动力工程测试技术及仪器-第2章

1、学习要求学习要求 掌握采用热电偶温度计、电阻温度计测温掌握采用热电偶温度计、电阻温度计测温的基本原理、测量方法、计算方法及有关电的基本原理、测量方法、计算方法及有关电路；熟悉几种常用的热电偶及电阻温度计；路；熟悉几种常用的热电偶及电阻温度计；能正确地选用温度计并了解温度计的标定方能正确地选用温度计并了解温度计的标定方法；了解几种其它形式温度计的原理。法；了解几种其它形式温度计的原理。第第2章章 温温 度度 测测 量量一、温度一、温度 温度是表征物件冷热程度的物理量。温度是表征物件冷热程度的物理量。物体温度的高低反物体温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小映了物体内部分子运动平均动能的大

2、小。 系统的热平衡充要条件：系统的热平衡充要条件：系统的温度相等。系统的温度相等。二、温度的测量二、温度的测量1. 测温的理论依据：测温的理论依据：系统的热平衡，物体具有相同的系统的热平衡，物体具有相同的温度，因此，可从一个物体的温度得知其它物体的温度，因此，可从一个物体的温度得知其它物体的温度。（例：温度。（例：“量体温量体温”）2. 测温的材料：测温的材料：已知一物体的某特性与温度变化之间已知一物体的某特性与温度变化之间的关系，就可用温度来分度其性质或状态的变化情的关系，就可用温度来分度其性质或状态的变化情况，是设计、制作温度计的依据。况，是设计、制作温度计的依据。3 .对测温的物质材料的

3、技术要求：对测温的物质材料的技术要求：物质的某一属性满足以下要求：物质的某一属性满足以下要求： 与温度要有很好的线性关系。与温度要有很好的线性关系。 好测量、分辨率高、灵敏度要符合要求。好测量、分辨率高、灵敏度要符合要求。 测量范围宽（在测量范围内保持线性关系）测量范围宽（在测量范围内保持线性关系） 较好的复现性和稳定性。较好的复现性和稳定性。 同时满足上述条件的物质不多，故不同的温度计有不同时满足上述条件的物质不多，故不同的温度计有不同的特点同的特点三、温标三、温标1. 温标温标：度量温度的“标尺”。对温度的零点及分度方法所作的一种规定。常用的有 “摄氏温标摄氏温标”、“华氏温标华氏温标”

4、、“热力学温标热力学温标” 。2. 温标的形成温标的形成1927年以前，实际系统的可测性质与热力学温度无一年以前，实际系统的可测性质与热力学温度无一个完善的表达式。可以认为，当时的个完善的表达式。可以认为，当时的“温度测量温度测量”的的含义不科学。含义不科学。直到直到1927年使用温度单位年使用温度单位开尔文以后，温度定义开尔文以后，温度定义的现代化才算完成。的现代化才算完成。3. 热力学温标（或称：绝对温标）热力学温标（或称：绝对温标）意义：建立在热力学基础上意义：建立在热力学基础上,体现出温度体现出温度仅与热量有关仅与热量有关,而与工质无关而与工质无关的理想温标。的理想温标。卡诺定理：卡诺

5、定理：温标的确定：温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为相点温度为273.16K；三相点到沸点之间分为；三相点到沸点之间分为100等份等份，每等份记为，每等份记为1K；将三相点以下；将三相点以下263.16K定为绝对零定为绝对零度，记为度，记为0K，符号：，符号：T 。1K等于水的三相点热力学等于水的三相点热力学温度的温度的1/273.16。热力学温标确定的温度为。热力学温标确定的温度为应用：应用：卡诺循环实际上是不存在的卡诺循环实际上是不存在的。热力学温标与理。热力学温标与理想气体温标是完全一致。用近似理想的惰性气体制作想气体温标是完全一致

6、。用近似理想的惰性气体制作定容式气体温度计，根据热力学第二定律确定其修正定容式气体温度计，根据热力学第二定律确定其修正值，用气体温度计来实现热力学温标。值，用气体温度计来实现热力学温标。1212QQTT4. 国际实用温标（简称：国际实用温标（简称：ITS-90）定义定义：依据物质的某些定义固定点所确定的温标，依据物质的某些定义固定点所确定的温标，定义固定点：水的三相点、氧和水的沸点、金和银定义固定点：水的三相点、氧和水的沸点、金和银的凝固点等等。的凝固点等等。意义：意义：提供一种易准确地复现，并且尽可能地接近提供一种易准确地复现，并且尽可能地接近热力学温标的实用温标热力学温标的实用温标应用：摄

