过程检测技术

1、一、自然规律与检测方法 守恒定律、场的定律、物质定律、统计法则二、基础效应与检测方法 光电效应、热电效应、电（流）磁效应、压电效应、应变效应与压阻效应三、参数检测的一般方法 光学法、力学法、热学法、电学法、声学法、磁学法、射线法1 1温度测量的依据及方法温度测量的依据及方法2 2温标的三要素及温标的三要素及ITS-90ITS-90温标的主要内容温标的主要内容3 3热电偶测温原理及基本定律热电偶测温原理及基本定律4 4常用常用热电偶类型及特性热电偶类型及特性5 5热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿6 6热电偶测温电路及其测温应用热电偶测温电路及其测温应用7. 7. 热电阻测温原理、测温线路及热

2、电阻类热电阻测温原理、测温线路及热电阻类型型 温度测量的依据为了判断温度的高低，借助于某种物质的某种特性随温度变化的规律，这些特性变化作为温度测量的依据。 1、温度的基本概念(宏观、微观) 温度是一个基本物理量。 温度的宏观概念是冷热程度的表示，或者说，互为热平衡的两物体，其温度相等。 温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。 自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此温度是工农业生产、科学试验以紧密相关，因此温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重及日常生活中需要普遍进行测量和控制

3、的一个重要物理量。要物理量。 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而而用来量度物体温度数值的标尺叫温标用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标。氏温标、热力学温标。1）经验温标经验温标 经验温标的基础是利用物质体膨胀与温度的关系。认为在两个易于实现且稳定的温度点之间所选定的测温物质

4、体积的变化与温度成线性关系。把在两温度之间体积的总变化分为若干等分，并把引起体积变化一份的温度定义为1度。经验温标与测温介质有关，有多少种测温介质就有多少个温标。 按照这个原则建立的有摄氏温标、华氏温标。 摄氏温标摄氏温标：所用标准仪器是水银玻璃温度计。分度方法是规定在标准大气压力下，水的冰点为零度，沸点为100度，水银体积膨胀被分为100等份，对应每份的温度定义为1摄氏度，单位为“oC“ 华氏温标华氏温标：标准仪器是水银温度计，按照华氏温标，水的冰点为32oF，沸点是212oF。分成180份，对应每份的温度为1华氏度，单位为“oF”。摄氏温度和华氏温度的关系为 热力学温标又称开尔文温标，或称

5、绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度；是一种与测温工质无关的温标；是以热力学第二定律为基础的一种理想温标。 热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。 国际温标由国际上协商决定，既能体现热力学温度，又使用方便、容易实现的温标。 建立国际温标的三要素： 1.定义固定点作为温标基准点 相平衡温度 2.内插公式 3.基准仪器273.15tTCK国际温标 ITS-27 ITS-48 ITS-68 ITS-90 热力学温度是基本温度，记作T90，其单位是开尔文（符号为K） 热力学温度规定水三相点温度是273.16K，1K等于水三相点温度的1/273.16。 摄氏温度记作t90，单位为摄氏

6、度（） T90与t90关系 t90= T90-273.15ITS-90国际实用温标规定了1717个定义固定点个定义固定点ITS-90国际实用温标分为4 4个温区个温区，各个温区中使用的内插仪器内插仪器为：(1) 0.655.0K间为3He和4He蒸气压温度计；(2) 3.024.5561K间为3He和4He定容气体温度计；(3) 13.9033K961.78间为铂电阻温度计：(4) 961.78以上为光学或光电温度计。 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式接触式和非接触式非接触式两大类。 1. 1. 接触式测温接触式测温 接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，

7、最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。 2、非接触式测温、非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。 又可分为: 膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、 电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、 热电式

8、温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。 又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计。 按照温度测量范围温度测量范围，可分为超低温、低温、中高温和超高温温度测量。超低温一般是指010K，低温指10800K，中温指8001900K，高温指19002800K的温度，2800K以上被认为是超高温。1.热电偶热电偶的工作原理的工作原理 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接成一个闭合串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电

