第二章温度测量

1、 第1页：程程 道道 来E-mail: 城市建设与安全工程学院城市建设与安全工程学院 第2页返回总目录返回总目录 第3页 本章主要介绍了温度、温标；膨胀式温度计（玻璃液体温度计、双金属温度计）、热电偶温度计、热电阻温度计；电动温度变送器、一体化温度变送器、智能式温度变送器三种温度传感器；热电偶温度计和热电阻温度计，最后介绍了温度检测仪表选型原则。 利用热电偶测温的基本原理、三大基本定律、热电偶冷端温度补偿，以及热工测量中各种温度检测仪表选型原则。 第4页 第第节节 概述概述第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计第第节节 热电偶温度计热电偶温度计第第节节 热电阻温度计热电阻

2、温度计第第节节 非接触式测温计非接触式测温计第第节节 新型温度传感器新型温度传感器第第节节 温度变送器温度变送器第第节节 温度检测仪表选型原则温度检测仪表选型原则 第5页 第第节节 概述概述 一、一、返回本章目录返回本章目录二、二、三、三、 第6页 第第节节 概述概述 一、一、o 温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体分温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体分子热运动子热运动平均动能平均动能的标志。的标志。o 温度最温度最基本的性质基本的性质：当两个温度不相同的物体：当两个温度不相同的物体接触后，会产生导热、换热，后换热结束两物接触后，会产生导热、换热，后换热结束两物体处于热平衡状态，则他们具

3、有相同的温度。体处于热平衡状态，则他们具有相同的温度。o 常用的常用的有有摄氏温度摄氏温度（）、）、华氏温度华氏温度（F）和）和开尔文开尔文（K）。）。返回本节目录返回本节目录 第7页 第第节节 概述概述 一、一、o 温度是一个重要的物理量，它是国际单位制（温度是一个重要的物理量，它是国际单位制（SI）7个基本物理量个基本物理量之一，也是在热工生产过之一，也是在热工生产过程中主要的参数之一。程中主要的参数之一。o 热工系统的许多生产环节都与温度有关，很多热工系统的许多生产环节都与温度有关，很多重要的过程只有在一定的温度范围内才能有效重要的过程只有在一定的温度范围内才能有效进行。因此对温度进行准

4、确测量和可靠控制，进行。因此对温度进行准确测量和可靠控制，在热工测量中具有重要意义。在热工测量中具有重要意义。返回本节目录返回本节目录 第8页 第第节节 概述概述 二、二、o 提出温标概念的原因：提出温标概念的原因：o 1）从温度的概念并没有给出温度数值化的方）从温度的概念并没有给出温度数值化的方法。为了进行定量的分析，为了使温度检测的法。为了进行定量的分析，为了使温度检测的结果准确一致，必须给出结果准确一致，必须给出的大小，给的大小，给物体或系统的物体或系统的冷热程度冷热程度以以定量的描述定量的描述，温标就，温标就是为此目的服务的。是为此目的服务的。返回本节目录返回本节目录 第9页 第第节节

5、 概述概述 二、二、o 2）温标就就是衡量温度高低的标尺，它给出）温标就就是衡量温度高低的标尺，它给出了温度的读数起点（零点）等温度数值化的一了温度的读数起点（零点）等温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位。套规则和方法，并明确了温度的测量单位。o 常用温标表示方法：常用温标表示方法：o 目前国际上用得较多的温标有目前国际上用得较多的温标有:o 1)摄氏温标（经验温标）摄氏温标（经验温标） 、 2) 华氏温标、华氏温标、3)热力学温标、热力学温标、4）国际实用温标）国际实用温标。返回本节目录返回本节目录 第10页 第第节节 概述概述 二、二、o 1. 经验温标经验温标o (1)摄氏

6、温标摄氏温标o 1740年瑞典人摄尔塞斯（年瑞典人摄尔塞斯（Celsius）规定：在标）规定：在标准大气压下，以水的冰点为准大气压下，以水的冰点为0度，水的沸点为度，水的沸点为100度，两固定点之间等分度，两固定点之间等分100份，每份为摄氏份，每份为摄氏1度，记为度，记为1 C（Celsius）返回本节目录返回本节目录 第11页 第第节节 概述概述 二、二、o 1. 经验温标经验温标o (2)华氏温标。华氏温标。o 1714年德国人华伦凯特年德国人华伦凯特(Fahrenheit)规定：在规定：在标准大气压下，水的标准大气压下，水的冰点为冰点为32度度，水的沸点为，水的沸点为212度，两固定点

7、中间等分度，两固定点中间等分180份，每份为华氏份，每份为华氏1度，记为度，记为1 F(Fahrenheit)。返回本节目录返回本节目录 第12页 第第节节 概述概述 二、二、o 1. 经验温标经验温标o (2)华氏温标。华氏温标。o 最初建立时以水银作为测温介质，把氯化铵与最初建立时以水银作为测温介质，把氯化铵与水的混合物的温度定为水的混合物的温度定为0度，人的体温定为度，人的体温定为100度，按水银的膨胀程度分成度，按水银的膨胀程度分成100等份，每份为等份，每份为华氏华氏1度。度。返回本节目录返回本节目录 第13页 第第节节 概述概述 二、二、o 1. 经验温标经验温标o (3)两种温标

