温度测量课件

第3章温度测量

3.1概述3.1.1温度是表征物体冷热程度的物理量宏观：温度反映了处在同一热平衡状态中的所有物质具有一个共同的宏观热平衡特性。：物体温度的是物体内部分子无规则热运动的剧烈程度的标志，是度量分子运动平动动能大小的指标第三章__温度测量第3章温度测量3.1概述第三章__温度测量1温度的测量当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。

第三章__温度测量温度的测量第三章__温度测量23.1.2温标

温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。

1．经验温标它是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。主要的经验温标有华氏温标和摄氏温标。第三章__温度测量3.1.2温标温标是温度数值化的标尺。它规3摄氏温标

摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为℃。

华氏温标华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为℉。它与摄氏温标的关系为：

第三章__温度测量摄氏温标华氏温标第三章__温度测量4类似的经验温标还有兰氏、列氏等经验温标的缺点在于它的局限性和随意性第三章__温度测量类似的经验温标还有兰氏、列氏等第三章__温度测量5

2．热力学温标 热力学温标又称开氏温标（K）或绝对温标，它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。

热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为273.16K，沸点与三相点之间分为100等分，每等分1K，将水的三相点以下273.16K定为绝对零度（0K）。第三章__温度测量2．热力学温标第三章__温度测量6

3．国际实用温标为了使用方便，国际上经协商，决定建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标，这就是国际温标的由来。具备的条件：尽可能接近热力学温标复现精度高，各国均能以很高的准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

第三章__温度测量3．国际实用温标第三章__温度测量7

目前我国使用的是1990年国际温标ITS-90标准。在1990年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。

第三章__温度测量目前我国使用的是1990年国际温标ITS-8

在ITS-90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

－273.15T90单位为开尔文（K），t90单位为摄氏度（℃）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标（ITS-90）的规定。第三章__温度测量在ITS-90中同时使用国际开尔文温度（符9国际温标三要素：标准仪器、固定点、内插公式(1)固定点：定义固定温度点定义了17个固定温度点，如表3-1所示。(2)标准仪器：复现固定温度点的方法①0.65~5.0K间为3He或4He蒸气压温度计；②3.0~24.5561K间为3He或4He定容气体温度计；③13.8033K~961.78℃间为铂电阻温度计；④961.78℃以上为光学或光电高温计。(3)内插公式：确定固定点之间任意点的温度值第三章__温度测量国际温标三要素：标准仪器、固定点、内插公式(1)固定点：定义103.1.3温度测量方法根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触式与非接触式两大类。

接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，达到平衡时二者的温度相等，这时测量体的温度反映了被测物体的温度。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的滞后时间较大，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。第三章__温度测量3.1.3温度测量方法根据温度测量仪表的使用方式，通常可分11非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是利用热辐射原理或电磁原理得到被测物体温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。

第三章__温度测量非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是利用热辐射原理或电磁12测温方式温度计种类优点缺点使用范围／℃接触式测温仪表玻璃液体温度计结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示,不能记录与远传-100～100（150）有机液体0～350（-30～650）水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控

精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限

0～300（-50～600）压力式温度计结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控精度低、测量距离较远时,仪表的滞后性较大、一般离开测量点不超过10米0～500（-50～600）液体型0～100（-50～200）蒸汽型电阻温度计测量精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制

结构复杂、不能测量高温,由于体积大,测点温度较困难

-150～500（-200～600）铂电阻0～100（-50～150）铜电阻-50～150（180）镍电阻-100～200（300）热敏电阻热电偶温度计测温范围广,精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低

-20～1300（1600）铂铑10-铂-50～1000（1200）镍铬-镍硅-40～800（900）镍铬-铜镍-40～300（350）铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场

测量时,必须经过人工调整,有人为误差,不能作远距离测量,记录和自控900～2000（700～2000）辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却100～2000（50～2000）各种温度计的优缺点及使用范围测温方式温度计种类优点缺点使用范围／℃接玻璃液体温度计3.2膨胀式温度计

膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩原理制成的温度计，主要有液体膨胀式温度计、气体膨胀式压力温度计以及固体膨胀式双金属温度计等。第三章__温度测量3.2膨胀式温度计膨胀式温度计是利用14一、玻璃液体温度计玻璃液体温度计是利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛细管内的热膨胀作用来测量温度的。常见：水银温度计、酒精温度计第三章__温度测量一、玻璃液体温度计玻璃液体温度计是利用感温液体在透明玻璃感温15第三章__温度测量第三章__温度测量16玻璃液体温度计第三章__温度测量玻璃液体温度计第三章__温度测量17特点结构简单，制造容易，价格便宜测温范围广，精确度较高；可直接读数，使用方便易损坏，且破损后，有些物质会污染环境第三章__温度测量特点结构简单，制造容易，价格便宜第三章__温度测量18安装与使用不能有破损、裂缝；感温液注不应有断节、气泡、灰尘；刻度线、板等完整；安装温度计的管道应绝热保温，以减少温度计与管道之间热量损失，从而提高测量精度；温度计外套可装保护管，提高强度，减少热冲击。第三章__温度测量安装与使用不能有破损、裂缝；感温液注不应有断节、气泡、灰尘；19误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应。（2）温度计插入深度不够将引起误差，（3）非线性误差（4）工作液的迟滞性（5）读数误差第三章__温度测量误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应。第三章__温度测量203.2.2压力式温度计利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。第三章__温度测量3.2.2压力式温度计利用密闭容积内工作介质随温度升高而压21三.压力式温度计（一）工作原理与结构形式1原理压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化来测温；2分类按所充物质相态分充气式、冲液式、蒸发式按功能分：指示式、记录式、报警式和温度调节式等第三章__温度测量三.压力式温度计（一）工作原理与结构形式第三章__温度测量22仪表封闭系统由温包、传压元件（毛细管）和压力敏感元件（弹簧管）组成。温包内充工作介质，再测量温度时，将温包置于被测介质中，受介质温度影响，温包内部工作介质的体积或压力发生变化经毛细管将此压力变化传递给弹性元件（如弹簧管），弹性元件变形，自由端产生位移，借助于传动机构，带动指针在度盘上指示出温度数值。第三章__温度测量仪表封闭系统由温包、传压元件（毛细管）和压力敏感元件（弹簧管23液体压力式电接点温度计第三章__温度测量液体压力式电接点温度计第三章__温度测量24压力式温度计的使用测温元件放在被测介质中保持一定时间，示值稳定后再读数；如果被测介质有较高压力或对温包有腐蚀作用时，应将温包安装在耐压或搞腐蚀的保护管中。液体压力式温度计，最好用来测量处于测量范围中间部分的介质温度；而蒸汽压力式温度计，最好用来测量范围中间部分稍高的介质温度第三章__温度测量压力式温度计的使用测温元件放在被测介质中保持一定时间，示值稳25压力式温度计的使用安装时毛细管应拉直，最小弯曲半径不应小于50mm。测量时应将温包全部插入被测介质中，以减少导热误差。安装温度计时必须注意显示仪表和温包尽量处于同一高度，以减少由于液体静压力引起的误差。对蒸气和液体压力式温度计的示值将带来误差。对于气体压力式温度计的影响则可以忽略不计。第三章__温度测量压力式温度计的使用安装时毛细管应拉直，最小弯曲半径不应小于5263.2.3双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属元件来测量温度的仪器。可作温度继电控制、极值温度控制信号固定端自由端在温度变化时将使自由端产生位移，借此带动指针在温度刻度盘上转动构成温度计。第三章__温度测量3.2.3双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属元件来测量27双金属温度计第三章__温度测量双金属温度计第三章__温度测量28最简单的双金属温度开关是由一端固定的双金属条形敏感元件直接带动电接点构成的。温度低时电接点接触，电热丝加热；温度高时双金属片向下弯曲，电接点断开，加热停止。温度切换值可用调温旋钮调整，它可以调整弹簧片的位置，也就改变了切换温度的高低。双金属片温度计的测量范围与玻璃液体温度计相近，它的精度稍差，但在振动和受冲击的应用场合，更为适用。双金属温度开关第三章__温度测量最简单的双金属温度开关是由一端固定的双金属条形敏感元件直接带293.3热电偶温度计

热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。第三章__温度测量3.3热电偶温度计热电偶是目前世界上科研和生产中应用30它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。第三章__温度测量它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量31一、热电偶的测温原理

两种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路，如下图所示。当A和B相接的两个接点温度T和T0不同时，则在回路中就会产生一个电势，这种现象叫做热电效应。由此效应所产生的电势，通常称为热电势，用符号EAB（T，T0）表示。第三章__温度测量一、热电偶的测温原理两种不同材料的导体（或32图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端，温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。热电偶产生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。第三章__温度测量图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。第三331接触电动势当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，例如材料A的电子密度大于材料B，则会有一部分电子从A扩散到B，使得A失去电子而呈正电位，B获得电子而呈负电位，最终形成由A向B的静电场。静电场的作用又阻止电子进一步地由A向B扩散。当扩散力和电场力达到平衡时，材料A和B之间就建立起一个固定的电动势。由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电动势的现象，称为珀尔帕效应。其电动势称为珀尔帕电势或接触电势。第三章__温度测量1接触电动势当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，34理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为:式中：——单位电荷，4.802×10-10绝对静电单位；——玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/℃；——材料A和B在温度为T时的电子密度；——接触处的温度，K。接触电势的大小只与接点温度的高低以及导体A和B的电子密度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电子密度比值越大，接触电势也越大。结论第三章__温度测量理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和352温差电动势因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端之间形成一个由高温端向低温端的静电场，这个电场将吸引电子从温度低的一端移向温度高的一端，最后达到动态平衡。由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应。其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势。温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关。eA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0——高低端的绝对温度；σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。第三章__温度测量2温差电动势因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不363．热电偶闭合回路的总热电势

