热工测试技术第2章课件

1、Thursday, March 24, 2022热工测试技术1，二、温度测量的基本原理二、温度测量的基本原理温度测量：基于热力学第零定律；温度测量：基于热力学第零定律；即一切互为热平衡的物体都具有相同的温即一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。度。三、温标的概念三、温标的概念衡量温度的标准尺度称之为温标衡量温度的标准尺度称之为温标温标确定了相应的温度单位温标确定了相应的温度单位国际上常用的温标：国际上常用的温标：热力学温标热力学温标摄氏温标摄氏温标国际实用温标国际实用温标华氏温标华氏温标Thursday, March 24, 2022热工测试技术2 单位和热力学温标相同单位和热力学温标相同 ,

2、 ,也采用开尔文也采用开尔文1 1）热力学温标（开尔文，）热力学温标（开尔文，K K） 热力学温标是建立在热力学基础上的热力学温标是建立在热力学基础上的一种理论温标，在国际单位制中，它是七一种理论温标，在国际单位制中，它是七个基本单位制之一，名叫热力学温度。个基本单位制之一，名叫热力学温度。2 2）国际实用温标）国际实用温标Thursday, March 24, 2022热工测试技术34 4）华氏温标（华氏度、）华氏温标（华氏度、）F =1.8 F =1.8 * * C+32 C =5(F-32)/9 C+32 C =5(F-32)/90 = 17.8 0 = 17.8 100 = 37.31

3、00 = 37.3 3 3）摄氏温标（摄氏度、）摄氏温标（摄氏度、） 国际其本单位之一，与热力学温标单位国际其本单位之一，与热力学温标单位开尔文并用。开尔文并用。Thursday, March 24, 2022热工测试技术4四、温度测量的基本方法四、温度测量的基本方法 固体式固体式 热敏电热敏电阻阻 比色式比色式 热电偶热电偶 接触式接触式 非接触式非接触式测量方式测量方式 膨胀式膨胀式电阻式电阻式液体式液体式气体式气体式热电阻热电阻热辐射式热辐射式辐射式辐射式亮度式亮度式Thursday, March 24, 2022热工测试技术5接触法和非接触法的特点接触法和非接触法的特点 接触法接触法非

4、接触法非接触法必要条件必要条件（1 1）检测元件与）检测元件与测量对象有良好测量对象有良好的热接触；的热接触；（2 2）测量对象与）测量对象与检测元件接触时，检测元件接触时，要使前者的温度要使前者的温度保持不变。保持不变。（1 1）由测量对）由测量对象发出的辐射应象发出的辐射应全部到达检测元全部到达检测元件；件；（2 2）应明确知）应明确知道测量对象的有道测量对象的有效发射率或重现效发射率或重现性。性。Thursday, March 24, 2022热工测试技术6接触法接触法非接触法非接触法特特 点点（1 1）测量热容量）测量热容量小的物体的温度有小的物体的温度有困难；困难；（2 2）测量运动

5、的物）测量运动的物体有困难；体有困难；（3 3）可测量任何部）可测量任何部位的温度；位的温度；（4 4）便于多点、集）便于多点、集中测量和自动控制。中测量和自动控制。（1 1）因为检测元）因为检测元件不与测量对象接件不与测量对象接触，所以测量的对触，所以测量的对象的温度不变；象的温度不变；（2 2）可以测量运）可以测量运动物体的温度；动物体的温度；（3 3）一般测量）一般测量表面温度。表面温度。Thursday, March 24, 2022热工测试技术7接触法接触法非接触法非接触法容易测量容易测量10001000以下的温度以下的温度 适于高温测量适于高温测量 测量范围的测量范围的1%1%左右

6、左右 准确度准确度 一般在一般在1010左右左右 响应速度响应速度 较慢较慢 较快较快 测温范围测温范围Thursday, March 24, 2022热工测试技术83 3最好是线性特性，并具有良好的响应特性。最好是线性特性，并具有良好的响应特性。 五、温度计的主要要求五、温度计的主要要求1 1单值函数关系。单值函数关系。2 2温度测量范围广、准确度高、复现温度测量范围广、准确度高、复现性好、灵敏度高。性好、灵敏度高。Thursday, March 24, 2022热工测试技术92-2 2-2 膨胀式温度计膨胀式温度计缺点：不能自动记录、远传、易损坏、污染缺点：不能自动记录、远传、易损坏、污染

7、 环境。环境。 一、玻璃管液体温度计一、玻璃管液体温度计 测温范围测温范围-100-100600600 利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛细管内的膨胀作用来测量温度。细管内的膨胀作用来测量温度。（一）特点：（一）特点：优点：测温直观、结构简单、价格便宜、测优点：测温直观、结构简单、价格便宜、测 量准确、使用方便。量准确、使用方便。Thursday, March 24, 2022热工测试技术10Thursday, March 24, 2022热工测试技术11按感温液体分为按感温液体分为 ：水银温度计，有机液体温度计水银温度计，有机液体温度计 （二）（按用途）分类：（

8、二）（按用途）分类：普通温度计，精密温度计，标准温度计普通温度计，精密温度计，标准温度计Thursday, March 24, 2022热工测试技术12 不易湿润玻璃，便于读数。不易湿润玻璃，便于读数。 （三）感温工作介质的特性（三）感温工作介质的特性 1.1.工作液体：水银，有机液体（甲苯、乙醇、工作液体：水银，有机液体（甲苯、乙醇、 石油醚等）石油醚等）2.2.特点（要求）特点（要求） 膨胀系数大，且稳定，较高灵敏度；膨胀系数大，且稳定，较高灵敏度； 化学、物理稳定性好；化学、物理稳定性好； 导热好；导热好；Thursday, March 24, 2022热工测试技术13水银不润湿玻璃，可

