第二章_温度检测仪表

1、第二章第二章 温度检测与仪表温度检测与仪表2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.2 热电偶温度计热电偶温度计2.3 热电阻温度计热电阻温度计2.4 辐射温度计辐射温度计2.5 测温测温仪表的选择及安装仪表的选择及安装2.6 新型温度传感器新型温度传感器2.7 工业特殊测温技术工业特殊测温技术温度温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量与控制在工业生产中有着重要的作用。在工业生产中有着重要的作用。 第二章第二章 温度检测仪表温度检测仪表2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.1.1 温标温标 定义定义:温度的数值表示方法。温度的数值表示方法。建立温

2、标就是规定温度的起点及其基本单位。建立温标就是规定温度的起点及其基本单位。温标的三要素温标的三要素:温度固定点温度固定点, 温度计温度计(测温物质测温物质),内插方程。内插方程。2.1.1.1 经验温标经验温标定义定义:借助于某一种物质的物理量与借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系温度变化的关系,用实验方法或经验公式所确定的温标。用实验方法或经验公式所确定的温标。华氏温标华氏温标:在标准大气压下水沸点为在标准大气压下水沸点为212 ,冰点为冰点为32 , 两两者中间分者中间分180等份。等份。摄氏温标摄氏温标:在标准大气压下水沸点为在标准大气压下水沸点为100,冰点为冰点为0,两两者中间分

3、者中间分100等份。等份。开尔文提出以热力学第二定律为基础的热力学温标开尔文提出以热力学第二定律为基础的热力学温标,设定设定水的三相点为水的三相点为273.16K,定义水的三相点温度的定义水的三相点温度的1/273.16为为1开尔度开尔度,单位为开尔文单位为开尔文(K)。2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.1.1 温标温标 2.1.1.2 热力学温标热力学温标(K)热力学温度也称绝对温度。热力学温度也称绝对温度。符号符号:T,单位符号单位符号:K,它与摄氏温度的关系为：它与摄氏温度的关系为：3) 国际温标国际温标(ITS-90)T=273.15+t, t =T 273.15因水的三相点摄氏

4、温标为因水的三相点摄氏温标为0.01,则则0=273.15K。华氏温标华氏温标F和摄氏温标和摄氏温标t的换算关系？的换算关系？-32-0=212-32100-0Ft9=32+5Ft5=( -32)9tF2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.1.2 测温方法及温度计分类测温方法及温度计分类温度检测方法温度检测方法分类分类:接触式测温接触式测温和和非接触式测温非接触式测温。1) 温度检测方法温度检测方法温度不能直接测量温度不能直接测量,借助于冷热不同物体之间热交换借助于冷热不同物体之间热交换,及物及物体的某些物理性质随温度变化而变化的特性来体的某些物理性质随温度变化而变化的特性来间接测量间接测量

5、。接触式特点接触式特点:感温感温元件与被测对象直接接触元件与被测对象直接接触,通过传导或对通过传导或对流达到热平衡流达到热平衡,来直接测出温度。来直接测出温度。测量精度高测量精度高,直观可靠直观可靠,若若接触不良会引入测量误差接触不良会引入测量误差,高温和腐蚀性介质影响感温元件高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。的性能和寿命。非接触式特点非接触式特点:感温感温元件不直接接触被测对象元件不直接接触被测对象,通过接受热通过接受热辐射能实现热交换辐射能实现热交换,来测出温度。来测出温度。测温响应快测温响应快,对被测对象对被测对象干扰小干扰小,可测高温可测高温.运动的物体和有强电磁干扰运动的物体

6、和有强电磁干扰.腐蚀的场合。腐蚀的场合。感温元件感温元件:测量温度时感受温度的元件。测量温度时感受温度的元件。2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.1.2 测温方法及测温方法及温度计温度计分类分类按测温范围分按测温范围分:高温计高温计(600以上以上)和普通温度计和普通温度计;按测量方法分按测量方法分:接触式和非接触式温度计接触式和非接触式温度计;按用途分按用途分:实用温度计和标准温度计实用温度计和标准温度计;按工作原理分按工作原理分:膨胀式温度计、压力式温度计、膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶热电偶温度计、热电阻温度计、辐射高温计温度计、热电阻温度计、辐射高温计。2) 温度计的分类温度计

7、的分类测温方式测温方式 类别类别 原理原理 典型仪表典型仪表测温范围测温范围/ 接触式接触式 测温测温膨胀类膨胀类利用液体气体的热膨胀及利用液体气体的热膨胀及物质的蒸气压变化物质的蒸气压变化玻璃液体温度计玻璃液体温度计-100600压力式温度计压力式温度计-100500利用两种金属的热膨胀差利用两种金属的热膨胀差双金属温度计双金属温度计-80600热电类热电类 利用热电效应利用热电效应热电偶热电偶-2001800电阻类电阻类固体材料的电阻随温度而固体材料的电阻随温度而变化变化铂电阻铂电阻-260850铜电阻铜电阻-50150热敏电阻热敏电阻-50300其他电其他电学类学类半导体器件的温度效应半

8、导体器件的温度效应集成温度传感器集成温度传感器-50150晶体固有频率随温度变化晶体固有频率随温度变化石英晶体温度计石英晶体温度计-50120光纤类光纤类利用光纤的温度特性或作利用光纤的温度特性或作为传光介质为传光介质光纤温度传感器光纤温度传感器-50400 非接触非接触 式测温式测温光纤辐射温度计光纤辐射温度计2004000辐射类辐射类 利用普朗克定律利用普朗克定律光电高温计光电高温计8003200辐射传感器辐射传感器4002000比色温度计比色温度计5003200(1) 膨胀式温度计膨胀式温度计利用物体利用物体受热体积膨胀受热体积膨胀原理。原理。图图3-52 双金属片双金属片图图3-53