对于由A和B两种导体组成的热电偶闭合回路，设两端温度接点温度分别为T和T0，且T>T0，NA>NB；那么回路中存在两个接触电势EAB(T)和EAB(T0)，两个温差电势EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的总热电势为第三章__温度测量3．热电偶闭合回路的总热电势第三章__温度测量37

热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：

第三章__温度测量热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电38从以上式子可以得到如下结论：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、长度及沿程温度分布无关。只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。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T0已知且恒定，则f（T0）为常数，回路总热电势EAB（T，T0）只是温度T的单值函数。第三章__温度测量从以上式子可以得到如下结论：热电偶回路热电势的大小只与组成热39二、热电偶的基本定律1．均质导体定律由同一种均质材料组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。结论：

1.热电偶必须由两种不同质的材料组成，但其截面和长度不限。

2.如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。第三章__温度测量二、热电偶的基本定律1．均质导体定律第三章__温度测量402．中间温度定律热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的热电势，等于接点温度为T、TN和TN、T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。

EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)第三章__温度测量2．中间温度定律第三章__温度测量41该定律说明当热电偶参比端温度t0≠0℃时，只要能测得热电势E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。第三章__温度测量该定律说明当热电偶参比端温度t0≠0℃时，只要能测得热电势E423．中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。

第三章__温度测量3．中间导体定律第三章__温度测量43该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。第三章__温度测量该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导444.标准电极定律

如果已知热电偶的两个电极A、B分别与另一电极C组成的热电偶的热电势为EAC（T，T0）和EBC（T，T0），则在相同接点温度（T，T0）下，由电级组成的热电偶的热电势EAB（T，T0）为：第三章__温度测量4.标准电极定律如果已知热电偶的两个电极45

已知热电偶在某一给定冷端温度（t0）下进行的分度，只要进行一些简单的计算，就可以在另外的冷端温度（t1）下使用。为制定热电偶的热电势－温度关系分度表奠定了理论基础。中间温度定律的应用一：第三章__温度测量已知热电偶在某一给定冷端温度（t0）下进行的分度，只要进46比较查出的3个热电势，判断热电势与温度的关系是否为线性？热电偶的热电势E（t，t0）与温度t的关系——热电特性冷端t0为0℃时，将热电偶热电特性（E－t）制成的表——分度表第三章__温度测量比较查出的3个热电势，判断热电势与温度的关系是否为线性？热电47实际测量时，冷端t0为往往为环境温度。如t0＝20℃时，测得EAB(t，20)，要求t＝？

根据中间温度定律有

EAB(t，0)＝EAB(t，20)＋EAB(20，0)第三章__温度测量实际测量时，冷端t0为往往为环境温度。根据中间温度定律48解：查表得EK(25，0)＝1mV,

则EK(t，0)＝EK(t，25)＋EK(25，0)

＝18.537mV

查分度表求得t=450.5℃

。

如果用EK(t，25)＝17.537mV直接查表，则得t=427℃

，显然误差是很大的。例：一支镍铬－镍硅热电偶，在冷端温度为室温25℃时，测得热电势EK(t，25)＝17.537mV，试求热电偶所测的实际温度t＝？第三章__温度测量解：查表得EK(25，0)＝1mV,例：一支镍铬－镍硅热电偶49

热电势的大小与热端温度有关，也与冷端温度有关，只有当冷端温度固定不变，才能通过热电势的大小去判断热端温度的高低。当冷端温度波动较大时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，然后再考虑将冷端处理为0℃，这称为热电偶的冷端处理和补偿。3.3.3热电偶的冷端处理与补偿第三章__温度测量热电势的大小与热端温度有关，也与冷端温度有关，只有当冷50恒温法这是一种精度最高的处理办法，可以使t0稳定地维持在0℃。其实施办法是将冰水混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水混合物中，试管底部注入适量的油类或水银，热电偶的参比端插到试管底部，实现了t0=0℃的要求。1-冰水混合物；2-保温瓶；3-油类或水银；4-蒸馏水；5-试管；6-盖；7-铜导线；8-热电势测量仪表第三章__温度测量恒温法这是一种精度最高的处理办法，可以使t0稳定地维持在051

如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端温度为t0，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据中间温度定律，有

EAB（t,0）＝EAB（t,t0）＋EAB（t0,0）得出标准热电势EAB（t,0），再查分度表就可得出被测温度。示值修正法第三章__温度测量如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端温度52

例：用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势E（t，t0）＝36.122mV，而自由端的温度t0＝30℃，求被测的实际温度。解由分度表可以查得

E（30，0）＝1.203mV则E（t，0）＝E（t，30）+E（30，0）＝36.122+1.203＝37.325mV

再查分度表可以查得37.325mV对应的温度为900℃。计算法适用于实验或临时测温。第三章__温度测量例：用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热53当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料C、D(如图)即引入所谓补偿导线时，则回路总电动势为：ABT1T2T2CDT0T0热电偶补偿导线接线图EE=EAB(T1,T2)+ECD(T2,T0)E=EAB(T1,T0)EAB(T2,T0)=ECD(T2,T0)只要T1、T0不变，接入C、D后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。补偿导线法第三章__温度测量当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材54实质：采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。即相当于把冷端从温度为t1处延伸到温度为t0的控制室或恒温处。原理：中间温度定律。要求：在温度0～200℃范围内，其热电特性与热电偶近似相同，且是廉价金属注意：两个接点温度不能超过规定温度各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用两个接点温度应当相同正负极不能接反需要修正第三章__温度测量实质：采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。即55补偿导线外形

