第六章温度检测

任课教师：2015－2016学年第一学期第六章温度检测2本章教学:一、教学要求：了解热电偶、热电阻的原理、种类、结构与应用；掌握半导体热敏电阻、半导体温度传感器的原理、种类与应用特点，应用电路设计；了解非接触式测温。3温度是一个重要的物理参数，许多重要的物理、化学过程都要求在一定的温度条件下才能正常进行。温度的检查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。本章首先介绍温标的概念，然后分别介绍接触式测温传感器和非接触式测温仪表。在接触式测温传感器中介绍热电阻和热电偶；在非接触式测温中，介绍光学高温计、光电高温计、辐射温度计和比色温度计。4二、教学时间安排：6学时

三、主要内容：概述热电阻式传感器热电偶传感器本章重点：热电偶冷端温度补偿方法，热电势计算方法；本章难点：热电偶冷端温度补偿方法，热电势计算方法。四、教学过程：本章教学:5第一节概述1)温度的基本概念和测量方法2)温标61、温度的基本概念和测量方法第一节概述反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。

温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的，

温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。测量方法：接触式测温和非接触式测温71、温度的基本概念和测量方法第一节概述接触式测温温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。常用的接触式测温仪表：

(1)膨胀式温度计。

(2)热电阻温度计。

(3)热电偶温度计。

(4)其他原理的温度计。81、温度的基本概念和测量方法第一节概述接触式测温特点优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单。缺点：由于敏感元件必须与被测对象接触，在接触过程中就可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。有的测温元件不能和被测对象充分接触，不能达到充分的热平衡，使测温元件和被测对象温度不一致，也会带来误差。在接触过程中，介质腐蚀性，高温时对测温元件的影响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。

91、温度的基本概念和测量方法第一节概述非接触测温

温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。常用的非接触式测温仪表：

(1)辐射式温度计：基于普朗克定理 光电高温计，辐射传感器，比色温度计。

(2)光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。 光纤温度传感器，光纤辐射温度计。优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物体为运动物体时尤为适用。缺点：精度一般不高。102、温标第一节概述建立温标必须具备三个条件：

(1)固定的温度点（基准点）

(2)测温仪器（确定测温质和测温量）

(3)温标方程（内插公式）112、温标第一节概述(1)经验温标(2)热力学温标

(3)国际温标(4)1990年国际温标122、温标第一节概述(1)经验温标

由特定的测温质和测温量所确定的温标华氏温标[(华氏温度-32)*5/9=摄氏温度]

1714年德国人华伦海特(Fahrenheit)在沸点和冰点之间等分为180份，每份为1华氏度(10F)。摄氏温标

1742年瑞典人摄尔塞斯(Celsius)规定水的冰点沸点之间等分为100份，每份为1摄氏度(10C)。经验温标是借助于一些物质的物理量与温度之间的关系，用实验方法得到的经验公式来确定温度值的标尺，因此有局限性和任意性。132、温标第一节概述(2)热力学温标1848年物理学家开尔文(Kelvin)首先提出 确定的温度数值：热力学温度，绝对温度，用符号T表示，单位为开尔文，用K表示。热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点是273.15K，沸点是373.15K。请注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相差0.01K。142、温标第一节概述(3)国际温标

1927年国际温标(ITS-27) 1927年第七届国际计量大会决定采用

具有3个基本特点： ①尽可能接近热力学温标; ②复显精度高并能确保量值的统一； ③用以复现的标准温度计使用方便，性能稳定。

国际温标经过几次修改：

1948年国际温标(ITS－48)，1968年国际实用温标(IPTS－68)，1990年国际温标(ITS－90)152、温标第一节概述(4)1990年国际温标(ITS－90)根据第18届国际计量大会的决议， 自1990年1月1日起开始在全世界实行 我国：自1994年1月1日开始全面实施90国际温标主要有三方面内容： ①温度单位 ②定义固定温度点 ③复现固定温度点的方法162、温标第一节概述(4)1990年国际温标(ITS－90)符号：T，单位为开尔文(K)，K的定义为水的三相点温度的1/273.16。用与冰点273.15K的差值表示的热力学温度称为摄氏温度，符号为t，单位为度(0C)，即t=T-273.15，并有10C=1K。摄氏度(0C)是由国际温标重新定义的，是以热力学温标为基础的。

90国际温标定义国际开尔文温度T90和国际摄氏度t90，其间关系如同T和t一样，即

t90=T90-273.15①温度单位172、温标第一节概述(4)1990年国际温标(ITS－90)②定义固定温度点90国际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上公认的最佳测量手段测定的。182、温标第一节概述(4)1990年国际温标(ITS－90)③复现固定温度点的方法90国际温标把温度分为4个温区，各个温区的范围、使用的标准测温仪器分别为：0.65～5.0K间为3He或4He蒸汽压温度计；3.0～24.5561K间为3He或4He定容气体温度计；13.8033K～961.780C间为铂电阻温度计；961.780C以上为光学或光电高温计。在水的冰点以上的温度使用摄氏度单位(0C)，在冰点以下的温度使用热力学温度单位(K)。19第二节热电阻式传感器利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器。作用：主要用于对温度和与温度有关的参量进行检测测温元件金属热电阻半导体热电阻

