温度检测原理及常见故障分析

1、主要内容v一温度标准和测量方法温度标准和测量方法v二二 接触式温度接触式温度v三三 非接触式温度非接触式温度v四四 温度仪表安装要求温度仪表安装要求1.1 温度是国际单位制中七个基本物理量之一。温度是国际单位制中七个基本物理量之一。温度的宏观概念是表示物体的冷热程度，当两个物体温度的宏观概念是表示物体的冷热程度，当两个物体互为热平衡时其温度相等。温度的微观概念是大量分互为热平衡时其温度相等。温度的微观概念是大量分子运动的平均强度的表示。分子运动愈激烈，其温度子运动的平均强度的表示。分子运动愈激烈，其温度表现越高。表现越高。 一一 温度标准和测量方法温度标准和测量方法温标及其传递温标及其传递用来

2、度量物体温度数值的标尺叫温标。温标规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 目前国际上用得较多的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际温标等。 l 摄氏温标 在标准大气压下，纯水冰点为0摄氏度，沸点为100摄氏度，中间等分成100格，每格1摄氏度，符号为。 l 华氏温标 将纯水的冰点规定为 32度，沸点为 212度，中间等分成180格，每格1华氏度，符号为 。 )32(95FCttl 热力学温标 热力学温标又称开氏温标，或绝对温标，其单位为开尔文（符号为K）。它是与测温物质的物理性质无关的一种温标，已被采纳为国际统一的基本温标。 l 国际温标 在1990年的国际温标中指出，热力学

3、温度是基本物理量。并定义水的三相点热力学温度为273.16K。 在ITS90中同时使用国际开尔文温度（符号为T90）和国际摄氏温度（符号为t90 ），其关系为t90 = T90 273.15式中：T90的单位为开尔文（K）； t90的单位为摄氏度（）。 为了保持温度量值的统一，并与国际实用温标相一致，测温仪器应定期按规定进行检定，我国温度的最高基准由中国计量科学院保存。 几种温标的对比几种温标的对比 1.2 温度的测量方法温度的测量方法 接触式测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换达到热平衡，这时，感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。非接触测温通过辐射进行热交

4、换，可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 温度测量可分为接触式和非接触式测量。 接触式测温直观可靠。但因测温元件与被测介质之间的热交换需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象；受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。感温元件会影响被测温度场的分布，接触不良等也会带来测量误差。另外，腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。测量方式 仪表名称测温原理精度范围特点测温范围/接触式测温仪表双金属温度计固体热膨胀变形量随温度变化1

5、2.5 结构简单，指示清楚，读数方便；精度较低，不能远传-100600一般-80600压力式温度计气(汽)体、液体在定容条件下，压力随温度变化12.5 结构简单可靠，可较远距离传输T0），则在回路中会产生电流。这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应，相应的电动势称为塞贝克电动势。回路中产生的热电动势大小仅与组成回路的两种导体或半导体A、B的材料性质及两个接点的温度T、T0有关，热电动势用符号EAB(T, T0)表示。 在热电偶回路中，产生的热电动势由两部分组成：温差电动势和接触电动势。 l 温差电势 (两接点温度相异)+ + A + TT0EsEA(T, T0)当一根均质金属导体 A上存在温度梯

6、度时，处于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，所以从高温端向低温端移动的电子数比从低温端向高温端移动的电子数多得多。结果高温端因失去电子而带正电，低温端因得到电子而带负电，在高、低温两端之间便形成一个从高温端指向低温端的静电场Es 。这个静电场将阻止电子进一步从高温端向低温端移动，并加速电子向相反的方向转移而建立相对的动态平衡。此时，在导体两端产生的电位差称为温差电动势。 温差电动势用 EA(T, T0)表示。括号中T和T0的顺序决定了电动势的方向。 ),(),(0A0ATTETTE0AtAt0AU-U)t(t,El 接触电势 （两接点材料相异）+A +EsEAB(T) B当两种不同导体A、

