温度检测方法ppt课件

1、第3章 温度丈量技术接触式测温接触式测温 基于热平衡原理，即测温敏感元件必需与被测基于热平衡原理，即测温敏感元件必需与被测介质接触，使两者处于同一热平衡形状。介质接触，使两者处于同一热平衡形状。 如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。温度丈量方法可分为：温度丈量方法可分为： 接触式、非接触式接触式、非接触式1 1 概述概述非接触式测温非接触式测温 利用物质的热辐射原理，测温元件不需利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触。与被测介质接触。 如如: :辐射温度计、红外热象仪等。辐射温度计、红外热象仪等。热电式传感器热电式传感器: : 将温度变化转

2、换为电量变化的安装较普通的将温度变化转换为电量变化的安装较普通的 热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。常用热电式传感器的敏感元件有：常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶：将温度转换为电势之变化；热电偶：将温度转换为电势之变化； 热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化。热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化。 2 电阻温度计电阻温度计任务原理：任务原理： 基于导体或半导体的电阻值随温度变化的基于导体或半导体的电阻值随温度变化的性质而任务的。性质而任务的。测温敏感元件有测温敏感元件有: :金属导体、半导体热敏电阻。金属导体、半导体热敏电阻。(1)(1)、金属测温电

3、阻、金属测温电阻( (金属热电阻金属热电阻) ) 普通金属导体具有正的电阻温度系数电阻率随温度的普通金属导体具有正的电阻温度系数电阻率随温度的上升而添加，在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间上升而添加，在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间的函数关系：的函数关系：)1 ()(1 000tRttRR其中：其中： R、R0分别表示温度为分别表示温度为t和和t0时的电阻值时的电阻值; 为资料的电阻温度系数，为资料的电阻温度系数，=(46)10-3/0C。 在不同温度范围内，电阻温度系数在不同温度范围内，电阻温度系数是不同的，希望在是不同的，希望在丈量温度的范围内丈量温度的范围内是一个常数。是一个常

4、数。热电阻资料应具备以下性质：热电阻资料应具备以下性质： 1 1电阻温度系数电阻温度系数要大；要大； 2 2在丈量范围内，资料的物理、化学性质稳定；在丈量范围内，资料的物理、化学性质稳定； 3 3电阻率电阻率要大，可提高温度计的动态呼应；要大，可提高温度计的动态呼应； 4 4电阻温度关系线性好；电阻温度关系线性好； 5 5资料要容易制造，价钱廉价。资料要容易制造，价钱廉价。 常用资料有：铂、铜、铁、镍等。常用资料有：铂、铜、铁、镍等。 热电阻的制造是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶瓷热电阻的制造是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶瓷等绝缘支架上。等绝缘支架上。 热敏电阻是由金属氧化物热敏电阻

5、是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)(NiO,MnO2,CuO,TiO2)粉末按一粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。定比例混合烧结而成的半导体。 常用的热敏电阻的阻值随温常用的热敏电阻的阻值随温度上升而下降。度上升而下降。TBAeR T T是绝对温度是绝对温度(K)(K)；A A、B B是常数。是常数。电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化dTdRRdTRdR1(2)半导体热敏电阻半导体热敏电阻2221)()(TBdTdRRTBRTBAedTdRAeRTBTB半导体热敏电阻的电阻温度系数半导体热敏电阻的电阻温度系数不是

6、常数，而不是常数，而和绝对温度的平方成反比。和绝对温度的平方成反比。当当T=T0时有电阻时有电阻R0；当；当T=T时有电阻时有电阻R1 2)11(0000TTBTBTBeReeRR电阻值电阻值R与温度与温度T的关系：的关系：010111lnlnTTRRB常数常数B可经过实验获得：可经过实验获得：(即只需测定温度分别为即只需测定温度分别为T1和和T0时半导体的热敏电时半导体的热敏电阻的阻值阻的阻值R1和和R0)(B的范围普通为的范围普通为150050000K)半导体热敏电阻与金属热电阻相比半导体热敏电阻与金属热电阻相比, 有以下优点：有以下优点： 1温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高，温度系数

7、的绝对值较热电阻大，灵敏度高， 可测可测0.0010.00050C的微小温度变化；的微小温度变化； 2电阻率大，时间常数小电阻率大，时间常数小(毫秒级毫秒级)。可制成体。可制成体 积小、热惯性小、呼应速度快的感温元件。积小、热惯性小、呼应速度快的感温元件。半导体热敏电阻缺陷：半导体热敏电阻缺陷： 1电阻温度特性分散性大；电阻温度特性分散性大； 2稳定性差；稳定性差； 3非线性较严重。非线性较严重。 3 3电阻测定电阻测定 丈量方法丈量方法 可采用电桥测定热电阻的电阻值可采用电桥测定热电阻的电阻值 常用电桥测热阻存在的问题常用电桥测热阻存在的问题( (二线接桥法二线接桥法) )留意：将热电阻接到

