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第第3 3章章 温度温度测量量 3.1 3.1 概述概述3.1.1 3.1.1 u温度是表征物体冷温度是表征物体冷热程度的物理量程度的物理量u宏宏观：温温度度反反映映了了处在在同同一一热平平衡衡状状态中中的的所有物所有物质具有一个共同的宏具有一个共同的宏观热平衡特性。平衡特性。u：物物体体温温度度的的是是物物体体内内部部分分子子无无规则热运运动的的剧烈烈程程度度的的标志志，是是度度量量分分子子运运动平平动动能大小的指能大小的指标第三章_温度测量u温度的温度的测量量 当两个物体同当两个物体同处于一个系于一个系统中而达到中而达到热平衡平衡时，则它它们就具有相同的温度。因此可以从一就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是就是测温的依据温的依据。如果事先已。如果事先已经知道一个物体的某知道一个物体的某些性些性质或状或状态随温度随温度变化的确定关系，就可以化的确定关系，就可以以温度来量度其性以温度来量度其性质或状或状态的的变化情况，化情况，这就就是是设计与制作温度与制作温度计的数学物理基的数学物理基础。第三章_温度测量3.1.2 温温标 温温标是温度数是温度数值化的化的标尺。它尺。它规定了温度定了温度的的读数起点和数起点和测量温度的基本量温度的基本单位。各种温位。各种温度度计的刻度数的刻度数值均由温均由温标确定。确定。1 1经验温温标 它它是是借借助助于于某某一一种种物物质的的物物理理量量与与温温度度变化化的的关关系系，用用实验方方法法或或经验公公式式所所确确定定的的温温标。主要的。主要的经验温温标有有华氏温氏温标和和摄氏温氏温标。第三章_温度测量u摄氏温氏温标 摄氏温氏温标规定定标准大气准大气压下下纯水的冰融点水的冰融点为0度，水沸点度，水沸点为100度，中度，中间等分等分为100格，每格格，每格为摄氏氏1度，符号度，符号为。u 华氏温氏温标 华氏温氏温标规定定标准大气准大气压下下纯水的冰融点水的冰融点为32度，水沸点度，水沸点为212度，中度，中间等分等分180格，每格，每格格为华氏氏1度，符号度，符号为。它与它与摄氏温氏温标的关系的关系为：第三章_温度测量u类似的似的经验温温标还有有兰氏、列氏等氏、列氏等u经验温温标的缺点在于它的局限性和随意的缺点在于它的局限性和随意性性第三章_温度测量 2热力学温力学温标热力学温力学温标又称开氏温又称开氏温标（K）或）或绝对温温标，它建于，它建于热力学基力学基础，体，体现出温度出温度仅与与热量有关而与量有关而与测温物温物质的任的任何物理性何物理性质无关的理想温无关的理想温标，它，它规定分子运定分子运动停止停止时的的温度温度为绝对零度。已由国零度。已由国际权度大会采度大会采纳作作为国国际统一一的基本温的基本温标。热力力学学温温标规定定水水在在标准准大大气气压下下的的三三相相点点为273.16K273.16K，沸沸点点与与三三相相点点之之间分分为100100等等分分，每每等等分分1K1K，将将水水的的三相点以下三相点以下273.16K273.16K定定为绝对零度（零度（0K0K）。）。第三章_温度测量 3 3国国际实用温用温标u为了了使使用用方方便便，国国际上上经协商商，决决定定建建立立一一种种既既使使用用方方便便，又又具具有有一一定定科科学学技技术水水平平的的温温标，这就是国就是国际温温标的由来。的由来。u具具备的条件：的条件：u尽可能接近尽可能接近热力学温力学温标u复复现精精度度高高，各各国国均均能能以以很很高高的的准准确确度度复复现同同样的温的温标，确保温度量，确保温度量值的的统一一u用用于于复复现温温标的的标准准温温度度计，使使用用方方便便，性性能能稳定定 第三章_温度测量 目目前前我我国国使使用用的的是是19901990年年国国际温温标ITS-90ITS-90标准。准。在在19901990年国年国际温温标中指出，中指出，热力学温力学温标是基本物理量。是基本物理量。单位开位开尔文，符号文，符号为K K。它它规定水的三相点定水的三相点热力学温度力学温度为273.16K273.16K，定定义开开尔文一度等于水三相点文一度等于水三相点热力学温度力学温度的的1/273.161/273.16。第三章_温度测量 在在ITS-90中中同同时使使用用国国际开开尔文文温温度度（符符号号为T90）和国）和国际摄氏温度（符号氏温度（符号为t90），其关系），其关系为t90=T90 273.15 T90单位位为开开尔文文（K），t90单位位为摄氏氏度度（）。