第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数。从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志。温度与人们日常生活紧密相关。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 9.1 概述概述 温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量，温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量，温度是建立在热平衡基础上的。温度是建立在热平衡基础上的。 人类一直在探索如何测量温度。人类一直在探索如何测量温度。 人体是一种测温仪人体是一种测温仪: : 精度底精度底 量程小量程小第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/54概述概述缺点缺点: 受气压影响受气压影响 最早使用仪器来测量温度的是伽里略最早使用仪器来测量温度的是伽里略 1592年底，伽里略发明了第一个用来测量温度年底，伽里略发明了第一个用来测量温度的仪器。的仪器。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/55 1624年温度计第一次正式在文献里出现。年温度计第一次正式在文献里出现。 1654年意大利的一个公爵费迪南德二世做成了一年意大利的一个公爵费迪南德二世做成了一个真正不受气压影响的温度计个真正不受气压影响的温度计开尔文、牛顿等建立了各种温标开尔文、牛顿等建立了各种温标: 绝对温标、摄氏温标、华氏温标绝对温标、摄氏温标、华氏温标概述概述第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 9.1.2 9.1.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成可分成接触式接触式和和非接触式非接触式两大类。两大类。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 接触式与非接触式测温特点比较接触式与非接触式测温特点比较测量条件测量条件接触式接触式：感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几：感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀被测对象不对感温元件产生腐蚀非接触式非接触式：知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分：知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上照射到检测元件上测量范围测量范围接触式接触式： 1200以下、热容大、无腐蚀性，对象的连续在线以下、热容大、无腐蚀性，对象的连续在线测温测温非接触式非接触式：从超低温到极高温，但：从超低温到极高温，但1000以下，测量误差大以下，测量误差大第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 接触式与非接触式测温特点比较接触式与非接触式测温特点比较精精 度度接触式接触式：通常为：通常为、及及级级非接触式非接触式：通常为：通常为、级级 响应速度响应速度接触式接触式：慢，通常为几十秒到几分钟：慢，通常为几十秒到几分钟非接触式非接触式：快，通常为：快，通常为23秒钟秒钟 其它特点其它特点接触式：接触式：结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉非接触式：非接触式：结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 各种温度检测方法及其测温范围第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9章章 温度检测技术温度检测技术 9.1 概述概述9.2 接触式测温方法接触式测温方法9.3 辐射法测温辐射法测温第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 接触式测温方法 根据测温转换的原理，接触式测温可分为：1、膨胀式、膨胀式(包括液体和固体膨胀式包括液体和固体膨胀式) 2、热阻式、热阻式(包括金属热电阻和半导体热电阻包括金属热电阻和半导体热电阻) 3、热电式、热电式(包括热电偶和包括热电偶和PN结结)第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/512(本课程主要介绍接触式测温原理及方法本课程主要介绍接触式测温原理及方法) 热电式传感器热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置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：常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶、热电阻热电偶、热电阻热电偶：热电偶：将温度转换为电势之变化将温度转换为电势之变化热电阻：热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化将温度转换为电阻阻值之变化 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 9.2.1 9.2.1 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法 基于物体受热时产生膨胀的原理，分为基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体液体膨胀式膨胀式和和固体膨胀式固体膨胀式两类。两类。按按膨胀基体膨胀基体可分成：液体膨胀式可分成：液体膨胀式玻璃温度计玻璃温度计、液体或气体膨胀式液体或气体膨胀式压力温度计压力温度计及固体膨胀式及固体膨胀式双双金属温度计金属温度计 特点：特点：1 1、测量范围大都在、测量范围大都在-50-50550550内内2 2、用于温度测量或控制精度、用于温度测量或控制精度要求要求较低较低，不需自不需自动记录动记录的场合。的场合。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热阻式测温技术热阻式测温技术 基于热电阻原理测温是根据基于热电阻原理测温是根据金属导体或半导体金属导体或半导体的电阻值随温度变化的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。