建筑环境测试技术

建筑环境测试技术第一页，共一百三十四页，2022年，8月28日23.1概述

3.2膨胀式温度计3.3

热电偶温度计3.4

热电阻测温3.5接触式测温方法3.6非接触测温3.7集成性传感器测温主要内容第二页，共一百三十四页，2022年，8月28日33.1概述一.什么是温标？

衡量温度的标准尺度。譬如规定什么样的温度是150℃，什么样的温度是200℃。温标三要素：温度计、固定点和内插方程（或称为三个基本条件）。

国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、国际实用温标、摄氏温标、华氏温标。第三页，共一百三十四页，2022年，8月28日1.摄氏温标：1740年瑞典人摄氏(celsius)。水银体膨胀是线性；标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度，标记为℃。

2.华氏温标：1714年德国人法伦海脱（Fajrenheit）以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度，中间等分为212份，每一份为1度记作℉。称为华氏温标。第四页，共一百三十四页，2022年，8月28日3.热力学温标第五页，共一百三十四页，2022年，8月28日假设一标准热源热力学温度为100K，热力学温标如何规定300K的温度？拿标准热源作为低温热源，另一热源作为高温热源，让一卡诺热机在两热源之间运转，如果从高温热源吸收的热量Q1与向标准热源放出的热量Q0之比等于3，那么高温热源温度等于300K。现实中热力学温标是应用气体特性方程实现的。理想气体的P、V、T之间的关系式为：（气体定容温度计）第六页，共一百三十四页，2022年，8月28日7

4、国际温标ITS-90指导思想:应尽量与热力学温标接近，温度的复现性要好。

内容：

①.定义了固定点，共有17个。(见附录2)

②.规定不同区域内的基准仪器。③.建立基准仪器示值与国际温标之间的插补公式。国际实用温标指出，热力学温度为基本物理量，规定水的三相点温度为273.16，单位为k，1k的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16，由于摄氏温标将冰点定义为0℃，而冰点比水的三相点低0.01k，那么冰点温度为273.15k，即单位℃。第七页，共一百三十四页，2022年，8月28日二、温度测量方法及测量仪表的分类1、温度测量方法的分类玻璃管液体温度计固体膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法第八页，共一百三十四页，2022年，8月28日9

1、接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对象的温度。

优点：直观、可靠。缺点：①存在负载效应。②受到测量条件的限制，不能充分接触，使检测元件温度与被测对象温度不一致。③热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。（动态误差）2、非接触法测温：检测部分与被测对象不直接接触，所以不破坏原有温度场。通常用来测量1000℃以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。

第九页，共一百三十四页，2022年，8月28日防爆热电阻温度传感器第十页，共一百三十四页，2022年，8月28日装配式热电偶室外温度传感器第十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.2膨胀式温度计1.基本概念

膨胀式温度计：利用物体受热膨胀原理制成的温度计。主要有液体膨胀式、固体膨胀式和压力式温度计三种。第十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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一.玻璃管液体温度计

(1).工作原理利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分。液体可为：水银、酒精、甲苯等。当温度超过300℃时，应采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃。

液体膨胀式温度计第十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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液体膨胀式温度计：式中：—分别为工作液体在0℃及温度为t1、t2时的体积；—分别为工作液体和玻璃的体膨胀系数。

第十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日(2).用途标准温度计实验室、工业用温度计电接点式温度计玻璃棒温度计第十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日第十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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(3).误差分析玻璃材料有较大的热滞后效应。温度计插入深度不够将引起误差。玻璃管温度计测温误差修正式中：—漏出液体部分的温度修正值（℃）；

—漏出液柱部分所占的刻度数（℃）；—工作液体对玻璃的相对膨胀系数（1/℃）；—温度计的指示值（℃）；—漏出液柱部分所处的环境温度（℃）。某水银温度测量水温为90℃，插入处刻度为10℃，环境温度为10℃，则测量误差为？第十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日非线性误差工作液的迟滞性读数误差(4).玻璃管液体温度计使用注意事项温度计与被测介质应接触足够长的时间，以使温度计与被测介质达到热平衡。读数时，视线应与标尽垂直，并与液柱于同一水平面上，手持温度计顶端的小耳环，不可触摸标尺。第十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.3.压力式温度计

