第五章温度测量

1、 第五章 温度测量 第一节 概 述温度是表征物体冷热程度的物理量。温度是表征物体冷热程度的物理量。测温物质：与被测物体接触，达到热平衡后，测温物质：与被测物体接触，达到热平衡后，再利用这种物质的某些物理性质再利用这种物质的某些物理性质(如几何尺寸、如几何尺寸、密度、粘度、导率、电阻、热电势、幅射能密度、粘度、导率、电阻、热电势、幅射能等等)随着温度变化的特性来进行测量。随着温度变化的特性来进行测量。 液体膨胀式液体膨胀式 水银水银(玻璃温度计玻璃温度计) 膨胀式膨胀式 有机溶济（酒精温度计）有机溶济（酒精温度计） 固体膨胀式固体膨胀式 双金属双金属 杆式杆式 液体液体 压力式压力式 气体气体

2、蒸汽蒸汽 热电式热电式 热电偶热电偶 热电阻热电阻 辐射式辐射式 光学式光学式 3、测温仪表分类：、测温仪表分类：接接触触式式非接非接触式触式4、温标、温标温度的数值表示称为温标。温度的数值表示称为温标。 摄氏温标：标准大气压下冰的融点为零度摄氏温标：标准大气压下冰的融点为零度(0)，水的沸点为水的沸点为100，在，在0至至100之间划分成之间划分成一百等分，每一等分为摄氏一度。一百等分，每一等分为摄氏一度。 华氏温标：在标准大气压下冰的融点为华氏温标：在标准大气压下冰的融点为32F，水的沸点为水的沸点为212F，中间划分为，中间划分为180等分，每等分，每一等分称为华氏一度。一等分称为华氏一

3、度。 热力学温标：分子停运动时的温度为绝对零度热力学温标：分子停运动时的温度为绝对零度 国际实用温标：国际实用温标： T=t+273.16 第二节 常用温度计 一、膨胀式温度计一、膨胀式温度计1.液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计(玻璃温度计玻璃温度计) 结构：玻璃温包、毛细管和刻度标尺三部分组成，结构：玻璃温包、毛细管和刻度标尺三部分组成， 原理：温包内液体受热后体积膨胀在毛细管内上升原理：温包内液体受热后体积膨胀在毛细管内上升 线性关系线性关系 Vt00时体体积；时体体积； 液体体积膨胀系数液体体积膨胀系数 Vt1、Vt2液体在液体在t1、t2时的体积；时的体积；玻璃的积膨胀系玻璃的积膨胀系

4、数数 特点：易碎，不能远传特点：易碎，不能远传 水银温度计：水银温度计：-30600 洒精温度计：洒精温度计：-8070)(12012ttVVVttt2.固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计 杆式温度计：外壳与传递杆固定连接，杆式温度计：外壳与传递杆固定连接，遇热，外壳膨胀系数大，伸长；杆膨胀遇热，外壳膨胀系数大，伸长；杆膨胀系数小，相对缩短，带动指针偏转。系数小，相对缩短，带动指针偏转。 双金属温度计：迭焊在一起的两个金双金属温度计：迭焊在一起的两个金属片，受热后，由于两金属片的膨胀系属片，受热后，由于两金属片的膨胀系数不相同而发生弯曲，温度越高，产生数不相同而发生弯曲，温度越高，产生的线膨胀长

5、度差越大，因而引起弯曲的的线膨胀长度差越大，因而引起弯曲的角度也越大。角度也越大。双金属片刻做成螺旋形状或螺旋双金属片刻做成螺旋形状或螺旋锥体形状锥体形状 特点：强度好、防震，可做成双金属信号器特点：强度好、防震，可做成双金属信号器 第四节 热电阻温度计一、热电阻的测温原理一、热电阻的测温原理利用导体利用导体(或半导体或半导体)的电阻值随温度变化而变化的电阻值随温度变化而变化的性质来进行温度测量的。的性质来进行温度测量的。导体的温度导体的温度电阻特性：温度越高，电阻越大，电阻特性：温度越高，电阻越大， RtRo1(tto) 1. 3. 半导体的温度半导体的温度电阻特性：温度越高，电阻越电阻特性

