1、課件制作：洪冶2.1 溫度的基本概念和測(cè)量方法 溫度是一個(gè)基本物理量. 溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說(shuō)，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。 溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。2.1.1 標(biāo)定標(biāo)定 對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定，有對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法：兩種方法：1 1、標(biāo)準(zhǔn)值法標(biāo)準(zhǔn)值法 就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)的固定溫度點(diǎn)( (恒溫恒溫) )作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)( (或或傳感器傳感器) )依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度依

2、次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值計(jì)的相應(yīng)示值( (或傳感器的輸出或傳感器的輸出) )，并根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)，并根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)( (傳感器傳感器) )的分度進(jìn)行對(duì)比的分度進(jìn)行對(duì)比記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定；被定后的溫度計(jì)記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定；被定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫度。可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫度。2 2、標(biāo)準(zhǔn)表法：標(biāo)準(zhǔn)表法： 把被標(biāo)定溫度計(jì)把被標(biāo)定溫度計(jì)( (傳感器傳感器) )與已被標(biāo)定好的更與已被標(biāo)定好的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)高一級(jí)精度的溫度計(jì)( (傳感器傳感器) )，緊靠在一起，共，緊靠在一起，共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分

3、別把槽溫調(diào)節(jié)到所同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫，降溫、重復(fù)測(cè)得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫，降溫、重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)定，則把記錄下的這些差值作試，若這些差值穩(wěn)定，則把記錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，就成了對(duì)被標(biāo)定溫度為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，就成了對(duì)被標(biāo)定溫度計(jì)的標(biāo)定。計(jì)的標(biāo)定。一、接觸式溫度測(cè)量一、接觸式溫度測(cè)量測(cè)溫精度測(cè)溫精度相對(duì)較高，直觀可靠及測(cè)溫儀表價(jià)格相對(duì)相對(duì)較高，直觀可靠及測(cè)溫儀表價(jià)格相對(duì)較低；較低；由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)直接接

4、觸直接接觸，從而要影響被，從而要影響被測(cè)介質(zhì)熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會(huì)增加測(cè)溫誤差；測(cè)介質(zhì)熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會(huì)增加測(cè)溫誤差；被測(cè)介質(zhì)具有被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性及溫度太高腐蝕性及溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫亦將嚴(yán)重影響感溫元件性能和壽命等缺點(diǎn)。元件性能和壽命等缺點(diǎn)。2.1.2 測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通常可根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通常可分成分成接觸式接觸式和和非接觸式非接觸式兩大類。兩大類。二、非接觸式溫度測(cè)量二、非接觸式溫度測(cè)量感溫元件感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是通過(guò)接受，而是通過(guò)接受被測(cè)物體的被測(cè)物體

5、的熱輻射熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度；對(duì)象的溫度；非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小，測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)得很高，便于測(cè)量運(yùn)熱慣性小，測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)得很高，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較方 式 接 觸 式 非 接 觸 式 測(cè)量 條件 感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過(guò)感溫元件能承受的上限溫度;被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕 需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；

6、被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上 測(cè)量 范圍 特別適合1200以下、熱容大、無(wú)腐蝕性 對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于l 300以上 的溫度測(cè)量較困難 原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000以下，測(cè)量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)物 體和熱容小的物體溫度 精 度 工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí) 通常為1.0、1.5、2.5級(jí) 響應(yīng) 速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘 快，通常為23秒鐘 其它 特點(diǎn) 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維 護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被 測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中 測(cè)量與控制系統(tǒng) 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩

7、、價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制裝置 各類溫度檢測(cè)方法構(gòu)成的測(cè)溫儀表的大體測(cè)溫范圍各類溫度檢測(cè)方法構(gòu)成的測(cè)溫儀表的大體測(cè)溫范圍為了保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞，需要建立一個(gè)衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度，即溫標(biāo)。利用一些物質(zhì)的某些物性(諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強(qiáng)度等)隨溫度變化的規(guī)律，通過(guò)這些量來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行間接測(cè)量。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)1熱力學(xué)溫標(biāo)2絕對(duì)氣體溫標(biāo)3國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)4華氏溫標(biāo) 1714年德國(guó)人法勒海特(Fahrenheit)以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)。 按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)為32 ，沸點(diǎn)為212 。攝氏溫標(biāo) 17

