溫度檢測與儀表

溫度檢測與儀表第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)溫標及測溫方法一、溫標

溫度的數(shù)值表示稱為溫標。它利用一些物質的“相平衡溫度”作為固定點刻在“標尺”上，而固定點中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關系(內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程)來描述。各類溫度計的刻度均由溫標確定。溫標三要素：溫度計、固定點和內(nèi)插方程。溫標不是溫度標準(TemperatureStandard)，而是溫度標尺(TemperatureScale)的簡稱。 國際上規(guī)定的溫標有很多種，最常用的是華氏溫標(美國)、攝氏溫標、熱力學溫標等。低溫高溫第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日溫標名稱有關規(guī)定華氏溫標（℉）1714年，F(xiàn)ahrenheit把標準大氣壓下純水的沸點和冰點這兩個恒定溫度作固定點(212℉和32℉)，這兩個溫度點之間用水銀溫度計分成180等份，每等份定為1華氏度(℉)。遺憾：把冰點定為32度而不是0度。列氏溫標(oR’)1731年Réaumur提出：水的冰點被定為列氏0度，而沸點則為列氏80度【因為標準濃度的酒精在水的冰點和沸點之間體積從1000單位膨脹到1080單位】。攝氏溫標(℃)1742年Celsius提出：最初定義“水的冰點定為一百攝氏度，沸點定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用，即當今用法。當前應用最廣，ITS-90有專門定義。開氏溫標(K)1854年Kelvin提出：把絕對零度(0K)到水的三相點溫度(273.16K)等分為273.16份，每份就是1開氏度。其分度間隔和攝氏溫標間隔一致，Δt(1℃)=ΔT(1K)。蘭氏溫標(oR)Rankine溫標是美國工程界使用的一種溫標。起點也為絕對零度，水的冰點和沸點分別為491.67和671.67蘭氏度(oR)，中間分成180等分，每一等分為1oR。第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日幾種溫標間的換算關系攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度====================華氏度=1.8攝氏度+32華氏度=1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32====================開氏度=攝氏度+273.15開氏度=1.25列氏度+273.15開氏度=5(華氏度-32)/9+273.15開氏度=5蘭氏度/9第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、測溫方法及分類測溫方法很多種，可分為：按測量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等；按用途分，有基準溫度計和工業(yè)溫度計。

第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日物理現(xiàn)象

體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導磁率變化電容變化壓電效應超聲波傳播速度變化物質顏色P–N結電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導體二極管晶體管半導體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日應用熱膨脹原理測溫測量原理物體受熱時產(chǎn)生膨脹

液體膨脹式溫度計

固體膨脹式溫度計玻璃管溫度計雙金屬溫度計第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日體積熱膨脹式不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。氣體的體積與熱力學溫度成正比第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日裝滿熱水后圖案變得清晰可辨示溫涂料（變色涂料）第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風扇低溫時顯示藍色溫度升高后變?yōu)榧t色第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日紅外溫度計第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日接觸式：測溫元件與被測對象接觸，依靠傳熱和對流進行熱交換。優(yōu)點：結構簡單、可靠，測溫精度較高。缺點：由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱交換且達到平衡后才能測量，這樣容易破壞被測對象的溫度場，同時帶來測溫過程的延遲現(xiàn)象，不適于測量熱容量小的對象、極高溫的對象、處于運動中的對象。不適于直接對腐蝕性介質測量。第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日非接觸式：測溫元件不與被測對象接觸，而是通過熱輻射進行熱交換，或測溫元件接收被測對象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測對象的溫度。優(yōu)點：從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測對象溫度場。非接觸式測溫響應快，對被測對象干擾小，可用于測量運動的被測對象和有強電磁干擾、強腐蝕的場合。缺點：容易受到外界因素的干擾，測量誤差較大，且結構復雜，價格比較昂貴。

第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電偶溫度計熱電偶是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。特點：結構簡單、測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號，便于遠傳或信號轉換。用途：用來測量流體、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。第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日先看一個實驗——熱電偶工作原理演示結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB一、熱電偶測溫原理熱電極A左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電極A左端稱為：測量端（工作端、熱端）

