第三章温度测量.ppt

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1、第三章第三章 温度测量温度测量 第一节第一节 温度测量概述温度测量概述一、温度与温标一、温度与温标（一）温度（一）温度u温度是表征物体冷热程度的物理量温度是表征物体冷热程度的物理量u温温度度是是描描述述系系统统不不同同自自由由度度能能量量分分布布状状况况的的物物理量理量u温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量u温度的温度的宏观概念宏观概念是建立在热平衡基础上的。是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体

2、，直到两物体度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的温度完全一致时，这种热传递现象才之间的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也就是热力学第零定律所描述的，能停止。这也就是热力学第零定律所描述的，系统温度相等是建立热平衡的充要条件。系统温度相等是建立热平衡的充要条件。u温度的温度的微观概念微观概念表明：物体温度的高低标志表明：物体温度的高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。u温度的测量温度

3、的测量 当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据测温的依据。如果事先已经知道一个物体的某。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。是设计与制作温度计的数学物理基础。虽虽然然有有不不少少物物体体的的某某些些性性质质

4、或或状状态态（如如电电阻阻、体体积积、电电势势等等）会会随随温温度度的的变变化化而而变变化化，但但并并不不是是所所有有的的物物质质都都可可制制作作成成温温度度计计。选选作作温温度度计计的的物质，物质，其性质必须满足以下条件：其性质必须满足以下条件：u物物质质的的某某一一属属性性G仅仅与与温温度度T有有关关，即即G=G(T)，且且必须是单调函数，最好是线性的。必须是单调函数，最好是线性的。u随随温温度度变变化化的的属属性性应应是是容容易易测测量量的的，且且输输出出信信号号较较强强，以保证仪表的灵敏度和测量精确度。以保证仪表的灵敏度和测量精确度。u应有较宽的测量范围。应有较宽的测量范围。u有较好的

5、复现性和稳定性。有较好的复现性和稳定性。（三）温标（三）温标 温标是温度数值化的标尺。它规定了温度温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。度计的刻度数值均由温标确定。1 1经验温标经验温标 它它是是借借助助于于某某一一种种物物质质的的物物理理量量与与温温度度变变化化的的关关系系，用用实实验验方方法法或或经经验验公公式式所所确确定定的的温温标。标。u摄氏温标摄氏温标 摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为融点为0度，水沸点为度，水沸点为100度，中间等分为度，中间等

6、分为100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1度，符号为度，符号为。u 华氏温标华氏温标华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为为32度，水沸点为度，水沸点为212度，中间等分度，中间等分180格，每格，每格为华氏格为华氏1度，符号为度，符号为。它与摄氏温标的关系为：它与摄氏温标的关系为：u类似的经验温标还有兰氏、列氏等类似的经验温标还有兰氏、列氏等u经验温标的缺点在于它的局限性和随意经验温标的缺点在于它的局限性和随意性性 2热力学温标热力学温标热力学温标又称开氏温标（热力学温标又称开氏温标（K）或绝对温标，或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它它规定

7、分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。标。热力学中卡诺定理指出：热力学中卡诺定理指出：一个理想的卡诺一个理想的卡诺机，当它工作于温度为机，当它工作于温度为T T2 2的热源与温度为的热源与温度为T T1 1的的冷源之间，它从热源中吸收的热量冷源之间，它从热源中吸收的热量Q Q2 2与向冷源与向冷源中放出的热量中放出的热量Q Q1 1，应遵循以下关系：，应遵循

8、以下关系：这就是建立热力学温标的物理基础。如果这就是建立热力学温标的物理基础。如果指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比求得未知温度值。求得未知温度值。热热力力学学温温标标规规定定水水在在标标准准大大气气压压下下的的三三相相点点为为273.16K273.16K，沸沸点点与与三三相相点点之之间间分分为为100100等等分分，每每等等分分1K1K，将将水水的的三三相相点点以下以下273.16K273.16K定为绝对零度（定为绝对零度（0K0K）。）。3 3国际温标国际温标u为为了了使使用用方方便便，国国际际上上经经协协商商，决决定定建建立立一一种种既既使使

