第2部分 温度测量(新)

检测技术与仪表第二部分温度测量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应用实例第二部分温度测量《本章提要》

温度是一个重要的物理参数，许多物理、化学变化都要求在一定的温度条件下才能正常进行。温度测量方法和仪表在科研和工农业生产中得到广泛应用。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2.1概述---温度与温标2.1.1温度与温标1温度与温度测量温度—表示物体冷热程度的一个物理量。物体内部分子热运动的状况;分子热运动越快，温度越高，反之，温度就越低。怎样衡量物体的冷热程度呢？物体与温度有关的某些物理性质；与温度有关的物理性质的变化—反映温度的变化；与温度成单值函数关系—反映物体温度变化的物理性质只随温度变化；2.1概述---温度与温标温度测量的物质基础：体积和压力随温度变化的性质；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。传热方式：热传导：两物体相接触，热量从高温物体传给低温物体；热辐射：两物体非接触，热量以辐射热从高温物体传给低温物体；对流传热作用：用一个物体测量另一个物体的温度创造了条件。与温度有关的物理性质2温标

1）温标的概念温度数值化的标尺。给出了温度数值化的一套规则和方法，明确了温度的测量单位。温度检测仪表的分度数值均由温标来确定。2）常用温标有:经验温标、热力学温标和国际实用温标。①经验温标

借助于某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。历史上影响较大；摄氏温标和华氏温标。2.1概述---温度与温标液体（水银）受热体积膨胀的性质建立的。摄氏温标:在标准大气压下水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，两固定点之间100等分，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180等分，每一等份为一华氏度，单位符号为℉。区别特点：温标起点不同；基本单位不同；温度数值（标尺）也不同；依附于测温物质的性质而带有任意性；不能严格保证各国采用的基本测温单位的一致性；已很少使用。2.1概述---温度与温标②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（以热力学第二定律为基础）；已被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—马定律来复现；借助于气体温度计经示值修正来复现热力学温标；设备复杂、价格昂贵，不适于实际应用。

2.1概述---温度与温标③国际温标协商确定，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，——国际实用温标，简称国际温标。国际温标要求具备的条件：

①数值上尽可能接近热力学温度；②复现精确度高；③复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定。

2.1概述---温度与温标差值应在当前技术所能达到的精确度极限内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国际温标的基本内容：

①取某些高纯物质的相平衡点为温标的基准点，保证基准温度的客观性；②规定了不同温度区域内复现热力学温标的基准仪器；③建立了基准仪器的示值与国际温标温度之间关系的内插公式，实现连续测温。温标基准点、温标基准仪器和内插公式又称温标“三要素”。

2.1概述---温度与温标基准点、基准仪器、内插公式3）1990国际温标简介

1927年建立的国际实用温标，记为ITS-27；约20年进行一次重大修改；有1948年国际温标（ITS-48）；1968年国际实用温标（ITS－68）；1990年国际温标（ITS－90）；各国自1990年1月1日起开始实行90国际温标；我国自1994年1月1日起全面实施90国际温标。2.1概述---温度与温标90国际温标主要内容：①温度的表示与单位

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℃，定义为t=T-273.15；当表示温度差和温度间隔时，1℃＝1K；与古典的经验温标的摄氏度是完全不同的；由国际温标重新定义，以热力学温标为基础。2.1概述---温度与温标②定义固定温度点用一系列纯物质各相间可复现的平衡状态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值由国际公认的最佳测量手段测定。

90国际温标定义了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2.1概述---温度与温标③复现固定点温度的方法（使用的基准仪器

）

ITS-90的内插用标准仪器，将整个温标分为4个温区。下限为0.65K，上限到用普朗克辐射定律实际可测的最高温度，4个温区范围及使用的标准仪器如下：

A．0.65K—5.0K之间，用3He和4He蒸气压温度计。

3He蒸气压温度计：0.65K—3.2K；

4He蒸气压温度计：1.25K—5.0K。2.1概述---温度与温标*④内插公式

参阅ITS—90标准文本。2.1概述---温度与温标

B．3.0K—24.5561K（氖的三相点）之间，用氖定容气体温度计。

C．13.8033K（氢三相点）—961.78℃（银凝固点）之间，用铂电阻温度计。D．961.78℃（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。4）温标的传递为统一温度测量标准，各国建立了国家基准作为其测温最高依据。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。测温仪按准确度分：基准、工作基准、一等基准、二等基准以及工业用仪表；各级仪表定期送检，确保准确可靠。2.1概述---温度与温标2.1.2温度测量方法及类型

按测量方法分：接触式测温和非接触式测温。

（1）接触式测温基于物体的热交换原理设计。测温滞后较大；因接触，易破坏对象的温度场分布，造成测量误差；不能测量移动的或太小的物体；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；系统结构简单；准确度高。优点：缺点：需充分热交换（2）非接触式测温由物体热辐射特性与温度间的关系设计而成。所测温度受物体发射率、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：测温范围广（理论上没有上限限制）；测量中不破坏对象的温度场分布；能测运动物体；测温响应速度快。缺点：2.1概述---温度测量方法及类型常用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》——温度测量玻璃液体温度计双金属片温度计压力式温度计《检测技术与仪表》——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