9、以准确读数水银不润湿玻璃，可以准确读数水银具有如下特性：水银具有如下特性：水银的凝固点为水银的凝固点为-38.836-38.836，沸点，沸点356.69356.69。而且容易得到纯度很高的水银。而且容易得到纯度很高的水银。水银的体膨胀在水银的体膨胀在200200以下与温度大体呈线以下与温度大体呈线性关系，因此水银的刻度是线性均匀等分的；性关系，因此水银的刻度是线性均匀等分的；Thursday, March 24, 2022热工测试技术14在感温液中，水银的导热性能最好，因此，温在感温液中，水银的导热性能最好，因此，温度计的时间常数很小。水银的最大缺点是汞蒸气度计的时间常数很小。水银的最大缺点

10、是汞蒸气有毒，在制造过程中或者水银温度被损坏时，均有毒，在制造过程中或者水银温度被损坏时，均要污染环境。要污染环境。水银温度计通常的应用范围是水银温度计通常的应用范围是3535360360。如将惰性气体加压封入玻璃温度计内，使用温度如将惰性气体加压封入玻璃温度计内，使用温度可达可达650650左右，将惰性气体加压封入石英管内，左右，将惰性气体加压封入石英管内，使用温度可提高到使用温度可提高到760760，如果用汞铊温度计，如果用汞铊温度计，则可向低温延伸到则可向低温延伸到 6060左右；左右；Thursday, March 24, 2022热工测试技术15有机液体具有如下特性：有机液体具有如下

11、特性： 有机液体易于沾附在玻璃上，造成挂柱或断有机液体易于沾附在玻璃上，造成挂柱或断柱现象，因而，它的精度低于水银温度计柱现象，因而，它的精度低于水银温度计主要用于测量主要用于测量00以下的低温，最低可达以下的低温，最低可达200200，它对玻璃的视膨胀系数较水银大，露出它对玻璃的视膨胀系数较水银大，露出液柱须按液柱须按0.0100.010修正修正 着色的有机液体读数方便着色的有机液体读数方便Thursday, March 24, 2022热工测试技术16（四）玻璃材料及特性：（四）玻璃材料及特性： 1 1玻璃材料：普通玻璃玻璃材料：普通玻璃300300， 硅硼玻璃硅硼玻璃500,500500

12、2.2.特点（要求）：特点（要求）：膨胀系数小，且稳定，并按一定规律膨膨胀系数小，且稳定，并按一定规律膨胀或收缩；胀或收缩； 化学、物理稳定性好；化学、物理稳定性好； 导热好。导热好。 Thursday, March 24, 2022热工测试技术17（五）主要结构（五）主要结构 4.4.保护套式温度计保护套式温度计全浸式全浸式局浸式局浸式1 1棒式温度计棒式温度计2 2内标式温度计内标式温度计3 3电接点式温度计电接点式温度计分为固定电接点温度计和可调电接点温度计。分为固定电接点温度计和可调电接点温度计。Thursday, March 24, 2022热工测试技术18二、双金属温度计二、双金属

13、温度计 （二）基本原理（二）基本原理: :tdlGX2（一）测温范围：（一）测温范围：8080600600可用关系式可用关系式: :X 双金属片始端的位移双金属片始端的位移mmmm；l 双金属片的长度双金属片的长度mmmm；d d 双金属片的厚度双金属片的厚度mmmm；t 双金属片的温度变化双金属片的温度变化。G 弯曲率弯曲率 Thursday, March 24, 2022热工测试技术19Thursday, March 24, 2022热工测试技术20Thursday, March 24, 2022热工测试技术21平螺旋型与宜螺旋型两种平螺旋型与宜螺旋型两种 （三）分类（三）分类: :(1)

14、(1)依据双金属温度计的刻度盘平面与保依据双金属温度计的刻度盘平面与保护管的连接方向可分为：护管的连接方向可分为：(a)(a)轴向型轴向型(b)(b)径向型径向型(c)135(c)135角型角型(d)(d)盒盒 型型(2)(2)按照感温元件的形状分为：按照感温元件的形状分为：Thursday, March 24, 2022热工测试技术22三、压力式温度计三、压力式温度计使用范围为使用范围为8080600600。一种膨胀式温度计一种膨胀式温度计可直接测量并显示可直接测量并显示被测介质的温度被测介质的温度Thursday, March 24, 2022热工测试技术23除电接点压力式温度计外，其他结

15、构形除电接点压力式温度计外，其他结构形 式均无电源，因此，安全防爆。式均无电源，因此，安全防爆。特点：特点：结构简单、可靠、价格便宜；结构简单、可靠、价格便宜；刻度清晰，便于读数；刻度清晰，便于读数；驱动力大，可直接带动指针或记录笔，驱动力大，可直接带动指针或记录笔， 也可作为调节器的输入信号；也可作为调节器的输入信号；Thursday, March 24, 2022热工测试技术24（一）基本原理：（一）基本原理： 利用气体和液体压力随温度变化的特性利用气体和液体压力随温度变化的特性进行测温的传感器。进行测温的传感器。mRTpV （二）主要结构：（二）主要结构： 感温包、毛细管、弹簧管。感温包