(1).工作原理与结构形式原理压力式温度计是利用密封系统中工作介质的压力随温度变化来测温，通过测量工作介质的压力来判断温度值。分类按所充工作介质相态分气体、液体、蒸汽；按功能分：指示式、记录式、报警式和温度调节式等。组成：

温包、毛细管、感压元件（弹簧管、波纹管等）。第十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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(2).使用方法与特点对毛细管采取保护措施，防止损坏；注意安装方式与位置对精度的影响。特点：结构简单，价格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。由于受毛细管长度的限制，一般工作距离不超过60m，被测温度-55~550℃。

第二十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

213.4.固体膨胀式温度计(一).类型及工作原理

利用固体受热膨胀原理制成的温度计。1.杆式温度计

利用固体（一般采用膨胀系数较大的金属）材料构成。第二十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

222.双金属温度计它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固地结合在一起制成。第二十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.3热电偶温度计

1.基本概念热电温度计以热电偶作为测温元件，测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度的一种温度计。

热电效应

将两种不同材料的导体或半导体组成一个闭和回路，如果两端点的温度不同，则回路中将产生一定大小的电流，这个电流的大小同材料的性质以及节点温度有关，上述现象称为热电效应。这个现象是1821年Seebeck发现的故又称为塞贝克效应。

第二十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2.热电偶热电偶是一种换能器，它将热能转化为电能，用所产生的热电动势测量温度。该电动势实际上是由接触电势（珀尔帖电势）与温差电势（汤姆逊电势）所组成。第二十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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接触电势（珀尔贴电势）当两种不同的导体接触时，由于两者有不同的电子密度而产生的电势。珀尔帖电势或接触电势：图接触电动势第二十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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温差电势（汤姆逊温差电势）A导体和B导体所产生的温差电势：图3.33温差电势第二十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电偶回路中总热电势第二十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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闭合回路的总热电势图3.3.4热电偶闭合回路的总热电势第二十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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结论

1）凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热电偶；2）热电偶产生的热电势在热电极材料一定时，仅决定测量端和参考端的温度，而与热电极的形状和尺寸无关；3）热电偶参考端的温度必须保持恒定，最好保持0℃。第二十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.热电偶的基本定律

利用热电偶来检测温度，必须引入变换器和显示器。

第三十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电偶均质导体定则

由同一均质导体（电子密度处处相同）组成的闭合回路中，不论导体的截面、长度以及温度分布如何，均不产生热电势。●由均质定律知：如果热电偶的两电极是由两种均质导体组成，那么热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，与热电极的中间温度分布无关。即两种材料相同的热电极不能构成热电偶。当热电偶两端的温度相同时，也不会产生热电势。●检验热电偶丝的均匀性。

第三十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第三种导体相连接的两端温度相同，接入第三种导体后，对热电偶回路中的总热电势没有影响。

图3.3.5热电偶回路接入第三种导体第三十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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证明：

第三十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日ABCDEFT1T1T1T1T2T2?思考题六种不同的导体组成如图回路，写出回路中总的热电势。第三十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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●结论：1）根据这一定则，可以在热电偶回路中引入各种仪表、连接导线等；2）利用这一定则，可推导出参考电极定则，即采用同一参考电极（纯铂丝）与各种不同材料组成的热电偶，以测其热电特性，然后再利用这些特性组成各种配对的热电偶—研究、测试热电偶通用方法。

第三十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电偶的中间温度定律

热电偶在两接点温度为T、T0时热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T、TN时TN、T0时相应热电势的代数和。如果T0=0℃，则上式变为：

各种热电偶分度表都是在冷端0℃制成的。

第三十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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结论：热电偶分度表中冷端温度为0℃，在实际测量中若热电偶的冷端温度为20℃，则可应用中间温度定律进行计算。

举例：用铂铑10—铂热电偶测温，冷端温度为25℃，输出电势为0.668mV，试求被测对象的温度。查表得被测温度为122℃。第三十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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4.热电偶的结构和标准比

根据热电偶结构不同，分为铠装式热电偶和薄膜式热电偶。铠装式热电偶

1）热电极：贵金属d=0.3~0.65mm；廉金属d=0.5~3.2mm；L=350~2000mm；2）绝缘套管：普通陶瓷（<1000℃）；高纯氧化氯（<1300℃）；刚玉（<1600℃）。3）保护套管；4）接线盒第三十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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薄膜式热电偶

