自动检测技术--温度测量(及课后答案)

1、接触式测温技术与误差分析接触式测温技术与误差分析5.4概述概述5.1热电偶测温热电偶测温5.2热电阻测温热电阻测温5.3主要内容：主要内容：辐射式测温法辐射式测温法5.5红外测温仪与红外热像仪红外测温仪与红外热像仪5.65.1 概述概述5.1.1 温度的概念温度的概念 宏观上：是物体冷热程度的表示。宏观上：是物体冷热程度的表示。 微观上：是物体内部分子运动平均动能的表示。微观上：是物体内部分子运动平均动能的表示。 21322kmvkT 分子平均平动动能；分子平均平动动能；k 玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；k温度不具有叠加性。温度不具有叠加性。热平衡的主要条件：热平衡的主要条件： 系统温度相等。系

2、统温度相等。 5.1.2 温标温标温标三要素：温标三要素： 可实现的可实现的固定点温度固定点温度； 表示固定点之间温度的表示固定点之间温度的内插仪器内插仪器； 确定相邻固定温度点之间的确定相邻固定温度点之间的内插公式内插公式；（1）经验温标）经验温标为了保证温度测量的精确性和一致性，需定量描述温度，为了保证温度测量的精确性和一致性，需定量描述温度，即建立科学的、统一的标尺，称为即建立科学的、统一的标尺，称为“温标温标”。温标主要有：经验温标、热力学温标和国际实用温标温标主要有：经验温标、热力学温标和国际实用温标摄氏温度和华氏温度称为经验温标。经验温标的温摄氏温度和华氏温度称为经验温标。经验温标

3、的温度特性取决于所选测温物质的性质，具有一定的局度特性取决于所选测温物质的性质，具有一定的局限性和任意性。限性和任意性。摄氏温标：摄氏温标：水银玻璃温度计；水银玻璃温度计；水的冰点为水的冰点为0 、沸点为、沸点为100； 100等份。等份。举例：五种温度计，测温质分别是举例：五种温度计，测温质分别是氢气、空气、铂丝、氢气、空气、铂丝、电偶和水银电偶和水银，其测温的物理性质分别为气体的压强、电，其测温的物理性质分别为气体的压强、电阻、电动势和水银的长度；基准点都是以冰的熔点和水阻、电动势和水银的长度；基准点都是以冰的熔点和水的沸点为的沸点为0度和度和100度。度。结论结论:对应同一个冷热程度，各

4、种温度计的读数是不一样的。对应同一个冷热程度，各种温度计的读数是不一样的。华氏温标：华氏温标：选取氯化铵和冰水混合物的温度为选取氯化铵和冰水混合物的温度为0 ，水的，水的沸点为沸点为212 ，冰点为，冰点为32 ，中间均等分为，中间均等分为180份，每一份为份，每一份为1 华氏度华氏度tF与摄氏度与摄氏度tC的换算关系：的换算关系：532100953221232329CFCFFCtttttt（2）热力学温标）热力学温标温度为温度为T1的热源给予热机的热源给予热机Q1的热量的热量 ；热机传给温度为热机传给温度为T2的冷源的冷源Q2的热量；的热量；卡诺定理：卡诺定理：1122TQTQ定义定义T2为

5、水的三相（固、液、气）共存温度（为水的三相（固、液、气）共存温度（0.01 ） ，为为273.16 K。任意点温度为：。任意点温度为：12273.16QTQ热力学温标热力学温标注：仅与传热量有关，与工质无关。注：仅与传热量有关，与工质无关。建立在热力学基础上的经验温标。建立在热力学基础上的经验温标。卡诺循环：卡诺循环：开尔文开尔文K12273.16QTQ仅具物理意义，因为理想可逆过程无法仅具物理意义，因为理想可逆过程无法实现，故热力学温标也无法实现。实现，故热力学温标也无法实现。理想气体温标（等价于热力学温标）理想气体温标（等价于热力学温标）理想气体状态方程（理想气体状态方程（V一定时）一定时

6、）33PTnRPTV 恒量333273.16PPTTPP任意点温度：任意点温度：技术上可实现，但不方便。技术上可实现，但不方便。经验温标经验温标热力学温标热力学温标理想气体温标理想气体温标国际温标国际温标定容式气体温度计：通过压强的变化测出温度的变化。定容式气体温度计：通过压强的变化测出温度的变化。（3）国际温标）国际温标:ITS-90（International Temperature Scale-1990）t90 : 摄氏温度摄氏温度T90 : 热力学温度或绝对温度热力学温度或绝对温度9090273.15tTITS-90定义的固定点定义的固定点ITS-90定义的内插仪器定义的内插仪器 0.