换为电信号，从而达到测温的目的。热电阻的材料：热电阻的材料：电阻率、电阻温度系数要大，电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性；物理、化学性质要稳定，复现性好，易于线性；物理、化学性质要稳定，复现性好，易提纯，同时价格尽可能便宜。提纯，同时价格尽可能便宜。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 优点优点：信号灵敏度高、易于连续测量、可以远：信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传（与热电偶相比）、无需参比温度；金属热电传（与热电偶相比）、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。准仪表。缺点缺点：需要电源激励、有自热现象（会影响测：需要电源激励、有自热现象（会影响测量精度）以及测量温度不能太高。量精度）以及测量温度不能太高。 常用热电阻种类主要有常用热电阻种类主要有铂电阻铂电阻、铜电阻铜电阻和和半导体半导体热敏电阻热敏电阻。 热阻式测温技术热阻式测温技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 铂电阻测温铂电阻测温 铂电阻铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻的电阻率较大，电阻温度关系呈非温度关系呈非线性，但线性，但测温范围广，精度高测温范围广，精度高，且材料易提纯，且材料易提纯，复现性好；在氧化性介质中，甚至复现性好；在氧化性介质中，甚至高温下，其物高温下，其物理、化学性质都很稳定理、化学性质都很稳定。目前工业用铂电阻分度号为目前工业用铂电阻分度号为Pt100和和Pt10，其中，其中Pt100更为常用。更为常用。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 铂电阻与温度的关系铂电阻与温度的关系当 时 当 时 铂电阻测温铂电阻测温 式中 R0温度为零时铂热电阻的电阻值 R（t）温度为t时铂热电阻的电阻值； A=3.9080210-3 B=-5.801910-7 C=-4.2735010-12第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热电阻的结构热电阻的结构铂电阻测温 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热电阻感温元件热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器。它是是用来感受温度的电阻器。它是热电阻的核心部分，由热电阻的核心部分，由电阻丝电阻丝及及绝缘骨架绝缘骨架构成。构成。作为热电阻丝材料应具备如下条件：作为热电阻丝材料应具备如下条件： 电阻温度系数大、线性好、性能稳定；电阻温度系数大、线性好、性能稳定； 使用温度范围广、加工方便；使用温度范围广、加工方便； 固有电阻大，互换性好，复制性强。固有电阻大，互换性好，复制性强。铂电阻测温铂电阻测温 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热电阻的引线形式热电阻的引线形式热电阻的内引线是出厂时自身具备的引线，其功热电阻的内引线是出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。热电阻的外引线有热电阻的外引线有两线制两线制、三线制三线制及及四线制四线制三种，三种，如图如图9-4所示。所示。铂电阻测温铂电阻测温 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 铂电阻测温铂电阻测温 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 1.两线制测量电桥 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2.三线制测量电桥 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 3.3. 四线制测量原理四线制测量原理 RTD为被测热电阻，通过四根电阻引线将热电阻引入测量设备中，各引线电阻为RLEAD；恒流源I加到RTD的两端，RTD另两端接入电压表VM，由于电压表具有极高的输入电阻（通常高于100M），因此流经电压表的电流可忽略不计，VM两端电压完全等于RTD两端的电压，流经RTD的电流完全等于恒流源电流I。 由此可见，RTD的电阻值精确等于U/I，与引线电阻无关。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 3.四线制测量原理 该测量原理的该测量原理的误差误差主要来自于恒流源的精度、电压主要来自于恒流源的精度、电压表的测量精度、引线的固有热电势。表的测量精度、引线的固有热电势。可采用如下措施提高测量精度：可采用如下措施提高测量精度：在电流回路中加入一具有极低温度系数的在电流回路中加入一具有极低温度系数的高精密高精密电阻作为采样电阻电阻作为采样电阻，测量该采样电阻上的电压值，测量该采样电阻上的电压值VS进进而精确得到恒流源的电流值而精确得到恒流源的电流值I，从而消除由于温漂、失，从而消除由于温漂、失调等因素造成的恒流源误差；调等因素造成的恒流源误差；变换恒流源极性测量热电阻变换恒流源极性测量热电阻，可大大抑制热电势，可大大抑制热电势的影响。的影响。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 铜电阻和热敏电阻测温铜电阻和热敏电阻测温 铜电阻铜电阻 铜电阻铜电阻(WZC)的电阻值与温度的关系几乎的电阻值与温度的关系几乎呈线性呈线性，其材料其材料易提纯，价格低廉易提纯，价格低廉；但因其电阻率较低；但因其电阻率较低（仅为铂的（仅为铂的1/2左右）而体积较大，热响应慢；左右）而体积较大，热响应慢；另因铜在另因铜在250以上温度本身以上温度本身易于氧化易于氧化，故通常，故通常工业用铜热电阻（分度号分别为工业用铜热电阻（分度号分别为Cu50和和Cul00）一般其工作温度范围为一般其工作温度范围为-40120。其电阻值。