9、用用方方便便，又又具具有有一一定定科科学学技技术术水水平平的的温标，这就是国际温标的由来。温标，这就是国际温标的由来。u具备的条件：具备的条件：u尽可能接近热力学温标尽可能接近热力学温标u复复现现精精度度高高，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现同样的温标，确保温度量值的统一同样的温标，确保温度量值的统一u用用于于复复现现温温标标的的标标准准温温度度计计，使使用用方方便便，性性能稳定能稳定 国国际际实实用用温温标标是是用用来来复复现现热热力力学学温温标标的的，简简称称IPTS-68IPTS-68，它它是是由由19681968年年国国际际权权度度会会议议通通过过的的。这这个个温温

10、标标经经过过2020多多年年使使用用，发发现现了了一一些些问问题题，已已无无法法满满足足现现代代科科学学发发展展对对温温度度测测量量的的要要求求。国国际际计计量量委委员员会会决决定定用用19901990年年国国际际温温标标（ITS-90ITS-90）代代替替IPTS-68IPTS-68。在在19901990年国际温标中指出，热力学温标是基年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为本物理量。单位开尔文，符号为K K。它规定水的。它规定水的三相点热力学温度为三相点热力学温度为273.16K273.16K，定义开尔文一度，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的等于水三相点热力学温度

11、的1/273.161/273.16。在在ITS-90中中同同时时使使用用国国际际开开尔尔文文温温度度（符符号号为为T90）和国际摄氏温度（符号为和国际摄氏温度（符号为t90），），其关系为其关系为t90=T90273.15T90单单位位为为开开尔尔文文（K），t90单单位位为为摄摄氏氏度度（）。这这里里所所说说的的摄摄氏氏度度符符合合国国际际实实用用温温标标（ITS-90）的规定。的规定。ITS-90的一些规定如下：的一些规定如下：u由由0.65K到到4He临临界界点点（5.2K）温温度度范范围围为为一一温温度度段段，在在此此温温度度段段内内用用3He和和4He周周期期压压力力与与温温度度的关

12、系来确定温度。的关系来确定温度。u由由4He沸沸点点（4.2K）到到氖氖三三相相点点（24.6K）温温度度范范围围内内，T90的的确确定定采采用用在在三三个个规规定定温温度度点点分分度度过过的的3He或或4He气气体体温温度度计计内内插插。这这三三个个点点分分别别是是氖氖三三相相点点（24.6K）、平平衡衡氢氢三三相相点点（13.8K）和和4He正常沸点（正常沸点（4.2K）。）。u由由 平平 衡衡 氢氢 三三 相相 点点（13.8K）到到 银银 凝凝 固固 点点（962），这这个个温温度度段段内内，标标准准仪仪器器应应用用铂铂电阻温度计。电阻温度计。u银银凝凝固固点点（962）以以上上温温度

13、度区区间间采采用用普普朗朗克克定律外推。定律外推。二、温度标准的传递二、温度标准的传递 与国际实用温标有关的基准仪器均由国家与国际实用温标有关的基准仪器均由国家指定机构（我国由中国计量科学研究所）保存，指定机构（我国由中国计量科学研究所）保存，并通过下级计量机构（如省、市级的技术监督并通过下级计量机构（如省、市级的技术监督局）进行传递，通常采用较高级对较低级进行局）进行传递，通常采用较高级对较低级进行校验。校验。三、温度测量方法及测量仪表的分类三、温度测量方法及测量仪表的分类u温温度度不不能能直直接接测测量量，而而是是借借助助于于物物质质的的某某些些物物理理特特性性是是温温度度的的函函数数，通

14、通过过对对某某些些物物理理特特性性变变化量的测量间接地获得温度值。化量的测量间接地获得温度值。u根根据据温温度度测测量量仪仪表表地地使使用用方方式式，通通常常可可分分类类为为接触法接触法与与非接触法非接触法两大类。两大类。1.接触法接触法u当两个物体接触后，经过足够长的时间达到当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，实现温度测量，这种测温方式称为接触法这种测温方式称为接触法。u特点：特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，温度计要与