介绍膨胀式与压力式温度计一、玻璃液体温度计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、工作原理透明玻璃壳中的液体受热膨胀原理。构成：由液体贮囊或称为感温泡；与毛细管熔接而成；带有温度标尺。如图所示。球形或圆柱形2、物质的热膨胀与温度计的灵敏度热膨胀特性用平均体膨胀系数来表示。即单位温度变化，物质体积相对于0℃体积的变化量，即：

式中：——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℃时的体积。膨胀式与压力式温度计

温度升高：液体和贮囊的体积都膨胀；液体体积膨胀，毛细管中液柱升高；贮囊体积膨胀，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的平均体膨胀系数之差决定；该差值称为液体在玻璃内的视膨胀系数，用表示，即：

；温度变化时可见液面在毛细管中上下移动。膨胀式与压力式温度计

设表示温度计上刻度1℃的长度，则有：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0~100℃间的视膨胀系数；V0——贮囊的容积；S——毛细管的横截面积。可见：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有一定限度；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。

膨胀式与压力式温度计3、玻璃液体温度计的结构形式按照基本结构型式分：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最高温度计（体温计）：有一阻碍水银柱下降特殊装置;温度升高，水银柱升高。而温度下降时因阻力增大，水银柱停留在高温的位置；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贮囊底部有一根梢钉或接近贮囊的毛细管有弯曲的缩小喉部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具有位式控制作用，发出通断控制信号;提供就地温度指示;因此称为电接点温度计。膨胀式与压力式温度计膨胀式与压力式温度计二、压力式温度计原理：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；内装工作物质；表盘刻度为温度。弹簧管、波纹管等膨胀式与压力式温度计温包受热，工作物质膨胀；因容积固定，所以压力升高；弹簧管变形，自由端产生位移带动指针指示温度。按工作物质的不同分：气体、液体和蒸汽式压力温度计。气体式—充氮气，温包体积大，线性刻度。液体式—充二甲苯或甲醇，温包体积小，线性刻度。蒸气式—充丙酮、氯甲烷、乙醚等。其饱和蒸汽压随温度变化来测温，刻度非线性。双金属温度计：测量中低温度；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，可满足不同要求。三、双金属温度计膨胀式与压力式温度计原理

：由绕制成环形弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀时，带动指针旋转，指示出对应的温度值。膨胀式与压力式温度计○测量端形式：主要技术参数：

●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

●回差：温度计回差应不大于基本误差限的绝对值

●重复性：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膨胀式与压力式温度计安装方法示意：

○垂直管道安装方法膨胀式与压力式温度计

○弯曲管道安装方法膨胀式与压力式温度计选型须知：

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Φ100，测温范围0～400℃，1.5级，活动外螺纹M27×2，长度450mm，HR-WSS-481，0～400℃，L=450，M27×2，1.5级。型号命名方法：

膨胀式与压力式温度计膨胀式与压力式温度计2.2热电偶测温技术热电偶特点:①结构简单、体积小、易加工；②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，便于信号的传递与显示；④它的测温范围宽（可达-200~2000℃以上）。是应用最广的测温传感器。

2.2热电偶测温技术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热电偶的选择、使用和安装主要内容：2.2.1热电偶测温原理1、热电效应

把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若其两接点分别处于不同的温度，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

如图2.1所示，不同导体A和B称作热电极；接成闭合回路；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）；T端为测量端、热端或工作端；T0

端为参考端、冷端或自由端。2.2热电偶测温技术放入被测对象中感受被测温度处于环境中，温度恒定2、热电偶回路的热电势

热电势：由接触电势（又称为珀尔帖电势）和温差电势（又称为汤姆逊电势）组成。1）两种导体的接触电势

珀尔帖效应—两种性质不同的导体相接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散，直至达到动态平衡而产生的电动势。扩散的速率与自由电子的密度和所处的温度成正比。2.2热电偶测温技术导体都有自由电子；导体不同，自由电子的密度不同；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的电子数多于从导体B扩散到导体A的电子数；在导体A、B

间形成电势差；该电势差形成的静电场，阻碍电子扩散；在某一温度下，达到动态平衡，在接点处形成接触电势，大小为：2.2热电偶测温技术（2.1）AB++++----电场式中：eAB（T）—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＝1.60219×10-19C；K—玻尔兹曼常数,K=1.38×10-23J/K；NAT、NBT—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：接触电势大小取决于导体材料的性质和接触点的温度；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2）单一导体的温差电势:汤姆逊效应：同一导体的两端因其温度不同，高温端电子能量大于低温端电子能量，高温端到低温端扩散电子数比低温端扩散到高温端多，产生的电动势。

设导体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；高温端到低温端扩散电子数比低温端扩散到高温端多；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；导体两端形成一对应的电位差，被称为温差电势。2.2热电偶测温技术TT0++--电场AA、B导体都有温差电势产生，其大小：（2.2）（2.3）式中：δA和δB分别为导体A和B的汤姆逊系数；eA（T，T0）、eB（T，T0）分别为导体A和B两端温度在T和T0（T>T0）时的温差电势。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3）热电偶闭合回路的总电势

如图2.2所示，热电偶闭合回路中：温差电势：eA（T，T0）、eB（T，T0）接触电势：eAB（T）、eAB（T0）。2.2热电偶测温技术设T>T0、NA>NB，热端接触电势eAB（T）决定总电势的方向，则总电势EAB（T，T0）可写成:（2.6）2.2热电偶测温技术（2.5）温差电势比接触电势小可知：热电偶总电势与两接点温度有关；热电偶材料一定，总电势EAB（T，T0）为温度T和T0的函数差，即2.2热电偶测温技术（2.7）