8、的关系两种温标的关系o (2-1)3259CFtt 3259CFtt 返回本节目录返回本节目录 第14页 第第节节 概述概述 二、二、o 1. 经验温标经验温标o 经验温标是借助一些物质的物理量与温度之间经验温标是借助一些物质的物理量与温度之间的关系，用试验的方法得到的经验公式来确定的关系，用试验的方法得到的经验公式来确定的温标，具有局限性和随意性。的温标，具有局限性和随意性。o 经验温标缺点经验温标缺点：依赖于物质本身的特性，分度：依赖于物质本身的特性，分度的任意性无法满足测温技术的发展需求，需要的任意性无法满足测温技术的发展需求，需要寻求一种不依赖于物质本身特性的新温标。寻求一种不依赖于物

9、质本身特性的新温标。3259CFtt 3259CFtt 返回本节目录返回本节目录 第15页 第第节节 概述概述 二、二、o 2热力学温标热力学温标o （1）热力学温标的含义）热力学温标的含义o 1848年，汤姆逊年，汤姆逊(热力学第二定理热力学第二定理):o 在卡诺循环中，卡诺机在高温热源在卡诺循环中，卡诺机在高温热源T1和低温和低温热源热源T2之间交换热量，其中从高温热源吸收之间交换热量，其中从高温热源吸收热量热量Q1,向低温热源放热向低温热源放热Q2。则有。则有o (2-2)返回本节目录返回本节目录 第16页 第第节节 概述概述 二、二、o 2热力学温标热力学温标o 温度只与热量温度只与热

10、量有关，与有关，与物质物质无关，从而避免了无关，从而避免了分度的任意性。以此建立的温标称为热力学温分度的任意性。以此建立的温标称为热力学温标。标。o 热力学温度（也称绝对温度）用热力学温度（也称绝对温度）用符号符号T表示，表示，单位单位为开尔文，符号为开尔文，符号K。返回本节目录返回本节目录 第17页 第第节节 概述概述 二、二、o 2热力学温标热力学温标o 热力学温度的定义中以水的三相点作为热力学温度的定义中以水的三相点作为273.16，再取，再取1273.16定义为定义为1K。o （2）热力学温标的特点）热力学温标的特点o 它规定它规定分子运动停止时的温度为绝对零度分子运动停止时的温度为绝

11、对零度；与；与测温质无关，以卡诺循环为基础；不可能为负测温质无关，以卡诺循环为基础；不可能为负值，冰点与水的三相点相差值，冰点与水的三相点相差0.01K返回本节目录返回本节目录 第18页 第第节节 概述概述 二、二、o 3理想气体温标理想气体温标o 由于卡诺机为理想热机，实际上并不存在。由于卡诺机为理想热机，实际上并不存在。o 复现热力学温标可从与卡诺定理等效的理想气复现热力学温标可从与卡诺定理等效的理想气体状态方程入手。体状态方程入手。o 用波意尔用波意尔马略特定律制成气体温度计，解决马略特定律制成气体温度计，解决了热力学温标的实现问题。了热力学温标的实现问题。返回本节目录返回本节目录 第1

12、9页 第第节节 概述概述 二、二、o 4国际实用温标（国际温标）国际实用温标（国际温标）o 由于气体温度计制造和使用都很复杂，不宜实由于气体温度计制造和使用都很复杂，不宜实用。用。1927年第七届国际计量大会开始制定了以年第七届国际计量大会开始制定了以热力学温标为基础的能用公式表示、便于实际热力学温标为基础的能用公式表示、便于实际应用的协议温标应用的协议温标国际温标（国际温标（ITS-27）,后几后几经修改成为经修改成为ITS-48、ITS-68、ITS-90。返回本节目录返回本节目录 第20页 第第节节 概述概述 二、二、o 4国际实用温标（国际温标）国际实用温标（国际温标）o 1990年国

13、际温标是国内目前使用的温度标准。年国际温标是国内目前使用的温度标准。o 包括三方面的内容：温度单位的定义；定义固包括三方面的内容：温度单位的定义；定义固定温度点的方法和复现固定温度点的方法。定温度点的方法和复现固定温度点的方法。o (2-3)返回本节目录返回本节目录 第21页 第第节节 概述概述 三、三、o 1温度测量原理温度测量原理o 根据热平衡的观点，为了检测某个系统或物体根据热平衡的观点，为了检测某个系统或物体（被测对象）的温度，必须是温度检测仪表的（被测对象）的温度，必须是温度检测仪表的某个部位（如传感器）作为一个系统与被测系某个部位（如传感器）作为一个系统与被测系统直接或间接地达到平

14、衡，使传感器与被测介统直接或间接地达到平衡，使传感器与被测介质的温度一致或有一定关系。质的温度一致或有一定关系。返回本节目录返回本节目录返回本节目录返回本节目录 第22页 第第节节 概述概述 三、三、o 1温度测量原理温度测量原理o 然后再根据温度检测仪表的输出信号确定被测然后再根据温度检测仪表的输出信号确定被测对象的温度，这就是基于热平衡观点的温度检对象的温度，这就是基于热平衡观点的温度检测的基本原理。测的基本原理。返回本节目录返回本节目录 第23页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o 温度检测仪表是用来进行温度数值定量的测量温度检测仪表是用来进行温度数值