A’B’屏蔽层保护层第三章__温度测量补偿导线外形A’B’屏蔽层保护层第三章__温度测量56t+－RcuER1R2R3+ab－+－它利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化如图，电桥由R1、R2、R3（均为锰铜电阻）和RCu（热敏铜电阻）组成。在设计的冷端温度（例如t0＝0℃）时，满足R1＝R2，R3＝RCu，这时电桥平衡，无电压输出，即Uab=0，回路中的输出电势就是热电偶产生的热电势补偿电桥法第三章__温度测量t+－RcuER1R2R3+ab－+－它利用不平衡电桥产57当冷端温度由t0变化到t’0时，不妨设t’0>t0，热电偶输出的热电势减小，但电桥中RCu随温度的上升而增大，于是电桥两端会产生一个不平衡电压Uab(t’0)此时回路中输出的热电势为:经过设计，可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化，即于是实现了冷端温度的自动补偿。实际的补偿电桥一般是按t0＝20℃设计的，即t0＝20℃时，补偿电桥平衡无电压输出。第三章__温度测量当冷端温度由t0变化到t’0时，不妨设t’0>t0，热电偶583.3.4热电偶测温系统

热电偶测温系统是由热电偶、中间连接部分（补偿导线、恒温器或补偿电桥、铜导线等）和测量仪表构成的。连接时，热电偶冷端和补偿导线接点的两个端子必须保持在同一温度上，否则将引起误差。第三章__温度测量3.3.4热电偶测温系统热电偶测温系统是由热电偶、中间连593.3.5热电偶的检定和误差分析1.热电偶的检定为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，比较法和定点法。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，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较法。第三章__温度测量3.3.5热电偶的检定和误差分析1.热电偶的检定第三章__60第三章__温度测量第三章__温度测量612.热电偶测温误差分析（1）分度误差：指检定时产生的误差，其值不得超过允许误差。（2）冷端温度引起的误差（3）补偿导线的误差：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的第三章__温度测量2.热电偶测温误差分析第三章__温度测量62（4）热交换所引起的误差（5）测量线路和显示仪表的误差（6）热电偶不均质引起的误差（7）插入深度引起的误差（8）其他误差第三章__温度测量（4）热交换所引起的误差第三章__温度测量63理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。国际电工委员会（简称IEC）规定了热电偶材料的取材标准。用分度号命名不同取材的热电偶，并给出了标准的热电势分度表。3.3.6热电偶的选择、使用与安装第三章__温度测量理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应64标准化热电偶：

（1）铂铑10-铂（S）；

（2）铂铑30-铂铑6（B）；（3）铂铑13-铂（R）；（4）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)（K）；（5）铜-铜镍(康铜)（T）；（6）镍铬-康铜（E）；（7）铁-康铜（J）；（8）镍铬-金铁热偶以及铜-金铁热偶。第三章__温度测量标准化热电偶：第三章__温度测量65铂铑10-铂（S型）偶丝直径：0.5～0.020mm；适用范围：0～1100℃，1100～1600℃；适用于氧化性气氛中测温;长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度1600℃，不推荐在还原气氛中使用,短期内可用于真空中测温特点：复制性好、测量精度高；价格贵、热电势小第三章__温度测量铂铑10-铂（S型）偶丝直径：0.5～0.020mm；第三66偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.2mm；适用范围：－200～1300℃

；用于氧化和中性气氛中测温,不推荐在还原气氛中使用,可短期在还原气氛中使用,但必须外加密封保护管。特点：测温范围较宽、热电势较大、E－t线性度好、价格适中；但长期使用后，镍铝氧化变质使热电特性改变影响测量精确度。镍铬-镍硅（镍铝）（K型）第三章__温度测量偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、267偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm；适用范围：－200～900℃；适用氧化或弱还原性气氛中测温特点：输出的热电势大,灵敏度高（常用热电偶中，每摄氏度对应的热电势最高），价格低廉，适合在0℃以下测温。镍铬－康铜（E型）第三章__温度测量偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、368