7、B接触时，由于两者电子密度不同，如 NA NB，则在接触面处产生自由电子扩散现象，从A到B扩散的电子数比从B 到A的多，导致导体 A、B接触处形成一个由A到B的静电场Es ，阻止电子扩散的继续进行，并加速电子向相反的方向转移。当电子扩散的能力与静电场的阻力达到动态平衡时， A 、B 之间所形成的电位差称为接触电动势。BtAtABU-U(t)eBtAtABU-U)(te式中eAB(t)、eAB(t0)为导体A、B在接点温度t和t0时形成的电动势；UAt、UAt0分别为导体A在接点温度为t和t0时的电压；UBt、UBt0分别为导体B在接点温度为t和t0时的电压。 4热电偶回路的总电动势 将导体A和

8、B头尾相接组成回路。如果导体A的电子密度大于导体B的电子密度，且两接点的温度不相等，则在热电偶回路中存在着四个电势，即两个接触电动势和两个温差电动势。热电偶回路的总电动势为 (5-3) 经实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分，可以忽略不计，故式(5-3)可以写成 (5-4) 上式中，由于导体A的电子密度大于导体B的电子密度，所以A为正极，B为负极。脚注AB的顺序表示电动势的方向。)t(t,e-)t(t,e)(te-(t)e)t(t,E0B0A0ABAB0AB)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB 综上所述，我们可以得出如下结论： 热电偶回路中热电动势

9、的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度t和t0。的函数差。即 如果使冷端温度t0保持不变，则热电动势便成为热端温度t的单一函数。即， 这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。 )f(t-f(t)t(t,E00AB(t)C-f(t)t(t,E0AB 2.3.2热电偶的基本定律热电偶的基本定律 1均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的

10、温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。 2中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。见图所示，在热电偶回路中接人第三种导体C。设导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度为，则回路中的总电动势为)(te)(te)(te)t(t,E0CA0BC0AB0ABC 如果回路中三接点的温度相同，即tt0，则回路总电动势必为零，即 0)(te)(te)(te0CA0BC0AB或者 (5-7)将式(5-7)代人式(5-6)，可得 (5-8) )(t-

11、e)(te)(te0CA0BC0AB)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0ABC 可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接人各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。 5-6 3 标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。见图5-3，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，即那么，导体A与

12、B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得 (5-9) )(te-(t)e)t(t,E0ACA0AC)(te-(t)e)t(t,E0BCBC0BC)t(t,E-)t(t,E)t(t,E0BC0AC0AB2.3.3 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类1热电偶材料热电偶材料 根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件： (1)温度测量范围广 要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。 (2)性能稳定 要求在规定的温度测量范围内使用时

13、热电性能稳定，均匀性和复现性好。 (3)物理化学性能好 要求在规定的温度测量范围内使用时不产生蒸发现象。有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。 满足上述条件的热电偶材料并不很多。目前我国大量生产和使用、性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的热电偶材料称为定型热电偶材料，共有六个品种。它们分别是：铜-康铜、镍铬-考铜、镍铬-镍硅、镍铬-镍铝、铂铑10-铂及铂铑30-铂铑6。其中镍铬-考铜热电偶材料将逐渐地被淘汰。根据国际电工委员会(IEC)标准的规定，我国将发展镍铬康铜、铁康铜热电偶材料。此外，我国还生产一些未定型热电偶材料，如铂铑13-铂、铱、铑40-铱、钨铼5-钨铼26、等等。 2

14、热电偶的种类热电偶的种类1标准型热电偶 国际电工委员会在1975年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合1EC标准的热电偶有六种，分别是：(1)、铂铑铂铑10-铂热电偶铂热电偶 这是一种贵金属种热电偶，分度号为“S”。它的正极是铂铑丝(铂90，铑l0)，负极是纯铂丝。测温范围为01600。其特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、青性气氛中工作。由于精度高，故国际温标中规定它为630.741064.43温度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测量。缺点是：缺点是：热电势小，热电特性的非线性较大：不宜在还原性气体中使用；价格昂贵，制作的偶丝很细0.5mm以下，易折断。

