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自动检测技术及仪表,Test & Measurement Technology and Automation Instruments,CISTBUCT 2012,第部分 过程参数检测,第三章 检测仪表,温度检测仪表 基础知识 热电阻温度计,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 温度与温标 温度检测仪表分类 热电阻温度计 金属热电阻 温度检测电路 二线式、三线式、四线式 不平衡电桥 热敏电阻温度计,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 温度与温标 经验温标 热力学温标 国际温标 温度检测仪表分类 按测温方法 按工作原理,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 温度的概念 温度是表示物体冷热程度的物理量。 从热平衡的观点来看，温度是物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志。 温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体，其内部分子的平均动能小。,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 温标的概念 温标是温度的数值表示法，用来度量物体温度高低的标尺。包括： 温度数值化的规则和方法； 温度的测量单位。 经验温标、热力学温标、国际温标,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 经验温标 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标，称为经验温标。 有华氏、摄氏、兰氏、列氏温标等。 经验温标的缺点在于其局限性和随意性 例如，若选用水银温度计作为温标规定的温度计，那么别的物质（例如酒精）就不能用了。而且使用温度范围也不能超过上下限（如0，100），超过了就不能标定温度了。,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 经验温标 华氏温标：规定水的沸腾温度为 212 度，氯化铵和冰的混合物为 0 度，这两个固定点中间等分为 212 份，每一份为 1 度，记为 。 摄氏温标：规定冰点为 0 度，水的沸点定为 100 度，将两个固定点之间的距离等分为 100 份，每一份为 1 度，记为 。 ，,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 热力学温标 物理学家开尔文（Kelvin）根据卡诺热机原理提出了热力学温度，单位为 K。 热力学温标是以热力学第二定律为基础的理论温标，建立和使用相当繁杂的，很不方便。,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 国际温标 第一个国际温标是 1927 年第七届国际计量大会决定采用的温标，称为“1927 年国际温标”，记为 ITS-27。 此后大约每隔 20 年进行一次重大修改，相继有 ITS-48、IPTS-68 和 EPT-76、ITS-90。国际温标做重大修改的原因，主要是由于温标“三要素”发生变化。 ITS-90 是 1989 年 7 月第 77 届国际计量委员会批准的、国际温度咨询委员会制定的新温标。从 1994 年 1 月 1 日起全面实行新温标。,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 国际温标 第一个国际温标是 1927 年第七届国际计量大会决定采用的温标，称为“1927 年国际温标”，记为 ITS-27。 此后大约每隔 20 年进行一次重大修改，相继有 ITS-48、IPTS-68 和 EPT-76、ITS-90。国际温标做重大修改的原因，主要是由于温标“三要素”发生变化。 ITS-90 是 1989 年 7 月第 77 届国际计量委员会批准的、国际温度咨询委员会制定的新温标。从 1994 年 1 月 1 日起全面实行新温标。,国际温标的三要素是固定点、标准器和内插方式。 其具体内容是： 1）确定一些可复现的平衡态（定义固定点）的给定温度值固定点。 2）在这些温度固定点上分度的有关计量标准仪器-标准器。 3）确定各定义固定点温度间的计算公式-内插公式。,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 国际温标 ITS-90 ITS-90 的热力学温度仍记作 T， 为了区别于以前的温标，用“T90”代表新温标的热力学温度，其单位仍然是 K。 1K 等于水三相点热力学温度的 1/273.16。 与此并用的摄氏温度记为 t90，单位是 。T90 与 t90 的关系仍是,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 国际温标 ITS-90 基准仪器及温度范围 0.655.0 K 3He和4He蒸气压温度计 3.024.5561 K 3He、4He 定容气体温度计 13.80331234.93 K 基准铂电阻温度计 1234.96 K以上 光学或光电高计 同时对插补公式也进行了修改,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 国际温标 ITS-90 各温标间的换算关系,TMT&AI 检测仪表,温度检测的基础知识 温度检测仪表分类,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 热电阻温度计可分为金属热电阻和半导体热敏电阻 纯金属具有正的温度系数，可以作为测温元件。