右端稱為：自由端（參考端、冷端）

熱電極B熱電極A左端稱為：測量端（工作端、熱端）

第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日從實驗到理論：熱電效應

1821年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉角反而減?。ㄓ终f明什么？）。顯然，指南針的偏轉說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應工作的。當兩種不同的導體或半導體材料A和B組成閉合回路(如下圖)，如果兩個結合點處的溫度不相等，則回路中就會有電流產(chǎn)生。也就是回路中會有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應，該效應首先由賽貝克發(fā)現(xiàn)，故也稱賽貝克效應。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。熱電偶原理圖TT0AB冷端熱端自由端工作端第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶有關術語兩種不同的導體或半導體材料A和B組成閉合回路，如果兩個結合點處的溫度不相等，則該回路中就會有電動勢產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為熱電效應。回路中所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。稱導體A,B為熱電極。其中一個接點通常是焊接在一起被置于測溫場感受被測溫度，稱為測量端、熱端或工作端；而另一個接點遠離測量端，且要求溫度恒定，稱為自由端、冷端或參比端。第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(一)接觸電勢電子密度不同的導體或半導體材料相互接觸時，在其接點處產(chǎn)生電勢，該電勢主要取決于兩種材料的性質和接觸面溫度的高低：式中，NA(T)和NB(T)—材料A和B在溫度T時的電子密度；

e—單位電荷，4.802×10-10絕對靜電單位；

K—波爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/℃；T—材料溫度，K。NA>NB第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)溫差電勢 由于兩端溫度不同，在導體或半導體材料兩端產(chǎn)生電勢，溫差電勢的方向是由低溫端指向高溫端，其大小與材料兩端溫度和材料性質有關：式中，

N—材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；T,T0—材料兩端的溫度；

t—沿材料長度方向的溫度分布。E(T,T0)第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)熱電偶閉合回路的總熱電動勢 閉合回路總熱電動勢應為接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)和，即：結論：(1)只有用兩種不同性質的材料才能組成熱電偶，且兩端溫度必須不同；(2)熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點處的溫度有關，與熱電偶絲的大小尺寸及沿程溫度分布無關。第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、熱電偶的基本定律(性質)(一)均質材料定律

由一種均質材料組成的閉合回路，不論沿材料長度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢。它要求組成熱電偶的兩種材料A

和B必須各自都是均質的，否則會由于沿熱電偶長度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加熱電勢，引入不均勻性誤差。因此在進行精密測量時要盡可能對電極材料進行均勻性檢查和退火處理。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)。第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)中間導體定律在熱電偶測溫回路中插入第三種(或多種)導體(如圖中導體C)，只要其兩端溫度相同，則熱電偶回路的總熱電勢與串聯(lián)的中間導體無關【證明請參考教材2.2.2.2節(jié)】。第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)中間溫度定律在熱電偶測溫回路中，測量端的溫度為T，連接導線各端點的溫度分別為Tn和T0(見圖)，如A與A’，B與B’的熱電性質相同，則總的熱電動勢等于熱電偶的熱電動勢EAB(T,Tn)與連接導線的熱電動勢EA’B’

(Tn,T0)的代數(shù)和，其中Tn為中間溫度，即EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’

(Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)中間導體定律和中間溫度定律是工業(yè)熱電偶測溫中應用補償導線的理論依據(jù)。第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)參考電極定律 兩種導體A，B分別與參考電極C(標準電極)組成熱電偶(如圖)，如果它們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，那么，A與B兩熱電極配對后的熱電動勢可按下式求得：EAB(t,t0)=EAC(t,t0)+ECB(t,t0) 人們多采用高純鉑絲作為參考電極，這樣可大大簡化熱電偶的選配工作。第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、熱電偶結構典型工業(yè)用熱電偶結構如圖所示。它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時的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、無固定裝置等多種形式。第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電極：一般金屬φ0.5~3.2mm，昂貴金屬φ0.3~0.6mm，長度與被測物有關，一般在300~2000mm，通常在350mm左右。絕緣管：隔離熱電偶與被測物，一般在室溫下要5MΩ以上。保護套管：避免受被測介質的化學腐蝕或機械損傷。接線盒：固定接線座，連接補償導線。(1)應輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢E(t)和溫度t之間盡可能地呈線性函數(shù)關系；(2)能應用于較寬的溫度范圍，物理化學性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能；(3)要求熱電偶材料有較高的導電率和較低的電阻溫度系數(shù)；(4)具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。熱電極材料要求第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日普通裝配型熱電偶結構接線盒引出線套管

