自动检测与控制-第2章-温度检测与仪表

第二章温度检测与仪表第一节温标及测温方法第二节热电偶温度计第三节电阻温度计第四节辐射温度计第五节测温仪表的选择及安装第六节新型温度传感器第七节工业特殊测温技术本资料由大学生客栈网（）整理第一节温标及测温方法一、温标

温度的数值表示称为温标。它利用一些物质的“相平衡温度”作为固定点刻在“标尺”上，而固定点中间的温度值则是利用一种函数关系(内插函数或称为内插方程)来描述。各类温度计的刻度均由温标确定。温标三要素：温度计、固定点和内插方程。温标不是温度标准(TemperatureStandard)，而是温度标尺(TemperatureScale)的简称。 国际上规定的温标有很多种，最常用的是华氏温标(美国)、摄氏温标、热力学温标等。低温高温温标名称有关规定华氏温标（℉）1714年，Fahrenheit把标准大气压下纯水的沸点和冰点这两个恒定温度作固定点(212℉和32℉)，这两个温度点之间用水银温度计分成180等份，每等份定为1华氏度(℉)。遗憾：把冰点定为32度而不是0度。

列氏温标(oR’)1731年Réaumur提出：水的冰点被定为列氏0度，而沸点则为列氏80度【因为标准浓度的酒精在水的冰点和沸点之间体积从1000单位膨胀到1080单位】。摄氏温标(℃)1742年Celsius提出：最初定义“水的冰点定为一百摄氏度，沸点定为零摄氏度，其间分成一百等分，一等分为一摄氏度”。第二年将刻度颠倒过来使用，即当今用法。当前应用最广，ITS-90有专门定义。开氏温标(K)1854年Kelvin提出：把绝对零度(0K)到水的三相点温度(273.16K)等分为273.16份，每份就是1开氏度。其分度间隔和摄氏温标间隔一致，Δt(1℃)=ΔT(1K)。兰氏温标(oR)Rankine

温标是美国工程界使用的一种温标。起点也为绝对零度，水的冰点和沸点分别为491.67和671.67兰氏度(oR)，中间分成180等分，每一等分为1oR。几种温标间的换算关系摄氏度=5(华氏度-32)/9摄氏度=开氏度-273.15摄氏度=5兰氏度/9-273.15摄氏度=1.25列氏度====================华氏度=1.8摄氏度+32华氏度=1.8开氏度-459.67华氏度=兰氏度-459.67华氏度=2.25列氏度+32====================开氏度=摄氏度+273.15开氏度=1.25列氏度+273.15开氏度=5(华氏度-32)/9+273.15开氏度=5兰氏度/9二、测温方法及分类测温方法很多种，可分为：按测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等；按用途分，有基准温度计和工业温度计。

物理现象

体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1．

热铁氧体2．

Fe-Ni-Cu合金应用热膨胀原理测温测量原理物体受热时产生膨胀

液体膨胀式温度计

固体膨胀式温度计玻璃管温度计双金属温度计体积热膨胀式不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。气体的体积与热力学温度成正比装满热水后图案变得清晰可辨示温涂料（变色涂料）变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇低温时显示蓝色温度升高后变为红色红外温度计接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。

第二节热电偶温度计热电偶是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。特点：结构简单、测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号，便于远传或信号转换。用途：用来测量流体、固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。先看一个实验——热电偶工作原理演示结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB一、热电偶测温原理热电极A左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电极A左端称为：测量端（工作端、热端）

右端称为：自由端（参考端、冷端）

热电极B热电极A左端称为：测量端（工作端、热端）

从实验到理论：热电效应

1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

热电偶温度计是根据热电效应工作的。当两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路(如下图)，如果两个结合点处的温度不相等，则回路中就会有电流产生。也就是回路中会有电动势存在，这种现象叫做热电效应，该效应首先由赛贝克发现，故也称赛贝克效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。热电偶原理图TT0AB冷端热端自由端工作端热电偶有关术语两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路，如果两个结合点处的温度不相等，则该回路中就会有电动势产生，称该现象为热电效应。回路中所产生的电动势称为热电势。称导体A,B为热电极。其中一个接点通常是焊接在一起被置于测温场感受被测温度，称为测量端、热端或工作端；而另一个接点远离测量端，且要求温度恒定，称为自由端、冷端或参比端。(一)接触电势电子密度不同的导体或半导体材料相互接触时，在其接点处产生电势，该电势主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低：式中，NA(T)和NB(T)—材料A和B在温度T时的电子密度；

e—单位电荷，4.802×10-10绝对静电单位；

K—波尔兹曼常数，1.38×10-23J/℃；

T—材料温度，K。NA>NB(二)温差电势 由于两端温度不同，在导体或半导体材料两端产生电势，温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关：式中，

