第三章 温度测量热电偶(新).ppt

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1、第二章第二章 温度测量温度测量第一节第一节 概概 述述 一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 接触式测温仪表接触式测温仪表 膨胀式温度计膨胀式温度计 压力式温度计压力式温度计 热电偶温度计热电偶温度计 热电阻温度计热电阻温度计 非接触式测温仪表非接触式测温仪表 辐射式高温计辐射式高温计按按测测量方量方式分式分类类按按测测量原理分量原理分类类按按测测量量方式分方式分类类按按测测量原理分量原理分类类接触接触式式温度温度计计膨膨胀胀式温式温度度计计液体膨液体膨胀胀式温度式温度计计接触式接触式温度温度计计热电热电阻阻温度温度计计金属金属热电热电阻温度阻温度计计固体膨固体膨胀胀式温度式温度计计半半导导体

2、体热热敏敏电电阻温度阻温度计计压压力力式温式温度度计计充气体充气体压压力式温度力式温度计计非接触非接触式式温度温度计计辐辐射射式高式高温温计计单单色色辐辐射高温射高温计计充液体充液体压压力式温度力式温度计计全全辐辐射高温射高温计计充有机蒸汽充有机蒸汽压压力式力式温度温度计计比色高温比色高温计计热电热电偶温偶温度度计计标标准材料准材料热电热电偶温偶温度度计计特殊材料特殊材料热电热电偶温偶温度度计计水银玻璃温度计水银玻璃温度计 双金属温度计双金属温度计1-1-玻璃温包；玻璃温包；2-2-毛细管；毛细管；（a)a)条形双金属；（条形双金属；（b b）螺旋形双金属）螺旋形双金属3-3-刻度标尺刻度标尺

3、双金属温度计结构双金属温度计结构 （a)a)轴向型轴向型 (b)(b)径向型径向型1 1一表壳；一表壳；2 2一刻度盘；一刻度盘；3 3一活动螺母；一活动螺母；4 4一保护套管；一保护套管；5 5一一指针轴；指针轴；6 6一感温元件，一感温元件，7 7一固定端一固定端双金属温度计双金属温度计 液体压力式温度计原理图液体压力式温度计原理图1 1一温包；一温包；2 2一毛细管；一毛细管；3 3一基座；一基座；4 4一弹簧管；一弹簧管；5 5一连杆；一连杆；6 6一扇形齿一扇形齿轮；轮；7 7一小齿轮；一小齿轮；8 8一指针；一指针；9 9一刻度盘一刻度盘二、温标二、温标 定量地表示物体温度数值大小

4、的尺度称为温度标定量地表示物体温度数值大小的尺度称为温度标尺，简称温标。尺，简称温标。温标是用数值表示温度的一整套规则，它确定了温标是用数值表示温度的一整套规则，它确定了温度的单位。各种测温仪表直读温度的刻度均是通过温度的单位。各种测温仪表直读温度的刻度均是通过温标来确定的。温标来确定的。建立温标建立温标（1）固定点温度）固定点温度(物质的相平衡点物质的相平衡点)（2）测温仪器（测温物质和测温量）测温仪器（测温物质和测温量）（3）温标方程（内插公式）温标方程（内插公式）历史上有过多种温标：历史上有过多种温标：摄氏温标；摄氏温标；华氏温标；华氏温标；热力学温标；热力学温标；国际温标国际温标 目前

5、的国际温标为目前的国际温标为ITS-90ITS-90温标。温标。ITS-90ITS-90适用的温度范围：下限适用的温度范围：下限0.65K0.65K，上限：根据普朗克定律使用单色辐射高温计，实际可上限：根据普朗克定律使用单色辐射高温计，实际可测得的最高温度。测得的最高温度。热力学温度（符号为热力学温度（符号为T T）是基本物理量，它的单位是开）是基本物理量，它的单位是开尔文，符号为尔文，符号为K K。定义：水三相点热力学温度的。定义：水三相点热力学温度的1/273.161/273.16为为1K1K。温标允许使用与水冰点温度的差值来表示温度。用这温标允许使用与水冰点温度的差值来表示温度。用这种方

6、法表示的热力学温度称为摄氏温度，温度符号为种方法表示的热力学温度称为摄氏温度，温度符号为t t，则有：，则有：t t=T T-273.15 -273.15 规定了十七个固定点温度，其中十四个为物质的平衡规定了十七个固定点温度，其中十四个为物质的平衡点（三相点、熔点、凝固点），另外三个为由规定的点（三相点、熔点、凝固点），另外三个为由规定的温度计在指定的某温度附近测量确定。温度计在指定的某温度附近测量确定。规定了不同温区内复现温标的基准器：规定了不同温区内复现温标的基准器：1 1）0.650.655.0K5.0K之间基准器：氦蒸气压温度计。之间基准器：氦蒸气压温度计。2 2）3.03.024.5