固定螺紋

(出廠時用塑料包裹)熱電偶工作端(熱端)

不銹鋼保護管

第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、熱電偶的分類(一)標準熱電偶

國際電工委員會(IEC)推薦的工業(yè)用標準熱電偶為八種(目前我國的國家標準與國際標準統(tǒng)一)：B

、R、S、K、N、E、J、T。

S、R、B三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，稱貴金屬熱電偶。K、N、T、E、J五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成，稱為廉價金屬熱電偶。工業(yè)用標準熱電偶基本性能見表2-1。第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日表2-1工業(yè)用熱電偶測溫范圍名稱分度號測量范圍/℃適用氣氛穩(wěn)定性鉑銠30—鉑銠6B200～1800氧化、中性<1500℃，優(yōu)；>1500℃，良鉑銠13—鉑R-40～1600氧化、中性<1400℃，優(yōu)；>1400℃，良鉑銠10—鉑S鎳鉻—鎳硅(鋁)K-270～1300氧化、中性中等鎳鉻硅—鎳硅N-270～1260氧化、中性、還原良鎳鉻—康銅E-270～1000氧化、中性中等鐵—康銅J-40～760氧化、中性、還原、真空<500℃，良；>500℃，差銅—康銅T-270～350氧化、中性、還原、真空-170～200℃，優(yōu)鎢錸3—鎢錸25WRe3-WRe250～2300中性、還原、真空中等鎢錸5—鎢錸26WRe5-WRe26第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析為什么所有的曲線均過原點（零度點）？第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日熱電偶的分度表第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)非標準化(特殊)熱電偶1、鎧裝熱電偶結構：將熱電偶絲用無機物絕緣及金屬套管封裝，壓實成可撓的堅實組合體(如圖)。特性：慣性小；撓性、機械強度及耐壓性能好。適用場合：可用于快速測溫或熱容量很小的物體的測溫部位，結構堅實可耐強烈的振動和沖擊，還可用于高壓設備上測溫。1-金屬套管；2-絕緣材料；3-熱電極第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管(鎧體)

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日2、快速微型熱電偶特性：測溫元件小，響應速度快，無需定期維修，準確度較高；適用場合：高溫熔體(鋼水、鐵液等金屬熔體)的溫度測量。目前我國有兩類快速熱電偶，即快速鉑銠熱電偶與快速鎢錸熱電偶。1-外保護帽；2-U形石英管；3-外紙管；4-絕熱水泥；5-熱電偶自由端；6-棉花；7-絕熱紙管；8-小紙管；9-補償導線；10-塑料插件第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日3、薄膜式熱電偶結構特點：采用真空蒸鍍或化學涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點極薄，約0.01~0.1μm。適用場合：適于壁面溫度≤300℃的快速測量。1-熱電極；2-工作端；3-絕緣基板；4-引出線第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日4、鎢錸系熱電偶 鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶，可以測到2400~2800℃高溫。 它的特點是在高溫下易氧化，只能用于真空和惰性氣氛中。熱電勢率大約為S型的2倍，在2000℃時的熱電勢接近30mV，價格僅為S型的1/10。