15、被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。使两者达到热平衡。2.非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，物体温度，这种测温方式称为非接触法这种测温方式称为非接触法。u特点：特点：不与被测物体接触，也不改变被测物不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。体的温度分布，热惯性小。u通常用来测定通常用来测定10001000以上的移动、旋转或反以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。应迅速的高温物体的温度。u按工作原理来划分，也根据温度范围按工作原理来划分，也根据温度范围（高温、中温、低温等）或仪表精度（高温、中温、低温

16、等）或仪表精度（基准、标准等）来划分。（基准、标准等）来划分。3.测量仪表的分类测量仪表的分类u接触式测温法是使感温元件直接与被测物接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接与被测介质接触，感受被测物体或体或直接与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度变化。被测介质的温度变化。u膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计u非接触式测温仪表是采用感温元件与被测非接触式测温仪表是采用感温元件与被测物体不直接接触的方法来测量温度。物体不直接接触的方法来测量温度。u在高温范围内，用直接接触测温法非常困在高温范围内，用直接接触测温法非常困难，可采用非接触式测温法，利用

17、物体的热难，可采用非接触式测温法，利用物体的热辐射特性对物体的温度进行非接触式测量。辐射特性对物体的温度进行非接触式测量。u光学高温计光学高温计、比色高温计、辐射高温计、比色高温计、辐射高温计第二节 膨胀式温度计 膨胀式温度计是利用物体受热膨胀膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计，主要有的原理制成的温度计，主要有液体膨胀液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计温度计三种。三种。一、液体膨胀式温度计一、液体膨胀式温度计1.测温原理测温原理2.主要特点主要特点3.分类分类4.测温误差分析测温误差分析二、固体膨胀式温度计二、固体膨胀式温度计 它是

18、利用两种线膨胀系数不同的材料它是利用两种线膨胀系数不同的材料制成，有杆式和双金属片式两种。制成，有杆式和双金属片式两种。三、压力式温度计三、压力式温度计u它是利用密闭容积内工作介质随温度它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。机械式仪表。u工作介质是气体、液体或蒸气工作介质是气体、液体或蒸气u简单可靠、抗振性能好，具有良好的简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性防爆性u动态性能差，示值的滞后较大，不能动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度测量迅速变化的

19、温度第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计 u热电偶是目前世界上科研和生产中应用热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。最普遍、最广泛的温度测量元件。u它将温度信号转换成电势（它将温度信号转换成电势（mVmV）信号，信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。度的测量或温度信号的转换。u具有结构简单、制作方便、测量范围宽、具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。响应时间短等各种优点。u它既可以用于流体温度测量，也可以用

20、它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。也能测量动态温度。u并且直接输出直流电压信号，便于测量、并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。信号传输、自动记录和控制等。铠装热电偶图型铠装热电偶图型 WRTK2-434/8*1000mm铠装固定卡套法兰热电偶铠装固定卡套法兰热电偶 WRSK-143/6*1000mmGh3030铠装防爆热电偶铠装防爆热电偶 WRNK-332/4*1000mmGh2520铠装可动卡套螺纹热电偶铠装可动卡套螺纹热电偶一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理 两种不同

21、的导体（或半导体）两种不同的导体（或半导体）A A和和B B组成闭组成闭合回路，如下图所示。当合回路，如下图所示。当A A和和B B相接的两个接相接的两个接点温度点温度T T和和T T0 0不同时，则在回路中就会产生一不同时，则在回路中就会产生一个电势，这种现象叫做个电势，这种现象叫做热电效应热电效应。由此效应。由此效应所产生的电势，通常称为所产生的电势，通常称为热电势热电势，用符号，用符号EAB（T，T0）表示。表示。BATT0参考端冷端工作端热端 图中的闭合回路称为图中的闭合回路称为热电偶热电偶，导体，导体A和和B称为热电偶的称为热电偶的热电极热电极。热电偶的两个接点中，。热电偶的两个接点