16、、毛细管、弹簧管。Thursday, March 24, 2022热工测试技术25(d)(d)充气体压力式温度计充气体压力式温度计 ( (三三) )分类分类根据充灌的工作介质的不同可分为四类：根据充灌的工作介质的不同可分为四类：(a)(a)充液体压力式温度计；充液体压力式温度计； (b)(b)充水银压力式温度计；充水银压力式温度计； (c)(c)充蒸汽压力式温度计；充蒸汽压力式温度计；Thursday, March 24, 2022热工测试技术26（四）压力式温度计的使用（四）压力式温度计的使用 压力式温度计适于测量对温包无腐蚀作用压力式温度计适于测量对温包无腐蚀作用的液体、蒸汽和气体的温度。

17、小型压力式温度的液体、蒸汽和气体的温度。小型压力式温度计可用作汽车、拖拉机及内燃机冷却水系统、计可用作汽车、拖拉机及内燃机冷却水系统、滑润油系统的温度测量表。滑润油系统的温度测量表。Thursday, March 24, 2022热工测试技术27使用时应注意的事项：使用时应注意的事项： 4 4、在安装液体压力式温度计时，其温包与显、在安装液体压力式温度计时，其温包与显示仪表应在同一水平面上，以减少由液体静示仪表应在同一水平面上，以减少由液体静压力引起的误差。压力引起的误差。 1 1、时间常数、时间常数 2 2、如果被测介质有较高压力或对温包有、如果被测介质有较高压力或对温包有腐蚀作用时，应将温

18、包安装在耐压且腐蚀作用时，应将温包安装在耐压且抗腐蚀的保护管中。抗腐蚀的保护管中。3 3、在测量时应将温包全部插入被测介质、在测量时应将温包全部插入被测介质 中以减少导热误差。中以减少导热误差。Thursday, March 24, 2022热工测试技术282-3 2-3 电阻式温度计电阻式温度计 导体或半导体中，电子及其他粒子导体或半导体中，电子及其他粒子的热运动迁移。的热运动迁移。 一、热电阻测温的基本原理一、热电阻测温的基本原理 利用导体或半导体的电阻值随温度利用导体或半导体的电阻值随温度单值变化的特性进行温度测量，即电单值变化的特性进行温度测量，即电阻温度特性。阻温度特性。T T R

19、R二、热电阻测温的物理根源（机理）二、热电阻测温的物理根源（机理）Thursday, March 24, 2022热工测试技术29三、电阻式温度计的主要特点三、电阻式温度计的主要特点6 6、惰性较大，抗机械冲击与振动性能差、惰性较大，抗机械冲击与振动性能差 1 1、高灵敏度、高灵敏度2 2、高准确度，、高准确度，无冷端误差无冷端误差，由读取的电，由读取的电阻值可直接求得温度阻值可直接求得温度3 3、稳定性、复现性、线性较好、稳定性、复现性、线性较好4 4、体积较大、体积较大5 5、线路接法要求高（线路阻值影响）、线路接法要求高（线路阻值影响）Thursday, March 24, 2022热工

20、测试技术30四、金属导体电阻与温度关系四、金属导体电阻与温度关系 其中，其中， 电阻温度系数。表明温度变化电阻温度系数。表明温度变化11时，电阻相对变化的数值时，电阻相对变化的数值 。)(100ttRRt)(000ttRRRttt（一）金属导体的电阻温度系数（一）金属导体的电阻温度系数 电阻随温度变化的函数：电阻随温度变化的函数：电阻温度系数定义式为电阻温度系数定义式为 ：Thursday, March 24, 2022热工测试技术31 电阻与温度非线性时，电阻与温度非线性时， 非常数，随温度变非常数，随温度变化，通常只能用区域平均值表示。化，通常只能用区域平均值表示。通常取t=100, Rt

21、=100, R100100；t t0 0=0, R=0, R0 0 的数值 2 2、非线性、非线性 实际上一般导体的电阻与温度的实际上一般导体的电阻与温度的关系并不一定是线性的，那么，欲知某一关系并不一定是线性的，那么，欲知某一温度下的温度下的 ，就应取极限。，就应取极限。 001001000100RRRdtRdR/1 1、理论定义：、理论定义：越大，电阻温度计灵敏度越高。越大，电阻温度计灵敏度越高。Thursday, March 24, 2022热工测试技术32通常：通常：46 46 、100 .100 .常用：常用：R R0 0=100 =100 金属导体金属导体: : 0.4%0.4%0

22、.6% /K0.6% /K；半导体：半导体： 3%3%6% /K 6% /K 3 3、纯度：对于同一金属，纯度越高，、纯度：对于同一金属，纯度越高， 越大。越大。通常以通常以 表示纯度，表示纯度， 纯度纯度。 0100RRw w（二）实用关联式（二）实用关联式tRRtR0(1+a1ta2 t2antn)（三）（三）R R0 0的选定：的选定：Thursday, March 24, 2022热工测试技术33五、热电阻材料及要求五、热电阻材料及要求（一）材料：（一）材料： 金属导体：铂、铜、镍、铑铁合金、金属导体：铂、铜、镍、铑铁合金、 铂钴合金等。铂钴合金等。 半导体：锗、碳、铜、铁、镍、锰等半