7、655.0K间为间为He3和和He4蒸汽温度计；蒸汽温度计； 3.024.556K间为间为He3和和He4定容气体温度计；定容气体温度计； 13.8033K961.78间为铂电阻温度计；间为铂电阻温度计； 961.78 以上为光学或光电温度计。以上为光学或光电温度计。为了克服气体温度计在实用上的不便，国际上建立了一种为了克服气体温度计在实用上的不便，国际上建立了一种用内插公式表示的与热力学温度很接近，又使用方便的协用内插公式表示的与热力学温度很接近，又使用方便的协议温标议温标国际温标。国际温标。开尔文开尔文K5.1.3 温度标准的传递温度标准的传递温度标准定期逐渐地温度标准定期逐渐地校验比较过

8、程校验比较过程称为温度标准的传递。称为温度标准的传递。 基准温度计，工作基准温度计；基准温度计，工作基准温度计； 一等标准温度计和二等标准温度计；一等标准温度计和二等标准温度计； 工业用温度计。工业用温度计。5.1.4 测温方法与测温仪表的分类测温方法与测温仪表的分类 高温计、温度计高温计、温度计标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式接触式与非接触式 温度计量仪按精度等级可分为温度计量仪按精度等级可分为3类：类：液体膨胀式膨胀式 固体膨胀式气体膨

9、胀式接触式热电偶热电阻辐射式非接触式红外线接触式测温仪表膨胀式玻璃液体 -50600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传 双金属-80 600结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有限 压力式液体气体蒸汽-30 600-20 350 0 250结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后大 热电偶铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜0 1600-50 1000-50 600测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低 热电阻铂铜-200 600 -50 150测量精度高，

10、便于远距离、多点、集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温度的影响 非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400 2000700 3200900 1700测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度 红外线光电探测热电探测0 3500200 2000测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难 Thomas Johann Seebeck（17801831）5.2.1 热电效应热电效应 (Seebeck effect )5.2 热电偶测温热电偶测温18211821年，德国物理学家赛年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属导线贝克用两种不同金

11、属导线连接在一起，组成闭合回连接在一起，组成闭合回路。并用酒精灯加热其中路。并用酒精灯加热其中一个接触点而另一个结点一个接触点而另一个结点保持低温。他突然发现，保持低温。他突然发现，放在旁边的指南针发生了放在旁边的指南针发生了偏转。偏转。为什么会产生磁场？为什么会产生磁场？温度梯度导致了电势，继而在闭合回路中形成变化的电流，温度梯度导致了电势，继而在闭合回路中形成变化的电流，由此产生了磁场。由此产生了磁场。 用毫伏表代替指南针，来演示用毫伏表代替指南针，来演示Seebeck的实验的实验注意观察两个现象：注意观察两个现象：1. 用酒精灯给其中一个结点加热时用酒精灯给其中一个结点加热时,回路中是否

12、有电势出现？回路中是否有电势出现？注意指针偏转的方向。注意指针偏转的方向。2.如果对两个结点同时加热，毫伏计的偏转角会发生怎样的如果对两个结点同时加热，毫伏计的偏转角会发生怎样的变化变化?A AB B用毫伏表代替指南针，来演示用毫伏表代替指南针，来演示Seebeck的实验的实验结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。生电动势。A AB B热电效应热电效应热电效应热电效应将将 的导体或半导体连接的导体或半导体连接成成 ,如果如果 时时,则在则在该回路里就会该回路里就会 ，这种物理现象称，这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。为热电效应（塞贝克效

13、应）。两种不同两种不同闭合回路闭合回路两接点的温度不同两接点的温度不同产生热电势产生热电势塞贝克效应塞贝克效应(Seebeck effect)的反效应的反效应塞贝克效应：塞贝克效应：结论：两端温度不同时产生热电势结论：两端温度不同时产生热电势条件：两个不同的金属丝，闭合回路条件：两个不同的金属丝，闭合回路塞贝克效应的反效应塞贝克效应的反效应条件：两个不同的金属丝，闭合回路条件：两个不同的金属丝，闭合回路结论：回路中接入电源。结论：回路中接入电源。课外思考课外思考: 1834 1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的接

14、一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现正负极上，通电后，发现 帕尔帖效应（帕尔帖效应（Peltier effect）塞贝克效应塞贝克效应(Seebeck effect)的反效应的反效应课外思考课外思考:（重点（重点+难点）难点）温度差温度差热电偶热电偶热电势热电势（热电效应）（热电效应）热电偶的测温原理热电偶的测温原理定义：接触电势是两种电子密度不同的导体相互定义：接触电势是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种电势。接触时产生的一种电势。ABeAB(t)T T( )lnAtABBtktNeteNk：波尔兹曼常数；：波尔兹曼常数；t: 接触点的温度；接触点的温度；e

15、：单位电荷电量；：单位电荷电量； NAT、NBT：温度为：温度为t时时,导导体体A、B的自由电子密度的自由电子密度公式：公式：由上式可知：接触电势取决于两种导体的性质和接触点由上式可知：接触电势取决于两种导体的性质和接触点的温度，与导体的形状及尺寸无关。的温度，与导体的形状及尺寸无关。_+ANBN（1）接触电势）接触电势A定义：温差电势是同一导体的两端因其温度不同而定义：温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电势。产生的一种电势。tt0eA(t,t0)tt000( , )tAAtet tdtA为导体的汤姆逊系数，表示温差为为导体的汤姆逊系数，表示温差为11时所产生的电动势数值。时所产