热电阻效应——物质的电阻率随温度变化而变化的现象。

20第二节热电阻式传感器1、金属热电阻金属原子最外层的电子能自由移动，当加上电压以后，这些无规则移动的电子就按一定的方向流动，形成电流。随着温度的增加，电子的热运动剧烈，电子之间、电子与振动的金属离子之间的碰撞机会就不断增加，因此电子的定向移动将受到阻碍，金属的电阻率也随之增大。实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其中主要应用的是铂和铜。21第二节热电阻式传感器1、金属热电阻热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒作为热电阻的材料要求： 电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度； 电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸； 热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； 在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能； 电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。22第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻

铂是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。

铜可用来制造-50～150℃范围内工业用电阻温度计，特点是价格低廉，缺点是电阻率低，且容易氧化，一般用在较低温度和没有水分和浸蚀性的介质之中。23第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻长时间稳定的复现性可达10-4K，是目前测温复现性最好的一种温度计。W（100）越高，表示铂丝纯度越高，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）≥1.3925目前技术水平已达到W（100）＝1.3930，工业用铂电阻的纯度W（100）为1.387～1.390。24第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻

铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：当温度t在－200℃≤t≤0℃时：当温度t在0℃≤t≤650℃时：国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391，R0分为50Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt50和Pt100，其分度表（给出阻值和温度的关系）25第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻特点即便在氧化性介质中，其物理、化学性能都很稳定；易提纯，复现性好，有良好的工艺性；有较高的电阻率；在还原性介质中性能易受影响；电阻温度系数不太高；价格贵。26第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻27第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻WZP系列装配式铂电阻

及铠装电阻芯

用于一般工业场测温

使用温度-200℃～700℃

高强度石英管测温铂电阻

温度范围-100°C至+500°C

适用于镀锌锅炉、耐酸、耐碱等强腐蚀场合

注:不耐氢氟酸及磷酸28第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻精密温度传感器

PtWD－1A型-100℃～300℃

误差小于0.1℃，精度为超A级

天燃气流量计

温度补偿用铂电阻

天燃气涡轮流量计等用油浸变压器用铂电阻29第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻医疗器械铂电阻薄模铂电阻元件用于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。

尺寸：2.3mm×2.1mm×0.9mm（长×宽×高）

线长10mm

30防水封装铂电阻核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100PT1000）

元件精度：±0.15℃(A级)±0.30℃(B级)

封装材料：镀镍铜管或不锈钢管

管料尺寸：ø4*25mm

连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铂热电阻31第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铜热电阻应用：测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：―50～150℃优点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复现性能好。缺点： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。32第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铜热电阻铜电阻的阻值与温度之间的关系为关系是线性的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50Ω和100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。33第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铜热电阻铜电阻的特点电阻率小；容易氧化；价格便宜。34第二节热电阻式传感器1、金属热电阻1)常用热电阻--铜热电阻WZC-111/Φ12*1000mmCu50

35第二节热电阻式传感器普通工业用热电阻式温度传感器保护管内部导线绝缘管热电阻盖接线座骨架漆包铜线引出线铜热电阻结构示意图云母骨架铂丝弹簧支承片银引出线云母弹簧型玻璃封装型塑封型1、金属热电阻热电阻的结构36第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结优点：

(1)热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍）

(2)电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。

(3)结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。37第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类：正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性38第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类--NTC热敏电阻

NTC热敏电阻的材料是一种由锰（Mn）、镍（Ni）、铜（Cu）、钴（Co）、铁（Fe）等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同温度半导体热敏电阻电阻铂热电阻NTC热敏电阻。它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。

NTC热敏电阻应用广泛。39第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类--NTC热敏电阻半导体这种温度特性，是因为半导体的导电方式是载流子（电子、空穴）导电。由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多，所以它的电阻率很大。随着温度的升高，半导体中参加导电的载流子数目就会增多，故半导体导电率就增加，它的电阻率也就降低了。热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物按不同的配方比例烧结制成的。在一定的范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度变化。40第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类--CTR热敏电阻

CTR热敏电阻是以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成，它呈半玻璃状，具有负温度系数。通常，CTR热敏电阻用树脂包封成珠状或厚膜形使用，其阻值在1k