15、 (2)、铂铑、铂铑30-铂铑铂铑6热电偶热电偶 这也是一种贵金属热电偶，分度号为“B”。它的正极是铂铑丝(铂70，铑30)，负极也是铂铑丝(铂94，铑6)，故俗称双铂铑。测温范围为01700。其特点是测温上限高，高温下性能稳定，适合在氧化性和中性介质中使用。在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。缺点：缺点：产生的热电势最小，灵敏度很低，使用时需要配灵敏度高的显示仪表且价格昂贵。(3)(3)、镍铬、镍铬- -镍硅热电偶镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“K”。它的正极是镍铬合金(镍90.5，铬9.5)，负极为镍硅(镍97.5，硅2.5)。测温范围为-200+1200。其特点是抗氧化性和

16、抗腐蚀性好，化学稳定性好，复制性好，测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点：缺点：热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差，且负极有明显的导磁性。在还原性介质、硫及硫化物的环境中和在5000C以上的温度使用时容易被腐蚀。(4)、铜、铜康铜热电偶康铜热电偶 这种热电偶分度号为“T”。它的正极是铜，负极是铜镍合金(铜60，镍40)。测温范围为-200+350。特点是低温时精度高，在0-200范围内，可制成标准热电偶，准确度可达土0.1。热电势很大，其热电极很容易被复制，价格低廉。缺点：缺点：铜极易氧化，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300。 (5)镍铬镍铬-康铜热电偶

17、康铜热电偶 这种热电偶分度号为“E”。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜55，镍45)。测温范围为-200一+900。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。 (6)铁铁-康铜热电偶康铜热电偶 这种热电偶分度号为“J”。它的正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为-200+750。其特点是价格便宜，热电动势较大，仅次于E型热电偶。缺点是铁极易氧化。 最后要说明的是，IEC公布的标准型热电偶中，还有铂铑13-铂，分度号为“R”。因在国际上只有少数国家采用，且其温度范围与铂铑、。铂重合，所以我国不准备发展这个品种。 3非标准型热电偶非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系

18、、铱铑系及钨铼系热电偶等。 铂铑系热电偶有铂铑20-铂铑5、铂铑40-铂铑20等一些种类，其共同的特点是性能稳定，适用于各种高温测量。 铱铑系热电偶有铱铑40-铱、铱铑60-铱。这类热电偶长期使用的测温范围在2000以下，且热电动势与温度关系线性好。 钨铼系热电偶有钨铼3-钨铼25、钨铼5-钨铼20等种类。它的最高使用温度受绝缘材料的限制，目前可使用到2500左右。主要用于钢水连续测温、反应堆测温等场合。4热电偶的结构形式热电偶的结构形式 热电偶的类型很多，根据结构形式可以分为如下普通型热电偶、铠装热电偶、表面热电偶、快速热电偶、树枝式热电偶。1、普通型热电偶、普通型热电偶 由四部分组成：热电

19、偶丝、绝缘子、保护套管和接线盒。 (1)热电极 又称偶丝，它是热电偶的基本组成部分。其材料前面已作了介绍，不再重复。普通金属做成的偶丝，其直径一般为0.53.2mm，贵重金属做成的偶丝，直径一般为0.30.6mm。偶丝的长度则由使用情况、安装条件，特别是工作端在被测介质中插人的深度来决定，通常为3002000mm，常用的长度为350mm。 (2)绝缘管 又称绝缘子，是用于热电极之间及热电极与保护套管之间进行绝缘保护的零件。形状一般为圆形或椭圆形，中间开有二个、四个或六个孔。偶丝穿孔而过。材料为粘土质、高铝质、刚玉质等，材料选用视使用的热电偶而定。在室温下，绝缘管的绝缘电阻应在5以上。(3)保护