16、生的电动势数值。由上式可知：温差电势只与导体的材料性质和两端的温由上式可知：温差电势只与导体的材料性质和两端的温度有关，与导体的长度、截面大小及温度场分布无关。度有关，与导体的长度、截面大小及温度场分布无关。（2）温差电势）温差电势定义：热电偶回路中总的热电势是接触电势与温差电势之和。定义：热电偶回路中总的热电势是接触电势与温差电势之和。0000( ,)( )( )( ,)( ,)ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00( , )( )( ) ABABABEt tetet下标下标A表示正电极，表示正电极，B表示负电极。由于温差电表示负电极。由于温差电势比接触电势小

17、很多，常常把它忽略不计，因势比接触电势小很多，常常把它忽略不计，因而热电偶的热电势可表示为：而热电偶的热电势可表示为： （3）热电偶回路的总热电势）热电偶回路的总热电势本节小结本节小结: : 1. 1.热电效应热电效应 ( (Seebeck effectSeebeck effect ) ) 2. 2.热电偶的测温原理热电偶的测温原理00( , )( )( ) ABABABEt tetet练习题：练习题：热电偶中热电势的大小与热电偶中热电势的大小与 和和 有有关，而与热电极尺寸、形状及关，而与热电极尺寸、形状及 分布无关。分布无关。5.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律（1）均质导体定律）均质

18、导体定律一种均质导体组成闭合回路：一种均质导体组成闭合回路：00,lnTAABTBnKET Tdten不产生热电势。不产生热电势。ABnn00,ln0TAABTBnKET Tdten回路中总的热电势：回路中总的热电势：图3-58 热电偶测温系统连接图因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表，仪表，那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，是否会对热那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，是否会对热电偶回路产生影响呢？电偶回路产生影响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。如果断开冷端，接入第三种导体如果断开冷端，接入

19、第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温接触处的温度均为度均为t t0 0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( ,)( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000( ,)( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种

20、种导体以后，导体以后，只要接入导体的两端温度相同只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，和连接导线，只要保证两个接点的温度相同只要保证两个接点的温度相同就可以就可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。 tt0ABCC毫伏计（3）标准电极定律）标准电极定律TT0TT0TT0000,ABACCBET TET TET TABABCC 000000000000,ACACACACCBCB

21、CBCBACACCBCBACCBACCBABABABET TeTeTET TET TET TeTeTeTeTeTeTeTeTeTeTeTeTET T4）连接导体定律与中间温度定律）连接导体定律与中间温度定律00,ABB AnABnA BnET T TET TET T连接导体定律连接导体定律：在热电偶回路：在热电偶回路中，若导体中，若导体A和和B分别与导线分别与导线A和和B相接，接点温度分别为相接，接点温度分别为T、Tn、T0，如图所示，则回路总，如图所示，则回路总电势等于热电偶电势电势等于热电偶电势 与连接导线电势与连接导线电势 之之和。和。,ABnET T0,A BnET T意义：意义：工业

22、上运用工业上运用补偿导线补偿导线进行测量的理论基础。进行测量的理论基础。4）连接导体定律与中间温度定律）连接导体定律与中间温度定律00,AA B BnABnA BnET T TET TET T 0 0,ABB AnABBBnBAAAnET T TeTeTeTeT lnlnlnlnnnnnnnnnBTATATBTnnBBnAAnBTATBTATABnABnnnnnKTKTeTeTennenneTeT中间温度定律：中间温度定律：当当A与与A、B与与B材料分别材料分别相同时，则有相同时，则有00,ABnABnABnET T TET TET T意义：意义：只要得到参考端温度只要得到参考端温度T0=0时

23、的热电势，则通过测时的热电势，则通过测量中间温度的热电势量中间温度的热电势 ，将两者直接求和，即可，将两者直接求和，即可反映出测量端温度。这为反映出测量端温度。这为热电势分度热电势分度奠定了理论基础。奠定了理论基础。,ABnET T00,AA B BnABnA BnET T TET TET T重要性质：重要性质： 1. 1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零；势为零； 2. 2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电如果热电偶冷、热两端的温度相同，

24、则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零；极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零； 3. 3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。同的。 ( , )( )( ) =0ABABABEt tetet00( , )( )( ) =0AAAAAAEt tetet00( , )( , )ABABEt tEt t 两种材料组成的热电偶两种材料组成的热电偶应输出较大的热电势