15、定量的测量仪表。它有简单的也有复杂的，但是它们均是仪表。它有简单的也有复杂的，但是它们均是由传感器、变换器、显示器及传输通道由传感器、变换器、显示器及传输通道4部分部分组成。组成。o 温度检测仪表又称为温度检测仪表又称为温度测量仪表温度测量仪表或或温度计温度计。返回本节目录返回本节目录 第24页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o 由于与温度变化有关的物质属性很多，故温度由于与温度变化有关的物质属性很多，故温度检测方法与仪表的种类也多种多样，现将在长检测方法与仪表的种类也多种多样，现将在长期实践中经常使用的，较精确的、方便的温度期实践中经常使用的，较精确的、

16、方便的温度检测方法归纳如下。检测方法归纳如下。返回本节目录返回本节目录 第25页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o （1）根据是否与）根据是否与被测对象接触被测对象接触分类分类o （2）根据）根据随温度变化的特性随温度变化的特性分类分类o （3）根据）根据物体热膨胀的原理物体热膨胀的原理分类分类o （4）根据）根据物体表面热辐射强度与温度的关系物体表面热辐射强度与温度的关系分类分类返回本节目录返回本节目录 第26页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o （1）根据是否与被测对象接触分类）根据是否与被测对象接触分类o 1)接

17、触式接触式;o 2)非接触式。非接触式。返回本节目录返回本节目录 第27页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o （2）根据随温度变化的特性分类）根据随温度变化的特性分类o 利用物体的利用物体的电气电气参数，如电阻、电势等随温参数，如电阻、电势等随温度变化的特性来检测温度，有：度变化的特性来检测温度，有：o 1）热电偶温度计；）热电偶温度计；o 2） 热电阻温度计。热电阻温度计。返回本节目录返回本节目录 第28页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o （3）根据物体热膨胀的原理分类）根据物体热膨胀的原理分类o 1）水银温度计；

18、）水银温度计；o 2）压力式温度计；）压力式温度计；o 3）双金属温度计等。）双金属温度计等。返回本节目录返回本节目录 第29页 第第节节 概述概述 三、三、o 2.温度检测仪表分类温度检测仪表分类o (4)根据物体表面热辐射强度与温度关系分类根据物体表面热辐射强度与温度关系分类o 1) 辐射式温度计辐射式温度计;o 2)光学温度计光学温度计;o 3)比色温度计等。比色温度计等。返回本节目录返回本节目录 第30页 第第节节 概述概述 三、三、o 3各种温度计的优缺点及使用范围各种温度计的优缺点及使用范围(表表2-1)返回本节目录返回本节目录 第31页 第第节节 概述概述 返回本节目录返回本节目

19、录返回本章目录返回本章目录 第32页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 返回本章目录返回本章目录一、一、二、二、三、三、 第33页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 o 利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理制成利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理制成的温度计的温度计称为膨胀式温度计称为膨胀式温度计。o 例如：例如：玻璃液体温度计、双金属温度计。玻璃液体温度计、双金属温度计。返回本节目录返回本节目录 第34页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 1定义定义 o 广泛用于测量广泛用于测量-200-600摄氏度范围内的温度。摄氏度范围内的温度。如：如：o 1）酒精温度计；）酒精温度计

20、；o 2）水银温度计；）水银温度计；o 3）体温温度计。）体温温度计。o 图图2-1为水银温度计。为水银温度计。返回本节目录返回本节目录 第35页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 1定义定义 图图2-1 （玻璃液体）水银温度计（玻璃液体）水银温度计 返回本节目录返回本节目录 第36页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 2优点优点o 玻璃液体温度计是最常用玻璃液体温度计是最常用,也是最简单也是最简单,最便宜最便宜的温度计。的温度计。o 这种温度计主要优点是构造简单这种温度计主要优点是构造简单,使用方便使用方便,精精度高和价格低廉。度高和价格低廉。返回本节目录返回本节

21、目录 第37页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 3缺点缺点o 惰性大惰性大,能见度低能见度低, 不能自动记录及远距离传送不能自动记录及远距离传送。返回本节目录返回本节目录 第38页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 4注意事项注意事项o 1)温度计温度计不宜平放和平装不宜平放和平装,保存与安装时都应保存与安装时都应使玻璃温度计直立使玻璃温度计直立, 而且测温泡在下部。如果而且测温泡在下部。如果倾斜安装也应使测温泡在下部。倾斜安装也应使测温泡在下部。o 2)使用时应检查液柱是否脱离使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是否测温泡内是否含有气泡含有气泡, 如果液柱脱离可以

22、缓慢加热或微振如果液柱脱离可以缓慢加热或微振动起来消除。动起来消除。返回本节目录返回本节目录 第39页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 4注意事项注意事项o 3)对于全浸式温度计对于全浸式温度计,安装深度应满足要求安装深度应满足要求,对对于工业用玻璃管温度计于工业用玻璃管温度计,则应将尾部全部插入则应将尾部全部插入被测介质中。被测介质中。o 4)被测介质具有一定压力时被测介质具有一定压力时,应在测温处焊上应在测温处焊上(或用螺丝旋紧或用螺丝旋紧)测温套管为减少热阻测温套管为减少热阻,测温套测温套管壁不宜太厚管壁不宜太厚(一般为一般为1-2mm)。返回本节目录返回本节目录 第40