22、中，置于被测介质（温度为置于被测介质（温度为T）中的接点称为中的接点称为工作工作端或热端端或热端，温度为参考温度，温度为参考温度T0的一端称为的一端称为参参考端或冷端考端或冷端。热电偶产生的热电势由两部分。热电偶产生的热电势由两部分组成：组成：接触电势和温差电势接触电势和温差电势。1接触电势接触电势接触电势用接触电势用EAB(T)表示，其数值可用下式表示，其数值可用下式表示表示式中式中e单位电荷，单位电荷，4.802X10-10静电单位；静电单位；K波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K；NA(T)、NB(T)材材料料A、B在在温温度度为为T时时的自由电子密度；的自由电子密度

23、；TA、B接触点的温度，接触点的温度，K。u从理论上可以证明该接触电势的大小和从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于方向主要取决于两种材料的性质（电子两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低密度）和接触面温度的高低。u温度越高，接触电势越大；两种导体电温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。子密度比值越大，接触电势也越大。2 2温差电势温差电势 温差电势可表示为温差电势可表示为 式中符号同前式。式中符号同前式。3热电偶闭合回路的总热电势热电偶闭合回路的总热电势对对于于由由A和和B两两种种导导体体组组成成的的热热电电偶偶闭闭合合回回路路，设设两两端端温温度

24、度接接点点温温度度分分别别为为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电势势EAB(T)和和EAB(T0)，两两个个温温差差电电势势EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因因此此回回路路的的总总热热电电势势为为 进行推导整理后，可得进行推导整理后，可得对于确定的材料对于确定的材料A和和B，NA和和NB与与T的关的关系已知，则上式可简写成下面的形式系已知，则上式可简写成下面的形式EAB(T,T0)=f(T)f(T0)如如果果冷冷端端温温度度T0保保持持恒恒定定，这这个个热热电电势势就就是热端温度是热端温度T的单值函数，即的单值函数，即EAB(T,T0)=f

25、(T)C两个两个热电极热电极热电热电偶接偶接点点从以上式子可以得到如下结论：从以上式子可以得到如下结论：u热热电电偶偶回回路路热热电电势势的的大大小小只只与与组组成成热热电电偶偶的的材材料料和和材材料料两两端端连连接接点点所所处处的的温温度度有有关关，与与热热电电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。偶丝的直径、长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质的的材材料料才才能能组组成成热热电电偶偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。u热热电电偶偶的的两两个个热热电电极极材材料料确确定定之之后后，热热电电势势的的大大小小只只与与热热电电偶偶

26、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，则则f（T0）为为常常数数，回回路路总总热热电电势势EAB（T，T0）只是温度只是温度T的单值函数。的单值函数。u工程上所使用的各种类型的热电偶均把工程上所使用的各种类型的热电偶均把E(t)和和t的关系制成易于查找的表格形式，的关系制成易于查找的表格形式，这种表格称为这种表格称为热电偶的热电偶的分度表分度表。二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律1均质导体定律均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路中，不论由一种均质导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温

27、度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。回路中有热电势存在则材料必为非均质的。u这条规律还要求热电偶的两种材料必须各这条规律还要求热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均匀性引入误差。电偶材料不均匀性引入误差。2中间导体定律中间导体定律在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入第第三三种种导导体体，只只要要第第三三种种导导体体两两端端温温度度相相同同，该该导导体体的的引引入入对对

28、热热电电偶回路的总电势没有影响。偶回路的总电势没有影响。同理，热电偶回路中接入多种导体后，只同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。热电偶的热电势没有影响。u该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。仪表或导线的影响。u该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也

29、可以借助均质等温的导体加以连接。而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。3中间温度定律中间温度定律热电偶回路中，两接点温度分别为热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时时的热电势，等于接点温度为的热电势，等于接点温度为T、TN和和TN、T0的的两支同性质热电偶的热电势的代数和。两支同性质热电偶的热电势的代数和。EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)u该定律说明当热电偶参比端温度该定律说明当热电偶参比端温度t00时，只要能测得热电势时，只要能测得热电势E(t,t0)，且，且t0已知，已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。值。4.4.