采用化学涂层或真空蒸镀工艺将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶，其热端极点大约0.01~0.1μm，非常薄。它适合表面温度的快速测量，反应时间数ms。

第三十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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1）补偿导线法在一定温度范围内，采用与配用热电偶的热电势特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线作为补偿导线，使冷端的变化不再影响读数。若℃，仪表对应着热端的实际温度；若℃，则要进行补偿与修正。图补偿导线法3.5热电偶测温系统第四十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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如果在范围内，某对廉价导线的热电性能与贵金属热电偶相同，则可以用这对导线代替从点到点一段的热电偶线，而不影响热电偶的热电势值，同时降低热电偶测量成本。

第四十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

42表3.3.2常用补偿导线

补偿导线型号配用热电偶分度号补偿导线合金丝绝缘层着色100℃时允差(℃)200℃时允差(℃)正极负极正极负极普通级精密级普通级精密级SCSSPC(铜)SNC(铜镍)红绿±5±3±5－KCKKPC(铜)KNC(铜镍)红蓝±2.5±1.5－－KXKKPX(镍铬)KNX(镍硅)红黑±2.5±1.5±2.5±1.5EXEEPX(镍铬)ENX(铜镍)红棕±2.5±1.5±2.5±1.5JXJJPX(铁)JNX(铜镍)红紫±2.5±1.5±2.5±1.5TXTTPX(铜)TNX(铜镍)红白±2.5±1.5±2.5±1.5第四十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

43按结构分：普通补偿导线，由线芯、绝缘层与保护套组成；蔽层补偿导线，它是在普通型外再加一层金属屏蔽网。按补偿原理分：补偿型补偿导线（第二个字母为C），价格便宜，只能在一定温度范围内与热电偶的热电性一致。延伸型补偿导线（第二个字母为X），其材质和所配用热电偶相同，价格较高。注意：一种类型的补偿导线只能同相应的热电偶配套使用，且有正负极，极性不能接反。第四十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

442）计算修正法：利用热电偶的中间温度定律

例：用镍铬-镍硅热电偶测温，冷端Tn=25℃，EAB(T,Tn)=40.347mV，求被测对象的实际温度。●由分度表知：EAB(25℃,0℃)=1mVEAB(T，0℃)=40.347+1.00mV＝41.347mV由分度表知，T＝1002℃

第四十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

453）冷端恒温法①.把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终温度0℃：精度高，多用于实验室；②.把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内，并维持一恒定温度，适于工业应用。

第四十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

464）.补偿电桥法利用电桥不平衡原理，桥臂热电阻随温度变化，产生补偿电压V●R1=R2=R3=1Ω与温度无关；●热电阻20℃，RCU=1Ω，Vab=0；环境不等于20℃，电桥失去平衡，产生电势Vab与E(Tn,T0)相等，叠加补偿；●电桥又叫毫伏发生器；●使用时，注意零点是20℃。

第四十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

47热电偶的校准和误差

1）.热电偶的校准：为了保证热电偶测量精度，一定要定期校准或检定。●校准：按照误差要求定出检定点（一般比规定的检定点更加细分），检定之后给出检定点的误差值，供热电偶测量时进行校准。●检定：按照规程规定的热电偶的检定点进行检定（表3.3.3,），给出合格与不合格的检定结果。

第四十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

48表3.3.3热电偶的检定点检定方法有比较法和定点法。工业上应用较多的是比较法。它是用被叫校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较二者示值，以确定被检热电偶的基本误差等质量指标。

热电偶名称检定点(℃)铂铑-铂

600

800

10001200(±10℃以内)镍铬-镍硅

400

600

8001000(同上)镍铬-考铜

300400(或500)

600

(同上)第四十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

49工业和实验室都用管状炉作为检定热电偶的基本装置，如所示。图热电偶的检定方法注：1.调压变压器；2.管式电炉；3.标准热电偶；4.被检热电偶；5.冰点槽；6.切换开关；7.直流电位差计；8镍块；9.试管。

第四十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

502）热电偶测量误差①.热电偶分度误差；②.冷端温度变化引起的误差；③.补偿导线与热电偶的热电特性不完全相同带来的误差；④.热电极变质产生的误差；⑤.绝缘不良引起的误差；⑥.二次仪表的基本误差