7、氏温标与开尔文温标的关系为应用：摄氏温标与开尔文温标的关系为5. 温度表的分类和特点温度表的分类和特点 见见P21页页-22页表页表21和和22。273.15C)(16273.Tt一、热电偶测温原理一、热电偶测温原理2、热电势、热电势温差电势温差电势：导体两端温度不同而产生的一种电动势，方向由：导体两端温度不同而产生的一种电动势，方向由低温端指向高温端，与导体性质和温度有关。低温端指向高温端，与导体性质和温度有关。接触电势接触电势：两种不同材质的导体：两种不同材质的导体A和和B相接触时，由电子扩散相接触时，由电子扩散的速率不同，形成的一种电动势。的速率不同，形成的一种电动势。1、T测量端，又称

8、热端测量端，又称热端 T0参比端，又称冷端参比端，又称冷端 热电势，热电流；热电势，热电流； 1821年的赛贝克效应。年的赛贝克效应。温差电势的产生温差电势的产生8接触电势的产生接触电势的产生910tNNeKEATTAT ,TAd001温差电势表达式温差电势表达式BTAT)T(ABNNlneKTE接触电势表达式接触电势表达式回路总热电势表达式回路总热电势表达式 000000TfTfdtNNlneKEEEEETTBA)T ,T(A)T(AB)T ,T(B)T(AB)T ,T(AB)T(ABE0)T(ABE)T ,T(BE0)T ,T(AE0T0TAB 几点结论：几点结论：1.1. 热电偶回路性质

9、的大小只与材料的性质热电偶回路性质的大小只与材料的性质 及两端温度有关，与热电偶的长短、粗及两端温度有关，与热电偶的长短、粗 细无关。细无关。2. 2. 只有两种不同的性质的导体才能组成热只有两种不同的性质的导体才能组成热 电偶；当热电偶两端温度不同时，才会电偶；当热电偶两端温度不同时，才会 产生热电势。产生热电势。3. 3. 材料确定后，热电势的大小只与热电偶材料确定后，热电势的大小只与热电偶 两端温度有关。两端温度有关。二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律2、中间导体定律中间导体定律 由几种不同材料组成的闭合回路，当各材料的连接点由几种不同材料组成的闭合回路，当各材料的连接点温度相同时

10、，此回路的热电势为零。温度相同时，此回路的热电势为零。1、均质导体定律均质导体定律 任何一种均质导体组成的回路，不能产生热电势。任何一种均质导体组成的回路，不能产生热电势。 应用：可检验热电极材料的均质性。应用：可检验热电极材料的均质性。2.1 中间导体定律的推论中间导体定律的推论 1 1 在热电偶回路中接入第三种材料，只要其两端温度相同在热电偶回路中接入第三种材料，只要其两端温度相同，则对回路的热电势无影响。，则对回路的热电势无影响。 000000TfTfdtNNlneKEEEEETTBA)T ,T(A)T(AB)T ,T(B)T(AB)T ,T(AB给热电偶的应用给热电偶的应用及测量热电偶

11、的及测量热电偶的电信号带来极其电信号带来极其有利条件有利条件. .? ? ?2.2 中间导体定律的推论中间导体定律的推论 2 2： )T ,T(CB)T ,T(AC)T ,T(ABEEE000任意两种均质导体任意两种均质导体A、B，分别与均质材料，分别与均质材料C连接组成热连接组成热电偶回路，若热电势分别为电偶回路，若热电势分别为EAC(T,T0)和和ECB(T,T0)，则导体，则导体A、B组成的热电偶的热电势为：组成的热电偶的热电势为：3. 中间温度定律中间温度定律 )T ,T(AB)T ,T(AB)T ,T(ABEEE322131延长线接入点延长线接入点计算举例计算举例16三、热电偶参比端

12、温度的恒定及补偿三、热电偶参比端温度的恒定及补偿1.1.补偿导线法补偿导线法 热电偶的参比端为恒定和已知时，才能正确反映热端的温热电偶的参比端为恒定和已知时，才能正确反映热端的温度值。若参比端的温度不衡定，则需对其进行修正处理。度值。若参比端的温度不衡定，则需对其进行修正处理。18 补偿原因：补偿原因：参比端温度不稳定，或不易安装分度显示参比端温度不稳定，或不易安装分度显示仪器，等等。仪器，等等。 补偿原理：补偿原理：依据中间温度定律依据中间温度定律, ,用补偿导线将参比端引用补偿导线将参比端引至距被测介质较远的温度恒定的地方。至距被测介质较远的温度恒定的地方。 要求要求: :性质应与热电偶相