30、连接导体定律连接导体定律在热电偶回路中，如果热电偶的电极材在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料料A和和B分别与连接导体分别与连接导体A和和B相连接，各相连接，各有关接点温度为有关接点温度为t，tn和和t0，那么回路的总热，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于电势等于热电偶两端处于t和和tn温度条件下温度条件下的热电势的热电势EAB(t,tn)与连接导线与连接导线A和和B两端两端处于处于tn和和t0温度条件下的热电势温度条件下的热电势EAB(tn,t0)的代数和。的代数和。EABBA(t,tn,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)u中间温度定律和连接导体定律中间温度定律和连接导体定律

31、是工业热是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。电偶测温中应用补偿导线的理论依据。1.热电偶热电偶分度号分度号测量端温度测量端温度()参考端温度参考端温度()热电势热电势(mV)S13000B14008.914K3034.111T-145-5.324E80535J5651513.155158502059.30430.3062.2.用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度图所示，当热电偶具有相同的参考端温度t t0 0时，时，问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？

32、一样？为什么？3.用两支分度号为用两支分度号为K的热电的热电偶测量偶测量A区和区和B区的温差，区的温差，连接回路如右图所示。连接回路如右图所示。当热电偶参考端温度当热电偶参考端温度t0为为0时，仪表指示时，仪表指示200。问在参考端温度上升问在参考端温度上升25时，仪表的指示值时，仪表的指示值为多少？为什么？为多少？为什么？三、常用热电偶的材料、结构和分类三、常用热电偶的材料、结构和分类 1 1热电偶的材料热电偶的材料 虽虽然然任任意意两两种种导导体体或或半半导导体体材材料料都都可可以以配配对对制制成成热热电电偶偶，但但是是作作为为实实用用的的测测温温元元件件，对对它它的要求却是多方面的。的要

33、求却是多方面的。（1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线性的函数关系。温度之间尽可能呈线性的函数关系。（2）能能应应用用于于较较宽宽的的温温度度范范围围，物物理理化化学学性性能能、热热电电特特性性都都较较稳稳定定。即即要要求求有有较较好好的的耐耐热热性性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。（3）要要求求热热电电偶偶材材料料有有高高导导电电率率和和低低电电阻阻温温度系数。度系数。（4）具有较好的工艺性能，便于成批生产。）具有较好的工

34、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。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。2.热电偶结构热电偶结构（1）热电极）热电极（2）绝缘套管）绝缘套管（3）保护套管）保护套管（4）接线盒）接线盒2.标准化热电偶标准化热电偶（1）廉金属热电偶）廉金属热电偶1）T型（铜康铜）热电偶型（铜康铜）热电偶2）K型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶3）E型（镍铬康铜）热电偶型（镍铬康铜）热电偶4）J型（铁康铜）热电偶型（铁康铜）热电偶（2）贵金属热电偶）贵金属热电偶1）S型（铂铑型（铂铑10铂）热电偶铂）热电偶2）R型（铂铑型（铂铑13铂）热电偶铂）热电偶3）B型（铂铑

35、型（铂铑30铂铑铂铑6）热电偶）热电偶3.非标准化热电偶非标准化热电偶（1）钨铼系热电偶）钨铼系热电偶（2）钨铱系热电偶）钨铱系热电偶（3）其他非标准化热电偶）其他非标准化热电偶四、热电偶测温系统四、热电偶测温系统 热热电电偶偶测测温温系系统统是是由由热热电电偶偶、补补偿偿导导线、测量仪表及相应的电路构成的。线、测量仪表及相应的电路构成的。（一）热电偶参考端的温度处理（一）热电偶参考端的温度处理1.1.补偿导线法补偿导线法u原理：原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。线为补

36、偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)u常用补偿导线的结构分为常用补偿导线的结构分为普通型普通型和和带屏带屏蔽层型蔽层型两种两种u按照补偿原理分为按照补偿原理分为补偿型补偿型及及延伸型延伸型两种两种补偿导线补偿导线u按使用温度可分为按使用温度可分为一般用一般用（0100）和和耐热用耐热用（0200）2.计算修正法计算修正法当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度一温度T0处（通常是环境温度），然后再对处（通常是环境温度），然