Ω~10MΩ之间。

CTR热敏电阻随温度变化的特性属剧变型，具有开关特性，如左图所示。当温度高于居里点TC时，其阻值会减小到临界状态，突变的数量级为2~4。因此又称这类热敏电阻为临界热敏电阻。Tc温度T（℃）200150100500103101105107电阻率ρ（Ω.cm）41第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类--PTC热敏电阻TNTC1062001000101102103104105107温度T（℃）电阻率ρ（Ω.cm）

PTC热敏电阻是以钛酸钡掺合稀土元素烧结而成的半导休陶瓷元件，具有正温度系数。其温度特性曲线如左图所示，从特性曲线上可以看到PTC热敏电阻具有以下特性：

(1)当温度低于居里点TC时，具有半导体特性；

(2)当温度高于居里点TC时，电阻值随温度升高而急剧增大，至TN温度时出现负阻现象；

(3)具有通电瞬间产生强大电流而后很快衰减的特性。基于PTC热敏电阻的特性，可利用其自控作用，做成各种恒温器、限流保护元件或温控开关。还可以用PTC组成发热元件，功率一般为几瓦到数百瓦。42第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻分类--NTC热敏电阻热敏电阻的结构热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要参数热敏电阻的线性化43第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性⑴温度特性⑵伏安特性44第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性--温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性式中RT,R0——热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；

T0,T——介质的起始温度和变化温度（K）；

t0,t——介质的起始温度和变化温度（℃）；

B——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，其大小取决于热敏电阻的材料。45第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性--温度特性若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。一般取20℃和100℃时的电阻R20

和R100计算B值，即将T=373K，T0=293K代入上式，则将B值及R0=R20

代入式就确定了热敏电阻的温度特性:46第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性--温度特性热敏电阻的电阻温度系数

B和α值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量47第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性--伏安特性····V（电压）IaImI（电流）d0abc曲线分四段，0－a段：电流小于Ia，功耗小，电流不足以使热敏电阻发热，元件上的温度基本是环境温度。此时热敏电阻相当于一个固定电阻，电压与电流之间符合欧姆定律。

a－b段：随着电流增加，热敏电阻功耗增加，导致电流加热引起热敏电阻自身温度超过环境温度（介质温度），其阻值降低，因此出现非线性正阻区，电流增长速度＞阻值减小的速度。

c－d段：随着电流增加，为Im时，电压达到最大值，电流继续增加，热敏电阻本身加热更为剧烈，阻值迅速减小，阻值减小的速度大于电流增加的速度，出现c－d段负阻区。48第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要特性--伏安特性····V（电压）IaImI（电流）d0abc热敏电阻非线性严重，使用中要进行非线性补偿。在硬件电路方法上，采用温度系数较小的电阻与热敏电阻串、并联接法，使得热敏电阻的电阻—温度曲线变为平坦。

0－a段：正常使用热敏电阻测温。c－d段：可用来测量风速、真空度、流量等参数。49第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式50第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构51第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。

52第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构53第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构实物图片1.耗散系数：5mW/℃2.热时间常数:<10S3.测温范围:-40℃~~~+110℃主要用于电饭锅等烹饪用具。耐高温，反应快而精确54第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构ABS材质外壳，PVC导线,用于电冰箱、冰柜。耐腐防潮1.耗散系数：5mW/℃2.热时间常数:<10S3.测温范围:-40℃~~~+110℃55第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构铜质外壳，PVC导线，用于空调、饮水机铜制、不锈钢外壳，PVC导线，用于热水器56第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构MZ4系列加热用PTC热敏电阻MZ5汽车测温用PTC热敏电阻57第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的结构MZ41系列卷发器用PTC热敏电阻MZ6系列电机保护用PTC热检测器58第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要参数⑴标称电阻值RH

在环境温度为25±0.2℃时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。⑵耗散系数H

指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/℃；⑶热容量C

热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的热量，单位为J／℃；59第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的主要参数⑷能量灵敏度G

（W）使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率。⑸

时间常数τ

温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T的介质中，热敏电阻的温度增量ΔT=0.63(T－T0)时所需的时间。⑹额定功率PE

在规定的技术条件下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率

60第二节热电阻式传感器2、半导体热敏电阻热敏电阻的线性化可通过在热敏电阻上串并联固定电阻，作成组合式元件来代替单个热敏元件，使组合式元件电路特性参数保持一致并获得一定程度的线性特性。61第二节热电阻式传感器2、热电阻式传感器的应用1）金属热电阻传感器

－200～+500℃范围的温度测量，在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000℃。特点：精度高、适于测低温。2）半导体热敏电阻传感器