N—材料的电子密度，是温度的函数；

T,T0—材料两端的温度；

t—沿材料长度方向的温度分布。E(T,T0)(三)热电偶闭合回路的总热电动势 闭合回路总热电动势应为接触电势和温差电势的代数和，即：结论：(1)只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，且两端温度必须不同；(2)热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关。二、热电偶的基本定律(性质)(一)均质材料定律

由一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。它要求组成热电偶的两种材料A

和B必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加热电势，引入不均匀性误差。因此在进行精密测量时要尽可能对电极材料进行均匀性检查和退火处理。该定律是同名极法检定热电偶的理论根据。(二)中间导体定律在热电偶测温回路中插入第三种(或多种)导体(如图中导体C)，只要其两端温度相同，则热电偶回路的总热电势与串联的中间导体无关【证明请参考教材节】。(三)中间温度定律在热电偶测温回路中，测量端的温度为T，连接导线各端点的温度分别为Tn和T0(见图)，如A与A’，B与B’的热电性质相同，则总的热电动势等于热电偶的热电动势EAB(T,Tn)与连接导线的热电动势EA’B’

(Tn,T0)的代数和，其中Tn为中间温度，即EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’

(Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)中间导体定律和中间温度定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。(四)参考电极定律 两种导体A，B分别与参考电极C(标准电极)组成热电偶(如图)，如果它们所产生的热电动势为已知，那么，A与B两热电极配对后的热电动势可按下式求得：EAB(t,t0)=EAC(t,t0)+ECB(t,t0) 人们多采用高纯铂丝作为参考电极，这样可大大简化热电偶的选配工作。三、热电偶结构典型工业用热电偶结构如图所示。它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。热电极：一般金属φ0.5~3.2mm，昂贵金属φ0.3~0.6mm，长度与被测物有关，一般在300~2000mm，通常在350mm左右。绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温下要5MΩ以上。保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀或机械损伤。接线盒：固定接线座，连接补偿导线。(1)应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势E(t)和温度t之间尽可能地呈线性函数关系；(2)能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能；(3)要求热电偶材料有较高的导电率和较低的电阻温度系数；(4)具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。热电极材料要求普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰普通装配型热电偶结构接线盒引出线套管

固定螺纹

(出厂时用塑料包裹)热电偶工作端(热端)

不锈钢保护管

四、热电偶的分类(一)标准热电偶

国际电工委员会(IEC)推荐的工业用标准热电偶为八种(目前我国的国家标准与国际标准统一)：B

、R、S、K、N、E、J、T。

S、R、B三种热电偶均由铂和铂铑合金制成，称贵金属热电偶。K、N、T、E、J五种热电偶，是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成，称为廉价金属热电偶。工业用标准热电偶基本性能见表2-1。表2-1工业用热电偶测温范围名称分度号测量范围/℃适用气氛稳定性铂铑30—铂铑6B200～1800氧化、中性<1500℃，优；>1500℃，良铂铑13—铂R-40～1600氧化、中性<1400℃，优；>1400℃，良铂铑10—铂S镍铬—镍硅(铝)K-270～1300氧化、中性中等镍铬硅—镍硅N-270～1260氧化、中性、还原良镍铬—康铜E-270～1000氧化、中性中等铁—康铜J-40～760氧化、中性、还原、真空<500℃，良；>500℃，差铜—康铜T-270～350氧化、中性、还原、真空-170～200℃，优钨铼3—钨铼25WRe3-WRe250～2300中性、还原、真空中等钨铼5—钨铼26WRe5-WRe26几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析为什么所有的曲线均过原点（零度点）？热电偶的分度表(二)非标准化(特殊)热电偶1、铠装热电偶结构：将热电偶丝用无机物绝缘及金属套管封装，压实成可挠的坚实组合体(如图)。特性：惯性小；挠性、机械强度及耐压性能好。适用场合：可用于快速测温或热容量很小的物体的测温部位，结构坚实可耐强烈的振动和冲击，还可用于高压设备上测温。1-金属套管；2-绝缘材料；3-热电极铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管(铠体)