几种常用的标准型热电偶简介热电偶名称分度号测温范围（℃）平均灵敏度特点铂铑30—铂铑6B0～+180010μV/℃稳定性好,精度高,可在氧化气氛使用铂铑l0—铂S0～+160010μV/℃同上，线性度优于B镍铬—镍硅K0～+100040μV/℃价廉,，可在氧化及中性气氛中使用镍铬—康铜E-200～+90080μV/℃灵敏,价廉,可在氧化及弱还原气氛中使用铜—康铜T-200～+40050μV/℃价廉,但铜易氧化,常用于150℃以下温度测量第三章__温度测量几种常用的标准型热电偶简介热电偶名称分度号测温范围（℃）平69普通型热电偶铠装热电偶（套管热电偶）薄膜热电偶热电偶的构造及结构形式第三章__温度测量普通型热电偶热电偶的构造及结构形式第三章__温度测量70热电偶的结构形式1-接线盒2-保护套管3-绝缘套管4-热电偶丝普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管以及接线盒等组成。其绝缘套管大多为氧化铝管或工业陶瓷管。保护套管则根据测温条件来确定，测量1000℃以下的温度一般用金属套管，测量1000℃以上的温度则多用工业陶瓷甚至氧化铝保护套管。科学研究中所使用的热电偶多用细热电极丝制成，有时不加保护套管以减少热惯性，改善动态响应指标，提高测量精度。第三章__温度测量热电偶的结构形式1-接线盒2-保护套管3-绝缘套管71普通装配型

热电偶的结构图接线盒引出线套管

固定螺纹

（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）

不锈钢保护管

第三章__温度测量普通装配型

热电偶的结构图接线盒引出线套管固定螺纹热电72普通装配型

热电偶的外形安装螺纹安装法兰第三章__温度测量普通装配型

热电偶的外形安装螺纹安装法兰第三章__温度测量73隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒第三章__温度测量隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒第三章__温度测量74由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成一体，也称套管热电偶。铠装热电偶具有性能稳定、结构紧凑、牢固、抗震等特点；由于测量端热容量小，所以热惯性小，具有很好的动态特性。外径、长度和测量端的结构型式可以根据需要而选定。外直径从0.25～12mm不等铠装式热电偶1-金属套管；2-绝缘材料；3-热电极铠装式热电偶断面结构图第三章__温度测量由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成一体，也75铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米BA绝缘材料铠装型热电偶横截面第三章__温度测量铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米BA铠装76由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶。采用真空蒸镀或化学涂层等制造工艺将两种热电偶材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶，其热端接点既小且薄，约为0.01～0.1µm。适于壁面温度的快速测量，且响应快，其时间常数可达到微秒级，因而可测瞬变的表面温度。热电极有镍铬－镍硅、铜－康铜等。测温范围一般在300℃以下。基板尺寸为60mm×6mm×0.2mm。薄膜式热电偶薄膜式热电偶示意图1-热电极2-热接点3-绝缘基板4-引出线第三章__温度测量由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶。采用真空蒸镀或化学77使用注意事项热电偶应与被测对象充分接触，使两者处于相同温度。保护管应用足够的机械强度，并可承受被测介质腐蚀。当保护管阴面附着灰尘等物质时，应及时清洗。不应长时间在最高使用温度下工作。测量线路绝缘电阻下降会引起误差。磁感应会影响测量结果。注意冷端温度的补偿与修正。热电偶的焊接、清洗、检定与退火等应按照规定进行。第三章__温度测量使用注意事项热电偶应与被测对象充分接触，使两者处于相同温度。78安装安装方向安装热电偶时，应尽量保持垂直，以防保护管在高温下产生变形。若水平安装热电偶，则在高温下会因自重的影响而向下弯曲，可用耐火砖或耐热金属支架来支撑，以防止弯曲。测流体温度时，热电偶应与被测介质形成逆流，亦即安装时热电偶应迎着被测介质的流向插入，至少须与被测介质成正交。安装位置热电偶的测量端应处于能够真正代表被测介质温度的地方。如测量管道中流体的温度，热电偶工作端应处于管道中流速最大的地方，热电偶保护管的末端应越过管道中心线约5-10MM。第三章__温度测量安装安装方向第三章__温度测量79插入深度热电偶应有足够的插入深度。在实际测温过程中，如热电偶的插入深度不够，将会受到与保护管接触的侧壁或周围环境的影响而引起测量误差。对金属保护管热电偶，插入深度应为直径的15-20倍；对非金属保护管热电偶，插入深度因为直径的10-15倍。增加热电偶插入深度的方法：倾斜安装热电偶，在弯头处安装热电偶、选用L型热电偶。此外，热电偶保护管露在设备外的部分应尽可能短，最好加保温层，以减少热损失。细管道内流体温度的测量在细管道（直径小于80MM）内测温，往往因插入深度不够而引起测量误差，安装时应接扩大管，或选择适宜的地方安装以减小或消除误差。第三章__温度测量插入深度第三章__温度测量80第3章温度测量

3.1概述3.1.1温度是表征物体冷热程度的物理量宏观：温度反映了处在同一热平衡状态中的所有物质具有一个共同的宏观热平衡特性。：物体温度的是物体内部分子无规则热运动的剧烈程度的标志，是度量分子运动平动动能大小的指标第三章__温度测量第3章温度测量3.1概述第三章__温度测量81温度的测量当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。

第三章__温度测量温度的测量第三章__温度测量823.1.2温标

温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。

1．经验温标它是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。主要的经验温标有华氏温标和摄氏温标。第三章__温度测量3.1.2温标温标是温度数值化的标尺。它规83摄氏温标

摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为℃。

华氏温标华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为℉。它与摄氏温标的关系为：

第三章__温度测量摄氏温标华氏温标第三章__温度测量84类似的经验温标还有兰氏、列氏等经验温标的缺点在于它的局限性和随意性第三章__温度测量类似的经验温标还有兰氏、列氏等第三章__温度测量85

2．热力学温标 热力学温标又称开氏温标（K）或绝对温标，它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。

热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为273.16K，沸点与三相点之间分为100等分，每等分1K，将水的三相点以下273.16K定为绝对零度（0K）。第三章__温度测量2．热力学温标第三章__温度测量86

3．国际实用温标为了使用方便，国际上经协商，决定建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标，这就是国际温标的由来。具备的条件：尽可能接近热力学温标复现精度高，各国均能以很高的准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

第三章__温度测量3．国际实用温标第三章__温度测量87

目前我国使用的是1990年国际温标ITS-90标准。在1990年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。

第三章__温度测量目前我国使用的是1990年国际温标ITS-88

在ITS-90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

－273.15T90单位为开尔文（K），t90单位为摄氏度（℃）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标（ITS-90）的规定。第三章__温度测量在ITS-90中同时使用国际开尔文温度（符89国际温标三要素：标准仪器、固定点、内插公式(1)固定点：定义固定温度点定义了17个固定温度点，如表3-1所示。(2)标准仪器：复现固定温度点的方法①0.65~5.0K间为3He或4He蒸气压温度计；②3.0~24.5561K间为3He或4He定容气体温度计；③13.8033K~961.78℃间为铂电阻温度计；④961.78℃以上为光学或光电高温计。(3)内插公式：确定固定点之间任意点的温度值第三章__温度测量国际温标三要素：标准仪器、固定点、内插公式(1)固定点：定义903.1.3温度测量方法根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触式与非接触式两大类。

接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，达到平衡时二者的温度相等，这时测量体的温度反映了被测物体的温度。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的滞后时间较大，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。第三章__温度测量3.1.3温度测量方法根据温度测量仪表的使用方式，通常可分91非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是利用热辐射原理或电磁原理得到被测物体温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。

第三章__温度测量非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是利用热辐射原理或电磁92测温方式温度计种类优点缺点使用范围／℃接触式测温仪表玻璃液体温度计结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示,不能记录与远传-100～100（150）有机液体0～350（-30～650）水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控

精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限

0～300（-50～600）压力式温度计结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控精度低、测量距离较远时,仪表的滞后性较大、一般离开测量点不超过10米0～500（-50～600）液体型0～100（-50～200）蒸汽型电阻温度计测量精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制

结构复杂、不能测量高温,由于体积大,测点温度较困难

-150～500（-200～600）铂电阻0～100（-50～150）铜电阻-50～150（180）镍电阻-100～200（300）热敏电阻热电偶温度计测温范围广,精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低

-20～1300（1600）铂铑10-铂-50～1000（1200）镍铬-镍硅-40～800（900）镍铬-铜镍-40～300（350）铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场

测量时,必须经过人工调整,有人为误差,不能作远距离测量,记录和自控900～2000（700～2000）辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却100～2000（50～2000）各种温度计的优缺点及使用范围测温方式温度计种类优点缺点使用范围／℃接玻璃液体温度计3.2膨胀式温度计

膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩原理制成的温度计，主要有液体膨胀式温度计、气体膨胀式压力温度计以及固体膨胀式双金属温度计等。第三章__温度测量3.2膨胀式温度计膨胀式温度计是利用94一、玻璃液体温度计玻璃液体温度计是利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛细管内的热膨胀作用来测量温度的。常见：水银温度计、酒精温度计第三章__温度测量一、玻璃液体温度计玻璃液体温度计是利用感温液体在透明玻璃感温95第三章__温度测量第三章__温度测量96玻璃液体温度计第三章__温度测量玻璃液体温度计第三章__温度测量97特点结构简单，制造容易，价格便宜测温范围广，精确度较高；可直接读数，使用方便易损坏，且破损后，有些物质会污染环境第三章__温度测量特点结构简单，制造容易，价格便宜第三章__温度测量98安装与使用不能有破损、裂缝；感温液注不应有断节、气泡、灰尘；刻度线、板等完整；安装温度计的管道应绝热保温，以减少温度计与管道之间热量损失，从而提高测量精度；温度计外套可装保护管，提高强度，减少热冲击。第三章__温度测量安装与使用不能有破损、裂缝；感温液注不应有断节、气泡、灰尘；99误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应。（2）温度计插入深度不够将引起误差，（3）非线性误差（4）工作液的迟滞性（5）读数误差第三章__温度测量误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应。第三章__温度测量1003.2.2压力式温度计利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。第三章__温度测量3.2.2压力式温度计利用密闭容积内工作介质随温度升高而压101三.压力式温度计（一）工作原理与结构形式1原理压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化来测温；2分类按所充物质相态分充气式、冲液式、蒸发式按功能分：指示式、记录式、报警式和温度调节式等第三章__温度测量三.压力式温度计（一）工作原理与结构形式第三章__温度测量102仪表封闭系统由温包、传压元件（毛细管）和压力敏感元件（弹簧管）组成。温包内充工作介质，再测量温度时，将温包置于被测介质中，受介质温度影响，温包内部工作介质的体积或压力发生变化经毛细管将此压力变化传递给弹性元件（如弹簧管），弹性元件变形，自由端产生位移，借助于传动机构，带动指针在度盘上指示出温度数值。第三章__温度测量仪表封闭系统由温包、传压元件（毛细管）和压力敏感元件（弹簧管103液体压力式电接点温度计第三章__温度测量液体压力式电接点温度计第三章__温度测量104压力式温度计的使用测温元件放在被测介质中保持一定时间，示值稳定后再读数；如果被测介质有较高压力或对温包有腐蚀作用时，应将温包安装在耐压或搞腐蚀的保护管中。液体压力式温度计，最好用来测量处于测量范围中间部分的介质温度；而蒸汽压力式温度计，最好用来测量范围中间部分稍高的介质温度第三章__温度测量压力式温度计的使用测温元件放在被测介质中保持一定时间，示值稳105压力式温度计的使用安装时毛细管应拉直，最小弯曲半径不应小于50mm。测量时应将温包全部插入被测介质中，以减少导热误差。安装温度计时必须注意显示仪表和温包尽量处于同一高度，以减少由于液体静压力引起的误差。对蒸气和液体压力式温度计的示值将带来误差。对于气体压力式温度计的影响则可以忽略不计。第三章__温度测量压力式温度计的使用安装时毛细管应拉直，最小弯曲半径不应小于51063.2.3双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属元件来测量温度的仪器。可作温度继电控制、极值温度控制信号固定端自由端在温度变化时将使自由端产生位移，借此带动指针在温度刻度盘上转动构成温度计。第三章__温度测量3.2.3双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属元件来测量107双金属温度计第三章__温度测量双金属温度计第三章__温度测量108最简单的双金属温度开关是由一端固定的双金属条形敏感元件直接带动电接点构成的。温度低时电接点接触，电热丝加热；温度高时双金属片向下弯曲，电接点断开，加热停止。温度切换值可用调温旋钮调整，它可以调整弹簧片的位置，也就改变了切换温度的高低。双金属片温度计的测量范围与玻璃液体温度计相近，它的精度稍差，但在振动和受冲击的应用场合，更为适用。双金属温度开关第三章__温度测量最简单的双金属温度开关是由一端固定的双金属条形敏感元件直接带1093.3热电偶温度计

热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。第三章__温度测量3.3热电偶温度计热电偶是目前世界上科研和生产中应用110它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。第三章__温度测量它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量111一、热电偶的测温原理

两种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路，如下图所示。当A和B相接的两个接点温度T和T0不同时，则在回路中就会产生一个电势，这种现象叫做热电效应。由此效应所产生的电势，通常称为热电势，用符号EAB（T，T0）表示。第三章__温度测量一、热电偶的测温原理两种不同材料的导体（或112图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端，温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。热电偶产生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。第三章__温度测量图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。第三1131接触电动势当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，例如材料A的电子密度大于材料B，则会有一部分电子从A扩散到B，使得A失去电子而呈正电位，B获得电子而呈负电位，最终形成由A向B的静电场。静电场的作用又阻止电子进一步地由A向B扩散。当扩散力和电场力达到平衡时，材料A和B之间就建立起一个固定的电动势。由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电动势的现象，称为珀尔帕效应。其电动势称为珀尔帕电势或接触电势。第三章__温度测量1接触电动势当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，114理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为:式中：——单位电荷，4.802×10-10绝对静电单位；——玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/℃；——材料A和B在温度为T时的电子密度；——接触处的温度，K。接触电势的大小只与接点温度的高低以及导体A和B的电子密度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电子密度比值越大，接触电势也越大。结论第三章__温度测量理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和1152温差电动势因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端之间形成一个由高温端向低温端的静电场，这个电场将吸引电子从温度低的一端移向温度高的一端，最后达到动态平衡。由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应。其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势。温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关。eA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0——高低端的绝对温度；σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。第三章__温度测量2温差电动势因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不1163．热电偶闭合回路的总热电势

对于由A和B两种导体组成的热电偶闭合回路，设两端温度接点温度分别为T和T0，且T>T0，NA>NB；那么回路中存在两个接触电势EAB(T)和EAB(T0)，两个温差电势EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的总热电势为第三章__温度测量3．热电偶闭合回路的总热电势第三章__温度测量117

热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：

第三章__温度测量热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电118从以上式子可以得到如下结论：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、长度及沿程温度分布无关。只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。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T0已知且恒定，则f（T0）为常数，回路总热电势EAB（T，T0）只是温度T的单值函数。第三章__温度测量从以上式子可以得到如下结论：热电偶回路热电势的大小只与组成热119二、热电偶的基本定律1．均质导体定律由同一种均质材料组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。结论：