13、同性质应与热电偶相同( (中间定律中间定律) )。应保证应保证2 2个接点温度一致，补偿线应与热个接点温度一致，补偿线应与热电偶配套。电偶配套。 补偿型补偿线优点是：补偿型补偿线优点是：节约贵金属材料。节约贵金属材料。 2、计算修正法计算修正法 修正原因：热点偶配套的显示仪是在冷端为修正原因：热点偶配套的显示仪是在冷端为0 C时进行时进行分度的，当冷端温度不为分度的，当冷端温度不为0 C，则应对测量值进行修正。，则应对测量值进行修正。 修正原理：中间温度定律。修正原理：中间温度定律。 步骤：步骤： E(t,0) 是冷端为是冷端为0 C而热端为而热端为t C(待测温度待测温度)时的时的热电势；热

14、电势； E(t,t0) 是冷端为是冷端为t0 C而热端为而热端为t C,实测值；实测值； E(t0,0) 是冷端为是冷端为t0 C时应加的修正值，从热电偶分度表中时应加的修正值，从热电偶分度表中查得；再依据查得；再依据E(t,0) 的计算值在的计算值在热电偶分度表中查得热端热电偶分度表中查得热端的待测温度的待测温度t C),t()t , t(), t(EEE00003、冰浴法冰浴法 使用该方法原因：使用该方法原因：显示仪器温度刻度是在参比端为显示仪器温度刻度是在参比端为0 C 进行分度的。进行分度的。 原理：原理：直接将参比端放置在温度为直接将参比端放置在温度为0 C的冰槽中的冰槽中,中间温中

15、间温度定律度定律。 应用方法：应用方法：直接读取显示仪表的温度E(t,0)，再依据热点偶的分度表查得待测温度t。 优点：优点：测量精度较高； 缺点：缺点：使用较麻烦；工业上很少使用，一般用于实验室。4 4、仪表机械调整法、仪表机械调整法 使用该方法的原因使用该方法的原因: 显示仪器温度刻度是在参比端为0 C 进行分度的。 方法步骤：方法步骤：当已知参比端温度t t0，将仪表的机械起始零点调至t t0处，在测量时仪表指示的温度即为待测热端的温度。 要求：要求： 参比端温度比较稳定，仪表零点调整比较方便测量精度不很高，一般用于工业温度监视。5、参比端温度补偿器法参比端温度补偿器法 使用该方法的原因

16、使用该方法的原因: 使使用计算法和冰浴法觉得用计算法和冰浴法觉得太麻烦。太麻烦。 方法的原理：方法的原理：在热电偶在热电偶测温回路中，接入一电测温回路中，接入一电桥电路，利用电桥不平桥电路，利用电桥不平衡产生的电压来补偿参衡产生的电压来补偿参比端温度变化引起的热比端温度变化引起的热电势变化。电势变化。P36页图页图2-146 6 辅助热电偶法辅助热电偶法(a)辅助热电偶冷端恒温；辅助热电偶冷端恒温；(b)辅助热电偶热端恒温辅助热电偶热端恒温1-热电偶；热电偶；2-补偿导线；补偿导线；3-辅助热电偶；辅助热电偶；4-恒温器；恒温器；5-铜导线；铜导线；6-动圈表动圈表四、连接线路四、连接线路(1

17、)热电偶与电测仪表间的连接热电偶与电测仪表间的连接图图2-16 测量线路的连接图测量线路的连接图热电偶正极热电偶正极 热电偶负极热电偶负极 + 补偿导线极补偿导线极 - 补偿导线负极补偿导线负极 铜导线铜导线(2) 一支热电偶配用两个电测仪表一支热电偶配用两个电测仪表(3) 多支热电偶共用一台电测仪表多支热电偶共用一台电测仪表 该法目的该法目的: : 利用多点切换开关将几支或几只同一型号利用多点切换开关将几支或几只同一型号的热电偶接到一块仪表上的热电偶接到一块仪表上, ,共用一个冷端补偿器共用一个冷端补偿器, ,节省仪节省仪表。表。图2-18 多支热电偶共用一台仪表1测量热电偶；2辅助热电偶；

18、3恒温箱；4接线端子排5切换开关；6显示仪表；7补偿导线；8铜导线(4)热电偶之间的连接热电偶之间的连接nEEEEEEn 321串联线路串联线路 并联线路并联线路nEEEEEn 321反接线路反接线路21EEE五、直流电测仪表五、直流电测仪表 1、XCZ-101动圈式仪表动圈式仪表P40页页图图2-22 动圈式仪表测量机构工作原理动圈式仪表测量机构工作原理1动圈；动圈；2张丝；张丝；3铁芯；铁芯；4永久磁铁；永久磁铁；5指针；指针；6刻度标尺刻度标尺 R)t , t (ECCIICCAB021NWABABRR)t , t (ER)t , t (EI 00图图2-23 动圈式仪表测量电路动圈式仪