BA绝缘材料铠装型热电偶横截面2、快速微型热电偶特性：测温元件小，响应速度快，无需定期维修，准确度较高；适用场合：高温熔体(钢水、铁液等金属熔体)的温度测量。目前我国有两类快速热电偶，即快速铂铑热电偶与快速钨铼热电偶。1-外保护帽；2-U形石英管；3-外纸管；4-绝热水泥；5-热电偶自由端；6-棉花；7-绝热纸管；8-小纸管；9-补偿导线；10-塑料插件3、薄膜式热电偶结构特点：采用真空蒸镀或化学涂层等制造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，其热端接点极薄，约0.01~0.1µm。适用场合：适于壁面温度≤300℃的快速测量。1-热电极；2-工作端；3-绝缘基板；4-引出线4、钨铼系热电偶 钨铼热电偶是最成功的难熔金属热电偶，可以测到2400~2800℃高温。 它的特点是在高温下易氧化，只能用于真空和惰性气氛中。热电势率大约为S型的2倍，在2000℃时的热电势接近30mV，价格仅为S型的1/10。

WRe热电偶已成为冶金、材料、航天、航空及核能等行业中重要的测温工具。五、热电偶冷端温度补偿为什么要进行冷端温度补偿

(1)根据热电偶测温原理【E(t,t0)＝f(t)－f(t0)】，只有当参比端温度t0稳定不变且已知时，才能得到热电势E和被测温度t的单值函数关系。(2)实际使用的热电偶分度表中热电势和温度的对应值是以t0=0℃为基础的，但在实际测温中由于环境和现场条件等原因，参比端温度t0往往不稳定，也不一定恰好等于0℃，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。

常用的冷端补偿方法有如下几种：(一)零度恒温法(冰浴法) 这是一种精度最高的处理方法，可以使t0稳定地维持在0℃。将碎冰和纯水的混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水混合物中，在试管底部注入适量的油类或水银，热电偶的参比端就插到试管底部，满足t0=0℃的要求。mVA’B’T仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液AB(二)计算修正法原理：在没有条件实现冰点法时，可以设法把参比端置于已知的恒温条件，得到稳定的t0，故可根据分度表查得E(t0,0)；根据中间温度定律公式计算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根据所测得的热电势E(t,t0)和查到的E(t0,0)二者之和再去查热电偶分度表，即可得到被测量的实际温度t。例1：用铜-康铜热电偶测某一温度t，参比端在室温环境tn中，测得热电动势E(t,tn)=1.999mV，又用室温计测出tn=21℃，求实际温度t。解：查T分度号表得E(21,0)=0.830mV，故：

E(t,0)=E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830 =2.829(mV)

