温度检测技术与仪表

1、2.1概述2.2膨胀温度计2.3热电阻温度计2.4热电偶温度计2.5辐射温度计2.6光纤温度计2.7集成温度传感器2.8温度检测仪器的选择、内容安排：2.1概述温度是表示物体冷热程度的物理量，是物体内部分子热运动平均动能的标志。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。2.1.2温标，2.1.1温度的基本概念，为保证温度值的统一性和准确性而建立的温标简称为温标，是一套测量温度和表示温度值的规则。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。温度标度的三个要素：固定温度点；温度测量仪；温度标度方程。在标准大气压下，氯化铵和冰的混合物是0华氏度，水的冰点是32华氏度，水的沸点是212华

2、氏度。在沸点和冰点的固定点之间等分180份，每份为1华氏度，单位符号为f，2.1.2.1华氏温标，2.1.2.2摄氏温标，在标准大气压下，水的冰点为0，水的沸点为100，中间等分100份，每份为1，用符号t表示，单位符号写成。2.1.2.3热力学温度标度，水的三相点(固体、液体和气体共存)为273.16，1/273.16定义为1K。热力学温度的起点是绝对零度，所以不能是负的，冰点是273.15千，沸点是373.15千。注意水的冰点和三相点之差，是0.01千.2.1.2.4国际实用温标，规定热力学温度用开尔文表示，以K为单位，1K等于水的三相点的热力学温度的1/273.16。ITS-90定义如下

3、：在0.65k和5.00k之间，T90由He3和He4的蒸汽压和温度之间的关系定义。在3.0K24.5661K(氖三相点)之间，T90由氦气温度计定义。在13.8033K(平衡氢的三重点)和961.78(银的冰点)之间，T90由铂电阻温度计定义，它使用一组定义的固定点，并使用指定的插值方法进行划分。高于961.78(银的冰点)，T90由普朗克辐射定律定义，再现仪器是光学高温计。2.1.3温度检测仪器的分类，温度检测方法一般可分为两类，即接触测量法和非接触测量法。常用温度计的分类和性能，2.2膨胀温度计，通过测量物质的膨胀或收缩来反映测量温度的温度计，统称为膨胀温度计。2.2.1玻璃管液体温度计

4、，由装有液体的玻璃泡、毛细管和刻度组成。其原理是液体受热后体积膨胀，温度指示是根据液体在玻璃毛细管中的位置来读取的。除了水银温度计，还有主要用于测量低温的有机液体温度计。实验室用玻璃管液体温度计适用于高精度、高灵敏度的科研机构。有三种工业水银温度计：直型、90度和135度。2.2.2双金属温度计由两块线膨胀系数不同的金属片焊接而成，一端固定，另一端(称为自由端)通过传动机构与指针连接。双金属，一种工业上广泛使用的指示双金属温度计。螺旋温度传感元件由双金属制成，其一端固定，另一端(自由端)连接到心轴，并且在外部增加了金属套筒。它能在各种生产过程中直接测量-80 500范围内的液体、蒸汽和气体的温

5、度。由双金属片制成的温度计通常用作温度继电器控制器、极端温度报警器或某些仪器的温度补偿器、双金属片温度报警器和2.2.3压力温度计，它们根据以下原理测量温度主要由感温包、毛细管和弹簧管组成。包含工作物质。气体类型通常充满氮气；液体型通常填充二甲苯或甲醇；蒸汽型一般充满丙酮、氯甲烷、乙醚等。2.3温度计，利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度变化进行温度测量；2.3.1金属热电阻温度计，由电阻器、绝缘套管和接线盒等主要部件组成。虽然大多数金属和半导体的电阻和温度有一定的关系，但并非所有的金属或半导体都能制成电阻温度计。用于温度测量的热电阻(或热敏电阻)应满足以下要求：(1)电阻的温度系数应较大，