9、效应。生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。热电势热电势= =两导体的接触电势两导体的接触电势+ +同一导体的温差电势同一导体的温差电势接触电势（接触电势（PeltierPeltier电势）电势）：由于不同导体中由于不同导体中的自由电子密度（单位体积内自由电子数）不的自由电子密度（单位体积内自由电子数）不同，故当二种不同的金属导体同，故当二种不同的金属导体A A和和B B相互接触时，相互接触时，接触面上发生电子扩散，其扩散率与两导体的接触面上发生电子扩散，其扩散率与两导体的自由电子密度差值和接合面温度成正比。自由电子密度差值和接合面温度成正比。 接触电势：接触电势：BAABNNlneKT)T

10、(edT)TT(eTTA0A0),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABAB TTBTTABABAdTdTNNeKTNNeKT00lnln0 TTBABAdTTTNNeK0)()(ln0 1.热电偶回路中热电势仅与热电偶电极材热电偶回路中热电势仅与热电偶电极材料及两接点温度有关；料及两接点温度有关；2.2.当冷端温度恒定时，一定材料的热电偶当冷端温度恒定时，一定材料的热电偶产生的热电势仅与热端温度有关；产生的热电势仅与热端温度有关；3.3.由于温差电势远小于接触电势，热电偶由于温差电势远小于接触电势，热电偶回路中热电势主要取决于接触电势。回路中热电势主要取决于接触

11、电势。1)1)均质导体定律均质导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。热电偶回路的总热电动势。TT0TT0V2)2)中间导体定律中间导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。电动势。)()()(00TTETTETTEnABnABAB 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电偶，如

12、组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，果他们所产生的热电动势为已知，A A和和B B两极配对两极配对后的热电动势可用下式求得后的热电动势可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。S S 铂铑铂铑1010- -铂铂 R R 铂铑铂铑1313- -铂铂 B B 铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6 K K 镍铬镍铬- -镍硅镍硅E E 镍铬镍铬- -铜镍合金（康铜）铜镍合金（康铜） N N 镍铬硅镍铬硅- -镍硅镍硅J J 铁铁- -

13、铜镍合金（康铜）铜镍合金（康铜） T T 铜铜- -铜镍合金（康铜）铜镍合金（康铜） 铂铑铂铑1010铂热电偶（铂热电偶（S S型）是贵重热电偶。型）是贵重热电偶。这种热电偶复制精度和测量准确度较高，在这种热电偶复制精度和测量准确度较高，在13001300以下以下的范围内可长时间使用，在氧化性或的范围内可长时间使用，在氧化性或中性介质中具有较高的物理化学稳定性，可用于中性介质中具有较高的物理化学稳定性，可用于精密温度精密温度测量。其主要缺点是金属材料的价格昂测量。其主要缺点是金属材料的价格昂贵，热电灵敏度低，热电特性非线性较大，在高贵，热电灵敏度低，热电特性非线性较大，在高温时易受还原性气体发

14、出的蒸汽和金属蒸汽的侵温时易受还原性气体发出的蒸汽和金属蒸汽的侵害而变质，失去测量准确度。害而变质，失去测量准确度。 铂铑铂铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶（热电偶（B B型）也属贵重热电型）也属贵重热电偶，它具有偶，它具有S S型热电偶的各种特点。两个铂铑电型热电偶的各种特点。两个铂铑电极抗污染能力强，极抗污染能力强，长期使用温度可达长期使用温度可达16001600。这。这种热电偶产生的热电势很小（在所有标准化热电种热电偶产生的热电势很小（在所有标准化热电偶中偶中热电势为最小热电势为最小），当测量温度小于），当测量温度小于5050时，时，热电势小于热电势小于3v3v，因此在测量高温时可不考

