检测技术与仪表【二】

1、检测技术(jsh)与仪表第二部分(b fen) 温度测量2.1 概述-温度与温标2.2 热电偶测温技术2.3 热电阻测温技术2.4 辐射式测温技术2.5 温度变送器2.6 新型温度传感器2.7 应用实例精品资料第二第二(d r)(d r)部分部分 温度测温度测量量本 章 提 要 温度是一个重要(zhngyo)的物理参数，许多重要(zhngyo)的物理、化学过程都要求在一定的温度条件下才能正常进行。温度的测量方法和仪表在科学研究和工农业生产中得到了广泛的应用。温度测量的相关概念温度与温标、温度的测量方法接触式测温：包括膨胀式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计。非接触式测温：包括光学高温计、光电高

2、温计、辐射温度计和比 色温计温度变送器及新型温度传感器检测技术与仪表温度测量精品资料2.1 2.1 概述概述-温度温度(wnd)(wnd)与温标与温标2.1.1 温度(wnd)与温标（1）温度与温度测量温度是表示物体冷热程度的一个量。物体内部分子热运动的状况;分子的热运动越快，物体越热，温度就越高，反之，温度就越低。怎样衡量物体的冷热程度呢？物体的某些物理性质与物体的温度有关；用与温度有关的物理性质的变化来反映温度的变化；用来反映物体温度变化的物理性质只随温度变；其性质与温度成单值函数关系。精品资料2.1 概述(i sh)-温度与温标测量温度的物质基础（与温度有关的物理性质有）：体积和压力随温

3、度变化的性质；物体的热电性质；导体和半导体的电阻随温度变化的性质；物体的辐射能随温度变化的性质等。传热(chun r)方式：热传导：非同温物体相接触时，热量从高温物体传给低温物体，最后两者温度相等；热辐射：非同温物体非接触时，热量以辐射热从高温物体传给低温物体；对流传热(chun r)这些物理现象为用一个物体测量另一个物体的温度创造了条件。精品资料（2 2）温标）温标(wnbio) (wnbio) 1）温标(wnbio)的概念 温标是指温度数值化的标尺。它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位。各种温度检测仪表的分度数值均由温标来确定。2）常用温标简介 国标上普遍采用的温标有

4、: 经验温标、热力学温标和国际实用温标。 经验温标 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称作经验温标。历史上影响较大的经验温标是摄氏温标和华氏温标；根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质建立起来的。2.1 概述-温度与温标精品资料摄氏温标(sh sh wn bio):把在标准大气压下水的冰点定为0，把水的沸点定为100，两固定点之间等分为100份，每一等份为一摄氏度，单位符号为。华氏温标:规定在标准大气压下水的冰点为32，水的沸点为212，两固定点之间等分为180份，每一等份为一华氏度，单位符号为。两者温标起点不同；基本单位不同；所确定的温度数值也就不同；且

5、依附于测温物质的性质而带有任意性；不能严格保证世界各国所采用的基本测温单位的一致性；已很少使用。2.1 概述-温度(wnd)与温标精品资料 热力学温标 热力学温标又称开尔文温标或绝对温标，单位符号为K。规定分子运动停止时的温度为绝对零度。一种理论温标（以热力学第二定律(dngl)为基础）；已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标；与物体任何物理性质无关；由卡诺定理推导出来；无法直接实现；热力学温标与理想气体温标形式完全一致；由波马定律(dngl)来复现；常借助于气体温度计经示值修正后来复现热力学温标；设备复杂、价格昂贵，不适于实际应用。 2.1 概述-温度(wnd)与温标精品资料 国际(gu

6、j)温标 国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度的温标，这就是(jish)国际实用温标，简称国际温标。国际温标要求具备的条件： 数值上尽可能接近热力学温度，差值应在当前技术 所能达到的精确度极限之内； 复现精确度高，各国均能以很高的精确度复现同样 的温标，确保温度量值的统一； 用于复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定。 2.1 概述-温度与温标精品资料国际温标的基本(jbn)内容是： 选择(xunz)一些高纯物质的相平衡温度作为温标的基准 点，从而保证了基准温度的客观性；规定了不同温度区域内复现热力学温标的基准仪器； 建立了基准仪器的示值与国际温标温度之间关系 的内

7、插公式，从而使连续测温成为可能。 温标基准点、温标基准仪器和内插公式 又被称为温标“三要素”。 2.1 概述-温度与温标精品资料3 3）19901990国际温标国际温标(wnbio)(wnbio)简介简介 协议性国际实用温标(wnbio)是1927年开始建立的，记为ITS-27；大约每隔20年进行一次重大修改；有1948年国际温标(wnbio)（ITS-48）；1968年国际实用温标(wnbio)（ITS68）；1990年国际温标(wnbio)（ITS90）；自1990年1月1日起世界各国开始实行90国际温标(wnbio)；我国是自1994年1月1日起全面实施90国际温标(wnbio)。 2.