作为测温用的热电阻应具有下列要求： 电阻温度系数大，以获得较高的灵敏度； 电阻率高，元件尺寸可以小； 电阻值随温度变化尽量是线性关系； 在测温范围内，物理、化学性能稳定； 材料质纯、加工方便和价格便宜等。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 铂、铜、铁和镍是常用的热电阻材料,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 铂热电阻 铂热电阻的统一型号为 WZP，其物理、化学性能非常稳定，长期复现性最好，测量精度高。 主要用作标准电阻温度计。国际标准有 Pt100，测温范围为 -200960，电阻温度系数为 3.910-3/，0时电阻值为100。 但铂在高温下易受还原性介质污染，使铂丝变脆并改变电阻与温度间的关系，因此使用时应装在保护套管中。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 铂热电阻 电阻值与温度的关系,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 铜热电阻 铜热电阻的统一型号为 WZC，其价格便宜、纯度高、复制性好，电阻温度系数为 (4.254.28)10-3/，线性特性仅次于铂和银，但比铂电阻有较高的灵敏度，常用来做-50150范围内的工业用电阻温度计； 目前国标规定的铜热电阻有 Cu50 和 Cu100 两种。 其缺点是电阻率较低、容易氧化，为此只能用在较低温度和没有水份及腐蚀性的介质中。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 铜热电阻 电阻值与温度的关系,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 薄膜铂热电阻 一般铂热电阻的时间常数为几秒至几十秒，在测量表面温度和动态温度时精度不高。 薄膜铂热电阻和厚膜铂热电阻的热响应时间特别短，一般在 0.10.3s，适用于表面温度和动态温度的测量。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 金属热电阻 热电阻的结构 通常由电阻体、绝缘体、保护套管和接线盒四部分组成。 一般是将电阻丝绕在云母或石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，固定后套上保护套管，在热电阻丝与套管间填上导热材料即成。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 热电阻的接线方式 热电阻的端子有三种不同的连接方式： 二线式、三线式和四线式。 二线式适用于印制电路板上，测量回 路与传感器不太远的情况。 在距离较远时，为消除引线电阻受环 境温度影响造成的测量误差，需要采 用三线式或四线式接法。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 热电阻的测量方法 恒压法：保持热电阻两端的电压恒定，测量电流的变化。 恒压法的电路简单，并且组成桥路就可进行温漂补偿。但电流与铂热电阻的阻值变化成反比，当用于很宽的测温范围时，要特别注意线性化问题。 恒流法：保持流经热电阻的电流恒定，测量两端的电压。 恒流法的电流与铂热电阻的阻值变化成正比，线性化方法简便。但要获得准确的恒流源，电路比较复杂。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 测量电路设计时的注意事项 自热误差 在使用热电阻测量时，电阻总要消耗一定的电功率，会造成电阻值的变化。所以在使用中应尽量减小由于电阻器通电产生的自热而引起的误差。一般是限制电流，规定其值应不超过 6 mA。 引线电阻 用于测量的热电阻总要有连接导线，由于金属电阻本身的阻值很小，所以引线的电阻值及其变化就不能忽略。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 二线式热电阻测温电路 一般 R R，此时 若采用仪表放大器，具 有很高的输入阻抗和共 模抑制比。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 三线式热电阻测温电路 RW 是导线等效电阻，只要 导线对称，便可实现温度补 偿。接在电 源支路中的 导线等效电 阻对测量结 果影响较小。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 三线式热电阻测温电路 还可以采用单臂工作的第一 对称不平衡电桥。当采用仪 表放大器时， 可以消除导 线等效电阻 对电桥供电 电源的影响。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 温度检测电路 四线式热电阻测温电路 测量精度依赖于恒流电路输出 电流的调整， 采用线性好 的恒流源电 路。