25、应输出较大的热电势，以获得，以获得较高的灵敏度，且要求电势和温度之间尽可能的成较高的灵敏度，且要求电势和温度之间尽可能的成线线性关系；性关系； 能应用于能应用于较宽的温度范围较宽的温度范围，物理和化学特性比较稳定物理和化学特性比较稳定（较好的耐热性、抗氧化、抗还原和抗腐蚀性）；（较好的耐热性、抗氧化、抗还原和抗腐蚀性）； 具有具有较高的导电率较高的导电率和和较低电阻温度系数；较低电阻温度系数； 材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。换性。5.2

26、.3 常用热电偶的材料、特点和结构常用热电偶的材料、特点和结构工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求热电偶名称代号分度号热电极材料测温范围/新 旧正热电极负热电极长期使用短期使用铂铑30-铂铑6铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铁-铜镍铜-铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK铂铑30合金铂铑10合金镍铬合金镍铬合金铁铜铂铑6合金纯铂镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350（1）贵金属热电偶：贵金属热电偶：铂铑铂铑30-铂铑铂铑6

27、(B偶偶)，铂铑，铂铑13-铂（铂（R偶），偶），铂铑铂铑10-铂（铂（S偶），偶），测温范围宽，性能稳定，精度高测温范围宽，性能稳定，精度高，热电势，热电势小，热电特性非线性大，价格贵。小，热电特性非线性大，价格贵。（2）廉价金属热电偶：廉价金属热电偶：镍铬镍铬-镍硅（镍硅（K偶），镍铬偶），镍铬-铜镍（铜镍（E偶），偶），灵敏度高，热电势大，热电特性线性度好灵敏度高，热电势大，热电特性线性度好，价格低，测，价格低，测温范围较窄。温范围较窄。（3）难熔金属热电偶难熔金属热电偶：钨铼合金构成，用于：钨铼合金构成，用于高温高温测量。测量。热电偶的结构热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶图5.10

28、 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）接线盒接线盒固定螺纹（出厂固定螺纹（出厂时用塑料包裹）时用塑料包裹）不锈钢保护套管不锈钢保护套管材材 料料工作温度工作温度/橡皮、绝缘漆橡皮、绝缘漆珐琅珐琅 玻璃管玻璃管石英管石英管瓷管瓷管纯氧化铝管纯氧化铝管 80 150 500120014001700 常用绝缘子材料常用绝缘子材料常用保护套管常用保护套管材材 料料工作温度工作温度/无缝钢管无缝钢管不锈钢管不锈钢管石英管石英管瓷管瓷管Al2O3陶瓷管陶瓷管 600100012001400 1900以上以上 铠装热电偶铠装热电偶铠装型热电

29、偶是由金属铠装型热电偶是由金属套管、绝缘材料（氧化套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。滑球状结构。优点优点铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。十分广泛。 绝缘材料热电极 绝缘材料 金属套管热电极铠装型热电偶断面结构金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等。保护套管金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等。保护套管和热电极

30、之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，外径外径0.2512mm不等不等，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。铠装热电偶铠装热电偶测温迅速，可以任意弯测温迅速，可以任意弯曲，适用场合更广。曲，适用场合更广。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。特殊热电偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。反应速度极快、热惯性极小。 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。测量

31、高温熔融物体一种专用热电偶。主要由测温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝主要由测温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合成一整体，而不可拆卸，故为一次性使用。成一整体，而不可拆卸，故为一次性使用。 结构结构 ：使用方法：使用方法： 、根据测量的对象和范围，选择适当保护纸管长度及适用的测温枪。、根据测量的对象和范围，选择适当

32、保护纸管长度及适用的测温枪。、把快速热电偶装在测温枪上，并使二次仪表指针（或数显器）回、把快速热电偶装在测温枪上，并使二次仪表指针（或数显器）回零，这时说明接触良好，可以进行测量。零，这时说明接触良好，可以进行测量。 、快速热电偶插入钢水深度以为宜，测量时不、快速热电偶插入钢水深度以为宜，测量时不要测到炉壁或渣子上，做到：快、稳、准，当二次仪表得到结果要测到炉壁或渣子上，做到：快、稳、准，当二次仪表得到结果时，应立即提枪，快速热电偶在钢水中浸渍时间不得超过秒，时，应立即提枪，快速热电偶在钢水中浸渍时间不得超过秒，否则易烧毁测温枪。否则易烧毁测温枪。 、测温枪从炉内提出后，取下使用过的热电偶，并

33、装上新的，停顿、测温枪从炉内提出后，取下使用过的热电偶，并装上新的，停顿几分钟，准备下次测量。不得连测连拆，否则造成温差波动。几分钟，准备下次测量。不得连测连拆，否则造成温差波动。 热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电势势 才是温度才是温度T的单值函数。的单值函数。 热电偶分度表中，热电势热电偶分度表中，热电势-温度的对应值以温度的对应值以0为为基础。基础。5.2.4热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿补补偿偿方方法法（1）冰点法；）冰点法；（2）热电势修正；）热电势修正；（3）冷端补偿器法；）冷端补偿器法；（