8、1 概述-温度与温标精品资料90国际温标主要(zhyo)有以下几方面内容： 温度的表示(biosh)与单位 规定热力学温度为基本温度，符号为T，单位为开尔文（K）。规定水三相点热力学温度为273.16K；定义1K等于水三相点温度的1/273.16；也可用摄氏度来表示，符号为t，单位为，它定义为 t =T- 273.15； 当表示温度差和温度间隔时，11K；与古典的经验温标的摄氏度是完全不同的； 这里的摄氏度是由国际温标重新定义的，是以热力学温标为基础的。 2.1 概述-温度与温标精品资料 定义(dngy)固定温度点 90国际(guj)温标的定义固定温度点是利用一系列纯物质各相间可复现的平衡状态

9、或蒸汽压所建立起来的特征温度点。这些特征温度点的温度指定值是由国际(guj)上公认的最佳测量手段测定的。 90国际(guj)温标定义了17个固定温度点，如表2.1所示。表中t90 = T90 - 273.15。2.1 概述-温度与温标精品资料2.1 概述-温度(wnd)与温标精品资料 复现固定点温度的方法（使用的基准(jzhn)仪器 ） ITS-90的内插用标准仪器，是将整个温标分为4个温区。温标的下限为0.65K，向上到用单色辐射的普朗克辐射定律(dngl)实际可测的最高温度，具体的4个温区范围及使用的标准仪器如下： A0.65K5.0K之间，用3He和4He蒸气压温度计（3He和4He为H

10、e的同位素）。其中3He蒸气压温度计覆盖0.65K到3.2K，4He蒸气压温度计覆盖1.25K到5.0K。2.1 概述-温度与温标 精品资料 内插公式(gngsh) 每种内插标准仪器在n个固定点温度下分度，以此求得相应温度区内插公式中的常数(chngsh)。参阅ITS90标准文本。 2.1 概述-温度与温标 B3.0K24.5561K（氖的三相点）之间，用氖3He和4He定容气体温度计。 C13.8033K（平衡氢三相点）961.78（银凝固点）之间，用铂电阻温度计。 D961.78（银凝固点）以上，用光学或光电高温计。 其中：A和B属低温区；C属中温区；D属高温区。精品资料4）温标(wnbi

11、o)的传递 为了统一温度测量标准，各国建立了国家基准作为本国(bn u)的温度测量的最高依据。 国家基准（中国计量科学研究院）次级标准（各地区、省、市建立）； 定期由国家基准检定。 v 测温仪表按其准确度可分为基准、工作基准、一等基准、二等基准以及工业用仪表；v各等级的仪表定期送上一级计量部门进行检定，以保证准确可靠。2.1 概述-温度与温标 精品资料2.1.2 温度温度(wnd)测量方法及测量方法及其类型其类型 根据(gnj)测量方法划分为：接触式测温和非接触式测温。 （1）接触式测温接触式测温是基于物体的热交换原理设计而成。（要进行充分的热交换）测温时有较大的滞后；（接触过程中易）破坏被测

12、对象的温度场分布，从而造成测量误差；不能测量移动的或太小的物体；测温上限受温度计材质的限制，所测温度不能太高。2.1 概述-温度测量方法及类型较直观、可靠；系统结构相对简单；测量准确度高。优点：缺点：精品资料（2）非接触式测温基于物体的热辐射特性与温度之间的对应(duyng)关系设计而成。所测温度(wnd)受物体发射率、中间介质和测量距离等影响。各有优缺点；且技术已经成熟（基本方法和特点如表2-2所示）；只能在传统的场合应用；不能满足许多领域的测温要求，尤其是高科技领域；开发出各种特殊而实用的测温技术及仪表；如光纤测温技术、集成温度传感器测温技术等。2.1 概述-温度测量方法及类型优点：测温范

13、围广（理论上没有上限限制）；测量过程中不破坏被测对象的温度场分布；能测运动的物体；测温响应速度快。缺点：精品资料2.1 概述-温度(wnd)测量方法及类型精品资料常用(chn yn)接触式测温方法及仪表主要有：膨胀式温度计：玻璃液体温度计、双金属温度计和压力式温度计热电偶(温度计)：标准热电偶和特殊热电偶热电阻(温度计): 金属热电组和半导体热敏电阻检测技术与仪表温度(wnd)测量精品资料玻璃(b l)液体温度计双金属片温度计压力式温度计检测(jin c)技术与仪表温度测量信息工程与自动化学院自动化系膨胀式与压力式温度计膨胀式与压力式温度计介介 绍绍精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温

14、度计一、玻璃(b l)液体温度计1）使用方便；2）测温范围（-200 +600）；3）价格便宜；4）得到广泛应用。 1、工作原理 基于透明玻璃外壳中的液体受热膨胀原理。构成：由液体贮囊或称为感温泡（球形或圆柱形）；与毛细管熔接而成；毛细管的后面带有温度标尺。如图所示。精品资料2、物质(wzh)的热膨胀与温度计的灵敏度 物质热膨胀的特性可用平均体膨胀系数来表示。它表示在单位温度(wnd)变化时，物质体积相对于0体积的变化量，即： 0012.)(1221VtVVttVVtttt式中：21.tt 液体在 t1 到 t2 温度下的平均体积膨胀系数； Vt 液体在温度为 t 时的体积； V0 液体在0时

15、的体积。 膨胀式与压力式温度计精品资料 温度升高：液体和贮囊的体积都膨胀；液体体积膨胀，使毛细管中液柱升高；贮囊体积膨胀，使毛细管中液柱降低；毛细管内液柱升高多少由液体的平均体膨胀系数 和玻璃(b l)的平均体膨胀系数 之差来决定；该差值称为液体在玻璃(b l)内的视膨胀系数，用 表示，即： （液体的平均体膨胀系数比玻璃(b l)大很多倍）；温度变化时可看到液面在毛细管中上下移动。膨胀式与压力式温度计精品资料 设 表示(biosh)温度计上刻度1的长度，则有：1000100LLL式中： L 温度计的灵敏度，即每1，液体在毛细管中的长度； 液体在0100间的视膨胀系数；V0 液体贮囊的容积； S