若T0固定，即ƒ（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（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。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各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。新的ITS-90的分度表和参考函数由国际电工委员会和国际计量委员会合作安排、国际上权威的研究机构（包括中国在内）共同参与完成的，是热电偶测温的主要依据。2.2热电偶测温技术2.2.2热电偶的实用定律

是分析、解决热电偶测温中许多问题的理论依据。1、均质导体定律

由一种均质材料构成的热电偶，不论导体的几何形状、尺寸大小和沿导体温度分布如何，均不能产生热电势。2.2热电偶测温技术指电子密度处处相同表明：1）两种不同性质的材料才能组成热电偶，且两接点温度不同。2）检查热电极材料均匀性的一种方法：由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路有热电势，说明该材料是不均匀的。2.2热电偶测温技术2、中间导体定律

在热电偶回路中任意处插入第三种均质导体，只要保证插入的第三种导体两端温度相同，则插入第三种导体后，不影响热电偶回路的总电势。

2.2热电偶测温技术eAB(T)eB(T,T0)eAC(T0)eBC(T0)eA(T,T0)eC(T0,T0)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。参考电极定律：用同一参考电极（铂）与各种不同材料组成热电偶，测试其热电特性，然后再利用这些特性组成各种配对的热电偶。——研究、测试热电偶的通用方法。3）可采用开路热电偶，测液态金属和金属壁面温度。2.2热电偶测温技术3、连接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，则回路总电势为热电偶的热电势EAB（T，Tn）与连接导体热电势EA’B’（Tn，T0）的代数和—连接导体定律。EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EA’B’（Tn，T0）（2.9）

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）

TTnT0ABA’B’2.2热电偶测温技术连接导体和中间温度定律作用：

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。

各种电偶分度表都是在冷端温度为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Tn，这时仪表指示的热电势值为EAB（T，Tn）。而EAB（Tn，0）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值T。2.2热电偶测温技术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）

[例2-1]采用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℃，热电偶回路的热电势为E（500，50）=E（500，0）-E（50，0）由K型热电偶分度表查得E（500，0）=20.644mVE（50，0）=2.023mV所以，E（500，50）=20.644mV-2.023mV=18.621mV2.2热电偶测温技术

[例2-2]

用K型热电偶测量炉温，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）=1.611mV测得热电势

E（t，40）=35.72mV则E（t，0）=E（t，40）+E（40，0）=35.72+1.611=37.33（mV）据此反查分度表知，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2.2.3热电偶的冷端温度处理由测温原理知：只有当热电偶的冷端温度保持不变时，热电势才是温度的单值函数。各种热电偶的分度表都是在冷端温度为0℃时制成的；要求热电偶工作时，冷端必须保持在0℃。但实际中：热端与冷端离得很近；冷端暴露在空中；受设备温度和环境温度影响，冷端温度不为0℃；要用分度表，实现对温度的准确测量，必须对冷端温度的变化予以补偿。为什么要对热电偶冷端温度进行处理？2.2热电偶测温技术常用的处理方法：（1）补偿导线法（2）冷端恒温法（3）计算修正法（4）模拟补偿法（5）数字补偿法2.2热电偶测温技术热电偶的冷端温度补偿—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。1、补偿导线法

冷端温度变化主要原因：受被测温设备或环境温度变化。解决法：把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，并连同测量仪表一起放置在恒温或温度波动较小的地方（如集中控制室）。缺点：安装使用不方便；多耗费贵金属。所以，一般采用一种导线（称为补偿导线）将热电偶的冷端延伸。

2.2热电偶测温技术1）补偿原理温度范围内，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补偿导线。例：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(2.12)2.2热电偶测温技术用于将热电偶的冷端延伸,且在一定

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为：可见：热电势只同T和T0有关；不再受T0’

变化的影响；若T0=0℃，则仪表示值对应热端实际温度值；若T0≠0℃，则应修正。2.2热电偶测温技术2.132）型号和结构国际电工委员会IEC制定补偿导线的标准，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热电偶测温技术2.2热电偶测温技术3）补偿导线使用注意事项①必须与热电偶配套使用；②注意补偿导线正负极性；③与热电偶连接的两个接点必须同温；④补偿导线只能在规定的温度范围内使用；在精密测量中其微小差值不可忽视。2.2热电偶测温技术2、冷端恒温法人为制成一个恒温装置，把热电偶的冷端置于其中，保证冷端温度恒定。常用恒温装置：冰点槽、电热式恒温箱。1）冰点槽法把冷端放入有绝缘油的试管中，将其放入冰水混合物的冰点槽中；保持0℃时的误差在±0.1℃之内。要求：水的纯度、碎冰块的大小和冰水混合状态符合规定；注意插入深度；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

2）恒温箱法把冷端引至电加热的恒温器内，保持冷端温度恒定。2.2热电偶测温技术3、计算修正法

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，冷端温度t0≠0℃。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）计算修正的步骤是：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）由公式计算出EAB（t,0），3）由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4、模拟补偿法1）补偿电桥法