34、4）补偿导线法；）补偿导线法；（5）采用集成电路。）采用集成电路。0,ABET T（1）冰点法）冰点法T0= 0 精度最高；溯源性好，精度最高；溯源性好，用于热电偶校准。用于热电偶校准。（2）热电势修正法）热电势修正法中间温度定律中间温度定律00,ABnABnABnET T TET TET T得得000,0,0ABABABET TET TET方法：方法：测测T0 查表查表 测测 计算计算 查表求查表求T。0,0ABET0,ABET T0,0ABET T 用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临恒定值时对测

35、温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，在连续测量中显然是不实用的。时测温，在连续测量中显然是不实用的。 000,0,0ABABABET TET TET举例举例1：S热偶参比端温度为热偶参比端温度为30 ，测量的热电势为，测量的热电势为6.526 mV，试问此时真实的温度应为多少？，试问此时真实的温度应为多少？,306.52630,00.173,30,0,3030,06.5260.1736.699ABABABABABETmVEmVETETEmV解解：740TC查表得VE18010 ,30举例举例2：用镍铬：用镍铬-铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电

36、势电势E（t，t1）66982V，而自由端的温度，而自由端的温度t130，求，求被测的实际温度。被测的实际温度。 解解：由由分度表分度表可以查得可以查得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则则可以查得可以查得68783V68783V对应的温度为对应的温度为900900。 （3）冷端补偿器法）冷端补偿器法当当T0=0 时，时，R4=1，四臂电阻相等，电桥平衡，桥路，四臂电阻相等，电桥平衡，桥路输出电压输出电压Uba=0。指示仪表总的热电势为：。指示仪表总的热电势为：0,0ABbaABEET TUETR4（铜丝）（铜丝）R1=R2=R3=1(锰铜丝锰铜丝)Rg（限流）（

37、限流）在设计的冷端温度（例如在设计的冷端温度（例如t t0 000）下，满足）下，满足R R1 1=R=R4 4，R R3 3 R R2 2，这时电桥平衡，无电压，这时电桥平衡，无电压输出，即输出，即Uba=0Uba=0，回路中的输，回路中的输出电势就是热电偶产生的热出电势就是热电偶产生的热电势电势（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法当当 T0 R4 a点电位点电位，同时，同时 由于由于T0 0,ABET T当冷端温度由当冷端温度由t0t0变化到变化到t t0 0时，不妨设时，不妨设t t0 t00 t0，热电偶输出的热电势减小，热电偶输出的热电势减小，但电桥中但电桥中R R4 4随温度的上升随温

38、度的上升而增大，于是电桥两端会而增大，于是电桥两端会产生一个不平衡电压产生一个不平衡电压U Ubaba (t(t0 )0 )，此时回路中输此时回路中输出的热电势为出的热电势为:经过设计，可使电桥的不平衡经过设计，可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化，即的热电势变化，即00( , )( )baE t tUt000( , )( )( , )baE t tUtE t t（4）补偿导线法）补偿导线法在在0100C范围内，热电特性与所取代的热电偶丝基范围内，热电特性与所取代的热电偶丝基本一致；电阻率低；价格必须比热电偶丝便宜。本一致；电阻率低；价格必须比热电偶

39、丝便宜。根据连接导体定律，回路电势：根据连接导体定律，回路电势：材料：热电性质与热电偶相近（材料：热电性质与热电偶相近（0100C）：）：000,ABA BEET TET T0000,A BABET TET T0,ABEET T热电势修正法热电势修正法（中间温度定律）（中间温度定律）热电偶名称补偿导线工作端为100，冷端为0时的标准热电势/mV正极负极材料颜色材料颜色铂铑10-铂镍铬-镍硅（镍铝）镍铬-铜镍铜-铜镍铜铜镍铬铜红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍绿蓝棕白0.6450.0374.0950.1056.3170.1704.2770.047常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线35（5 5）补偿热

40、电偶法）补偿热电偶法图图3-63 3-63 补偿热电偶连接线路补偿热电偶连接线路 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。多支热电偶而配用一台测温仪表。 设置补偿热电偶设置补偿热电偶CDCD的目的是为了使多只热电偶的冷端保持恒定。的目的是为了使多只热电偶的冷端保持恒定。热电偶测温特点：热电偶测温特点： 构造简单、使用方便、具有较高的准确度、温度构造简单、使用方便、具有较高的准确度、温度测量范围宽；测量范围宽； 常用测温范围：常用测温范围：-50+1600；特殊材料，测温范；特殊材料，测温范围可扩为围可扩为:-18

41、02800；常用于测量；常用于测量300以上以上的的温度；温度； 应用极为广泛；可用于测温空间微小的场合；应用极为广泛；可用于测温空间微小的场合； 热电势小；热电势小； 需冷端补偿需冷端补偿。5.2.5 热电偶测温回路热电偶测温回路（1）热电偶测量线路）热电偶测量线路A。热电偶反接：测两点温差。热电偶反接：测两点温差102012202012=+,EE T TE TTE T TE TTE TTE T T,B。热电偶并联：测平均温度。热电偶并联：测平均温度C。热电偶串联：测低温或温度变化很小的场合。热电偶串联：测低温或温度变化很小的场合电子电位差计电子电位差计 是用来测量直流电压信号的，凡是能转换