16、 毛细管的横截面积。可见(kjin)：玻璃液体温度计的灵敏度与液体贮囊的容积成正比，与毛细管的粗细成反比。 注意：增大贮囊容积和减小毛细管直径都是有一定限度的；贮囊过大会造成热惰性；毛细管过细会造成液柱上升不均匀或堵塞；都会影响温度计的技术特性和功能。 0 .100 膨胀式与压力式温度计SVL00 .100精品资料3、玻璃液体(yt)温度计的结构形式 按照(nzho)基本结构型式分：棒式、内标式和外标式。工业和医用玻璃液体温度计特殊结构形式有：最高温度计、最低温度计、电接点温度计。外标式内标式膨胀式与压力式温度计精品资料最高温度计：如体温计）：有一阻碍水银柱下降特殊装置，（贮囊底部的一根梢钉或

17、接近贮囊的毛细管处绕制成有弯曲的缩小(suxio)喉部）；温度升高，水银柱升高。而温度下降时由于阻力增大，水银柱不易下降，会停留在高温的位置；只有加外力甩动时，水银柱才会下降。 最低温度计：一般用无水乙醇做感温体；有一个沉在毛细管液柱里的指示杆，随温度下降而下降；温度上升时，液柱上升，而指示杆停留不动；读取与标尺(bioch)的相对位置，读出测量中的最低温度值；最低温度计必须水平放置。膨胀式与压力式温度计精品资料 最高最低温度计特点:记录最高最低温度；易读取；控温精确；易操作。电接点温度计：测温液体为水银。如图2.8具有固定切换值的位式控制作用;能提供就地温度指示(zhsh)，又能发出通断的控

18、制信号;因此称为电接点温度计。膨胀(png zhng)式与压力式温度计精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计二、压力(yl)式温度计原理：基于密闭容器中物质受热膨胀，压力发生变化来指示温度。结构：温包、毛细管和压力弹性元件（如弹簧管、波纹管等）；内装工作物质；表盘刻度为温度。精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计v当温包受热后，工作物质膨胀；v由于容积固定，所以压力升高；v弹簧(tnhung)管变形，自由端产生位移带动指针指示温度。v根据工作物质的不同又分为：气体、液体和蒸汽式压力温度计。v 气体式一般充氮气，温包体积大，线性刻度。v 液体式一般充二甲苯或甲醇，温包体积小，

19、线性刻度。 v 蒸气式一般充有丙酮、氯甲烷、乙醚等。利用低沸点蒸发液体的饱和蒸汽压随温度不同而产生变化来测温的，但刻度非线性。精品资料 双金属温度计：一种测量中低温度的现场(xinchng)检测仪表；范围-80+500；液体、 蒸汽和气体介质温度。 特 点：现场显示温度，直观方便；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式，可满足(mnz)不同要求。 三、双金属温度计三、双金属温度计膨胀式与压力式温度计精品资料原理 ：由绕制成环形弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀时，带动(didng)指针旋转，指示出对应的温度值。膨胀(png zhng)式与压力式温度计 测量端形式： 精品资料主要(zhyo)技术参数

20、： 产品执行标准 JB/T8803-1998 、GB3836-83 标度盘公称直径：60，100，150 精度等级：（1.0），1.5 热响应时间：40S 防护等级：IP55 角度(jiod)调整误差 ：应不超过其量程的1.0% 回差：温度计回差应不大于基本误差限的绝对值 重复性： 温度计重复性极限范围应不大于基本误差限绝对值的1/2膨胀式与压力式温度计精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计安装方法(fngf)示意： 垂直管道安装方法 精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计 弯曲管道(gundo)安装方法 精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计选型须知(xzh)：

21、 1) 型号2) 表盘直径3) 精度等级4) 安装固定形式5) 测温范围6) 长度或插入深度 例 A：万向型，表盘直径100，测温范围 0 400，1.5级，活动外螺纹M272，长度450mm， HR-WSS-481， 0400，L=450， M272，1.5级。 精品资料型号命名(mng mng)方法： 精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计精品资料膨胀(png zhng)式与压力式温度计精品资料2.2 2.2 热电偶测温技术热电偶测温技术(jsh)(jsh)热电偶特点(tdin): 结构简单、体积小、易加工； 动态性能好、精确度较高； 把温度信号直接转换成直流电势信号，便于信 号

22、的传递与显示； 它的测温范围宽（可达 -200 2000以上）。 是应用最广的测温传感器。 精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)热电偶测温原理热电偶的实用定律热电偶的冷端温度处理热电偶的种类与结构(jigu)热电偶的选择、使用和安装主要内容：精品资料2.2.1 2.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理(yunl)(yunl)1、热电效应(r din xio yng) 把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路， 如果将它们的两个接点分别置于不同的温度，则在该回路中会产生电势，这种现象称为热电效应（或称塞贝克效应）。产生的电势通称热电势。 热电偶测温正是基于热电效应。2.2 热电偶测温技术精品资

23、料 如图2.1所示，不同导体A 和B 称作热电极；接成闭合(b h)回路；两热电极 A 和B 的组合称作热电偶；两个接点温度分别为T 和T0，若T T0，则回路内就会产生热电势，记作EAB（T，T0）；测温时接点 T 是放入被测对象中感受被测温度，故称之为 测量端、热端或工作端；接点T0 处于环境中，要求温度恒定，故称之为 参考端、冷端或自由端。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2、热电偶回路(hul)的热电势 热电势：由接触电势（又称为珀尔帖电势）和温差(wnch)电势（又称为汤姆逊电势） 组成。1）两种导体的接触电势 基于珀尔帖效应产生的，即由于两种性质不同的导体相接触时，自由电子由