应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。62第二节热电阻式传感器2、热电阻式传感器的应用1）金属热电阻传感器传感器的测量电路：经常使用电桥、精度较高的是自动电桥。为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法63第二节热电阻式传感器2、热电阻式传感器的应用1）金属热电阻传感器热电阻测温电桥三线连接法R1R2R3ERtGRar2r1r3作用：①当温度变化时，导线长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变化不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。②Ra的触点接触电阻和电桥臂相连，接触电阻的不稳定可能导致电桥的零点不稳定。642、热电阻式传感器的应用1）金属热电阻传感器第二节热电阻式传感器热电阻测温电桥四线连接法R1R2R3ERtGRar1r2r3r4可以消除热电阻与测量仪表之间连接导线电阻的影响。图中R1、R2、R3为固定电阻，Ra为调零电位器，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状态。为避免热电阻中流过电流的加热效应，要使流过热电阻的电流尽量小，一般小于10mA，小负荷状态一般为4～5mA。652、热电阻式传感器的应用1）金属热电阻传感器第二节热电阻式传感器金属丝热电阻作为气体传感器的应用1—连通玻璃管2—流通玻璃管3—铂丝（a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到133.322×10-5Pa（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化662、热电阻式传感器的应用2）半导体热敏电阻传感器第二节热电阻式传感器⑴温度测量⑵温度控制⑶温度补偿⑷流量测量672、热电阻式传感器的应用2）半导体热敏电阻传感器第二节热电阻式传感器温度测量热敏电阻点温计682、热电阻式传感器的应用2）半导体热敏电阻传感器第二节热电阻式传感器温度控制692、热电阻式传感器的应用2）半导体热敏电阻传感器第二节热电阻式传感器温度补偿金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。702、热电阻式传感器的应用2）半导体热敏电阻传感器第二节热电阻式传感器流量测量利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等。71第三节热电偶传感器热电偶传感器工业生产中应用最广泛的测温元件之一。把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输优点：是一种将温度变化转换为电势变化的传感器。测温范围广精度高性能稳定结构简单动态性能好72第三节热电偶传感器1热电偶测温原理2热电偶的基本定律3热电偶的冷端处理和补偿4标准化热电偶5非标准化热电偶6热电偶结构型式7热电偶安装注意事项731、热电偶测温原理第三节热电偶传感器赛贝克（Seebeck）效应(热电势)1821年赛贝克发现了铜、铁这两种金属的温差电现象。即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接头的中一个加热即可产生电流。在冷接头处，电流从铁流向铜。由于冷、热两个端（接头）存在温差而产生的电势差e，就是温差热电势。这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装置称为热电偶。

741、热电偶测温原理第三节热电偶传感器将两根不同材料的导体或半导体（A和B）联接起来构成一个回路，如果两个接合点处的温度不同（T0≠T），则在两导体向产生热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。AB1T0T2mA铜铁热电偶的温差热电势与温度关系曲线751、热电偶测温原理第三节热电偶传感器AB1T0T2由热电效应制成的测温传感器就是热电偶。测温时：

结点2置于被测温度场中，称为测量端（工作端、热端）；

结点1处于某一恒定温度（或已知温度），称为参考端（自由端或冷端）。

可见热电偶由温差产生的热电势是随介质温度变化而变化，即： Et＝eAB(T)－eAB(T0)；

eAB(T0)—温度为T0处热电势；

eAB(T)—温度为T处热电势。

Et—热电偶的热电势；761、热电偶测温原理第三节热电偶传感器AB1T0T2热电偶示意图ABT0T测量仪表或电路热电偶与测量仪表连接示意图771、热电偶测温原理第三节热电偶传感器热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路 当两个接触端T﹥T0时，回路中会产生热电势热电势两种材料的接触电势单一材料的温差电势781、热电偶测温原理第三节热电偶传感器791、热电偶测温原理第三节热电偶传感器接触电势由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA>NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。801、热电偶测温原理第三节热电偶传感器接触电势其大小可表示为：式中：K—波尔兹曼常数，K＝1.38×10-23

e—电子电荷量e=1.6×10-19C

NA(NB)为A(B)材料的自由电子密度。ABT0T接触电势811、热电偶测温原理第三节热电偶传感器温差电势

同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小与导体的性质和两端的温差有关。821、热电偶测温原理第三节热电偶传感器温差电势

σA—A材料的汤姆逊系数。（表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势）ABT0T温差电势T>T0831、热电偶测温原理第三节热电偶传感器热电偶回路的总热电势电子密度大T>T0841、热电偶测温原理第三节热电偶传感器热电偶回路的总热电势⑷几点讨论①如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。②组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但是两结点的温度相同也不会产生热电势。③由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端温度T0恒定时，产生的热电势在一定的温度范围内仅是热端温度T的单值函数。85热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。当T0=0℃时，f(T0)=c则有：E与T之间有唯一对应的单值函数关系，因此就可以用测量到的热电势E来得到对应的温度值T，热电偶热电势的大小，只是与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。1、热电偶测温原理第三节热电偶传感器热电偶回路的总热电势862、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器1）匀质导体定律2）中间导体定律3）连接导体定律872、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器匀质导体定律由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。热电偶必须采用两种不用材料的导体组成，热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电极的温度分布无关。如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。882、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器中间导体定律将由A、B两种导体组成的热电偶的冷端（T0端）断开而接入的三种导体C后，只要冷、热端的T0