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，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热电偶测温技术设计时：R1=R2=R3=1Ω，直流，ES=4V。电桥平衡点温度t0’（一般0℃和20℃）。在平衡点温度t0’时，Rcu=1Ω，满足Rcu=R1=R2=R3=1Ω，此时电桥平衡，输出电势Uab=0。温度从t0’升高时，Rcu增大，电桥失去平衡Uab>0，而且Uab随温度升高而增大。

如用补偿导线把热电偶的冷端引到温度为t0的补偿电桥处，则冷端温度也为t0。仪表的输入电势为：2.2热电偶测温技术U=E（t,t0）+Uab（t0）（2.15）

Uab（t0）为电桥输出电势，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U=E（t,t0’）2.2热电偶测温技术

当t0从t0’升高时，热电势减少，而Uab增大，若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’）。2.2热电偶测温技术结果：总电势不随冷端温度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。如：集成电路芯片AC1226、带冷端补偿的单片热电偶放大器AD594/AD595等。①AC1226冷端补偿电路

专用的冷端补偿集成电路芯片；在0~70℃补偿范围内具有很高的准确度；其补偿绝对误差小于0.5℃；补偿输出信号不受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2.2热电偶测温技术图2.5为带有信号处理功能（1B51）隔离型的AC1226高温测量冷端补偿电路原理图。可接E、J、K、S、R或T型热电偶。测温范围为所连热电偶的测温范围。②AD594/AD595补偿电路

有热电偶信号放大和冰点补偿双重功能；有C级和A级，分别具有±1℃和±3℃的校准准确度；其中AD594适用于T型热电偶，AD595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：（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5、数字补偿法把分度表拟合出关系矩阵等；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。2.2热电偶测温技术2.2.4热电偶的种类与结构1、热电极材料理论上讲，任一导体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热电偶测温技术对热电极材料主要几点要求：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；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、复现性好；5）价格便宜。2.2热电偶测温技术

目前还没有一种热电极材料能完全满足上述要求，多只是基本满足。减小热电偶材料电阻随温度变化对测量的影响贵金属材料：铂、铑、铱及它们的合金（如铂铑、铂铱）；普通金属材料：镍、铬、铜及其合金（如镍铬、铜镍）；难熔金属材料；钨、钼、铼及其合金（如钨铼、钨钼等）；非金属材料：碳、石墨、氧化镁等及它们的混合物。常用的热电极材料（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。1）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的热电偶，具有统一分度表，不用单支标定，可互换并有配套的显示仪表。2.2热电偶测温技术广泛使用；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。2.2热电偶测温技术2.2热电偶测温技术2.2热电偶测温技术测温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，使用时需修正。2.2热电偶测温技术①S型热电偶（铂铑10-铂热电偶）贵金属热电偶；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，热电特性非线性较大；不适于还原性气氛和含有金属或非金属蒸汽的气氛中。②R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，国内测温很少采用。2.2热电偶测温技术③B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3μV，故可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④K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶）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，不适用于还原气氛。2.2热电偶测温技术⑤N型热电偶（镍铬硅-镍硅热电偶）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过于勉强的场合。-200~1300℃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2.2热电偶测温技术⑥E型热电偶（镍铬-铜镍或镍铬-康铜热电偶）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。⑦J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用也很稳定，多用于化工厂测温。2.2热电偶测温技术⑧T型热电偶（铜-铜镍或铜-康铜热电偶）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-200~350℃；抗氧化性差，在氧化性气氛中使用时，一般不超过300℃。2）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；使用介质气氛也都有限制。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；无统一的国家标准和统一的分度号；每一种常只适用于某一特殊测量条件与气氛。非标准化热电偶有：金属和非金属两大类。

2.2热电偶测温技术①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，不适于氧化性和碳氢化合物介质。②镍铬-金铁超低温热电偶一种较理想的低温、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。

2.2热电偶测温技术③非金属热电偶特点：

·热电势大大超过金属热电偶；·熔点高，高温性能稳定，适于高温测量；·某些非金属热电偶能在高温特殊气氛中使用；·主要缺点：复现性差，没有统一的分度号，机械强度低。目前国外已有定型的产品；如热解石墨、石墨-碳化钛、硼化锆-碳化锆热电偶等；测温上限可高达2000~2500℃，精确度可达0.1%~0.5%）；只能在某一种特定的气氛中使用。2.2热电偶测温技术3、热电偶的结构从结构形式上看，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①热电极

直径：由材料的价格、机械强度、电导率、用途及测温范围等决定。贵金属热电极直径为0.015~0.5mm，普通金属热电极直径为2~3.2mm。长度：由插入深度及安装条件决定，通常为350~2000mm。2.2热电偶测温技术②绝缘套管

装在热电极上，防止两热电极间及与保护套管间短路。绝缘材料由温度范围确定：在1000℃以下采用普通陶瓷；在1000~1300℃之间多采用高纯氧化铝；在1300~1600℃之间多采用刚玉。2.2热电偶测温技术③保护套管