9、双金属温度信号器双金属温度信号器1-双金属片；双金属片；2-调节螺钉；调节螺钉；3-绝缘子；绝缘子；4-信号灯信号灯 两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起的。两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起的。玻璃温度计玻璃温度计(液体液体);双金属温度计双金属温度计(固体固体);双金属片制成双金属片制成螺旋形感温元件。螺旋形感温元件。 主要用于温度检测、控制。主要用于温度检测、控制。2) 温度计的分类温度计的分类膨胀式双金属温度计膨胀式双金属温度计( (常用于现场温度就地检测显示）常用于现场温度就地检测显示）双金属片螺旋形感温元件双金属片螺旋形感温元件1-指针指针;2-表壳表壳;3-金属保护管金属保护管

10、;4-指针轴指针轴;5-双金属感温元件双金属感温元件;6-固定端固定端;7-刻度盘刻度盘(1) 膨胀式温度计膨胀式温度计双金属温度计双金属温度计双金属片制成螺旋形双金属片制成螺旋形温度变化时温度变化时,螺螺旋的自由端绕中心轴旋转旋的自由端绕中心轴旋转带动指针偏转带动指针偏转在刻度盘上在刻度盘上指示相应的温度。指示相应的温度。2) 温度计的分类温度计的分类毛细管毛细管:用铜或钢等冷拉成的无缝用铜或钢等冷拉成的无缝圆管制成圆管制成,易破损易破损,应加保护套管。应加保护套管。在长度相同时在长度相同时,越细仪表越灵敏。越细仪表越灵敏。(2) 压力式温度计压力式温度计原理原理:基于基于压力随温度变化压力

11、随温度变化原理。原理。组成组成:温包温包(感温元件感温元件8).毛细管毛细管(传递压力传递压力7).弹簧管。弹簧管。温包温包:强度高强度高,膨胀系数小膨胀系数小,热导率高热导率高,抗腐蚀等性能。抗腐蚀等性能。2) 温度计的分类温度计的分类(3) 热电偶温度计热电偶温度计:利用不同材料的金属焊接在一起利用不同材料的金属焊接在一起,当温当温度变化时度变化时,会产生热电势会产生热电势,依靠热电势的测量来测温度。依靠热电势的测量来测温度。(4) 热电阻温度计热电阻温度计:利用导体或半导体材料的电阻值随温度利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的原理测温。的变化而变化的原理测温。(5) 热辐射温

12、度计热辐射温度计:利用高温物体以电磁波形式辐射出的利用高温物体以电磁波形式辐射出的能量与物体的温度存在一定的关系来对物体进行非接触能量与物体的温度存在一定的关系来对物体进行非接触式测温。式测温。2) 温度计的分类温度计的分类组成组成:热电偶热电偶(感温元件感温元件1)、测量仪表、测量仪表(3)、连接导线连接导线(补偿导线及铜导线补偿导线及铜导线2)。原理原理:以以热电效应热电效应为基础的测温仪表。为基础的测温仪表。热电偶热电偶:感温元件感温元件,由两种不同材料的由两种不同材料的导体导体A和和B焊接而成焊接而成, A和和B称为称为热电极热电极。热端热端(工作端工作端):插入被测介质中插入被测介质

13、中,感受感受被测温度的焊接端被测温度的焊接端;冷端冷端(自由端自由端):与导线相连的另一端。与导线相连的另一端。特点特点:结构简单结构简单,测量范围广测量范围广(-501600), 使用方便使用方便,测量准确可靠测量准确可靠,便于信号的远传、便于信号的远传、自动记录和集中控制。自动记录和集中控制。2.2 热电偶温度计热电偶温度计热电偶示意图热电偶示意图热电效应热电效应:两种不同的导体两种不同的导体(半导体半导体)A和和B组成闭合回路组成闭合回路,若若两个结合点处温度不同两个结合点处温度不同(TT0),则在回路中就有电流产生则在回路中就有电流产生,即回路中就有电动势存在即回路中就有电动势存在,这

14、种现象叫做这种现象叫做热电效应热电效应。回路中所产生的电动势回路中所产生的电动势,叫热电势叫热电势,用用E(T,T0)表示表示2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理tt0A+-eA(T,T0) B-+eB(T,T0)热电势由两部分组成热电势由两部分组成,即即温差电势温差电势eA(T,T0)和接触和接触电势电势eAB(T) 。NANB接触电势接触电势与两金属的与两金属的材料材料和接触点的和接触点的温度温度有关。有关。当材料确定后只与接触点的温度有关。当材料确定后只与接触点的温度有关。接触电势接触电势eAB(T)的产生的产生:接触电势的方接触电势的方向为向为BA 。2.2.1.1 接触电势接

15、触电势eAB(T)2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理( )( )ln( )( )AABBABNTKTeTeTeNT 单位电荷单位电荷波尔兹曼常数波尔兹曼常数接触电势接触电势形成的过程形成的过程( )0 AAeTTT0A+-eA(T,T0)B-+eB(T,T0)温差电势产生温差电势产生:同一金属同一金属A(B), 两端两端T不同不同,自由电子具有自由电子具有不同的动能不同的动能,就产生一个电动势。就产生一个电动势。eA(T,T0)0, eB(T,T0)0。2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理2.2.1.2 温差电势温差电势eA(T,T0)001( ,)()TAATAKeT Td