8、40年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100度。 攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為 T = t + 32 式中 T華氏溫度值; t攝氏溫度值。熱力學(xué)溫標(biāo)是由開爾文(Ketvin)在1848年提出的，以卡諾循環(huán)(Carnot cycle)為基礎(chǔ)。熱力學(xué)溫標(biāo)是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。熱力學(xué)溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度絕對(duì)零度與水的三相點(diǎn)溫度分為273.16份，每份為1 K (Kelvin) 。從理想氣體狀態(tài)方程入手，來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)叫絕對(duì)氣體溫標(biāo)。由波義耳定律： 當(dāng)氣體的體積為恒定(定容)時(shí)，其壓強(qiáng)就是溫度

9、的單值函數(shù)。這樣就有： PVRT2211TPTP指導(dǎo)思想：盡可能地接近熱力學(xué)溫標(biāo)，復(fù)現(xiàn)精度要高，制作較容易，性能穩(wěn)定，使用方便；1989年7月第77屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)批準(zhǔn)建立了新的國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱ITS-90。課件制作：洪冶正常體溫正常體溫為為37 C C ，相當(dāng)于華相當(dāng)于華氏溫度多氏溫度多少度？少度？課件制作：洪冶 按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 接觸式測(cè)溫 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。 優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。 缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不

10、良等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。課件制作：洪冶 2、非接觸式測(cè)溫 非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。課件制作：洪冶 對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式儀器又可分為: 膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì))、 電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì))、 熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計(jì))以及其它原理的溫度

11、計(jì)。 非接觸式溫度計(jì)又可分為輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)。課件制作：洪冶 按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指010K，低溫指10800K，中溫指8001900K，高溫指19002800K的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。 接觸式測(cè)溫方法 根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫可分為：1、膨脹式、膨脹式(包括液體和固體膨脹式包括液體和固體膨脹式) 2、熱阻式、熱阻式(包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻) 3、熱電式、熱電式(包括熱電偶和包括熱電偶和PN結(jié)結(jié)) 熱膨脹式測(cè)溫方法 基于

12、物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體液體膨脹式膨脹式和固體膨脹式固體膨脹式兩類。按膨脹基體膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)壓力溫度計(jì)及固體膨脹式雙雙金屬溫度計(jì)金屬溫度計(jì) 特點(diǎn)：1、測(cè)量范圍大都在-50550內(nèi)2、用于溫度測(cè)量或控制精度要求較低較低，不需自不需自動(dòng)記錄動(dòng)記錄的場(chǎng)合。 （一）工作原理（一）工作原理w利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。的升高而膨脹的原理。w組成：液體存儲(chǔ)器、毛細(xì)管、標(biāo)組成：液體存儲(chǔ)器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分。尺、安全泡四部分。w液體可為：水銀、酒精、甲苯等。液體可為：水銀、酒精、甲苯

13、等。w當(dāng)溫度超過(guò)當(dāng)溫度超過(guò)300時(shí)，應(yīng)采用硅時(shí)，應(yīng)采用硅硼玻璃，硼玻璃，500500以上要采用石英玻以上要采用石英玻璃。璃。一一.玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)4（二）結(jié)構(gòu)與類型（二）結(jié)構(gòu)與類型棒式玻璃溫度計(jì)棒式玻璃溫度計(jì)內(nèi)標(biāo)式玻璃溫度計(jì)內(nèi)標(biāo)式玻璃溫度計(jì)電接點(diǎn)式溫度計(jì)電接點(diǎn)式溫度計(jì)利用水銀的熱脹冷縮和利用水銀的熱脹冷縮和水銀的導(dǎo)電性。水銀的導(dǎo)電性。功能功能:(:(1 1）指示溫度，）指示溫度， （2 2）恒溫自動(dòng)控）恒溫自動(dòng)控制。制。 玻璃棒溫度計(jì)玻璃棒溫度計(jì)（1）玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。）玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。（2）溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差，）溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差，（