这里里所所说的的摄氏氏度度符符合合国国际实用用温温标（ITS-90）的）的规定。定。第三章_温度测量n国国际温温标三要素：三要素：标准准仪器、固定点、内插器、固定点、内插公式公式(1)(1)固定点：定固定点：定义固定温度点固定温度点 定定义了了1717个固定温度点，个固定温度点，如表如表3-13-1所示。所示。(2)(2)标准准仪器：复器：复现固定温度点的方法固定温度点的方法 0.655.0K0.655.0K间为3 3HeHe或或4 4HeHe蒸气蒸气压温度温度计；3.024.5561K3.024.5561K间为3 3HeHe或或4 4HeHe定容气体温度定容气体温度计；13.8033K961.7813.8033K961.78间为铂电阻温度阻温度计；961.78961.78以上以上为光学或光光学或光电高温高温计。(3)(3)内插公式：确定固定点之内插公式：确定固定点之间任意点的温度任意点的温度值第三章_温度测量3.1.3 温度温度测量方法量方法u根根据据温温度度测量量仪表表的的使使用用方方式式，通通常常可可分分类为接触式接触式与与非接触式非接触式两大两大类。接触式接触式：测温元件与被温元件与被测对象接触，依靠象接触，依靠传热和和对流流进行行热交交换，达到平衡，达到平衡时二者的温度相等，二者的温度相等，这时测量体的温度反映了被量体的温度反映了被测物体的温度。物体的温度。优点：点：结构构简单、可靠，、可靠，测温精度温精度较高。高。缺点：由于缺点：由于测温元件与被温元件与被测对象必象必须经过充分的充分的热交交换且达到平衡后才能且达到平衡后才能测量，量，这样容易破坏被容易破坏被测对象的温度象的温度场，同，同时带来来测温温过程的滞后程的滞后时间较大，不适于大，不适于测量量热容量小的容量小的对象、极高温的象、极高温的对象、象、处于运于运动中的中的对象。象。第三章_温度测量非接触式非接触式：测温元件不与被温元件不与被测对象接触，而是利象接触，而是利用用热辐射原理或射原理或电磁原理得到被磁原理得到被测物体温度。物体温度。优点：从原理上点：从原理上讲测量范量范围从超低温到极高温，不从超低温到极高温，不破坏被破坏被测对象温度象温度场。非接触式。非接触式测温响温响应快，快，对被被测对象干象干扰小，可用于小，可用于测量运量运动的被的被测对象和有象和有强电磁干磁干扰、强腐腐蚀的的场合。合。缺点：容易受到外界因素的干缺点：容易受到外界因素的干扰，测量量误差差较大，大，且且结构复构复杂，价格比，价格比较昂昂贵。第三章_温度测量测测温温温温方式方式方式方式温度温度温度温度计计种种种种类类 优优点点点点 缺点缺点缺点缺点 使用范使用范使用范使用范围围接接触触式式测温温仪表表玻璃液体玻璃液体温度温度计 结构构简单、使用方便、使用方便、测量量准确、价格低廉准确、价格低廉 容易破容易破损、读数麻数麻烦、一般只、一般只能能现场指示指示 ,不能不能记录与与远传-100-100100100（150150）有机液体）有机液体0 0 350350（-30-30 650650）水）水银双金属温双金属温度度计结构构简单、机械、机械强度大、价度大、价格低、能格低、能记录、报警与自控警与自控 精度低、不能离开精度低、不能离开测量点量点测量量,量程与使用范量程与使用范围均有限均有限 0 0 300300（-50-50 600600）压力式温力式温度度计结构构简单、不怕震、不怕震动、具有、具有防爆性、价格低廉、能防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控警与自控 精度低、精度低、测量距离量距离较远时,仪表的滞后性表的滞后性较大、一般离开大、一般离开测量点不超量点不超过 10米米 0 0 500500（-50-50 600600）液体型）液体型0 0 100100（-50-50 200200）蒸汽型）蒸汽型电阻温度阻温度计测量精度高量精度高,便于便于远距离、距离、多点、集中多点、集中测量和自量和自动控制控制 结构复构复杂、不能、不能测量高温量高温,由由于体于体积大大,测点温度点温度较困困难-150-150 500500（-200-200 600600）铂电阻阻0 0 100100（-50-50 150150）铜电阻阻-50-50 150150（180180）镍电阻阻-100-100 200200（300300）热敏敏电阻阻热电偶温偶温度度计测温范温范围广广,精度高精度高,便于便于远距离、多点、集中距离、多点、集中测量和量和自自动控制控制 需冷端温度需冷端温度补偿,在低温段在低温段测量精度量精度较低低-20-20 