23、导体：锗、碳、铜、铁、镍、锰等 的氧化物，碳酸盐、硝酸盐的氧化物，碳酸盐、硝酸盐 等化合物高温烧结而成。等化合物高温烧结而成。Thursday, March 24, 2022热工测试技术34（二）对材料的要求：（二）对材料的要求：1 1、电阻温度系数、电阻温度系数大，稳定；大，稳定；2 2、电阻率、电阻率大，体积小；大，体积小；3 3、材料复现性、化学物理稳定性好；、材料复现性、化学物理稳定性好；4 4、容易加工制造，经济。、容易加工制造，经济。Thursday, March 24, 2022热工测试技术35六、热电阻常用形式六、热电阻常用形式 温标基准温度计：温标基准温度计：259.3425

24、9.34630.74 630.74 （一）铂热电阻（一）铂热电阻性质稳定，纯度高，接近线性。性质稳定，纯度高，接近线性。铂电阻在还原气氛中容易被侵蚀变脆，铂电阻在还原气氛中容易被侵蚀变脆，因此一定要加保护套管。因此一定要加保护套管。工业温度计：工业温度计：200200850850Thursday, March 24, 2022热工测试技术36在在0 0850850范围内铂电阻的电阻值与温度的关范围内铂电阻的电阻值与温度的关系表达式为系表达式为 ：201BtAtRRt3201001ttCBtAtRRt在在-200-20000范围内为：范围内为：Thursday, March 24, 2022热工

25、测试技术37（二）铜热电阻（二）铜热电阻 工业用测温范围：工业用测温范围：5050150150优点：纯度高、经济好、线性。优点：纯度高、经济好、线性。缺点：缺点：1 1、铜的电阻率较小，所以要制造一定电、铜的电阻率较小，所以要制造一定电阻值的热电阻其铜丝的直径很细，影响阻值的热电阻其铜丝的直径很细，影响机械强度机械强度2 2、长度较长，热电阻体积较大、长度较长，热电阻体积较大Thursday, March 24, 2022热工测试技术383 3、铜易氧化，测温范围不能超过、铜易氧化，测温范围不能超过150150一般使用温度在一般使用温度在100100以下以下4 4、不能在有浸蚀性介质中使用、不

26、能在有浸蚀性介质中使用Thursday, March 24, 2022热工测试技术39 大，低温域灵敏度高，稳定性差，大，低温域灵敏度高，稳定性差， 不稳定，非线性不稳定，非线性（三）镍热电阻（三）镍热电阻 军用温度传感器：军用温度传感器：5050300 300 （、大，体积小，灵敏度高大，体积小，灵敏度高 ）Thursday, March 24, 2022热工测试技术40（四）深低温热电阻（四）深低温热电阻成功应用：铑铁电阻温度计成功应用：铑铁电阻温度计 日本的铂钴电阻温度计日本的铂钴电阻温度计 主要采用合金材料：铑铁热电阻、铂钴热主要采用合金材料：铑铁热电阻、铂钴热电阻，电阻，3030K

27、K以下温度。以下温度。Thursday, March 24, 2022热工测试技术41七、标准热电阻温度计的主体结构七、标准热电阻温度计的主体结构 5 5、接线盒、接线盒1 1、感温元件、感温元件 （热电阻丝、骨架）（热电阻丝、骨架）2 2、内引线、内引线3 3、绝缘管、绝缘管4 4、保护管、保护管Thursday, March 24, 2022热工测试技术421 1、电阻丝应具备的条件：、电阻丝应具备的条件： 在使用温度范围内，电阻与温度的关在使用温度范围内，电阻与温度的关系是连续固定的，最好呈线性关系，系是连续固定的，最好呈线性关系，便于分度便于分度在使用温度范围内，化学及物理性能稳定在使

28、用温度范围内，化学及物理性能稳定尽可能大而稳定的电阻温度系数尽可能大而稳定的电阻温度系数互换性好，复制性强互换性好，复制性强 Thursday, March 24, 2022热工测试技术43最好的是纯铂丝最好的是纯铂丝 固有电阻要大，因此，选用铂与镍丝有利固有电阻要大，因此，选用铂与镍丝有利容易加工，为了使其具有较大的电阻值，容易加工，为了使其具有较大的电阻值，加工成细丝是有效的加工成细丝是有效的Thursday, March 24, 2022热工测试技术442 2、骨架（绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定、骨架（绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定热电阻丝的支架）热电阻丝的支架）骨架材料：云母、玻璃、

29、石英、陶瓷骨架材料：云母、玻璃、石英、陶瓷 要求：要求：（1 1）绝缘性好，比热小，导热好）绝缘性好，比热小，导热好（2 2）膨胀系数接近于热电阻丝）膨胀系数接近于热电阻丝（3 3）稳定性好，不沾污电）稳定性好，不沾污电（4 4）机械强度、工艺性好）机械强度、工艺性好Thursday, March 24, 2022热工测试技术453 3、内引线、内引线 纯度高、不产生热电势的材料，而纯度高、不产生热电势的材料，而且，在最高使用温度下时，必须是难蒸且，在最高使用温度下时，必须是难蒸发、抗氧化、不质变的材料。发、抗氧化、不质变的材料。 由热电阻感温元件至接线端子的连接导线由热电阻感温元件至接线端子