7、561K24.5561K之间基准器：氦气体温度计（定容式）。之间基准器：氦气体温度计（定容式）。3 3）13.8033K13.8033K961.781 961.781 之间基准器：铂电阻温度计。之间基准器：铂电阻温度计。4 4）961.78961.78以上温度基准器：光学高温计。以上温度基准器：光学高温计。规定了不同温区定义规定了不同温区定义T T9090的计算公式的计算公式 第二节第二节 热电偶测温热电偶测温 一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理 热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量热电偶温度

8、计以热电偶作为感温元件，一般用于测量热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量500500500500以上的高温，长期使用时其测温上限可达以上的高温，长期使用时其测温上限可达以上的高温，长期使用时其测温上限可达以上的高温，长期使用时其测温上限可达1300130013001300，短期使，短期使，短期使，短期使用时可达用时可达用时可达用时可达1600160016001600，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为2000200020002000300030003000300

9、0。特点：特点：热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传和实现多点切换测量。和实现多点切换测量。和实现多点切换测量。和实现多点切换测量。应用：应用：电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、电厂生产过程中的主蒸

10、汽温度、过热器管壁温度、电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、烟气高温等都是采用热电偶来测量的。烟气高温等都是采用热电偶来测量的。烟气高温等都是采用热电偶来测量的。烟气高温等都是采用热电偶来测量的。1热电偶热电偶2连接导线连接导线3显示仪表显示仪表热电偶测温主要利用热电现象热电偶测温主要利用热电现象1、热电现象(塞贝克效应）热电偶由热电偶由两种不同材料的导体（或半导体）两种不同材料的导体（或半导体）A A和和B B组成。组成。A A、B B是热偶丝，也叫是热偶丝，也叫热电极热电极。放在被测对象中，感受温度变化的那端放在被测对象中，感受温度变化的那端称为称为工作端或热端工作端或热端，另一端

11、称为，另一端称为自由端自由端或冷端或冷端。当热端和冷端温度不同时回路。当热端和冷端温度不同时回路中有电流流过，此电流称为热电流，产中有电流流过，此电流称为热电流，产生热电流的电动势称为热电势，这种物生热电流的电动势称为热电势，这种物理现象称为热电现象。理现象称为热电现象。热电偶热电偶热电偶热电偶（1 1）接触电势）接触电势 接触电势的大小可用下式表示：接触电势的大小可用下式表示：式中式中 ee单位电荷，等于单位电荷，等于4.802104.80210-10-10绝对静电单位；绝对静电单位；K K 波尔兹曼常数，等于波尔兹曼常数，等于1.38101.3810-28-28 J/KJ/K；N NA A

12、(t(t),N),NB B（t t）金属金属A A、B B在温度在温度t t时的自由电子密度；时的自由电子密度；TTA A、B B金属接触处的绝对温度，金属接触处的绝对温度，K K。理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势是由是由接触电势接触电势和和温差电势温差电势两种电势的综合效果。两种电势的综合效果。接触电势产生接触电势产生接触电势产生接触电势产生（2 2）温温差差电电势势 温温差差电电势势是是同同一一金金属属体体两两端端温温度度不不同同而而产生的。产生的。温差电势的产生温差电势的产生式中式中 N NA A（t t）金属金属A A的电子密度，它是温度

13、函数。的电子密度，它是温度函数。为了分析方便，温差电势可由下面函数差来表示：为了分析方便，温差电势可由下面函数差来表示：(3)(3)热电偶回路热电势热电偶回路热电势 如如果果t tt t0 0，N NA A（t t）N NB B（t t），则则在在回回路路内内便便产产生生两两个个接接触触电电势势e eABAB(t(t)和和e eABAB(t(t0 0)，两两个个温温差差电电势势e eA A（t t，t t0 0）和和e eB B（t t，t t0 0），各各电电势势的的方方向向如如图图所所示示。回回路路的的总总电电势势E EABAB(t,t(t,t0 0)等等于回路中各电势的代数和。即于回路中