14、3）非線性誤差）非線性誤差（4）工作液的遲滯性）工作液的遲滯性（5）讀數(shù)誤差）讀數(shù)誤差l液柱應(yīng)全部浸入被測(cè)介質(zhì)中。液柱應(yīng)全部浸入被測(cè)介質(zhì)中。若只有部分若只有部分液柱被浸沒(méi)時(shí)，應(yīng)對(duì)指示值進(jìn)行修正。液柱被浸沒(méi)時(shí)，應(yīng)對(duì)指示值進(jìn)行修正。 )(attnt某水銀溫度測(cè)量水溫為某水銀溫度測(cè)量水溫為90，插入處刻，插入處刻度為度為10，環(huán)境溫度為，環(huán)境溫度為10 ，則測(cè)量誤，則測(cè)量誤差為差為-1.024n: 露出液體部分所占的刻度數(shù)，露出液體部分所占的刻度數(shù)， : 工作液體工作液體對(duì)對(duì)玻璃的相對(duì)體膨脹系數(shù)（汞玻璃的相對(duì)體膨脹系數(shù)（汞0.00016，灑精，灑精0.000103），），t: 溫度計(jì)的示值，溫度計(jì)的

15、示值，ta: 露出液柱露出液柱部分所處的環(huán)境溫度部分所處的環(huán)境溫度l溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)應(yīng)接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間，溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)應(yīng)接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以使溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡。以使溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡。l讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與標(biāo)盡垂直，并與液柱讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與標(biāo)盡垂直，并與液柱于同一水平面上，手持溫度計(jì)頂端的小于同一水平面上，手持溫度計(jì)頂端的小耳環(huán)，不可觸摸標(biāo)尺。耳環(huán)，不可觸摸標(biāo)尺。（一）類型及工作原理一）類型及工作原理 利用固體受熱膨脹原利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)理制成的溫度計(jì)1. 桿式溫度計(jì)桿式溫度計(jì) 利用固體（一般采用利用固體（一般采用膨脹系數(shù)較大的金屬）膨脹系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)成材

16、料構(gòu)成l它的感溫元件是由它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地結(jié)種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成。合在一起制成。l可作溫度繼電控制、可作溫度繼電控制、極值溫度控制信號(hào)極值溫度控制信號(hào)固定端自由端BBAA雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)壓力溫度計(jì) 壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)其測(cè)溫功能的。特點(diǎn)：特點(diǎn)：強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕性較差測(cè)溫范圍下限能達(dá)-100以下，上限最高可達(dá)600一般用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)的油、水系統(tǒng)的溫度測(cè)量 1.壓力溫度計(jì)感溫

17、介質(zhì)因被測(cè)溫度的高低而導(dǎo)致其體積膨脹或收縮造成壓力的增減，壓力傳給彈簧管，指針偏轉(zhuǎn)，指示出溫度。 毛細(xì)管愈長(zhǎng)，則溫度計(jì)響應(yīng)愈慢，管愈細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高 測(cè)溫范圍-2060,0100,20120,60160溫包插入深度(mm)150280（尾長(zhǎng)12M）8,10,13,14不銹鋼管溫包材料8,10,13,14鋼管 8,10,13,14不銹鋼管毛細(xì)管材料銅質(zhì)毛細(xì)管 包塑毛細(xì)管 不銹鋼毛細(xì)管安裝方式WTZ-280M272可動(dòng)外螺紋材料：銅，鐵，不銹鋼尾長(zhǎng)1M20M20M特殊加工技術(shù)參數(shù)精度等級(jí)：1.5，2.5觸頭容量：220V/1A（無(wú)感負(fù)載10VA）安裝孔尺寸4-118mm 6-158mm2.雙金屬溫

18、度計(jì)當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。 基于固體受熱膨脹原理，測(cè)量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件（俗稱雙金屬溫度計(jì)）。雙金屬溫度計(jì)的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測(cè)溫范圍大致為 -80600，精度等級(jí)通常為1.5級(jí)左右。雙金屬溫度計(jì)抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表。 熱阻式測(cè)溫技術(shù) 基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。熱電阻的材料：電阻率、電阻溫

19、度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性；物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時(shí)價(jià)格盡可能便宜。 優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比）、無(wú)需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。缺點(diǎn)：需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象（會(huì)影響測(cè)量精度）以及測(cè)量溫度不能太高。 常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。鉑電阻測(cè)溫 鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻溫度關(guān)系呈非線性，但測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。目前工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為Pt100和Pt10，其中Pt1