15、虑自，因此在测量高温时可不考虑自由端的温度补偿。由端的温度补偿。 镍铬镍铬镍硅热电偶（镍硅热电偶（K K型）是一种使用十分型）是一种使用十分广泛的广泛的贱金属热电偶贱金属热电偶。热电极材料具有较好的高。热电极材料具有较好的高温抗氧化性，长时间测量温抗氧化性，长时间测量900900以下的温度，这以下的温度，这种热电偶还具有复现性好，产生的种热电偶还具有复现性好，产生的热电势大，而热电势大，而且线性好，价格便宜等优点且线性好，价格便宜等优点。虽然测量精度偏低，。虽然测量精度偏低，但完全可以满足一般工业测量要求。它的主要缺但完全可以满足一般工业测量要求。它的主要缺点是用于还原性介质中电极会受到腐蚀，

16、这种情点是用于还原性介质中电极会受到腐蚀，这种情况下只能用于测量况下只能用于测量500500以下的温度。以下的温度。 镍铬镍铬铜镍热电偶（铜镍热电偶（E E型）在我国通常称为镍型）在我国通常称为镍铬铬康铜热电偶。这种热电偶热电康铜热电偶。这种热电偶热电灵敏度大灵敏度大，在，在所有标准化热电偶中为最大，可测量微小变化的所有标准化热电偶中为最大，可测量微小变化的温度，另外它可在高湿度气体环境中使用。其缺温度，另外它可在高湿度气体环境中使用。其缺点是铜镍合金难于加工，热电均匀性较差，不能点是铜镍合金难于加工，热电均匀性较差，不能用于还原性介质中。用于还原性介质中。工业用热电偶测温范围 (1)0C恒温

17、法 这种方法是将热电偶的参比端保持在稳定的0C环境中。. . .12345678AB1-冰水混合体；冰水混合体；2-保温保温瓶；瓶；3-水银；水银；4-蒸馏水蒸馏水；5-试管；试管；6-盖；盖；7-铜铜导线；导线；8-显示仪表显示仪表图图4.5 冰点槽冰点槽 当热电偶参比端为不等于0 C时，需对仪表的示值加以修正，因为热电偶的温度热电动势关系以及分度表是在参比端为0 C得到的。修正公式： 所谓补偿导线就是用热电性质与热电偶相近的材料制成导线用它将热电偶的参比端延长到需要的地方，而且不会对热电偶回路引入超出允许的附加测温误差。 随着热电偶的标准化，补偿导线也形成了标准系列。国际电工委员会也制定了

18、国际标准，适合于标准化热电偶使用。补偿导线补偿导线：一对廉价的金属导线，它的热电特性在一定的温度范围内与热电偶相同或基本相同，这对金属导线称为补偿导线。作用作用：延长热电极。类型类型：延伸型补偿导线和补偿型补偿导线。 延伸型补偿导线用字母“X”表示，延伸型补偿导线材料与热电偶电极的材料相同； 补偿型补偿导线用字母“C”表示。在使用补偿导线时应注意以下问题：在使用补偿导线时应注意以下问题： 补偿导线只能在规定的温度范围（一般为0100）内使用； 不同型号的热电偶应配用不同的补偿导线； 补偿导线的正、负极应分别与热电偶的正、负极相连； 热电偶与补偿导线相连的两个接点应保持相同的温度。VE18010

19、 ,30例例 用镍铬用镍铬- -铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势得的热电势E（t，t1）66982V，而自由端的，而自由端的温度温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。 解解由附录可以查得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则再查附录可以查得68783V对应的温度为900。 39 由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电势对应的温度值加上自由端的温度，并不等于实际的被测温度。 譬如在上例中，测得的热电势为66982V，由附录可查