23、页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 一、一、o 4注意事项注意事项o 5)测量流体温度时测量流体温度时,温度计不能顺向安置温度计不能顺向安置,应逆应逆向安放向安放,或与流向垂直或有一定倾斜角或与流向垂直或有一定倾斜角,而且测而且测温套管的插入深度要超过中心线。温套管的插入深度要超过中心线。o 使测温泡刚好位于中心线上。使测温泡刚好位于中心线上。 返回本节目录返回本节目录 第41页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 二、二、o 1工作原理工作原理o 双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属片片A和和B（图（图2-2）将其焊接在一起并将一端固）将其焊接

24、在一起并将一端固定。当温度发生变化时定。当温度发生变化时,膨胀系数较大的金属膨胀系数较大的金属片片B伸长较多伸长较多,故其未固定端向膨胀系数较小金故其未固定端向膨胀系数较小金属属A一方弯曲变形。一方弯曲变形。o 利用弯曲变形大小不同利用弯曲变形大小不同,从而可表示出温度的从而可表示出温度的高低不同（图高低不同（图2-3）。返回本节目录返回本节目录 第42页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 二、二、o 1工作原理工作原理返回本节目录返回本节目录 第43页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 二、二、o 1工作原理工作原理返回本节目录返回本节目录 第44页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计

25、二、二、o 2双金属片温度计分类双金属片温度计分类o 按指示部分与保护管连接方式不同按指示部分与保护管连接方式不同,分为下列分为下列三种类型三种类型:o 1)轴向型；轴向型；o 2)径向型（图径向型（图2-4）；）；o 3)135度角型。度角型。o 图图2-5为带温度补偿的液体压力双金属温度计为带温度补偿的液体压力双金属温度计返回本节目录返回本节目录 第45页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 二、二、返回本节目录返回本节目录 第46页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 二、二、返回本节目录返回本节目录 第47页 第第节节 膨胀式温度计膨胀式温度计 三、三、是基于封闭是基于封闭在容器中的液

26、体、气体或在容器中的液体、气体或某种低沸点的饱和蒸气受某种低沸点的饱和蒸气受热后体积膨胀而使压力发热后体积膨胀而使压力发生变化的性质。生变化的性质。 返回本节目录返回本节目录返回本章目录返回本章目录 第48页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、二、二、三、三、四、四、五、五、六、六、返回本章目录返回本章目录 第49页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 o 定义定义：基于热电效应制成的温度计称为基于热电效应制成的温度计称为热电热电偶温度计属于接触式测温计。偶温度计属于接触式测温计。o 测温范围测温范围：可以测量生产过程中液体、蒸汽和：可以测量生产过程中液体、蒸汽和气体介质以及固体表面

27、温度气体介质以及固体表面温度500以上的较高以上的较高温度。温度。o 特点：特点：结构简单、使用方便、测温准确可靠，结构简单、使用方便、测温准确可靠，便于远传、自动记录和集中控制，是温度测量便于远传、自动记录和集中控制，是温度测量中应用最普遍的测温器件。中应用最普遍的测温器件。返回本节目录返回本节目录 第50页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 热电效应：热电效应：热电偶温度计的测温原理是基于热热电偶温度计的测温原理是基于热电效应。电效应。o 将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生两个接点处的温度不同时

28、，回路中将产生。这种现象称为。这种现象称为热电效应热电效应，又称，又称塞贝克效应塞贝克效应。如图。如图2-6所示。所示。返回本节目录返回本节目录 第51页热电效应热电效应：把两种不同材料的金属导体（或半导体）A和B连接成闭合回路，若两个接点温度t与t0不相等，则回路中就会产生，这一现象称为。 热电势热电势热电极热电极B B参比端参比端（冷端或（冷端或自由端）自由端） 热电极热电极A A 测量端测量端（热端或（热端或工作端）工作端） 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、返回本节目录返回本节目录 第52页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、返回本节目录返回本节目录 第53页 第第

29、节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 热电偶测温系统主要由三部分组成：热电偶、热电偶测温系统主要由三部分组成：热电偶、导线和仪表。导线和仪表。o 热电偶是由两种热电偶是由两种材料不同材料不同的导体焊接而成，焊的导体焊接而成，焊接的一端（称为接的一端（称为热端热端或或高温端高温端）插入被测介质）插入被测介质中感受被测温度，另一端与导线连接称为中感受被测温度，另一端与导线连接称为冷端冷端（低温端低温端）。两种金属电子密度不同的金属接）。两种金属电子密度不同的金属接触时，由于电子的扩散作用，在接触面上形成触时，由于电子的扩散作用，在接触面上形成接触电势接触电势。返回本节目录返回本节目录 第54