19、表测量电路原理图原理图1热电偶；热电偶；2补偿导线；补偿导线；3调整电阻；调整电阻；4测量机构测量机构322、电位差计、电位差计a 手动电位差计手动电位差计 ABNNkkABiNNiNNiRR/EEERIR/EIERI 33b 电子电位差计电子电位差计3、数字温度计、数字温度计 4、温度变送器、温度变送器 六、几种常用的热电偶及其性能六、几种常用的热电偶及其性能2、热电偶的分类、热电偶的分类 热电势热电势- -温度关系是否标准化温度关系是否标准化, ,分标准和非标准化两类分标准和非标准化两类 按热电极材料分金属、非金属及半导体热电偶三类按热电极材料分金属、非金属及半导体热电偶三类 按价格分贵金

20、属和廉价金属热电偶两类按价格分贵金属和廉价金属热电偶两类 按温度分高温和低温热电偶两类按温度分高温和低温热电偶两类1、热电极材料、热电极材料 物质的某一属性满足以下要求：物质的某一属性满足以下要求：与温度要有很好的线性关系。与温度要有很好的线性关系。好测量、分辨率高、符合要求的灵敏度。好测量、分辨率高、符合要求的灵敏度。测量范围宽（在测量范围内保持线性关系）。测量范围宽（在测量范围内保持线性关系）。较好的复现性和稳定性。较好的复现性和稳定性。实物图实物图36373. 标准化的热电偶标准化的热电偶热电偶的热电势热电偶的热电势( (电压电压) )与温度的与温度的线性关系线性关系各种热电偶的使各种热

21、电偶的使用特点：用特点：线性关系及分度线性关系及分度已知，有已知的已知，有已知的分度表可查分度表可查SRB4. 非标准化的热电偶非标准化的热电偶 一些极其特殊场合，如极高温或超低温等温度测量一些极其特殊场合，如极高温或超低温等温度测量 为满足特殊要求，进行单独设计和制造，分度需进行为满足特殊要求，进行单独设计和制造，分度需进行标定标定 几种常见的各种非标准化的热电偶特点几种常见的各种非标准化的热电偶特点 结构主要分为三种：普通型普通型、铠装型铠装型和薄膜型薄膜型七、热电偶结构七、热电偶结构薄膜型热电偶结构薄膜型热电偶结构 厚度仅为厚度仅为0.01-0.1 m，十分适用于动态测量，十分适用于动态

22、测量300C以下的温度。以下的温度。快速微型消耗快速微型消耗式热电偶式热电偶: :属一次型的属一次型的, ,使使用后用后, ,除铂铑丝除铂铑丝可回收外可回收外, ,多数多数部件烧毁部件烧毁. .43热套式热电偶结构热套式热电偶结构 七、热电偶的校验七、热电偶的校验 1热电偶校验点选择热电偶校验点选择常用热电偶校验点及允许误差常用热电偶校验点及允许误差 2校验设备及仪表校验设备及仪表图图2-302-30热电偶校验装置示意图热电偶校验装置示意图1 1调压变压器；调压变压器；2 2管式电炉；管式电炉；3 3标准热电偶；标准热电偶；4 4校验热校验热电偶；电偶；5 5冰点槽；冰点槽；6 6切换开关；切

23、换开关；7 7直流电位差计；直流电位差计；8 8镍镍块；块；9 9试管试管一、温度计的选择一、温度计的选择八八. . 热电偶的安装热电偶的安装根据温度范围选定相应的温度计根据温度范围选定相应的温度计根据测量环境选定合适的温度计根据测量环境选定合适的温度计根据精度要求选择合适的温度计根据精度要求选择合适的温度计二、常温及高温测量的温度计的安装二、常温及高温测量的温度计的安装 感温元件应与被测对象接触感温元件应与被测对象接触 接触对象应是导热率较高材料接触对象应是导热率较高材料 测量内温时测量内温时, ,温度传感器应有足够的埋温度传感器应有足够的埋 入深度入深度 除特殊要求除特殊要求, ,避免与火

24、焰直接接触避免与火焰直接接触, ,应将应将 温度传感器放置在温度均匀部位温度传感器放置在温度均匀部位. .三、低温测量的温度计的安装三、低温测量的温度计的安装 感温元件应与被测对象接触感温元件应与被测对象接触 测量孔应密封处理测量孔应密封处理 温度计安装时温度计安装时, ,应考虑室温对引线的影响应考虑室温对引线的影响, , 将引线贴在比室温低的金属上。将引线贴在比室温低的金属上。 测量内温时测量内温时, ,温度传感器应有足够的埋温度传感器应有足够的埋 入深度入深度接触对象应是导热率较高材料感温元件应与被测对象良好接触341386385384371四、外界干扰防范措施四、外界干扰防范措施 导线屏