24、密度大的导体向密度小的扩散，直至达到动态平衡为止而产生的电动势。电子扩散的速率与自由电子的密度和所处的温度成正比。2.2 热电偶测温技术精品资料所有导体都有自由电子；不同的导体其自由电子的密度也是不同；设导体A的自由电子密度大于导体B；则在单位时间内，导体A 扩散到导体 B 的电子数比从导体B 扩散到导体A的电子数多；在导体A 和B 之间形成了电势差；该电势差在导体 A、B接触处形成一个(y )静电场，阻碍电子扩散作用的继续进行；在某一温度下，达到动态平衡，此时在接点处形成接触电势，大小为：BTATABNNeKTTeln)(2.2 热电偶测温技术(jsh)（2.1）AB+-电场精品资料式中：e

25、AB（T ）为导体A和B 的接点在温度T 时接触电势，A、B 的顺序代表电位差的方向；e 单位电荷，e 1.6021910-19C；K 玻尔兹曼常数,K =1.3810-23J/K；NAT 、NBT 分别为 导体A、B在接点温度为T 时的电子密度；T 两导体接触处的热力学温度（K ）。可见：接触电势的数值取决于导体材料的性质(xngzh)和接触点的温度；接触点的温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电势也越大。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2）单一导体(dot)的温差电势: 温差电势是基于(jy)汤姆逊效应产生的，即同一导体的两端因其温度不同而产生的电动势。 设导体

26、A（或B）两端温度分别为T和T0，且T T0；高温端的电子能量比低温端的电子能量大；高温端扩散到低温端的电子数比低温端扩散到高温端的多；在高低温端之间形成一个静电场，阻止电子扩散；最后达到动态平衡；在导体的两端便产生一个相应的电位差，被称为温差电势。2.2 热电偶测温技术TT0+-电场A精品资料TTAAdTeKTTe0),(0TTBBdTeKTTe0),(0A、B导体都有温差电势(dinsh)产生，其大小可以用下式来表示（2.2） （2.3） 式中：A和B分别(fnbi)为导体A和B的汤姆逊系数；eA（T，T0）、eB（T，T0）分别(fnbi)为导体A和B两端温度在T 和T0（T T0）时的

27、温差电势；K、e、T、T0的意义同前。可见：温差电势的大小与导体材料的性质及两端的温度差有关，温差越大，温差电势也越大，当T=T0时，温差电势为零。2.2 热电偶测温技术精品资料3）热电偶闭合回路(hul)的总电势 如图2.2所示，热电偶闭合回路(hul)中：温差电势：eA（T，T0）、eB（T，T0）接触电势：eAB（T ） 、eAB（T0）。2.2 热电偶测温技术精品资料 设T T0、NANB ，因温差电势(dinsh)比接触电势(dinsh)小，总电势(dinsh)中，导体A、B在热端温度的接触电势(dinsh)eAB（T）所占百分比最大，决定了总电势(dinsh)的方向，则总电势(di

28、nsh)EAB（T，T0）可写成:),()(),()(),(0000TTeTeTTeTeTTEAABBABABdTeKNNeKTdTeKNNeKTTTBBTATTTABTAT0000lnln0)()()()()()(),(000000TfTfdtTedtTeTTETBAABTBAABAB（2.6） 2.2 热电偶测温技术(jsh)（2.5） 精品资料 由式（2.6）可知， 热电偶总电势与两接点(ji din)温度有关。当热电偶材料一定时，热电偶的总电势EAB（T，T0）成为温度T 和T0 的函数差，即2.2 热电偶测温技术(jsh)()(),(00TfTfTTEAB（2.7） 若使冷端温度T0

29、 固定，即（T0）= C（常数），则对确定的热电偶材料，其总电势EAB（T，T0）只与热端温度有关，即CTfTTEAB)(),(0（2.8） 由式（2-8）可知，热电偶所产生的热电势EAB（T、T0）只和热端温度T有关，因此测得热电势的大小，就可求得热端温度T，这就是用热电偶测量温度的工作原理。精品资料 分度表：国际温标规定，在T0 = 0时用实验的方法测出各种不同热电极组合的热电偶在不同的工作温度下所产生的热电势值，列成一张张表格。 参考函数：温度与热电势之间的关系也可以用函数关系表示(biosh)。 新的ITS-90的分度表和参考函数是由国际电工委员会和国际计量委员会合作安排、国际上权威的

30、研究机构（包括中国在内）共同参与完成的，它是热电偶测温的主要依据。 2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2.2.2 2.2.2 热电偶的实用热电偶的实用(shyng)(shyng)定律定律 热电偶的实用定律是分析、解决热电偶测温中许多(xdu)问题的理论依据。1、均质导体定律 由均质材料（指电子密度处处相同）构成的热电偶，热电势仅与组成热电偶的材料、热端和冷端的温度有关，而与热电偶的几何形状、尺寸大小和沿电极温度分布无关。2.2 热电偶测温技术精品资料该定律(dngl)表明： 1）热电偶必须由两种不同性质的材料组成，且热电偶两接点温度不同。 2）由一种(y zhn)材料组成的闭合回路存在温