42、是用来测量直流电压信号的，凡是能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。根据成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。根据自动平衡原理自动平衡原理工作，测量精度高，工作可靠。工作，测量精度高，工作可靠。 根据平衡法将被测电势与已知的标准电根据平衡法将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。势就等于已知的标准电势。 图4-1 电压平衡原理图图中图中R R为线性度很高的锰铜线绕制的电阻，为线性度很高的锰铜线绕制的电阻，它由稳压电源供电，以保证电流它由稳压电源供电，以保证电流I I是恒定是恒定的。的。G G为

43、检流计，是灵敏度很高的电流计，为检流计，是灵敏度很高的电流计，EtEt为被测的未知热电势。为被测的未知热电势。（2）热电势测量仪表）热电势测量仪表当当U UCBCBEEt t时，检流计中就有电流通时，检流计中就有电流通过，指针就向一方偏转；过，指针就向一方偏转；当当U UCBCBE100 时，易被氧化；时，易被氧化；测温范围：测温范围：-50+150 。常用铜电阻分度号：常用铜电阻分度号：Cu100和和Cu50 工业上常用的热电阻有工业上常用的热电阻有铜电阻铜电阻和和铂电阻铂电阻。其外观结构主要。其外观结构主要有有普通型热电阻普通型热电阻、铠装热电阻铠装热电阻和和薄膜热电阻薄膜热电阻三种型式。

44、三种型式。5.3.3 热电阻的结构类型热电阻的结构类型（1）普通型热电阻）普通型热电阻平板型平板型圆柱型圆柱型螺旋型螺旋型铂铂电电阻阻体体支支架架铜铜电电阻阻体体支支架架标标准准铂铂电电阻阻体体支支架架 普通型热电阻普通型热电阻 主要由电阻体、保护套管和接线盒等主主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。要部件所组成。铠装热电阻铠装热电阻响应速度快响应速度快，可弯曲，可弯曲，使用方便使用方便 薄膜热电阻薄膜热电阻热容量小，导热系数大，热容量小，导热系数大，能快速测量表面温度能快速测量表面温度 将电阻体预先拉制成型并与将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。绝缘材料和保护套管连

45、成一体。 将热电阻材料通过真空镀膜将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。法，直接蒸镀到绝缘基底上。5.3.4 半导体热敏电阻半导体热敏电阻材料：材料：用一定比例的锰、镍、铜、钛、镁的用一定比例的锰、镍、铜、钛、镁的氧化物氧化物混合制成混合制成测温特点测温特点5.3.4 半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻的形状：半导体热敏电阻的形状：半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片MF74超大功率型超大功率型NTC热敏电阻器热敏电阻器应用范围：应用范围：适用于大功率的适用于大功率的转换电源、开关电源、转换电源、开关电源、UPS电源及各类大功率照明灯具、电源及各类大功率照明灯具、电

46、加热器的浪涌电流抑制。电加热器的浪涌电流抑制。MF52珠状珠状测温型测温型NTC热敏电阻器热敏电阻器广泛应用于空调设备、暖气设备、广泛应用于空调设备、暖气设备、电子体温计、液位传感、汽车、电子体温计、液位传感、汽车、电子台历、手机电池。电子台历、手机电池。半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片CMF贴片式贴片式NTC热敏电阻器热敏电阻器应用于：应用于：半导体集成电路、液晶半导体集成电路、液晶显示、晶体管及移动通讯设备用显示、晶体管及移动通讯设备用石英振荡器的温度补偿、可充电石英振荡器的温度补偿、可充电电池的温度探测、计算机微处理电池的温度探测、计算机微处理器的温度探测、需温度补偿的各器的

47、温度探测、需温度补偿的各种电路。种电路。MF55系列系列绝缘薄膜型绝缘薄膜型NTC热敏电阻器热敏电阻器应用范围应用范围：电脑、打：电脑、打印机、家用电器等。印机、家用电器等。 电阻温度系数大，灵敏度高，约为电阻温度系数大，灵敏度高，约为 (3 6) 10 2 (1 / ) 电阻率大，利于小型化，连接导线影响可以忽略；电阻率大，利于小型化，连接导线影响可以忽略； 结构简单、体积小，可以用于测量结构简单、体积小，可以用于测量点温度点温度； 热惯性小，适用于热惯性小，适用于表面温度及快速变化温度表面温度及快速变化温度。半导体热敏电阻的特点半导体热敏电阻的特点测温范围：测温范围：-100300优点：优