14、各电势的代数和。即 结论结论：（1 1）热电偶的热电势是热电偶两端温度的函数之差，其大小热电偶的热电势是热电偶两端温度的函数之差，其大小取决于热电偶两个热电极材料的性质和两端接点温度，而与热取决于热电偶两个热电极材料的性质和两端接点温度，而与热电极几何尺寸无关。电极几何尺寸无关。（2 2）如果保持热电偶冷端温度如果保持热电偶冷端温度t t0 0恒定不变，对一定材料的热恒定不变，对一定材料的热电偶，其电偶，其e eABAB（t t0 0）亦为常数，设为亦为常数，设为C C，则热电偶的热电势只与则热电偶的热电势只与热电偶热端温度热电偶热端温度t t有关，若测得有关，若测得E EABAB(t,t(t

15、,t0 0)值，便可知温度值，便可知温度t t值，值，这就是热电偶测温原理。即这就是热电偶测温原理。即 E EABAB(t,t(t,t0 0)=)=f fABAB(t(t)C)C 需要说明的几个问题：需要说明的几个问题：1.1.分度表的建立分度表的建立 热电偶分度表是在冷端温度热电偶分度表是在冷端温度t t0 0=0=0时热电势与热端温时热电势与热端温度的关系，可用表格形式给出，不同材料制成的热电度的关系，可用表格形式给出，不同材料制成的热电偶有不同的分度表。偶有不同的分度表。注意：注意：热电偶的热电势与热端温度的关系一般热电偶的热电势与热端温度的关系一般为非线性关系。为非线性关系。2.2.热

16、电极与热电势的极性热电极与热电势的极性热电偶的两个热电极有正负之分。热电偶的两个热电极有正负之分。热电势也有正负极性之分。热电势也有正负极性之分。3.3.多种导体组成的闭合回路的热电势的计算方法多种导体组成的闭合回路的热电势的计算方法三种导体组成的闭合回路的热电势可以推出：三种导体组成的闭合回路的热电势可以推出：思考：四思考：四种导体组成的闭合回路的热电势的表达种导体组成的闭合回路的热电势的表达式？式？二、热电偶的基本定律这些定律已在理论分析和实践中得到证明，对保证热电偶正这些定律已在理论分析和实践中得到证明，对保证热电偶正这些定律已在理论分析和实践中得到证明，对保证热电偶正这些定律已在理论分

17、析和实践中得到证明，对保证热电偶正确测量温度至关重要。确测量温度至关重要。确测量温度至关重要。确测量温度至关重要。1 1、均质导体定律、均质导体定律 该定律该定律该定律该定律内容内容内容内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，路，路，路，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，都不能产生热电势。都不能产生热电势。都不能

18、产生热电势。都不能产生热电势。结论：结论：结论：结论：（1 1 1 1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。（2 2 2 2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极生热电势，便说明该材料

19、是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性。材料的均匀性。材料的均匀性。材料的均匀性。2 2、中间导体定律、中间导体定律 该定律该定律内容内容是：由不同材料组成的闭合回路中，若各种是：由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。结论：结论：（1 1）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所接入材料两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。下图接入材料两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。下图为两种接入中间导体的热电偶回路。为两种接入中间导体的热电偶回路

20、。显示仪表接入热电偶回路时，只要保证连接导线和显示仪显示仪表接入热电偶回路时，只要保证连接导线和显示仪表接入热电偶回路时两连接端的温度相同，就不会改变回路表接入热电偶回路时两连接端的温度相同，就不会改变回路热电势。热电势。热电偶的热端焊接点也相当于第三种金属，只要它与热热电偶的热端焊接点也相当于第三种金属，只要它与热热电偶的热端焊接点也相当于第三种金属，只要它与热热电偶的热端焊接点也相当于第三种金属，只要它与热电极接触良好，整个接点温度一致，也不会影响热电偶电极接触良好，整个接点温度一致，也不会影响热电偶电极接触良好，整个接点温度一致，也不会影响热电偶电极接触良好，整个接点温度一致，也不会影响

21、热电偶回路的热电势。回路的热电势。回路的热电势。回路的热电势。（2 2）如果两种导体）如果两种导体A A和和B B对另一种参考导体对另一种参考导体C C热电势已热电势已知，则这两种导体组成的热电偶的热电势是它们对参知，则这两种导体组成的热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和，即考导体热电势的代数和，即 E EABAB（t t，t to o）=E EACAC（t t，t to o）E ECBCB（t t，t to o）参考导体亦称标准电极，一般选用铂制成。利用参考导体亦称标准电极，一般选用铂制成。利用此推论大大简化了热电偶的选配工作。此推论大大简化了热电偶的选配工作。3 3、中间温度定律、