20、套管 是用来保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤的装置。保护套管应具有耐高温、耐腐蚀的性能，要求导热性能好，气密性好。其材料有金属、非金属以及金属陶瓷三大类。金属材料有铝、黄铜、碳钢、不锈钢等，其中lCrl8Ni9Ti不锈钢是目前热电偶保护套管使用的典型材料。非金属材料有高铝质(8590A120；)、刚玉质(99Al2O3)，使用温度都在1300以上。金属陶瓷材料如氧化镁加金属钼，这种材料使用温度在1700，且在高温下有很好的抗氧化能力，适用于钢水温度的连续测量。形状一般为圆柱形。 (4)接线盒 是用来固定接线座和作为连接补偿导线的装置。根据被测量温度的对象及现场环境条件，设计有普

21、通式、防溅式、防水式和接插座式等四种结构形式。普通式接线盒无盖，仅由盒体构成，其接线座用螺钉固定在盒体上，适用于环境条件良好、无腐蚀性气体的现场。防溅式、防水式接线盒有盖。且盖与盒体是由密封圈压紧密封，适用于雨水能溅到的现场或露天设备现场。插座式接线盒结构简单、安装所占空间小，接线方便，适用于需要快速拆卸的环境。 (2)(2)绝缘管绝缘管 又称绝缘子，是用于热电极之间及热电极与保护套管之间进行绝缘保护的零件。形状一般为圆形或椭圆形，中间开有二个、四个或六个孔。偶丝穿孔而过。材料为粘土质、高铝质、刚玉质等，材料选用视使用的热电偶而定。在室温下，绝缘管的绝缘电阻应在5以上。(3)(3)保护套管保护

22、套管 是用来保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤的装置。保护套管应具有耐高温、耐腐蚀的性能，要求导热性能好，气密性好。其材料有金属、非金属以及金属陶瓷三大类。金属材料有铝、黄铜、碳钢、不锈钢等，其中lCrl8Ni9Ti不锈钢是目前热电偶保护套管使用的典型材料。非金属材料有高铝质(8590A120；)、刚玉质(99Al2O3)，使用温度都在1300以上。金属陶瓷材料如氧化镁加金属钼，这种材料使用温度在1700，且在高温下有很好的抗氧化能力，适用于钢水温度的连续测量。形状一般为圆柱形。(4)(4)接线盒接线盒 是用来固定接线座和作为连接补偿导线的装置。根据被测量温度的对象及现场环境条件

23、，设计有普通式、防溅式、防水式和接插座式等四种结构形式。普通式接线盒无盖，仅由盒体构成，其接线座用螺钉固定在盒体上，适用于环境条件良好、无腐蚀性气体的现场。防溅式、防水式接线盒有盖。且盖与盒体是由密封圈压紧密封，适用于雨水能溅到的现场或露天设备现场。插座式接线盒结构简单、安装所占空间小，接线方便，适用于需要快速拆卸的环境。 v热电极热电极工作部分工作部分v绝缘子绝缘子防止电极与电极、套管防止电极与电极、套管短路短路v保护套管保护套管保护保护v接线盒接线盒热电极绝缘子保护套管接线盒普通型热电偶普通型热电偶铠装热电偶的结构铠装热电偶的结构 铠装热电偶是将热电极、绝缘材料和保护套管一起拉制后加上而成

24、的坚实缆状组合体。绝缘材料为氧化镁，保护套管通常是不锈钢管。根据被测介质的温度高低、化学性质以及所需时间常数的大小，其测量端有五种结构形式，分别为 (1)露端型 热电偶的测量端外露。适用于测量温度不高、无腐蚀性的介质。特点是时间常数小，反应速度快。 (2)接壳型 热电偶的测量端与金属套管接触并焊接在一起。适用于测量温度高、压力高、腐蚀性较强的介质。时间常数较露端型大，使用寿命较露端型长。 (3)绝缘型 热电偶的测量端焊接后填以绝缘材料再与金属套管焊接。适用范围同接壳型，特点是偶丝与保护金属套管不接触，具有电气绝缘性能。 (4)圆变截面型 金属套管端头部分的直径为原直径的一半，故时间常数更小。

