第3章 温 度 检 测

检测技术及仪表主编毛徐辛第3章温度检测3.1温度检测方法

3.2膨胀式温度计

3.3热电偶温度计

3.4热电阻温度计

3.5非接触式温度计

3.6接触式温度计的安装3.7实训3.1温度检测方法3.1.1温标

用来衡量温度高低的标准尺度称为温标。它规定了温度的读数起点(零点)和温度测量的基本单位。1.摄氏温标

2.华氏温标

3.热力学温标

4.国际温标

3.1温度检测方法3.1.2温度检测的方法温度检测不能直接测量，只能借助于冷热物体之间的热交换，以及物体的某些物理参数随温度变化而变化的特性进行间接测量。

1.接触式测温

2.非接触式测温

3.1温度检测方法3.1.3测温仪表的分类由于温度测量范围很广，所以测温仪表种类很多。按测温方法不同可分为接触式和非接触式温度计；按工作原理不同可分为膨胀式、压力式、热电偶、热电阻及辐射式温度计等；按测温范围不同可分为高温计和温度计；按用途不同可分为标准温度计和工业用温度计。3.1温度检测方法表3-1常用测温仪表的分类及性能接触式双金属

温度计金属热膨胀变形量随温度变化1～2．5结构简单，指示清楚，耐振动，准确度较低，不能远传－100～600

一般－80～600压力式

温度计气(汽)体、液体在定容条件下，压力随温度变化1～2．5结构简单可靠，可较远距离传送(＜50m)，准确度较低，受环境温度影响大－100～600玻璃管液

体温度计液体热膨胀体积量随温度变化0．1～2．5结构简单，准确度较高，易碎，不能远传－200～600

一般－100～600热电阻

温度计热阻效应0．5～3．0准确度高，便于远传，不能测高温，需外加电源－200～1000

一般－200～650热电偶

温度计热电效应0．5～1．0测温范围大，准确度高，便于远传，低温测量准确度较差－269～2800

一般－200～1800测温方式仪表名称测 温 原 理准确度范围特点测量范围/℃3.1温度检测方法表3-1常用测温仪表的分类及性能非接触式光学

高温计物体辐射强度及亮度随温度变化1．0～1．5结构简单，不破坏对象温度场，易产生目测误差，外界反射、辐射会引起测量误差200～3200

一般600～2400辐射

高温计物体全辐射能随温度变化1．5结构简单，稳定性好，光路上环境介质吸收辐射，易产生测量误差100～3200

一般700～20003.2膨胀式温度计3.2.1玻璃管液体温度计

1.测温原理

2.结构与分类图3-1玻璃管液体温度计3.特点及应用3.2膨胀式温度计3.2.2双金属温度计

1.测温原理及结构图3-2双金属温度计的原理

1—双金属片2—指针轴3—指针

4—刻度盘5—自由端6—固定端3.2膨胀式温度计图3-3工业用双金属温度计结构

1—指针2—表壳3—金属保护管4—指针轴5—双金属片6—固定端7—刻度盘3.2膨胀式温度计图3-4双金属温度计外形图3.特点及应用2.分类3.2膨胀式温度计3.2.3压力式温度计1.测温原理及结构图3-5压力式温度计

1—温包2—毛细管3—弹簧管4—指针

5—传动机构6—刻度盘7—感温介质3.2膨胀式温度计2.特点及应用

1)压力式温度计应在规定的测量范围、环境温度和湿度下使用，使用时温包应全部浸入被测介质中。

2)压力式温度计的毛细管容易被折断或渗漏，除加保护套管外，在安装时要注意其弯曲半径不要小于50mm，并避开高温热源。

3)当液体压力式温度计的温包和表头不在同一水平面上时，两者间的液柱静压差会产生附加系统误差，因此需对温度计进行调零或数值修正。

4)蒸汽压力式温度计在使用过程中，当周围环境温度常低于被测温度时，应考虑蒸汽在毛细管和弹簧管内冷凝所产生的液柱静压对测量带来的影响。图3-6热电偶温度计组成3.3热电偶温度计3.3热电偶温度计1)测温范围广，一般为－200～1800℃。

