【热工仪表】温度测量仪表

1、温度测量仪表temperature measuring instrument测量物体冷热程度的工业自动化仪表。【简史】最早的温度测量仪表，是意大利人伽利略于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡，倒置在一个盛有葡萄酒的容器中。从其中抽出一部分空气，酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时，细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩随之升降，因而酒面的高低就可以表示温度的高低，实际上这是一个没有刻度的指示器。1709年，德国的D.G.华伦海特于荷兰首次创立温标。他经过多年的分度研究，到1714年制成以水的冰点作为32度、汽点作为212度、中间分为180度的水银温度计，即为至今仍沿用的华氏温度计。17

2、42年，瑞典的A.摄尔西乌斯制成另一种水银温度计，它以水的冰点为 100度、汽点作为0度。到1745年，瑞典的C.von林奈将这两个固定点颠倒过来，这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计。早在1735年，就有人尝试利用金属棒受热膨胀的原理制造温度计。到18世纪末，出现了双金属温度计。1802年查理斯定律确立之后，气体温度计也随之得到改进和发展，其精确度和测温范围都超过了水银温度计。1821年，德国的T.J.塞贝克发现热电效应。同年，英国的H.戴维发现金属的电阻随温度而变化的规律。这以后分别出现了热电偶温度计和热电阻温度计。1876年，德国的K.W.西门子制造出第一支铂电阻温度计。很早以前，人们在

3、烧窑和冶锻时只能凭借火焰和被加热物体的颜色来判断温度的高低。据记载，1780年韦奇伍德根据瓷珠在高温下颜色的变化来识别烧制陶瓷的温度，后来又有人根据陶土制的熔锥在高温下弯曲变形的程度来识别温度。辐射温度计和光学高温计是20世纪初维思定律和普朗克定律出现以后才真正得到实用。从60年代开始，由于红外技术和电子技术的发展，出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计（包括红外辐射温度计），使测温下限从原来的800延展到室温以下，从而扩大了它的应用领域。【温标】又称温度标尺。各种温度计产生的同时就规定了各自的分度方法，也就出现了各种温标，如原始的摄氏温标、华氏温标、气体温度计温标和铂电阻温标等。为

4、了统一温度的量值以达到国际通用的目的，最早国际权度局规定以玻璃水银温度计为基准仪表，统一用摄氏温标。后经数次改革，到1927年改用以热力学温度为基础、以纯物质的相变点为定义固定点的国际温标。以后又经多次修改完善，国际现代通用的温标是1967年第13次国际权度大会通过的1968年国际实用温标（英文简写为IPTS-68）。它是以13个纯物质的相变点，如氢三相点即氢的固、 液、气三态共存点(-259.34)、水三相点(0.01)和金凝固点(1064.43)等，作为定义固定点来复现热力学温度的。 中间插值在-259.34630.74之间用基准铂电阻；在 630.741064.43之间用基准铂铑10-铂

5、热电偶;在1064.43以上用普朗克公式复现。规定T代表热力学温度，单位为开尔文(K);t代表国际实用摄氏温度，t=T-273.15，单位为摄氏度()。华氏温度是利用摄氏度换算的。【温度测量仪表的组成】一般温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中，这两部分是连成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分，中间用导线联接，如热电偶或热电阻是检测部分，而与之相配的指示和记录仪表则是显示部分。【分类】按测量方式，温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类。1、接触式温度测量仪表测量时，其检测部分直接与被测介质相接触，表1列出常用接触式温度测量仪表的种类和主要性能。2、

6、非接触式温度测量仪表测量时，温度测量仪表的检测部分不必与被测介质直接接触，因此可测运动物体的温度。例如常用的光学高温计、辐射温度计和比色温度计，都是利用物体发射的热辐射能随温度变化的原理制成的辐射式温度计。表2列出主要类型的非接触式温度测量仪表及其性能。辐射温度计的分度和校验均在黑体(发射率1)的情况下进行，但实际被测物体多不是黑体(1)，所以测温时仪表显示的温度与真实温度有差别，使用时必须修正。【现代发展】由于电子器件的发展，便携式数字温度计已逐渐得到应用。它的数字显示部分的外形与袖珍电子计算器相似，并配有各种样式的热电偶和热电阻探头，使用比较方便灵活。便携式红外辐射温度计的发展也很迅速。装