、T保持不变，则回路的总热电势不变。BT0TABT0TT0AC892、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器中间导体定律T>T0ABT0TT0Cab902、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器中间导体定律推导过程此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料)，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(T0)仪表的入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法也可以是任意的。912、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器连接导体定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。当A与A’，B与B’材料分别相同时中间温度定律922、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器连接导体定律对电极材料的要求：在同样的温差下产生的热电势大，且其热电势与温度之间呈线性或近似线性的单值函数关系；耐高温，抗辐射性能好，在较宽的范围内性能稳定；电导率高、电阻温度系数和比热容小；复制性和工艺性好，价格低廉。932、热电偶的基本定律第三节热电偶传感器连接导体定律例6.3.1用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温度Tn=30℃，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，测量端实际温度为830℃.943、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小得到热端的温度。热电偶的冷端处理和补偿:

当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，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，再考虑将冷端处理为０℃。953、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：1.补偿导线法2.热电偶冷端温度恒温法3.计算修正法4.冷端补偿电桥法963、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：1)补偿导线法组成：补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。热电偶补偿导线功能：其一实现了冷端迁移；其二是降低了电路成本。补偿导线又分为延长型和补偿型两种延长形：补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，用字母“Ｘ”附在热电偶分度号后表示，补偿型：其合金丝的名称化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在100℃以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，有字母“C”附在热电偶分度号后表示.973、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：所谓延长线实际上是把在一定温度范围内（一般为0～100℃）与热电偶具有相同热电特性的两种较长金属导线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，从而消除冷端温度变化带来的影响，即该补偿导线所产生的热电势等于工作热电偶在此温度范围内产生的热电势。B′ABTT0TNTNA′1)补偿导线法983、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：993、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：使用补偿导线时注意问题：补偿导线只能用在规定的温度范围内（0-100℃）；热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；补偿导线的正、负极需分别与热电偶正、负极相连；补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。1003、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：2)计算修正法在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0ºC，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。

可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。1013、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：3)热电偶冷端温度恒温法（冰浴法）适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。1023、热电偶的冷端处理和补偿第三节热电偶传感器几种冷端处理方法：4)冷端补偿电桥法利用直流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的变化值。1034、标准化热电偶第三节热电偶传感器标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标准化热电偶1044、标准化热电偶第三节热电偶传感器1054、标准化热电偶第三节热电偶传感器1）铂铑10-铂热电偶（S型）贵金属热电偶。电极线径规定为0.5mm， 正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金 负极（SN）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。 长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽和使用寿命长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。1064、标准化热电偶第三节热电偶传感器2)铂铑30-铂铑6（B型）为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为0.5mm， 正极（BP）和负极（BN）的名义化学成分均为铂铑合金，只是含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。 长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽中；参比端不需进行冷端补偿，因为在0～50℃范围内热电势小于3µV。缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵。1074、标准化热电偶第三节热电偶传感器3）镍铬-镍硅热电偶（K型）使用量最大的廉价金属热电偶，用量为其他热电偶的总和 正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。K型热电偶不能在高温下直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。1084、标准化热电偶第三节热电偶传感器4)镍铬-铜镍热电偶（E型）称为镍铬-康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。 其正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为55%的铜、45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。E型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。

1094、标准化热电偶第三节热电偶传感器标准化热电偶热电势和温度的关系110标准化热电偶的特性第三节热电偶传感器1115、非标准化热电偶第三节热电偶传感器名称热电极材料使用温度范围(℃)过热使用温度范围(℃)特征正极负极钨莱系Wre5、Wre3Wre26、Wre250～23003000适用于还原性、H2及惰性气体。质脆铂铑系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh20300～15001100～160018001800在高温下使用，热电动势小，其它性能与R型相同铱铑系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh601100～20002100适用于真空、惰性气体及微氧化性气氛。质脆镍钼系NiNiMo180～1280/可用于还原性气氛，热电动势大钯铂系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金0～11001300耐磨性能强，热电动势的大小基本上与K型相同镍铬、金铁以Ni-Cr为主的合金含0.07mo1%Fe的合金0～300K/20K以下热电动势比较大，热电动势的线性好银金、金铁含Au为0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金1～40K/热电动势小，受磁场影响1126、热电偶结构型式第三节热电偶传感器为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。