16、 NteN 00(,)0 AeT T总热电动势为总热电动势为接触电势和接触电势和温差电势之和。温差电势之和。金属金属A.B的等效电阻为的等效电阻为R1.R2,则图则图(a)等效为图等效为图(b)。此闭合回路中总的热电势此闭合回路中总的热电势EAB(T,T0)应为：应为： EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0) 或或EAB(T,T0)=eAB(T)+eBA(T0)eA(T,T0)0, eB(T,T0)0。2.2.1.3 热电偶回路的总热电动势热电偶回路的总热电动势E(t,t0)TT0A+-eA(T,T0)B-+eB(T,T0)0AtAB0ABB0AB0A00Bt( ,)=( )+( ,

17、)-()-( ,)=lnd = ( )- ()TTNET TeTeT TeTeT Tt f T f TeN 若若T=T0 ,则则EAB(T,T0)=eAB(T0)-eAB(T0)=0,无热电势产生；无热电势产生；结论：结论： 只有性质不同的材料才能组成热电偶只有性质不同的材料才能组成热电偶,相同材料不会相同材料不会产生热电势产生热电势,且两端温度必须不同。且两端温度必须不同。热电势热电势只只与两接点温度、热电极材料有关。与两接点温度、热电极材料有关。热电偶的材料确定后热电偶的材料确定后,热电势是两接点温度的函数差。热电势是两接点温度的函数差。当冷端温度确定后当冷端温度确定后,热电势与热端温度成

18、单值函数关系。热电势与热端温度成单值函数关系。即即EAB(T,T0)只是温度只是温度T的单值函数。的单值函数。(测温原理测温原理)2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理2.2.1.3 热电偶回路的总热电动势热电偶回路的总热电动势E(T,T0)EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0) 或或EAB(T,T0)=eAB(T)+eBA(T0) 若若A.B材质相同材质相同,eAB(T)=0,eAB(T0)=0,则则EAB(T,T0)=0。AB00AB00( ,)= ( )- (),( , )= ( )- ( )ET Tf Tf TEt tf t f t2.2.1 热电偶的测温原理热电偶的测

19、温原理(3) 热电偶回路的总热电动势热电偶回路的总热电动势E(T,T0)EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0) 或或EAB(T,T0)=eAB(T)+eBA(T0) 测温原理测温原理:材料确定后材料确定后,热电势是两接点温度的函数热电势是两接点温度的函数,当冷端当冷端t0不变不变,即即eAB(t0)为常数为常数,热电势与热端热电势与热端t成单值的函数关系。成单值的函数关系。不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。的热电势是不同的。分度表分度表:在在t0=0条件下条件下,用实验的方法测各种热电偶在不用实验的方法测各种热电偶在

20、不同温度下热端所产生的热电势值同温度下热端所产生的热电势值,列出对应的各种热电偶列出对应的各种热电偶热电势与温度的标准数据表。热电势与温度的标准数据表。EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=f(T)-f(T0)=f(T)-C=g(T)查表时应注意查表时应注意冷端冷端温度是否为温度是否为0和热电极和热电极材料材料。分度表中分度表中温度温度与与热电势热电势是是非线性非线性。2.2.2.1 均质均质材料材料定律定律由同一种均质导体由同一种均质导体(自由电子密度处处相等的导体自由电子密度处处相等的导体)组成的组成的闭合回路闭合回路,不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如不论导体的截面、长

21、度以及各处的温度分布如何何,回路中均不产生热电势。回路中均不产生热电势。2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律,ln0AABBNNNN 证明：证明：00(,)ln0TAtABTBtNET TdteN 热电偶的热电极不均匀性会引入误差。热电偶的热电极不均匀性会引入误差。 应用应用:检验热电极材料的均匀性。检验热电极材料的均匀性。eeee用热电偶测温时用热电偶测温时,接仪表测热电势时接仪表测热电势时,需接第三种导线需接第三种导线C。2.2.2.2 中间导体定律中间导体定律2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律回路总电势回路总电势:EABC(T,T0）2.2.2.2 中间导体定律中间导体

22、定律2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T1)+eCB(T1)+eBA(T0) = eAB(T)+eBC(T1)- eBC (T1)+ eBA(T0) = eAB(T)+ eBA(T0) = eAB(T)- eAB(T0) = EAB(T,T0)可见可见, 接入第三种导线后总热电势不变。接入第三种导线后总热电势不变。在热电偶测温回路中接入第三种在热电偶测温回路中接入第三种(多种多种)导体导体,只要其两端只要其两端温度相同温度相同,则不影响原回路中的总热电势。则不影响原回路中的总热电势。ABBtt0t1t1C若若A.B.C组成闭合回路组成闭合回

23、路,各点温度为各点温度为T0时时,则则eAB(T0)+ eBC(T0)+eCA(T0)=0，eBC(T0)+eCA(T0)= -eAB(T0)EABC(T,T0)=eAB(T)+ eBC(T0)+eCA (T0)EABC (T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)= EAB(T,T0) 同理同理,如回路中串接多种导线如回路中串接多种导线,只要引线两只要引线两端的温度相同端的温度相同,不影响总热电势值。不影响总热电势值。2.2.2.2 中间导体定律中间导体定律2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律ABCtt0t0应用应用:节省热电极材料节省热电极材料,是热电偶测温中应用补偿导线和是热电偶测

