温度检测方法

1、 3.3 温度检测方法温度检测方法温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法温度检测方法v应用热膨胀测温v应用热电阻原理测温v应用热电效应测温本节主要内容本节主要内容温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测的基本知识温度检测的基本知识温度：温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。程相联系。温度概念的建立及测量：温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的以热平衡为基础的，温度最本质的性质：温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于

2、热平衡状态，则它们具导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。有相同的温度。测量方法：测量方法：接触式测温和非接触式测温接触式测温和非接触式测温温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表接触式测温接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) (1) 膨胀式温度计膨胀式温度计 (2) (2) 热电阻温度计热电阻温度计 (3)(3)热电偶温度计热电偶温度计 (4)(4)其他原理的温度计其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单直观、可靠，测量仪表也比较简单特点非接触测温非接触测温 温度敏感元件不与

3、被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。能的大小来推算被测物体的温度。 (1) (1) 辐射式温度计辐射式温度计 (2) (2) 光纤式温度计：光纤式温度计：特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表温 标摄氏温标 -是把标准大气压下纯水的冰融点定为是把标准大气压下纯水的冰融点定为0 0度，纯水的沸点定为度，纯水的沸点定为100100度的一种度的一种温标。在温标。在0 0度和度和100100度之

4、间分成度之间分成100100等分，每一分为一摄氏度，符号为等分，每一分为一摄氏度，符号为。华氏温标华氏温标 -规定在大气压下，纯水的冰融点为规定在大气压下，纯水的冰融点为3232度，纯水的沸点为度，纯水的沸点为212212度，中间划度，中间划分为分为180180等分，每一分为一华氏度，符号为等分，每一分为一华氏度，符号为。热力学温标热力学温标 -又称开尔文温标，单位为开尔文（又称开尔文温标，单位为开尔文（K K）。）。国际实用温标国际实用温标 -是一种符合热力学温标又使用简单的温标。是一种符合热力学温标又使用简单的温标。最新温标是最新温标是19901990年国际温标年国际温标 (ITS(ITS

5、90)90)温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计双金属温度计原理图温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理在在0 0630.74630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 T R热电阻在在-50-50180180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为)1 (0tRRt1 320CtBtAtR

6、Rt温度0时的电阻值 温度t时的电阻值 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表热电阻温度计热电阻温度计 应用于应用于-200600-200600范围内的温度测量范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻的材料要求：热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。温度

7、检测方法及仪表温度检测方法及仪表 铂电阻电阻率较大，电阻电阻率较大，电阻- -温度关系呈非线性，但测温范围广，精温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为工业用铂电阻分度号为PtPt100100和和PtPt1010 铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100100以上易被氧以上易被氧化化工业用铜热电阻的分度号为工业用铜热电阻的分度号为CuCu5050和和CuCu100100

8、热敏电阻（负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 NTC NTC ）电阻温度系数约为铂电阻的电阻温度系数约为铂电阻的4 49 9倍，且本身电阻值较高。半导体倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻- -温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表456温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表插入深度要求插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线道中心线510mm510mm。流体流动方向插入方向要求插入方向要求保证测温元件与流体充分接

9、触，最好是迎着被测介质流向插保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交入，正交9090也可，但切勿与被测介质形成顺流。也可，但切勿与被测介质形成顺流。应用热电效应测温应用热电效应测温 测量原理两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合回路构成闭合回路当两个接触端当两个接触端 T T T T0 0时，回路中会产生热电势时，回路中会产生热电势热电势由两种材料的热电势由两种材料的接触电势接触电势和单一材料的和单一材料的温差电势温差电势决定决定热电极热电极热电热电偶接偶接点点接触电势接触电势0TA0ATAK1E (T,T)d(N T)eN温差电势温差电势闭和回路总电势 AB

10、 )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB)()()()()()()()()()()()()()(),()(),()(),(00000000000tFtFttttttttttttttttttttABABABABABABAAABBBABAABBABAB温差有关温差有关材料有关材料有关u热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。度及沿程温度分布无关。u只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材只有用两种不同性质的材料才