1.普通型装配式结构

2.柔性安装型铠装结构

3.薄膜热电偶1136、热电偶结构型式第三节热电偶传感器普通型装配式结构（a）1—接线柱2—接线座3—绝缘套管4—热电极（b）1—测量端2—热电极3—绝缘套管4—保护管5—接线盒1146、热电偶结构型式第三节热电偶传感器柔性安装型铠装结构测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲，可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击1156、热电偶结构型式第三节热电偶传感器薄膜热电偶这种热电偶的热接点可以做得很小（μm）具有热容量小、反映速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。4123快速反应薄膜热电偶1—热电极;2—热接点;3—绝缘基板;4—引出线1167、热电偶安装注意事项第三节热电偶传感器1.插入深度要求 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线5～10mm。2.注意保温 为防止传导散热产生测温附加误差，保护套管露在设备外部的长度应尽量短，并加保温层。3.防止变形 应尽量垂直安装。在有流速的管道中必须倾斜安装，若需水平安装时，则应有支架支撑。1178、热电偶的应用第三节热电偶传感器118第四节非接触式测温

高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计119第四节非接触式测温1、热辐射基本定理2、光学高温计3、光电高温计4、辐射温度计5、比色温度计120第四节非接触式测温1、热辐射基本定理

辐射换热是三种基本的热交换形式之一(导热、对流)

波长范围：10-3m～10-8m在低温时，物体辐射能量很小，主要发射的是红外线。随着温度的升高，辐射能量急剧增加，辐射光谱也向短波方向移动，在5000C左右时。辐射光谱包括了部分可见光；到8000C时可见光大大增加，即呈现“红热”；如果到30000C时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面的“颜色”来大致判断物体的温度。121第四节非接触式测温1、热辐射基本定理辐射能的分配当物体接受到辐射能量以后，根据物体本身的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。

Q—辐射能单位为焦耳(J)122第四节非接触式测温1、热辐射基本定理物体分类

黑体（绝对黑体）： 照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。透明体： 照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。镜体、白体： 照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现平整光滑，反射具有一定规律，则该物体称之为“镜体”；若反射无一定规律，则该物体称为“绝对白体”或者简称为“白体”。

123第四节非接触式测温1、热辐射基本定理物体分类在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。一般固体和液体的τ值很小或等于零，而气体的τ值较大。对于一般工程材料来讲，τ＝0而α+ρ=1，称为灰体

从传热学角度看，可以人为制造黑体124第四节非接触式测温1、热辐射基本定理热辐射的重要参数①辐射能Q

以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，单位为焦耳(J)。②辐射能通量是辐射能随时间的变化率，又称辐射率：

其单位是瓦特(W)。③辐射强度I

在给定方向上的立体角单元内，离开点辐射源(或辐射源面单元)的辐射功率除以该立体角单元，称为该方向上的辐射强度，其单位为瓦/球面度(W/sr)。125第四节非接触式测温1、热辐射基本定理热辐射的重要参数④辐射出射度M

离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即

(6.4.2)

辐射出射度的单位为瓦/米2(W/m2)。⑤辐射亮度L和光谱辐射亮度表面一点处的面元在给定方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为该方向的辐射亮度L。辐射亮度实际上包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱中某一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐射亮度。126第四节非接触式测温1、热辐射基本定理基尔霍夫定律各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，和物体的性质无关，是物体的温度和发射波长的函数式中：M0(λ,T),M1(λ,T),M2(λ,T)―物体的单色(λ)辐射出射度；

α0(λ,T),α2(λ,T),α2(λ,T)―物体的单色(λ)吸收率。127第四节非接触式测温1、热辐射基本定理基尔霍夫定律若物体A0绝对黑体，那么α0(λ,T)=1，根据基氏定律物体的辐射出射度和吸收率之比等于绝对黑体在同样的温度下，相同波长时的辐射出射度。这是基氏定律的另一种说法。设M(λ,T)为物体A在波长为λ

，温度为T下的辐射出射度。式中，ε称为物体A的单色辐射率，或称为单色黑度系数。它表明了在一定的温度和波长下，物体A的辐射出射度与相同温度和波长下黑体的辐射出射度之比。基尔霍夫定律说明，物体的辐射能力与它的吸收能力是相同的

128第四节非接触式测温1、热辐射基本定理基尔霍夫定律在全波长内，任何物体的全辐射出射度等于单波长的辐射出射度在全波长内的积分式中，A(T)－物体A在温度T下的全吸收率，

M0(T)－黑体在温度T下的全辐射出射度。基氏定律的积分形式为表明了在一定的温度T下，物体A的辐射出射度与相同温度下黑体的辐射出射度之比。一般物体的εT<1，εT越接近1,表明它与黑体的辐射能力越接近。129第四节非接触式测温1、热辐射基本定理黑体辐射定律①普朗克定律(单色辐射强度定律)②维恩公式③斯蒂芬－波尔兹曼定律（全辐射强度定律，也称为四次方定律）130第四节非接触式测温1、热辐射基本定理黑体辐射定律