8、电留意：将热电阻接到电桥的导线会产生附加电阻桥的导线会产生附加电阻r1、r2，这是产生丈量误，这是产生丈量误差的一个重要缘由。差的一个重要缘由。采取的技术措施：采取的技术措施： (可采用三线接桥法及四线接桥法可采用三线接桥法及四线接桥法) 器具有一样温度特性的导线器具有一样温度特性的导线r1、r2分别分别接到两个邻臂上，因此可相互抵消，而第接到两个邻臂上，因此可相互抵消，而第三根线与负载电阻三根线与负载电阻RL相串联，由于负载相串联，由于负载的输入阻抗都很大，的输入阻抗都很大，r3那么可忽略不计。那么可忽略不计。1r3 热电偶热电偶热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器热电偶：将温度量转

9、换为电势大小的热电式传感器热电偶具有以下特点：热电偶具有以下特点： 构造简单，运用方便，精度高，热惯性小，可构造简单，运用方便，精度高，热惯性小，可测部分温度和便于远间隔传送与集中检测。测部分温度和便于远间隔传送与集中检测。3.13.1、任务原理、任务原理( (席贝克效应席贝克效应) ) 两种不同资料的导体两种不同资料的导体A A和和B B串联起来构成一个闭合串联起来构成一个闭合回路，假设两个接合点的温度不同，电路中将产生热回路，假设两个接合点的温度不同，电路中将产生热电势，并构成热电流。电势，并构成热电流。 热电势的大小与资料的性质及接点的温度有关，热电势的大小与资料的性质及接点的温度有关，

10、称为温差热电效应或热电效应，该景象是称为温差热电效应或热电效应，该景象是18211821年德国年德国物理学家物理学家SecbackSecback发现的。发现的。热电势可用函数关系式表示：热电势可用函数关系式表示： EAB=f(T,T0) EAB=f(T,T0)假设知道假设知道EAB, T0, EAB, T0, 即可利用热电效应来测温或温度差。即可利用热电效应来测温或温度差。 定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶。定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶。 两个衔接端点两个衔接端点, ,一个称为任务端一个称为任务端T,T,另一个称为自另一个称为自在端或参考端在端或参考端T0T0或冷端或冷端, ,

11、两根金属丝称之为热电极。两根金属丝称之为热电极。温差电势是如何产生的？温差电势是如何产生的？ 温差电势是由两种导体的接触电势珀耳贴电温差电势是由两种导体的接触电势珀耳贴电势与同一种导体的温差电势汤姆逊电势所组势与同一种导体的温差电势汤姆逊电势所组成的。成的。1.1.接触电势珀耳贴电势接触电势珀耳贴电势 不同导体自在电子的密度是不同的不同导体自在电子的密度是不同的, ,当两种不当两种不同导体接触时同导体接触时, ,在接触面上将产生电子分散在接触面上将产生电子分散, ,电子分电子分散的速率与自在电子的密度及接触区的温度成正比。散的速率与自在电子的密度及接触区的温度成正比。 接触面上金属接触面上金属

12、A A的电子分散到的电子分散到B B，A A失去电子带正电，失去电子带正电，B B因获得电子因获得电子带负电，在接触面上构成了静电带负电，在接触面上构成了静电场，这个静电场将阻止分散过程场，这个静电场将阻止分散过程的进展，当自在电子密度的不同的进展，当自在电子密度的不同引起的分散才干与静电场的作用引起的分散才干与静电场的作用相互抵消时，到达了动平衡，在相互抵消时，到达了动平衡，在接触面上构成一个稳定的接触电接触面上构成一个稳定的接触电位差。位差。自在电子密度自在电子密度 nAnAnBnBBAABnnekTTEln)( EAB(T)为导体为导体A和和B的接点在温度为的接点在温度为T时构成的时构成

13、的电位差电位差 。其中：。其中： e 电子的电荷电子的电荷 e=1.610-19库仑库仑 k 波尔兹曼常数波尔兹曼常数 k=1.3810-23(焦耳焦耳/库仑库仑) EAB(T)和衔接点的温度和衔接点的温度T有关，因此当两种金有关，因此当两种金属接成闭合回路而衔接点的温度又不同时，回路中属接成闭合回路而衔接点的温度又不同时，回路中将构成接触电势。将构成接触电势。2. 同一种金属的温差电势汤姆逊电势同一种金属的温差电势汤姆逊电势 在同一导体中，存在温度梯度时，会产生温差电在同一导体中，存在温度梯度时，会产生温差电势。势。 两端的温度不一致时，高温端的自在电子具有两端的温度不一致时，高温端的自在电