20、00更為常用。 鉑電阻與溫度的關(guān)系當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 鉑電阻測(cè)溫 2000t 0850t 2301100R tRAtBtCtt 201R tRAtBt式中 R0溫度為零時(shí)鉑熱電阻的電阻值 R（t）溫度為t時(shí)鉑熱電阻的電阻值； A=3.9080210-3 B=-5.801910-7 C=-4.2735010-12熱電阻的結(jié)構(gòu)鉑電阻測(cè)溫 熱電阻感溫元件是用來(lái)感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件： 電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定；電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定； 使用溫度范圍廣、加工方便；使用溫度范圍廣、加工方便； 固有電阻大，互換性好，復(fù)制

21、性強(qiáng)。固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。鉑電阻測(cè)溫 熱電阻的引線形式 熱電阻的內(nèi)引線是出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接。 熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖9-4所示。鉑電阻測(cè)溫 鉑電阻測(cè)溫 鉑電阻鉑電阻1.兩線制測(cè)量電橋 2.三線制測(cè)量電橋 3. 四線制測(cè)量原理 RTD為被測(cè)熱電阻，通過(guò)四根電阻引線將熱電阻引入測(cè)量設(shè)備中，各引線電阻為RLEAD；恒流源I加到RTD的兩端，RTD另兩端接入電壓表VM，由于電壓表具有極高的輸入電阻（通常高于100 M），因此流經(jīng)電壓表的電流可忽略不計(jì)，VM兩端電壓完全等于RTD兩端的電壓，流經(jīng)RTD的電流完全等于恒

22、流源電流I。 由此可見，RTD的電阻值精確等于U/I，與引線電阻無(wú)關(guān)。 3.四線制測(cè)量原理 該測(cè)量原理的誤差主要來(lái)自于恒流源的精度、電壓表的測(cè)量精度、引線的固有熱電勢(shì)。可采用如下措施提高測(cè)量精度：在電流回路中加入一具有極低溫度系數(shù)的高精密電阻作為采樣電阻，測(cè)量該采樣電阻上的電壓值VS進(jìn)而精確得到恒流源的電流值I，從而消除由于溫漂、失調(diào)等因素造成的恒流源誤差；變換恒流源極性測(cè)量熱電阻，可大大抑制熱電勢(shì)的影響。銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫 銅電阻 銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性呈線性，其材料易提純，價(jià)格低廉易提純，價(jià)格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅

23、在250以上溫度本身易于氧化易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號(hào)分別為Cu50和和Cul00）一般其工作溫度范圍為-40120。其電阻值與溫度的關(guān)系為： 當(dāng)時(shí)50150t 2301R tRAtBtCt銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫 熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度高靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大12個(gè)數(shù)量級(jí)； 很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)幾乎無(wú)需考慮連線電阻的影響幾乎無(wú)需考慮連線電阻的影響； 體積小體積小； 熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化快速變化的測(cè)量場(chǎng)合； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，能承受較大的沖擊、振動(dòng)。 熱敏電阻的缺點(diǎn)： 阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重； 元件的一致性差，互換性差； 元件易老

24、化，穩(wěn)定性較差； 除特殊高溫?zé)崦綦娮柰猓^大多數(shù)熱敏電阻僅適合0150范圍，使用時(shí)必須注意。銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫 串聯(lián)在熱敏電阻中的串聯(lián)在熱敏電阻中的R R的最佳值的最佳值MHLHLHLMR2RRRR2)RR(RR 簡(jiǎn)易溫度控制器簡(jiǎn)易溫度控制器 熱電偶測(cè)溫 熱電偶是工業(yè)和武備試驗(yàn)中溫度測(cè)量應(yīng)用最多的器件。特點(diǎn)：測(cè)溫范圍寬、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。1.熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，由于這種熱電效應(yīng)現(xiàn)象是1821年塞貝克（Se

25、eback）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝克效應(yīng)（如圖9-8所示）。 熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種電勢(shì)組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一熱電極兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)。接觸電勢(shì)是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，而熱電極接點(diǎn)接觸面處就產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在熱電極接點(diǎn)處便產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定電勢(shì)差。1.熱電偶測(cè)溫原理 普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝螺紋安裝螺紋安裝法蘭安裝法蘭隔爆隔爆型熱電偶外形型熱電偶外形厚壁保護(hù)管厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒熱電偶兩熱電極分別叫 A（正極）和B（負(fù)極），0TT、0TT1.熱電偶測(cè)溫原理 0000AB