31、差时，回路如果产生热电势，便说明该材料是不均匀的。这也是检查热电极材料均匀性的一种(y zhn)方法。2.2 热电偶测温技术精品资料2、中间导体(dot)定律 在热电偶回路的任何地方插入第三种均质导体，只要保证(bozhng)插入的第三种导体两端温度相同，则插入第三种导体后，对热电偶回路中的总电势没有影响。 2.2 热电偶测温技术精品资料该定律(dngl)的作用： 1）为在热电偶回路中连接仪表、连接导线等提供理论依据。即只要保证连接导线、仪表等接入时两端温度相同，则不影响回路热电势。 2）为制造和选用不同材料的热电偶奠定了理论基础。可推导出参考电极定律，即采用同一参考电极（一般是选用铂作为参考

32、电极）与各种( zhn)不同材料组成热电偶， 以测试其热电特性，然后再利用这些特性组成各种( zhn)配对的热电偶。这是研究、测试热电偶的通用方法。 3）可采用开路热电偶（即热电偶的热端开路），对液态金属和金属壁面进行温度测量。2.2 热电偶测温技术精品资料3、连接(linji)导体和中间温度定律 在热电偶回路中，若热电极A、B分别与导体A、B相连，接点温度分别为T，Tn和T0时，则回路总电势(dinsh)为热电偶的热电势(dinsh)EAB（T，Tn）与连接导体热电势(dinsh)EAB（Tn，T0）的代数和连接导体定律。EAB（T，T0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，T0 ）（2

33、.9） 2.2 热电偶测温技术当A与A、B与B材料分别相同，所处温度仍为T，Tn和T0时，其总电势为：这就是中间温度定律，Tn称中间温度。EAB（T，T0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，T0 ）（2.10） TTnT0ABAB精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)连接导体和中间温度定律(dngl)作用： 1）为在热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。2）为制定和使用热电偶分度表奠定了基础。精品资料 各种热电偶的分度表都是在冷端温度(wnd)为0时制成的。例：在实际应用中热电偶冷端不是0而是某一中间温度(wnd)Tn，这时仪表指示的热电势值为EAB（T，Tn）。而EAB（Tn，0）

34、值可从分度表查得，则：EAB（T，0）= EAB（T，Tn）+ EAB（Tn，0）再按EAB（T，0）电势值反查分度表便可得到被测对象的实际温度(wnd)值T 。2.2 热电偶测温技术(jsh)中间温度定律常用的形式有：EAB（T，0）= EAB（T，T0）+ EAB（T0，0） （2.11）EAB（T，T0）= EAB（T，0）- EAB（T0，0） （2.12）精品资料 例2-1 采用(ciyng)K型热电偶测温，已知被测温度与冷端温度分别为500和50，试求热电势的数值。 解：已知t = 500，t0 = 50，热电偶回路(hul)的热电势为 E（500，50）= E（500，0）- E

35、（50，0） 由K型热电偶分度表查得 E（500，0）= 20.644 mV E（50，0） = 2.023 mV所以， E（500，50）= 20.644mV - 2.023mV = 18.621 mV 2.2 热电偶测温技术精品资料 例2-2 用K型热电偶测量(cling)炉温，已知热电偶冷端温度为40时，测得的热电势为35.72mV，问被测炉温为多少？解：查K型热电偶分度表知 E（40，0）= 1.611 mV 测得热电势(dinsh) E（t，40）= 35.72 mV 则 E（t，0）= E（t，40）+ E（40，0） = 35.72 + 1.611 = 37.33（mV） 据此反

36、查分度表知，37.33mV所对应的温度，t = 900.1，则被测炉温为900.1。2.2 热电偶测温技术精品资料2.2.3 2.2.3 热电偶的冷端温度热电偶的冷端温度(wnd)(wnd)处理处理 由热电偶的测温原理知，只有当热电偶的冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。 具有标准分度热电偶的热电势都是指冷端处在0时的电势值。 因此，要求热电偶工作时，冷端必须保持在0。 但在实际工作中：热电偶的热端与冷端离得很近；冷端又暴露在空间；受到设备温度和环境温度的影响，使冷端温度偏离0；要用分度表对热电偶进行标定，实现(shxin)对温度的准确测量，必须对冷端温度的变化所引起的冷端温度误

37、差予以补偿。 为什么需要对热电偶的冷端温度进行处理？2.2 热电偶测温技术精品资料常用(chn yn)的处理方法有几种形式：（1）补偿导线法（2）冷端恒温法 （3）计算(j sun)修正法（4）模拟补偿法（5）数字补偿法2.2 热电偶测温技术 各种常用热电偶的温度热电势曲线（分度表）是在冷端温度为0情况下得到的，因此，在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0，或进行一定的修正才后能得出正确的测量结果，这称为热电偶的冷端温度补偿。精品资料1 1、补偿、补偿(bchng)(bchng)导导线法线法 冷端温度变化主要原因：被测温设备或受环境温度变化。 解决法：把热电偶做得很长，使冷端远离工作(gn

38、gzu)端，并连同测量仪表一起放置在恒温或温度波动较小的地方（如集中在控制室）。 缺点：安装使用不方便；多耗费许多贵重的金属。所以，一般是采用一种导线（称为补偿导线）将热电偶的冷端延伸。 2.2 热电偶测温技术精品资料1）补偿(bchng)原理温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉价金属导线称为(chn wi)补偿导线。例如图2.3所示，其中A、B为补偿导线，实际上是两种不同的廉价金属导体组成的热电偶，在一定温度范围内（如0 100），它的热电特性与主热电偶AB的热电性质基本相同，即 ),(),(0000TTETTEABBA(2.12) 2.2 热电偶测温技术 用于将热电偶