①普朗克定律(单色辐射强度定律)温度为T的单位面积元的绝对黑体，在半球面方向所辐射的波长为λ的辐射出射度为式中，c―光速；

h―普朗克常数，6.626176×10-34J·s；

k―波尔兹曼常数，1.38066244×10-23J/K；

C1―第一辐射常数，＝3.7418×10-16W·m2；

C2―第二辐射常数，＝1.4388×10-12m·K；

T―绝对温度。公式结构比较复杂，但是它对于低温与高温都是适用的131第四节非接触式测温1、热辐射基本定理黑体辐射定律

②维恩公式理论上说明了黑体在各种温度下能量波长分布的规律

公式简单，但是仅适用于不超过3000K的温度范围

黑体的辐射能力是波长和温度的函数，当波长一定时，黑体的辐射能力（本领）就仅仅是温度的函数，即上式就是光学高温计和比色高温计测温的理论根据

132第四节非接触式测温1、热辐射基本定理黑体辐射定律③斯蒂芬－波尔兹曼定律温度为T的绝对黑体，单位面积元在半球方向上所发射的全部波长的辐射出射度与温度T的四次方成正比。

式中，σ―斯蒂芬－波尔兹曼常数，5.66961×10-3W/(m2·K4)

上式就是辐射式温度计测温的理论根据。全辐射强度定律是单色辐射强度定律在全波长内积分的结果133第四节非接触式测温2、光学高温计

精密光学高温计用于科学实验中的精密测试；

标准光学高温计用于量值的传递，例如，在物质熔点、热容量和相变点的测定中使用。 光学高温计可用来测量800～32000C的高温。 由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。 光学高温计测量的温度称为亮度温度(TL)，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。134第四节非接触式测温2、光学高温计工业用光学高温计分类隐丝式

利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。恒定亮度式

利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。隐丝式光学高温计应用广泛。135第四节非接触式测温2、光学高温计隐丝式光学高温计光学系统 红色滤波片，造成一个较窄的有效波长 吸收玻璃，目的是扩展量程 目镜和物镜是一套光学系统电测系统包括指示仪表、灯泡、电源和调节电阻四部分。光学高温灯泡：标准辐射源 电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平衡电桥式四种。136第四节非接触式测温2、光学高温计WGG2-201型光学高温计1－物镜；2－吸收玻璃；3－灯泡；4－红色滤波片；5－目镜；6－指示仪器；7－滑线电阻；E－电源；K－开关；R1－刻线调整电阻137第四节非接触式测温2、光学高温计亮度温度为了校正光学高温计测量非黑体的温度比真实温度偏低的偏差。定义：当被测物体为非黑体，在同一波长下的光谱辐射亮度同绝对黑体的光谱辐射亮度相等时，则黑体的温度称为被测物体在波长为λ时的亮度温度。左边为非黑体光谱辐射亮度，右边为黑体的光谱辐射亮度138第四节非接触式测温2、光学高温计亮度温度根据维恩公式有对上式两边取对数，并加以整理，得式中，ελT―被测物体在温度为，波长为时的单色黑度系数；

T―被测物体的真实温度；

TL―被测物体的亮度温度。已知物体的单色黑度系数，就可以通过亮度温度求出物体的真实温度。139第四节非接触式测温3、光电高温计光学高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于8000C时，光学高温计对亮度无法进行平衡。光电高温计是在光学高温计测量理论的基础上发展起来的一种新型测温仪表。它采用新型的光电器件，自动进行平衡，达到连续测量的目的。

140第四节非接触式测温3、光电高温计主要特点：①采用光敏电阻或者光电池作为感受辐射源的敏感元件来代替人眼的观察；②采用一参考辐射源与被测物体进行亮度比较，由光敏元件和电子放大器组成鉴别和调整环节，使参考辐射源在选定的波长范围内的亮度自动跟踪被测物体的辐射亮度，当达到平衡时即可得到测量值；③在平衡式测量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有变化，对测量结果影响较小，参考辐射源选用钨丝灯泡，能保持较高的稳定性，因此具有较高的精度和连续测量的特性；④设计了手动值修正环节，可显示物体的真实温度；⑤采用新型光敏元件，测量范围宽，约为200～16000C。141第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理1－物镜；2－同步信号发生器；3－调制镜；4－微电机；5－反光镜；6－聚光镜；7－参比灯；8－探测元件142第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理(1)瞄准光路由物镜对0.5m～处被测物体调焦成像在分划板上。通过目镜组可清晰地观察到被测物体的瞄准部位1－调制镜；2－微电机；3－反光镜；4－可变光阑；5－聚光镜组；6－参比灯；7-目镜组8、9-保护窗；10－物镜；11-入射光瞳；12-衰减玻璃；13－探测元件；14-滤光片；15-保护光阑；16-分划板；17－透镜玻璃；18-出射光阑；19-保护玻璃143第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理物镜将被测物体的辐射能量会聚，经过衰减玻璃及与物镜光轴成450角的调制镜的反射，进入视场光阑孔中，由探测元件接收。(2)检测光路144第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理(3)参比光路参比灯辐射的能量经聚光灯组会聚后，通过可变光阑，由反射镜反射，再穿过调制镜叶片的空间，进入视场光阑孔中，经滤波片也由探测元件接收。 随电机高速转动的调制镜，对两路辐射通量作切换调制，使其交替被探测元件接收。 在参比光路中的可变光阑用作黑度系数的手动修正。

