温度检测方法课件

第3章温度测量技术接触式测温基于热平衡原理，即测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态。

如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。温度测量方法可分为：接触式、非接触式1概述非接触式测温利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触。如:辐射温度计、红外热象仪等。热电式传感器:将温度变化转换为电量变化的装置较普通的热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。常用热电式传感器的敏感元件有：热电偶：将温度转换为电势之变化；热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化。(1)、金属测温电阻(金属热电阻)一般金属导体具有正的电阻温度系数（电阻率随温度的上升而增加），在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间的函数关系：其中：R、R0分别表示温度为t和t0时的电阻值;α为材料的电阻温度系数，α=(4~6)×10-3/0C。

在不同温度范围内，电阻温度系数α是不同的，希望在测量温度的范围内α是一个常数。热电阻材料应具备以下性质：

1）电阻温度系数α要大；

2）在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定；3）电阻率ρ要大，可提高温度计的动态响应；4）电阻温度关系线性好；5）材料要容易制作，价格便宜。常用材料有：铂、铜、铁、镍等。热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶瓷等绝缘支架上。热敏电阻是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。常用的热敏电阻的阻值随温度上升而下降。T是绝对温度(K)；A、B是常数。电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化(2)半导体热敏电阻◆电阻值R与温度T的关系：◆常数B可通过实验获得：(即只要测定温度分别为T1和T0时半导体的热敏电阻的阻值R1和R0)(B的范围一般为1500~50000K)半导体热敏电阻与金属热电阻相比,有以下优点：1）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高，可测0.001~0.00050C的微小温度变化；2）电阻率大，时间常数小(毫秒级)。可制成体积小、热惯性小、响应速度快的感温元件。半导体热敏电阻缺点：1）电阻温度特性分散性大；2）稳定性差；3）非线性较严重。（3）电阻测定测量方法

可采用电桥测定热电阻的电阻值常用电桥测热阻存在的问题(二线接桥法)▲注意：将热电阻接到电桥的导线会产生附加电阻r1、r2，这是产生测量误差的一个重要原因。3热电偶热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器★热电偶具有以下特点：

结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测。3.1、工作原理(席贝克效应)▲两种不同材料的导体A和B串联起来形成一个闭合回路，如果两个接合点的温度不同，电路中将产生热电势，并形成热电流。▲热电势的大小与材料的性质及接点的温度有关，称为温差热电效应或热电效应，该现象是1821年德国物理学家Secback发现的。★热电势可用函数关系式表示：

EAB=f(T,T0)若知道EAB,T0,即可利用热电效应来测温或温度差。★定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶。▲两个连接端点,一个称为工作端T,另一个称为自由端或参考端T0或冷端,两根金属丝称之为热电极。1.接触电势（珀耳贴电势）不同导体自由电子的密度是不同的,当两种不同导体接触时,在接触面上将产生电子扩散,电子扩散的速率与自由电子的密度及接触区的温度成正比。接触面上金属A的电子扩散到B，A失去电子带正电，B因获得电子带负电，在接触面上形成了静电场，这个静电场将阻止扩散过程的进行，当自由电子密度的不同引起的扩散能力与静电场的作用相互抵消时，达到了动平衡，在接触面上形成一个稳定的接触电位差。自由电子密度nA＞nBEAB(T)为导体A和B的接点在温度为T时形成的电位差。其中：e—电子的电荷e=1.6×10-19库仑k—波尔兹曼常数k=1.38×10-23(焦耳/库仑)EAB(T)和连接点的温度T有关，因此当两种金属接成闭合回路而连接点的温度又不同时，回路中将形成接触电势。3.热电偶回路的总热电势结论：1）如果热电偶两电极材料相同，无论温度如何，输出电势为零；2）如果温度相同，则输出电势为零；3）电势的大小只与电极材料、节点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。1.中间温度定律★某热电偶接点温度为T1和T2时的热电势为E1，接点温度为T2和T3时的热电势为E2，则当接点温度为T1和T3时的热电势为E1+E2。3.2热电偶的基本实验定律2.中间导体定律★在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要它的两个接点温度相同，则对回路的热电势没有影响。▲它说明：第三种均质材料可以是接在两个热电极之间，也可接在某个热电极之中，因此在用热电偶测温时，只要保证热电偶和连接后续测量电路或仪表的引线的两个接点温度相同，接入电路或仪表都不会影响热电势的数值。3.标准电极定律(参考电极定律)

★有三种金属A、B、C两两相接，当接点温度分别为T1和T2时，金属A和C的热电势为EAC，金属C和B的热电势为ECB，则金属A和B的热电势：

EAB=EAC+ECB

用热电偶测量温度时，电势的大小决定于冷热端温度之差。如果冷端温度固定，则决定于热端；如果冷端温度变化，则会引起测量误差。1、冷端恒温法；3.3热电偶的冷端温度补偿适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。3、补偿导线法为使热电偶冷端温度保持不变，不受热源的影响，往往需要使冷端远离工作点，为了不使用过多的贵重的热电偶导线，往往采用价格低廉的导线来替代部分热电偶导线，如图。A’、B’这就是补偿线法。在温度T2-T0的范围内，要求

EAB（T2，T0）=EA‘B’（T2，T0）由中间温度定律：

EAB（T1，T0）=EAB（T1，T2）+EA‘B’（T2，T0）=EAB（T1，T2）+EAB（T2，T0）要求补偿导线的热电性质与所用热电偶相同或相近。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冷端温度变化而引起的热电势的变化值3.4温度测量的动态误差修正热电偶是一种一阶