热工测量与自动控制 第3章温度测量 第第1 1节节 概述概述 第第2 2节节 热电偶温度计热电偶温度计 第第3 3节节 电阻温度计电阻温度计 第第4 4节节 接触测温的误差分析接触测温的误差分析 第第5 5节节 热电偶与热电阻的校验热电偶与热电阻的校验 第第6 6节节 温度变送器与显示记录仪表温度变送器与显示记录仪表 热工测量与自动控制 第3章温度测量 一一 温标温标 二二. .温度计的分类温度计的分类 第第1 1节节 概述概述 热工测量与自动控制 第3章温度测量 标准大气压下纯水的冰标准大气压下纯水的冰 融点为融点为0 0度度，沸点为沸点为100100 度度，中间等分为中间等分为100100格格， 每格为摄氏每格为摄氏1 1度度，符号为符号为 1 1 摄氏温标摄氏温标 标准大气压下纯水的冰标准大气压下纯水的冰 融点为融点为3232度度，沸点为沸点为212212 度度，中间等分为中间等分为180180格格， 每格为华氏每格为华氏1 1度度，符号为符号为 F 2 2 华氏温标华氏温标 5 (32) 9 CF 水受热后体积膨胀水受热后体积膨胀 一一 温标温标 热工测量与自动控制 第3章温度测量 3 3 热力学温标热力学温标 又称又称开氏温标开氏温标（K K）或或绝对温标绝对温标它规定分子运动停它规定分子运动停 止时的温度为绝对零度止时的温度为绝对零度。为为国际统一的基本温标国际统一的基本温标，与测与测 温物体的任何物理性质无关温物体的任何物理性质无关。 选定选定水的三相点水的三相点为参考点为参考点，温度定义为温度定义为273.16 K273.16 K 11 22 QT QT Q1: :热源在温度为热源在温度为T1时放出的热量时放出的热量； Q2: :温度为温度为T2的冷源所吸收的热量的冷源所吸收的热量； 1 273.16 Q T Q 参 热工测量与自动控制 第3章温度测量 国际实用温标国际实用温标用来复现热力学温标用来复现热力学温标，简称简称IPTS- -68 1990年以年以国际温标国际温标（ITS-90）替代替代IPTS- -68。 在在ITS-90中指出中指出：热力学温度热力学温度（符号为符号为T）是基本物理是基本物理 量量，单位为开尔文单位为开尔文（符号为符号为K K）。）。它规定水三相点热力学它规定水三相点热力学 温度为温度为273.16K273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温定义开尔文一度等于水三相点热力学温 度的度的1273.16。 4.4.国际实用温标国际实用温标 9090 273.15tT t90: :国际摄氏温度国际摄氏温度（ ）；）；T90: :国际开尔文温度国际开尔文温度（K K ）；）； 热工测量与自动控制 第3章温度测量 ITS-90的一些规定的一些规定： （1 1）0.65K到到4He临界点临界点（5.2K）温度段内用温度段内用3He和和4He 蒸汽压与温度的关系来确定温度蒸汽压与温度的关系来确定温度。 （3 3）平衡氢三相点平衡氢三相点（13.8K）到银凝固点到银凝固点（962），）， 标准仪器应用铂电阻温度汁标准仪器应用铂电阻温度汁。 （4 4）银凝固点银凝固点（962）以上温度区间采用普朗克定律以上温度区间采用普朗克定律 外推外推。 （2 2）4He沸点沸点（4.2K）到氖三相点到氖三相点（24.6K），），在三个在三个 规定温度点规定温度点( (氖三相点氖三相点（24.6K24.6K）、）、平衡氢三相点平衡氢三相点（13.8K13.8K）、）、 4 4He He正常沸点正常沸点（4.2K4.2K）) )分度过的分度过的3He或或4He气体温度计内插气体温度计内插。 热工测量与自动控制 第3章温度测量 接触式接触式 非接触式非接触式 膨胀式膨胀式: :液体膨胀式液体膨胀式，固体膨胀式固体膨胀式 压力表式压力表式：气压式气压式，液压式液压式，蒸汽式蒸汽式 热电阻式热电阻式 热电偶式热电偶式 光学式光学式 比色式比色式 红外式红外式 二二. .温度计的分类温度计的分类 热工测量与自动控制 第3章温度测量 一一、热电偶的测温原理热电偶的测温原理 二二、热电偶的基本定律热电偶的基本定律 三三、热电偶的类型热电偶的类型 四四、热电偶的构造热电偶的构造 五五、热电偶的特点热电偶的特点 六六、热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿 第第2 2节节 热电偶温度计热电偶温度计 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （一一）热电偶和热电效应热电偶和热电效应 18261826年年 德国德国T.J.seebeck 热电效应热电效应， A B TT 0 工作端工作端（测量端测量端，热端热端） 参考端参考端（自由端自由端，冷端冷端） 热电偶热电偶，热电势热电势，热电极热电极 一一、热电偶的测温原理热电偶的测温原理 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （二二）热电偶工作原理热电偶工作原理 1. 1.接触电势接触电势EAB(T)动态平衡时动态平衡时，导体导体A、B间间 形成的电位差为形成的电位差为接触电势接触电势 AB NA NB AB EAB方向方向：指向指向N大方向大方向 ES方向方向 A AB B ( ) ( )ln ( ) NTKT ET eNT AB ( )( )NTNT，：材料材料A，B在温度在温度 e：单位电荷单位电荷 K：波尔兹曼常数波尔兹曼常数 T时的自由电子密度时的自由电子密度 热工测量与自动控制 第3章温度测量 2.2.温差电势温差电势EA(T，T0) 动态平衡时动态平衡时，导体导体A冷热冷热 不同两端不同两端形成的电位差为形成的电位差为温温 差电势差电势 A T T0 A EA(T,T0)方向方向：指向指向T大向大向 ES方向方向 0 AT A0 AT ()1 () T T d NTK ET TdT eNdT , TT0 热工测量与自动控制 第3章温度测量 3.3.