37、后再对冷端温度进行修正。冷端温度进行修正。3.冷端恒温法冷端恒温法（1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为0，但使用起来不大方便。，但使用起来不大方便。（2）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内内4.补偿电桥法补偿电桥法补偿电桥法是在热电偶测温系统中串补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。冷端温度波动引入的误差。（二）热电偶的检定和误差分析（二）热电偶的检

38、定和误差分析1.1.热电偶的检定热电偶的检定u为了保证热电偶的测量精度，必须定期进为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，行检定。热电偶的检定方法有两种，比较比较法法和和定点法定点法。u用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为法称为比较法比较法。2.热电偶测温误差分析热电偶测温误差分析（1）分度误差分度误差：指检定时产生的误差，其值：指检定时产生的误差，其值不得超过允许误差。不得超过允许

39、误差。（2）冷端温度引起的误差冷端温度引起的误差（3）补偿导线的误差补偿导线的误差：它是由于补偿导线的：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的（4）热交换所引起的误差热交换所引起的误差（5）测量线路和显示仪表的误差测量线路和显示仪表的误差（6）其他误差其他误差（三）热电偶的使用与安装（三）热电偶的使用与安装1.使用注意事项使用注意事项2.安装原则安装原则第三节第三节 电阻温度计电阻温度计 WZP2-240/A级级3线线300/150mmE(0-300)隔爆热电阻隔爆热电阻WZC-111/12*1000mmCu50铜热电阻铜热电阻WZPK2

40、-103/B级级6*515mm(0-300)铂热电阻铂热电阻 导体或半导体的电阻率与温度有关，利导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。优点：测温准确度高，信号便于传送。优点：测温准确度高，信号便于传送。缺点：不能测太高的温度，需外部电源缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。产生测量误差。一、热电阻的特性一、热电阻的特性u热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温热电阻是用金属导

41、体或半导体材料制成的感温元件。元件。u铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。也是我国国标化的热电阻。电阻温度系数：在某一温度间隔内，温电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化度变化1 1 时的电阻相对变化量，单位为时的电阻相对变化量，单位为1/1/。大大多多数数金金属属热热电电阻阻随随其其温温度度升升高高而而增增加加，当当温温度度升升高高1时时，其其阻阻值值约约增增加加0.4%0.6%，称称具具有有正正的的电电阻阻温温度度系系数数。电电阻阻值值Rt与与温温度度t（）的关系可表示为的关系可表示为Rt=R0（1+At+Bt2+C

42、t3）式中式中Rt温度为温度为t时金属导体的电阻；时金属导体的电阻；R0温度为温度为0时金属导体的电阻；时金属导体的电阻；A、B、C与金属材料有关的常数。与金属材料有关的常数。大大多多数数半半导导体体热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度升升高高而而减减 小小，当当 温温 度度 升升 高高 1时时，其其 阻阻 值值 约约 减减 小小3%6%，称称具具有有负负的的电电阻阻温温度度系系数数。电电阻阻值值RT与热力学温度与热力学温度T（K）的关系可表示为的关系可表示为RT=RT0expB(1/T)B(1/T0)式中，式中，RT0热力学温度热力学温度T0（K）时的电阻值；时的电阻值；B与半导体材料有

43、关的常数。与半导体材料有关的常数。虽虽然然大大多多数数金金属属和和半半导导体体的的电电阻阻与与温温度度之之间间都都存存在在着着一一定定的的关关系系，但但并并不不是是所所有有的的金金属属或或半半导导体体都都能能做做成成电电阻阻温温度度计计。用用于于测测温温的的热热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：（1 1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；（2 2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；）在测温范围内化学与物理性能要稳定；（3 3）复现性要好；）复现性要好；（4 4）电电阻阻率率要要大大，以以得得到到小小体体积积的的元元件件，进进

