常在5％～95％范圍內(nèi),因此,需制成幾種不同濃度氯化鋰涂層的測(cè)濕傳感器，一般分成四種：5％～38％;15％～50％;35％～75％;；55％～95％。根據(jù)具體測(cè)量范圍選擇合適的測(cè)濕傳感器。測(cè)試范圍與所涂氯化鋰濃度及成分有關(guān)用交流電橋測(cè)量氯化鋰濕度傳感器電阻，交流電橋適用交流電橋供電，防止發(fā)生電解。為防止氯化鋰溶液蒸發(fā),最高安全工作溫度為55℃107環(huán)境溫度對(duì)氯化鋰電阻濕度計(jì)有很大的影響，因氯化鋰的電阻值不僅與濕度有關(guān),且還與空氣溫度有關(guān).因此氯化鋰電阻濕度計(jì)帶有溫度補(bǔ)償電路.為避免氯化鋰電阻測(cè)濕傳感器的氯化鋰溶液發(fā)生電解,電極兩端應(yīng)接交流電。為保證測(cè)量精度，傳感器需定期更換。

1083.2濕度測(cè)量四、露點(diǎn)法濕度測(cè)量1、氯化鋰露點(diǎn)濕度傳感器測(cè)濕原理

氯化鋰具有強(qiáng)烈的吸收水分的特性，將它配成飽和溶液后，它在每一溫度時(shí)都有相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力。當(dāng)它與空氣相接觸時(shí)，如果空氣中的水蒸氣分壓力大于該溫度下氯化鋰飽和溶液的飽和蒸汽壓力，則氯化鋰飽和溶液便吸收空氣中的水分；反之，如果空氣中的水蒸氣分壓力低于氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力，則氯化鋰溶液就向空氣中釋放出其溶液中的水分。

純水和氯化鋰飽和溶液的飽和蒸汽壓力曲線如圖所示

氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力與溫度有關(guān)，隨溫度的上升而增大。

109曲線①是純水的飽和蒸汽壓力曲線，線上任意一點(diǎn)表示該溫度下的飽和水蒸氣壓力數(shù)值，而曲線下方的任一點(diǎn)表示該溫度下的水蒸氣呈未飽和狀態(tài)的分壓力。曲線②是氯化鋰飽和溶液的飽和蒸汽壓力曲線，線上的點(diǎn)也表示該溫度下氯化鋰溶液的飽和水蒸氣壓力的數(shù)值。而位于曲線②上方的點(diǎn)，表示所接觸空氣的水蒸氣分壓力高于該溫度下氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力，此時(shí)氯化鋰溶液將吸收空氣中的水分。而位于曲線②下方的點(diǎn)，表示所接觸空氣的水蒸氣壓力低于該溫度下氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力，此時(shí)溶液將向空氣中蒸發(fā)水分。氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力只相當(dāng)于同一溫度下水的飽和蒸汽壓力的12％左右，也就是說(shuō)氯化鋰溶液在相對(duì)濕度為12％以下的空氣中是固相，在12％以上的空氣中會(huì)吸收空氣中的水分潮解成溶液，只有當(dāng)它的蒸汽壓力等于空氣中的水蒸氣分壓力時(shí)，才處于平衡狀態(tài)。純水和氯化鋰飽和蒸氣壓力曲線

110氯化鋰在液相時(shí),它的電阻非常小,在固相時(shí),它的電阻又非常大.氯化鋰若在12％以下相對(duì)濕度的空氣中,它由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r(shí),電阻值急劇增加.假定某種空氣狀態(tài)的水蒸氣分壓為p、溫度為T,它在上圖中即為A點(diǎn)。由A點(diǎn)向左和p連線與純水的飽和蒸汽壓曲線①交于B點(diǎn)，由B點(diǎn)向下引垂線交橫坐標(biāo)得某一溫度值為TL，顯然TL即為空氣的露點(diǎn)溫度。再將pA延長(zhǎng)與氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力曲線相交于C，由C點(diǎn)向下引垂線交于橫坐標(biāo)得TC值，這就是氯化鋰溶液的平衡溫度，此時(shí)它的飽和蒸汽壓力也等于p。因此，如果將氯化鋰溶液放在上述空氣中，設(shè)法把氯化鋰溶液的溫度加熱到TC，使氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力等于A點(diǎn)空氣的水蒸氣分壓力p。那么，測(cè)出TC的溫度值，根據(jù)水和氯化鋰溶液飽和蒸汽壓力曲線的關(guān)系也就得知空氣的露點(diǎn)溫度TL，TC與TL的關(guān)系為：