13001300（16001600）铂铑1010-铂-50-50 10001000（12001200）镍铬-镍硅硅-40-40 800800（900900）镍铬-铜镍-40-40 300300（350350）铜-铜镍非接非接触式触式测温温仪表表光学高温光学高温计携携带用、可用、可测量高温、量高温、测温温时不破坏被不破坏被测物体温度物体温度场 测量量时,必必须经过人工人工调整整,有人有人为误差差,不能作不能作远距离距离测量量,记录和自控和自控 900 900 20002000（700 700 20002000）辐射高温射高温计测温元件不破坏被温元件不破坏被测物体温物体温度度场,能作能作远距离距离测量、量、报警和自控、警和自控、测温范温范围广广 只能只能测高温高温,低温段低温段测量不准量不准,环境条件会影响境条件会影响测量精度量精度,连续测高温高温时须作水冷却或气冷却作水冷却或气冷却 100 100 20002000（50 50 20002000）各种温度各种温度各种温度各种温度计计的的的的优优缺点及使用范缺点及使用范缺点及使用范缺点及使用范围围3.2 膨胀式温度计 膨膨胀式温度式温度计是利用物体是利用物体热胀冷冷缩原理制成的温度原理制成的温度计，主要有液体膨，主要有液体膨胀式式温度温度计、气体膨、气体膨胀式式压力温度力温度计以及固以及固体膨体膨胀式双金属温度式双金属温度计等。等。第三章_温度测量一、玻璃液体温度一、玻璃液体温度计玻璃液体温度玻璃液体温度计是利用感温液体在透明是利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛玻璃感温泡和毛细管内的管内的热膨膨胀作用来作用来测量温度的。量温度的。常常见：水：水银温度温度计、酒精温度、酒精温度计第三章_温度测量第三章_温度测量玻璃液体温度玻璃液体温度计第三章_温度测量特点n结构构简单，制造容易，价格便宜，制造容易，价格便宜n测温范温范围广，精确度广，精确度较高；高；n可直接可直接读数，使用方便数，使用方便n易易损坏，且破坏，且破损后，有些物后，有些物质会会污染染环境境第三章_温度测量安装与使用n不能有破不能有破损、裂、裂缝；感温液注不；感温液注不应有断有断节、气泡、灰、气泡、灰尘；刻度；刻度线、板、板等完整；等完整；n安装温度安装温度计的管道的管道应绝热保温，以保温，以减少温度减少温度计与管道之与管道之间热量量损失，失，从而提高从而提高测量精度；量精度；n温度温度计外套可装保外套可装保护管，提高管，提高强度，度，减少减少热冲冲击。第三章_温度测量误差分析差分析（1）玻璃材料有）玻璃材料有较大的大的热滞后效滞后效应。（2）温度）温度计插入深度不插入深度不够将引起将引起误差，差，（3）非）非线性性误差差（4）工作液的）工作液的迟滞性滞性（5）读数数误差差第三章_温度测量3.2.2 压力式温度力式温度计u利用密利用密闭容容积内工作介内工作介质随温度升高随温度升高而而压力升高的性力升高的性质，通，通过对工作介工作介质的的压力力测量来判断温度量来判断温度值的一种机械的一种机械式式仪表。表。第三章_温度测量三三.压力式温度力式温度计（一）工作原理与（一）工作原理与结构形式构形式1 原理原理 压力式温度力式温度计是利用密封系是利用密封系统中中测温物温物质的的压力随温度力随温度变化来化来测温；温；2 分分类按所充物按所充物质相相态分充气式、冲液式、分充气式、冲液式、蒸蒸发式式按功能分：指示式、按功能分：指示式、记录式、式、报警式警式和温度和温度调节式等式等第三章_温度测量仪表封闭系统由温包、传压元件（毛细管）和压力敏感元件（弹簧管）组成。温包内充工作介质，再测量温度时，将温包置于被测介质中，受介质温度影响，温包内部工作介质的体积或压力发生变化经毛细管将此压力变化传递给弹性元件（如弹簧管），弹性元件变形，自由端产生位移，借助于传动机构，带动指针在度盘上指示出温度数值。第三章_温度测量液体液体压力式力式电接点温度接点温度计第三章_温度测量压力式温度计的使用测温元件放在被测介质中保持一定时间，示值稳定后再读数；如果被测介质有较高压力或对温包有腐蚀作用时，应将温包安装在耐压或搞腐蚀的保护管中。液体压力式温度计，最好用来测量处于测量范围中间部分的介质温度；而蒸汽压力式温度计，最好用来测量范围中间部分稍高的介质温度第三章_温度测量压力式温度计的使用安装时毛细管应拉直，最小弯曲半径不应小于50mm。测量时应将温包全部插入被测介质中，以减少导热误差。安装温度计时必须注意显示仪表和温包尽量处于同一高度，以减少由于液体静压力引起的误差。