30、的连接导线由于保护管内温度梯度大由于保护管内温度梯度大内引线的要选用要求：内引线的要选用要求：Thursday, March 24, 2022热工测试技术46制作主要注意事项：制作主要注意事项： 1 1、双线绕制、双线绕制2 2、避免产生机械应力、避免产生机械应力3 3、热处理，消除内应力、热处理，消除内应力 Thursday, March 24, 2022热工测试技术47常用的内引线方法：常用的内引线方法：两线制两线制三线制三线制（消除内引线电阻的影响）（消除内引线电阻的影响）四线制四线制（高精度测量）（高精度测量）Thursday, March 24, 2022热工测试技术484 4、热电

31、阻的保护管与绝缘管、热电阻的保护管与绝缘管 保护管应具有较高的气密性，能够保保护管应具有较高的气密性，能够保护感温元件及内引线不受介质腐蚀，并具护感温元件及内引线不受介质腐蚀，并具有较高的耐热、耐寒性和使用寿命。有较高的耐热、耐寒性和使用寿命。 （1 1）保护管）保护管Thursday, March 24, 2022热工测试技术49对保护管的要求对保护管的要求比较项目比较项目 在测量精度上的要求在测量精度上的要求 在强度上的要求在强度上的要求 长长 度度 保护管长好保护管长好 保护管短好保护管短好1 1、热传导误差小、热传导误差小 2 2、感温元件可以、感温元件可以插入被测对象的中插入被测对象

32、的中心部位心部位 1 1、抗冲击性能强、抗冲击性能强 2 2、液体对保护管、液体对保护管的阻力小的阻力小 3 3、固有振动频率、固有振动频率高高 Thursday, March 24, 2022热工测试技术50比较项目比较项目 在测量精度上的要求在测量精度上的要求 在强度上的要求在强度上的要求 厚厚 度度 壁薄好壁薄好 1 1、导热误差小、导热误差小 2 2、响应速度快、响应速度快 壁厚好壁厚好 1 1、固有振动频、固有振动频率高率高 2 2、耐高压、耐高压流流 体体速速 度度 速度快好速度快好 速度慢好速度慢好 1 1、热传导快、热传导快 2 2、响应速度高、响应速度高 1 1、冲击力小、冲

33、击力小 2 2、卡门涡旋引、卡门涡旋引起的振动频率低起的振动频率低Thursday, March 24, 2022热工测试技术51(2)(2)绝缘管绝缘管 热电阻在用于高温或低温测量时，常热电阻在用于高温或低温测量时，常常由于绝缘问题使输出电阻值出现异常现常由于绝缘问题使输出电阻值出现异常现象。此种事故往往是由于绝缘不良引起的。象。此种事故往往是由于绝缘不良引起的。其原因有：其原因有：1 1、水蒸气进入保护管内，随着温度的降低，、水蒸气进入保护管内，随着温度的降低，将在绝缘管、内引线及感温元件的表面凝结，将在绝缘管、内引线及感温元件的表面凝结，使其绝缘下降，指示温度偏低使其绝缘下降，指示温度偏

34、低Thursday, March 24, 2022热工测试技术523 3、通常用银作铂热电阻的内引线，但是、通常用银作铂热电阻的内引线，但是300300左右的温度下，银丝表面的氧化银将蒸发，左右的温度下，银丝表面的氧化银将蒸发，因此，采有银蒸汽镀在绝缘管的表面上，降因此，采有银蒸汽镀在绝缘管的表面上，降低绝缘电阻。在低绝缘电阻。在1 12 2个月内，绝缘电阻要降个月内，绝缘电阻要降低低5K5K左右左右 2 2、采用氧化镁作绝缘管，则易吸潮并且、采用氧化镁作绝缘管，则易吸潮并且它的绝缘电阻将随温度升高而降低它的绝缘电阻将随温度升高而降低Thursday, March 24, 2022热工测试技术

35、53八、热敏电阻介绍八、热敏电阻介绍 CTRCTR临界温度热敏电阻临界温度热敏电阻 （一）热敏电阻三种形式（一）热敏电阻三种形式NTCNTC负温系数热敏电阻负温系数热敏电阻PTCPTC正温系数热敏电阻正温系数热敏电阻NTCNTCPTCPTCPTCPTCCTRCTRThursday, March 24, 2022热工测试技术54（二）热敏电阻温度计的特点（二）热敏电阻温度计的特点 5 5、总阻值较大，线路阻值变化带来的误、总阻值较大，线路阻值变化带来的误差相对较小，可忽略差相对较小，可忽略 1 1、电阻温度系数高、电阻温度系数高 2 2、电阻率大，体积小、电阻率大，体积小3 3、互换性差，分散性

36、大，性能不稳定，、互换性差，分散性大，性能不稳定，非线性非线性4 4、高温性能差、高温性能差Thursday, March 24, 2022热工测试技术55九、热电阻测量的二次仪表九、热电阻测量的二次仪表 )(231tLLRRRRRR32RR 1LLtRRRR（一）平衡电桥一）平衡电桥：.两线制热电阻接法两线制热电阻接法1 1、两线接法、两线接法平衡条件：平衡条件：若若Thursday, March 24, 2022热工测试技术56消除外接线影响，内引线消除外接线影响，内引线无法消除。无法消除。 )()(231lwbtwaRRRRRRRtlRRR12 2、三线接法、三线接法若若 R R2 2=