11、能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。料组成的闭合回路不会产生热电势。u热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果与热电偶两端接点的温度有关。如果t0已知且恒定，回已知且恒定，回路总热电势路总热电势EAB（T，T0）只是温度）只是温度T的单值函数。的单值函数。备注：备注： 分分 度度 表表如果能使冷端温度如果能使冷端温度t t0 0 固定，则总电势就只与温度固定，则总电势就只与温度t t成单值函数关系成单值函数关系 CtFttABAB)(),(0分度表分度表-当冷端（参比端）温度为当冷端（参比端）温

12、度为0 0度时度时 热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格如如 分度表分度表.doc.doc和和热电偶电阻分度表热电偶电阻分度表. .exeexe 问题引出 解决方法热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费造成浪费选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线

13、线补偿导线其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本其二是降低了成本。 功 能(2)(2)补偿导线不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应正负极一一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（补偿导线连接端的工作温度不能超出（01000100），否则），否则会给测量带来误差。会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问题 问题引出 冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为热电偶的分度表所表征的是冷端温度为00时的时的热电势热电势- -温度关系

14、，与热电偶配套使用的显示仪温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法0恒温法恒温法 冷端温度修正法冷端温度修正法 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 补偿电桥法补偿电桥法 0恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表冷端温度修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测温度为）被测温度为 t t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端 t0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机

15、械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势给显示仪表输入了电势E(tE(t0 0, 0) , 0) 温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表由分度表查得由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv E (20,0 ) = 0.113 mv 则则 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0) = E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv = 7.434 m

16、v 再查分度表得其对应的被测温度再查分度表得其对应的被测温度t = 808t = 808例用用S S型热电偶测温，热电偶的冷端温度型热电偶测温，热电偶的冷端温度t t0 0=20=20，测得热电势，测得热电势为为7.32 7.32 mvmv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t 。解补偿电桥法补偿电桥法 补偿电桥法是补偿电桥法是在热电偶测温系统中在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引电偶冷端温度波动引入的误差。入的误差。Rcu-热电阻，在

17、参比热电阻，在参比端，选择端，选择Rcu使使0度度时时Uba=0,当参比端生当参比端生温时，温时， Uba增加，总增加，总电势减小，若电势减小，若Uba增增加加=总电势减小，则总电势减小，则参比端的影响消除。参比端的影响消除。总电势总电势温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点注意补偿温度的起点 在在2020平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 20 在在00平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到00

18、补偿是相对的，以此有一定误差补偿是相对的，以此有一定误差温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表 为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的管也是必不可少的。1. 1. 普通型装配式结构普通型装配式结构2. 2. 柔性安装型铠装结构柔性安装型铠装结构(4) 常用热电偶及测温线路常用热电偶及测温线路 种类 测一点温度测一点温度+tABBAmV+tABBAmVt0t0a)冷端在仪表内 b)冷端在仪表外RDA

19、+t1BBAB+t2AmV测量某点温度测量某点温度 测量两点温差测量两点温差 测温线路测温线路 测量两点之间的温度差测量两点之间的温度差 测量多点的平均温度。如果测量多点的平均温度。如果n n支热电偶的电阻均相等，则并联测量线路的总热电动势等于支热电偶的电阻均相等，则并联测量线路的总热电动势等于n n支热电偶热电动势的平均值，即支热电偶热电动势的平均值，即当其中一支热电偶断路时，不会中断整个测温系统的工作。当其中一支热电偶断路时，不会中断整个测温系统的工作。热电偶串联热电偶串联总热电动势等于总热电动势等于n n支热电偶热电动势之和，即支热电偶热电动势之和，即 串联线路的主要优点是热电动势大，仪

20、表的灵敏度大为增加。缺点是只要有一支热电串联线路的主要优点是热电动势大，仪表的灵敏度大为增加。缺点是只要有一支热电偶断路，整个测量系统便无法工作。偶断路，整个测量系统便无法工作。 nEEEEn21并nEEEEEn21串AB+AB+AB+R1R2R3t1t2t3e=(e1+e2+e3)/3AB+AB+AB+e=e1+e2+e3热电偶并联热电偶并联 热电偶串联热电偶串联 平均温度平均温度热电偶并联热电偶并联(5) 热电偶的检定和误差分析热电偶的检定和误差分析热电偶的检定热电偶的检定u为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。检定。u热电偶的检定方法有两种，热电偶的检定方法有两种，比较法比较法和和定点法定点法。u用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较比较法法。热电偶测温误