WRe熱電偶已成為冶金、材料、航天、航空及核能等行業(yè)中重要的測溫工具。第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日五、熱電偶冷端溫度補償為什么要進行冷端溫度補償(1)根據(jù)熱電偶測溫原理【E(t,t0)＝f(t)－f(t0)】，只有當參比端溫度t0穩(wěn)定不變且已知時，才能得到熱電勢E和被測溫度t的單值函數(shù)關系。(2)實際使用的熱電偶分度表中熱電勢和溫度的對應值是以t0=0℃為基礎的，但在實際測溫中由于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原因，參比端溫度t0往往不穩(wěn)定，也不一定恰好等于0℃，因此需要對熱電偶冷端溫度進行處理。

常用的冷端補償方法有如下幾種：第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(一)零度恒溫法(冰浴法) 這是一種精度最高的處理方法，可以使t0穩(wěn)定地維持在0℃。將碎冰和純水的混合物放在保溫瓶中，再把細玻璃試管插入冰水混合物中，在試管底部注入適量的油類或水銀，熱電偶的參比端就插到試管底部，滿足t0=0℃的要求。mVA’B’T儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液AB第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)計算修正法原理：在沒有條件實現(xiàn)冰點法時，可以設法把參比端置于已知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的t0，故可根據(jù)分度表查得E(t0,0)；根據(jù)中間溫度定律公式計算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根據(jù)所測得的熱電勢E(t,t0)和查到的E(t0,0)二者之和再去查熱電偶分度表，即可得到被測量的實際溫度t。例1：用銅-康銅熱電偶測某一溫度t，參比端在室溫環(huán)境tn中，測得熱電動勢E(t,tn)=1.999mV，又用室溫計測出tn=21℃，求實際溫度t。解：查T分度號表得E(21,0)=0.830mV，故： E(t,0)=E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830 =2.829(mV) 再次查分度表，得實際溫度t≈68℃。注意：分度表中68℃對應2.820mV，69℃時的熱電勢為2.864mV，實際溫度應采用插值法計算出來。第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)冷端補償器法結構特點：R1=R2=R3=1Ω，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.3×10-3℃-1，當溫度為0℃時R4=1Ω，R1-4組成不平衡電橋(補償器)。儀表輸入端電壓為熱電勢EAB(t,t0)與電橋不平衡電勢Uba之和，即E＝E(t,t0)+Uba。第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)補償導線法補償導線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動勢的標稱值相同的一對帶有絕緣層的導線。用它們連接熱電偶與測量裝置，從而可將熱電偶的參比端移到離被測介質較遠且溫度比較穩(wěn)定的場合，以免參比端溫度受到被測介質的熱干擾。t0’變化頻繁t0較為穩(wěn)定第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日1、補償導線類型(1)按結構可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補償原理分為補償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用(0～100℃)和耐熱用(0～150℃)；(4)按精度可分為普通級與精密級。(1)用廉價的補償導線作為貴金屬熱電偶的延長導線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側對象較遠且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參比端溫度的修正和測量誤差的減少；(3)用粗直徑和導電系數(shù)大的補償導線作為熱電偶的延長線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動圈式儀表的正常工作。2、補償導線作用(1)各種補償導線只能與相應型號的熱電偶用；(2)使用時必須各級相連，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補償導線連接點的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0~100℃及0~150℃兩種。3、補償導線的使用第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(五)儀表機械調(diào)零法(現(xiàn)場近似法)在不需精確測量的前提下，且熱電偶冷端溫度較為穩(wěn)定，可將顯示儀表的機械零點先調(diào)整到t0℃(按溫度刻度)或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度)，從而實現(xiàn)近似補償，參見下圖。該法常見于動圈式儀表中。指針被預調(diào)到冷端溫度(40C)第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日六、熱電偶測溫線路(一)單點測溫基本線路53211—熱電偶；2—補償導線；3—銅導線；4—溫度補償電橋；5—顯示儀表4第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)多點測溫基本線路1—工作端熱電偶；2—工作端補償導線；3—接線板；4—銅導線；5—切換開關；6—數(shù)字顯示儀；7—參比端補償導線；8—參比端熱電偶第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)兩點溫度差的測量若熱電動勢E與溫度T呈線性關系，則t=T1-T2。tBAABA’A’B’E=E1－E2E1E2T1T2第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(四)多點平均溫度的測量t三個熱電偶工作在線性區(qū)時代表著平均溫度。每個熱電偶需串聯(lián)較大電阻，且分度與單個熱電偶一樣。某一熱電偶壞了不易及時發(fā)現(xiàn)。BABABAT1T2T3第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(五)多點溫度和測量t三個熱電偶工作在線性區(qū)時代表著多點溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可得到較大的電動勢。每一熱電偶引出的補償導線必須接到儀表的冷端處。BABABAT1T2T3第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)電阻溫度計一、熱電阻測溫原理