39、的冷端延伸,且在一定精品资料 A、B可视为A、B热电极的延长，因而热电偶的冷端也从T0处移到T0处。带有补偿导线的热电偶回路的总热电势(dinsh)（即仪表测得值）为： ),(),(),(0000TTETTETTEEABBAAB可见：热电势只同T和T0有关；T0的变化不再影响读数；若T0= 0，则仪表(ybio)指示值对应着热端的实际温度值；若T00，则应再进行修正。 2.2 热电偶测温技术2.13精品资料2）型号(xngho)和结构 国际电工委员会IEC制定(zhdng)补偿导线的标准，如表2.3所示。补偿导线分：普通型：线芯、绝缘层及保护套精密型：在普通型外边加一层金属编织的屏蔽层。2.2

40、 热电偶测温技术精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料3）补偿导线(doxin)使用注意事项 补偿导线必须(bx)与热电偶配套，不同型号的热电偶应选用不同的补偿导线。 补偿导线两种材料也有正负电极之分，与热电偶连接时应正极接正极，负极接负极。否则，不仅起不到补偿作用，而且会造成更大的测量误差。 补偿导线与热电偶连接的两个接点必须(bx)同温，否则会产生附加误差。 补偿导线只能在规定的温度范围内与热电偶的热电势相等或相近，其间的微小差值在精密测量中不可忽视。 2.2 热电偶测温技术精品资料2、冷端恒温(hngwn)法 冷端恒温法是人为制成一个(y )恒温装置，把热电偶的冷端置于其中，保

41、证冷端温度恒定。 常用的恒温装置：冰点槽、电热式恒温箱。 1）冰点槽法 把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的冰点槽中。为保持0时的误差能在0.1之内要求： 水的纯度、碎冰块的大小和冰水混合状态都有要求；插入速度也应加以注意；是一种理想方法，只适用于实验室和精密测量中。2.2 热电偶测温技术精品资料 2）恒温箱法 把冷端补偿导线(doxin)引至电加热的恒温器内，维持冷端为某一恒定的温度。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料3 3、计算、计算(j sun)(j sun)修正法修正法 计算修正法是依据显示仪表的温度示值经修正计算求出被测温度值。 例：设被测温度为t，冷端

42、温度t00 。如此时表的示值温度为t，由分度表可知，显示仪表输入电势数值应该为EAB（t, 0），但其实际热电势EAB（t, t0），即显示表实际输入电势为EAB（t, t0）。显然EAB（t, 0）= EAB（t, t0），由此可得出(d ch)计算修正的公式为 EAB（t, 0）= EAB（t, t0）+ EAB（t0，0） = EAB（t, 0）+ EAB（t0, 0）2.2 热电偶测温技术（2.14）精品资料计算(j sun)修正的步骤是：1）由表的示值t和冷端温度t0分别查分度表求得 EAB（t, 0）和 EAB（t0， 0），2）由公式计算(j sun)出EAB（t, 0），3）由

43、EAB（t, 0）值直接查分度表求出被测温度t。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料4 4、模拟、模拟(mn)(mn)补偿法补偿法1）补偿(bchng)电桥法 补偿电桥法是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。如图2.4所示，电桥由R1、R2、R3（均为锰铜电阻）和RCU（铜电阻）组成，串联在热电偶回路中，热电偶冷端与电桥中RCU处于相同温度。2.2 热电偶测温技术精品资料 设计时R1 = R2 = R3 = 1，电桥由直流电源供电，ES = 4V。电桥有一个平衡点温度t0（国产补偿器的平衡点温度有0和20两种情况）。在平衡点温度t0时，设计成Rcu=1，满足

44、Rcu = R1 = R2 = R3 = 1，此时电桥平衡，输出(shch)电势Uab=0。温度从t0升高时，Rcu增大，电桥失去平衡Uab0，而且Uab随温度升高而增大。 假设采用补偿导线把热电偶的冷端迁移到温度为t0补偿电桥处，则冷端温度也为t0 。仪表的输入(shr)电势为：2.2 热电偶测温技术U = E（t,t0）+Uab（t0） （2.15） 精品资料式中 Uab（t0）为补偿电桥(din qio)输出电势，它随冷端温度t0变化。当t0 = t0时：U = E（t,t0）+Uab（t0） （2.16）因 Uab（t0）= 0 所以(suy) U = E（t,t0）2.2 热电偶测温

45、技术 当t0从t0升高时，热电势减少，而Uab增大，如果补偿电桥的设计满足： Uab=E（t0，t0），则总电势U仍不变，仍为 E（t, t0）。精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)结果：总电势(dinsh)不随冷端温度t0变化；冷端温度始终保持在补偿电桥平衡点温度 t0；必须把仪表的起始点调到电桥的平衡温度t0处。2）集成温度传感器补偿法 为提高热电偶的测量准确度，推出了集成温度传感器冷端补偿法。如美国AD公司生产的集成电路芯片AC1226、带冷端补偿的单片热电偶放大器AD594/AD595等。精品资料 AC1226冷端补偿(bchng)电路 专用的热电偶冷端补偿集成电路芯片；在0 70

46、补偿范围内具有很高的准确度；其补偿绝对误差小于0.5；补偿输出信号(xnho)不受其电源电压变化的影响；可和各种温度测量芯片或线路组成带有准确冷端补偿的测温系统。 2.2 热电偶测温技术精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)图2.5为带有信号处理功能（1B51）隔离型的AC1226高温测量(cling)冷端补偿电路原理图。可和E、J、K、S、R或T型热电偶相连接。测温范围为所连热电偶的测温范围。精品资料 AD594/AD595补偿(bchng)电路 有热电偶信号放大和冰点补偿双重功能的集成芯片；有C级和A级，分别具有1和3的校准(jio zhn)准确度；其中AD594适用于T型热电偶，AD5