24、温中应用补偿导线和为信号的远传提供了理论依据。为信号的远传提供了理论依据。应用应用:是热电偶冷端温度补偿的理论根据。是热电偶冷端温度补偿的理论根据。为制定和使用热电偶的分度表奠定了基础。为制定和使用热电偶的分度表奠定了基础。2.2.2.3 中间温度定律中间温度定律2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)= eAB(T)-eAB(Tn)+eAB(Tn) -eAB(T0)= eAB(T)-eAB(T0)=EAB(T,T0)EAB(T,T0) =EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0)热电偶两接点温度为热电

25、偶两接点温度为T,T0时的热电势等于该热电偶两接点时的热电势等于该热电偶两接点温度分别为温度分别为T,Tn和和Tn,T0时相应热电势的代数和。时相应热电势的代数和。证明证明:在热电偶测温回路中在热电偶测温回路中,测量端的温度为测量端的温度为T,连接导线各端连接导线各端点的温度分别为点的温度分别为Tn和和T0(见图见图),如如A与与A,B与与B的热电性的热电性质相同质相同,则总的热电动势等于热电偶的热电动势则总的热电动势等于热电偶的热电动势EAB(T,Tn)与连接导线的热电动势与连接导线的热电动势EA B (Tn ,T0)的代数和的代数和,其中其中Tn为为中间温度中间温度,即即 EABBA(T,

26、Tn,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0) = EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0)2.2.2.3 中间温度定律中间温度定律2.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律2.2.2.4 参考电极定律参考电极定律 证明证明:0AtAC0Ct(,)=lndTTNET TteN 0CtCB0Bt(,)=lndTTNET TteN 000AC0CB0AtCtCtBtAtAB0Bt(,)(,)=lnd +lnd=lnd(,) TTTTTTET TET TNNtteNeNNtET TeN t t t t0 t0 t0 两种导体两种导体A.B分别与参考电极分别与参考电极C(标准电极标

27、准电极)组成热电偶组成热电偶,若它们所产生的热电势已知若它们所产生的热电势已知,则则A与与B两热电极配对后的两热电极配对后的热电动势为：热电动势为：EAB(T,T0)= EAC(T,T0)+ ECB(T,T0)热电极热电极:贵金属直径贵金属直径0.3-0.65mm,普通金属直径普通金属直径0.5-3.2mm,长度由安装条件及插入深度而定长度由安装条件及插入深度而定,一般为一般为300-2000mm。按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。普通型结构普通型结构:由热电极由热电极,绝缘管绝缘管,保护套管及接线盒组成。保护套管及接线盒组成。2.2.3 热电

28、偶的结构热电偶的结构对热电极材料的要求对热电极材料的要求:(1).输出热电势大输出热电势大,对温度反应灵敏对温度反应灵敏;E与与t尽量成线性关系。尽量成线性关系。(3).导电率高和电阻温度系数低。导电率高和电阻温度系数低。(4).有较好的工艺性能有较好的工艺性能,复现性好复现性好,便于成批生产。便于成批生产。(2).测温范围广测温范围广,物理化学性能物理化学性能.热电热电特性都较稳定特性都较稳定。保护套管保护套管:保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。材料材料:金属金属.非金属非金属.金属金属陶瓷。陶瓷。接线盒接线盒:是供热电极和补偿导线是供热电极和补偿导线连接用

29、的连接用的,常用铝合金制成。具有常用铝合金制成。具有密封和保护接线端子的作用。密封和保护接线端子的作用。绝缘管绝缘管(绝缘子绝缘子):防止热电极短路。材料防止热电极短路。材料:陶瓷陶瓷.氧化铝氧化铝.刚玉。刚玉。2.2.3 热电偶的结构热电偶的结构接线盒热电极热端绝缘管保护管普通装配型普通装配型热电热电偶结构偶结构接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 (出厂时用塑料包裹出厂时用塑料包裹)热电偶工作端热电偶工作端( (热端热端) ) 不锈钢不锈钢保护管保护管 普通型热电偶普通型热电偶1) 按热电势与温度的关系分：按热电势与温度的关系分： 标准化标准化(常用常用)热电偶和非标准化热电

30、偶热电偶和非标准化热电偶2) 按热电偶的材质分：按热电偶的材质分： 金属热电偶、半导体热电偶、非金属热电偶金属热电偶、半导体热电偶、非金属热电偶3) 按测温范围分：高温热电偶和低温热电偶按测温范围分：高温热电偶和低温热电偶分度号分度号:与分度表所对应的热电偶的代号。与分度表所对应的热电偶的代号。2.2.4 热电偶的分类热电偶的分类 分度表分度表:在在t0=0条件下条件下,用实验的方法测各种热电偶在不用实验的方法测各种热电偶在不同温度下热端所产生的热电势值同温度下热端所产生的热电势值,列出对应的各种热电偶列出对应的各种热电偶热电势与温度的标准数据表。热电势与温度的标准数据表。2.2.4 热电偶的

31、分类热电偶的分类 2.2.4.1 标准化热电偶标准化热电偶定义定义:定型生产、有统一分度表的通用热电偶。定型生产、有统一分度表的通用热电偶。现在国际上已有现在国际上已有8 种标准化的热电偶。种标准化的热电偶。名称名称分度号分度号测量范围测量范围/适用气氛适用气氛稳定性稳定性铂铑铂铑30-铂铑铂铑6B20018001600氧化氧化.中性中性热电势小热电势小1500,良良铂铑铂铑13-铂铂R-401600 1400氧化氧化.中性中性.精度最高精度最高热电势小热电势小1400,良良铂铑铂铑10-铂铂S镍铬镍铬-镍硅镍硅(镍铝镍铝)K-27013001000氧化氧化.中性中性热电势大热电势大, ,呈线