電阻溫度計工作原理就是當溫度變化時，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，將變化的電阻值作為電信號輸入顯示儀表，通過測量電路的轉換，在儀表上顯示出溫度的變化值。(一)鉑熱電阻

采用高純度鉑絲繞制成。具有測溫精度高、性能穩(wěn)定、復現(xiàn)性好、抗氧化性強等優(yōu)點，是低溫測溫標準儀器。繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計精度的關鍵：(1)鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復現(xiàn)性越好、測溫精度也愈高；(2)鉑絲純度常用R100/R0表示，R100和R0分別表示100℃和0℃條件下的電阻值。對于標準鉑電阻溫度計，規(guī)定R100/R0>1.3925；對于工業(yè)用鉑電阻溫度計，根據(jù)ITS-90，R100/R0=1.3851~1.3925。第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日鉑電阻的電阻-溫度關系-200℃≤t≤0℃:Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0℃≤t≤850℃:Rt=R0[1+At+Bt2]當R100/R0=1.3851時，A=3.9083×10-3(℃-1);

B=-5.775×10-7(℃-2);C=-4.183×10-12(℃-4)

鉑電阻的分度號及允許誤差表

鉑熱電阻測溫范圍分度號R0/Ω最大允許誤差/℃A級-200~850Pt10Pt10010100±(0.15+0.002|t|)B級Pt10Pt10010100±(0.30+0.005|t|)第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)銅熱電阻 在準確度要求不高，且溫度較低的場合，可采用銅電阻測溫。測溫范圍為-50~150℃，分度號為Cu50和Cu100，在0℃時R0的阻值分別為50Ω和100Ω。銅電阻電阻溫度系數(shù)較大，價格便宜，但電阻率低，體積大，熱慣性較大。 銅電阻阻值-溫度關系(ITS-90)為：Rt=R0[1+At+Bt(t-100)+Ct2(t-100)]式中，A=4.280×10-3(℃-1);B=-9.31×10-8(℃-2);

C=1.23×10-9(℃-3)。 銅熱電阻的允許誤差為：±(0.30+0.006|t|)第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(三)其他熱電阻1、鎳熱電阻 特點：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。 在-50～150℃內(nèi)，其電阻與溫度關系為

Rt=100+0.5485t+0.665×10-3t2+2.805×10-9t4半導體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場合下(-40~350℃)，它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀，由于體積可以做得很小，熱慣性小，適合快速測溫；電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高；電阻值高，在使用時連接導線電阻所引起的誤差可以忽略；功耗小，適于遠距離的測量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。根據(jù)材料組成的不同，熱敏電阻的溫度特性也不一樣。按其溫度特性有負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度熱敏電阻CTR。2、半導體熱敏電阻第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、熱電阻的結構工業(yè)熱電阻的基本結構直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、熱電阻測溫線路 熱電阻溫度計的測量電路最常用的是電橋電路，其測量原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導線，共兩根導線，這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導線作為電橋的一臂，利用該不平衡電橋將熱電阻阻值轉換為相應的輸出電勢，再送入顯示(或控制)儀表G。內(nèi)引線(白)內(nèi)引線(紅)熱電阻絲E(a)原理圖(b)內(nèi)部引線方式二線制接法引線方式RtGR1R2R3外接線端內(nèi)焊接點優(yōu)缺點？第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a)內(nèi)部引線方式;(b)接法一;(c)接法二優(yōu)缺點？自熱效應與電路設計第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a)內(nèi)部引線方式；(b)測量橋路及其等效電路優(yōu)缺點第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)輻射溫度計任何物體，其溫度超過絕對零度，都會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)振動產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。而把能對被測物體熱輻射能量進行檢測，進而確定被測物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計。輻射式溫度計的感溫元件不需和被測物體或被測介質直接接觸。輻射測溫方法廣泛應用于900℃以上的高溫區(qū)測量中，近年來隨著紅外技術的發(fā)展，測溫的下限已下移到常溫區(qū)，大大擴展了非接觸式測溫的使用范圍。第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日一、輻射測溫原理(一)普朗克定律