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 电桥的输出形式 电压输出/电流输出 等效电路,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 电桥的工作方式 考虑灵敏度 考虑非线性 考虑负载上的有效功率（电流输出） 电源功率和元件耗散功率,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 电桥的电源电压和功率 电桥总供给功率 敏感元件、转换元件的耗散功率,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 电桥的电阻值 电压输出：选大阻值 电流输出：选小阻值 电源功率和元件耗散功率 选择精度高、温漂和时漂小的电阻作桥臂,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 例1：采用 Pt100 热电阻设计一个量程为 0600的温度测量系统，所有电阻的允许最大耗散功率为36mW，要求非线性误差小于 5%。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 例1：温度测量系统 电阻相对变化率,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 例1：温度测量系统 输出电压 线性化,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 例1：温度测量系统 非线性误差 取 R2 = 4.21 K。,TMT&AI 检测仪表,热电阻温度计 不平衡电桥的分析与设计 例1：温度测量系统 供电电压 由于 R2 R10，考虑 R2 的功耗约束 可取 E = 12 V，此时的电压输出范围为 00.572 V。 如果要求灵敏度最大，又应当怎样设计？,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 半导体热敏电阻器 按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型 负温度系数热敏电阻（NTC） 正温度系数热敏电阻（PTC） 临界温度电阻器（CTR） 在某一特定温度下电阻 值会发生突变。,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 半导体热敏电阻器 按材料一般分为 陶瓷、塑料、金刚石、单晶、非晶热敏电阻等。 按工作温度范围分类 低温热敏电阻：其工作温度低于 -55。 常温热敏电阻：其工作温度范围为 -55315。 高温热敏电阻：其工作温度高于 315。,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 热敏电阻的类型选择,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 非线性问题的修正 线性化网络 利用包含有热敏电阻的电阻网 络（常称为线性化网络）来代 替单个的热敏电阻。,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 非线性问题的修正 线性化网络 利用电阻装置中其它部件的 特性进行综合修正 如图，电容的充电特性是非 线性的，适当地选取线路中 的电阻，可以在一定的温度 范围内得到近似于线性的温 度频率转换特性。,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 非线性问题的修正 线性化网络 利用电阻装置中其它部件的特性进行综合修正 计算修正法 在带有微处理机（或微计算机）的测量系统中，当已知热敏电阻器的实际特性和要求的理想特性时，可采用线性插值法将特性分段，并把各分段点的值存放在计算机的存储器内。计算机将根据热敏电阻器的实际输出值进行校正计算后，给出要求的输出值。,TMT&AI 检测仪表,热敏电阻温度计 电动机过热保护装置,TMT&AI 检测仪表,小结 温度检测的基础知识 温度与温标 温度检测仪表分类 热电阻温度计 金属热电阻 温度检测电路 二线式 三线式 四线式,第部分 过程参数检测,第三章 检测仪表,温度检测仪表 热电偶温度计 其它温度检测仪表,TMT&AI 检测仪表,热电效应 热电偶 热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 0恒温法、冷端恒温法、补偿导线法、冷端补偿器法（电桥补偿法）、采用不需要冷端补偿的热电偶、补正系数修正法（热电动势修正法）、冷端温度的智能补偿 热电偶的安装,TMT&AI 检测仪表,热电效应 热电偶的原理基于热电效应，将两种不同导体A和B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同的温度环境，在回路中会产生热电动势而形成电流, 这一现象称为热电效应。,TMT&AI 检测仪表,热电效应 这样两种不同导体的组合称为热电偶，相应的电动势和电流称为热电动势和热电流，导体A、B称为热电极，置于被测温度T的一端称为工作端(热端)，另一端(T0)称为参考端(冷端)。,TMT&AI 检测仪表,热电效应 热电势主要由两部分组成 温差电势：同一导体因两端温度不同而产生的热电势 原因：高温端电子能量向能量小的低温端移动 接触电势：两种不同导体接触时产生 原因：两者电子密度不同，扩散速度不同,TMT&AI 检测仪表,热电效应 热电势主要由两部分组成 温差电势比接触电势小得多 热电势只与两种导体材料A、B及两端温度t，t0有关，与热电极的形状、大小、长短无关。