25、蔽。可将回路中的导线绞合，并穿入铁管中，铁导线屏蔽。可将回路中的导线绞合，并穿入铁管中，铁管壁接地，可有效防范外磁场的干扰。管壁接地，可有效防范外磁场的干扰。 测量装置屏蔽。将回路中各个仪表或装置固定在各自的测量装置屏蔽。将回路中各个仪表或装置固定在各自的金属板座上，用导线将这些金属板连接起来。金属板座上，用导线将这些金属板连接起来。合理接地。合理接地。热电偶浮空。热电偶及其测量回路浮空（对地绝缘电热电偶浮空。热电偶及其测量回路浮空（对地绝缘电阻），是使热电偶避开纵向干扰电压的有效方法之一。阻），是使热电偶避开纵向干扰电压的有效方法之一。 2.3.1 热电阻测温原理热电阻测温原理 温度变化温度

26、变化 热电偶用于高温测量热电偶用于高温测量(500C)，在较低的温度下工作，在较低的温度下工作，灵敏度较低。在低温测量中多采用热电阻测温技术。，灵敏度较低。在低温测量中多采用热电阻测温技术。导体或半导体的电阻变化导体或半导体的电阻变化测量系统输出电信号变化测量系统输出电信号变化事先标定的电信号事先标定的电信号与温度的关系来确定温度。与温度的关系来确定温度。 对热电阻材料的要求：对热电阻材料的要求：（同热电偶材料）（同热电偶材料） 测温范围测温范围：200C 500C )t (fR (1)(1)金属热电阻温度计金属热电阻温度计 1. 基本参数电阻温度系数基本参数电阻温度系数 温度变化温度变化1

27、1C时电阻值的相对变化量时电阻值的相对变化量单位温度变化对应的电阻变化率越大，电阻温度计越灵敏，单位温度变化对应的电阻变化率越大，电阻温度计越灵敏， 值也越大值也越大。2. 金属材料纯度越高，金属材料纯度越高， 值也越大值也越大。dtdRRdtRdR10100100R/RW 2.3.2 热电阻的种类及结构热电阻的种类及结构 4.4.常用的两种金属热电阻及结构常用的两种金属热电阻及结构 铂电阻温度传感器铂电阻温度传感器(-200850) ) 物理化学性质稳定、准确度高，稳定性好性能可靠。物理化学性质稳定、准确度高，稳定性好性能可靠。 铜电阻温度传感器铜电阻温度传感器(-50150) 电阻与温度关

28、系线性、互换性好、价格低廉，但电阻电阻与温度关系线性、互换性好、价格低廉，但电阻率小，体积较大、易氧化。率小，体积较大、易氧化。320100)(t1tCBtAt(RRt )120BtAt(RRt 在在0100温度范围内，其电阻与温度关系温度范围内，其电阻与温度关系 )t(RRt001 云母片的边缘开有锯齿形缺口，铂丝绕在齿云母片的边缘开有锯齿形缺口，铂丝绕在齿缝内以防短路。铂丝绕组两面盖以云母片绝缝内以防短路。铂丝绕组两面盖以云母片绝缘。为改善热电阻的动态特性和增加机械强缘。为改善热电阻的动态特性和增加机械强度，再在其两侧铆接用金属薄片制成的夹持度，再在其两侧铆接用金属薄片制成的夹持件。铂丝绕

29、组的出线端与银丝引出线相焊，件。铂丝绕组的出线端与银丝引出线相焊，并穿入瓷套管中加以绝缘和保护。并穿入瓷套管中加以绝缘和保护。 (a)平板形平板形 (b)圆柱形圆柱形 (c)螺旋形螺旋形 铂电阻铂电阻 1铂丝；铂丝；2铆钉；铆钉；3银丝引出线；银丝引出线；4绝缘绝缘片；片； 5支持件；支持件；6骨架骨架 铜电阻铜电阻1线圈骨架线圈骨架 2铜电阻丝铜电阻丝 3补偿绕组补偿绕组 4铜引出线铜引出线 铜电阻体是一个铜丝绕组（包括铜电阻体是一个铜丝绕组（包括锰铜锰铜补偿部分），它将直径为补偿部分），它将直径为0.1mm的高强度漆包铜线，采用双线无感绕线法，在圆柱形塑料支架的高强度漆包铜线，采用双线无感

30、绕线法，在圆柱形塑料支架上绕制而成为防止铜电阻体上所绕铜丝松散，加强机械固紧以及提高上绕制而成为防止铜电阻体上所绕铜丝松散，加强机械固紧以及提高铜电阻体导热性能，整个铜电阻体先经过酚醛树脂（或环氧树脂）的铜电阻体导热性能，整个铜电阻体先经过酚醛树脂（或环氧树脂）的浸渍处理，然后再进行烘干（同时也起老化作用）处理，烘干温度为浸渍处理，然后再进行烘干（同时也起老化作用）处理，烘干温度为120，保持，保持24小时，然后冷却至常温，将铜丝绕组的出线端子与镀小时，然后冷却至常温，将铜丝绕组的出线端子与镀银铜丝制成的引出线焊牢，并穿入绝缘套管中加以绝缘和保护，或直银铜丝制成的引出线焊牢，并穿入绝缘套管中加