30、页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 当两种金属的材料确定时，接触点电势仅和接当两种金属的材料确定时，接触点电势仅和接触点温度有关，故称为触点温度有关，故称为热电势。热电势。o 只要测量出只要测量出。o 此外，仪表必须解决冷端补偿问题，以保证测此外，仪表必须解决冷端补偿问题，以保证测温的准确。温的准确。o 图图2-7是最一个简单的热电偶测温系统。是最一个简单的热电偶测温系统。返回本节目录返回本节目录 第55页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、返回本节目录返回本节目录 第56页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 具体来说，闭合回路中产生的热电势有两种电具体

31、来说，闭合回路中产生的热电势有两种电势组成：势组成：温差电势温差电势（图（图2-8）和）和接触电势接触电势（图（图2-9）。）。o 温差电势温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以它们的温差电势也不一样。所以它们的温差电势也不一样。返回本节目录返回本节目录 第57页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、返回本节目录返回本节目录 第58页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 接触电势接触电势时指两种不同的导体相接处时，因各时指两种不同的导体相接处时，因各自的电子

32、密度不同而产生的电子扩散，当达到自的电子密度不同而产生的电子扩散，当达到动态平衡后所形成的电势，动态平衡后所形成的电势，两种不同导体的性质和接触点的温度。两种不同导体的性质和接触点的温度。返回本节目录返回本节目录 第59页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、综合两种电势，在闭合回路中产生的总热电势为：ttABABABABtetedtSttE0)()(),(00 （2-4）（2-4） 返回本节目录返回本节目录 第60页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、o 其中，其中，t，t0分别为两个接点的温度，分别为两个接点的温度，tt0；称；称为为塞贝克系数塞贝克系数，其值随热电极材料

33、和接点温度，其值随热电极材料和接点温度而定。而定。o 当热电极材料当热电极材料A、B确定后，一定时，等于常确定后，一定时，等于常数数C，则对于确定的热电偶，其热电势只与温，则对于确定的热电偶，其热电势只与温度度t成单值函数关系，即成单值函数关系，即o （2-5）CtettEABAB)(),(0返回本节目录返回本节目录 第61页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 1均质导体定律均质导体定律o 一种导体一种导体组成的闭合回路，无组成的闭合回路，无论其是否存在温度梯度，均不论其是否存在温度梯度，均不能产生热电势。能产生热电势。o 公式推导如式（公式推导如式（2-6）：）：o （2-6）

34、返回本节目录返回本节目录 第62页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 一、一、返回本节目录返回本节目录 第63页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 式中：导体式中：导体A在温度在温度t和和t0时单位体积内的电子时单位体积内的电子数。如图数。如图2-10所示。所示。o 这一定则说明，这一定则说明，不能构成热电偶不能构成热电偶。由两种不同材料组成的热电偶则要求材质的。由两种不同材料组成的热电偶则要求材质的均匀性要好，否则热电极的温度分布将会对热均匀性要好，否则热电极的温度分布将会对热电势值产生影响。电势值产生影响。是衡量热电偶质量的重要是衡量热电偶质量的重要指标之一。指标之一。返回

35、本节目录返回本节目录 第64页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、图图2-10 均质导体定律原理图均质导体定律原理图 返回本节目录返回本节目录 第65页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 2中间温度定律中间温度定律o 热电偶热电偶A、B在接触点温度在接触点温度t,t0时的时的等于等于该热电偶在接触点温度该热电偶在接触点温度(t，tn)与与(tn，t0)时的热时的热电势之和。即：电势之和。即：o o ) （2-7）00,(),(),(ttEttEttEnABnABAB返回本节目录返回本节目录 第66页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 2中间温度定律中间温度

36、定律热电偶实际测温时，工作端和参考端有时热电偶实际测温时，工作端和参考端有时会很长。根据中间温度定律，可用补偿导线连会很长。根据中间温度定律，可用补偿导线连接加长热电偶。在接加长热电偶。在内（内（0150）具有和所连接热电偶相同的热电性具有和所连接热电偶相同的热电性质。质。返回本节目录返回本节目录 第67页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 返回本节目录返回本节目录 第68页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 2中间温度定律中间温度定律o 若热电偶与动圈仪表配套使用时，如果冷端温若热电偶与动圈仪表配套使用时，如果冷端温度比较恒定，测量精度要求不高时可将动圈仪度比较恒定，测量精度

37、要求不高时可将动圈仪表的机械零点调至热电偶冷端温度，这相当于表的机械零点调至热电偶冷端温度，这相当于在输入电势之前就给仪表输入一个补偿热电势在输入电势之前就给仪表输入一个补偿热电势。返回本节目录返回本节目录 第69页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 3中间导体定律中间导体定律o 回路中加入回路中加入第三种导体第三种导体，只要加入的导体两端，只要加入的导体两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。即：温度相同，则对回路的热电势没有影响。即：o o （2-8）o 利用中间导体定律利用中间导体定律,可在回路中引入各种仪表可在回路中引入各种仪表和各种连接导线和各种连接导线,使热电偶测温成

38、为可能。如使热电偶测温成为可能。如图图2-11。返回本节目录返回本节目录 第70页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、 图图2-11 中间导体定律中间导体定律返回本节目录返回本节目录 第71页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、 图图2-12 开路电偶的使用开路电偶的使用根据中间导体定律，可以用开路热电偶对液态根据中间导体定律，可以用开路热电偶对液态金属或金属壁面测温。如图金属或金属壁面测温。如图2-12。返回本节目录返回本节目录 第72页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 4总论和推论总论和推论o (1)总论总论o 1）两种均质金属组成的热电偶，其电势大小）