,TMT&AI 检测仪表,热电效应 热电偶基本定律 均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，就不会影响热电偶回路的总热电动势。 中间温度定律,TMT&AI 检测仪表,热电偶 它测温范围宽、测 量精度高、性能稳 定、结构简单、动 态响应较好、直接 输出电信号、信号 可以远传，是工业 中常用的测温元件。,TMT&AI 检测仪表,热电偶 热电偶的结构 通常由热电极、绝缘 套管、保护套管和接 线盒等部分组成 热电偶的结构型式 普通型热电偶 铠装热电偶 表面型和快速型,TMT&AI 检测仪表,热电偶 任何两种导体都可组成热电偶 作为测温的热电偶需满足 电势值大、随温度单调上升、最好线性 材料易获得、复制性好、价格低 物理、化学性稳定 电极的电阻小、温度系数小,TMT&AI 检测仪表,热电偶 热电偶的种类 1977 年国际电工委员会（IEC）对八种热电偶制定了国际标准。,TMT&AI 检测仪表,热电偶 热电偶的种类 我国也已制定了国家标准 GB/T 16839-1997。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶所产生的总电势为 EAB(t, t0) eAB(t) eAB(t0) 通过热电偶的理论分析知 当热电极A、B选定后，热电势 EAB(t, t0) 是两接点温度 t 和 t0 的函数差，如果冷端温度 t0 保持不变，则 eAB(t0) 为常数，此时 EAB(t, t0) eAB(t) C 为t的单值函数。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 0恒温法 冷端恒温法 补偿导线法 冷端补偿器法（电桥补偿法） 采用不需要冷端补偿的热电偶 补正系数修正法（热电动势修正法） 冷端温度的智能补偿,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 0恒温法 将热电偶的冷端保持在0器皿中，例如冰水中。 此法适用于实验室， 它能够使冷端温度 误差得到完全的克 服。 EAB(t, 0) eAB(t),TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端恒温法 将热电偶的冷端置于一恒温器内，如恒定温度为t0，则冷端误差为 = EAB(t, t0) EAB(t, 0) = EAB(t0, 0) 是一个定值。 只要在回路中加入相应的校正电压，或调整指示装置的起始位置，即可达到完全补偿的目的。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补偿导线法 当热电偶冷端由于受热端温度影响，在很大范围内变化时，直接采用冷端温度补偿法将很困难。此时，应先采用补偿导线（对于廉价热电偶， 可以采用延长热电极的方法）， 将冷端远移至温度变化比较平 缓的环境中，再采用上述的补 偿方法进行补偿。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补偿导线法 在实际应用中，热电 偶总要接入测量仪表， 这相当于在热电偶回 路中接入了第三导体。 在引入的第三导体两 端温度相等时，不会 因此而受到影响。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补偿导线法 但是如果引入的第三导体两端温度不相等，则热电偶产生的电势将要发生变化，其变化的大小取决于引入的导体性质和两接点的温度差。 因此，第三导体不宜采用与热电极热电性质相差很大的材料。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补偿导线法 补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为0100）与热电偶的热电势相等或相近； 不同型号的热电偶有不同的补偿导线； 热电偶和补偿导线的二个接点要保持同温； 补偿导线有正负极，分别与热电偶的正负极相连； 补偿导线的作用只是延长热电偶的自由端。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补偿导线法 常用补偿导线的特性,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 利用不平衡电桥产 生的电动势，可以 补偿热电偶参考端 因温度变化而产生 的热电势。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 桥臂由三个电阻温 度系数很小的电阻 （锰铜丝绕制）， 及由电阻温度系数 较大的电阻（铜丝 绕制）组成，阻值 都是1。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 电桥的输出u与热电势串联，只要满足 u EAB(t0, tB) 回路总电势为 EAB(t, t0) +u = EAB(t, t0) + EAB(t0, tB) = EAB(t, tB) 国产冷端补偿器的电桥一般是在 20 时调平衡的，即 tB = 20。设计好电桥参数，可在 050范围内实现补偿。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法）,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 例2：采用不平衡电桥设计 K 型热电偶的冷端补偿器， 补偿器工作温度为 050。 要求采用 Cu100 组成单 臂工作的等臂电桥。