37、R=R3 3， Rwa=Rwb ( Rwa=Rwb (通常可以保证通常可以保证) ) Thursday, March 24, 2022热工测试技术57231)()(RRRRRRRRtlbwblawa.三线制热电阻接法三线制热电阻接法消除部分内引线及外导线的影响。消除部分内引线及外导线的影响。若若 R R2 2=R=R3 3，RRLaLa=R=RLbLb ( (通常可以保通常可以保证证) )若若R Rwa a=R=Rwb b，则，则R R1 1 = R = Rt ttwbwaRRRR1Thursday, March 24, 2022热工测试技术58接通接通C C点：点： .四线制热电阻接法四线制

38、热电阻接法cR1231)()(RRRRRRRRwblBtlAwac) 1 (1lBwbtlAwacRRRRRR若若23RR Thursday, March 24, 2022热工测试技术59若若 则则接通接通D D点：点： （加（加R4R4标准电阻）标准电阻）2431)()(RRRRRRRRRwblBtlAwaD32RR )2(41RRRRRRRlBtwblAwaDDR1Thursday, March 24, 2022热工测试技术60（1 1） (2) (2) 得：得：2)(,2411411RRRRRRRRDcttDc所以有完全消除内引线及外导线的影响完全消除内引线及外导线的影响Thursday

39、, March 24, 2022热工测试技术61（二）电位差计测量（二）电位差计测量NNIRU接通接通RN端端：Thursday, March 24, 2022热工测试技术62接通接通Rt端：端：ttIRUNtNtUURR所以，所以，Thursday, March 24, 2022热工测试技术63总结：总结： 四线制热电阻，可完全消除内、四线制热电阻，可完全消除内、外接导线的影响。外接导线的影响。 二线制热电阻，可消除外导线影响，二线制热电阻，可消除外导线影响，不消除内导线影响。不消除内导线影响。三线制热电阻，可消除外导线影响，三线制热电阻，可消除外导线影响，以及部分内导线影响。以及部分内导线

40、影响。Thursday, March 24, 2022热工测试技术64十、热电阻温度计测量误差十、热电阻温度计测量误差（1 1）接线电阻；）接线电阻； （2 2）附加热电势误差；）附加热电势误差；（3 3）绝缘电阻误差；）绝缘电阻误差； 1.1.热电阻自热效应误差；热电阻自热效应误差；2.R2.R0 0引入误差；引入误差；3.3.分度误差；分度误差；4.4.稳定性误差；（劣化、机械应力、稳定性误差；（劣化、机械应力、 弯曲变形等）弯曲变形等）5.5.引线误差；引线误差；Thursday, March 24, 2022热工测试技术656.6.动态响应误差；动态响应误差；7.7.安装方法误差；安装

41、方法误差； （1 1）安装深度误差；）安装深度误差； （2 2）插入区域响应速度误差；）插入区域响应速度误差； （3 3）高速流体误差；）高速流体误差；8.8.二次仪表误差。二次仪表误差。 Thursday, March 24, 2022热工测试技术662-4 2-4 热电偶温度计热电偶温度计 一、特点：一、特点： 优点：优点： 1.1.电信号输出，便于远传、调节、控制；电信号输出，便于远传、调节、控制； 2.2.结构简单，制造方便；结构简单，制造方便； 3.3.范围广、体积小、便于动态测量的范围广、体积小、便于动态测量的点测温点测温；（20020020002000） 4.4.测量精度较高，稳

42、定性好，复现性好测量精度较高，稳定性好，复现性好 5.5.便于测量流体温度、固体温度便于测量流体温度、固体温度Thursday, March 24, 2022热工测试技术67缺点：缺点：测量准确度难以超过测量准确度难以超过0.20.2；必须有基准接点并使其温度保持恒定，因此必须有基准接点并使其温度保持恒定，因此须将热电偶延长或者采用补偿导线须将热电偶延长或者采用补偿导线在高温或长期使用时，易受被测介质或气氛在高温或长期使用时，易受被测介质或气氛的作用的作用( (如氧化、还原等如氧化、还原等) )而发生劣化而发生劣化热点偶存在冷端问题，精确测量过程复杂。热点偶存在冷端问题，精确测量过程复杂。 T

43、hursday, March 24, 2022热工测试技术68二、热电偶测温基本原理二、热电偶测温基本原理（一）热电效应（西拜克效应）（一）热电效应（西拜克效应） Thursday, March 24, 2022热工测试技术69（二）两种热电势形式：（二）两种热电势形式：接触电势接触电势 ： BTATTABNNeKTElnThursday, March 24, 2022热工测试技术70 温差电势温差电势 TTAATTATNdNeKE00,1Thursday, March 24, 2022热工测试技术71（三）热电偶回路热电势：（三）热电偶回路热电势：),()(),()(),(0000TTETE

44、TTETETTEAABBABABTTBAABdTNNekTTE0ln,0)()(),(00TfTfTTEABThursday, March 24, 2022热工测试技术721.1.只与材料性质、两端温度有关，与长度、只与材料性质、两端温度有关，与长度、粗细、形状无关；粗细、形状无关；2.2.不同材料，才能组成热电偶；不同材料，才能组成热电偶； 3.3.只有两端温度不同时，热电偶才存在热只有两端温度不同时，热电偶才存在热电势电势; ;cT 0回路热电势的性质：回路热电势的性质：cTfTTEAB)(),(0则热电势与温度则热电势与温度T T为单值函数关系为：为单值函数关系为：则有：则有： cTf0