25、(5)扁变截面型 分为接壳型和绝缘型两种，其时间常数最小，反应速度更快。 铠装热电偶冷端连接补偿导线的接线盒的结构，根据不同的使用条件，有不同的式。如简易式、带补偿导线式、插座式等，这里不作详细介绍了，选用时可参考有关资料。由于铠装热电偶具有寿命长、机械性能好、耐高压、可挠性等许多优点，因而深受欢迎。接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形安装安装螺纹螺纹2.2.铠装热电偶铠装热电偶结构：结构：热电极，绝缘材料，保热电极，绝缘材料，

26、保护套管护套管特点：特点：测量端热容量小，动测量端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐振动，寿性好，耐高压，耐振动，寿命长，适用各种工业测量。命长，适用各种工业测量。手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶 圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶 铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体） BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 哪几种热电偶哪几种热电偶的测温上限较

27、高？的测温上限较高？ 结论：结论： 哪几种热电哪几种热电偶的线性较差？偶的线性较差？ 哪一种热电偶的哪一种热电偶的灵敏度较高？灵敏度较高？ 哪一种热电偶的哪一种热电偶的灵敏度较低？灵敏度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？ 问题引出问题引出-热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响响-热电极长度有限，冷端受到被测温度变热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响化的影响 解决方法解决方法-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

28、连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉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价金属导线 功功 能能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。补偿导线补偿导线2.3.4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偶的正负极一一对应 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（0100），否），否则会给测量带来误差。则会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问题使用补

29、偿导线注意问题补偿导线补偿导线2.3.5热电偶的冷端温度补偿为什么进行冷端温度补偿1、补偿导线本身不能消除冷端温度变化的影响，起不到所谓的补偿作用。2、工业上常用的各种热电偶的分度表，都是以0度为基准的。而实际应用的温度往往高于0度，这时示值必然偏小，而且测量值也随着冷端温度变化的变化而变化。很明显，测量结果就会产生误差。 所以在应用热电偶进行测温时，只有将冷端保持为0或将冷端温度恒定后再进行一定的修正，才能得出准确的测量结果，这样就称为热电偶的冷端温度补偿。 工业上常用各种热电偶的热电势工业上常用各种热电偶的热电势-温度的温度的关系（分度表）是在冷端温度为关系（分度表）是在冷端温度为0的情况

30、下的情况下得到的得到的，与热电偶配套使用的显示仪表就是根，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。据这一关系进行刻度的。 问题引出问题引出 解决方法解决方法00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 1、0恒温法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2、冷端温度修正法、冷端温度修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t0（t00）被测温度为）被测温度为 t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt测量得出的热电势测量得出的热电势 冷端冷端 t t0

31、 0的热电势的热电势被测温度被测温度 t t 的热电势的热电势 适用于实验室或临时性测量。适用于实验室或临时性测量。例例 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，测得热电势为测得热电势为7.32 mv7.32 mv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t 。例例 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，测得热电势为测得热电势为7.32 mv7.32 mv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t 。解解由由分度表查得分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 m

32、v 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 mv 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 3、仪表机械零点调整法、仪表机械零点调整法 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，相当处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势入了电势E(tE(t0 0

33、, 0) , 0) 。 此种方法比较简单，在工业上经常使用。此种方法比较简单，在工业上经常使用。4、补偿电桥法、补偿电桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化值。根据各类热电偶的型号选择配套的补值。根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥偿电桥 原理原理3.3.补偿电桥法补偿电桥法v利用电桥不平衡利用电桥不平衡原理，桥臂热电原理，桥臂热电阻随温度变化，阻随温度变化，产生补偿电压产生补偿电压V),(),(),(00TTETTETTENABABNAB),(),(0TTEVTTEABNAB),(0TT