39、两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电级直径，长度和沿热电级长度上的温度与热电级直径，长度和沿热电级长度上的温度分布无关，分布无关，只与只与热电级热电级材料材料和两端和两端温度温度有关；有关；2）热电势大小是两端温度的函数差，如果两）热电势大小是两端温度的函数差，如果两端温度相等，则热电势为零。端温度相等，则热电势为零。返回本节目录返回本节目录 第73页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 二、二、o 4总论和推论总论和推论o (2)推论推论o 1)热电偶必须用两种性质不同热电级构成。热电偶必须用两种性质不同热电级构成。o 2)若热电级材料的性质不均匀，即当热电级若热电级材料的性质不均匀，

40、即当热电级温度分布不同时，温度分布不同时， 则热电偶将产生附加电势则热电偶将产生附加电势。所以根据附加热电势检查热电极材料。所以根据附加热电势检查热电极材料 是否是否均匀，从而衡量热电偶质量的高低均匀，从而衡量热电偶质量的高低返回本节目录返回本节目录 第74页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 1热电偶结构热电偶结构o 热电偶结构（图热电偶结构（图2-13）通常由热电极、绝缘）通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。o 图图2-13 工业热电偶结构示意图工业热电偶结构示意图o1接线盒；接线盒；2保险套管；保险套管；3绝缘套

41、管；绝缘套管；4热电偶丝热电偶丝返回本节目录返回本节目录 第75页（1）装配式热电偶 （2）铠装型热电偶 （3）薄膜型热电偶 （4）快速微型热电偶铠装型热电偶可铠装型热电偶可长达上百米长达上百米 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、返回本节目录返回本节目录 第76页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (1)热电偶丝热电偶丝o 又称又称热电极热电极，它是热电偶的基本组成部分。普，它是热电偶的基本组成部分。普通金属做成的偶丝，其直径一般为通金属做成的偶丝，其直径一般为0.5-3.2mm，贵重金属做成的偶丝，直径一般为，贵重金属做成的偶丝，直径一般为0.3-0.6 mm。偶丝的

42、长度则由使用情况、安装条件，。偶丝的长度则由使用情况、安装条件，特别是工作端在被测介质中插入的深度来决定特别是工作端在被测介质中插入的深度来决定，常用的长度为，常用的长度为350mm。返回本节目录返回本节目录 第77页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o （2）绝缘管）绝缘管o 又称又称绝缘子绝缘子，是用于热电极之间及热电极与保，是用于热电极之间及热电极与保护套管之间进行绝缘保护的零件。形状一般为护套管之间进行绝缘保护的零件。形状一般为圆形或椭圆形，中间开有二个、四个或六个孔圆形或椭圆形，中间开有二个、四个或六个孔。偶丝穿孔而过。材料为粘土质、高铝质、刚。偶丝穿孔而过。材料为粘土质

43、、高铝质、刚玉质等，材料选用视使用的热电偶而定。在室玉质等，材料选用视使用的热电偶而定。在室温下，绝缘管的绝缘电阻应在温下，绝缘管的绝缘电阻应在5M以上。以上。返回本节目录返回本节目录 第78页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (3)保护套管保护套管o 是用来保护热电偶感温元件免受被测介质化学是用来保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤的装置。腐蚀和机械损伤的装置。o 保护套管应具有耐高温、耐腐蚀的性能，要求保护套管应具有耐高温、耐腐蚀的性能，要求导热性能好，气密性好。其材料有金属、非金导热性能好，气密性好。其材料有金属、非金属以及金属陶瓷属以及金属陶瓷三大类三大类。

44、返回本节目录返回本节目录 第79页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (4)接线盒接线盒o 是用来固定接线座和作为连接补偿导线的装置是用来固定接线座和作为连接补偿导线的装置。o 根据被测量温度的对象及现场环境条件，设计根据被测量温度的对象及现场环境条件，设计有普通式、防溅式、防水式和接插座式等有普通式、防溅式、防水式和接插座式等四种四种结构结构形式。形式。返回本节目录返回本节目录 第80页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 2热电极的材料热电极的材料o 原则上任何导体均可原则上任何导体均可,但考虑作为传感器的基但考虑作为传感器的基本要求，故实际可用材料有限，且随着材

45、料技本要求，故实际可用材料有限，且随着材料技术的发展有一定的变化。术的发展有一定的变化。o 工业上对热电极材料的要求：工业上对热电极材料的要求：单值性、复现性单值性、复现性、选择性、超然性、灵敏性、稳定性、可加工、选择性、超然性、灵敏性、稳定性、可加工性和经济性。性和经济性。返回本节目录返回本节目录 第81页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 2热电极的材料热电极的材料o 1)单值性：单值性：电阻温度系数要小电阻温度系数要小,电导率要高电导率要高,组组成热电偶后产生的热电势要大成热电偶后产生的热电势要大,其值与温度成其值与温度成线性关系或有简单的函数关系线性关系或有简单的函数关系