对蒸气和液体压力式温度计的示值将带来误差。对于气体压力式温度计的影响则可以忽略不计。第三章_温度测量3.2.3 双金属温度双金属温度计利用膨利用膨胀系数不同系数不同的两种金属元件来的两种金属元件来测量温度的量温度的仪器。器。l可作温度可作温度继电控制、控制、极极值温度控制信号温度控制信号固定端自由端在温度在温度在温度在温度变变化化化化时时将使自由端将使自由端将使自由端将使自由端产产生位移，借此生位移，借此生位移，借此生位移，借此带动带动指指指指针针在温度刻度在温度刻度在温度刻度在温度刻度盘盘上上上上转动转动构成构成构成构成温度温度温度温度计计。第三章_温度测量双金属温度双金属温度计第三章_温度测量最最简单的双金属温度开关是的双金属温度开关是由一端固定的双金属条形敏由一端固定的双金属条形敏感元件直接感元件直接带动电接点构成接点构成的。的。温度低温度低时电接点接触，接点接触，电热丝加加热；温度高；温度高时双金属片双金属片向下弯曲，向下弯曲，电接点断开，加接点断开，加热停止。温度切停止。温度切换值可用可用调温旋温旋钮调整，它可以整，它可以调整整弹簧片的位置，也就改簧片的位置，也就改变了切了切换温度的高低。温度的高低。双金属片温度双金属片温度计的的测量范量范围与玻璃液体温度与玻璃液体温度计相近，它相近，它的精度稍差，但在振的精度稍差，但在振动和受和受冲冲击的的应用用场合，更合，更为适用。适用。双金属温度开关 第三章_温度测量3.3 3.3 热电偶温度偶温度计 u热电偶是目前世界上科研和生偶是目前世界上科研和生产中中应用用最普遍、最广泛的温度最普遍、最广泛的温度测量元件。量元件。u它将温度信号它将温度信号转换成成电势（mVmV）信号，）信号，配以配以测量毫伏的量毫伏的仪表或表或变送器可以送器可以实现温温度的度的测量或温度信号的量或温度信号的转换。u具有具有结构构简单、制作方便、制作方便、测量范量范围宽、准确度高、性能准确度高、性能稳定、复定、复现性好、体性好、体积小、小、响响应时间短等各种短等各种优点。点。第三章_温度测量u它既可以用于流体温度它既可以用于流体温度测量，也可以用量，也可以用于固体温度于固体温度测量。既可以量。既可以测量静量静态温度，温度，也能也能测量量动态温度。温度。u并且直接并且直接输出直流出直流电压信号，便于信号，便于测量、量、信号信号传输、自、自动记录和控制等。和控制等。第三章_温度测量一、一、热电偶的偶的测温原理温原理 两种不同材料的两种不同材料的导体（或半体（或半导体）体）A A和和B B组成成闭合回路，如下合回路，如下图所示。当所示。当A A和和B B相接的两相接的两个接点温度个接点温度T T和和T T0 0不同不同时，则在回路中就会在回路中就会产生一个生一个电势，这种种现象叫做象叫做热电效效应。由此。由此效效应所所产生的生的电势，通常称，通常称为热电势，用符，用符号号EAB（T，T0）表示。表示。第三章_温度测量图中的中的闭合回路称合回路称为热电偶偶，导体体A和和B称称为热电偶的偶的热电极极。热电偶的两个接点中，置于被偶的两个接点中，置于被测介介质（温度（温度为T）中的接点称）中的接点称为工作端或工作端或热端端，温度，温度为参考温度参考温度T0的一端称的一端称为参考参考端或冷端端或冷端。热电偶偶产生的生的热电势由两部分由两部分组成：成：接接触触电势和温差和温差电势。第三章_温度测量1 1 1 1 接触接触接触接触电动势电动势 当两种不同性当两种不同性质的的导体或半体或半导体材体材料相互接触料相互接触时，由于内部，由于内部电子密度子密度不同，例如材料不同，例如材料A A的的电子密度大于材子密度大于材料料B B，则会有一部分会有一部分电子从子从A A扩散到散到B B，使得，使得A A失去失去电子而呈正子而呈正电位，位，B B获得得电子而呈子而呈负电位，最位，最终形成由形成由A A向向B B的静的静电场。静。静电场的作用又阻止的作用又阻止电子子进一步地由一步地由A A向向B B扩散。当散。当扩散力散力和和电场力达到平衡力达到平衡时，材料，材料A A和和B B之之间就建立起一个固定的就建立起一个固定的电动势。由于两种材料自由由于两种材料自由电子密度不同而在子密度不同而在其接触其接触处形成形成电动势的的现象，称象，称为珀珀尔帕效帕效应。其。其电动势称称为珀珀尔帕帕电势或接触或接触电势。第三章_温度测量理理论上已上已证明明该接触接触电势的大小和方向主要取决于两种的大小和方向主要取决于两种材料的性材料的性质和接触面温度的高低。其关系式和接触面温度的高低。