31、以绝缘和保护，或直接用绝缘导线与其焊接。接用绝缘导线与其焊接。 镍热电阻镍热电阻 NR 镍热电阻镍热电阻 SRPR 锰铜补偿电阻锰铜补偿电阻 将镍电阻丝与电阻温度系数极小的将镍电阻丝与电阻温度系数极小的锰铜丝锰铜丝并联在一起，使得调并联在一起，使得调整后的总电阻温度系数达到规定值，使镍热电阻具有互换性。整后的总电阻温度系数达到规定值，使镍热电阻具有互换性。 492310805210665054850100t.t.t.Rt 其使用温度范围为其使用温度范围为-50300，但是温度在但是温度在200左右时，电阻温度左右时，电阻温度系数系数 有特异点有特异点 低温用热电阻低温用热电阻 铑铁热电阻铑铁热

32、电阻 是由含铁量为是由含铁量为0.07%（摩尔分数）的铑铁（摩尔分数）的铑铁（Rh-Fe）合金合金制成的热电阻。铑铁热电阻适用于制成的热电阻。铑铁热电阻适用于30K以下直到以下直到lK的低温测的低温测量。量。 铂钴热电阻铂钴热电阻 是由含钴量为是由含钴量为0.5%（摩尔分数）的铂钴（摩尔分数）的铂钴（Pt-Co）合金）合金制成的热电阻。其灵敏度较大，在制成的热电阻。其灵敏度较大，在20K附近为，在附近为，在4K附近为附近为0.15。 (2)(2)半导体电阻温度计半导体电阻温度计1. 1. 半导体半导体电阻与温度的关系电阻与温度的关系2.2. 半导体电阻的优点半导体电阻的优点: : 温度系数大，

33、分辨率高；温度系数大，分辨率高； 电阻率大，体积小；电阻率大，体积小； 热惯性小，灵敏度高；热惯性小，灵敏度高； (-100300) )3. 3. 半导体电阻的半导体电阻的缺点：缺点：互换性不好互换性不好, ,线性度不好线性度不好, ,稳定性较差稳定性较差, ,精度低。精度低。TBTAeRT0R按其温度特性可分为如下三类：按其温度特性可分为如下三类：负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTC）。）。 )11(exp00ttBRRtt正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTC） )(exp00ttBRRPtt临界温度热敏电阻（临界温度热敏电阻（CTR） 它的特点是在某一温度下，电阻值急骤

34、降低，故称为它的特点是在某一温度下，电阻值急骤降低，故称为临界温度热敏电阻。临界温度热敏电阻。 半导体热敏电阻具有以下优点：半导体热敏电阻具有以下优点：灵敏度高。它的电阻温度系数较金属大灵敏度高。它的电阻温度系数较金属大10100倍倍 电阻值高。其电阻值较铂热电阻高出电阻值高。其电阻值较铂热电阻高出14个数量级个数量级 结构简单，体积小，热惯性小。结构简单，体积小，热惯性小。 热敏电阻的结构热敏电阻的结构(a)(a)珠形热敏电阻珠形热敏电阻 (b)(b)玻璃壳层热敏电阻玻璃壳层热敏电阻 (c)(c)高温热敏电阻高温热敏电阻1 1感温元件（金属氧化物烧结体）；感温元件（金属氧化物烧结体）； 2

35、2引线（铂丝）；引线（铂丝）；3 3玻璃壳层；玻璃壳层；4 4杜美丝；杜美丝；5 5耐热钢管；耐热钢管；6 6氧化铝保护管；氧化铝保护管；7 7耐热氧化铝粉末；耐热氧化铝粉末；8 8玻璃粘结密封玻璃粘结密封图图2-42 2-42 热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式(a)(a)圆片形圆片形 (b)(b)薄膜形薄膜形 (c)(c)杆形杆形 (d)(d)管形管形 (e)(e)平板形平板形 (f)(f)珠形珠形 (g)(g)扁圆形扁圆形 (h)(h)垫圈形垫圈形 (i)(i)杆形（金属帽引出）杆形（金属帽引出）(3)(3)热电阻的结构热电阻的结构标准铂热电阻标准铂热电阻 1 1、电阻体、电阻体 2