測(cè)出T和TL便可確定空氣的相對(duì)濕度。1113.2濕度測(cè)量2、氯化鋰露點(diǎn)濕度測(cè)量傳感器氯化鋰露點(diǎn)濕度測(cè)量傳感器的構(gòu)造如圖所示。測(cè)量空氣相對(duì)濕度時(shí)，將氯化鋰露點(diǎn)傳感器放置在被測(cè)空氣中，如被測(cè)空氣中的水蒸氣分壓力高于氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力，則氯化鋰溶液吸收被測(cè)空氣中的水分而潮解，使氯化鋰溶液的電阻減小，兩根加熱絲間的電阻減小，通過(guò)的電流增大，開始加熱，使氯化鋰溶液溫度上升，此作用一直持續(xù)到氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力與被測(cè)空氣中的水蒸氣分壓力相等，這時(shí)氯化鋰溶液吸收空氣中的水分和放出的水分相平衡，氯化鋰溶液的電阻也就不再變化，加熱絲所通過(guò)的電流也就穩(wěn)定下來(lái)。112反之，如被測(cè)空氣中的水蒸氣分壓力低于氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力，則氯化鋰溶液放出其水分，這使其本身的電阻增大，因而使加熱絲中的電流減小，于是產(chǎn)生的熱量減少，則氯化鋰溶液的溫度下降，這樣氯化鋰溶液的飽和蒸汽壓力也隨之下降。當(dāng)氯化鋰溶液的蒸汽壓力與被測(cè)空氣中的水蒸氣的分壓力相等時(shí)，氯化鋰溶液的溫度就穩(wěn)定下來(lái)。這個(gè)達(dá)到蒸汽壓力平衡時(shí)的溫度稱為平衡溫度，熱電阻測(cè)得的溫度就是平衡溫度。由于平衡溫度與露點(diǎn)溫度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以，知道平衡溫度值后，就相當(dāng)于測(cè)量出露點(diǎn)溫度。同時(shí)再測(cè)出被測(cè)空氣的溫度。將測(cè)量到的露點(diǎn)溫度和被測(cè)空氣溫度的信號(hào)，輸入雙電橋測(cè)量電路，用適當(dāng)?shù)闹甘居涗泝x表，可直接指示空氣的相對(duì)濕度。113氯化鋰露點(diǎn)濕度測(cè)量傳感器1-變壓器；2-接測(cè)量電路；3-熱電阻；4-外殼；5-被測(cè)氣體；6-加熱絲；7-氯化鋰溶液114能直接指示、連續(xù)遠(yuǎn)距離測(cè)量與調(diào)節(jié)不受被測(cè)氣體溫度的影響，適用范圍廣傳感器可以再生使用。受加熱電源電壓波動(dòng)和空氣流速波動(dòng)的影響，也受有害氣體的影響。1153.2濕度測(cè)量五、吸濕法濕度測(cè)量1、電容式濕度計(jì)

電容式濕度計(jì)是在70年代開始使用的濕度計(jì)，其變送器將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換為0～10V．DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送距離可達(dá)1000m，性能穩(wěn)定，幾乎不需要維護(hù)，安裝方便。被認(rèn)為是一種比較好的濕度計(jì)。