34、EVNAB2.3.6常见故障分析故障现象 可能原因 处理方法 热电势比实际值小（显示仪表指示值偏低 热电极短路 找出短路原因，如因潮湿所致，则需进行干燥；如因绝缘子损坏所致，则需更换绝缘子 热电偶的接线柱处积灰，造成短路 清扫积灰 补偿导线线间短路 找出短路点，加强绝缘或更换补偿导线 热电偶热电极变质 在长度允许的发问下，剪去变质段重新焊接，或更换新热电偶 补偿导线与热电偶极性接反 重新接正确 补偿导线与热电偶不配套 更换相配套的补偿导线 热电偶安装位置不录或插入深度不符合要求 重新按规定安装 2.3.6常见故障分析故障现象 可能原因 处理方法 热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）热电偶与显

35、示仪表不配套 更换热电偶或显示仪表使之相配套 补偿导线与热电偶不配套 更换补偿导线使之相配套 有直流干扰信号进入 排除直流干扰 热电势输出不稳定 热电偶接线柱与热电极接触不良 将接线柱螺丝拧紧 热电偶测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地 找出故障点，修复绝缘 热电偶安装不牢或外部震动 紧固热电偶，消除震动或采取减震措施 热电极将断未断 修复或更换热电偶 2.3.6常见故障分析故障现象 可能原因 处理方法 热电偶热电势误差大 热电极变质 更换热电偶热电偶安装位置不当 改变安装位置 保护管表面积灰 清除积灰 2.4热电阻原理及常见故障分析v2.4.1热电偶与热电阻区别v2.4.2热电阻测温原理v2

36、.4.3热电阻分类v2.4.4热电阻的结构、型号及主要技术指标v2.4.5常见故障分析 2.4.1热电偶与热电阻区别 人们知道 ，在测量-6001300度温度范围内，热电偶是比较理想的，但是对于中低温的测量来说，有一定的局限性。因为：输出电势小，对配用的仪表精度要求高，对电路性能要求高，仪表维修困难。在低温下，冷端温度的变化引起的误差大，不易得到补偿。在工业上测量中、低温时长用热电阻，其测量范围是-200850。热电阻的优点热电阻的优点：热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传，与热电偶相比无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。热电阻主要缺点热电

37、阻主要缺点：需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高。 2.4.2热电阻测温原理导体（或半导体）的电阻值是随温度的变化而变化的 Rt=R01+（t-t0) 或 R=R0t Rt 温度为t时的电阻值 R0温度为t0时的电阻值 电阻温度系数 t温度的变化量 R电阻的变化量 大多数金属在温度升高1 C 时电阻将增加0.40.6。但半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1 C ，电阻约减小26。所以我们只要测出电阻值的变化就可以测出温度。 热电阻温度计就是利用上述原理来制作的，把温度的变化转换为电阻值的变化，通过测量桥路，转换成电压信号，然后送入显示仪表或记录被

38、测温度。热电阻对材料的要求热电阻对材料的要求虽然导体或半导体的电阻值随温度变化的性质是热电阻测温的依据，但不是所有的导体或半导体都可以作为热电阻测温元件，必须满足以下条件：1、电阻温度系数大2、电阻率大。3、在整个测量范围内物理和化学性质稳定，复制性好。4、线性好。5、热容量、热惯性要小。6、易提纯，同时价格尽可能便宜。2.4.3热电阻分类按制造种类分，有金属（铂、铜）热电阻以及半导体热电阻；按用途来分，有工业用热电阻、精密和标准热电阻；按结构分有普通型、铠装热电阻及薄膜热电阻等。目前工业上最常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。随着低温和超低温技术的发展，铟、锰、碳等也开始被选

39、做热电阻的材料。1、铂热电阻：铂是一种贵金属。它的特点是精度高，稳定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。 铂在很宽的温度范围内约1200C以下都能保证上述特性。铂很容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小；价格贵。在0C 以上，其电阻与温度的关系接近于直线，其电阻温度系数A为3.9103/C 。特性公式：Rt=R0(1+At+Bt2) 我国已采用IEC标准制作工业铂电阻。按IEC标淮，使用温度已扩大到-200850 C ，中国工程上常用的铂电阻