48、点：不足：不足： 热敏电阻温度特性分散、互换性差、非线性严重。热敏电阻温度特性分散、互换性差、非线性严重。进一步发展依赖于进一步发展依赖于半导体技术的发展半导体技术的发展和和制造工艺制造工艺水平水平的提高。的提高。热电阻测温整体评价热电阻测温整体评价测温范围：测温范围：常用常用 -200 500 特殊范围：特殊范围： 测量测量低温端低温端可达平衡氢的三相点可达平衡氢的三相点13.8K； 铟电阻温度计铟电阻温度计3.4K；碳电阻温度计；碳电阻温度计1K； ITS-90国际温标规定在国际温标规定在3.8033K961.78间用铂电阻温度计作为内插仪器。间用铂电阻温度计作为内插仪器。特点：特点： 精

49、度高；精度高； 在低温段下测温灵敏度高；在低温段下测温灵敏度高； 输出信号便于远传、测量或自动控制。输出信号便于远传、测量或自动控制。5.3.5 热电阻测温电桥热电阻测温电桥（重点重点+难点难点）测量原理测量原理0EGpR1r3R4RtR2R终终始始AB当桥路平衡时，滑动触点当桥路平衡时，滑动触点B的位置就反映出了温度的变化。的位置就反映出了温度的变化。结论结论tR0EGpR1r4R3R2R终终始始rr（1）两线制接法）两线制接法 只适用于测量精度较低的场合只适用于测量精度较低的场合特点：特点：1.接入一个桥臂；接入一个桥臂；2.引线与连接导线的电阻引线与连接导线的电阻Rl随环境随环境温度的变

50、化温度的变化全部加入到热电阻的变化之中；全部加入到热电阻的变化之中；3.简单，仍有简单，仍有应用，为了误差不致过大，要求引出线的电阻值随温度的应用，为了误差不致过大，要求引出线的电阻值随温度的变化：铜：变化：铜：=0.2(R0)；铂；铂: = 0.1(R0) 。（2） 三线制接法三线制接法特点：消除引线电阻的影响特点：消除引线电阻的影响在测温下限电桥平衡时，有在测温下限电桥平衡时，有0tR0EGpR4R3R2R终终始始rrr0324ptRRrRRr R042424333tppRRrR RRRrRrrRRRR 是工业控制中最常用的引线接法是工业控制中最常用的引线接法（3）四线制接法）四线制接法t

51、URItR电位电位差计差计sEIIU主要用于高精度的温度检测主要用于高精度的温度检测 一种比较完善的方法一种比较完善的方法=0I1.1.请大家根据授课内容总结热电阻和热电偶的相同点与不同点。请大家根据授课内容总结热电阻和热电偶的相同点与不同点。2.2.用热电阻测温时，如果采用二线制接法，当引线电阻因环境用热电阻测温时，如果采用二线制接法，当引线电阻因环境温度升高而增加时，其指示值将偏高？偏低？还是不变？温度升高而增加时，其指示值将偏高？偏低？还是不变？3.3.工业用热电阻测温时，为什么不用四线制测量电路？工业用热电阻测温时，为什么不用四线制测量电路？课外练习及思考：课外练习及思考：本节内容小结

52、：本节内容小结： 热电阻是基于（热电阻是基于（ ）效应进行温度测量的。）效应进行温度测量的。 工业上常用热电阻的测量线路是（工业上常用热电阻的测量线路是（ ）线制接法。）线制接法。 热电阻的外观结构有（热电阻的外观结构有（ ），（），（ ），（），（ ）。）。 热电阻的测温原理热电阻的测温原理 热电阻的测量电路热电阻的测量电路 热电阻的外观结构热电阻的外观结构5.4 接触式测温技术与误差分析接触式测温技术与误差分析接触式测温存在误差：接触式测温存在误差：1. 温度计不仅与被测对象还与周围环境进行热交换。温度计不仅与被测对象还与周围环境进行热交换。2. 温度计的热容和热阻不可能为零。温度计的热容

53、和热阻不可能为零。减小温度计导热误差的方法：减小温度计导热误差的方法： 增加插入长度，减小柱体直径；增加插入长度，减小柱体直径； 选用导热系数小的材料做热电极、套管或屏罩；选用导热系数小的材料做热电极、套管或屏罩； 对温度计外露部分进行保温；对温度计外露部分进行保温； 将温度计管道弯头或迎着气流斜向插入管道，使感温将温度计管道弯头或迎着气流斜向插入管道，使感温头部置于气流中心线气流速度大、湍流度大的位置，头部置于气流中心线气流速度大、湍流度大的位置，以加强对流换热；以加强对流换热；垂直管道安装垂直管道安装安装形式安装形式倾斜管道安装倾斜管道安装弯曲管道安装弯曲管道安装法兰安装法兰安装辐射测温是