工作原理：電容濕度傳感器是通過(guò)電化學(xué)方法在金屬鋁表面形成一層氧化膜，進(jìn)而在膜上沉積一薄層金屬。這種鋁基體和金屬便構(gòu)成一個(gè)電容器。氧化鋁吸附水汽之后會(huì)引起電容的變化，。

116傳感器核心部分是吸水的氧化鋁層，其上布滿平行且垂直于其平面的管狀微孔，它從表面一直深入到氧化層的底部。氧化鋁層具有很強(qiáng)的吸附水汽的能力。對(duì)于這樣的空氣、氧化膜和水組成的體系的介電性質(zhì)的研究表明，在給定的頻率下，介電常數(shù)隨水汽吸附量的增加而增大。氧化鋁層吸濕和放濕程度隨著被測(cè)空氣的相對(duì)濕度的變化而變化，因而其電容量是空氣相對(duì)濕度的函數(shù)。因此，利用這種原理制成的傳感器叫電容濕度傳感器。將電容濕度傳感器與特制的電子線路組合在一起構(gòu)成電容式濕度變送器，電子線路產(chǎn)生與相對(duì)濕度成比例的電壓信號(hào)，即0～10V．DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),用于指示相對(duì)濕度。電容濕度變送器具有許多優(yōu)點(diǎn)：其工作溫度和壓力范圍較寬（溫度可達(dá)50℃）；精度高、反應(yīng)快（時(shí)間常數(shù)可達(dá)1～2s）；不受環(huán)境溫度、風(fēng)速的影響、抗污染的能力及穩(wěn)定性好，便于遠(yuǎn)距離指示和調(diào)節(jié)濕度，但目前價(jià)格昂貴。117電容式濕度傳感器1-氧化鋁層；2-金屬膜；3-接線柱；4-鋁基體

傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，氧化鋁層上的電極膜可采用石墨和一系列金屬，其中鉑和金具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。一般采用噴涂或真空鍍膜法成膜。電極膜非常薄，能允許水蒸氣直接穿過(guò)電極膜進(jìn)入氧化鋁層。傳感器有兩個(gè)接線柱與儀表相接。其中鋁基的導(dǎo)線可用鋁條咬合，并用環(huán)氧樹脂粘接固定。

1183.2濕度測(cè)量2、毛發(fā)式濕度計(jì)（應(yīng)用少）毛發(fā)存在著微孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)去掉毛發(fā)表面的油脂后，可使微孔與外界空氣相通，并使孔壁對(duì)水具有潤(rùn)濕性。當(dāng)空氣中的水汽未達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，微孔吸附空氣中的水汽并使之凝結(jié)。由于表面張力的作用，孔中的水形成一個(gè)彎月面。當(dāng)空氣中的水汽達(dá)到飽和時(shí)，微孔中水的彎月面就變成平面，即曲率半徑趨于無(wú)窮大。當(dāng)空氣相對(duì)濕度變化時(shí)，置于空氣中的毛發(fā)將引起微孔彈性壁的形變。由此可引起毛發(fā)長(zhǎng)度的變化，此變化與相對(duì)濕度有關(guān)。實(shí)用的毛發(fā)濕度計(jì)是利用一束毛發(fā)的形變力，通過(guò)機(jī)械放大裝置，帶指針偏轉(zhuǎn)指示濕度值。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，但精度不高（一般為5％RH）。在使用前需進(jìn)行校正，存在著滯后現(xiàn)象。