36、2、骨架、骨架 3 3、引线、引线 4 4、保护套管、保护套管普通型热电阻普通型热电阻 l出线孔密封圈 2出线孔螺母 3链条 4盖5接线柱 6盖的密封圈 7接线盒 8接线座9保护管 10绝缘管 11内引线 12感温元件普通型热电阻普通型热电阻 (a)(a)两线制两线制 (b)(b)三线制三线制 (c)(c)四线制四线制一接线端子一接线端子 R R一感温元件一感温元件 A A、B B一接线端子的标号一接线端子的标号铠装热电阻铠装热电阻 (a)(a)三线制热电阻三线制热电阻 (b)(b)四线制热电阻四线制热电阻l l不锈钢管不锈钢管 2 2感温元件感温元件 3 3内引线内引线 4 4氧化镁绝缘材料

37、氧化镁绝缘材料薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻 厚膜铂热电阻厚膜铂热电阻 2.3.3 热电阻测温系统热电阻测温系统1手动电位差计测量法手动电位差计测量法三线制热电阻三线制热电阻 11RVRVItNN NNtRVVR11 rRRt 1NNtRVVR22 rRRt22 212RRRt 四线制热电阻四线制热电阻 ttNNRVRVI NNttRVVR 2手动电桥测量法手动电桥测量法（1 1）二线制热电阻）二线制热电阻)RR(RRRLT 23132RR 1RRRLT 1RRT )RRR(RR)RR(WLTW 2311RRRLT 32RR 72（2 2）三线制热电阻）三线制热电阻)RR(RR)RR(BTA 231

38、32RR ABTRRRR 1BARR 1RRT （3 3）四线制热电阻）四线制热电阻)RR(RR)RR(BTA 231ABTRRRR 1)RR(RR)RR(ATB 231BATRRRR 1211)RR(RT 3动圈式仪表测量动圈式仪表测量3自动平衡电桥自动平衡电桥2.3.4 热电阻的校验热电阻的校验 1 1比较法比较法（1 1）校验设备）校验设备NNttRVVR （2 2）校验方法）校验方法2 2定点法定点法78tAB0t0t0t0tAB现有E分度号的热电偶、温度显示仪表，它们是由相应的补偿导线连接，如右图所示。已知测量温度t=800,接点温度 =50，仪表环境温度t0=30。如将补偿导线换成

39、铜导线，仪表指示为多少？0t如果将两根补偿导线的位如果将两根补偿导线的位置对换，仪表的指示又为置对换，仪表的指示又为多少？多少？79AB0t0t0t0tABt解：当补偿导线都改为铜导线时，热电偶的冷端便移到了50处，故仪表的输入电势为)(.),(E),(EEEEEEtmV77590305080021 查分度表可得，此时仪表的指示是784.1784.1，只有将机械零位调到5050，才能指示出800800。80若两根补偿导线反接，线路电势为AB0t0t0t0tABt)(.),(E),(EEEEmV722563050508001 再加上机械仪表的零位调整，则)(.EEEmtmV52358801172

40、2561 这时仪表指示为t=768.3,由此可见，补偿导线接反了，仪表指示将偏低，偏低的程度与接点处的温度有关，所以补偿导线和热电偶的正负极不能接错。81求回路中的热电势,判定热电流方向.多导体的热电偶回路多导体的热电偶回路, ,是由是由多个独立热电势串联而成多个独立热电势串联而成. .每个独立热电势由每个接每个独立热电势由每个接点连接的两根导体形成点连接的两根导体形成. .接点接点i i的温度为热端的温度为热端t ti i, ,冷冷端温度则为虚拟的端温度则为虚拟的t t0 0, ,独立独立热电势为热电势为E(tE(ti i,t,t0 0).).回路的总热电势是由各独回路的总热电势是由各独立热

41、电势按叠加原理共同作立热电势按叠加原理共同作用的结果用的结果. .),t (E),t (E),t (EECABCABABC000321 虚拟的参比端温度t2,10 Ct3,60 Ct1,600 C镍铬 (A)镍硅 (B)考铜 (C)82),(E),(E),(EECABCABABC0600100600 t2,10 Ct3,60 Ct1,600 C镍铬 (A)镍硅 (B)考铜 (C),(E),(E),(EEACBCABABC0600100600 0504249090224.EABC )mV(.10121 答答：（略）：（略） ),(E),(E),(EACBABC010010010 ),(E),(E

42、ABAC010010 0.6460.3972490. 24.9024.0501.1.非接触测温非接触测温利用光辐射来测量物体温度利用光辐射来测量物体温度 1 1、任何物体温度高于绝对零度（、任何物体温度高于绝对零度（-273.16 C）时，都时，都将有热辐射，将有热辐射，温度越高，则发射到周围空间的能量就温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。越多。 2 2、辐射能以波动形式表现出来，、辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，其波长的范围极广，从短波、从短波、x光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。 3 3、温度测量中主要是可见光和红外光、温度测量