46、;o 2)复现性复现性：在不同的测量条件下测量值应在：在不同的测量条件下测量值应在一定的准确度内一致一定的准确度内一致, 这样便于成批生产这样便于成批生产,而且而且在应用上也可保证良好的互换性在应用上也可保证良好的互换性;返回本节目录返回本节目录 第82页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 2热电极的材料热电极的材料o 3)选择性：选择性：传感器输出只对被测量变化敏感；传感器输出只对被测量变化敏感；o 4)超然性：超然性：对被测量的干扰尽可能小对被测量的干扰尽可能小;o 5)灵敏性：灵敏性：输出信号尽可能大输出信号尽可能大;返回本节目录返回本节目录 第83页 第第节节 热电偶热电

47、偶温度计温度计 三、三、o 2热电极的材料热电极的材料o 6)稳定性：稳定性：在测温范围内要有足够物理、化学在测温范围内要有足够物理、化学稳定性稳定性,不易被氧化或腐蚀不易被氧化或腐蚀;o 7)可加工性：可加工性：材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性,便于便于加工成丝加工成丝;o 8)经济性经济性：价格可被接受。：价格可被接受。返回本节目录返回本节目录 第84页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 3热电偶种类热电偶种类o 热电偶分为：热电偶分为：o 1)标准化热电偶标准化热电偶;o 2)非标准化热电偶。非标准化热电偶。o 在介绍热电偶类型之前，了解分度、分度表和在介绍热电

48、偶类型之前，了解分度、分度表和分度号的含义。分度号的含义。返回本节目录返回本节目录 第85页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 3热电偶种类热电偶种类o (1)分度、分度表和分度号分度、分度表和分度号o 1）分度分度：是指热电偶在每个温度点对应的毫伏值。：是指热电偶在每个温度点对应的毫伏值。o 2）分度表分度表：不同温度点对应的毫伏值所组成的表叫：不同温度点对应的毫伏值所组成的表叫分度表。分度表。o 不同材料不同材料的热电偶的的热电偶的分度不一致分度不一致，即在冷端温度为，即在冷端温度为0C时，其热电势与热端温度的关系不一致，在有关时，其热电势与热端温度的关系不一致，在有关资料中

49、给出了热电偶的分度表。资料中给出了热电偶的分度表。返回本节目录返回本节目录 第86页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 3热电偶种类热电偶种类o 3）分度号：分度号：分度表是用来区别不同材料制成的热电偶分度表是用来区别不同材料制成的热电偶，是热电偶材料的标记符号。，是热电偶材料的标记符号。o 常用的常用的7个标准热电偶的分度号是个标准热电偶的分度号是K、S、B、T、E、J和和R。不同的分度号表示不同的含义。不同的分度号表示不同的含义。o 如分度表中的分度号如分度表中的分度号S表明采用表明采用的热电偶，的热电偶，即正极采用即正极采用（铂），（铂），(铑铑)制成，负极采制成，负极采用

50、用100%Pt制成。制成。返回本节目录返回本节目录 第87页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (2)标准化热电偶标准化热电偶o 标准化热电偶是指工艺成熟，能批量生产、性能稳定标准化热电偶是指工艺成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际、国家标、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际、国家标准性文件的热电偶。由于标准化文件对同一型号的标准性文件的热电偶。由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是说标准化热电偶具有统热电性质和允许偏差，也就是说标准化热电偶具

51、有统一的分度表。对于同一型号的标准化热电偶具有互换一的分度表。对于同一型号的标准化热电偶具有互换性、使用十分方便。性、使用十分方便。o 常见的标准化热电偶见表常见的标准化热电偶见表2-2。o 标准化热电偶热电动势和温度的关系见图标准化热电偶热电动势和温度的关系见图2-14返回本节目录返回本节目录 第88页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、1）铂铑铂铑10铂热电偶（铂热电偶（S型）型）2）铂铑）铂铑13铂热电偶（铂热电偶（R型）型） 3）铂铑）铂铑30铂铑铂铑6热电偶（热电偶（B型）型） 4）镍铬）镍铬镍硅热电偶（镍硅热电偶（K型）型） 5）镍铬硅）镍铬硅镍硅热电偶（镍硅热电偶（N型

52、）型）6）镍铬）镍铬康铜（康铜（E型）型）7）铁）铁康铜（康铜（J型）型）8）铜）铜康铜（康铜（T型）型） 返回本节目录返回本节目录 第89页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (2)标准化热电偶标准化热电偶表表2-2 常用的标准化热电偶常用的标准化热电偶返回本节目录返回本节目录 第90页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (2)标准化热电偶标准化热电偶图图2-14 标准化热电偶热电动势和温度的关系标准化热电偶热电动势和温度的关系返回本节目录返回本节目录 第91页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (3) 非标准化热电偶非标准化热电偶o 对这一类热电偶

53、的研究还不够成熟，虽然已有对这一类热电偶的研究还不够成熟，虽然已有产品，也能够使用，但还没有统一的分度表。产品，也能够使用，但还没有统一的分度表。非标准化的热电偶发展很快，主要目的是进一非标准化的热电偶发展很快，主要目的是进一步扩展高温、低温和超低温的测量范围。步扩展高温、低温和超低温的测量范围。o 主要有：主要有：贵金属热电偶、贵一廉金属混合式热贵金属热电偶、贵一廉金属混合式热电偶、难熔金属热电偶和非金属热电偶等。电偶、难熔金属热电偶和非金属热电偶等。返回本节目录返回本节目录 第92页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 4常见的热电偶常见的热电偶o 常见的热电偶是工业热电偶、铠