47、95适用于K型热电偶。输出电势与热电偶的热电势的关系如下 ：)16(4 .193594VEETAD)16(3 .247594VEEkAD（2.17） （2.18）式中，EAD594、EAD595分别为AD594和AD595的输出；ET、EK分别为T型和K型热电偶的热电势。2.2 热电偶测温技术精品资料（5）数字(shz)补偿法采用最小二乘法，把分度表拟合出关系矩阵；测得热电势和冷端温度；由计算机自动进行冷端补偿和非线性校正，并直接求出被测温度。该方法简单、速度快、准确度高；为实现实时控制创造了条件。（详见有关(yugun)文献） 2.2 热电偶测温技术精品资料2.2.4 2.2.4 热电偶的种

48、类热电偶的种类(zhngli)(zhngli)与结构与结构1、热电极(dinj)材料理论上讲，任一具有导电性能的材料均可作为热电极；与其他材料相互配合做成热电偶；但实际用的热电偶，必须满足一些计量技术方面的要求；实际测温用的热电极材料并不多；已定型并广泛采用的热电偶，其适用范围也各有限制。 2.2 热电偶测温技术精品资料对热电极(dinj)材料主要几点要求：1）电势大，热电特性尽量接近线性；2）电阻率小，电阻温度系数小，以减小热电偶材料电 阻随温度变化对测量的影响(yngxing)；3）在测温范围内，物理及化学性能稳定；4）易加工成细丝，便于生产且复现性好；5）价格便宜。2.2 热电偶测温技术

49、 目前采用的热电极材料中还没有一种能完全满足上述要求，大多只是基本满足而已。精品资料 贵金属材料(cilio)，如铂、铑、铱及它们的合金（如铂铑、铂铱）； 普通金属材料(cilio)，如镍、铬、铜及其合金（如镍铬、铜镍）； 难熔金属材料(cilio)，如钨、钼、铼及其合金（如钨铼、钨钼等）； 非金属材料(cilio)，如碳、石墨、氧化镁等及它们的混合物。常用的热电极材料可分为(fn wi)四类：2.2 热电偶测温技术2、种 类品种很多；分类方法也不尽相同；按工业标准化要求分：标准化和非标准化热电偶。精品资料1）标准化热电偶 标准化热电偶指生产工艺成熟、成批生产、性能优良并符合专业标准或国家标准

50、的热电偶，它具有统一的分度表，不用单支标定，可互换并有配套(pi to)的显示仪表。2.2 热电偶测温技术(jsh)广泛使用；被（IEC）公认和制订了国际标准的热电偶有八种； 特性简介如表2.4所示，热电势与温度的关系如图2.6所示。精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料温度的测量范围指热电偶在良好的使用环境下允许测量温度的极限值；实际(shj)使用中，特别是长期使用时，一般允许测量的温度上限是极限值的60% 80%；热电势与温度之间存在非线性，使用时应进行修正。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料 S型热电偶（铂铑10-铂热电偶）贵金属(

51、jnsh)热电偶；所有标准化热电偶中，准确度等级最高、稳定性最好；测温区宽、使用寿命长；适用于氧化和惰性气氛中，使用广泛；价格昂贵，热电势小，灵敏度低，热电特性曲线非线性较大；不适于还原性气氛和含有金属(jnsh)或非金属(jnsh)蒸汽的气氛中。 R型热电偶 （铂铑13-铂热电偶）热电势比S型热电偶稍大；其他性能相当；在进口设备附带的测温装置上有应用(yngyng)，国内测温很少采用。 2.2 热电偶测温技术精品资料 B型热电偶（铂铑30-铂铑6热电偶）贵金属热电偶；正负极均为铂铑合金，含量(hnling)不同，俗称双铂铑热电偶；标准化热电偶中热电势最小；在0 50范围内热电势小于3V，故可

52、不需考虑冷端温度变化的影响；其他性能特点与铂铑10-铂热电偶相当。 2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料 K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶）一种在工业中用量最大的廉金属热电偶；优点：灵敏度较高、热电势较大、线性度较好、稳定性和复现性均好、抗氧化性强、受辐射影响较小；缺点：准确度较低，不适用于还原(hun yun)气氛。 2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料 N型热电偶（镍铬硅-镍硅热电偶）一种新型镍基合金测温材料，是近20年来在廉金属热电偶合金材料研究方面取得的唯一重大成果；优点：相同条件下，N型热电偶的高温稳定性、寿命与S型热电偶接近；价格仅为S型的1/20；在1300以下，高温抗氧化能

53、力强，耐核辐射能力强，耐低温性能也好；可用于其他金属热电偶不能胜任或者(huzh)过于勉强的场合。-2001300温度范围内，有全面代替廉金属热电偶和部分取代S型热电偶的趋势。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh) E型热电偶（镍铬-铜镍或镍铬-康铜(kn tn)热电偶）标准化热电偶中灵敏度最高，可测微小变化的温度；使用中的限制条件与K型热电偶相同；对高湿度气体的腐蚀不甚灵敏。缺点：热电均匀性较差，不能用于还原性介质中。 J型热电偶（铁-铜镍或铁-康铜热电偶）特点：价格便宜；既可以用于氧化性气体中，又可用于还原性气氛；耐H2和CO气体腐蚀；在含碳或铁的条件下使