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 例2：,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端补偿器法（电桥补偿法） 例3：采用不平衡电桥设计 K 型热电偶的冷端补偿器， 补偿器工作温度为 050。 要求采用 Cu100 组成单 臂工作的电桥，供电电 压 E = 5V。（作业）,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 采用不需要冷端补偿的热电偶 目前已经知道，镍钴-镍铝热电偶在 300以下，镍铁 镍铜（J 型）在 50以下， 铂铑30铂铑6（B 型）在 50以下的热电势非常小。 只要实际的冷端温度在其范围内，使用这些热电偶可以不考虑冷端温差。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补正系数修正法（热电动势修正法） 由于热电偶的热电动势与温度的关系曲线（即刻度特性或分度表）是参考端保持在 t0=0时获得的，当参考端温度 t00时 EAB(t, 0) = EAB(t, t0) + EAB(t0, 0) 设冷端温度为 t0，工作端测得温度场的温度为 t1，其实际温度应为 tt1 + kt0。式中 k 为补正系数，可以从补正系数表中查得。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补正系数修正法（热电动势修正法） 由于热电偶的热电动势与温度的关系曲线（即刻度特性或分度表）是参考端保持在 t0=0时获得的，当参考端温度 t00时 EAB(t, 0) = EAB(t, t0) + EAB(t0, 0) 设冷端温度为 t0，工作端测得温度场的温度为 t1，其实际温度应为 tt1 + kt0。式中 k 为补正系数，可以从补正系数表中查得。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 补正系数修正法（热电动势修正法） 例如，用镍铬-考铜热电偶测得某温度场温度为600， 此时，冷端温度为 30，查表可得 k 值为 0.78，则温度场的实际温度为 t 6000.7830 623.4,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶冷端温度误差及其补偿 冷端温度的智能补偿 利用单片机或微计算机，可以实现温度监测、控制、误差修正与冷端温度补偿一体化和智能化。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶的输出电压很小， 通常每度只有数十微伏，要求测量用的运算放大器的漂移必须很小，有些元件也需要认真选择。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 电路中，运算放大器选用 AD OP07，它与周围电阻构成放大电路，增益为 240.9445；R1R3是 1/4W的金属膜电阻，精度为 20%；RW1和RW2是 10 圈线绕电位器；C1 是滤波电容，采用精度为 20%，耐压为 50V 的漏电小的电解电容，它与 R3组成输入滤波电路。 因为热电偶的热电势很小，因此如果电容漏电大，就会产生漂移电压。若 C1 漏电流为 0.1 A，则在电阻 R3 上会产生 0.1A1k100mV 的漂移电压。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 热电偶的特性都是非线性的。在各类热电偶中，K 型热电偶的线性是最好的，温度从0600时，最大非线性误差为 1%。因此，热电偶应用时，都要进行线性化。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的测量电路 利用热电偶测量大型设备的平均温度时，可将热电偶串联或并联使用。 串联：串联时热电动势大，精度高，可测较小的温度信号或者配用灵敏度较低的仪表。其缺点是只要一支热电偶发生断路则整个电路不能工作，而个别热电偶的短路将会导致示值偏低。 并联：并联时总电动势为各个热电偶热电动势的平均值，可以不必更改仪表的分度。其缺点是若有一支热电偶断路，仪表却反映不出来。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的安装 注意插入深度。一般热电偶的插入深度，对金属保护管应为直径的1520倍；对非金属保护管应为直径的1015倍。对细管道内流体的温度测量应尤其注意。 如果被测物体很小，安装时应注意不要改变原来的热传导及对流条件。 含有大量粉尘气体温度的测量，最好选用铠装电偶。 注意热电偶与补偿器需要配对使用。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的安装 热电偶与补偿器的配对使用 E输出(t, 0) E热电偶(t, t) + E补偿线(t, t0) + E冷端补偿(t0, 0) 补偿器与所选热电偶配 对时，输出热电动势为 热电偶工作端温度所对 应的热电动势。 显示仪表的分度也应与 热电偶配对。,TMT&AI 检测仪表,热电偶的安装 热电偶与补偿器的配对使用 常见问题 已知冷端温度、已知热电动势； 配错热电偶、配错补偿导线、 配错冷端补偿器（表头）。,TMT&AI 检测仪表,温度检测仪表总结 热电偶温度计 例4：用分度号为 K 型的热电偶测量温度，参考端温度为80，在没有冷端补偿时显示仪表指示值为 600，请问实际温度为多少？