32、性呈线性中等中等镍铬硅镍铬硅-镍硅镍硅N-2701260氧化氧化.中性中性.还原还原良良镍铬镍铬-康铜康铜(铜镍铜镍)E-2701000氧化氧化.中性中性.热电势最大热电势最大中等中等铁铁-康铜康铜J-40760氧化氧化.中性中性.还原还原.真空真空500,差差铜铜-康铜康铜T-270350氧化氧化.中性中性.还原还原.真空真空-170200,优优钨铼钨铼3-钨铼钨铼25WRe3-WRe2502300中性中性.还原还原.真空真空中等中等钨铼钨铼5-钨铼钨铼26WRe5-WRe26热电偶的选用原则热电偶的选用原则-200300时时,可选可选T型或型或E型热电偶；型热电偶；t1000,可优先选可优

33、先选K型热电偶型热电偶;t1800,钨铼系列热电偶钨铼系列热电偶(最高可达最高可达2800)。考虑被测对象的温度范围、使用环境的气氛。考虑被测对象的温度范围、使用环境的气氛。A 铠装热电偶铠装热电偶2.2.4.2 非非标准化标准化热电偶热电偶特点特点:热惰性热惰性小小,反应快反应快, 机械强度及耐压性能好机械强度及耐压性能好;可弯曲可弯曲安装使用安装使用;测量范围大。测量范围大。由金属套管由金属套管.绝缘材料绝缘材料.热电偶丝一起经过复合拉伸成型。热电偶丝一起经过复合拉伸成型。1-金属套管；金属套管；2-绝缘材料；绝缘材料；3-热电极热电极 适用场合适用场合:用于快速测温或热容量很小的物体测温

34、用于快速测温或热容量很小的物体测温;结构坚结构坚实可耐强烈的振动和冲击实可耐强烈的振动和冲击,用于高压设备上测温。用于高压设备上测温。铠装热电偶铠装热电偶铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保保护套管护套管( (铠体铠体) ) BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面扁接插式铠装热电偶扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶特点特点:热惯性小热惯性小,响应速度快响应速度快,

35、测温元件小测温元件小,每测一次就消耗每测一次就消耗掉掉,无需定期维修无需定期维修,测量精度可达土测量精度可达土57。 B 快速微型热电偶快速微型热电偶是测量是测量高温高温钢水钢水. .铁铁水水及金属熔体及金属熔体一种专用热电偶一种专用热电偶。分类分类:快速快速铂铑和铂铑和快速快速钨铼热电偶。钨铼热电偶。2.2.4.2 非非标准化标准化热电偶热电偶1-外保护帽；外保护帽；2-U形石英管；形石英管；3-外纸管；外纸管；4-绝热水泥；绝热水泥；5-热电偶自由端；热电偶自由端；6-棉花；棉花；7-绝热纸管；绝热纸管；8-小纸管；小纸管；9-补偿导线；补偿导线；10-塑料插件塑料插件 在选热电偶时在选热

36、电偶时,注意三个方面注意三个方面:热电极材料热电极材料;保护套管的保护套管的结构结构.材料及耐压强度材料及耐压强度;保护套管的插入深度。保护套管的插入深度。钢水测温仪钢水测温仪,测温枪测温枪,快速热电偶快速热电偶,补偿导线。补偿导线。B 快速微型热电偶快速微型热电偶2.2.4.2 非非标准化标准化热电偶热电偶C 薄膜式热电偶薄膜式热电偶:利用真空镀膜法将两电极蒸镀利用真空镀膜法将两电极蒸镀在绝缘基板上的薄膜热电偶。热接点极薄在绝缘基板上的薄膜热电偶。热接点极薄(0.010.lm) 特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂用粘结剂将它粘结在被测物体壁

37、面上。将它粘结在被测物体壁面上。测温范围在测温范围在300以下；反应时间仅为几以下；反应时间仅为几ms。2.2.4.2 非非标准化标准化热电偶热电偶是目前一种较好的高温热电偶是目前一种较好的高温热电偶,高温可测到高温可测到2400-2800。使用在真空惰性气体或氢气介质中使用在真空惰性气体或氢气介质中,但高温抗氧能力差。但高温抗氧能力差。D 钨铼系钨铼系热电偶热电偶2.2.4.2 非非标准化标准化热电偶热电偶a 根据热电偶测温原理根据热电偶测温原理,热电势与温度的关系是在热电偶热电势与温度的关系是在热电偶冷端温度稳定并已知时建立的；冷端温度稳定并已知时建立的；2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶

38、的冷端补偿1) 补偿原因补偿原因c 显示仪表在刻度时是根据热电偶分度表刻度的显示仪表在刻度时是根据热电偶分度表刻度的;b 热电偶的分度表是热电偶的分度表是t0=0C时得到的时得到的;d 热电偶使用时其冷端一般不为热电偶使用时其冷端一般不为0C且不稳定且不稳定;则用热电偶测温时则用热电偶测温时,如不能保持如不能保持t0=0C, 则要修正则要修正,即进行即进行热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿,才能得到准确的测量结果。才能得到准确的测量结果。EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿2) 冷端温度补偿方法冷端温度补偿方法(3) 冷端补偿器法冷端补