第五十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

51热电偶变送器热电偶不能单独构成测温仪表，它只是一种测温元件，常将热电偶测温元件统称为热电偶温度传感器，简称温度传感器。

图3.3.11热电偶变送器第五十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

52变送器可与温度传感器制成一体化结构，体积很小，可装在铠装热电偶的接线盒内或就近安装。变送器的信号线一般为二线制，连接热电偶的导线既是电源线又是信号线。变送器将热电偶测温信号转化为标准信号，4～20mA，DC信号。第五十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.4热电阻测温1.基本概念

电阻温度计：利用导体或半导体的电阻率与温度的特性，制成电阻温度感温元件，与测量电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。电阻温度计的优点：测温准确度高、测量宽（-200℃～600℃）、信号便于传送。电阻温度计的缺点：不能测量太高的温度、需外电源供电、连接导线的电阻易受环境温度的影响。

第五十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2.热电阻测温原理

对于一个给定电阻，其电阻值是温度的单值函数，因而可以通过测量电阻值来推算温度。第五十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.热电阻的特性

电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化1℃时的电阻相对变化量，单位为1/℃。

式中：

—在t~t0温度范围内的平均电阻温度系数；—t℃时的电阻值；—t0℃时的电阻值。

第五十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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令t=100℃，t0=0℃，则有：

实际上一般导体的电阻与温度的关系不是线性的。●金属导体电阻温度系数一般为正值,纯金属一般为0.38～0.68%，金属纯度越高，其电阻温度系数越大；●半导体材料的电阻温度系数一般为负值；●可表示相对灵敏度。第五十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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电阻比电阻比是表征热电阻材料的纯度及某些内在特性。的参考文档为273.16K。值越大，电阻丝的纯度越高，∴铂电阻温度计的铂纯度用电阻比表示。

热电阻的电阻值与温度关系特性表示方法

1）作图法；2）函数表示法；3）分度表示法（电阻-温度对照表）。

第五十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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4.常用热电阻：铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻与半导体热敏电阻

铂热电阻：特点：准确度高，稳定性好、性能可靠、有较高电阻率，广泛应用于基准、标准化仪器中，是目前测温复现性最好的一种。使用范围：-200～850℃，在90年国际温标中规定平衡氢三相点13.8k到银凝固点961.78℃标准仪器应用铂电阻。第五十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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电阻纯度：W（100）=1.3850规格型号：Pt100、Pt10、Pt1000。结构：电阻丝、绝缘管、保护套管、接线盒铂热电阻的特性方程：电阻值与温度之间近似线性。1）当温度t为一200℃≤t≤O℃时：

2）当温度t为O℃≤t≤650℃时：第五十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

60

铜热电阻：

特点：线性度高、电阻温度系数高、价格便宜、电阻率低、易氧化。使用范围：-50～180℃。铜热电阻的特性方程：第六十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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镍热电阻：

特点：比铂热电阻大使用范围：-50~150℃。镍热电阻的特性方程：

铂热电阻还可以用来制造精密的标准热电阻，而铜和镍只作工业热电阻。

第六十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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半导体热敏电阻：

特点：随着温度的增高阻值降低，具有负的温度系数，电阻值随温度按指数曲线变化，如图。测温范围：-40～350℃。热敏电阻的温度系数与温度成反比：

热敏电阻的特性方程：不是线性。

第六十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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与金属热电阻比较的特点：①电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为-（3～6）%，金属热电阻约为0.4～0.6%。②电阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计。③结构简单，体积小，可用于测量点温度。④热惯性小，价格低廉，可用于恶劣环境。⑤工艺和互换性差，非线性。

第六十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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5.特殊热电阻

铠装热电偶。薄膜热电偶：-50～600℃，适于表面狭小区域、快速测温及需要高阻值的场合。厚膜铂热电偶阻：适用于表面、机械振动的场合。

第六十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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6.热电阻测温电路

平衡电桥测温

1）原理：当值变化时，桥路平衡被破坏，检流计G偏转，这时改变值，使电桥重新达到平衡，G指零。则有，∴∵已知的固定电阻，∴被测电阻与成正比，沿设标尺，则触头位置读出被测电阻值，在换算成被测温度。第六十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）.特点：①.热电阻与滑线电阻相邻，能得到线性装换；②.基示零值法，具有较高的测量精度；③.电源一般不影响测量结果；④.采用三线接法，可把环境温度附加温差减少到最小。