20、得对应温度为876.6，如果再加上自由端温度30，则为906.6，这与实际被测温度有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。 40热电偶结构热电偶结构 热电偶通常由热电极、绝缘管、保护热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。套管和接线盒等几个主要部分组成。按用途和结构分按用途和结构分: :普通热电偶普通热电偶铠装热电偶铠装热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶测量某一点的温度测量某一点的温度图图1a1a、b b都是一支热电偶和一个仪表配用的连接都是一支热电偶和一个仪表配用的连接电路，用于测量某一点的温度。电路，用于测量某一点的温度。AB

21、AB为热电偶，为热电偶，为补偿导线。为补偿导线。+tABBAmV+tABBAmVt0t0a)冷端在仪表内 b)冷端在仪表外RDA+t1BBAB+t2AmV 图图1 测量某点温度测量某点温度 图图2 测量两点温差测量两点温差 测量两点之间的温度差测量两点之间的温度差 图图2 2是用两支热电偶和一个仪表配合测量是用两支热电偶和一个仪表配合测量两点之间温差的线路。图中用了两支型号两点之间温差的线路。图中用了两支型号相同的热电偶并配用相同的补偿导线。工相同的热电偶并配用相同的补偿导线。工作时，两支热电偶产生的热电动势方向相作时，两支热电偶产生的热电动势方向相反，故输入仪表的是其差值，这一差值正反，故输

22、入仪表的是其差值，这一差值正反映了两支热电偶热端的温差。为了减少反映了两支热电偶热端的温差。为了减少测量误差，提高测量精度，要尽可能选用测量误差，提高测量精度，要尽可能选用热电特性一致的热电偶热电特性一致的热电偶，同时要保证两热，同时要保证两热电偶的冷端温度相同。电偶的冷端温度相同。 热电偶并联线路热电偶并联线路 热电偶串联线路热电偶串联线路 nEEEEn21并nEEEEEn21串AB+AB+AB+R1R2R3t1t2t3e=(e1+e2+e3)/3AB+AB+AB+e=e1+e2+e3图图3 热电偶并联热电偶并联 图图4 热电偶串联热电偶串联 用镍铬用镍铬-镍硅镍硅(K)热电偶测量某炉温的测

23、量系统热电偶测量某炉温的测量系统如图如图2所示，已知：冷端温度固定在所示，已知：冷端温度固定在0，t030，仪表指示温度为，仪表指示温度为210，后来发现由于，后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线，相互接错了，问：工作上的疏忽把补偿导线，相互接错了，问：炉温的实际温度炉温的实际温度t为多少度为多少度? ABA+B0mVt0 如图所示测温线路，A，B为K分度号的热电偶，A，B为K分度号的热电偶的补偿导线，C为铜导线。已知t1=500，t0=25，E=2.128mv求：t2=？ 利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温度计称为电阻温度计。大多数金属在温度升高1 C 时电阻将增加0.40.6。

24、但半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1 C ，电阻约减小26。 目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂、铜和镍，它们已得到广泛的应用。 基于电阻的热效应 电阻温度系数 电阻比 铂是一种贵金属。它的特点是精度高，稳定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。 铂在很宽的温度范围内约1200C以下都能保证上述特性。铂很容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小； 价格贵 在0C 以上，其电阻与温度的关系接近于直线，其电阻温度系数A为3

25、.9103/C 。 我国已采用IEC标准制作工业铂电阻。按IEC标淮，使用温度已扩大到-200850 C ，初始电阻有100 和10 两种。)1 ()(20BtAtRtR在在0850范围内范围内 在在-2000以内以内 )100(1 )(320tCtBtAtRtR(WZC) 在一般测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使用铜电阻。它可用来测量50150 C 的温度，在这温度范围内，铜电阻和温度呈线性关系：0(1)tRRAtA4.25 4.2810-3/ 铜电阻的缺点是电阻率小 所以制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械强度就不高，或者就要长，使体积增大。此外铜很容易氧化，所以它的工作上