39、偿器法(补偿电桥法补偿电桥法)(1) 冰点法冰点法(2) 计算法计算法(热电势修正法热电势修正法)(4)补偿导线法补偿导线法(5)仪表机械调零仪表机械调零(6) 软件处理法软件处理法2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿(1) 冰点法冰点法(冷端温度保持为冷端温度保持为0的方法的方法)恒温槽恒温槽t0=0 冷端冷端t0=t10时时,会引起测量误差会引起测量误差,必须进行修正。必须进行修正。利用中间温度定律利用中间温度定律进行修正进行修正,即即:E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0)适用于实验室或临时测温适用于实验室或临时测温,在连续测量中不使用。在连续测量中不使用。例例:用用K型热

40、电偶测某加热炉的温度型热电偶测某加热炉的温度,冷端冷端t1=30。测得。测得EK(t,t1)=41.464mV,求被测的实际温度求被测的实际温度t。解解:查表得查表得:EK(30,0)=1.203mV, 则则:EK(t,0)=EK(t,30)+EK(30,0)= 41.464+1.203=42.667mV查表得查表得: EE(1030,0)=42.440mV, EE(1040,0)=42.826mV而不是而不是41.464mV对应的温度对应的温度t再加上再加上30。42.66742.440103010103642.82642.440 tC2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿(2) 计算

41、法计算法(热电势修正法热电势修正法)例题：用例题：用K型的镍铬镍硅热电偶及毫伏表刻度的显示仪表型的镍铬镍硅热电偶及毫伏表刻度的显示仪表测量炉温测量炉温,在自由端温度为在自由端温度为20时时,测得的热电势测得的热电势EK(t,t1)=39.17mV,问问炉温为多少度炉温为多少度？解：由中间温度定律解：由中间温度定律 11,0,039.1720,039.170.79839.968mVKKKKEtEt tEtE查表得查表得: EE(960,0)=39.708mV, EE(970,0)=40.101mV39.968 39.7089601096740.101 39.708tC A+B-tt0+-4VRt

42、:铜电阻铜电阻(热电阻热电阻)t Rt;R1R2R3:锰铜电阻锰铜电阻(T变变R不变不变) 设计时设计时,温度平衡点为温度平衡点为0或或20,计算点计算点40 。指示仪表所测得的总电势：指示仪表所测得的总电势：(3) 冷端补偿器法冷端补偿器法(补偿电桥法补偿电桥法) 工程上最常用的方法工程上最常用的方法 2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿t00时时,Rt变化变化 R,Uba0,使使Uba=EAB(t0,0)。原理原理:不平衡电桥不平衡电桥,使使Uba=E (t0,0),自动补偿。自动补偿。t0=0时时,R1=R2=R3=Rt=1,Uba=0,E=EAB(t,0)E=EAB(t,t0)

43、+Uba 则则:E=EAB(t,t0)+Uba=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=EAB(t,0)补偿导线补偿导线:在一定温度范围内在一定温度范围内(0-100或或0-200)与所连接与所连接的热电偶具有相同的热电特性的廉价金属的热电偶具有相同的热电特性的廉价金属导线导线。原因原因:冷端冷端t0不变时不变时,热电势才是被测温度的单值函数。热电势才是被测温度的单值函数。但实际冷端但实际冷端t0难保持恒定。为了使冷端难保持恒定。为了使冷端t0恒定恒定,将热电偶做将热电偶做长长,但不经济。用补偿导线代替热电极但不经济。用补偿导线代替热电极,使冷端远离工作端。使冷端远离工作端。(4) 补偿导线法

44、补偿导线法2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿不同的热电偶所用的补偿导线也不同。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。延长型延长型:补偿导线与所连接的热电偶偶丝的材料相同补偿导线与所连接的热电偶偶丝的材料相同,在热电偶的分度号后用在热电偶的分度号后用”X”表示表示,如如“EX”。补偿导线分类补偿导线分类:延长型和补偿型延长型和补偿型补偿型补偿型:补偿导线与所连接的热电偶偶丝的材料不同补偿导线与所连接的热电偶偶丝的材料不同,但在但在0-100内与所连接的热电偶热电势相同。内与所连接的热电偶热电势相同。在热电偶的分度号后用在热电偶的分度号后用“C”表示表示,如如“SC”。1)与热电偶的型号相配

45、与热电偶的型号相配;2)极性不能接错极性不能接错;3)与热电偶连接处的温度不应超过与热电偶连接处的温度不应超过100(或或200)。4)与热电偶与热电偶连接连接的的两点温度必须相同两点温度必须相同,以免引起测量误差。以免引起测量误差。使用补偿导线的注意事项使用补偿导线的注意事项:补偿导线接线图补偿导线接线图ABABE(t,t0)冷端冷端(4) 补偿导线法补偿导线法2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿E=eAB(t)+ eB A (t0)=eAB(t)+ eBA(t0)=E(t,t0)(4) 补偿导线法补偿导线法2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿节约贵金属节约贵金属,降低成本降

46、低成本;将热电偶的冷端远离被测对象到环境温度较恒定的地方将热电偶的冷端远离被测对象到环境温度较恒定的地方; 用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线,可减小热电偶回路电阻。可减小热电偶回路电阻。补偿导线的作用补偿导线的作用:常常 用用 补补 偿偿 导导 线线 (5) 仪表机械调零法仪表机械调零法(现场法现场法)2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿一般指针仪表未工作时应指在零位一般指针仪表未工作时应指在零位(机械零点机械零点),若测温元件若测温元件为热电偶为热电偶,且冷端不为零度且冷端不为零度,则将仪表的零点调至室温则将仪表的零点调