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；传热良好。·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；·形状：直形、锥形等；·固定装置形式：固定螺栓、固定法兰及活动法兰等；耐高温、急冷急热、腐蚀、不分解出对电极有害的气体良好的导热性，改善电极对被测温度变化的响应速度减少滞后④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；接线盒密封，防灰尘和有害气体进入电偶保护套管；连接热电极和补偿导线的螺丝须紧固，以免产生较大的接触电阻影响测量准确性。结构上接线盒分：普通型、防溅型、防水型及防暴型等。2.2热电偶测温技术2）铠装型热电偶热电极、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；可按需截长，分别对测量端与冷端加工处理，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2.2热电偶测温技术铠装型热电偶优点：①动态性能好、反应快，比普通热电偶小；②很细（最细直径为0.25mm

），体积小，重量轻，热容量小，对被测对象原有温度场影响小；③挠性好，可随意弯曲，适合于结构复杂的对象；④长度与直径可根据需要制作、选择;⑤可作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3）薄膜型热电偶一种比较先进的瞬态温度传感器；用真空镀膜或化学涂层工艺，把热电极固定在薄片绝缘基板上，如图2.9；热电极及测量端很薄，基板厚度也只有0.2mm左右；热容很小，测温的动态性能好，适于快速测量，也适于物体表面温度的测量；使用时用粘结剂，粘在被测物体表面。有镍铬-镍硅和铜-康铜等，测温上限可达300℃左右。2.2热电偶测温技术2.2.5热电偶的选择、使用和安装1、热电偶的选择熟悉被测对象、掌握各种热电偶特性，根据使用气氛、温度的高低正确地选择热电偶。1）按使用温度选择

当T＜1000℃时，多选用廉金属热电偶，如K型热电偶。特点：使用温度范围宽，高温性能较稳定。当T＝－200~300℃时，最好选用T型热电偶，廉金属热电偶中准确度最高的；或选择E型热电偶，廉金属金属中热电势变化率最大、灵敏度最高。2.2热电偶测温技术当T＝1000~1400℃时，多选用R、S型热电偶。当T＜1300℃时，可选用N型或者K型热电偶。当T＝1400~1800℃时，多选用B型热电偶。当T＜1600℃时，短期可用S型或R型热电偶。当T＞1800℃时，常选用钨铼热电偶。2.2热电偶测温技术2）根据被测介质选择①氧化性气氛当T＜1300℃时，多选用N型或K型热电偶，廉金属热电偶中抗氧化性最强；当T＞1300℃时，选用铂铑系热电偶。②真空、还原性气氛当T＜950℃时，选用J型热电偶，既可以在氧化性气氛下工作，又可以在还原性气氛下工作工作；当T＞1600℃时，应选用钨铼热电偶。3）选择电偶丝的直径与长度电极直径：材料的价格、机械强度、电导率、用途及测温范围等决定。长度：插入深度及安装条件决定。对于快速反应，选用细直径的电极丝；电极丝越细,测量端越小、越灵敏，但电阻也越大；电极丝越粗，测温范围加宽、寿命长，响应时间长；电偶丝直径与长度，不影响热电势大小，但与热电偶的使用寿命、动态响应特性及线路电阻有关。

∴要正确选择。2.2热电偶测温技术2、热电偶的使用①与被测对象充分接触、处于同温。②保护管有足够机械强度，耐腐蚀；外径越粗，耐热、耐腐蚀性越好，但热惰性也越大。③定期清洗：保护管表面附着灰尘等时，热阻增加，指示温度偏低，产生误差。④长期工作在最高温度下，电偶材质会发生变化引起误差。⑤测量线路绝缘电阻下降也会引起误差。2.2热电偶测温技术2.2热电偶测温技术高温引起绝缘性能降低。例如：用热电偶测量电炉温度时，当炉温升至800℃以上时，炉体耐火砖的绝缘电阻急剧下降，使炉体带电；保护管与上述耐火砖类似，在高温下绝缘电阻也急剧下降，炉体带电通过保护管窜入热电极，使热电偶带电（达几伏至几十伏），称做对地干扰电压。若传输导线或仪表也接地，就会形成回路，把干扰引入仪表，产生误差。2.2热电偶测温技术消除方法：热电偶浮空（与炉体不接触）；在瓷保护管外再加一金属套管并接地；采用三线热电偶（从热端再引出一根线接地），把干扰电压在进入仪表输入回路前短路掉。低温下，因空气中水分凝结电偶绝缘性能下降。消除方法：保护管内充干燥空气并密封。2.2热电偶测温技术⑥磁感应的影响。布线时尽量避开强电区（大功率电机、变压器等）；避免与电力线近距离平行敷设；热电极与保护完全绝缘，保护管接地。⑦冷端温度的补偿与修正热电偶的冷端保持恒定；补偿导线的种类及正、负极不要接错；补偿导线不应有中间接头；补偿导线最好与其他导线分开敷设。⑧严格按有关规定进行热电偶的焊接、退火、清洗、定期检定等。3、热电偶的安装安装遵循如下原则：

与被测介质形成逆流或正交，如图2.10。①安装方向2.2热电偶测温技术②安装位置

工作端处于管道中流速最大处；保护管末端应越过管道中心线约5~10mm。③插入深度插入深度增加，测温误差减小；斜插或沿管道轴线方向安装；在最大的允许插入深度条件下，尽可能深插。2.2热电偶测温技术④细管道内（直径＜80mm)流体温度的测量插入深度不够引起误差；接扩大管安装，如图2.10d或图2.11所示；选择适宜部位，减小或消除该误差。2.2热电偶测温技术⑤负压管道中流体温度的测量