再次查分度表，得实际温度t≈68℃。注意：分度表中68℃对应2.820mV，69℃时的热电势为2.864mV，实际温度应采用插值法计算出来。(三)冷端补偿器法

结构特点：R1=R2=R3=1Ω，采用锰铜丝无感绕制，其电阻温度系数趋于零。R4用铜丝无感绕制，其电阻温度系数约为4.3×10-3℃-1，当温度为0℃时R4=1Ω，R1-4组成不平衡电桥(补偿器)。仪表输入端电压为热电势EAB(t,t0)与电桥不平衡电势Uba之和，即E＝E(t,t0)+Uba。(四)补偿导线法补偿导线是在一定温度范围内(包括常温)具有与所匹配的热电偶的热电动势的标称值相同的一对带有绝缘层的导线。用它们连接热电偶与测量装置，从而可将热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定的场合，以免参比端温度受到被测介质的热干扰。t0’变化频繁t0较为稳定1、补偿导线类型(1)按结构可分为普通型和带屏蔽层型；(2)按补偿原理分为补偿型及延伸型两种；(3)按使用温度可分为一般用(0～100℃)和耐热用(0～150℃)；(4)按精度可分为普通级与精密级。(1)用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线，以节约贵金属热电偶；(2)将热电偶的参比端迁移至离被侧对象较远且环境温度较恒定的地方，有利于参比端温度的修正和测量误差的减少；(3)用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线，可减小热电偶回路电阻，以利于动圈式仪表的正常工作。2、补偿导线作用(1)各种补偿导线只能与相应型号的热电偶用；(2)使用时必须各级相连，切勿将其极性接反；(3)热电偶和补偿导线连接点的温度不能超过规定的使用温度范围，规定为0~100℃及0~150℃两种。3、补偿导线的使用(五)仪表机械调零法(现场近似法)在不需精确测量的前提下，且热电偶冷端温度较为稳定，可将显示仪表的机械零点先调整到t0℃(按温度刻度)或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度)，从而实现近似补偿，参见下图。该法常见于动圈式仪表中。指针被预调到冷端温度(40

C)六、热电偶测温线路(一)单点测温基本线路53211—热电偶；2—补偿导线；3—铜导线；4—温度补偿电桥；5—显示仪表4(二)多点测温基本线路1—工作端热电偶；2—工作端补偿导线；3—接线板；

4—铜导线；5—切换开关；6—数字显示仪；

7—参比端补偿导线；8—参比端热电偶(三)两点温度差的测量若热电动势E与温度T呈线性关系，则t=T1-T2。tBAABA’A’B’E=E1－E2E1E2T1T2(四)多点平均温度的测量t三个热电偶工作在线性区时代表着平均温度。每个热电偶需串联较大电阻，且分度与单个热电偶一样。某一热电偶坏了不易及时发现。BABABAT1T2T3(五)多点温度和测量t三个热电偶工作在线性区时代表着多点温度之和。任一热电偶烧坏都可立即知道，且可得到较大的电动势。每一热电偶引出的补偿导线必须接到仪表的冷端处。BABABAT1T2T3第三节电阻温度计一、热电阻测温原理

电阻温度计工作原理就是当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，将变化的电阻值作为电信号输入显示仪表，通过测量电路的转换，在仪表上显示出温度的变化值。(一)铂热电阻

采用高纯度铂丝绕制成。具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化性强等优点，是低温测温标准仪器。绕制铂电阻感温元件的铂丝纯度是决定温度计精度的关键：(1)铂丝纯度愈高其稳定性、复现性越好、测温精度也愈高；(2)铂丝纯度常用R100/R0表示，R100和R0分别表示100℃和0℃条件下的电阻值。对于标准铂电阻温度计，规定R100/R0>1.3925；对于工业用铂电阻温度计，根据ITS-90，R100/R0=1.3851~1.3925。铂电阻的电阻-温度关系-200℃≤t≤0℃:Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0℃≤t≤850℃:Rt=R0[1+At+Bt2]当R100/R0=1.3851时，A=3.9083×10-3(℃-1);

B=-5.775×10-7(℃-2);C=-4.183×10-12(℃-4)

铂电阻的分度号及允许误差表

铂热电阻测温范围分度号R0/Ω最大允许误差/℃A级-200~850Pt10Pt10010100±(0.15+0.002|t|)B级Pt10Pt10010100±(0.30+0.005|t|)(二)铜热电阻 在准确度要求不高，且温度较低的场合，可采用铜电阻测温。测温范围为-50~150℃，分度号为Cu50和Cu100，在0℃时R0的阻值分别为50Ω和100Ω。铜电阻电阻温度系数较大，价格便宜，但电阻率低，体积大，热惯性较大。 铜电阻阻值-温度关系(ITS-90)为：Rt=R0[1+At+Bt(t-100)+Ct2(t-100)]式中，A=4.280×10-3(℃-1);B=-9.31×10-8(℃-2);

C=1.23×10-9(℃-3)。 铜热电阻的允许误差为：±(0.30+0.006|t|)(三)其他热电阻1、镍热电阻 特点：电阻温度系数较铂大，约为铂的1.5倍。 在-50～150℃内，其电阻与温度关系为