43、中主要是可见光和红外光，因为此类能量，因为此类能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所以一般就称为热辐射。以一般就称为热辐射。 2.辐射测温特点：辐射测温特点： 非接触测量非接触测量 - - 不影响被测温度分布不影响被测温度分布 响应速度快：对高速运动物体测温。响应速度快：对高速运动物体测温。 灵敏度高，能分辨微小的温度变化；灵敏度高，能分辨微小的温度变化； 测量范围广测量范围广(-10(-1013001300 C)C)； 抗干扰能力强，无需修正。抗干扰能力强，无需修正。2.4.1 热辐射测温基本原理热辐射测温基本原理 1黑体（全辐射体）

44、的热辐射黑体（全辐射体）的热辐射1251 )T(cbecE式中，式中， 波长，波长，m m ； T 黑体温度，黑体温度，K ； c1 第一辐射常数，第一辐射常数，3.74210-16 W m2； c2 第二辐射常数，第二辐射常数，1.438810-2 W K； )T(cbecE 251原理：物体在不同温度下的辐射能量不同（普朗克定律）原理：物体在不同温度下的辐射能量不同（普朗克定律）温度升高：温度升高：单色辐射强度随温度单色辐射强度随温度升高而增加；升高而增加；总辐射能量增加；总辐射能量增加；峰值波长减小。峰值波长减小。每一条曲线下的面积每一条曲线下的面积表示该温度下物体辐表示该温度下物体辐射

45、能量的总和，与温射能量的总和，与温度的四次方成正比。度的四次方成正比。2897mTm K40510d1d2TecEETcbb 斯忒藩玻耳兹曼定律斯忒藩玻耳兹曼定律 2实际物体（非黑体、非全辐射体）的热辐射实际物体（非黑体、非全辐射体）的热辐射 bEETcecE 251)T(cbecE 2514TEEb 实际物体的光谱发射率和发射率的值在实际物体的光谱发射率和发射率的值在01之间，均不为常之间，均不为常数，其实际值的大小与物体的材料性质、表面状态以及温度有关，数，其实际值的大小与物体的材料性质、表面状态以及温度有关，还随波长的变化而变化，即使在波长和温度相同的条件下，同一还随波长的变化而变化，即

46、使在波长和温度相同的条件下，同一种材质制成的具有不同表面状态的物体，其光谱发射率也可能不种材质制成的具有不同表面状态的物体，其光谱发射率也可能不同。同。 2.4.2 光谱（单色）辐射高温计光谱（单色）辐射高温计1 1光谱辐射高温计的原理光谱辐射高温计的原理TcecCCEL 251LTcbbecCCEL 251LTcTcecCecC 225151 1112lncTTL优 点 ：优 点 ： 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 测 温 范 围 广（7003200），一般可满足工业测温的准确度要求。缺点：缺点：人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速 测量和自动记录，且测量结果带有主观性。 将物

47、体辐射的单色亮度和仪表内部的高温灯泡灯丝亮度比较。利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。2光学高温计光学高温计( (灯丝隐灭式光学温度计灯丝隐灭式光学温度计) )3光电高温计光电高温计优点优点: : 灵敏度高、准确度高、响应时间短、使用波长范围不受人眼睛光谱敏感度的限制，测温下限可向低温扩展、便于自动测量与控制以及能自动记录或远距离传送 4使用光谱辐射高温计的注意事项使用光谱辐射高温计的注意事项（1 1）非黑体辐射的影响。）非黑体辐射的影响。（2 2）中间介质的影响。）中间介质的影响。（3 3）对被测对象的限定。）对被测

48、对象的限定。（4 4）环境温度的影响。）环境温度的影响。（5 5）反馈灯与光电器件互换性的影响。）反馈灯与光电器件互换性的影响。2.4.3 全辐射高温计全辐射高温计44PTT41PTT 图图 全辐射高温计的构造示意图全辐射高温计的构造示意图1 1物镜；物镜；2 2光阑；光阑；3 3铜壳；铜壳；4 4玻璃泡；玻璃泡；5 5热电堆；热电堆；6 6铂黑片；铂黑片；7 7吸收玻璃；吸收玻璃；8 8目镜；目镜；9 9小孔；小孔；1010云母片云母片被测物与仪表之间的距离要满足距离系数要求：被测物与仪表之间的距离要满足距离系数要求：L/D（传感器前端面到被测对象表面的距离与被测对象（传感器前端面到被测对象表面的距离与被测对象的有效直径之比）的有效直径之比）进行正确瞄准，使目标的像充满接收器，不能偏离，否进行正确瞄准，使目标的像充满接收器，不能偏离，否则也会产生误差。则也会产生误差。2.4.4