(二)維恩公式E=seT4(三)斯忒潘—玻耳茲曼定律第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日輻射測溫原理及有關問題由上面有關公式可知，在一定波長下，測量物體的輻射強度，可推算出其溫度，這就是輻射溫度計測溫的基本原理。由測量原理可知，在輻射式測溫中必須解決以下三個基本問題：

(1)怎樣測量輻射強度

(2)怎樣保證測量在一定波長(單色光)下進行

(3)測量結果中如何考慮輻射率ε的影響

對于以上問題的不同解答，就產(chǎn)生了不同的輻射式溫度計。第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、亮度高溫計依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的關系，可以測出物體的溫度。 類型：光學高溫計；光電高溫計；硅輻射溫度計。1、燈絲隱滅式光學高溫計1-物鏡1;2-吸收玻璃;3-標準燈;4-目鏡;5-濾光片;6-毫伏表;7-滑線電阻器(a)燈絲太暗；(b)燈絲太亮；(c)隱絲(正確)第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(a)工作原理示意圖(b)光調(diào)制器光電高溫計工作原理圖1-物鏡;2-光柵;3,5-孔;4-光電器件;6-遮光板;7-調(diào)制片;8-永久磁鋼;9-激磁繞組;10-透鏡;11-反射鏡;12-觀察孔;13-前置放大器;14-主放大鏡;15-反饋鏡;16-電子電位差計;17-被測物體2、光電高溫計第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、比色高溫計

絕對黑體輻射的兩個波長l1和l2的亮度比等于被測輻射體在相應波長下的亮度比時，絕對黑體的溫度就稱為這個被測輻射體的比色溫度。與光譜輻射溫度計相比，比色高溫計的準確度通常較高、更適合在煙霧、粉塵大等較惡劣環(huán)境下工作。WDS-II光電比色高溫計原理圖1-物鏡組；2-通孔成像鏡；3-調(diào)制盤；4-同步電機；5-硅光電池接收器；6-目鏡；7-倒像鏡；8-反射鏡第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日比色式溫度傳感器溫度非接觸測量中的應用

比色式溫度傳感器采用比色式(雙波段)測溫原理實現(xiàn)對被測目標的非接觸測溫，用戶不需知道物質的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強，不受窗口玻璃影響，能瞄準,測量小目標，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標充滿，不需調(diào)焦就可準確測量。比色溫度計適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如:煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴重的鋼鐵、焦化和爐窯等應用現(xiàn)場。第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、輻射溫度計輻射溫度計是根據(jù)全輻射定律，基于被測物體的輻射熱效應進行工作的。輻射溫度計由輻射敏感元件、光學系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計與光學高溫計一樣是按絕對黑體進行溫度分度的，因此用它測量非絕對黑體的具體物體溫度時，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實溫度，我們稱該溫度為此被測物體的輻射溫度。第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日輻射溫度計的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類。全輻射高溫計原理圖1-物鏡；2-光欄；玻璃泡；4-熱電堆；5-灰色濾光片；6-目鏡；7-鉑箔；8-云母片；9-二次儀表第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日五、紅外測溫(一)紅外溫度計

對于波長約在0.75~40μm的紅外光譜波段，熱輻射體發(fā)出的部分光譜波段的輻射通量與溫度之間的關系，仍然可依據(jù)普朗克定律確定?？梢酝ㄟ^光探測器或熱探測器測量輻射通量進而確定熱輻射體的溫度。利用紅外輻射測定溫度的方法，將非接觸式測溫向低溫方向延伸，低溫區(qū)已至-50℃，高溫區(qū)達3000℃。它由紅外探測器和顯示儀表兩大部分組成，其結構與比色溫度計基本相同。第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日紅外測溫原理