6、：温度越高，电阻越小，常为指数关系，又称热敏电阻，可测点温、小，常为指数关系，又称热敏电阻，可测点温、面温面温二、常用热电阻的种类及结构二、常用热电阻的种类及结构1.常用的热电阻常用的热电阻 铜电阻：铜电阻：Cu50和和Cu100，测温范围，测温范围 （-50+150oC） Cu50指温度为指温度为0时，电阻为时，电阻为50； Cu100指温度为指温度为0时，电阻为时，电阻为100； 特点：价格便宜，易提纯，易加工，易氧化，电特点：价格便宜，易提纯，易加工，易氧化，电阻阻温度特性为线性，不能测高温温度特性为线性，不能测高温 铂电阻：铂电阻： Pt10和和Pt100， 特点：价格高，不易加工（易

7、碎），精度高，复特点：价格高，不易加工（易碎），精度高，复现性好（在同一温度下，不论什么情况下，电阻现性好（在同一温度下，不论什么情况下，电阻值为同一数值），可作值为同一数值），可作级温度标准器，不易氧级温度标准器，不易氧化，测温（化，测温（200630）范围大）范围大 2、热电阻的结构组成、热电阻的结构组成 电阻体电阻体 绝缘子绝缘子 保护套管保护套管 接线盒接线盒三、热电阻温度计的特点三、热电阻温度计的特点测温范围广（测温范围广（-200650oC）可测气、液、蒸汽及固体表面温度可测气、液、蒸汽及固体表面温度精度高精度高1. 信号可远传，与计算机接口方便信号可远传，与计算机接口方便第五节

8、电动温度变送器(DDZ-型) 一、一、DBW温度变送器的作用温度变送器的作用与热电偶、热电阻配套使用，将温度或两点与热电偶、热电阻配套使用，将温度或两点间的温差转换成间的温差转换成420mA和和15V的统一标的统一标准信号；准信号；1. 与显示单元、控制单元配合，实现对温度或与显示单元、控制单元配合，实现对温度或温差及其他各种参数进行显示、控制温差及其他各种参数进行显示、控制 二、热电阻温度变送器二、热电阻温度变送器原理：与热电阻配套使用，将温度转换成原理：与热电阻配套使用，将温度转换成420mA和和15V的统一标准信号。然后与显示的统一标准信号。然后与显示仪表或控制仪表配合，实现对温度的显示

9、或仪表或控制仪表配合，实现对温度的显示或控制。控制。2组成组成 热电阻热电阻 输入电桥输入电桥 放大电路放大电路 反馈电路反馈电路3. 各部分功能各部分功能（1）热电阻）热电阻将被测温度转换为电阻值。将被测温度转换为电阻值。tRt（2）不平衡电桥（输入电桥）不平衡电桥（输入电桥）将电阻值将电阻值Rt转转换为电势值。换为电势值。RtUAD（3）正反馈回路）正反馈回路使输出电流使输出电流Io与与t关系线性化。关系线性化。UAf=UAD+UDf，tUAf。（4）放大单元）放大单元将不平衡电桥输出电势将不平衡电桥输出电势UAf转转换为换为420mADC电流信号输出。电流信号输出。 UAfIo 4. 温

10、度变送器的使用温度变送器的使用 （1）用于被测温度信号需远传时并进入计算机处理；）用于被测温度信号需远传时并进入计算机处理；（2）确定量程，选好热电阻）确定量程，选好热电阻Rt分度号，并与变送器配套；分度号，并与变送器配套；（3）热电阻）热电阻“三线制三线制”连接，且连接，且3R1=31；（4）零点（下限值）调整）零点（下限值）调整 由热电阻分度表查出该热电阻在温度下限值的电阻由热电阻分度表查出该热电阻在温度下限值的电阻Rt下，用精密下，用精密电阻箱调到该阻值代替电阻箱调到该阻值代替Rt下，调节零位电位器下，调节零位电位器W，Io=4mADC；（5）量程（上限值）调整）量程（上限值）调整 由分

11、度表查该热电阻在温度上限值的电阻值由分度表查该热电阻在温度上限值的电阻值Rt上，用精密电阻上，用精密电阻箱调到该阻值代替箱调到该阻值代替Rt上，调量程电位器上，调量程电位器Wf，使，使Io=20mADC。 零点和量程反复调整多次。零点和量程反复调整多次。 第六节 动圈式温度显示仪表 温度显示仪表分类温度显示仪表分类 动圈式动圈式 XCZ-101型（配热电偶）型（配热电偶） XCZ-102型（配热电阻）型（配热电阻） 自动平衡式自动平衡式 自动电位差计（配热电偶）自动电位差计（配热电偶） 自动平衡电桥（配热电阻）自动平衡电桥（配热电阻） 数字式数字式 指示指示动圈式温度仪表是与热电偶、热电阻配合