6、以获得较高的灵敏度；(2)化学和物理性质应在温度测量范围内稳定；(3)重现性好；(4)电阻率应较大，以获得较小的元件，从而保证较小的热容量和热惯性，并使对温度变化的响应更快；(5)电阻的温度特性尽可能接近线性，便于刻度和读数；(6)价格相对较低。2.3.1.1常用热电阻和铂电阻的特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性气氛中，即使在高温下，物理和化学性质也非常稳定。它易于纯化，可再生和制造，并可制成非常薄的铂丝或箔。与其他热阻材料相比，它具有更高的电阻率。缺点：电阻的温度系数小，在还原性气氛中，特别是在高温下，容易被污染和变脆，而且价格昂贵。在2000的范围内，铂的电阻-温度关系为Rt=R0

7、 (1在Bt2时)，C(t100 )t3在0650的范围内，关系为Rt=R0(1在Bt2时)，其中A、B和C是常数。目前，工业铂电阻的R0值为10和100，对应的刻度数分别为Pt10和Pt100。分度表见附录二(给出电阻与温度的关系)。在50150的温度范围内，铜的热阻与温度的关系为0。目前，国内工业铜热电阻有两种R0值，对应的分度号为Cu50和Cu100，对应的分度表见附件2。2.3.1.2热电阻结构，普通工业热电阻结构，1根热电阻线；2电阻支架；3条线索；4绝缘瓷管；5保护套管；6连接法兰；7接线盒；8导孔。铜热阻结构示意图，铂热阻结构示意图，铠装热阻结构1不锈钢管；2个温度传感元件；3条

8、内部引线；4氧化镁绝缘材料，2.3.2半导体热敏电阻温度计，优点：热敏电阻的温度系数比金属大，大约大49倍；电阻率大，因此可以制成体积小的非常小的电阻元件；结构简单，机械性能好。热敏电阻可分为三种类型：正温度系数、负温度系数和临界温度系数。热敏电阻的主要特性温度特性、伏安特性、热敏电阻结构、热敏电阻的主要参数、标称电阻值RH、耗散系数h、热容量c、能量灵敏度g、时间常数、额定功率PE、热敏电阻的线性化、NTC的几种组合电路及其热电特性曲线、2.3.3热敏电阻温度传感器的应用、热敏电阻测温桥的三线接线方法、热敏电阻测温桥的四线接线方法、 使用热电阻测量温度时应注意以下问题：热电阻的型号和规格参数

9、应根据测温范围和被测温度场气氛等因素选择； 安装地点应避开热源和炉门；热阻应垂直安装。热阻的插入深度应大于其保护套管外径的810倍；电阻丝和被保护物之间应保持良好的绝缘因此，有，2.4.2热电偶的基本定律，均匀导体的2.4.2.1定律。不管导体的横截面积和长度以及各处的温度分布如何，由均匀导体组成的闭环都不能产生热电势。中间导体2.4.2.2定律，第三个均匀导体C连接到由导体A和导体B组成的热电偶回路。如果导体C两端的温度相同，第三个导体的连接不会改变热电偶的总电势EAB(T，T0)。(一)热电偶测温电路(二)等效电路，2.4.2.3标准电极定律，如果甲、乙知道标准电极丙的热电势，甲、乙构成热

10、电偶时的热电势是甲、乙分别构成热电偶时热电势的代数和，2.4.2.4连接导体定律，在热电偶回路中，如果导体甲、乙分别与导体甲、乙连接，接头温度分别为T、Tn、T0， 那么总回路电动势等于热电偶热电势和连接导体热电势的代数和，2.4.2.5中温定律，热电偶在接头温度和0。2.4.3热电偶的类型和结构，2.4.3.1标准热电偶，热电势与温度关系曲线的标准热电偶，以及其他标准热电偶j铁铜镍(康铜)-210-1200 N镍铬硅-镍硅-270-1300 R铂铑13-铂-50-1766 2.4.3.2非标准热电偶，(1)贵金属热电偶，(2)贵金属-廉价金属混合热电偶，(3)难熔金属热电偶，(4)非金属热电