26、限为150 C 。但铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。国家标准初始电阻有100 和50 两种。881.7 109.81 10CuPtmm 主要由感温元件、内引线、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成。（b)(a)12345689107热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传（与热电偶相比）、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高。引线方式有两线制、三线制及四线制E. . . .电位差计ItRtR2R1R3REtR二线制接法二线制接法引线电阻不超过铜电阻R0的0.2%三线

27、制接法三线制接法 四线制接法 电位差计测量电阻电路热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。热敏电阻其特点是电阻率随温度而显著变化。热敏电阻因其电阻温度系数大，灵敏度高；热惯性小，因其电阻温度系数大，灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，寿命长，易于实现远距离测量等特点。寿命长，易于实现远距离测量等特点。热敏电阻的阻值与温度之间的关系热敏电阻的阻值与温度之间的关系 式中，式中，R RT T为温度为为温度为T T时的电阻值；时的电阻值；B B为常数，由材为常数，由材

28、料、工艺及结构决定。料、工艺及结构决定。)T1-T1B(0T0eRR0TRT负特性的热敏电阻的热电特性曲线随着温度的增高阻值降低，具有负的温度系数，测随着温度的增高阻值降低，具有负的温度系数，测温范围温范围-40350。与金属热电阻比较与金属热电阻比较：电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为系数约为- -（3 36 6）% %，金属热电阻约为，金属热电阻约为0.40.40.6%0.6%。电阻率大，可将电阻作的很大而体积很电阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计。可忽略不计。结构简单，体

29、积小，可用于测量点温度结构简单，体积小，可用于测量点温度热惯性小热惯性小工艺和互换性差。工艺和互换性差。 热敏电阻图示： 非接触测温主要是利用光辐射来测量物体温度。任何物体受热后都特有一部分的热能转变为辐射能，温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。而在温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所以一般就称为热辐射。 （一）普朗克定律 （二）维恩位移定律 （三）斯忒潘玻耳兹曼定律绝对黑体(简称黑体)的单色辐射强度E0(，T)与波长及温度T的关系由普朗克定理

30、描述 式中，为波长；c1为普朗克第一辐射常数, c2为普朗克第二辐射常数，1/510) 1(),(2TcecTE 在 较小时，可以忽略上式中的“-1”，设 为常数，普朗克定理简化为维恩公式： )()(),(1/5102TfecTETcT 斯式潘根据实验得出结论，物体的总的辐射出射度 与温度的四次方成正比。4000)(TdETE)(0TE为斯蒂芬为斯蒂芬玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，(5.67032(5.670320.00071)0.00071)1010-8-8W W(m(m2 2K K4 4) ) 实际物体多不是黑体，它们的辐射能力均低于黑体的实际物体多不是黑体，它们的辐射能力均低于黑体的辐射能

31、力辐射能力, ,称之为灰体。称之为灰体。用黑度系数用黑度系数来表示灰体的相对辐射能，则辐射出射来表示灰体的相对辐射能，则辐射出射度为度为 4)(TTE（1）全辐射温度计 全辐射温度计是利用物体的温度与总辐射出射度全光谱范围的积分辐射能量的关系来测量温度的。根据斯忒潘一玻耳兹曼定律总辐射出射度为：40)(TTE40)(TET 或 只要采用敏感元件测量出这辐射功率的大小，就可以测量出被测对象的温度。 应该注意的是仪表是以绝对黑体辐射功率与温度的关系分度的，而实际使用时，被测物体并不是黑体，这样测出的温度自然要低于被测物体的实际温度。我们一般把这个温度称为“辐射温度”。式中，T和TF分别为物体的真实