热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势 A T T0 TT0 B NA NB， EA(T,T0) EB(T,T0) EAB(T0)EAB(T) 0 0 AB0 ABAB0B0A0 A0A BB0 AT AT AT AT () ( )()()() ()( ) lnln ( )() ()1 ()1 T T T T ET T ETETE T TET T NTNTKTKT eNTeNT d NTK dT eNdT d NTK dT eNdT , , 整理后得到整理后得到 0 A AB0 B ( ) ()ln ( ) T T NTK ET TdT eNT , AB00 ()( )()ET Tf TF T,( )f TC 热工测量与自动控制 第3章温度测量 目录目录 （一一）均质导体定律均质导体定律 （二二）中间导体定律中间导体定律 （三三）中间温度定律中间温度定律 二二、热电偶的基本定律热电偶的基本定律 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （一一）均质导体定律均质导体定律 1. 1. 内容内容 凡是由一种均质导体或半导体组成的闭合回路凡是由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不不 论其截面如何论其截面如何，沿长度方向各处的温度分布如何沿长度方向各处的温度分布如何，都都 不会产生热电势不会产生热电势。 均质导体定律均质导体定律 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （一一）均质导体定律均质导体定律 2.2.含义含义 ）任何热电偶都必须由两种不同性质的热电任何热电偶都必须由两种不同性质的热电 极组成极组成； ）热电偶所产生的热电势仅与热电极材料的性质热电偶所产生的热电势仅与热电极材料的性质 及两个接点温度有关及两个接点温度有关； ）若热电极材质不均匀若热电极材质不均匀，存在温度梯度时会产生存在温度梯度时会产生 附加热电势附加热电势，造成测量的不准确造成测量的不准确。 均质导体定律均质导体定律 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （二二）中间导体定律中间导体定律 1. 1. 内容内容 在热电偶回路中接入第三第四种均质材料的导体后在热电偶回路中接入第三第四种均质材料的导体后， 只要中间接入的导体两端具有相同的温度只要中间接入的导体两端具有相同的温度，就不会影就不会影 响热电偶的热电势响热电偶的热电势。 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （二二）中间导体定律中间导体定律 2.2.公式公式 A T T0 T B NC NA NB， EA(T,T0) EB(T,T0) EAB(T) T0 T0 C ECA(T0) ECB(T0) ABC0ABCA0CB0 A0B0 ()( )()() ()() ET TETETET ET TE T T , , CA0CB0 0C00C0 A0B0 0B0 BA0AB0 A0 ()() ()() lnln ()() () ln()() () ETET KTNTKTNT eNTeNT KTNT ETET eNT = ABC0B0A0AB0 ()()()()ET TE T TET TET T, 热工测量与自动控制 第3章温度测量 3.3.含义含义 ）可接入不只一种中间导体可接入不只一种中间导体，只要保证其两端温度只要保证其两端温度 相同相同，则对热电势无影响则对热电势无影响； ）只要热电偶连接显示仪表的两个接点温度相同只要热电偶连接显示仪表的两个接点温度相同， 则接入仪表对热电势无影响则接入仪表对热电势无影响； ）远距离显示可接入连接导线远距离显示可接入连接导线； 4 4）可以利用焊接方法制作热电偶可以利用焊接方法制作热电偶。 热工测量与自动控制 第3章温度测量 （三三）中间温度定律中间温度定律 1. 1. 内容内容 热电偶回路中热电偶回路中。两接点温度为两接点温度为T，T0时的热电势时的热电势，等等 于接点温度为于接点温度为T，Ta和和Ta，T0的两支的两支同性质同性质热电偶热热电偶热 电势的代数和电势的代数和。 2.2.公式公式 中间温度定律中间温度定律 AB0ABaABa0 ()(,)(,)ET TET TET T, 特别地特别地，当当Ta0时时， AB0ABAB0ABAB0 ()(,0)(0 ,)(,0)(,0)ET TETETETET, 热工测量与自动控制 第3章温度测量 3.3.含义含义 ）为制定热电偶的为制定热电偶的分度表分度表奠定了理论基础奠定了理论基础：只要列只要列 出冷端温度为出冷端温度为0 0时的热电势和测量端温度的关系时的热电势和测量端温度的关系，就就 可以求出冷端温度为任意温度时的热电势可以求出冷端温度为任意温度时的热电势； ）工业用热电偶工业用热电偶补偿导线补偿导线的理论依据的理论依据：只要匹配与只要匹配与 热电偶的热电性质相同的补偿导线热电偶的热电性质相同的补偿导线，可以使冷端远离热可以使冷端远离热 源而不影响热电偶的测量精度源而不影响热电偶的测量精度。 热工测量与自动控制 第3章温度测量 三三、热电偶的类型热电偶的类型 1 1、对热电极材料的要求对热电极材料的要求 1 1）温度每增加温度每增加1 1时产生的热电势要大时产生的热电势要大 ，且与温度尽且与温度尽 可能成线性关系可能成线性关系； 2 2）物理稳定性高物理稳定性高 3 3）化学稳定性高化学稳定性高 4 4）材料组织均匀材料组织均匀，有韧性有韧性，易被加工成丝状易被加工成丝状 5 5）复现性好复现性好 热工测量与自动控制 第3章温度测量 2.2.热电偶类型热电偶类