14、子具有的动能大，向低温端分散，跑到低温端去堆积起来，的动能大，向低温端分散，跑到低温端去堆积起来，在导体内构成一个静电场，阻止电子分散，当两者在导体内构成一个静电场，阻止电子分散，当两者的作用相互抵消时，在导体两端就构成一个稳定的的作用相互抵消时，在导体两端就构成一个稳定的电位差。电位差。TTAdTTTe0),(0汤姆逊系数，它表示温度为汤姆逊系数，它表示温度为11时所产时所产生的电动势值，它与资料的性质有关。生的电动势值，它与资料的性质有关。 3. 3. 热电偶回路的总热电势热电偶回路的总热电势 TTBABABAABABBABAABABdt)(NNln)TT(ek)T ,T(e)T ,T(e

15、)T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(E000000000TTBABABAABABBABAABABdt)(NNln)TT(ek)T ,T(e)T ,T(e)T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(E000000000结论：结论：1 1假设热电偶两电极资料一样，无论温度如何，输出电势为零；假设热电偶两电极资料一样，无论温度如何，输出电势为零；2 2假设温度一样，那么输出电势为零；假设温度一样，那么输出电势为零；3 3电势的大小只与电极资料、节点温度有关，与热电偶的尺电势的大小只与电极资料、节点温度有关，与热电偶的尺 寸、外形及沿电极

16、温度分布无关。寸、外形及沿电极温度分布无关。1.1.中间温度定律中间温度定律某热电偶接点温度为某热电偶接点温度为T1T1和和T2T2时的热电势为时的热电势为E1E1，接，接点温度为点温度为T2T2和和T3T3时的热电势为时的热电势为E2E2，那么当接点温度，那么当接点温度为为T1T1和和T3T3时的热电势为时的热电势为E1+E2E1+E2。3.2 热电偶的根本实验定律热电偶的根本实验定律 例 用S型热电偶丈量某一温度，假设参比端温度T0=30，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求丈量端实践温度T。)(),(),(0,0TTETTETTEnnCTCTTTEnn03000，）中，（在查分度表

17、有查分度表有E30，0= 0.173 mV mVTTEn5 . 7），（mVETETE673.7173.05 .7)0 ,30(300），（），（反查分度表有反查分度表有T=830T=830，丈量端实践温度为，丈量端实践温度为8308302.2.中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中参与第三种均质资料，只需它的在热电偶回路中参与第三种均质资料，只需它的两个接点温度一样，那么对回路的热电势没有影响。两个接点温度一样，那么对回路的热电势没有影响。它阐明：它阐明： 第三种均质资料可以是接在两个热电极之间，第三种均质资料可以是接在两个热电极之间，也可接在某个热电极之中，因此在用热电偶测温时，也可接在某

18、个热电极之中，因此在用热电偶测温时，只需保证热电偶和衔接后续丈量电路或仪表的引线只需保证热电偶和衔接后续丈量电路或仪表的引线的两个接点温度一样，接入电路或仪表都不会影响的两个接点温度一样，接入电路或仪表都不会影响热电势的数值。热电势的数值。3.3.规范电极定律规范电极定律( (参考电极定律参考电极定律) ) 有三种金属有三种金属A A、B B、C C两两相接，当接点温度分别为两两相接，当接点温度分别为T1T1和和T2T2时，金属时，金属A A和和C C的热电势为的热电势为EACEAC，金属，金属C C和和B B的热的热电势为电势为ECBECB，那么金属，那么金属A A和和B B的热电势：的热电

19、势： EAB=EAC+ECB EAB=EAC+ECB 用热电偶丈量温度时，电势的大小决议于冷热端用热电偶丈量温度时，电势的大小决议于冷热端温度之差。假设冷端温度固定，那么决议于热端；假温度之差。假设冷端温度固定，那么决议于热端；假设冷端温度变化，那么会引起丈量误差。设冷端温度变化，那么会引起丈量误差。 1 1、冷端恒温法；、冷端恒温法；3.3 热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿适用于实验室中的准确丈量和检定热电偶时运用。适用于实验室中的准确丈量和检定热电偶时运用。 在实践运用中，热电偶的参比端往往不是冰水混在实践运用中，热电偶的参比端往往不是冰水混合物，而是环境温度，这时丈量出的回路热电

20、势要小，合物，而是环境温度，这时丈量出的回路热电势要小，因此必需加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电因此必需加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才干符合热电偶分度表的要求。势后才干符合热电偶分度表的要求。 )0 ,(),()0 ,(11TETTETE 可用室温计测出环境温度可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的，从分度表中查出的E(T1,0)值值，然后加上热电偶回路热电势，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值，反查分值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。度表即可得到准确的被测温度值。上一页下一页返 回2 计算修正法计算修正法 3 3、补偿导线法、补偿导线法 为使热电偶冷端温度坚持不变，不受热源的影响，往往需为使热电偶冷端温度坚持不变，不受热源的影响，往往需求使冷端远离任务点，为了不运用过多的贵重的热电偶导线，求使冷端远离任务点，为了不运用过多的贵重的热电偶导线，往往采用价钱低廉的导线来替代部分热