26、ABABABETTETETETTETT， 其中溫差電勢(shì)EA（T，T0）和EB（T，T0）比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，且EAB（T0）總與EAB（T）的方向相反，上式簡(jiǎn)化為： 00ABABABETTETET，2.熱電偶分類及特性 為了得到實(shí)用性好，性能優(yōu)良的熱電偶，其熱電極材料需具有以下性能： (1)優(yōu)良的熱電特性；(2)良好的物理性能 ；(3)優(yōu)良的化學(xué)性能 ；(4)優(yōu)良的機(jī)械性能 ；(5)足夠的機(jī)械強(qiáng)度和長(zhǎng)的使用壽命；(6)制造成本低，價(jià)值比較便宜。3.熱電偶結(jié)構(gòu) 普通工業(yè)用熱電偶 熱電偶通常主要由四部分組成 (如圖9-11所示)：熱電極、絕緣管、保護(hù)管和接線盒。鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶，是將

27、熱電偶絲和絕緣材料一起緊壓在金屬保護(hù)管中制成的熱電偶。3.熱電偶結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量溫度范圍寬 ，響應(yīng)速度快 ，撓性好、安裝使用力便，使用壽命長(zhǎng) ，機(jī)械強(qiáng)度、耐壓性能好 ，鎧裝熱電偶外徑尺寸范圍寬 ，鎧裝熱電偶的長(zhǎng)度可以做得很長(zhǎng)。 4.幾種冷端處理方法：幾種冷端處理方法：（1 1）補(bǔ)償導(dǎo)線法）補(bǔ)償導(dǎo)線法組成組成：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層。：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線功能功能：實(shí)現(xiàn)了冷端遷移；降低了電路成本。：實(shí)現(xiàn)了冷端遷移；降低了電路成本。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償導(dǎo)線又分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種兩種延長(zhǎng)形：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)延長(zhǎng)形：補(bǔ)

28、償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo) 稱值與配用的熱電偶相同，用字母稱值與配用的熱電偶相同，用字母“”附在熱電附在熱電偶分度號(hào)后表示。偶分度號(hào)后表示。 補(bǔ)償型：其合金絲的名稱化學(xué)成分與配用的熱電偶不補(bǔ)償型：其合金絲的名稱化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在同，但其熱電勢(shì)值在100100以下時(shí)與配用的熱電偶的以下時(shí)與配用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，有字母熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，有字母“C C”附在熱電偶分度號(hào)附在熱電偶分度號(hào)后表示。后表示。 補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：改善熱電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能；改善熱電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能；降低測(cè)量線路的成本；降低測(cè)量線路的成本；節(jié)省貴金屬材料

29、，便于安裝與敷設(shè)；若用直徑粗、節(jié)省貴金屬材料，便于安裝與敷設(shè)；若用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，還可減少測(cè)量回路電阻。電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，還可減少測(cè)量回路電阻。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線使用須注意事項(xiàng)使用須注意事項(xiàng)如下：如下：補(bǔ)償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（補(bǔ)償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（01000100）；）；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持溫度相同；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持溫度相同；不同型號(hào)的熱電偶配有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；不同型號(hào)的熱電偶配有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線由正、負(fù)極需分別與熱電偶正、負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線由正、負(fù)極需分別與熱電偶正、負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是對(duì)熱電偶冷端延長(zhǎng)。補(bǔ)償

30、導(dǎo)線的作用是對(duì)熱電偶冷端延長(zhǎng)。（2 2）熱電偶冷端溫度恒溫法）熱電偶冷端溫度恒溫法適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。（3 3）計(jì)算修正法）計(jì)算修正法在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是零度，而是環(huán)境溫度，這時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是零度，而是環(huán)境溫度，這時(shí)測(cè)量出的回路熱電勢(shì)要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之間溫差測(cè)量出的回路熱電勢(shì)要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶分度表的要求。所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶分度表的要求。)0 ,(),()0 ,(11TETTETE 可用室溫計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度可用室