保证其密封性。⑥接线盒安装检查导线、电缆等绝缘性能，且无断头；管内导线不得有接头或加接线盒；接线盒盖朝上。⑦若被测物体很小注意不要改变原来的热传导及对流条件。2.2热电偶测温技术防外界冷空气吸入，使测量值偏低防雨水或其他流体的侵入。2.2热电偶测温技术垂直管道轴线的安装方法在弯曲管道上的安装方法

专为沸腾培烧炉等设计的高温抗振耐磨热电偶的安装方法1.接线盒2.热电偶管3.耐磨管4.不锈钢管5.偶管6.炉体7.固定法兰8.安装法兰

锅炉烟道中的密封安装方法2.2热电偶测温技术倾斜管道轴线的安装方法2.2.6热电偶常见故障原因及处理方法2.2热电偶测温技术2.2热电偶测温技术2.3热电阻测温技术例1. 某厂用线性热电特性的热电偶测温，未用补偿导线，接线如图，问：1）、若接无冷端补偿的仪表，当不加电势时，仪表显示为0ºC，则在图示情况下仪表应指示多少ºC？2）、若接带冷端补偿的仪表，其它条件不变，仪表又应指示多少ºC解：1)设实际温度应为t℃，则：E（t,0)=E(500,18)，因为线性特性所以：t=500-18=482(℃)2)设仪表示值为t’℃，则：E（t’,0)=E(500,18)+E（20,0），因为线性特性，所以：t’=500-18+20=502(℃)2.3热电阻测温技术例2.如图，分度K热电偶误用了分度E的补偿导线，但极性连接正确，表的指示为650ºC（仪表带冷端补偿），被测温度实际为多少？已知t0’=40ºC，t0=20ºC。EE（40，0）=2.419EE（20，0）=1.192

解：EK（650，20）=EK（t,40）+EE(40,20)EE(40,20)=EE(40,0)-EE(20,0)=1.227(mV)EK（650，20）=EK（650，0）-EK（20，0）=26.227(mV)EK（t,40）=EK（650，20）-EE(40,20)=25(mV)EK（t,0）=EK（t,40）+EK（40,0）=26.612(mV)实际温度:640.2ºC

t0’KEt0tt0123200.7980.8380.8790.91964026.60226.66426.68726.72965027.02527.06727.10927.1522.3热电阻测温技术例3.如图，某人将K型热电偶补偿导线极性接反，当炉温控于800ºC时，已知t0’=50ºC，t0=40ºC。问测量结果和实际温度相差多少?

解：正确连接:EK（800，40）=EK（800,0）–EK(40,0)=31.663(mV)查表得：760.8ºC接反,则实际电势为:E=EK（800，50）–EK（50，40）=EK（800,0）–EK（50，0）-[EK(50,0)–EK(40,0)]=30.841(mV)测量显示：741ºC。和实际温度相差：-19.8ºCtt0’Kt0ABA’B’2.3热电阻测温技术

依据材料的电阻随温度变化的性质。测温电阻是测温传感器，又称为热电阻。测量范围宽、精度高、稳定性好等优点；在-200~850℃范围内被广泛应用；温度量值传递的基准仪器：标准铂电阻。90国际温标规定，范围13.8033K~961.78℃2.3热电阻测温技术2.3.1热电阻的测温原理分：金属与半导体热电阻两大类。1、金属热电阻广泛应用的测温电阻；电阻与温度的关系表示为：

(2.19)

Rt、Rt0—温度t和t0时的电阻值；A、B、C—常数，与热电阻材料的种类有关。小温度范围内，电阻—温度关系：（2.20）

式中：—t0~t温度范围内，平均电阻温度系数。

2.3热电阻测温技术

物理意义：温度变化1℃时电阻的相对变化值。

当△t→0（t→t0）时显然=（2.21）（2.22）

为t0时电阻温度系数；金属电阻随温度升高而增大，为正；越大，电阻随温度变化越显著，灵敏度越高；所有金属随温度变化，非常数；电阻与温度关系非线性。常用电阻比W=R100/R0来表征。R100、R0分别为100℃和0℃下的电阻值；显然R100/R0值越大，也越大。实践证明：金属纯度越高，R100/R0值与值越大，测温灵敏度越高。∴热电阻都为纯金属而非合金。2.3热电阻测温技术（2）半导体热电阻（或热敏电阻）电阻值随温度呈指数变化；测温范围：-40~350℃；大量用于家电、汽车中；有：正（PTC）、负（NTC）、临界温度系数（CTR）；测温多用负温度系数；电阻与温度的关系可表示为:2.3热电阻测温技术式中：Rt—t时的电阻值；R（t0）—t0时的电阻值；B—材料与结构的常数。由的定义，得：（2.24）与温度平方成倒数；灵敏度随温度升高而降低；限制了热敏电阻在高温下的使用。材料：金属Mn、Co、Ni、Fe等复合氧化物的烧结体。2.3热电阻测温技术与金属热电阻相比优点：①远大于金属，灵敏度高，降低对显示仪表精确度要求；②电阻率高，常温阻值大，引线电阻对测温几乎无影响。③体积小、热惯性小，响应时间快。④结构简单（按需制：珠形、扁圆形、杆形、圆片形等，常用来测“点”温和表面温度）。缺点：①阻值与温度呈非线性；②复现性差、互换性差、稳定性差；③应用范围有限。2.3热电阻测温技术2.3.2热电阻的种类、性质与结构1、对热电阻材料的要求