其电阻值与温度的关系为：与温度的关系为： 当时第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热敏电阻的热敏电阻的缺点缺点： 阻值与温度的关系非线性严重；阻值与温度的关系非线性严重； 元件的一致性差，互换性差；元件的一致性差，互换性差； 元件易老化，稳定性较差；元件易老化，稳定性较差； 除特殊高温热敏电阻外，绝大多除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合数热敏电阻仅适合0150范围，范围，使用时必须注意。使用时必须注意。铜电阻和热敏电阻测温铜电阻和热敏电阻测温 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/5289.2.3 热电偶热电偶热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器热电偶：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。测局部温度和便于远距离传送与集中检测。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/5309.2.3 热电偶热电偶一、工作原理一、工作原理(席贝克效应席贝克效应) 两种不同材料的导体两种不同材料的导体A和和B串联起来形成一个闭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，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，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，该现象是称为温差热电效应或热电效应，该现象是1821年德国年德国物理学家物理学家Secback发现的。发现的。热电势可用函数关系式表示：热电势可用函数关系式表示：EAB=f(T,T0)若知道若知道EAB, T0, 即可利用热电效应来测温或温度差。即可利用热电效应来测温或温度差。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/531 定义：定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶这两种不同导体的组合体称为热电偶。 两个连接端点两个连接端点, ,一个称为工作端一个称为工作端T,T,另一个称为自另一个称为自由端或参考端由端或参考端T T0 0或冷端或冷端, ,两根金属丝称之为两根金属丝称之为热电极热电极。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/532温差电势是如何产生的？温差电势是如何产生的？ 温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电势温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组成）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组成的。的。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 1. 接触电势接触电势原理图+ABeAB(T)-eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷，e=1.610-19C； k波尔兹曼常数，k=1.3810-23J/K；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 AeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的=2V/。2.温差电势温差电势原理图第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势NAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A、B导体A和B的汤姆逊系数。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 根据电磁场理论得EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T )由于NA、NB是温度的单值函数在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T，0)-EAB(T0，0) 热电偶的热电势，等于两端温度分别为热电偶的热电势，等于两端温度分别为T 和零度以和零度以及及T0和零度的热电势之差。和零度的热电势之差。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 4.4.导导体体材材料料确确定定后后，热热电电势势的的大大小小只只与与热热电电偶偶两两端端的的温温度度有有关关。如如果果使使E EABAB( (T T0 0)=)=常常数数，则则回回路路热热电电势势E EABAB( (T T，T T0 0) )就就只只与与温温度度T T有有关关，而而且且是是T T的的单单值值函函数数，这这就就是是利用热电偶测温的原理。利用热电偶测温的原理。3.3.只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同, ,热电偶的两导体材料不热电偶的两导体材料不 同时才能有热电势产生。同时才能有热电势产生。1.1.热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。有关；与热电偶的长度、粗细无关。2.2.只有用不同性质的导体只有用不同性质的导体( (或半导体或半导体) )才能组合成热电偶；才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当相同材料不会产生热电势，因为当A A、B B两种导体是同两种导体是同一种材料时，一种材料时，ln(Nln(NA A/N/NB B)=0)=0，也即，也即E EABAB( (T T，T T0 0)=0)=0。结论结论(4(4点点) )：第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 对对于于有有几几种种不不同同材材料料串串联联组组成成的的闭闭合合回回路路，接接点点温温度度分分别别为为T1、T2 、 、Tn ，冷端温度为零度的热电势。其热电势为，冷端温度为零度的热电势。其热电势为 E= EAB（T1）+ EBC（T2）+ENA（Tn） 由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。（用途） 二、热电偶回路的性质1. 均质导体定律第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2. 