其关系式为:式中：式中：单位位电荷，荷，4.802104.80210-10-10绝对静静电单位；位；玻玻尔兹曼常数，曼常数，1.38101.3810-23-23J/J/；材料材料A A和和B B在温度在温度为T T时的的电子密度；子密度；接触接触处的温度，的温度，K K。接触接触电势的大小只与接点温度的高低以及的大小只与接点温度的高低以及导体体A A和和B B的的电子子密度有关。温度越高，接触密度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料越大，两种材料电子密度子密度比比值越大，接触越大，接触电势也越大。也越大。结论第三章_温度测量2 2 2 2 温差温差温差温差电动势电动势 因材料两端温度不同，因材料两端温度不同，则两端两端电子所具有的能子所具有的能量不同，温度量不同，温度较高的一端高的一端电子具有子具有较高的能量，高的能量，其其电子将向温度子将向温度较低的一端运低的一端运动，于是在材料，于是在材料两端之两端之间形成一个由高温端向低温端的静形成一个由高温端向低温端的静电场，这个个电场将吸引将吸引电子从温度低的一端移向温度子从温度低的一端移向温度高的一端，最后达到高的一端，最后达到动态平衡。平衡。由于同一种由于同一种导体或半体或半导体材料因其两端温度不体材料因其两端温度不同而同而产生生电动势的的现象称象称为汤姆姆逊效效应。其。其产生的生的电动势称称为汤姆姆逊电动势或温差或温差电势。温。温差差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小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与材料两端温度和材料性质有关。有关。e eA A(T T，T T0 0)导体体A A两端温度两端温度为T T、T T0 0时形成的温差形成的温差电动势；T T，T T0 0高低端的高低端的绝对温度；温度；A A汤姆姆逊系数，表示系数，表示导体体A A两端的温度差两端的温度差为11时所所产生的温差生的温差电动势，例如在例如在00时，铜的的=2V/=2V/。第三章_温度测量3热电偶偶闭合回路的合回路的总热电势 对于于由由A和和B两两种种导体体组成成的的热电偶偶闭合合回回路路，设两两端端温温度度接接点点温温度度分分别为T和和T0，且且TT0，NANB；那那么么回回路路中中存存在在两两个个接接触触电势EAB(T)和和EAB(T0)，两两个个温温差差电势EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因因此此回回路路的的总热电势为第三章_温度测量 热电偶回路偶回路总电势由接触由接触电势和温差和温差电势叠加而成，称叠加而成，称热电势。由于温差。由于温差电势很小，很小，热电势基本由接触基本由接触电势构构成：成：第三章_温度测量从以上式子可以得到如下从以上式子可以得到如下结论：u热电偶偶回回路路热电势的的大大小小只只与与组成成热电偶偶的的材材料料和和材材料料两两端端连接接点点所所处的的温温度度有有关关，与与热电偶偶丝的直径、的直径、长度及沿程温度分布无关。度及沿程温度分布无关。u只只有有用用两两种种不不同同性性质的的材材料料才才能能组成成热电偶偶，相同材料相同材料组成的成的闭合回路不会合回路不会产生生热电势。u热电偶偶的的两两个个热电极极材材料料确确定定之之后后，热电势的的大大小小只只与与热电偶偶两两端端接接点点的的温温度度有有关关。如如果果T0已已知知且且恒恒定定，则f（T0）为常常数数，回回路路总热电势EAB（T，T0）只是温度）只是温度T的的单值函数。函数。第三章_温度测量二、二、热电偶的基本定律偶的基本定律1均均质导体定律体定律 由同一种均由同一种均质材料材料组成的成的闭合回路中，不合回路中，不论其截面和其截面和长度如何以及沿度如何以及沿长度方向上各度方向上各处的的温度分布如何，都不能温度分布如何，都不能产生生热电势。结论：1.热电偶必偶必须由两种不同由两种不同质的材料的材料组成，但其截面和成，但其截面和长度不限。度不限。2.如果回路中有如果回路中有热电势存在存在则材料必材料必为非均非均质的。的。第三章_温度测量2中中间温度定律温度定律 热电偶回路中，两接点温度分偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的的热电势，等于接点温度，等于接点温度为T、TN和和TN、T0的的两支同性两支同性质热电偶的偶的热电势的代数和。的代数和。EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)第三章_温度测量u该定律定律说明当明当热电偶参比端温度偶参比端温度t00时，只要能只要能测得得热电势E(t,t0)，且，且t0已知，仍已知，仍可以采用可以采用热电偶分度表求得被偶分度表求得被测温度温度t值。第三章_温度测量3中中间导体定律体定律 在在热电偶偶回回路路中中接接入入第第三三种种导体体，只只要要第第三三种种导体体两两端端温温度度相相同同，该导体体的的引引入入对热电偶回路的偶回路的总电势没有影响。没有影响。同理，同理，热电偶回路中接入多种偶回路中接入多种导体后，只体后，只要保要保证接入的每种接入的每种导体的两端温度相同，体的两端温度相同，则对热电偶的偶的热电势没有影响。没有影响。第三章_温度测量u该定律表明定律表明热电偶回路中可接入各种偶回路中可接入各种仪表表或或连接接导线。只要。只要仪表或表或导线处于于稳定的定的环境温度，原境温度，原热电偶回路的偶回路的热电势将不受接入将不受接入仪表或表或导线的影响。的影响。u该定律定律还表明表明热电偶的接点不偶的接点不仅可以可以焊接接而成，也可以借助均而成，也可以借助均质等温的等温的导体加以体加以连接。接。第三章_温度测量4.4.标准准电极定律极定律 如果已知如果已知热电偶的两个偶的两个电极极A、B分分别与与另一另一电极极C组成的成的热电偶的偶的热电势为EAC（T，T0）和）和EBC（T，T0），则在相同接点温在相同接点温度（度（T，T0）下，由下，由电级组成的成的热电偶的偶的热电势EAB（T，T0）为：第三章_温度测量 已知已知热电偶在某一偶在某一给定冷端温度（定冷端温度（t0）下下进行的分度，只要行的分度，只要进行一些行一些简单的的计算，就算，就可以在另外的冷端温度（可以在另外的冷端温度（t1）下使用。）下使用。为制定制定热电偶的偶的热电势温度关系分温度关系分度表奠定了理度表奠定了理论基基础。中中间温度定律的温度定律的应用一：用一：第三章_温度测量比比较查出的出的3 3个个热电势，判断，判断热电势与温度的关与温度的关系系是否是否为线性？性？热电偶的偶的热电势E E（t t，t t0 0）与温度）与温度t t的关系的关系热电特性特性冷端冷端t t0 0为00时，将将热电偶偶热电特特性（性（E Et t）制成）制成的表的表分度表分度表第三章_温度测量实际测量时，冷端t0为往往为环境温度。如t020时，测得 EAB(t，20)，要求 t？根据中间温度定律有 EAB(t，0)EAB(t，20)EAB(20，0)第三章_温度测量解：解：查表得表得EK(25，0)1mV,则 EK(t，0)EK(t，25)EK(25，0)18.537mV 查分度表求得分度表求得 t=450.5 。如果用如果用EK(t，25)17.537mV直接直接查表，表，则得得t=427 ，显然然误差是很大的。差是很大的。例：一支例：一支镍铬镍硅硅热电偶，在冷端温度偶，在冷端温度为室温室温2525时，测得得热电势EK(t，25)17.537mV，试求求热电偶所偶所测的的实际温度温度 t？第三章_温度测量 热电势的大小与的大小与热端温度有关，也与冷端温端温度有关，也与冷端温度有关，只有当冷端温度固定不度有关，只有当冷端温度固定不变，才能通，才能通过热电势的大小去判断的大小去判断热端温度的高低。当冷端端温度的高低。当冷端温度波温度波动较大大时，必，必须首先使用首先使用补偿导线将冷将冷端延端延长到一个温度到一个温度稳定的地方，然后再考定的地方，然后再考虑将将冷端冷端处理理为00，这称称为热电偶的冷端偶的冷端处理和理和补偿。3.3.3 3.3.3 热电偶的冷端偶的冷端处理与理与补偿第三章_温度测量恒温法恒温法 这是一种精度最高的是一种精度最高的处理理办法，可以使法，可以使t t0 0稳定地定地维持在持在00。其其实施施办法是将冰水法是将冰水混合物放在保温瓶中，再把混合物放在保温瓶中，再把细玻璃玻璃试管插入冰水混合物管插入冰水混合物中，中，试管底部注入适量的油管底部注入适量的油类或水或水银，热电偶的参比端偶的参比端插到插到试管底部，管底部，实现了了t t0 0=0=0的要求。的要求。1-1-冰水混合物；冰水混合物；2-2-保温瓶；保温瓶；3-3-油油类或或水水银；4-4-蒸蒸馏水；水；5-5-试管；管；6-6-盖；盖；7-7-铜导线；8-8-热电势测量量仪表表 第三章_温度测量 如果某介如果某介质的温度的温度为t，用，用热电偶偶进行行测量，其量，其冷端温度冷端温度为t0，测得的得的热电势为EAB（t,t0）。根据中）。根据中间温度定律，有温度定律，有 EAB（t,0）EAB（t,t0）EAB（t0,0）得出得出标准准热电势EAB（t,0），再），再查分度表就可分度表就可得出被得出被测温度。