119種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量范圍氯化鋰電阻濕度傳感器及變送器1．能連續(xù)指示，遠(yuǎn)距離測(cè)量與調(diào)節(jié)2．精度高，反應(yīng)快1．受環(huán)境氣體的影響2．互換性差3．使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)老化5%～95%RH氯化鋰露點(diǎn)濕度傳感器及變送器1．能直接指示露點(diǎn)溫度，2．能連續(xù)指示，遠(yuǎn)距離測(cè)量與調(diào)節(jié)3．不受環(huán)境氣體溫度影響：4．使用范圍廣，5．元件可再生1．受環(huán)境氣體流速的影響和加熱電源電壓波動(dòng)的影響；2．有害的工業(yè)氣體影響露點(diǎn)溫度-45～70℃電容式濕度計(jì)1．能連續(xù)指示遠(yuǎn)距離測(cè)量與調(diào)節(jié)2．精度高，反應(yīng)快，3．不受環(huán)境條件影響，維護(hù)簡(jiǎn)單4．使用范圍廣1．價(jià)格貴；2．對(duì)油質(zhì)的污染比較敏感10%～95%RH電動(dòng)干、濕球濕度計(jì)1．使用電阻測(cè)溫能得到穩(wěn)定特性，2．不受環(huán)境氣體成分的影響1．需經(jīng)常維護(hù)紗布上水并防止污染2．微型軸流風(fēng)機(jī)有噪聲10%～100%RH10～40℃(空調(diào)應(yīng)用)毛發(fā)濕度計(jì)1．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2．價(jià)廉1．有滯后、有變差2．靈敏度低10%～90%RH主要濕度傳感器及變送器特點(diǎn)

1203.2濕度測(cè)量六、濕度校正裝置濕度計(jì)的標(biāo)定與校正需要一個(gè)維持恒定相對(duì)濕度的校正裝置,并且用一種可作為基準(zhǔn)的方法去測(cè)定其中的相對(duì)濕度,再將被校正儀表放入此裝置進(jìn)行標(biāo)定.校正裝置所依據(jù)的方法有重量法、雙壓法及雙溫法等。雙溫法的基本原理是將某一溫度和壓力下被水汽飽和的濕空氣，在恒壓下使其溫度升高到設(shè)定值,通過(guò)道爾頓定律和氣體狀態(tài)方程即可計(jì)算出在較高溫度下的氣體相對(duì)濕度.雙溫法能產(chǎn)生范圍相當(dāng)寬的已知濕度的氣體,其相對(duì)濕度的準(zhǔn)確度可達(dá)1％RH。1213.2濕度測(cè)量1、雙溫法濕度計(jì)標(biāo)定工作原理雙溫法的工作原理示意圖如圖所示，TS、TC分別為設(shè)定的飽和溫度和試驗(yàn)腔溫度，且TC<TS，通過(guò)氣泵使氣流在飽和腔與試驗(yàn)腔之間不斷循環(huán)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，氣流中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)。假設(shè)氣體為理想氣體，并且飽和腔總壓力PS等于試驗(yàn)腔內(nèi)氣體總壓力PC，則在溫度為TC的試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的相對(duì)濕度可用下式計(jì)算：當(dāng)PS≠PC時(shí)，特別是在氣流速度較高的情況下，就需要考慮進(jìn)行壓力修正

122雙溫法濕度計(jì)標(biāo)定工作原理示意圖1-飽和腔；2-氣泵；3-試驗(yàn)腔

1233.2濕度測(cè)量2、雙溫法濕度標(biāo)定與校驗(yàn)設(shè)備根據(jù)雙溫度原理制成的濕度校驗(yàn)設(shè)備如圖所示，適用于一般情況下的各種溫度的標(biāo)定與校驗(yàn)，并且在高流速和低流速條件下，都能使空氣充分飽和。飽和器1置于恒溫槽5中，恒溫槽通過(guò)溫度傳感器6、控制器及電加熱器2實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫。試驗(yàn)腔11采用同心管結(jié)構(gòu)。在密閉系統(tǒng)內(nèi)，借助無(wú)油氣泵16使空氣在飽和器和試驗(yàn)腔之間密閉連續(xù)循環(huán)流動(dòng)。氣體的流速由控制閥17、旁通閥15和流量計(jì)19來(lái)控制。氣流首先經(jīng)過(guò)盤管21充分換熱，然后進(jìn)入飽和器1。飽和器中的濕度發(fā)生器采用離心式結(jié)構(gòu)，即氣體沿切線方向進(jìn)入盛水的圓筒飽和器，噴嘴位于水面上方，與水面成一定角度。由于氣流沖擊水面以及離心力作用形成渦流，使氣體同水充分混合。水霧和液態(tài)水被離心力甩向飽和器壁。