Rt=100+0.5485t+0.665×10-3t2+2.805×10-9t4半导体热敏电阻的电阻值随温度呈指数变化。在许多场合下(-40~350℃)，它已经取代传统的温度传感器。电阻可以根据需要做成各种形状，由于体积可以做得很小，热惯性小，适合快速测温；电阻温度系数大，灵敏度较高；电阻值高，在使用时连接导线电阻所引起的误差可以忽略；功耗小，适于远距离的测量与控制。但它的稳定性和互换性较差。根据材料组成的不同，热敏电阻的温度特性也不一样。按其温度特性有负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和临界温度热敏电阻CTR。2、半导体热敏电阻二、热电阻的结构工业热电阻的基本结构直径1mm的银丝或镀银铜丝云母、石英或陶瓷塑料双线无感绕法外接线路相连电阻丝和电阻支架三、热电阻测温线路 热电阻温度计的测量电路最常用的是电桥电路，其测量原理图如图所示。图中从热电阻体的一端各引出一根连接导线，共两根导线，这种方式称为两线制接法。将热电阻及其连接导线作为电桥的一臂，利用该不平衡电桥将热电阻阻值转换为相应的输出电势，再送入显示(或控制)仪表G。内引线(白)内引线(红)热电阻丝E(a)原理图(b)内部引线方式二线制接法引线方式RtGR1R2R3外接线端内焊接点优缺点？三线制热电阻引线方式及测温电桥接法(a)内部引线方式;(b)接法一;(c)接法二优缺点？自热效应与电路设计四线制热电阻引线方式及测温电桥接法(a)内部引线方式；(b)测量桥路及其等效电路优缺点第四节辐射温度计任何物体，其温度超过绝对零度，都会以电磁波的形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部带电粒子在分子和原子内振动产生的，其中与物体本身温度有关传播热能的那部分辐射，称为热辐射。而把能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。辐射式温度计的感温元件不需和被测物体或被测介质直接接触。辐射测温方法广泛应用于900℃以上的高温区测量中，近年来随着红外技术的发展，测温的下限已下移到常温区，大大扩展了非接触式测温的使用范围。一、辐射测温原理(一)普朗克定律

(二)维恩公式E=seT4(三)斯忒潘—玻耳兹曼定律辐射测温原理及有关问题由上面有关公式可知，在一定波长下，测量物体的辐射强度，可推算出其温度，这就是辐射温度计测温的基本原理。由测量原理可知，在辐射式测温中必须解决以下三个基本问题：

(1)怎样测量辐射强度

(2)怎样保证测量在一定波长(单色光)下进行

(3)测量结果中如何考虑辐射率ε的影响

对于以上问题的不同解答，就产生了不同的辐射式温度计。二、亮度高温计依据物体光谱辐射出射度或辐射亮度和其温度T的关系，可以测出物体的温度。 类型：光学高温计；光电高温计；硅辐射温度计。1、灯丝隐灭式光学高温计1-物镜1;2-吸收玻璃;3-标准灯;4-目镜;5-滤光片;6-毫伏表;7-滑线电阻器

(a)灯丝太暗；(b)灯丝太亮；(c)隐丝(正确)

(a)工作原理示意图(b)光调制器光电高温计工作原理图1-物镜;2-光栅;3,5-孔;4-光电器件;6-遮光板;7-调制片;8-永久磁钢;9-激磁绕组;10-透镜;11-反射镜;12-观察孔;13-前置放大器;14-主放大镜;15-反馈镜;16-电子电位差计;17-被测物体2、光电高温计三、比色高温计

绝对黑体辐射的两个波长l1和l2的亮度比等于被测辐射体在相应波长下的亮度比时，绝对黑体的温度就称为这个被测辐射体的比色温度。与光谱辐射温度计相比，比色高温计的准确度通常较高、更适合在烟雾、粉尘大等较恶劣环境下工作。WDS-II光电比色高温计原理图1-物镜组；2-通孔成像镜；3-调制盘；4-同步电机；5-硅光电池接收器；6-目镜；7-倒像镜；8-反射镜比色式温度传感器温度非接触测量中的应用