145第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理

仪器的工作光谱范围由光学系统和探测元件决定。 量程范围在400～8000C及以下各量程，采用硫化铅光敏电阻作探测元件，并配合锗滤光片。光谱范围短限由锗滤光片确定，长限由光学玻璃材质的物镜确定，约在1.8～2.7。峰值由探测元件确定，约为2.5。 量程范围600～10000C及以上各量程，采用硅光电池作探测元件，并配合HB850有色玻璃滤光片。光谱范围的短限也由滤光片确定，长限和峰值由探测元件确定。光谱范围约在0.8～1.1，峰值约为0.95，均在红外线波长范围内。146第四节非接触式测温3、光电高温计WDL-31型光电高温计的工作原理 仪器的量程范围用光学衰减的方式改变。 各种量程都保持参比灯工作电流在某一固定范围内变化，即在量程上限时工作电流不超过250mA。 对于低温量程，将参比灯的辐射能量衰减； 对于高温量程，则将被测辐射能量进行衰减。 探测元件为硫化铅光敏电阻时，衰减玻璃选用GRB1隔热玻璃。探测元件为硅光电池时，采用LB6绿色玻璃。147第四节非接触式测温4、辐射温度计根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的。

组成：辐射感温器和显示仪表两部分 可用于测量400～20000C的高温，多为现场安装式结构。为适应现场高温环境的要求，可在辐射感温器外加装水冷夹套。辐射高温计测量的温度称为辐射温度，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。

148第四节非接触式测温4、辐射温度计149第四节非接触式测温4、辐射温度计热电堆结构和补偿光阑(a):1－云母基片；2－受热靶面；3－热电耦丝；4－引出线(b):1-补偿片；2-双金属片150第四节非接触式测温4、辐射温度计WFT-202型辐射感温器结构1－物镜；2－外壳；3－补偿光阑；4－座架；5－热电堆；6－接线柱；7－穿线套；8－盖；9－目镜；10－校正片；11－小齿轴151第四节非接触式测温4、辐射温度计辐射温度

对于辐射式温度计，它是以绝对黑体的辐射能为基准对仪器进行分度的，所以仪器测出的值称为辐射温度。 辐射温度的定义：黑体的总辐射能等于非黑体的总辐射能时，此黑体的温度即为非黑体的辐射温度。根据全辐射强度定理，总辐射能相等，则有：因为非黑体εT<1，则TF<T因此用辐射温度计测出的温度要比物体的真实温度低。152第四节非接触式测温4、比色温度计

原理：通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度。

特点：准确度高，响应快，可观察小目标(最小可到2mm)。 因为实际物体的单色黑度系数和全辐射黑度系数的数值相差很大，但是对同一物体的不同波长的单色黑度系数和来说，其比值的变化却很小。所以用比色温度计测得的温度称为比色温度，它与物体的真实温度很接近，一般可以不进行校正。153第四节非接触式测温4、比色温度计154第四节非接触式测温4、比色温度计原理结构155第四节非接触式测温4、比色温度计

比色温度定义：黑体辐射的两个波长λ1和λ2的光谱辐射亮度之比等于非黑体的相应的光谱辐射亮度之比时，则黑体的温度即为这个非黑体的比色温度TS。对于温度为的黑体，在波长为λ1和λ2时的光谱辐射亮度之比为

取对数后有156第四节非接触式测温4、比色温度计

比色温度可以简化为根据式(6.4.17)可以得到可进一步求出物体的真实温度与比色温度的关系式中对于灰体来说，由于ελ1T

＝ελ2T

，所以T＝TS，这就是比色温度计的最大优点157第四节非接触式测温5、集成传感器工作原理：这种传感器是利用PN结的伏安特性与温度之间的关系研制成的一种固态传感器；它将温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上。特点：使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；但不足的是测温范围较小、使用环境有一定的限制。应用：远距离的精密温度遥感与遥测；多点温度测量系统。一般与计算机组成温度测控系统。分类：电压型:LM34/