31、溫計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度T1T1，從分度表中查出的，從分度表中查出的E(T1,0)E(T1,0)值，然后加值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)上熱電偶回路熱電勢(shì)E(T,T1)E(T,T1)，得到，得到E(T,0)E(T,0)值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度值。被測(cè)溫度值。由于計(jì)算機(jī)尤其是微處理器和單片機(jī)推廣普及，智能化測(cè)溫由于計(jì)算機(jī)尤其是微處理器和單片機(jī)推廣普及，智能化測(cè)溫儀普遍以軟件為主的補(bǔ)償方式處理儀普遍以軟件為主的補(bǔ)償方式處理例例 用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅鎳硅(K(K型型) )熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度為溫度為3030。測(cè)得的熱電勢(shì)為。測(cè)得的熱電勢(shì)為2

32、8mV28mV，求熱端溫度。，求熱端溫度。mV203. 1)0 ,30(E mV28)30,T(E mV203.29mV203. 1mV28)0 ,T(E 反查反查K K分度分度T=701.5T=701.5計(jì)算修正曲線計(jì)算修正曲線(4) (4) 冷端補(bǔ)償電橋法冷端補(bǔ)償電橋法n利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值 。(5)(5) 集成溫度傳感器集成溫度傳感器AD590AD590美國(guó)美國(guó)ADAD公司于公司于7070年代末推出體年代末推出體積僅同一只小功率高頻晶體管積僅同一只小功率高頻晶體

33、管大小的集成化半導(dǎo)體溫度傳感大小的集成化半導(dǎo)體溫度傳感器器AD590AD590。標(biāo)定系數(shù)：標(biāo)定系數(shù)：1uA/K1uA/KAD590AD590工作電路工作電路把把AD590AD590輸出的電流輸出的電流信號(hào)方便地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)方便地轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)壓信號(hào)特點(diǎn)特點(diǎn)輸出總電流與絕對(duì)溫度成正比；輸出總電流與絕對(duì)溫度成正比；內(nèi)有穩(wěn)壓和恒流電路，內(nèi)有穩(wěn)壓和恒流電路，輸出總電輸出總電流限制在流限制在1mA左右左右；非線性誤差較小；非線性誤差較小；使用溫度范圍為一使用溫度范圍為一5050150150；它具有良好的互換性；它具有良好的互換性；4.熱電偶溫度測(cè)量 優(yōu)點(diǎn)：改善熱電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能降低測(cè)量線路的

34、成本節(jié)省貴金屬材料，便于安裝與敷設(shè)；若用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，還可減少測(cè)量回路電阻。補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項(xiàng)如下：各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度，不得超過(guò)規(guī)定的使用溫度范圍；由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此兩連接點(diǎn)溫度必須相同；在需高精度測(cè)溫場(chǎng)合，處理測(cè)量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值，以保證測(cè)量精度。4.熱電偶溫度測(cè)量 參比端處理我們經(jīng)常使用的熱電偶分度表，都是以熱電偶參比端為0條件下制作的。在工業(yè)測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)一般不能使參比端保持0。現(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)尤其是微處理器和單片機(jī)推廣普及，因而，智能化測(cè)溫儀普遍按下述以軟件為主的補(bǔ)償方式：當(dāng)熱電偶的測(cè)

35、量端和參比端溫度分別為t、t1，假定t1t0=0 ，則熱電動(dòng)勢(shì)0110ABABABEttEttEtt，4.熱電偶溫度測(cè)量 例9.1：用K型熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，測(cè)得參比端溫度t138；測(cè)得測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)E(t, 38 )29.90 mV，試求實(shí)際爐溫。解由K型分度表查得E(38，0)1.53 mV，由式(6-11)可得到： E(t，0)E (t, t1 ) + E(t1, 0 ) 29.90 +1.53= 31.43 mV再查K型分度表，由31.43 mV查得到實(shí)際爐溫755 。4.熱電偶溫度測(cè)量 4.熱電偶溫度測(cè)量 上述例子，若參比端不作修正，則按所測(cè)測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)E(t,