比色式温度传感器采用比色式(双波段)测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准,测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如:烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。四、辐射温度计辐射温度计是根据全辐射定律，基于被测物体的辐射热效应进行工作的。辐射温度计由辐射敏感元件、光学系统、显示仪表及辅助装置等几大部分组成。辐射温度计与光学高温计一样是按绝对黑体进行温度分度的，因此用它测量非绝对黑体的具体物体温度时，仪表上的温度指示值将不是该物体的真实温度，我们称该温度为此被测物体的辐射温度。辐射温度计的敏感元件，分光电型与热敏型两大类。全辐射高温计原理图1-物镜；2-光栏；玻璃泡；4-热电堆；5-灰色滤光片；6-目镜；7-铂箔；8-云母片；9-二次仪表五、红外测温(一)红外温度计

对于波长约在0.75~40μm的红外光谱波段，热辐射体发出的部分光谱波段的辐射通量与温度之间的关系，仍然可依据普朗克定律确定。可以通过光探测器或热探测器测量辐射通量进而确定热辐射体的温度。利用红外辐射测定温度的方法，将非接触式测温向低温方向延伸，低温区已至-50℃，高温区达3000℃。它由红外探测器和显示仪表两大部分组成，其结构与比色温度计基本相同。红外测温原理

全辐射测温是测量物体所辐射出来的全波段辐射能量来决定物体的温度。它是斯蒂芬—玻尔兹曼定律的应用。红外辐射测温仪结构原理(二)红外热像仪热像仪是利用红外探测器按顺序直接测量物体各部分发射出的红外辐射，综合起来就得到物体发射红外辐射通量的分布图像，这种图像称为热像图。由于热像图本身包含了被测物体的温度信息，也称温度图。热像仪通常用于面积大且温度分布不均匀的被测对象，欲求其整个面积的平均温度或表面温场随时间的变化；在有限的区域内，寻找过热点或过热区域的情况。扫描热像仪原理示意图第五节测温仪表的选择及安装一、温度计的选择原则

(1)满足生产工艺对测温提出的要求；

(2)组成测温系统的各基本环节必须配套；

(3)注意仪表工作的环境；

(4)投资少且管理维护方便。二、接触式测温元件的选型 一般根据温度、气氛来选：一般在t<500℃的中、低温区用得较多的是热电阻或热敏电阻，在t

500℃高温区在线检测中选用较多的是热电偶；在-200～300℃时可选用T型或选用E型热电偶;当上限温度<1000℃，可优先选K型热电偶;当测温范围为1000～1400℃时，可选S或R型热电偶;

当测温范围为1400～1800℃时，应选B型热电偶;当测温上限大于1800℃，应考虑选用非标准的钨铼系列热电偶。三、非接触式测温元件的选型在同一温度下，从仪表的灵敏度上讲，光学高温计的灵敏度最高；比色温度计次之；辐射温度计差一些。故国际温标以基准光学(光电)高温计作为标准温度计。测量误差上来讲，随着温度升高，TR、TL的相对误差也增大，而TP的相对误差维持不变；对于发射率低的物体，其TP与真实温度相差较大，而比色温度TR的差别最小。中间介质对辐射温度计测量结果的影响最大，光学高温计次之，比色温度计最小。四、感温元件的安装要求(1)正确选择测温点；(2)避免热辐射等引起的误差；(3)防止引入干扰信号；(4)确保安全可靠。五、布线要求(1)热电偶温度计应按规定型号配用热电偶的补偿导线，正、负极不要接错。(2)热电阻应采用三线制接法与显示仪表相接。(3)导线应有良好的绝缘，信号导线不能与交直流电源输电线合用一根穿线管。第六节新型温度传感器一、热流计

热流计由带有热电堆(若干个热电偶串联)的薄片制成，用于设备散热损失的测试。测试时，将测头贴附于壁的表面上，如图所示，其输出电势E与热流q成正比关系：

q=CE

式中，C是热流计灵敏度系数，与热电极材料、热电偶数目以及热流测头导热材料等有关。E123q1-被测表面;2-热电堆3-热流测头二、光纤光栅温度传感器光纤传感器是一种将被测状态转变为可测的光信号的装置，具有灵敏度高，抗电磁干扰，耐高温、耐腐蚀，体积小、重量轻等特点。作为功能型光纤传感器中的一种新型传感器，光纤光栅制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光纤集成及可构成网络等诸多优点，近年来被