44、而而保保证证热热容容量量和和热热惯惯性性小小，使使得得对对温温度度变变化化的的响响应应比较快；比较快；（5 5）电电阻阻温温度度特特性性尽尽可可能能接接近近线线性性，以以便便于于分分度度和读数；和读数；（6 6）价格相对低廉。）价格相对低廉。目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：（1）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；（2）灵灵敏敏度度高高，当当温温度度升升高高1时时，大大多多数数热热电电阻阻的的阻阻值值增增加加0.4%0.6%，半半导导体体材材料料的的阻阻值值降降低低3%6%；（3）热电阻感温部分体积比热电

45、偶的热接点大得）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。差。热电阻的电阻值与温度的关系特性有热电阻的电阻值与温度的关系特性有三种表示方法：三种表示方法：作图法作图法 函数表示法函数表示法 列表法列表法二、常用热电阻元件二、常用热电阻元件 1铂热电阻铂热电阻u特点：特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它

46、易于提纯，复现性好，有良好的非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。u缺点：缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛中，电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。u在在2000范范围围内内，铂铂的的电电阻阻温温度度关系为关系为Rt=R01+At+Bt2+C(t100)t3u在在0650范围内，其关系为范围内，其关系为Rt=R0(1+At+Bt2)式中，式中，A、B、C分度常数。

47、分度常数。u铂的纯度用百度电阻比铂的纯度用百度电阻比W（100）表示，即表示，即W（100）=R100/R0式中，式中，R100100时铂电阻值；时铂电阻值；R00时铂电阻值。时铂电阻值。uW（100）越高，则其纯度越高。越高，则其纯度越高。2铜热电阻铜热电阻u特特点点：它它的的电电阻阻值值与与温温度度的的关关系系是是线线性性的的，电电阻阻温温度度系系数数也也比比较较大大，而而且且材材料料易易提提纯纯，价价格格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。u在在50150范范围围内内，铜铜的的电电阻阻温温度度关关系系为为Rt=R0(1+t)式中，式中，铜的电阻温度系数

48、。铜的电阻温度系数。某铜电阻在某铜电阻在20时的阻值时的阻值R2016.28，4.2510-3-1，求该热电阻，求该热电阻在在100时的阻值。时的阻值。3.镍热电阻镍热电阻u特点：特点：电阻温度系数较铂大，约为铂的电阻温度系数较铂大，约为铂的1.5倍。倍。u在在50150内，其电阻与温度关系为内，其电阻与温度关系为Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4 4半导体热敏电阻半导体热敏电阻大大多多数数半半导导体体热热敏敏电电阻阻具具有有负负的的温温度度系系数数，其电阻值与温度的关系为其电阻值与温度的关系为RT=AeB/T半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、半导体

49、热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。与与金金属属热热电电阻阻相相比比，半半导导体体热热敏敏电电阻阻具具有有如如下优点：下优点：（1）具具有有较较大大的的负负电电阻阻温温度度系系数数，约约为为(36)%，因此灵敏度比较高；，因此灵敏度比较高；（2）半半导导体体材材料料的的电电阻阻率率远远比比金金属属材材料料大大得得多多，因因此此它它的的体体积积可可做做得得非非常常小小，同同时时热热惯惯性性就就小并适合用于测量点温度与动态温度；小并适合用于测量点温度与动态温度；（3）电电阻阻值值很很大大，故故连连接接导导线线的的电电阻阻变变

50、化化的的影响可以忽略；影响可以忽略；（4）结构简单。）结构简单。它的它的缺点缺点是同种半导体热敏电阻的电阻温度是同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此互换性差，精度较低。因此互换性差，精度较低。三、特殊热电阻三、特殊热电阻1.铠装热电阻铠装热电阻2.薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻3.厚膜铂热电阻厚膜铂热电阻四、热电阻测温电路四、热电阻测温电路u平衡电桥测温平衡电桥测温u不平衡电桥测温不平衡电桥测温五、热电阻的校验五、热电阻的校验1.1.比较法比较法2.两点法两点法只需要冰点槽和水沸点槽，分别测得只需要冰点槽和水沸点槽，分别