热电阻是利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质来测温的。必须满足要求：

1）电阻温度系数大，电阻与温度之间尽量接近线性关系；2）电阻率高，以减小热电阻体积；3）在测温范围内物理、化学性质稳定；4）复现性好，易加工；5）价格便宜。2.3热电阻测温技术2、标准化金属热电阻国产标准化热电阻：铂热电阻、铜热电阻及镍热电阻。2.3热电阻测温技术1）铂热电阻电阻与温度的关系可分两段分别表示：

在0~850℃范围

（2.25）

在-200~0℃范围内

（2.26）

2.3热电阻测温技术国产标准化工业用铂热电阻有两种，分度号分别为Pt100和Pt10。2）铜热电阻特点：易加工，价格便宜；电阻的温度特性接近线性。温度稍高即易氧化，所以测温较低。电阻—温度的关系为：（2.27）式中：A、B、C均为常数，工业用铜电阻A=4.28899×10–3（℃-1），B=-2.133×10–7（℃-2），C=1.233×10–9（℃-3）。2.3热电阻测温技术在0~100℃范围内，电阻的温度特性接近线性，可用下式表示：（2.28）式中：0为在0℃时铜电阻的温度系数，

0=4.28899×10–3（℃-1）。工业用标准化铜电阻有两中：分度号分别为Cu50和Cu100，其特性见表2.6。2.3热电阻测温技术3）镍热电阻镍电阻的测温范围为-60~180℃；电阻温度系数较大，灵敏度比铂和铜都要高；工艺较复杂，很难获得温度系数数值相同的镍丝，影响了测量精确度，也很难制定标准；虽为标准化热电阻，但尚未制定出分度表。测温用镍电阻Ni100、Ni300、Ni500。技术特性见表2.6。2.3热电阻测温技术3、普通热电阻的结构外形与普通热电偶相同。有热电阻体、引线、绝缘套管、保护套管及接线盒。绝缘套管、保护套管和接线盒的功能、材料及要求也与热电偶相同。如图2.12所示。2.3热电阻测温技术1）热电阻体

也称为热电阻感温元件，用来感受温度的电阻器，是热电阻的核心部分。由绝缘骨架与金属电阻丝构成。如图2.13所示。2.3热电阻测温技术

①云母；②玻璃；③陶瓷。铂电阻骨架采用的材料主要有：2.3热电阻测温技术耐震性好，时间常数小，可测小于500℃的温度体积小，可小型化，耐震性差，易碎，测温上限为400℃体积小，耐震性好，热响应时间短，测温上限为900℃2）引线及引线的形式

出厂时自带；使热电阻体能与外部测量线路相连接；位于保护管内；引线要不产生热电势；铂电阻，中低温用银线作引线，高温用镍线；铜和镍电阻的引线，一般都用铜、镍丝；引线直径比电阻丝的直径大很多（减少引线电阻的影响）。2.3热电阻测温技术保护管内温度梯度大

常用的引线方式有：二线制、三线制和四线制三种。①两线制。在热电阻感温元件的两端各连一根导线，如图2.14a。简单、费用低；引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差；适用于引线不长，测温准确度要求较低的场合。2.3热电阻测温技术

②三线制。在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线，这种引线形式称为三线制，如图2.14b。较好消除引线电阻的影响，测量准确度高于两线制；应用较广；工业热电阻通常采用三线制，尤其是在测温范围窄、导线长、架设铜导线途中温度发生变化等情况下。2.3热电阻测温技术2.3热电阻测温技术2.3热电阻测温技术2.3热电阻测温技术③四线制。在热电阻感温元件两端各连接两根引线的形式称为四线制，如图2.14c。主要用于高精度温度测量；其中两根引线为热电阻提供恒流源I，在热电阻上产生的压降通过另两根引线引至电位差计进行测量；完全消除引线电阻对测量的影响；在连接导线阻值相同时，还可消除连接导线的影响。2.3热电阻测温技术4、铠装热电阻结构与普通热电阻不同，如图2.15；整体拉制成型；铠装热电阻的外径为1~8mm；种类、测温范围、R0和R100/R0值、基本误差等和普通热电阻相同。2.3热电阻测温技术同普通热电阻相比有如下优点：①尺寸小，套管内为实体，响应速度快。②抗震，可绕，使用方便，适合安装在结构复杂的地方。③电阻体被密封，不接触腐蚀性介质，使用寿命长。2.3热电阻测温技术2.3.3热电阻的使用和误差分析1、使用注意事项参照热电偶的使用和安装。使用注意事项如下：避免温度急剧变化环境：减少热敏电阻的时效变化；为保证测量精确度，应在5至7倍时间常数后再测量；电流限制：测量时，需通以电流，增大电流，灵敏度提高，但电流过大电阻会发热，产生测量误差；

2.3热电阻测温技术4）保证足够插入深度：当热电阻用金属保护管时，减少由热传导误差；5）注意防水、耐寒等性能：若引线间或绝缘体表面有水滴或灰尘，使测量结果不稳定，产生误差；6）热电阻的公称压力：指在工作温度下保护管不破裂所能承受的最大静态外压。2.3热电阻测温技术2、误差分析热电阻测温系统误差分析：①传热误差：测温时与被测对象未充分接触，未达热平衡等而造成的误差。②分度误差：标准化热电阻分度表由统计分析得到，具体的热电阻会因为材料、制造工艺而不同。这就形成了分度误差。如R0与标称电阻值不符而引进的误差。2.3热电阻测温技术