12、使用于动圈式温度仪表是与热电偶、热电阻配合使用于温度测量和控制的一种磁电式显示仪表。温度测量和控制的一种磁电式显示仪表。一、动圈式温度显示仪表结构一、动圈式温度显示仪表结构温度温度t 热电阻热电阻 不平衡电桥不平衡电桥 毫伏表毫伏表 被测温度被测温度 不平衡电桥：将热电阻电阻值的变化转换为电势的变不平衡电桥：将热电阻电阻值的变化转换为电势的变化。化。 毫伏表：将电势的变化转换为指针的偏转，从而显示毫伏表：将电势的变化转换为指针的偏转，从而显示被测温度值被测温度值 连接导线：将热电阻引入电桥，便于远传连接导线：将热电阻引入电桥，便于远传XCZ-102RE连接连接导线导线二、二、XCZ-102型表

13、配热电阻的测温线路型表配热电阻的测温线路RBR动R2R3R4RtRoRTR串aR1R1R1bcdI1I2稳压电源三、不平衡电桥的工作原理三、不平衡电桥的工作原理电桥的四个桥臂为：电桥的四个桥臂为： R3， R4，R2 +2R1 ，R0+ 2R1+ Rt1、当、当t=xF(起始值为起始值为t0)，电桥平衡，电桥平衡，E=0，则，则 R3（ R0+ 2R1+ Rt0）=R4 （R2 +2R1 ） 其中，其中， R3= R4恒定，恒定， Rt随随t变化，变化， R2 恒定，恒定，R1为导线，为导线， 可通过调节可通过调节R0，使，使 R0+ Rt0=R2 此时电桥平衡，此时电桥平衡，Uab=0，毫伏

14、表指针不动，指在，毫伏表指针不动，指在起始温度上。起始温度上。2、当、当tt0， Rt Rt0 故故 R3（ R0+ 2R1+ Rt）R4 （R2 +2R1 ）电桥不平衡，电桥不平衡，Uab0，t增大增大,则则U增大增大. I1=E/(R3+ R2+ 2R1） I2 =E/(R4+R0 +Rt+2R1) Uab= R4I1- R3I2 = (I1-I2) R3 t Rt Uab 四、连接导线四、连接导线1、热电阻与不平衡电桥的连接采用、热电阻与不平衡电桥的连接采用“三线制三线制”2、三线制的作用、三线制的作用 由于采用三线制连接，相邻桥臂中都有由于采用三线制连接，相邻桥臂中都有R1，I1和和I

15、2都会受都会受R1的影响，的影响，R1随环境温度变化，随环境温度变化，同时影响同时影响I1和和I2，可以抵消大部分的由于环境，可以抵消大部分的由于环境温度变化引起的测量误差。温度变化引起的测量误差。3、三线制的实现、三线制的实现 连接导线由于长短、粗细不同，其电阻不恒定，连接导线由于长短、粗细不同，其电阻不恒定，给测量带来误差，因此在三根连接导线中都串给测量带来误差，因此在三根连接导线中都串一一R调，即调，即R1=r1+R调，对于不同长短、粗细调，对于不同长短、粗细（即不同电阻的（即不同电阻的r1），都可调），都可调R调使调使R1恒为某恒为某一数值。一数值。 R1=r线线+r调调 5 4使用及

16、注意事项使用及注意事项（1）可测气体、液体、蒸汽及固体表面温度）可测气体、液体、蒸汽及固体表面温度（热敏电阻），测温范围广（热敏电阻），测温范围广（200650），信号可远传，精度高；），信号可远传，精度高；（2）热电阻、）热电阻、XCZ（T）102型表分度号必须型表分度号必须一致；一致； tRtUba，不同的热电阻有不同的对应关，不同的热电阻有不同的对应关系，系，XCZ（T）102型表的表盘是按哪一种热型表的表盘是按哪一种热电阻对应关系刻度的，就只能配该热电阻。电阻对应关系刻度的，就只能配该热电阻。五、毫伏表的工作原理五、毫伏表的工作原理1、结构组成、结构组成 动圈、永久磁铁、电阻、指针、表盘、张丝等动圈、永久磁铁、电阻、指针、表盘、张丝等2、工作原理、工作原理 当测量信号当测量信号(即直流毫伏信号即直流毫伏信号)加在动圈上时，加在动圈上时，便有电流流过线圈。电流与磁场相互作用形成便有电流流过线圈。电流与磁场相互作用形成力矩，使动圈在磁场中旋转，悬挂动圈的张丝力矩，使动圈在磁场中旋转，悬挂动圈的张丝产生