54、用也很稳定，多用于化工厂的温度检测。精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh) T型热电偶（铜-铜镍或铜-康铜(kn tn)热电偶）廉金属热电偶中准确度最高；热电极丝的均匀性好，热电势较大；测温范围为-200350；抗氧化性差，在氧化性气氛中使用时，一般不超过300。 精品资料2 2）非标准化热电偶）非标准化热电偶 标准化热电偶得到广泛应用，但：测温上下限受热电极材料的限制(xinzh)；使用介质气氛也都有限制(xinzh)。非标准化热电偶为适应更高或更低的温度以及特殊的介质气氛；是标准化热电偶的补充；没有统一的国家标准和统一的分度号；每一种往往都适用于某一特殊测量条件与气氛。非标准化热电偶有：

55、金属和非金属两大类。 2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料 钨铼系等超高温热电偶主要有钨铼系、铱铑系、铂铑系、钨钼系；都是测量高温的热电偶；应用较广的是铂铑系、钨铼系两种；钨铼系热电偶测温上限可达2500；适于惰性、高纯氢和真空中，不适于氧化性和碳氢化合物介质。 镍铬-金铁超低温热电偶一种(y zhn)较理想的低温、超低温热电偶；可用于2K 273K的低温范围；在73K以下灵敏度较高，允许误差：0.5；适用于液态天然气、国防工程和科研的温度测量。 2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料 非金属热电偶特点(tdin)： 热电势大大超过金属热电偶；熔点高，在高温下仍能保证性能稳定，因此适 于

56、高温测量；某些非金属热电偶能在高温特殊气氛中使用；复现性差，没有统一的分度号，机械强度(qingd)低， 是这类热电偶的主要缺点。v目前国外已有定型的产品；v如热解石墨热电偶、石墨-碳化钛热电偶、硼化锆-碳化锆热电偶等；v测温上限可高达20002500，精确度可达0.1%0.5%）；v往往只能在某一种特定的气氛中使用。2.2 热电偶测温技术精品资料3 3、热电偶的结构、热电偶的结构(jigu)(jigu)从结构(jigu)形式上看，热电偶可分为: 普通型铠装型薄膜型 三种。 1）普通型热电偶又称装配式热电偶，结构如图2.7。由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒组成。2.2 热电偶测温技术精品资

57、料 热电极(dinj) 热电极直径：由材料的价格、机械(jxi)强度、电导率、用途及测温范围等决定。贵金属热电极直径为0.0150.5mm，普通金属热电极直径为23.2mm。长度：由插入深度及安装条件决定，通常为3502000mm。2.2 热电偶测温技术 绝缘套管 装在热电极上，防止两热电极之间及与保护套管之间短路。绝缘材料由温度范围确定： 在1000以下采用普通陶瓷； 在10001300之间多采用高纯氧化铝； 在13001600之间多采用刚玉。精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh) 保护(boh)套管 作用：与被测介质隔离，免受化学侵蚀及机械损伤。对保护套管的基本要求：经久耐用（耐高温、耐

58、急冷急热、耐腐蚀、不分解出对电极有害的气体）；与传热良好（良好的导热性，改善电极对被测温度变化的响应速度减少滞后）。套管的材料和形式由被测介质性能、安装方式等决定；常用的材料有金属、非金属和金属陶瓷三类；套管的形状有直形、锥形等；常见的固定装置形式有固定螺栓、固定法兰及活动法兰等；精品资料 接线盒 在热电偶的根部；起支撑热电极及提供与外部连接的接线端子；热电偶的冷端就在接线盒内；接线盒的出线孔和盖子均有垫片和垫圈密封，防止灰尘和有害气体进入热电偶保护套管内；连接热电极和补偿导线的螺丝(lu s)必须紧固，以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确性。结构上接线盒分：普通型、防溅型、防水型及防暴型等

59、。2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料2）铠装(ki zhun)型热电偶由热电极、氧化镁绝缘粉末和金属套管三者组合而成；外形像一根电缆线，能自由弯曲(wnq)；可根据需要的长度将它截断，并对测量端与冷端分别加工处理，即形成一支完整的铠装热电偶；铠装热电偶截面有：圆形与椭圆形两种；测量端有：露头型、接触型（即带帽碰底型）和不露头型（即带帽不碰底型）三种。 如图2.8所示2.2 热电偶测温技术精品资料2.2 热电偶测温技术(jsh)精品资料铠装型热电偶具有(jyu)如下优点： 动态性能(xngnng)好、反应快，比普通热电偶小很多； 铠装热电偶可做的很细（最细直径为0.25mm ），体积小，重

60、量轻，热容量小，因此对被测对象原有温度场影响小； 挠性好，可随意弯曲，适合于结构复杂的对象； 长度与直径可根据需要制作、选择; 可以作为感温元件放入普通型热电偶保护套管内使用；2.2 热电偶测温技术精品资料3）薄膜型热电偶是一种比较先进的瞬态温度传感器；采用真空镀膜或化学涂层工艺，将两种热电极材料固定在很薄的绝缘基板上制成，如图2.9所示；热电极及测量(cling)端很薄，基板厚度也只有0.2mm左右；热容量很小，测温的动态性能好，适于快速测量(cling)，也适于物体表面温度的测量(cling)；使用时用粘结剂，将它粘在被测物体表面即可。有镍铬-镍硅和铜-康铜等，测温上限可达300左右。2.