中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。零。如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 两点结论： l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三种材料接入热电偶回路图第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 ET0T0TET0T1T1T电位计接入热电偶回路用途用途 根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。中原来的热电势，接入的方式见下图所示。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB标准电极定律标准电极定律2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：用途：纯金属很多，合金更多，如果要得出它们之间的热电动势很困难。铂的物用途：纯金属很多，合金更多，如果要得出它们之间的热电动势很困难。铂的物理化学性质稳定，熔点高、易提纯。通常选用高纯铂丝作为标准电极。理化学性质稳定，熔点高、易提纯。通常选用高纯铂丝作为标准电极。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 3. 中间温度定律 如如果果不不同同的的两两种种导导体体材材料料组组成成热热电电偶偶回回路路,其其接接点点温温度度分分别别为为T1、T2(如如图图所所示示)时时,则则其其热热电电势势为为EAB(T1, T2)；当当接接点点温温度度为为T2、T3时时，其其热热电电势势为为EAB(T2, T3)；当当接接点点温温度度为为T1、T3时时，其其热热电电势势为为EAB(T1, T3)，则，则BBA T2 T1 T3 AABEAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）用途：制定热电式分度表奠定理论基础，参考温度0度第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿导线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当如当T2=0时，则：时，则：只要只要T1、T0不变，接入不变，接入AB后不管接点温度后不管接点温度T2如何变化，都不影如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热同样热电特性的材料电特性的材料A、B(如图如图)即引入所谓补偿导线时，当即引入所谓补偿导线时，当EAA(T2)=EBB(T2)，则回路总电动势为，则回路总电动势为第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热电偶材料应满足：l物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；l热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l便于制造；l复现性好，便于成批生产。三、热电偶的常用材料与结构第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 常用热电偶的结构类型1工业用热电偶下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝1234第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 (a)(b)(c)(d)132 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型化（直径从12mm到）、寿命、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。图3.2-12铠装式热电偶断面结构示意图1金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 3快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄0.lm)4123快速反应薄膜热电偶1热电极;2热接点;3绝缘基板;4引出线因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁镍、铁康铜和铜康铜三种,尺寸为6060.2mm;绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300以下；反应时间仅为几ms。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 4快速消耗微型热电偶下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为的铂铑10一铂铑30热电偶装在U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要注意它的动态标定，测量精度可达57。14235678 91110快速消耗微型1刚帽；2石英；3纸环；4绝热泥；5冷端；6棉花；7绝缘纸管；8补偿导线；9套管；10塑料插座；11簧片与引出线第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 方法方法u 冰点槽法冰点槽法u 计算修正法计算修正法u 补正系数法补正系数法u 零点迁移法零点迁移法u 冷端补偿器法冷端补偿器法u 软件处理法软件处理法四、冷端处理及补偿原因原因l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产为依据，否则会产生误差。生误差。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 1. 冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液四、冷端处理及补偿T0第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2. 计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=2.831(mV)再次查分度表，与对应的热端温度T=68。注意:既不能只按查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 3. 