54、利用物体辐射测温是利用物体辐射能辐射能与其与其温度温度有关的原理进行有关的原理进行测温，测温元件与被测物测温，测温元件与被测物不直接接触，不直接接触，以辐射方式进行以辐射方式进行热交换，不会干扰或破坏被测温度场。热交换，不会干扰或破坏被测温度场。5.5 辐射式测温法辐射式测温法优点：测温上限不受限制，动态特性好，灵敏度高，优点：测温上限不受限制，动态特性好，灵敏度高，可用于测量运动状态对象的温度。可用于测量运动状态对象的温度。1. 有一个热辐射源（即被测对象）；有一个热辐射源（即被测对象）；2. 有辐射能传输的通道，如大气、光导纤维或真空；有辐射能传输的通道，如大气、光导纤维或真空；3. 有接

55、收和处理辐射信号的仪表（系统）。有接收和处理辐射信号的仪表（系统）。测量条件：测量条件：测量测量800以上高温和可见光范围的辐射式仪表有单以上高温和可见光范围的辐射式仪表有单色辐射高温计、全辐射高温计和比色高温计；测量低温色辐射高温计、全辐射高温计和比色高温计；测量低温与红外线范围辐射信号的有红外测温仪、红外热像仪。与红外线范围辐射信号的有红外测温仪、红外热像仪。红外测温仪红外测温仪便携式比色计便携式比色计辐射是电磁波传递能量的现象。按照产生电磁波的辐射是电磁波传递能量的现象。按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率的电磁波，例如高频振荡电不同原因可以得到不同频率的电磁波，例如高频振荡电路产生

56、的无线电波，此外还有可见光、红外线、紫外线、路产生的无线电波，此外还有可见光、红外线、紫外线、X X射线、及射线、及射线等各种电磁波。热辐射是由于热的原因射线等各种电磁波。热辐射是由于热的原因而产生的电磁辐射。而产生的电磁辐射。热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。辐射是物体的固有特性，只要物体改变时激发出来的。辐射是物体的固有特性，只要物体的温度高于零度（的温度高于零度（0k0k），物体总是不断的把热能转变为），物体总是不断的把热能转变为辐射能，向外发出热辐射。同时，物体亦不断地吸收周辐射能，向外发出热辐射。同时，物体亦不断

57、地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。辐射换热就是物体之间相互辐射和吸收的转变成热能。辐射换热就是物体之间相互辐射和吸收的总效果。当物体与环境处于热平衡时，其辐射换热量为总效果。当物体与环境处于热平衡时，其辐射换热量为零，但其表面上的热辐射仍在不停的进行。零，但其表面上的热辐射仍在不停的进行。 热辐射的本质：热辐射的本质：5.5.1 辐射测温的物理基础辐射测温的物理基础(1) 热辐射热辐射 热辐射（热辐射（thermal radiation），物体由于具有温度而辐），物体由于具有温度而辐射射电磁波电磁波的现象。的现象

58、。热量传递热量传递的的3种方式之一。一切温度高于种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。由于电磁波的传播无需任能量就愈大，短波成分也愈多。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。热辐射计热辐射计 热辐射计是一种演示仪器，其中由四枚轻质叶片构成的热辐射计是一种演示仪器，其中由四枚轻质叶片构成的叶轮可绕竖直轴转动，叶片的一面涂黑，另一面是光亮面。叶轮可绕竖直轴转动，叶片的一面涂黑，另一面是光亮面。当用灯光照射时，小叶轮

59、就绕竖轴旋转，可用来演示绝对黑当用灯光照射时，小叶轮就绕竖轴旋转，可用来演示绝对黑体在单位时间、单位面积上所吸收（或发出）的热量比其它体在单位时间、单位面积上所吸收（或发出）的热量比其它任何表面为多。这是因为四个叶片的涂黑面吸收了红外线热任何表面为多。这是因为四个叶片的涂黑面吸收了红外线热辐射，使叶片黑的一面附近的空气变热，加剧了气体分子的辐射，使叶片黑的一面附近的空气变热，加剧了气体分子的热运动，碰撞叶片，使叶片两面受力不平衡（亮的一面受到热运动，碰撞叶片，使叶片两面受力不平衡（亮的一面受到的冲量小），从而使叶片向亮面方向运动，于是叶轮就旋转的冲量小），从而使叶片向亮面方向运动，于是叶轮就旋

60、转起来。起来。热量直接由物体向外射出的传热方式叫做热辐射。辐热量直接由物体向外射出的传热方式叫做热辐射。辐射与热传导和对流不同，它不需要传热物质，以比光波波射与热传导和对流不同，它不需要传热物质，以比光波波长长的短电磁波的形式从热源向四面八方辐射。太阳的热长长的短电磁波的形式从热源向四面八方辐射。太阳的热就是完全靠热辐射方式传到地球上来的，因为在太阳和地就是完全靠热辐射方式传到地球上来的，因为在太阳和地球之间有一个很宽的真空地带，不能产生传导和对流。球之间有一个很宽的真空地带，不能产生传导和对流。热辐射的特点：热辐射的特点： 1、任何物体，只要温度高于、任何物体，只要温度高于0K ，就会不停地