第六十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3）三线连接法的测温平衡电桥当电桥平衡时：

图3.4.3三线连接法的测温平衡电桥第六十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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不平衡电桥测温

1）原理：当被测温度为下限值（相应于）时，电桥恰好处于平衡状态，测量对角线的电流。当（）时，电桥平衡被破坏，，且随着和偏差的加大，值也加大，推导出和的关系，根据的大小即可判断被测温度值。图三线连接法的测温不平衡电桥第六十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）特点●连续自动显示，结构简单，价格便宜；●Rt与I成非线性关系；●电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源；●三线制可抵消引线电阻对测量的影响，应用极广。第六十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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有源四线制热电阻测温

采用恒流源供电四线制电路，其中两根引线为热电阻提供恒流源I，在热电阻上产生电压降低，通过另两根引线引至电位差计或电压表进行测量。特点：高精度，完全消除引线电阻的影响。

图有源四线制热电阻测温第七十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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5.特殊热电阻

铠装热电偶。薄膜热电偶：-50～600℃，适于表面狭小区域、快速测温及需要高阻值的场合。厚膜铂热电偶阻：适用于表面、机械振动的场合。

第七十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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6.热电阻测温电路

平衡电桥测温1）原理：当值变化时，桥路平衡被破坏，检流计G偏转，这时改变值，使电桥重新达到平衡，G指零。则有，∴∵已知的固定电阻，∴被测电阻与成正比，沿设标尺，则触头位置读出被测电阻值，在换算成被测温度。

第七十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）特点：①热电阻与滑线电阻相邻，能得到线性装换；②基示零值法，具有较高的测量精度；③电源一般不影响测量结果；④采用三线接法，可把环境温度附加温差减少到最小。

第七十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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当电桥平衡时：

3）三线连接法的测温平衡电桥图3.4.3三线连接法的测温平衡电桥第七十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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不平衡电桥测温1）原理：当被测温度为下限值（相应于）时，电桥恰好处于平衡状态，测量对角线的电流。当（）时，电桥平衡被破坏，，且随着和偏差的加大，值也加大，推导出和的关系，根据的大小即可判断被测温度值。

图三线连接法的测温不平衡电桥第七十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）特点：●连续自动显示，结构简单，价格便宜；●Rt与I成非线性关系；●电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源；●三线制可抵消引线电阻对测量的影响，应用极广。第七十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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有源四线制热电阻测温采用恒流源供电四线制电路，其中两根引线为热电阻提供恒流源I，在热电阻上产生电压降低，通过另两根引线引至电位差计或电压表进行测量。特点：高精度，完全消除引线电阻的影响。

图有源四线制热电阻测温第七十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电阻变送器1）热电阻制成各种规格的传感器，作为测量系统的测温元件。2）将热电阻传感器的测温信号，通过转换电路→标准信号：4~20mA，DC→传输。3）变送器由电阻-电压转换、线性化处理、电压-电流转换电路三部分组成。

第七十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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变送器可与温度传感器制成一体化结构，体积很小，可装在铠装热电偶的接线盒内或就近安装。变送器的信号线一般为二线制，连接热电偶的导线既是电源线又是信号线。

图3.4.6热电偶变送器接线第七十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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7.热电阻的校准

使用前和使用之后应定期校准。比较法式中：—分别为直流电位差计测量恒电流流过热电阻和标准电阻的电压降。

第八十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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缺点：所用恒温的规格多，一般实验室不具备。

图比较法热电阻校准第八十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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两点法该法可克服比较法的缺点。工业电阻温度计可用两点法校准，即只校准和两个参数，只需冰点槽和水沸点槽。分别在两个槽中测得被校标准化电阻温度计的和，再检查值和比值是否满足技术数据要求。

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8.热电阻的选择与误差

热电阻的选用原则

1）测温范围满足使用要求；2）测温准确度：既满足测量要求，准确度又适宜；3）成本：在满足准确度和寿命下，愈低愈好；4）满足测温环境的要求。

第八十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电阻传感器的安装

1）测点布置应避免死区；2）有良好的换热条件；3）减少与其周围物体的散热；4）便与维修。

第八十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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热电阻测温系统的误差