7、有微处理器的便携式红外辐射温度计（图2）具有存贮计算功能，能显示一个被测表面的多处温度或一个点温度的多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等。此外，现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表，如用晶体管 P-N结测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表。采用热象扫描方式的热象仪，可直接显示和拍摄被测物体的温度场的热象图，用以检查大型炉体、发动机等的表面温度分布，对于节能非常有益。利用激光测量物体的温度分布的温度测量仪器尚处于研制过程。光学高温计optical pyrometer根据物体单色辐射亮度随温度变化原理制成的非接触式温度测量仪表。根据普朗克公式，物体的单色辐射亮度与温度的函数关系为式中c1和c

8、2为常数；为单色辐射波长；T 为物体的温度。根据这一公式可知，波长选定以后，物体的单色辐射亮度只随其温度而变。工业中应用较广的光学高温计就是根据这一原理制成的。图中物镜将被测物体成象于高温计内参比灯的灯丝所在平面上。灯丝通电后发出一定的亮度，测温者通过目镜和红色滤光片观察灯丝与被测物体的单色辐射亮度，如亮度不同（图中a、c），即调节滑线电阻改变灯丝亮度，使灯丝与背景亮度相等（图中b）。这时的灯丝电流即代表被测温度。光学高温计的测量范围为7003200，精确度为±1。实验室用的光学高温计精确度可达±0.05。还有一种利用光电元件来比较灯丝与被测物体单色辐射能的自动单色光电高温

9、计，由于不用人来比较亮度，可减少人为误差。这种仪表主要供实验室中精密测量和作为标准之用。热电偶thermocouple根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a），接触点的一端称测量端，一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同，则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0 )，这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变，这种回路称为原型热电偶。在实际应用中（图1b），将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度 t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持

10、参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度t变化。表中列出国际通用热电偶的种类和特性。此外，测高温的还有钨铼热电偶(可测温度达2500以上);测低温的还有金铁热电偶（-270以下）。热电偶结构简单、使用方便、测温范围广，在工业和科学实验中应用非常广泛。在工业应用中，热电偶装在保护套管内，以减少损坏、免受污染。60年代以来，还出现了一种铠装热电偶（图2）。它是将热电偶丝、粉状绝缘材料和金属保护管三者组装而制成的一种丝状、薄壁、实心、可弯曲的热电偶。它的外径可细到 1毫米以下，长度可达10米以上，使用甚为方便。为了使热电偶参比端的温度保持稳定，在工业中经常采用特殊的导线将热电偶参比端延伸

11、，置于温度稳定的地方或直接引到显示仪表。这种导线使用在0150范围内热电效应与热电偶相同的材料做芯线，外包绝缘保护层。这种专用导线称为补偿导线。热电阻resistance temperature利用金属或半导体的电阻值随温度变化的原理制成的传感器，是温度测量仪表中常用的一种温度测温元件。金属热电阻的电阻值随温度上升而增大，常用的有铂热电阻（测温范围为-200850）、铜热电阻（-50150）和镍热电阻（-60180）3种。热电阻大多是用直径 0.040.1毫米的纯金属丝绕在片状或棒状的云母、玻璃、陶瓷或胶木骨架上制成的。在工业应用中它一般装在金属保护套管内，以防止损坏；也有做成铠装的。热电阻的

12、外形与热电偶相似。铂热电阻复现性好，性能稳定，精确度高，在精密测温和控温中广泛应用。半导体【热敏电阻】也是常用的一种热电阻，它的电阻值随温度上升而减小。其特点是灵敏度高，体积小，反应速度快，但互换性较差，测温范围为-100300。温度调节仪表temperature controller能发出控制信号的温度测量仪表。除温度调节系统之外，在工业和实验室中常用的温度调节仪表包括： 最简单的温度调节仪表，由电接点水银温度计和中间继电器组成，在液体恒温浴槽中应用较广。此外还有利用固体膨胀式温度计（如双金属、瓷管和金属棒等）代替水银温度计组成的温度调节器。它与前一种调节仪表相似，但大多用在空气恒温箱中。 应用普遍的动圈式温度指示调节仪。它利用电子线路将来自热电偶或热电阻的信号与温度的设定值相比较后，按一定规律发出控制信号，以调节对象的温度。这类仪表适用温度范围宽，可发出多种调节规律的控制信号（双位、三位、比例、积分、微分等）