47、至室温(冷端冷端温度温度)。常用在工业上。常用在工业上,但在测温要求不高的场合上。但在测温要求不高的场合上。如动圈表使用时需要校正仪表机械零点如动圈表使用时需要校正仪表机械零点;电子电位差计则电子电位差计则自动调零。自动调零。指针被预调指针被预调到冷端温度到冷端温度(40 C )(6) 软件处理法软件处理法如果多个热电偶的冷端温度不相同如果多个热电偶的冷端温度不相同,用补偿导线把所有用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处的冷端接到同一温度处,只用一个冷端温度传感器和一个只用一个冷端温度传感器和一个修正修正t0的输入通道。冷端集中的输入通道。冷端集中,对于提高多点巡检的速度对于提高多点巡检的速度也

48、很有利。也很有利。 对于计算机系统对于计算机系统,不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。对于对于t0不恒定不恒定,可用热敏电阻或传感器把可用热敏电阻或传感器把t0信号输入计算机信号输入计算机,按照运算公式设计程序自动修正。按照运算公式设计程序自动修正。当冷端温度当冷端温度恒定但不为恒定但不为0的情况的情况,只需在采样后加一个与只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。冷端温度对应的常数即可。2.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿2.2.6 热电偶的实用测温线路热电偶的实用测温线路 2.2.6.1 工业用热电偶工业用热电偶测温的基本线路测温的基本线路 用多支热电

49、偶配用一台测温仪表。为了使多支热电偶的用多支热电偶配用一台测温仪表。为了使多支热电偶的冷端温度恒定冷端温度恒定,设置补偿热电偶且恒温设置补偿热电偶且恒温(t0)。仪表的指示值为仪表的指示值为E(t,t0)对应的温度。对应的温度。2.2.6.2 测量多点温度的测量多点温度的基本线路基本线路 2.2.6 热电偶的实用测温线路热电偶的实用测温线路 E =EAB(t,t1)-ECD (t0,t1) =EAB(t,t1)+ECD(t1,t0) =EAB(t,t1)+EAB(t1,t0)= EAB(t,t0) CD+-+则总电势为则总电势为:1nxiiEE 2.2.6 热电偶的实用测温线路热电偶的实用测温

50、线路 2.2.6.3 热电偶热电偶的的串、并串、并联联线路线路A 热电偶热电偶的的正向串联正向串联同型号热电偶同型号热电偶异异名极串联的接法。名极串联的接法。特点特点:用正向串联的热电堆测量统一温度时用正向串联的热电堆测量统一温度时,则输出电势和则输出电势和仪表灵敏度增加仪表灵敏度增加;但一支偶烧坏时但一支偶烧坏时,整个回路就开路。整个回路就开路。 102010021, 2, EE t tE ttE t tE ttE t t2.2.6 热电偶的实用测温线路热电偶的实用测温线路 B 热电偶热电偶的的反向串联反向串联两支同型号热电偶两支同型号热电偶同同名极串联的接法。名极串联的接法。这样联接的热电

51、偶称为差分这样联接的热电偶称为差分(微差微差)热电偶。则总电势为热电偶。则总电势为:特点特点:用反向串联的热电偶组用反向串联的热电偶组(微微差热电偶差热电偶)可反映两点温差大小。可反映两点温差大小。用来测量温度变化速度。用来测量温度变化速度。2.2.6.3 热电偶热电偶的的串、并串、并联联线路线路t1t2t0t02.2.6 热电偶的实用测温线路热电偶的实用测温线路 3) 多个多个热电偶热电偶的的联联接方式接方式C 热电偶热电偶的的并联并联如热电偶的电阻值相等如热电偶的电阻值相等, 则总电势为则总电势为:123.nEEEEEn 特点特点:测量温场的平均温度。输出电势小测量温场的平均温度。输出电势

52、小,其相对误差仅其相对误差仅为单支热电偶的为单支热电偶的 , 一支偶断路时一支偶断路时,测温系统仍能工作。测温系统仍能工作。1/ n将将n支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路。支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路。2.3 热电阻温度计热电阻温度计测温原理测温原理:用导体阻值随温度变化而变化的原理来测温。用导体阻值随温度变化而变化的原理来测温。2.3.1 热电阻测温原理热电阻测温原理常用热电阻常用热电阻:铜电阻铜电阻Cu和和铂电阻铂电阻Pt组成组成:热电阻热电阻(感温元件感温元件)温度传感器温度传感器.显示仪表显示仪表.连接导线连接导线(采用采用三线制接法三线制接法)。热电阻

53、材料的要求热电阻材料的要求:1)在测温范围内物理和化学性能稳定在测温范围内物理和化学性能稳定; 2)复现性好复现性好;3)电阻温度系数大电阻温度系数大,可得到高灵敏度的测温元件可得到高灵敏度的测温元件;4)电阻率大电阻率大,可得到小体积元件可得到小体积元件;5)电阻随温度的变化尽量成线性关系电阻随温度的变化尽量成线性关系;6) 价格低廉价格低廉2.3.1 热电阻测温原理热电阻测温原理特点特点:1) 中低温范围内其精度高于热电偶温度计中低温范围内其精度高于热电偶温度计;2)灵敏度高灵敏度高;t1金属金属R 0.40.6%; 半导体半导体R36%;3)热电阻感温部分比热电阻感温部分比热电偶的接触面