温度。示示值修正法修正法第三章_温度测量 例：用例：用K型型热电偶偶测量某加量某加热炉的温度。炉的温度。测得得的的热电势E（t，t0）36.122mV，而自由端的温度，而自由端的温度t030，求被，求被测的的实际温度。温度。解解 由分度表可以由分度表可以查得得 E（30，0）1.203mV则 E（t，0）E（t，30）+E（30，0）36.122+1.20337.325mV 再再查分度表可以分度表可以查得得37.325mV 对应的温度的温度为900 。计算法适用于算法适用于实验或或临时测温。温。第三章_温度测量当在原来当在原来热电偶回路中分偶回路中分别引入与引入与导体材料体材料A A、B B同同样热电特性的材料特性的材料C C、D(D(如如图)即引入所即引入所谓补偿导线时，则回回路路总电动势为：ABT1T2T2CDT0T0热电偶补偿导线接线图EE=EAB(T1,T2)+ECD(T2,T0)E=EAB(T1,T0)EAB(T2,T0)=ECD(T2,T0)只要只要T T1 1、T T0 0不不变，接入，接入C C、D D后不管接点温度后不管接点温度T T2 2如何如何变化，都不化，都不影响影响总热电势。这便是引入便是引入补偿导线原理。原理。补偿导线法法第三章_温度测量实质：采采用用补偿导线将将热电偶偶延延伸伸到到温温度度恒恒定定或或温温度度波波动较小小处。即即相相当当于于把把冷冷端端从从温温度度为t t1 1处延延伸伸到到温温度度为 t t0 0的的控控制制室室或或恒温恒温处。原理：中原理：中间温度定律。温度定律。要要求求：在在温温度度0 0200 200 范范围内内，其其热电特特性性与与热电偶偶近近似似相相 同，且是廉价金属同，且是廉价金属注意：注意：两个接点温度不能超两个接点温度不能超过规定温度定温度各种各种补偿导线只能与相只能与相应型号的型号的热电偶匹配使用偶匹配使用两个接点温度两个接点温度应当相同当相同正正负极不能接反极不能接反需要修正需要修正第三章_温度测量补偿导线外形外形 AB屏蔽屏蔽层保保护层第三章_温度测量t+RcuER1R2R3+ab+它它它它利利利利用用用用不不不不平平平平衡衡衡衡电电桥桥产产生生生生的的的的电电压压来来来来补补偿偿热热电电偶偶偶偶因因因因冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度的的的的变变化化化化而引起而引起而引起而引起热电势热电势的的的的变变化化化化如如如如图图，电电桥桥由由由由R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3（均均均均为为锰锰铜铜电电阻阻阻阻）和和和和R R R RCuCuCuCu（热热敏敏敏敏铜铜电电阻）阻）阻）阻）组组成。成。成。成。在在在在设设计计的的的的冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度（例例例例如如如如t t t t0 0 0 00000）时时，满满足足足足R R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2，R R R R3 3 3 3R R R RCuCuCuCu，这这时时电电桥桥平平平平衡衡衡衡，无无无无 电电 压压 输输 出出出出，即即即即U U U Uabababab=0=0=0=0，回回回回路路路路中中中中的的的的输输出出出出电电势势就就就就是是是是热热电电偶偶偶偶产产生生生生的的的的热热电势电势补偿电桥法法第三章_温度测量当当当当冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度由由由由t t t t0 0 0 0变变化化化化到到到到t t t t 0 0 0 0时时，不不不不妨妨妨妨设设t t t t 0 0 0 0 tttt0 0 0 0，热热电电偶偶偶偶输输出出出出的的的的热热电电势势减减减减小小小小，但但但但电电桥桥中中中中R R R RCuCuCuCu随随随随温温温温度度度度的的的的上上上上升升升升而而而而增增增增大大大大，于于于于是是是是电桥电桥两端会两端会两端会两端会产产生一个不平衡生一个不平衡生一个不平衡生一个不平衡电压电压Uab(tUab(tUab(tUab(t 0 0 0 0)此此此此时时回路中回路中回路中回路中输输出的出的出的出的热电势为热电势为:经经过过设设计计，可可可可使使使使电电桥桥的的的的不不不不平平平平衡衡衡衡电电压压等等等等于于于于因因因因冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度变变化化化化引引引引起的起的起的起的热电势变热电势变化，即化，即化，即化，即于是于是于是于是实现实现了冷端温度的自了冷端温度的自了冷端温度的自了冷端温度的自动补偿动补偿。