1.热电偶必须由两种不同质的材料组成，但其截面和长度不限。

2.如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。第三章__温度测量二、热电偶的基本定律1．均质导体定律第三章__温度测量1202．中间温度定律热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的热电势，等于接点温度为T、TN和TN、T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。

EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)第三章__温度测量2．中间温度定律第三章__温度测量121该定律说明当热电偶参比端温度t0≠0℃时，只要能测得热电势E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。第三章__温度测量该定律说明当热电偶参比端温度t0≠0℃时，只要能测得热电势E1223．中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。

第三章__温度测量3．中间导体定律第三章__温度测量123该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。第三章__温度测量该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导1244.标准电极定律

如果已知热电偶的两个电极A、B分别与另一电极C组成的热电偶的热电势为EAC（T，T0）和EBC（T，T0），则在相同接点温度（T，T0）下，由电级组成的热电偶的热电势EAB（T，T0）为：第三章__温度测量4.标准电极定律如果已知热电偶的两个电极125

已知热电偶在某一给定冷端温度（t0）下进行的分度，只要进行一些简单的计算，就可以在另外的冷端温度（t1）下使用。为制定热电偶的热电势－温度关系分度表奠定了理论基础。中间温度定律的应用一：第三章__温度测量已知热电偶在某一给定冷端温度（t0）下进行的分度，只要进126比较查出的3个热电势，判断热电势与温度的关系是否为线性？热电偶的热电势E（t，t0）与温度t的关系——热电特性冷端t0为0℃时，将热电偶热电特性（E－t）制成的表——分度表第三章__温度测量比较查出的3个热电势，判断热电势与温度的关系是否为线性？热电127实际测量时，冷端t0为往往为环境温度。如t0＝20℃时，测得EAB(t，20)，要求t＝？

根据中间温度定律有

EAB(t，0)＝EAB(t，20)＋EAB(20，0)第三章__温度测量实际测量时，冷端t0为往往为环境温度。根据中间温度定律128解：查表得EK(25，0)＝1mV,

则EK(t，0)＝EK(t，25)＋EK(25，0)

＝18.537mV

查分度表求得t=450.5℃

。

如果用EK(t，25)＝17.537mV直接查表，则得t=427℃

，显然误差是很大的。例：一支镍铬－镍硅热电偶，在冷端温度为室温25℃时，测得热电势EK(t，25)＝17.537mV，试求热电偶所测的实际温度t＝？第三章__温度测量解：查表得EK(25，0)＝1mV,例：一支镍铬－镍硅热电偶129

热电势的大小与热端温度有关，也与冷端温度有关，只有当冷端温度固定不变，才能通过热电势的大小去判断热端温度的高低。当冷端温度波动较大时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，然后再考虑将冷端处理为0℃，这称为热电偶的冷端处理和补偿。3.3.3热电偶的冷端处理与补偿第三章__温度测量热电势的大小与热端温度有关，也与冷端温度有关，只有当冷130恒温法这是一种精度最高的处理办法，可以使t0稳定地维持在0℃。其实施办法是将冰水混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水混合物中，试管底部注入适量的油类或水银，热电偶的参比端插到试管底部，实现了t0=0℃的要求。1-冰水混合物；2-保温瓶；3-油类或水银；4-蒸馏水；5-试管；6-盖；7-铜导线；8-热电势测量仪表第三章__温度测量恒温法这是一种精度最高的处理办法，可以使t0稳定地维持在0131

如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端温度为t0，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据中间温度定律，有

EAB（t,0）＝EAB（t,t0）＋EAB（t0,0）得出标准热电势EAB（t,0），再查分度表就可得出被测温度。示值修正法第三章__温度测量如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端温度132

例：用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势E（t，t0）＝36.122mV，而自由端的温度t0＝30℃，求被测的实际温度。解由分度表可以查得

E（30，0）＝1.203mV则E（t，0）＝E（t，30）+E（30，0）＝36.122+1.203＝37.325mV

再查分度表可以查得37.325mV对应的温度为900℃。计算法适用于实验或临时测温。第三章__温度测量例：用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热133当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料C、D(如图)即引入所谓补偿导线时，则回路总电动势为：ABT1T2T2CDT0T0热电偶补偿导线接线图EE=EAB(T1,T2)+ECD(T2,T0)E=EAB(T1,T0)EAB(T2,T0)=ECD(T2,T0)只要T1、T0不变，接入C、D后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。补偿导线法第三章__温度测量当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材134实质：采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。即相当于把冷端从温度为t1处延伸到温度为t0的控制室或恒温处。原理：中间温度定律。要求：在温度0～200℃范围内，其热电特性与热电偶近似相同，且是廉价金属注意：两个接点温度不能超过规定温度各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用两个接点温度应当相同正负极不能接反需要修正第三章__温度测量实质：采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。即135补偿导线外形

A’B’屏蔽层保护层第三章__温度测量补偿导线外形