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1、TC基础讲座 2011.06.01 序言 什么是TC (Thermocouples的原理及效应) 非接触性温度测量技术 (Infrared Pyrometer),TC（thermocouple）教程,序言,宏观来讲，温度在日常生活中以冷热或是多少度来形容是一种物理量,微观来讲是物体内部分子间平均动能的一种表示形式。 为什么“温度”是一种能量的表示方式: 以理想气体方程式来表示: PV = nRT T=PV/nR 所以温度在气体分子表现的是和(压力 和气体摩尔量成反比P=理想气体压力 V=理想气体体积 n=理想气体体积摩尔量 R=理想气体常数 T=理想气体温度以热量, 温度和质量的关系为: Q=

2、msT Q:热量 m:质量 s:比热 T:温度变化量,以实验来看 : 它是一种可以转移的能量型式, 如下图中 小朋友把球由手上往上扔到2公尺的高度,落地后回弹到1.1公尺的高度 , 由测量上(球的温度)可以发现球的位能有一部分因为球落地后的摩擦,把能量转换成热能了,(球内气体压力增加后温度上升, 而压力恢复后热量尚未完全散逸),什么是TC (Thermocouples的原理及效应),TC为热电偶，它是一重被广泛应用的温度传感器，也被用来将热势差转换为电势差。它的价格低廉，易于更换，而且具有很大的温度量程。 Thermocouple(热电偶)原理: 指的是两段不同的导体接合在一起的意思，而若你在

3、一边接合端加热使的两接合端的温差不同的话，会产生热电动势从而产生电流，而这个效应称为热电效应，最主要的功能是拿来当作温度计测量温度。 此热电效应主要是因不同种类金属拥有自由电子数不同，当两金属连接形成回路，温度改变会造成接触面自由电子运动而使金属间产生电位差。此电位差由接触面积、温度差、与金属种类来决定，当两端温度相同时，端点所产生之热电动势相同，故回路中不会有电流；若两端间存在温度差，导致热电动势大小不同而产生一电流由高电动势往低电动势流动。 （如下图）,西贝克效应 (seebeck effect)： 两种不同之金属线连接两端，若其两端之温度不同，则有连续电流产生，如图所示： T2为热接合点

4、：或称为测定接合点，热电偶二金属线之接合端点，所形成之接合点。 T1为冷接合点：或称为参考接合点，连接与测定仪器之二金属线各一端点，所形成接合点。 加热测定接合点所产生的电压，此电压会随接合点与参考点间的温度差而不同。,热电偶根据材料有不同型号，以下介绍其不同型号TC的温度范围和环境。 热电偶材料须具备的条件 热电效率较高，亦即能发出较大之EMF。 热电动势较稳定，且长期使用亦不发生变化。 具有抗蚀，抗氧化及抗湿等性质。 具有较高之熔点。 易制造，有互换性及价格较廉。,热电势优缺点：优点：1. 细微的温度变化亦可测定； 2. 测定时反应速度快； 3. 不需提供电源。缺点：1. 参考点需要补偿

5、(compensation)； 2. 如仪器没有作补偿的工作，常温左右的温度不易精确测定。 安装热电偶温度计的注意事项： 避免将热电偶装于火焰经过之处。 将热电偶置于平均温度处，与加热炉之情況，可多装敷对热电偶并联相接。 将热电偶之热点尽可能置于可窥见处。 热电偶必须深深插入，使其热点确实装在所测量温度之中。 考虑热电偶是否因所测温度太高而有熔融之危险。 切勿将瓷管保护套管突然插入高温之流体中，防止套管之破裂。 测量各式加热炉气体温度时，须将烟筒及烟壁之辐射问题详加考虑。 因热电偶产生的emf很小，故配线时需注意不能与其他电路共同一导管，至少离开一至二英尺以上。,非接触性温度测量技术 (Inf

6、rared Pyrometer),特点: 1. 测量速度快&准确； 2. 可测量移动是物体；(如图) 3.可测量某些有危害性或无法接触的溫度 (如 高压) 4. 可量某些较高的溫度1300C 5. 没有接触的界面传导测量问题 6. 不平整的表面也可以测量 需克服的问题: 1. 被测物必需IR可到达 2. IR lens需要保护, 避免接触雾气,及 凝结液体 3. 只有被测物表面能被测量 (如图),并 且不同被测物表面的反射系数也不同,所 以需正搭配修正因数,测量值才会正确。,常用的温度计,常用的温度计: 水银温度计 双金属温度计 电阻式温度计 温度准位记录标准 水银温度计 (mercury-i

7、n-glass thermometer)原理：当热度自球径外壁传入时，膨胀球內之水银即在细管中上升至一定高度(体积改变)，玻璃管外壁刻以度数，水银之位置即代表此温度。 双金属温度计 (bimetal thermometer)原理：将二种或二种以上具有不同膨胀系数之金属片焊合在一起，当温度改变时，因金属片膨胀程度之不同而使此金属片组产生弯曲。如将此金属片组之一端固定，另一端装上指针则因偏转而产生指示。,电阻式温度计 (resistance thermometer)原理：金属导体的电阻随温度的升高而增加；随温度之降低而减少，测量此金属导体电阻值，即能间接求得温度。此种温度与电阻之关系可由下列算式代

8、表：Rt = Ro(1 + at + bt2 )其中 Rt：在温度t 时的电阻，欧姆 Ro： 0时的电阻，欧姆 t ：温度值， a ：电阻的温度系数 b ：校正系数温度准位记录标签 (Change-of-State , irreversible Temperature labels)原理：在标签上涂上会依不同温度而变色的化学试剂，当温度超标时该涂层材料因融化再凝固的相变就会变色，并且此变化是不可逆的。此种标签因为体积小不需额外电路配合因此使用方便，常用在仪器，药品运送上，来确认物件温度是否维持在规范的范围之下。,温度的刻划是以基本的间隔为准，其固定点温度的刻划是根据基本的物理现象，例如冰的熔点及水的沸点。 1、摄氏温标 (Celsius scale)（）一大气压水的冰点为0；沸点为 100。2、华氏温标 (Fahzenheit sacle)（）由华氏制定一大气压下水的冰点为 32，沸点为 212。3、开式温标 (Kelvin scale)（K）又称绝对温标,其绝对零度时的温度为摄氏零下-273.15 大气压下水的冰点为 273.16K，沸点为 373.16K。4、列氏温标 (Rankine