全輻射測溫是測量物體所輻射出來的全波段輻射能量來決定物體的溫度。它是斯蒂芬—玻爾茲曼定律的應用。紅外輻射測溫儀結構原理第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日(二)紅外熱像儀熱像儀是利用紅外探測器按順序直接測量物體各部分發(fā)射出的紅外輻射，綜合起來就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖。由于熱像圖本身包含了被測物體的溫度信息，也稱溫度圖。熱像儀通常用于面積大且溫度分布不均勻的被測對象，欲求其整個面積的平均溫度或表面溫場隨時間的變化；在有限的區(qū)域內(nèi)，尋找過熱點或過熱區(qū)域的情況。第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日掃描熱像儀原理示意圖第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)測溫儀表的選擇及安裝一、溫度計的選擇原則

(1)滿足生產(chǎn)工藝對測溫提出的要求；

(2)組成測溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套；

(3)注意儀表工作的環(huán)境；

(4)投資少且管理維護方便。第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、接觸式測溫元件的選型 一般根據(jù)溫度、氣氛來選：一般在t<500℃的中、低溫區(qū)用得較多的是熱電阻或熱敏電阻，在t500℃高溫區(qū)在線檢測中選用較多的是熱電偶；在-200～300℃時可選用T型或選用E型熱電偶;當上限溫度<1000℃，可優(yōu)先選K型熱電偶;當測溫范圍為1000～1400℃時，可選S或R型熱電偶;

當測溫范圍為1400～1800℃時，應選B型熱電偶;當測溫上限大于1800℃，應考慮選用非標準的鎢錸系列熱電偶。第七十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日三、非接觸式測溫元件的選型在同一溫度下，從儀表的靈敏度上講，光學高溫計的靈敏度最高；比色溫度計次之；輻射溫度計差一些。故國際溫標以基準光學(光電)高溫計作為標準溫度計。測量誤差上來講，隨著溫度升高，TR、TL的相對誤差也增大，而TP的相對誤差維持不變；對于發(fā)射率低的物體，其TP與真實溫度相差較大，而比色溫度TR的差別最小。中間介質對輻射溫度計測量結果的影響最大，光學高溫計次之，比色溫度計最小。第七十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日四、感溫元件的安裝要求(1)正確選擇測溫點；(2)避免熱輻射等引起的誤差；(3)防止引入干擾信號；(4)確保安全可靠。五、布線要求(1)熱電偶溫度計應按規(guī)定型號配用熱電偶的補償導線，正、負極不要接錯。(2)熱電阻應采用三線制接法與顯示儀表相接。(3)導線應有良好的絕緣，信號導線不能與交直流電源輸電線合用一根穿線管。第七十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日第六節(jié)新型溫度傳感器一、熱流計

熱流計由帶有熱電堆(若干個熱電偶串聯(lián))的薄片制成，用于設備散熱損失的測試。測試時，將測頭貼附于壁的表面上，如圖所示，其輸出電勢E與熱流q成正比關系：

q=CE

式中，C是熱流計靈敏度系數(shù)，與熱電極材料、熱電偶數(shù)目以及熱流測頭導熱材料等有關。E123q1-被測表面;2-熱電堆3-熱流測頭第七十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日二、光纖光柵溫度傳感器光纖傳感器是一種將被測狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置，具有靈敏度高，抗電磁干擾，耐高溫、耐腐蝕，體積小、重量輕等特點。作為功能型光纖傳感器中的一種新型傳感器，光纖光柵制作簡單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構成網(wǎng)絡等諸多優(yōu)點，近年來被廣泛應用于光傳感領域。光纖光柵傳感器可以檢測的物理量很多，包括溫度、壓力、應變、應力、位移、扭角、扭應力、加速度、電流、