32、温度和辐射温度；T为温度T时物体全辐射的黑度系数44TTTF41TFTTWFT-202型辐射感温器结构图1-物镜；2-外壳；3-补偿光阑；4-座架；5-热电堆；6-接线柱；7-穿线套；8-盖；9-目镜；10-校正片；11-小齿轴 亮度法就是测出物体在某一波长(或某一波段)上的辐射能量，经辐射率T校正来确定被测物体的温度。灯丝隐灭式光学温度计光电亮度温度计原理：由人眼对热辐射体和高温计灯泡在单一波长附近的光谱范围的辐射亮度进行判断，调节灯泡的亮度使其在背景中隐灭或消失而实现温度测量的。光学高温计的示意图如下图所示：优点：优点：结构简单，使用方便，测温范围广（7003200），一般可满足工业测温的

33、准确度要求。缺点：缺点：人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速 测量和自动记录，且测量结果带有主观性。 颜色温度计就是通过两个光谱能量比的方法来测量温度的，所以也称为比色温度计。 用这种方法测量非黑体温度时得到的“颜色温度”和真实温度有差异。我们将颜色温度定义为：绝对黑体辐射的两个波长 和 的亮度比等于非黑体的相应亮度变化时，绝对黑体的温度就称为这个非黑体的颜色温度。12 颜色温度计和光电亮度温度计相似，也包含有光路系统、调制系统、单色器、光敏元件、放大器、显示仪表等。它一般用一个开孔的旋转调制盘进行调制。在开孔上附有两种颜色的滤光片，多选用红色和蓝色。经调制后的单色红光、蓝光交替照在光敏

34、元件上，使光敏元件输出相应的红光和蓝光的信号、再放大并经过运算后送到显示仪表。与光谱辐射温度计相比，比色高温计的准确度通常较高、更适合在烟雾、粉尘大等较恶劣环境下工作。国产WDSII 光电比色高温计的原理示意图如图所示。红外辐射红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。红外测温的特点：红外测温是非接触测温，特别适合用于较远距离的高速运动物体、带电体、高温及高压物体的温度测量；红外测温反应速度快，反映时间一般都在毫秒级甚至微秒级；红外测温灵敏度高；红外测温准确度较高；红外测温范围广泛，可测摄氏零下几十度到

35、零上几千度的温度范围；红外测温方法，几乎可在所有温度测量场合使用。红外测温原理 全辐射测温是测量物体所辐射出来的全波段辐射能量来决定物体的温度。它是斯蒂芬玻尔兹曼定律的应用，定律表达式为 W物体单位面积所发射的辐射功率，数值上等于物体的全波辐射出射度； 物体表面的法向比辐射率； 斯蒂芬玻尔兹曼常数； T物体的绝对温度(K)。4WT红外辐射测温仪结构原理如图6-19所示红外成像原理红外摄像管：将物体的红外辐射转换成电信号，经过电子系统放大处理，再还原为光学像的成像装置。图是热释电摄像管的结构简图：红外变像管：把物体红外图像变成可见图像的电真空器件，主要由光电阴极、电子光学系统和荧光屏三部分组成，

36、均安装在高度真空的密封玻璃壳内。固态图像变换器：由许多小单元（称为像元或像素）组成的受光面，各像素将感受的光像转换为电信号后顺序输出的一种大规模集成光电器件。红外成像仪AGA750热像仪工作原理框图Ti30热像仪 Ti30热像仪 【基本参数】 温度测量范围： -10 至 250C(14 to 482oF) 精度： 2% 或 2C 重复精度： 1% 或 1C 取较大者 NETD: 200 mK 温度指示分辨率： 0.1 (C) 【光学/IR】 频谱范围： 7-14 微米 目标瞄准：单波长激光点（符合IEC2类和FDAII类要求） 测量圆点最小直径： 距离61cm(24”)时为7mm (0.27”