④测量线路和显示仪表的误差：由显示仪表本身的精确度等级和线路电阻决定的。如：用Cu50型铜电阻测温，在规定条件下铜导线的电阻为5Ω，仪表指示被测温度为40℃。若此时环境温度变化10℃，则两线制连接的导线会给测量值带来约2℃的误差，三线制连接会带来0.1℃的误差。此外，引线电阻、连接导线的阻值变化也将引起误差。

2.3热电阻测温技术③自热误差：因电流流经热电阻产生温升而引起的误差。与电流大小及传热介质有关。（一般，限制电流不超过6mA，把自热误差限制在0.1℃以内）。

⑤其它误差：屏蔽绝缘不良、插入深度不够、热电阻劣化等所引起的误差。2.3热电阻测温技术2.3.４热电阻测温系统常见故障及处理方法故障现象可能原因处理方法１、显示仪表指示值比实际值低或示值不稳保护管内有金属屑、灰尘，接线柱间脏污及热电阻短路（水滴）除去金属屑、清扫灰尘、水滴，找到短路点，加强绝缘等，２、显示仪表指示无穷大热电阻或引出线断路及接线端子松开等更换电阻体，或焊接及拧紧接线螺丝等３、阻值与温度关系有变化热电阻丝材料受腐蚀变质更换电阻体（热电阻）４、显示仪表指示负值显示仪表与热电阻接线有错，或热电阻有短路现象改正接线，或找出短路处，加强短路2.3热电阻测温技术隔爆式热电偶

生产现场常伴有：易燃、易爆等化气体、蒸汽等；普通热电偶非常不安全、很容易引起环境气体爆炸；隔爆热电偶作为一种温度传感器，应用极为广泛；隔爆热电偶适用在dⅡBT4温度组别区间内具有爆炸性气体的危险场所内。隔爆式热电偶

测温范围及允许误差

名称型号分度号测温范围精度等级充差偏差镍铬－镍硅WRNK－40~＋800℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax镍铬－铜镍WREE－40~＋650℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax铜－铜镍WRCT－40~＋300℃Ⅱ

1℃或0.75tmax铁－铜镍WRFJ－40~＋600℃Ⅱ

2.5℃或0.75tmax注：tmax－最高检验温度点℃在同栏给出的两个允差中取其中最大值。

1、隔爆热电偶防爆标志表示方法

2、隔爆原理结构与装配式热电偶的结构、原理基本相同。不同点：接线盒采用防爆设计。压铸而成的；有一定的厚度、隔爆空间和机械强度；采用螺纹隔爆接合面和园筒接合面，用密封圈密封，以锁紧螺钉进行锁紧；（接线盒内放弧与外界环境隔爆）；接线盒与保护管连接采取环氧树脂密封及紧固结构；在dⅡBT4防爆要求内使用，能达到预期的防爆效果。隔爆式热电偶

防爆等级温度组别第四组(温度组别)隔爆类类别(工厂用电气设备)隔爆式热电偶

3、隔爆热电偶命名方法：

双支或多支安装固定形式防爆接线盒保护管直径：0-Φ16；1-Ф20温度仪表热电偶N：镍铬-镍硅E：镍铬-铜镍C：铜-铜镍F：铁-铜镍联合设计代号防爆代号变截面形式5、隔爆热电偶种类及规格

型号分度号规格热响应时间保护管材料直径(d)长度(L)插深(I)WRN－240L－B

WRN2－240L－BK

ф16300

350

400

450

550

650

750

900

1150

1650150

200

250

300

400

500

600

750

1000

1500≤90不锈钢WRN－240L－B.G

WRN2-240L-B.GWRE-240L-B

WRE2-240L-BEWRE-240L-B.G

WRE2-240L-B.GWRC-240L-B

WRC2-240L-BTWRC-240L-B.G

WRC2-240L-B.G隔爆式热电偶

带温度变送器热电偶（阻）

应用:

常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用，输出4～20mA。特点:●二线制输出4～20mA，抗干扰能力强；

●节省补偿导线及安装温度变送器费用；

●测量范围大；

●冷端温度自动补偿，非线性校正电路。带温度变送器热电偶（阻）

工作原理:

热电偶（阻）测得的热电势（电阻）的变化温度变送器的电桥产生不平衡信号放大后转换成为4～20mA信号显示仪显示温度。一体化现场温度指示器(LCD)带温度变送器热电偶（阻）

●热电阻的型号规格

型号分度号测温范围℃精度等级允许偏差HR-WZPBPt100-200～+500A级±(0.15+0.002|t|)B级±(0.30+0.005|t|)HR-WZCBCu50

Cu100-50～+100-±(0.30+0.006|t|)○输出信号：4～20mA，负载电阻250Ω，传输导线电阻100Ω

○输出方法：二线制

○允差等级：0.1；0.2；0.5

○供电电源：24V.DC±10%

○防护等级：IP65●热电偶的型号规格型号分度号允许误差与偶材等级I级II级允差值测温范围℃