2)结构简单、准确可靠、性能稳定、维护方便。

3)由于热电偶将温度转换为电动势，故信号可以远距离传输，便于集中检测和控制。

4)特殊结构的热电偶，其热容量和热惯性都很小，能用于快速测量。

3.3.1测温原理

1.热电效应图3-7热电效应原理图3.3热电偶温度计(1)温差电动势温差电动势是同一导体的两端因温度不同而产生的电动势。

(2)接触电动势接触电动势是在两种不同导体的接触面上产生的电动势。图3-8温差电动势的形成图3-9接触电动势的形成3.3热电偶温度计图3-10热电偶回路的电动势分布3.3热电偶温度计2.热电偶基本定律

(1)均质导体定律

(2)中间导体定律图3-11接入第三种导体的热电偶回路3.3热电偶温度计图3-12中间温度定律(4)等值替代定律(3)中间温度定律(1)贵金属热电偶由贵金属及其合金材料制成。

1)铂铑10-铂热电偶(S)。

2)铂铑30-铂铑6热电偶(B)。

(2)廉价金属热电偶由价廉的合金或纯金属材料制成。

1)镍铬-镍硅热电偶(K)。

2)镍铬-康铜热电偶(康铜是铜镍合金)(E)。

3)铜-康铜热电偶(T)。3.3.2常用热电偶的类型与结构

1.常用热电偶的类型3.3热电偶温度计图3-13普通型热电偶典型结构图

1—接线盒2—保护套管3—热电极4—绝缘套管5—热端2.热电偶的结构

(1)普通型热电偶普通型热电偶主要用于测量气体、蒸汽、液体等介质的温度。3.3热电偶温度计图3-14铠装热电偶结构图

1—接线盒2—固定装置3—金属套管

4—热电极5—绝缘材料(2)铠装热电偶铠装热电偶是将热电极、绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经拉伸加工而成的一种坚实组合体。3.3热电偶温度计图3-15薄膜式热电偶(3)薄膜式热电偶薄膜式热电偶采用真空蒸镀法将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，上面再蒸镀一层二氯化硅薄膜作为绝缘和保护层，形成薄膜式热电偶。3.3热电偶温度计图3-16补偿导线接线图3.3.3热电偶冷端的处理方法

1.补偿导线3.3热电偶温度计表3-3常用热电偶的补偿导线配用热电偶类型代号补偿导线材料色标正极负极正极负极S，RSCSPC(铜)SNC(铜镍)红绿ＫKCKPC(铜)KNC(康铜)蓝KXKPX(镍铬)KNX(镍硅)黑ＥEXEPX(镍铬)ENX(铜镍)棕ＪJXJPX(铁)JNX(铜镍)紫ＴTXTPX(铜)TNX(铜镍)白3.3热电偶温度计2.冷端温度补偿图3-17冰点法3.3热电偶温度计(1)冰点法

(2)热电动势修正法(3)仪表零点校正法(4)补偿电桥法图3-18冷端补偿器3.3热电偶温度计3.3.4热电偶常用的测温电路1.典型测量电路图3-19典型热电偶测温电路3.3热电偶温度计2.串联电路图3-20热电偶正向串联电路3.3热电偶温度计图3-21热电偶反向串联电路3.3热电偶温度计图3-22热电偶并联电路3.3热电偶温度计3.并联电路3.3.5一体化式热电偶温度变送器图3-23一体化式温度变送器

1—变送器模块2—穿线孔3—接线盒4—出线孔

5—固定装置6—保护套管7—热电极3.3热电偶温度计图3-24一体化式热电偶温度变送器构成框图3.3热电偶温度计图3-25热电偶温度变送器模块及其在接线盒中的安装形式3.3热电偶温度计3.4热电阻温度计3.4.1测温原理

金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化，这种物理现象称为热阻效应。热电阻温度计正是利用这一效应来实现温度测量的。

3.4.2常用热电阻类型与结构

1.常用热电阻的类型3.4热电阻温度计表3-4工业常用热电阻类型及基本参数热电阻名称分度号测量范围/℃0℃的电阻值/Ω电阻温度系数α/℃-1允许误差/℃铂电阻Pt100－200～8501003．85×10-3A级：±(0．15＋2×1t)