37、) 图像祯频： 20Hz 视场(FOV)： 水平17 x 垂直12.8 瞬时视场(IFOV)： 1.9mrad 【仪器控制】 焦点： 可聚焦从 61cm (24”) 至无穷远 温标： 可选C 或 oF 调色板： 可选择灰色、铁红或彩虹 测量模式： 可选择自动、半自动或手动 激光开关: 有 增益开关： 有 热级控制： 有 液晶显示屏背景灯： 可选择亮、暗或关闭 测温原理测温原理 利用晶体管PN结的电压电流特性与温度关系。集成温度传感器集成温度传感器是将感温PN结及有关的电子线路集成在一个小硅片上，构成一个小型化、一体化及多功能化的专用集成电路片。 美国AD公司生产 AD590 我国生产 SG50

38、9 SL616等 测量温度在150 以下 如AD590 电源电压5-30 V 测量温度范围 -55-150 采用晶体管组合集成的方法，可以制成电压输出或电流输出的集成温度传感器。+-2I2V4VR3V1I1VI利用了两个发射极面积不同的晶体管基极-发射极电压差与温度成线性关系的特性。 电路输出电流 n为面积比K为波尔兹曼常数 q为电子电量 nqRKTIIln221 RR1V3V4V5V2V1I2I3I0UUmqkTRRRIUln030输出电压 1、石英晶体温度传感器及其测温技术2、光纤测温3、一线制数字温度传感器DS18B20及其应用工作原理 利用石英晶体固有频率随温度而变化的特性来测温的仪器

39、，称为石英温度计。 石英的固有振动频率可用下式表示： f固有振动频率； n谐波次数； b振子的厚度； 密度； C弹性常数Cgbnf2 石英振子的频率还与温度具有下列近似关系： f0在温度为t0时的频率; ft在温度为t时的频率； t0基准参考温度; ，一次、二次、三次幂的温度系数。302000)()()(1ttttttfft石英温度计通常采用石英振荡器，构成一个决定频率的谐振回路，而石英振子部分，通常采用易接受温度变化的结构。石英传感器的结构通常采用如图所示。 石英温度传感器1-石英片、2-支柱、3-电极石英温度计主要性能指标高分辨率0.0010.0001 ；高精确度；高稳定度；热滞后误差小，

40、可以忽略；远距离(如1500m)传送温度测量信号；其精度和稳定性可以作为温度量值传递的标准及次级标准使用 。不足：抗冲击性能差。温度计的标定温度计的测温范围为-800；测温的不确定度为15mK；分辨率为20.2mK，标定时选用水三相点温度作为基准参比温度t0，以一等标准铂电阻温度计作标准，在恒温槽中与石英温度计作比较检定。最后用最小二乘法拟合频率温度关系式，求出、三个温度系数。标定后的石英温度计就可投入使用。概述概述光导纤维是一种利用光完全内反射原理而传输光的器件。一般光导纤维是用石英玻璃制成，通常有三层组成：最里面直径仅有几十微米的细芯称芯子，其折射率为n 1；外面有一层外径为100200微

41、米的包层，其折射率为n 2，通常n 2 略小于n 1 ；芯子和包层一起叫做心线；心线外面为保护层，其折射率为n 3，与温度测量有关的光导纤维的特征参数主要是数值孔径NA，其表达式为 NA大，表示可以在较大入射角范围内输入并获得全反射光；它与心线直径无关，仅与它们材料的折射率有关。一般光学玻璃组成的光纤，其NA约为0.4左右；而石英玻璃组成的光纤，其NA约为0.25左右。220012sinNAnnn光纤温度传感器是采用光纤作为敏感元件或能量传输介质而构成的新型测温传感器，它有接触式和非接触式等多种型式。光纤传感器由光源激励、光源、光纤(含敏感元件)、光检测器、光电转换及处理系统和各种连接件等部分

42、构成。功能型光纤温度传感器功能型光纤温度传感器功能型光纤温度传感器是由光纤本身感受被测目标物体的温度变化，并引起传输光的相应变化，然后据此确定被测目标物体的温度高低与发生变化的位置。分类：u黑体辐射型黑体辐射型u喇曼效应型喇曼效应型u黑体辐射型工作原理是基于光纤芯线受热产生黑体辐射现象来测量被测物体内热点的温度。光纤温度传感器的热辐射能量取决于光纤温度、发射率与光谱范围。热物体在12波长范围内，传到光纤端部的辐射通量密度为：211222125111exp14lLnCCDPeednT喇曼(Raman)效应是一种利用光纤材料内分子相互作用调制光线的非线性散射效应。这种散射光的波长会在两个方向上变化