实实际际的的的的补补偿偿电电桥桥一一一一般般般般是是是是按按按按t t t t0 0 0 020202020设设计计的的的的，即即即即t t t t0 0 0 020202020时时，补偿电桥补偿电桥平衡无平衡无平衡无平衡无电压输电压输出。出。出。出。第三章_温度测量3.3.4 热电偶偶测温系温系统 热电偶偶测温温系系统是是由由热电偶偶、中中间连接接部部分分（补偿导线、恒恒温温器器或或补偿电桥、铜导线等）和等）和测量量仪表构成的。表构成的。连接接时，热电偶偶冷冷端端和和补偿导线接接点点的的两两个个端端子子必必须保保持持在在同同一一温温度度上上，否否则将将引引起起误差。差。第三章_温度测量3.3.5热电偶的偶的检定和定和误差分析差分析1.1.热电偶的偶的检定定u为了保了保证热电偶的偶的测量精度，必量精度，必须定期定期进行行检定。定。热电偶的偶的检定方法有两种，比定方法有两种，比较法和定点法。法和定点法。u用被校用被校热电偶和偶和标准准热电偶同偶同时测量同一量同一对象的温度，然后比象的温度，然后比较两者示两者示值，以确定，以确定被被检电偶的基本偶的基本误差等差等质量指量指标，这种方种方法称法称为比比较法。法。第三章_温度测量第三章_温度测量2.热电偶偶测温温误差分析差分析（1）分度）分度误差：指差：指检定定时产生的生的误差，其差，其值不得超不得超过允允许误差。差。（2）冷端温度引起的）冷端温度引起的误差差（3）补偿导线的的误差：它是由于差：它是由于补偿导线的的热电特性与所配特性与所配热电偶不完全相同所造成的偶不完全相同所造成的第三章_温度测量（4）热交交换所引起的所引起的误差差（5）测量量线路和路和显示示仪表的表的误差差（6）热电偶不均偶不均质引起的引起的误差差（7）插入深度引起的）插入深度引起的误差差（8）其他）其他误差差第三章_温度测量理理论上任何两种上任何两种导体或半体或半导体都可以体都可以组成成热电偶，偶，但考但考虑有良好的有良好的应用性能，必用性能，必须对热电偶材料加以偶材料加以选择。选取原取原则：在：在测温范温范围内具有内具有稳定的化学及物理性定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近要大，且与温度接近线性关系。性关系。国国际电工委工委员会（会（简称称IECIEC）规定了定了热电偶材料的偶材料的取材取材标准。准。用分度号命名不同用分度号命名不同取材取材的的热电偶，并偶，并给出了出了标准的准的热电势分度表。分度表。3.3.6 热电偶的偶的选择、使用与安装、使用与安装第三章_温度测量标准化准化热电偶：偶：（1）铂铑10-铂（S）；）；（2）铂铑30-铂铑6（B）；）；（3）铂铑13-铂（R）；）；（4）镍铬-镍硅硅(镍铬-镍铝)（K）；）；（5）铜-铜镍(康康铜)（T）；）；（6）镍铬-康康铜（E）；）；（7）铁-康康铜（J）；）；（8）镍铬-金金铁热偶以及偶以及铜-金金铁热偶。偶。第三章_温度测量铂铑10-铂（S型）型）偶偶丝直径：直径：0.50.020 mm；适用范适用范围：01100，11001600；适适用于氧化性气氛中用于氧化性气氛中测温温;长期最高使用温度期最高使用温度为1300,1300,短期最高使用温度短期最高使用温度16001600，不推荐在，不推荐在还原气氛中使用原气氛中使用,短期内可用于真空中短期内可用于真空中测温温特点：复制性好、特点：复制性好、测量精度高；价格量精度高；价格贵、热电势小小第三章_温度测量偶偶丝直径：直径：0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.2 mm；适用范适用范围：20020013001300；用于氧化和中性；用于氧化和中性气氛中气氛中测温温,不推荐在不推荐在还原气氛中使用原气氛中使用,可短期可短期在在还原气氛中使用原气氛中使用,但必但必须外加密封保外加密封保护管。管。特点：特点：测温范温范围较宽、热电势较大、大、E Et t线性性度好、价格适中；但度好、价格适中；但长期使用后，期使用后，镍铝氧化氧化变质使使热电特性改特性改变影响影响测量精确度。量精确度。镍铬-镍硅（硅（镍铝）（K型）型）第三章_温度测量偶偶丝直径：直径：0.