40、分度号为Pt100（初始电阻100 ）和Pt50（初始电阻50 ）两种。标准和实验室用的为Pt10（初始电阻10 ）在550以上高温（真空和还原气氛将导致电阻值迅速漂移）只适合在氧化气氛中使用。铂电阻与温度的关系：铂电阻铂电阻 普通型铂热电阻普通型铂热电阻薄膜型铂热电阻薄膜型铂热电阻小型铂小型铂热电阻热电阻防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻2、铜热电阻 工业上除铂热电阻应用很广外，铜热电阻使用也很广泛。其电阻值与温度的关系几乎是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料容易提纯，价格比较便宜。所以在一般测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使用铜电阻。它可用来测量50150 C 的温度，在这温度范围内

41、，铜电阻和温度呈线性关系。特性公式：R t=R0(1+At+Bt2+Ct3) 若近似的计算 R t=R0(1+At) 也可以根据R100/R0=1.4280 R t=(R100-R0)*t/100+R0v缺点：铜电阻率比铂小很多，所以制成一定电阻值的热电阻时，与铂相比，同样的长度，就要很细，机械强度降低，若线径长度相同，长度就增加很多倍，使体积增大。铜在100度以上容易氧化，抗腐蚀性能差，所以工作温度不能超过150。v中国目前采用的同热电阻的分度号为Cu50（初始电阻50 ），Cu100（初始电阻100 ）。铜热电阻铜热电阻.半导体热敏电阻 对于在低温段-50350左右的范围、测温要求不高的场

42、合，目前世界各国，特别是工业化国家，采用半导体热敏元件作温度传感器。大量用于各种温度测量、温度补偿及家电、汽车等要求不高的温度控制。（1）热敏电阻和热电阻、热电偶及其它接触式感温元件相比具有下列优点：灵敏度高，其灵敏度比热电阻要大12个数量级；由于灵敏度高，可大大降低后面调理电路的要求；标称电阻有几欧到十几兆欧之间的不同型号、规格，因而不仅能很好地与各种电路匹配，而且远距离测量时几乎无需考虑连线电阻的影响；体积小(最小珠状热敏电阻直径仅0.10.2 mm)，可用来测量“点温” 热惯性小，响应速度快，适用于快速变化的测量场合；结构简单、坚固，能承受较大的冲击、振动；采用玻璃、陶瓷等材料密封包装后

43、，可应用于有腐蚀性气氛等的恶劣环境； 资源丰富，制作简单、可方便地制成各种形状（如图6-8所示），易于大批量生产，成本和价格十分低廉。（2）热敏电阻的主要缺点： 阻值与温度的关系非线性严重； 元件的一致性差，互换性差； 元件易老化，稳定性较差； 除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围，使用时必须注意。 其他热电阻其他热电阻 随着科学技术的发展，除了上述大量使用的铂、铜热电阻之外，今年来，对于低温和超低温测量方面，开始采用一些较为新颖的热电阻，如铟、锰、碳等。（1）铟电阻 高精度低温热电阻，在4.215K温域内其灵敏度比铂高10倍，所以可用于铂电阻不能使用的低温范围。缺点是：材

44、料很软，复制性很差。（2）锰电阻 在263K的温度范围内，电阻随温度变化很大，灵敏度高，磁场对锰电阻的影响不大，且有规律。缺点：锰很脆，难以拉制成丝。（3）碳电阻 适合做液核温域的温度计，因为其具有优良的特性，低温下灵敏度高，热容量小，对磁场不敏感，价格便宜，操作简便。缺点：热稳定性差。2.4.4热电阻的结构、型号及主要技术指标热电阻的结构、型号及主要技术指标一、结构一、结构、普通型热电阻通常都由电阻体，绝缘子、保护管和接线盒四个部分组成。它的外形结构基本上与普通型热电偶的外形结构基本相同，特别是保护管和接线盒是没有办法区分的。不同的地方：、感温元件、接线柱工业热电阻的基本结构如图6-3所示。