11、偶，(1)普通装配热电偶，2.4.3.3热电偶结构，(a): L端子2个接线底座；3绝缘套管；4个热电极(B): 1个测量端；2热电极；3绝缘套管；4保护管；5接线盒，(2)铠装热电偶，(3)高性能固体热电偶和(4)其他热电偶薄膜热电偶。热夹套热电偶。高温耐磨热电偶。快速微型自耗热电偶。2.4.4热电偶的冷端温度补偿。当使用热电偶测量温度时，只有将冷端温度保持在或进行一些修正，才能获得准确的测量结果。这称为热电偶的冷端温度补偿。2.4.4.1补偿线，热电偶的补偿线通常由补偿线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。在低于100(或200)的温度范围内，补偿线具有与匹配热电偶的标称热电势相同的特性。使

12、用补偿线时应注意以下问题：补偿线只能在规定的温度范围内使用(普通型小于100，耐热型小于200)；补偿线和热电偶的两个接头的温度必须相同；不同类型的热电偶配有不同的补偿线；补偿线的阳极和阴极分别与热电偶的阳极和阴极相连；补偿线的作用是将冷端转移到恒温的地方。2.4.4.2冰点法、2.4.4.3恒温迁移法，根据补偿导线末端环境温度的估计值，人为地将显示或记录仪器的零点调整到这个值。2.4.4.4计算修正法，基于中间温度定律，2.4.4.5电桥补偿法，2.4.4.6二极管补偿法，2.4.4.7集成温度传感器补偿法，2.4.4.8软件补偿法，利用高性能半导体温度传感器实现温度测量和补偿，2.4热电偶

13、结构形式的选择，插入深度，热电偶测量端形式，接线盒，连接方式，热电偶在特殊场合的使用，2.4.5.2热电偶的安装和使用，安装位置的选择，从生产工艺角度， 温度测量点必须具有典型性和代表性，必须准确反映过程参数的实际值，否则将失去测量和控制的意义。 安装模式的选择。热电偶有三种安装方式：水平安装、垂直安装和倾斜安装。电极绝缘问题和补偿线连接热阻的影响，热电特性变化的影响，热电偶的线性化，2.5辐射温度计，当物体在绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动以电磁波的形式向外辐射能量，这就是所谓的热辐射。通过测量辐射能，可以间接获得被测物体的温度。2.5.1辐射温度测量的物理基础，辐射温度探测器可以接收

14、0.340米左右的热辐射波段，因此大多数辐射温度探测器工作在可见光和红外光的某一波段或波长。2.5.1.1热辐射的基本概念是指当一个物体处于任何高于0 K的温度时，其中带电粒子的热运动会发出不同波长的电磁波，这种现象称为热辐射(或温度辐射)。2.5.1.2热辐射基本定律，(1)普朗克定律和维恩公式，(2)斯蒂芬玻尔兹曼定律(总辐射定律)，2.5.1.3辐射温度测量法，(1)亮度法，(2)总辐射法，(3)比色法，2.5光电高温计，WDL-31光电高温计，1物镜，2同步信号发生器，3调制镜，4微电机，5反射镜，6聚光器，7参考灯，8检测元件，2.5.3总辐射温度计和总辐射温度计根据斯蒂芬玻尔兹曼测

15、量温度透镜聚焦辐射高温计，1个物镜；2.补偿隔膜。3铜壳；4个玻璃泡；5热电堆；6片铂黑片；7吸收玻璃；8目镜；9个小孔；10云母片，2.5.4比色温度计，通过测量散热器在两个波长下的单色辐射率随温度变化的特性来测量温度。双通道比色温度计，1物镜；2个调制盘；3个检测元件；4反射镜；5棱镜；6电机，2.6光纤温度计，2.6.1光纤2.6.1.1光纤结构，2.6.1.2工作原理，光纤的工作基础是光的全内反射。2.6.2光纤温度传感器，2.6.2.1型光纤温度传感器，(1)功能型光纤温度传感器，(2)非功能型光纤温度计，(1)液晶光纤温度计，(2)荧光光纤温度计，荧光光纤温度传感器结构图，(a)激发光谱和荧光光谱；(b)荧光强度与温度的关系曲线；荧光光纤温度计的光谱和工作原理：(3)半导体光纤温度计，利用半导体材料的光吸收随温度变化的原理来测量温度。半导体吸收特性曲线，(a)温度测量系统，(b)探头结构，半导体吸收光纤温度传感器，双光纤参考通道法原理框图，(4)光