1）热电阻温度计测量准确度比热电偶高；2）应特别注意线路电阻的影响，测准导线电阻，再绕制线路调整电阻，使线路总电阻等于规定值（5Ω或15Ω）；3）采用三线制，克服环境温度变化影响，或者将传感器与变送器一体化。

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3.5接触式测温方法

1.流体温度测量

测量管道或容器内流体介质温度，温度传感器内一般都安装在保护套管内，应考虑保护套管给温度测量带来的误差。

温度传感器的导热误差图接触式测温测温管道内外温度分布第八十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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导热误差公式：式中：—传感器测量的温度（℃）；—管道内流动介质的温度（℃）；—传感器外露部分的环境温度（℃）。（）式只能作定性分析，不能作为误差修正计算。

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减少误差的措施

1）正确安装温度传感器

图温度传感器管道安装（a）垂直安装；（b）倾斜安装；（c）弯头处安装；（d）扩大管安装第八十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）做好保护管外露部分保温；3）传感器工作端应位于管道中流速最大的地方；4）要有足够的插入深度；5）管径d<80mm，则应安装扩大管；6）迎着流体流动方向沿管道中心插入安装；7）选择d小，导热性差的保护套管。

第八十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2.高温气体温度测量

被测气体温度高，温度传感器与容器壁的辐射换热不能忽视。尤其是当二者温差较大时，会使读数误差加大。辐射引起的测温误差

辐射测温误差：传感器与周围物体的辐射引起的测温误差。辐射测温误差（忽略导热和其他误差）

第九十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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式中：—测温指示值（℃）；—被测气体温度（℃）；—容器壁温度（℃）；—系统黑度；—黑体辐射常数，；

—对流传热系数。

第九十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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减少辐射误差的措施1）.不宜安装在温差较大的场合，否则应在传感器顶端加装遮热罩；2）.尽量减少遮热罩内表面的辐射率；3）.保护管机械强度高，耐腐蚀；4）.保护保护管表面干净无尘。

第九十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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5.壁面温度测量

固体内部和表面存在温度梯度，温度传感器容易改变表面的热状态而产生误差。

图3.5.3壁面温度测量第九十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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传感器与被测壁面有3种接触方式：点式、薄片式、针式。●等温线接触：将连接传感器的导线沿被测表面敷设至少20倍线径的距离；●实际安装时最好将传感器敷设在被测壁面内。

图点接触测温（a）点式；（b）薄片式；（c）针式第九十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日953.6

非接触测温测量运动物体的温度和极高温度应采用非接触式测温。非接触式测温：利用被测环境或被测物体的光学辐射原理或红外辐射进行的温度测量。

分类：1）.光学辐射式高温计：单色光学高温计、光电高温计、全敷设高温计、比色高温计。2）.红外辐射仪：全红外辐射仪、单红外辐射仪、比色仪。第九十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日96测温特点：不接触，不破坏温度场，不受腐蚀，不要达到热平衡，动态特性好。一.热辐射测温的基本原理1.绝对黑体的单色辐射强度2.维恩公式3.普朗克公式的函数曲线（）

（）

第九十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日971）.K↑，↑，曲线的峰值随K↑而向较短方向移动；2）.峰值处和温度T之间的关系符合维恩位移定律。图3.6.1辐射强度与波长和温度的关系曲线第九十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日984.绝对黑体的全辐射定律波长λ从0～∞的全部辐射能量的总和式中：—斯蒂芬-玻耳兹曼常数，等于5.67×10-12；5.灰体如果物体的辐射光谱是连续的，而且它的单色辐射强度和同温度（）

第九十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日99

图3.6.2波长λ=0.65μm时单色辐射强度和全辐射能量与温度的关系曲线下的绝对黑体的相应曲线相似（即在所有波长下（的常数），则该物体叫“灰体”，叫辐射率或黑度系数。6.与随T变化的曲线第九十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日100

二.单色辐射高温计1.原理：普朗克公式中，与温度呈单值函数关系，且的增长速度比温度增加的速度快得多，据该原理制作的叫单色辐射高温计。2.高亮温度（）：在波长为的单色辐射中，若物体在温度时的高亮度和绝对黑体在温度为时的亮度相等，则把绝对黑体温度叫做被测物体在波长时的亮度温度。3.被测物体的实际温度和亮度温度第一百页，共一百三十四页，2022年，8月28日101