补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即 式中：T为未知的被测温度；T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH室温；k为补正系数，其它参数见下表。例用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k。于是，被测温度T（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于。T T k T H第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 温度T/补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53热电偶补正系数第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 4. 冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。冷端补偿器的作用注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0Ua Uab EAB(T,T0)供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 1. 1. 热电偶的选择、安装使用热电偶的选择、安装使用热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，图是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可图3.2-17热电偶安装图通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。五、热电偶的选择、安装使用和校验第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 热电偶分度号校验温度/热电偶允许偏差/温度偏差温度偏差LB3600，800，1000，120006002.4600占所测热电势的0.4%EU2400，600，800，10004004400占所测热电势的0.75%EA2300，400，60003004300占所测热电势的1%2. 2. 热电偶的定期校验热电偶的定期校验校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。工业热电偶的允许偏差，见下表。工业热电偶允许偏差工业热电偶允许偏差第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 78564321稳压电源220V热电偶校验图1-调压变压器；2-管式电炉；3标准热电偶；4-被校热电偶；5-冰瓶；6-切换开关；7-测试仪表；8-试管第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 请将请将右图各有右图各有关设备关设备正正确地连接确地连接起来，组起来，组成热电偶成热电偶测温、控测温、控温电路。温电路。黄黄绿绿红红L L1L L2L L3接大地铜排接大地铜排接零接零热电偶输出端热电偶输出端电炉电炉交流接交流接触器触器三相三相 空气开关空气开关第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 380V380V线圈的线圈的交流接触器交流接触器连接连接过程过程 当温当温度控制器度控制器测得的温测得的温度达到度达到设设定值时定值时，5-6两端两端开开路路，交流，交流接触器接触器失失电电，电炉，电炉回路被切回路被切断断。接大地铜排接大地铜排黄黄绿绿红红L L1L L2L L3电炉电炉接零接零“3”端接何端接何处处热电偶热电偶第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 习 题 1什么是热电势、接触电势和温差电势？ 2说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。 3已知在其特定条件下材料A与铂配对的热电势 ，材料B与铂配对的热势 ，试求出此条件下材料A与材料B配对后的热电势。 第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 习 题4Pt100和Cu50分别代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。5将一只灵敏度为0.08mv/ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50,毫伏表的输出为60 mV, 求热电偶热端的温度为多少?6试比较热电阻与热敏电阻的异同。第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/575作作 业业8-1.下面三种说法哪种正确：热电偶的热电动势大下面三种说法哪种正确：热电偶的热电动势大小（小（1）取决于热端温度；（）取决于热端温度；（2）取决于热端和冷端）取决于热端和冷端两个温度；（两个温度；（3）取决于热端和冷端温度之差。为）取决于热端和冷端温度之差。为什么？什么？8-2.热电偶的热电动势大小和热电极的长短、粗细热电偶的热电动势大小和热电极的长短、粗细有关吗？若热电偶接有负载后，负载上得到的电压有关吗？若热电偶接有负载后，负载上得到的电压和热电极长短、粗细有关吗？和热电极长短、粗细有关吗？8-3.热电偶的冷端延长导线的作用是什么？使用冷热电偶的冷端延长导线的作用是什么？使用冷端延长线（即补偿导线）应满足什么样的条件和注端延长线（即补偿导线）应满足什么样的条件和注意什么问题？意什么问题？第第9 9章章 温度检测技术温度检测技术 2024/9/5768-4.有人查补偿导线所用材料资料发现铂铑有人查补偿导线所用材料资料发现铂铑-铂热电铂热电偶的补偿导线是由铜偶的补偿导线是由铜-铜镍材料，而镍铬铜镍材料，而镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶的补偿导线所用材料就是镍铬的补偿导线所用材料就是镍铬-镍硅，这是为什么？镍硅，这是为什么？既然铜既然铜-铜镍热电特性可替代铂铑铜镍热电特性可替代铂铑-铂，为什么不用铜铂，为什么不用铜-铜镍热电偶代替铂铑铜镍热电偶代替铂铑-铂去测温？铂去测温？8-5.试比较热电阻、热敏电阻及热电偶三种测温传感试比较热电阻、热敏电阻及热电偶三种测温传感器的特点及对测量电路的要求器的特点及对测量电路的要求作作 业业