124被分離的氣體從頂部進(jìn)入水霧分離器4，其殘余的小水滴，由排氣口前的篩網(wǎng)捕集器捕集，空氣在飽和器內(nèi)達(dá)到飽和，飽和氣體通過(guò)試驗(yàn)腔內(nèi)管向上流動(dòng)，然后改變方向，在內(nèi)管和外管之間的環(huán)形通道向下流動(dòng)。這種回流作用有利于溫度分布均勻。來(lái)自飽和器的濕空氣被設(shè)置在內(nèi)管的加熱器8、14加熱之后進(jìn)入試驗(yàn)腔11。加熱器14為手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器，用以提供給定溫度所需的熱量，輔助加熱器8與溫度傳感器9、13與調(diào)節(jié)器(圖中未畫)組成溫度自控系統(tǒng)，使試驗(yàn)腔內(nèi)的溫度保持在給定值。試驗(yàn)腔的溫度由溫度傳感器10測(cè)量。12為同心管的絕熱層，用以減小試驗(yàn)腔同外界環(huán)境的熱交換。如果要裝置在低溫下工作，通過(guò)由冷凍機(jī)20和低溫液槽18組成的制冷系統(tǒng)，使恒溫槽在給定的低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。125雙溫密閉循環(huán)式濕度校驗(yàn)設(shè)備1-飽和器；2-加熱器；3-飽和空氣；4-水霧；5-恒溫槽；6-溫度傳感器；7-攪拌器；8-輔助電加熱；9-溫度傳感器；10-試驗(yàn)腔溫度傳感器；11-試驗(yàn)腔；12-絕熱層；13-溫度傳感器；14-手動(dòng)加熱器；15-旁通閥；16-氣泵；17-流量控制閥；18-低溫液槽；19-流量計(jì)；20-冷凍機(jī)；21-換熱器分離器1263.3熱量測(cè)量一、熱流計(jì)的工作原理二、熱流密度的測(cè)量三、熱量的測(cè)量127一、熱流計(jì)的工作原理熱阻式熱流測(cè)頭是廣泛采用的一種熱流測(cè)頭，這種熱流測(cè)頭可用來(lái)測(cè)量以導(dǎo)熱方式傳遞的熱流密度，有熱流通過(guò)熱流測(cè)頭時(shí)，測(cè)頭熱阻層上產(chǎn)生溫度梯度，根據(jù)傅立葉定律可以得到通過(guò)熱流測(cè)頭的熱流密度，熱流密度的方向與等溫面是垂直的，通過(guò)熱流測(cè)頭的熱流密度可用下式表示：若溫度為T和T+△T的兩個(gè)等溫面平行時(shí)，則有：3.3熱量測(cè)量128如果熱流測(cè)頭材料和幾何尺寸確定，那么只要測(cè)出測(cè)頭兩側(cè)的溫差，即可得到熱流密度。根據(jù)使用條件,選擇不同的材料做熱阻層,以不同的方式測(cè)量溫差,就能做成各種不同結(jié)構(gòu)的熱阻式熱流測(cè)頭。平板式熱流測(cè)頭是目前使用最廣泛的熱阻式熱流測(cè)頭，其結(jié)構(gòu)如圖所示。平板式熱流測(cè)頭輸出的熱電勢(shì)與通過(guò)熱流測(cè)頭的熱流密度用下式表示：測(cè)頭系數(shù)是熱阻式熱流測(cè)頭的重要參數(shù)，其值與測(cè)頭的材料結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、熱電特性等有關(guān)。值的大小反映了熱流測(cè)頭的靈敏度，值越小測(cè)頭靈敏度越高，反之，測(cè)頭靈敏度越低，因此有的文獻(xiàn)把值的倒數(shù)稱為測(cè)頭的