B级：±(0．30＋5×1t)Pt1010铜电阻Cu50－50～150504．28×10-3±(0．30＋6×1t)Cu1001003.4热电阻温度计(1)铂电阻金属铂因其抗氧化性好、物理及化学性能稳定、材料易提纯，复制性好等特点，成为较理想的热电阻材料。

(2)铜电阻当被测温度较低且测量准确度要求不高时，通常会采用铜电阻。

2.热电阻的结构3.4热电阻温度计(1)普通型热电阻外形与热电偶相似，如图3-27c所示，主要由电阻体(感温元件)、紧固螺栓、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。图3-27普通型热电阻3.4热电阻温度计(2)铠装热电阻铠装热电阻的结构及特点与铠装热电偶相似。图3-29铠装热电阻结构(3)薄膜热电阻它是将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。

3.4热电阻温度计3.4.3热电阻连接方式二线制、三线制和四线制三种。3.4热电阻温度计图3-30热电阻连接方式3.4热电阻温度计图3-31热电阻温度变送器模块外形3.4.4一体化式热电阻温度变送器3.5非接触式温度计3.5.1非接触式温度计测温原理

非接触式温度计是利用物体的热辐射能随温度的变化而变化的原理制成的。

设法获得物体的辐射能力、特定波长上的辐射强度或两个特定波长上的辐射强度比值，就可以求得相应的温度。

3.5.2辐射式测温的基本方法

1.全辐射法

2.亮度法

3.比色法

3.5非接触式温度计图3-32全辐射温度计原理结构

1—物镜2—光阑3—玻璃泡4—热电堆5—灰滤光片

6—目镜7—铂箔片8—云母片9—显示仪表3.5.3全辐射高温计3.5非接触式温度计图3-33热电堆(星形)

1—箔片(热端)2—热电偶丝

3—金属箔片4—云母环5—引出线3.6接触式温度计的安装3.6.1测温元件的安装

1.正确选择安装位置

2.采用正确的安装方式图3-34测温元件安装示意图3.6接触式温度计的安装图3-35热电偶或热电阻安装示意图3.合理确定插入深度4.避免热辐射、减少热损失图3-36扩大管上安装示意图3.6接触式温度计的安装5.确保安全、可靠

6.便于维修、校验

3.6.2连接导线的安装

1)按照测温元件类型配用相应的连接导线。

2)连接导线必须防止机械损伤，有良好的绝缘屏蔽。

3)连接导线应尽量避免有接头，并禁止与交流输电线合用一根穿线管，以免引起干扰。4)补偿导线最好与其他导线分开敷设。

5)连接导线尽量避免高温、潮湿、腐蚀性及爆炸性气体与灰尘的环境，禁止敷设在炉壁、烟道及热管道等高温设备上。3.7实训3.7.1热电偶/热电阻校验

1.热电偶校验(1)实训目的

1)通过本实训，熟悉热电偶温度计校验设备及其工作过程。

2)掌握热电偶温度计基本误差校验方法。

(2)实训设备

3.7实训(3)实训装置连接图热电偶校验装置及接线示意图如图3-37所示，主要由管式高温炉、冷端恒温器、转换开关和电位差计组成。图3-37热电偶校验装置及接线示意图3.7实训(4)实训内容1)连接实训设备。

2)热电偶校验。

3)整理校验数据，分析、计算误差，给出校验结论。

4)编写实训报告。

(5)注意事项

3.7实训2.热电阻校验

(1)实训目的

1)通过本实训，熟悉热电阻温度计校验设备及其工作过程。

2)掌握热电阻温度计基本误差校验方法。

(2)实训设备

1)被校热电阻，数量、类型及型号自定。

2)2等标准铂电阻一支。

3)0.02级直流电桥一台。4)多触点转换开关一个。

5)恒温油(水)槽一台。

6)冰点槽一台。3.7实训图3-38热电阻校验接线图3.7实训(3)实训装置接线图热电阻校验接线图如图3-38所示。

(4)实训内容

1)连接实训设备。

2)热电阻校验。

3)整理校验数据，分析、计算误差，并给出校验结论。

4)编写实训报告。

(5)注意事项

3.7实训3.7.2一体化式热电偶/热电阻温度变送器校验

1.实训目的

1)掌握一体化式热电偶/热