式中：

—黑体系数。4.光学温度灯丝隐天式光学高温计是典型的单色辐射光学高温计，准确度最高。原理：根据被测物体光谱对亮度随温度升高而增加，采用亮度比较法测温。WGGZ-322型光学高温计：光学系统、电测系统组成。第一百零一页，共一百三十四页，2022年，8月28日102

图3.6.3WGG2-323型光学高温计原理图1－物镜；2－吸收玻璃；3－高温计灯泡；4－目镜；5－红色滤光片；6－显示仪表；7－滑线电阻；K－开关；E－干电池第一百零二页，共一百三十四页，2022年，8月28日103

图3.6.4灯丝亮度调整图（a）灯丝太暗；（b）灯丝太亮；（c）隐丝（正确）5.光高度计在光学高度计的基础上发展起来的。自动平衡亮度自动连续记录。它用光电器件作为仪表的敏感元件，替代人眼查看亮度的变化，并将亮度转换成电信号，经电子放大器放大后，输出与被测温度相应的示值并自动记录。第一百零三页，共一百三十四页，2022年，8月28日104图3.6.4WDL型光电高温计的工作原理图（a）工作原理示意图；（b）光调制器1－物镜；2－光栏；3，5－孔；4－光电器件；6－遮光板；7－调制片；8－永久磁铁；9－激磁绕组；10－透镜；11－反射镜；12－观察孔；13－前置放大器；14－主放大器；15－反馈灯；16－电位差计；17－被测物体第一百零四页，共一百三十四页，2022年，8月28日105

6.使用单色高温辐射高温计的注意事项1）.非黑体辐射的影响；2）.中间介质的影响；3）.对被测对象的限定。光学高温计因受被测物体黑度的影响，且测量准确度比热电偶，热电阻低，同时构造复杂。价格昂贵，不能测物体内部点的温度，∴使用受到限制。三.全辐射高温计第一百零五页，共一百三十四页，2022年，8月28日106

根据全辐射定律（）制作的温度计，当知道黑体的全辐射能量后，就可知道温度。1.构造与原理图3.6.6全辐射高温计示意图1.物镜；2.光栏；3.玻璃泡；4.热电堆；5.灰色滤光片；6.目镜；7.铂箔；8.云母片；9.显示仪表第一百零六页，共一百三十四页，2022年，8月28日107

2.辐射温度1）.全辐射高温计按绝对黑体对象进行分度，用它测量黑度为的实际物体温度时，其示值并非真实温度，而是被测物体的辐射温度；2）.辐射温度定义：温度为的物体，其全辐射能量等于温度为的绝对黑体辐射体能量时，则温度叫做被测物体的辐射温度；第一百零七页，共一百三十四页，2022年，8月28日108

全辐射能量E等于温度为的绝对黑体全辐射能量时，辐射温度与物体温度的关系：

3.注意点1）.应尽可能准确地确定被测物体的；2）.距离L/被测物体直径D之比有一定的限制；3）.环境温度不宜太高。（）第一百零八页，共一百三十四页，2022年，8月28日109四.比色高温计1.概念1）.光学温度计和全辐射高温计是目前常用的辐射式高温计，但它们共同的缺点是：受实际物体辐射率的影响和辐射途径上各种介质选择性吸收辐射能的影响；2）.根据维恩位移定律可解决上述问题；3）.测温原理：当温度增加时，绝对黑体的最大单色辐射强度向波长减少的方向移动，使在波长和下的亮度比随温度而变化，测量亮度比的变化即可知相应的温度。第一百零九页，共一百三十四页，2022年，8月28日110比色高温计的测温原理：