43、，即长波方向(称Stockes线)和短波方向(称为反Stockes线)。Stockes辐射强度与反Stockes辐射强度之比为热力学温度的函数，可用来测定热点的温度；再测量光波传输的时间，就能确定其位置。u喇曼效应型液晶光纤温度传感器荧光光纤温度传感器半导体光纤温度传感器光纤辐射型温度传感装置非功能型光纤温度传感器液晶光纤温度传感器利用液晶的“热色”效应而工作。例如在光纤端面上安装液晶片，在液晶片中按比例混入三种液晶，温度在1045范围变化，液晶颜色由绿变成深红，光的反射率也随之变化，测量光强变化可知相应温度，其精度约为0.1。不同型式的液晶光纤温度传感器的测温范围可在-50250之间。u液晶

44、光纤温度传感器荧光光纤温度传感器的工作原理是利用荧光材料的荧光强度随温度而变化，或荧光强度的衰变速度随温度而变化的特性，前者称荧光强度型，后者称荧光余辉型。其结构是在光纤头部粘接荧光材料，用紫外光进行激励，荧光材料将会发出荧光，检测荧光强度就可以检测温度。荧光强度型传感器的测温范围为-50200；荧光余辉型温度传感器的测温范围为-50250。u荧光光纤温度传感器半导体光纤温度传感器是利用半导体的光吸收响应随温度高低而变化的特性，根据透过半导体的光强变化检测温度。温度变化时，半导体的透光率亦随之变化。当温度升高时，其透过光强将减弱，测出光强变化就可知对应的温度变化。这类温度计的测温范围为-303

45、00。u半导体光纤温度传感器光纤辐射型温度传感装置的工作原理和普通的辐射测温仪表类似，它可以接近或接触目标进行测温。目前，因受光纤传输能力的限制，其工作波长一般为短波，采用亮度法或比色法测量。u光纤辐射型温度传感装置光纤测温技术及其应用对采用普通测温仪表可能造成较大测量误差，甚至无法正常工作的强电磁场范围内的目标物体进行温度测量。高压电器的温度测量。易燃易爆物的生产过程与设备的温度测量。高温介质的温度测量。功能型光纤温度测量系统框图非功能型光纤辐射温度计FR1系列双色光纤式测温仪 FR1系列双色光纤式测温仪 测温仪测温范围：5002500C。 这种测温仪可测量处于十分恶劣的工业环境中的目标，包

46、括难以接近的，处于高温的以及靠近强磁场的目标。小巧焦距可选的光学头，由柔软可变形的光纤将其连接到安装在远处的电子盒子。 FR1系列双色光纤式测温仪 产品一般特性： - 光缆组装系统可承受200C (392F)高温，密封等级NEMA-4 - 小于38mm (1.5 英寸)的光缆弯曲半径 - 高光学分辨率(60:1)可测小目标 - 快速响应时间可达10毫秒 - 双向RS-485通讯（可组成多头网络） - 一个多点网络支达持多32个马拉松传感头 - 同时模拟和数字输出并带用户报警设定 - 独有的不洁窗口报警功能 - 马拉松软件可遥控设置和监测DS18B20的封装与外部引脚DS18B20的主要功能和特

47、点采用独特的“一线制”通信方式，信号符合TTL电平逻辑;温度测量范围为-55 oC 125 oC;可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 Bit 12 Bit之间选取；在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大为750 ms;DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。玻璃温度计压力温度计双金属温度计膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9、测温上限为538。玻璃温度计特点：结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测温值难自动远传记录。