45、只有热电偶的一端温度确定，如只有热电偶的一端温度确定，如: :Thursday, March 24, 2022热工测试技术73（四）热端与冷端（四）热端与冷端 通常热电偶的两接点称热端和冷端，通常热电偶的两接点称热端和冷端，也可称测量端和参考端。只有冷端（参也可称测量端和参考端。只有冷端（参考端）温度确定，才可以进行温度测量。考端）温度确定，才可以进行温度测量。Thursday, March 24, 2022热工测试技术74三、热电偶测温的基本定律三、热电偶测温的基本定律（一）均质导体定律（一）均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面、长度，以及

46、各处的温度不论导体的截面、长度，以及各处的温度分布如何，都不产生热电势。分布如何，都不产生热电势。 0),(0ttEAAThursday, March 24, 2022热工测试技术75（二）中间导体定律（二）中间导体定律 Thursday, March 24, 2022热工测试技术76图（图（a a），此时的回路总电势为：此时的回路总电势为：) 1 (),()()(),()(),()()(),()(),(000000000TTETETETTETETTETETETTETETTEACABCBABACABCBABABC见图（见图（b b），则有：），则有：0)()(ln)()(ln)()(ln)()

47、()()(00000000000TNTNTNTNTNTNeKTTETETETEACCBBACABCABABC由此可得：由此可得：)2()()()(000TETETEABCABCThursday, March 24, 2022热工测试技术77将将(2)(2)代入代入(1)(1)得：得：),()(),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABABC与公式与公式),()(),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABAB比较得比较得),(),(00TTETTEABABCThursday, March 24, 2022热工测试技术78结论：结论： 在热电偶回路中，串接若

48、干种导体，只在热电偶回路中，串接若干种导体，只要串入导体的两端温度相同，则热电偶的热要串入导体的两端温度相同，则热电偶的热电势与中间导体无关。电势与中间导体无关。Thursday, March 24, 2022热工测试技术79（三）中间温度定律（三）中间温度定律 ),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB ),(),(0nABnABTTETTEThursday, March 24, 2022热工测试技术80（五）基本定律应用练习（五）基本定律应用练习1 1证明证明 Thursday, March 24, 2022热工测试技术81 2 2证明证明 Thursday, March 2

49、4, 2022热工测试技术82四、热电偶冷端温度的处理四、热电偶冷端温度的处理Thursday, March 24, 2022热工测试技术83（一）冷端恒温法（一）冷端恒温法1 1、冰点恒温法、冰点恒温法 tt0 = 0CABBt0 = 0ABCtThursday, March 24, 2022热工测试技术84Thursday, March 24, 2022热工测试技术852 2、t t0 0恒温器法恒温器法( (热电势修正法热电势修正法) )：此时测值为此时测值为 )0,(),(0tEttEABAB为获得)0,(),()0,(00tEttEtEABABABThursday, March 24

50、, 2022热工测试技术86( (二二) ) 补偿导线法补偿导线法.特点：特点：1.1.改善线路机械性能；改善线路机械性能；2.2.降低线路成本，采用贱金属导线；降低线路成本，采用贱金属导线；3.3.迁移冷端。迁移冷端。Thursday, March 24, 2022热工测试技术87AAABBBt0BAABttt0tt0tntn),(),(),(00ttEttEttEnABnABAB),(),(),(00ttEttEttEnBAnABABThursday, March 24, 2022热工测试技术88.补偿导线的条件：补偿导线的条件：00,ttEttEnBAnAB在在0 0100 100 Th

51、ursday, March 24, 2022热工测试技术89.补偿导线的要求：补偿导线的要求： 在一定的温度范围内与相应热电偶有基本在一定的温度范围内与相应热电偶有基本一致的热电特性一致的热电特性 ,且电阻率低，价格也必须且电阻率低，价格也必须比主热电偶丝便宜。比主热电偶丝便宜。Thursday, March 24, 2022热工测试技术90( (三三) ) 冷端温度补偿器冷端温度补偿器Thursday, March 24, 2022热工测试技术91指示仪表所测电势：指示仪表所测电势：当热电偶的参比端和补偿器的温度为定值当热电偶的参比端和补偿器的温度为定值 即即t t0 0= C,= C,一般

52、为一般为20 20 R1=R2=R3=R4 U R1=R2=R3=R4 Ubaba=0=0baUttEE0,00,ttEUttEEbaThursday, March 24, 2022热工测试技术92当当t t0 0改变，改变，R4R4改变，通过限流电阻改变，通过限流电阻RgRg，使，使U Ubaba的增加值为的增加值为则则0,20,ttEtEUba20,20,000tEttEtEttEUttEEbaThursday, March 24, 2022热工测试技术93五、热电偶的种类及其特性五、热电偶的种类及其特性 （一）热电偶电极材料要求（一）热电偶电极材料要求 1 1、足够大的热电势，线性或线性

53、关系，单、足够大的热电势，线性或线性关系，单 值函数。值函数。 2 2、好的物理及化学稳定性；、好的物理及化学稳定性； 3 3、热电性能稳定，复现性好，互换性好；、热电性能稳定，复现性好，互换性好； 4 4、电导率高（或电阻率小），比热、电阻、电导率高（或电阻率小），比热、电阻 温度系数小；温度系数小； 5 5、制造工艺性好，经济性好；、制造工艺性好，经济性好； 6 6、容易冷端处理。、容易冷端处理。 Thursday, March 24, 2022热工测试技术94（二）常用热电偶（二）常用热电偶 热电偶习惯上可分为贵金属热电偶热电偶习惯上可分为贵金属热电偶和贱金属热电偶和贱金属热电偶 优优