上式中和是规定值，当知道在此两波长下的亮度比，就可求出被测黑体的。2.比色温度：若温度为的实际物体的两个波长下的亮度比值与温度为的黑体在同样波长的亮度比值相等，则把叫做实际物体的比色温度。第一百一十页，共一百三十四页，2022年，8月28日111实际物体温度为与实际物体比色温度的关系：式中分别为实际物体在时的光谱辐射率，如已知和就可求出温度值。3.比色温度计工作原理按光和信号检测方法可分为两类：第一百一十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日1121）.单通道式：一个光电检测元件（如硅光电池），光度变换输出值较稳定，但动态品质较差；2）.双通道式：结构简单，动态性好，但准确度和稳定性较差。图3.6.7单通道光电比色高温计原理图1一物镜；2一通孔成像镜；3一调制盘；4一同步电动机；5一光电检测器；6一目镜；7一倒像镜；8一反射镜第一百一十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日113五.红外温度计及红外热像仪1.基本概念1）.辐射式温度计向中温范围（0～700℃）延伸则需要采用红外辐射测温技术。2）.光的概念可见光：包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种，其中红、绿、蓝三基色按不同比例组分可形成上述七色光。不可见光：按波长由长到短可分为：无线电波（长波、短波、雷达波、甚高频电波、微波）、远红外线、红外线（可见光）、紫外线、X射线、射线。第一百一十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日114红外线波长范围：0.78～100μm大气窗口：只有三个红外波段（1～2.5μm，3～5μm，8～13μm）的红外辐射能透过大气向远处输送。这三个波段被称为“大气窗口”，红外测温系统在3～5μm，8～13μm两个波段内工作。3）.根据普朗克定律，任何物体只要温度高于绝对零度都会因为分子的热运动而辐射红外线，发出的红外辐射能量与物体绝对温度的四次方成正比。

通过红外探测器将物体辐射的功率信号装换成电信号后，经放大器和处理电路按照仪器内部的算法和目标辐射率校正后转变为被测目标的温度值。第一百一十四页，共一百三十四页，2022年，8月28日1152.红外温度计图3.6.8红外温度计原理图1-物镜；2-滤光片；3-调制盘；4-微电机；5-反光镜；6-聚光镜；7-参比灯；8-红外探测器第一百一十五页，共一百三十四页，2022年，8月28日116

红外温度计体积小，使用方便，测温精度±0.5℃（-10～+50℃）～±2.0℃（-30～+100℃），距离系数（被测目标距离/光学目标距离）为5：1。第一百一十六页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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3.红外热像仪1）红外温度计测的是物体表面某点周围非常小的面积的平均温度，而红外热像仪可测量物体表面的温度分布。

图3.6.9焦平面热像仪成像机理简图1-被测物体2-物镜3-外壳4-焦平面探测器

图3.6.10焦平面热像仪外形结构图1-物镜2-取景器3-LCD显示器4-外壳第一百一十七页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）.焦平面红外探测器分制冷型和非冷型两大类。3）.特点：与红外点温仪相比，具有测量面积大，测量速度快，表现直观，能测表面温度分布。测量误差±2℃，温差测量精度是所有测温仪表中最高。距离系数2：1～300：1。图3.6.11非制冷型红外焦平面热像仪工作原理第一百一十八页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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4.红外温度计及红外热像仪的应用二者统称为红外测温仪。1）.红外测温仪测量目标温度有两种方法：①直接测量法：利用测温仪内部的基准黑体，在不使用外界温度参考体情况下测量目标温度。简单，但精度难以保证；②对比测量法：利用已知温度和辐射率的外界温度参考体来测量目标温度值。精度高。

第一百一十九页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）.实际测量外界因素的影响①太阳和背景辐射的影响；②物体辐射率的影响；③风速的影响；④合理确定距离系数；⑤确定波长范围。

图3.6.12对比测量温度转换第一百二十页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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图3.6.13目标尺寸与距离关系第一百二十一页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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5.红外热像仪的校准1）要校准的原因①接收到的红外辐射和目标温度之间呈非线性关系；②目标表面的辐射率、大气衰减、环境反射与辐射等因素的影响。∴热像图只能给出物体表面温度分布情况的定性描述，要获得表面绝对温度，必须采用与基准黑体温度相比较的方式来校准绝对温度值。

第一百二十二页，共一百三十四页，2022年，8月28日

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2）校准函数热值与仪器所接受到的红外辐射之间的关系是线性的，但热值和目标温度之间的关系式非线性的，这个关系就是校准函数。红外热像仪的校准曲线的数学关系：式中，I—对应于T的热值（K）；

A、B—校准系数。用热像仪对着不同温度下的基准黑体热源进行测量，再用最小二乘法拟合测量数据，得到一条热值-温度关系的最佳拟合曲线作为标定曲线。第一百二十三页，共一百三十四页，2022年，8月28日12