36、 32 )29.90 mV查K型分度表得對(duì)應(yīng)的爐溫718，與實(shí)際爐溫755相差37，由此產(chǎn)生的相對(duì)誤差約為5%。由此可見，如果不考慮參比端溫度修正、補(bǔ)償有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）測(cè)量誤差。 輻射法測(cè)溫 任何物體，其溫度超過(guò)絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。能對(duì)被測(cè)物體熱輻射能量進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定被測(cè)物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。 輻射測(cè)溫的基本原理輻射測(cè)溫的基本原理 輻射測(cè)溫方法及其儀表 紅外測(cè)溫與紅外成像測(cè)溫儀 輻射測(cè)溫的基本原理輻射式溫度計(jì)的感溫元件通常工作在屬于

37、可見光和紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域。輻射式溫度計(jì)的感溫元件使用的波長(zhǎng)范圍為0.340m。相關(guān)概念： 絕對(duì)黑體：在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量。 選擇吸收體：對(duì)輻射能的吸收(或輻射)除與溫度有關(guān)外，還與波長(zhǎng)有關(guān)。 灰體：吸收(或輻射)本領(lǐng)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。如果波長(zhǎng)與溫度T滿足C2(T)1，則可把普朗克公式簡(jiǎn)化為維恩(Wien)公式。在溫度低于3000K，對(duì)于波長(zhǎng)較短的可見光，用維恩公式替代普朗克公式產(chǎn)生的誤差1。210/5CTCLTe ， 從圖中可以看到如下一些規(guī)律：每條曲線均有一個(gè)極大值，而且這個(gè)極值是隨著溫度升高而向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)；不同溫度下的曲線，其曲線峰值點(diǎn)的波長(zhǎng) m和溫度T均滿

38、足維恩位移定律。實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，黑體的總輻射能力與溫度的關(guān)系滿足斯蒂藩一玻耳茲曼定律：40)(TTM綜上所述，任何實(shí)際物體的總輻射亮度與溫度的四次方成正比；通過(guò)測(cè)量物體的輻射亮度就可得到該物體的溫度，這就是輻射測(cè)量的基本原理。1.光譜輻射溫度計(jì)2. 比色高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)硅輻射溫度計(jì)依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的關(guān)系，可以測(cè)出物體的溫度。目前國(guó)內(nèi)外使用的光譜輻射溫度計(jì)都是根據(jù)被測(cè)物體的光譜輻射亮度來(lái)確定物體的溫度。光譜輻射溫度計(jì) 1.光學(xué)高溫計(jì) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，適用于1000 K3500 K范圍的溫度測(cè)量，其精度通常為1.0級(jí)和l.5級(jí)，可滿足一般工業(yè)測(cè)

39、量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫窯爐的溫度測(cè)量。用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量被測(cè)物體的溫度時(shí)，讀出的數(shù)值將不是該物體的實(shí)際溫度，而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑體的溫度，即所謂的“亮度溫度”。亮度溫度：在波長(zhǎng)為 、溫度為T時(shí)，某物體的輻射亮度L與溫度為TL的絕對(duì)黑體的亮度L0 相等，則稱TL為這個(gè)物體在波長(zhǎng)為時(shí)的亮度溫度。數(shù)學(xué)表達(dá)式為 通常用維恩公式維恩公式來(lái)近似表示光譜輻射亮度 光學(xué)高溫計(jì)是在波長(zhǎng)為的單色波長(zhǎng)下獲得的亮度。實(shí)際溫度為),(),(),(),(00LTLTLTTL2211/55( , )LCTCTCCTee 22lnCTTCTLL1.光學(xué)高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)通常采用0.660.01m的單一

40、波長(zhǎng)，將物體的光譜輻射亮度L 和標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行比較，確定待測(cè)物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)有三種形式：燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)1.光學(xué)高溫計(jì) 燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì) 原理：由人眼對(duì)熱輻射體和高溫計(jì)燈泡在單一波長(zhǎng)附近的光譜范圍的輻射亮度進(jìn)行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的亮度使其在背景中隱滅或消失而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。WGGZ型光學(xué)高溫計(jì)的示意圖如下圖所示：2.光電高溫計(jì) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量范圍廣，使用方便。缺點(diǎn)：光學(xué)高溫計(jì)在測(cè)量物體的溫度時(shí)，由于要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)燈絲的亮度，由眼睛判別燈絲的“隱滅”，故觀察誤差較大，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和記錄。光電高溫計(jì)與光學(xué)高