45、、热电阻丝对于铂热电阻，常用直径为（.mm）.mm的纯铂丝单层。分粗、细两种情况。对于铜热电阻，常用直径为.mm的漆包线或丝包铜线分层绕在塑料的圆柱形骨架上，并涂上绝缘漆。由于铜电阻测量的温度低，故可以重叠多层绕制。所有热电阻的绕制多用双线绕制法，在末端把两个头部焊接起来。两个原因：第一可以消除电感，所以又称无感绕法；第二便于引线的引出。、骨架、骨架为保证热电阻温度计的测量精度，并使测温元件做的体积小，并且不使金属丝因电阻体骨架膨胀而产生内应力，对绕制热电阻丝的骨架有如下要求：、体积膨胀系数小、耐高温、有良好的绝缘性能、有足够的机械强度、在工作温度下，不会析出对敏感元件材料有害的成分、物理化学

46、性能稳定目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成各种热电阻感温元件。云母骨架感温元件的结构特点是：抗机械振动性能强，响应快。很久以来多用云母作骨架。但是，由于云母是天然物质，其质量不稳定；即使是优质云母，在600以上也要放出结晶水并产生变形。所以，使用温度宜在500以下。云母骨架感温元件，因其电阻丝并非完全固定，故受热后引起电阻变化小，电阻性能比较稳定，但其体积较大，不适宜在狭小场所进行测量，并且响应时间较长是其不足。 玻璃骨架感温元件其特点是：体积小，响应快、抗振性强。因铂丝已固定在玻璃骨架上，故在使用中不产生形变，因此，必须选取与电阻丝具有相同膨胀系数的玻璃作骨架。否

47、则，当温度变化时引起膨胀或收缩，就会改变热电阻的性能。其结构如图6-3所示。感温元件较通用的尺寸是外径为14mm，长度为1040mm。这种玻璃骨架的软化点约为450，最高安全使用温度为400，而且，低温到4K仍然可用。陶瓷骨架感温元件的特点是：体积小、响应快、绝缘性能好。使用温度上限可达960。陶瓷骨架的缺点是机械强度差，不易加工。骨架的形状有平板形、圆柱形和螺旋形等几种。采用哪种形状一般根据热电阻的材料、制造工艺、使用温度和测量精度等各种因素来决定。一般说螺旋形骨架是作为标准或实验室用的铂电阻体的骨架，平行板多用于铂电阻体的骨架，圆柱形骨架多用于铜电阻的骨架。、引线、引线从电阻体通向接线盒的

48、导线称为引线。引线的直径比电阻丝大几倍。尽量减小引线间的电阻，增加引线的机械强度和连接的可靠性。内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。内引线通常位于保护管内。因保护管内温度梯度大，作为内引线要选用纯度高、不产生热电动势的材料。对于工业铂热电阻而言，中低温用银丝作引线，高温用镍丝。这样，既可降低成本，又能提高感温元件的引线强度。对于铜和镍热电阻的内引线，一般都用铜、镍丝。为了减少引线电阻的影响，内引线直径通常比热电阻丝的直径大很多。热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种，如图所示两线制两线制在热电阻感温元件的两端各连一根导线(见图6-4a)的引线形式为两线制。这种两线制热电阻配线简单，安装费用低，但要带进引线电阻的附加误差。因此，不适用于A级。并且在使用时引线及导线都不宜过长。采用两线制的测温电桥如接线示意图（a，b)为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻 和热电阻t一起构成电桥测量臂，这样当引线电阻随沿线环境温度改变引起的阻值变化量和热电阻随被测温度变化的增量值t一起成为有效信号转换成测量信号电压，从而影响温度测