54、大热电偶的接触面大,则不宜测点温和则不宜测点温和动态温度动态温度;半导体半导体热敏热敏电阻电阻稳定性和复现性较差。稳定性和复现性较差。2.3 热电阻温度计热电阻温度计特点特点:精度高精度高;稳定性好稳定性好;复现性好复现性好;性能可靠性能可靠;应用广泛。应用广泛。Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 2.3.1.1 铂热电阻铂热电阻在在-2000的温度范围内铂电阻的特性方程为：的温度范围内铂电阻的特性方程为：在在0850的温度范围内铂电阻的特性方程为：的温度范围内铂电阻的特性方程为：Rt = R0(1+At+Bt2) 铂电阻铂电阻:Pt100 (R0=100);Pt10;Pt50;

55、 Pt300 。铂丝纯度决定测温精度铂丝纯度决定测温精度,铂丝纯度用铂丝纯度用R100/R0表示表示;标准铂电阻标准铂电阻R100/R01.3925;工业用工业用铂电阻铂电阻R100/R0=1.38511.3925。R100为为100时的电阻值时的电阻值; R0为为0时的电阻值时的电阻值。2.3.1 热电阻测温原理热电阻测温原理铂电阻的测温范围为铂电阻的测温范围为-200850。2.3.1.2 铜热电阻铜热电阻特点特点:价格便宜价格便宜;温度系数大温度系数大;稳定性好稳定性好;电阻率低电阻率低;热惯性大热惯性大;体积大。用于测量精度不高体积大。用于测量精度不高,温度较低的场合。温度较低的场合。

56、在在-50 +150范围内范围内,电阻与温度的关系为电阻与温度的关系为:铜电阻铜电阻:R0=50(Cu50);R0=100(Cu100)。2.3.1 热电阻测温原理热电阻测温原理Rt= R0 1+At+Bt(t-100)+ Ct2 (t-100) A=4.28010-3(-1); B=-9.3110-8(-2); C=1.2310-9(-3)。铜热电阻的允许误差为：铜热电阻的允许误差为：(0.30+0.006|t|)直径直径1mm的银的银丝或镀银铜丝丝或镀银铜丝云母、石英或陶云母、石英或陶瓷塑料瓷塑料双线无感双线无感绕法绕法外接线路外接线路相连相连电阻丝和电阻丝和电阻支架电阻支架2.3.2 热

57、电阻的结构热电阻的结构 电阻体电阻体:电阻丝双线无感的绕制在具有一定形状的支架上电阻丝双线无感的绕制在具有一定形状的支架上,这个整体称为这个整体称为电阻体。电阻体。普通型普通型结构结构:电阻体电阻体.绝缘套管绝缘套管.保护管保护管.接线盒组成。接线盒组成。普通型热电阻普通型热电阻2.3.3.1 铠装热电阻铠装热电阻2.3.3 特殊特殊热电阻热电阻特点特点:体积小体积小.抗震性强抗震性强.可弯曲可弯曲.使用寿命长。使用寿命长。将电阻体预先拉制成型与绝缘材料和保护管连成一体。将电阻体预先拉制成型与绝缘材料和保护管连成一体。测温范围测温范围:-200600；可安装在结构复杂的部位。；可安装在结构复杂

58、的部位。2.3.3.2薄膜热电阻薄膜热电阻特点特点:体积小、灵敏度高。体积小、灵敏度高。将热电阻材料通过真空镀膜法将热电阻材料通过真空镀膜法,直接蒸镀到绝缘基底上。直接蒸镀到绝缘基底上。测温范围测温范围:-50600；可安装在表面、狭小区域、快速；可安装在表面、狭小区域、快速测温等场合。测温等场合。2.3.3 特殊特殊热电阻热电阻热敏电阻热敏电阻:把一些金属氧化物按一定比例混合、压制和烧把一些金属氧化物按一定比例混合、压制和烧结而成的固态感温元件。其结而成的固态感温元件。其阻值随温度呈指数变化阻值随温度呈指数变化。2.3.3.4 半导体热敏电阻半导体热敏电阻特点特点:结构简单结构简单.灵敏度高

59、灵敏度高.体积小体积小.热惯性小热惯性小.电阻温度电阻温度系数大系数大.电阻值高电阻值高;但非线性严重但非线性严重.互换性差互换性差.稳定性差。稳定性差。NTC型型:负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻,多数是此类多数是此类; PTC型型:正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻,用于位式温度检测。用于位式温度检测。CTR型型:临界温度热敏电阻临界温度热敏电阻,在某一温度下阻值急剧下降在某一温度下阻值急剧下降,用于低温用于低温临界温度报警。临界温度报警。2.3.3 特殊特殊热电阻热电阻常用测温范围为常用测温范围为-40350。 测量电路常用电桥电路测量电路常用电桥电路,测量原理图如下。测量原理图如

60、下。(b) 内部引线方式内部引线方式内引线内引线(白白)内引线内引线(红红)热电阻丝热电阻丝外接线端外接线端内焊接点内焊接点2.3.4 热电阻热电阻测温线路测温线路 A 两线制接法两线制接法:从热电阻体的一端各引出一根连接导线从热电阻体的一端各引出一根连接导线,共共两根导线两根导线,这种方式称为两线制接法。这种方式称为两线制接法。ERtGR1R2R3(a)原理图原理图特点特点:引线电阻对测量影响大引线电阻对测量影响大, 用于测温精度不高的场合。用于测温精度不高的场合。B 三线制接法三线制接法2.3.4 热电阻热电阻测温线路测温线路 特点特点:可减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环可减小热