54、点点缺缺 点点贵贵金金属属精度高、均匀性好、稳精度高、均匀性好、稳定性好、抗氧化、耐腐定性好、抗氧化、耐腐蚀性强、电阻小、可制蚀性强、电阻小、可制标准热电偶标准热电偶热电势小、非线性、热电势小、非线性、不适宜还原性气氛，不适宜还原性气氛，无补偿导线、热导率无补偿导线、热导率高、价格昂贵高、价格昂贵贱贱金金属属灵敏度高、与温度呈线灵敏度高、与温度呈线性关系、有高精度补偿性关系、有高精度补偿导线、可在还原性气氛导线、可在还原性气氛中使用、价格便宜中使用、价格便宜抗氧化耐腐蚀性欠佳、抗氧化耐腐蚀性欠佳、热电极均匀性差、高热电极均匀性差、高温稳定性差，电阻率温稳定性差，电阻率高高Thursday, M

55、arch 24, 2022热工测试技术95 标准型热电偶标准型热电偶 （1 1）铂铑）铂铑1010铂铂（分度号：（分度号：S S型，标准热电偶，铂铑型，标准热电偶，铂铑铂热电铂热电偶）：偶）：0 01600 1600 （2 2）铂铑）铂铑1313铂（铂（R R）：）：0 01600 1600 （3 3）铂铑）铂铑3030铂铂6 6（B B）：）：0 01800 1800 （4 4）镍铬）镍铬镍硅（镍硅（K K）：）：0 01300 1300 （5 5）铜）铜康铜（康铜（T T）：）：-200-200400 400 （6 6）镍铬）镍铬康铜（康铜（E E）：）：-200-200900 900 （

56、7 7）铁）铁康铜（康铜（J J）：）：-200-200750 750 Thursday, March 24, 2022热工测试技术96 非标准型热电偶非标准型热电偶 金属热电偶金属热电偶 钨钨- -铼系列热电偶：铼系列热电偶：24002400（30003000） 钨钨- -铱系列热电偶：铱系列热电偶：22002200 镍铬镍铬金铁（金铁（NiCr-AuFe0.07NiCr-AuFe0.07）：）：-270-2700 0 镍钴镍钴镍铝：镍铝：30030010001000（5050以下，以下，E=0,E=0,不用冷端补偿）不用冷端补偿） Thursday, March 24, 2022热工测试技

57、术97非金属热电偶非金属热电偶 起因：起因：1 1、金属的局限性：氧化、碳化（渗透）、熔、金属的局限性：氧化、碳化（渗透）、熔 点低、热电势低、价格高，高温限制点低、热电势低、价格高，高温限制 2 2、非金属特点：测温上限可达、非金属特点：测温上限可达30003000，热电，热电 势高、熔点高、碳化气氛稳定，耐腐蚀、势高、熔点高、碳化气氛稳定，耐腐蚀、 复现性差，机械强度低，互换性差、没有复现性差，机械强度低，互换性差、没有 统一分度。统一分度。 Thursday, March 24, 2022热工测试技术98六、热电偶的主要结构形式六、热电偶的主要结构形式 （一）普遍热电偶（工业热电偶）（一

58、）普遍热电偶（工业热电偶） 热电偶，绝缘管，保护管，接线盒等构成。热电偶，绝缘管，保护管，接线盒等构成。 Thursday, March 24, 2022热工测试技术99对其结构提出如下要求：对其结构提出如下要求： 测量端的焊接要牢固；测量端的焊接要牢固；热电极间必须有良好的绝缘；热电极间必须有良好的绝缘；参考端与导线的连接要方便、可靠；参考端与导线的连接要方便、可靠；当用于对热电极有害的介质时，必须当用于对热电极有害的介质时，必须 采用保护管将有害介质隔开采用保护管将有害介质隔开 Thursday, March 24, 2022热工测试技术100（二）铠装热电偶（二）铠装热电偶 露头型 接壳

59、型 绝缘型Thursday, March 24, 2022热工测试技术101主要优点主要优点 ：动态响应快，露头型的时间常数只有动态响应快，露头型的时间常数只有0.01s0.01s，而普通热电偶要而普通热电偶要l0l0180s180s；热电偶丝细、体轻，热容量小，对被测对象热电偶丝细、体轻，热容量小，对被测对象的影响小；的影响小；挠性好，热电偶经退火后有良好的柔性，弯挠性好，热电偶经退火后有良好的柔性，弯曲半径可为其直径的两倍，适于安装在结构曲半径可为其直径的两倍，适于安装在结构复杂的部位复杂的部位因为它是实体，具有良好的防爆结构因为它是实体，具有良好的防爆结构品种多，根据需要可以制成不同长度

60、、不同品种多，根据需要可以制成不同长度、不同直径的铠装热电偶，最长可达直径的铠装热电偶，最长可达l00l00米，最细米，最细可达可达0.250.25 12mm12mm，还可制成双蕊、多蕊。，还可制成双蕊、多蕊。Thursday, March 24, 2022热工测试技术102（三）快速反应薄膜热电偶 层薄、丝细，反应快，测温低 （300 ）Thursday, March 24, 2022热工测试技术103（四）快速消耗微型热电偶（四）快速消耗微型热电偶 主要测量钢水、铁水及金属熔体温度，主要测量钢水、铁水及金属熔体温度，一次性测量。一次性测量。 Thursday, March 24, 2022