54、装热电偶和薄常见的热电偶是工业热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶膜热电偶o (1)工业用热电偶工业用热电偶o 图图2-13为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。 返回本节目录返回本节目录 第93页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (2)铠装热电偶铠装热电偶o 铠装热电偶是由导体、高绝缘氧化镁、外套铠装热电偶是由导体、高绝缘氧化镁、外套 1Cr18Ni9Ti不锈钢保护管

55、，经多次一体拉制而不锈钢保护管，经多次一体拉制而成。成。o 铠装热电偶产品主要由接线盒、接线端子和铠铠装热电偶产品主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶组成基本结构，并配以各种安装固定装热电偶组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成。装置组成。返回本节目录返回本节目录 第94页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 铠装热电偶又称套管式热电偶（图铠装热电偶又称套管式热电偶（图2-15）。）。图图2-15 铠装式热电偶断面结构示意图铠装式热电偶断面结构示意图1金属套管; 2绝缘材料; 3热电极 (a)碰底型; (b)不碰底型; (c)露头型; (d)帽型返回本节目录返回本节目录 第95页

56、第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 铠装热电偶优点：铠装热电偶优点：o 小型化（直径从小型化（直径从12mm到到0.25mm）、寿命）、寿命、热惯性小，使用方便。、热惯性小，使用方便。 测温范围在测温范围在1100 以下的有：镍铬以下的有：镍铬镍硅、镍铬镍硅、镍铬考考铜铠装式热电偶铜铠装式热电偶返回本节目录返回本节目录 第96页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 铠装热电偶分绝缘式和接壳式两种。铠装热电偶分绝缘式和接壳式两种。o 1)接壳式：接壳式：热电偶的测量端与金属套管接触并焊接热电偶的测量端与金属套管接触并焊接在一起。适用于测量温度高、压力高、腐蚀性较强的在一起

57、。适用于测量温度高、压力高、腐蚀性较强的介质。介质。o 2)绝缘式：绝缘式：热电偶的测量端焊接后填以绝缘材料再热电偶的测量端焊接后填以绝缘材料再与金属套管焊接。适用范围同接壳式，特点是偶丝与与金属套管焊接。适用范围同接壳式，特点是偶丝与保护金属套管不接触，具有电气绝缘性能。保护金属套管不接触，具有电气绝缘性能。返回本节目录返回本节目录 第97页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o 铠装热电偶冷端连接补偿导线的接线盒的结构铠装热电偶冷端连接补偿导线的接线盒的结构，根据不同的使用条件，有不同的式。，根据不同的使用条件，有不同的式。o 如简易式、带补偿导线式、插座式等，选用时如简易式、带

58、补偿导线式、插座式等，选用时可参考有关资料。可参考有关资料。o 由于铠装热电偶具有寿命长、机械性能好、耐由于铠装热电偶具有寿命长、机械性能好、耐高压、可挠性等许多优点，因而深受欢迎。高压、可挠性等许多优点，因而深受欢迎。返回本章目录返回本章目录返回本节目录返回本节目录 第98页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、o (2)薄膜热电偶薄膜热电偶o 薄膜热电偶薄膜热电偶又叫又叫快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶，是由两，是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构热电偶。种金属薄膜连接而成的一种特殊结构热电偶。o 特点：特点：热端既小又薄，热容量很小，可用于微热端既小又薄，热容量很小，可用于

59、微小面积上的温度测量，动态响应快，可测量瞬小面积上的温度测量，动态响应快，可测量瞬变的表面温度（图变的表面温度（图2-16），特别适用于对壁），特别适用于对壁面温度的快速测量。面温度的快速测量。返回本节目录返回本节目录 第99页 第第节节 热电偶热电偶温度计温度计 三、三、图图2-16 快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶1热电极; 2热接点;3绝缘基板; 4引出线返回本节目录返回本节目录 第100页 例例 题题 o 【例例2-1】已知在热端已知在热端100，冷端，冷端0时，铜时，铜铂相配热电势为铂相配热电势为0.75mV，考铜与铂相配的热，考铜与铂相配的热电势为电势为-4.0mV，问铜考铜热

60、电偶此温度下的，问铜考铜热电偶此温度下的热电势？热电势？o 【解解】设铜为设铜为A，铂为，铂为B，考铜为，考铜为C 由已知：由已知： o 例题中：主要通过查（分度）表来完成的，查例题中：主要通过查（分度）表来完成的，查表时要注意四点：冷端表时要注意四点：冷端0；由；由T查查E（T，0）；由）；由E（T,0）查）查T；显示仪表刻度以分度表；显示仪表刻度以分度表为准。为准。返回本节目录返回本节目录 第101页 例例 题题 o 例题中主要通过查（分度）表来完成的。例题中主要通过查（分度）表来完成的。o 查表时要查表时要注意四点注意四点：o 1）冷端）冷端0；o 2）由）由t查查E（t，0）；）；o