若 保持工作端温度不变，用 K 型热电偶补偿线将参考 端延长至 23的办公室， 这时仪表示值为多少？若 将参考端放入 0的冰点 瓶，这时仪表示值为多少？,TMT&AI 检测仪表,温度检测仪表总结 热电偶温度计 例5：用 K 型热电偶组成温度测量装置，显示对象温度为 150。 后来发现所用热电偶为 E 型，实测此时的热电动势为 5.34mV，将 热表头更换为 E 型后仪 表示值应为多少？,TMT&AI 检测仪表,温度检测仪表总结 热电偶温度计 例6：用 K 型热电偶组成温度测量装置，显示对象温度为 150。 后来发现所用热电偶为 E 型，已知表头所在的环境温度为 25， 将热电偶更换为 K 型后 仪表示值应为多少？,TMT&AI 检测元件与检测技术,温度检测仪表总结 热电偶温度计 例7：由（A、B、C）三种导体材料构成如图系统，已知三个接触点所在的环境温度分别为 t1、t2、t3，已知 EAC(t1,t3)、EAB(t2,t3) ，求系统的热电动势 EABC(t1,t2,t3)。,第部分 过程参数检测,第三章 检测仪表,温度检测仪表 其他接触式温度计 非接触式温度计,TMT&AI 检测仪表,集成温度传感器 作为温度传感器的感温部分 常称为 PTAT(Proportional to Absolute Temperature)核 心电路，可以给出正比于绝 对温度的电压，亦可给出正 比于绝对温度的电流。 对管差分电路,TMT&AI 检测仪表,集成温度传感器 电流镜 PTAT 电压输出的 PTAT,TMT&AI 检测仪表,集成温度传感器 电流输出型 AD590 集成温度传感器 LM134/SL134 系列集成温度传感器 电压输出型 LM35/45 系列温度传感器 LM135 系列集成温度传感器 ,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 玻璃管温度计、压力式温度计、双金属温度计 PN结温度检测、光纤温度检测 非接触式温度计（辐射式温度计） 全辐射高温计（全辐射法） 光电温度计（亮度法） 比色温度计（比色法）,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 玻璃管温度计 利用了液体受热后体积随温度膨胀。 一般由：玻璃温包、毛细管、工作液体、刻度标尺等部分组成。 常用作现场温度指示，精 确度可达 0.050.1。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 压力式温度计 在密闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽，受热后体积膨胀、压力增大，通过测量压力来测量温度。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 双金属温度计 利用两种膨胀系数不同的金属构成双金属片，其弯曲的程度与温度的高低成正比，通过测量双金属片的弯曲变形来测量温度。 结构简单，测量范围可达 -80600，准确度等级 为 12.5级。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 PN结温度计 利用半导体PN结中电流/电压的温度特性制造的 热敏二极管 在-40100范围内，半导体二极管正向电压与温度的关系为线性关系。 热敏晶体三极管 NPN型热敏晶体管在IC恒定时，利用基极-发射极间电压UBE的温度特性，可把温度变化转换成电压变化。 热敏晶闸管 利用晶闸管的转折电压随温度而改变的特性制成热敏晶闸管，可作为实用的温度开关。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 光纤式温度计 光纤波导原理 光纤是用光投射率高的媒质（如石英、玻璃、塑料等）构成的光通路。它由折射 率 n1 较大（光密媒质） 的纤芯和折射率 n2 较小 （光疏媒质）的包层构成 的双层同心圆柱结构。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 光纤式温度计 光纤波导原理 模、单模光纤和多模光纤 光在纤芯中传播就是交变的电场和磁场在光纤中间向前传播，如果沿径向传播的平面波在纤芯和包层的界面上产生反射，在相邻两次反射中相位变化为 2 的整数倍就能形成驻波。 只有形成驻波的光才能在光纤中传播（即某种光纤只能传播特定模数的光）。一个驻波就是一个模。在光纤中只能传输有限个模。,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 光纤式温度计 光纤传感器 通过被测量对光纤内传输光进行调制，使传输光的强度（振幅）、相位、频率或偏振等特性发生变化，再通过对被调制过的光信号进行检测，从而测得相应被测量。 光纤传感器分类 功能型光纤传感器 非功能型光纤传感器,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 光纤式温度计 功能型光纤传感器 功能型也称物性型或传感型，光纤在这类传感器中不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。该类传感器利用某种参数随温度而变化的特性作为传感器的主体，即将其作为敏感元件进行测温。 利用光的振幅变化的传感器； 利用光的偏振面旋转的传感器； 利用光的相位变化的光纤温度传感器,TMT&AI 检测仪表,其他接触式温度计 光纤式温度计 功能型光纤传感器 振幅变化 偏振面旋转 相位变化,TMT&AI 检测仪表,