22、中间温度定律 热热电电偶偶A A、B B在在接接点点温温度度为为t t1 1、t t3 3时时的的热热电电势势等等于于热热电电偶偶A A、B B在在接接点点温温度度分分别别为为t t1 1，t t2 2和和t t2 2，t t3 3时时热热电电势势的的代代数数和，即和，即 E EABAB（t t1 1，t t3 3）E EABAB（t t1 1，t t2 2）E EABAB（t t2 2，t t3 3）结论：结论：（1 1）已已知知热热电电偶偶在在某某一一给给定定冷冷端端温温度度下下进进行行的的分分度度，只只要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下

23、使用。该该定定律律为为制制定定和和使使用用热热电电偶偶的的热热电电势势一一温温度度关关系系即即分分度表奠定了理论基础。度表奠定了理论基础。因因为为热热电电偶偶分分度度表表是是在在冷冷端端温温度度t t0 0=0=0时时热热电电势势与与热热端端温温度度的的关关系系，根根据据中中间间温温度度定定律律便便可可以以算算出出任任何何冷冷端端温温度时的热电势值。度时的热电势值。E EABAB（t t，0 0）E EABAB（t t，t tn n）E EABAB（t tn n，0 0）（2 2 2 2）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶和热电偶具

24、有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。该定律为应用补偿导线提供了理论依据。该定律为应用补偿导线提供了理论依据。该定律为应用补偿导线提供了理论依据。该定律为应用补偿导线提供了理论依据。思考：为什么热电偶不直接用铜线直接引出电势信思考：为什么热电偶不直接用铜线直接引出电势信号？号？我国规定我国规定我国规定我国规定补偿导线分为补偿型和延伸型

25、两种补偿导线分为补偿型和延伸型两种补偿导线分为补偿型和延伸型两种补偿导线分为补偿型和延伸型两种。补偿型补偿导。补偿型补偿导。补偿型补偿导。补偿型补偿导线的材料与对应的热电偶不同，是用贱金属制成的，但在低线的材料与对应的热电偶不同，是用贱金属制成的，但在低线的材料与对应的热电偶不同，是用贱金属制成的，但在低线的材料与对应的热电偶不同，是用贱金属制成的，但在低温下它们的热电性质是相同的。延伸型补偿导线的材料与对温下它们的热电性质是相同的。延伸型补偿导线的材料与对温下它们的热电性质是相同的。延伸型补偿导线的材料与对温下它们的热电性质是相同的。延伸型补偿导线的材料与对应的热电偶相同，但其热电性能的准确

26、度要求略低。应的热电偶相同，但其热电性能的准确度要求略低。应的热电偶相同，但其热电性能的准确度要求略低。应的热电偶相同，但其热电性能的准确度要求略低。补偿导线的型号和性能简表补偿导线的型号和性能简表补偿导线的型号和性能简表补偿导线的型号和性能简表 三三、标准化热电偶与非标准化热电偶与非标准化热电偶标准化热电偶 所谓所谓所谓所谓标准化热电偶标准化热电偶标准化热电偶标准化热电偶是指制造工艺较成熟、应用广泛、能是指制造工艺较成熟、应用广泛、能是指制造工艺较成熟、应用广泛、能是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工

27、业标准化成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶文件中的那些热电偶文件中的那些热电偶文件中的那些热电偶 。由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是说标准化热电

28、偶具有统一的分度表。对于同一型号的标准化说标准化热电偶具有统一的分度表。对于同一型号的标准化说标准化热电偶具有统一的分度表。对于同一型号的标准化说标准化热电偶具有统一的分度表。对于同一型号的标准化热电偶具有互换性、使用十分方便。热电偶具有互换性、使用十分方便。热电偶具有互换性、使用十分方便。热电偶具有互换性、使用十分方便。非标准化热电偶非标准化热电偶非标准化热电偶非标准化热电偶是为适应更高或更低的温度以及特殊的介是为适应更高或更低的温度以及特殊的介是为适应更高或更低的温度以及特殊的介是为适应更高或更低的温度以及特殊的介质气氛而出现的质气氛而出现的质气氛而出现的质气氛而出现的,它们没有统一的国家

29、标准和统一的分度号。它们没有统一的国家标准和统一的分度号。它们没有统一的国家标准和统一的分度号。它们没有统一的国家标准和统一的分度号。它们是标准化热电偶的补充。它们是标准化热电偶的补充。它们是标准化热电偶的补充。它们是标准化热电偶的补充。常用的标准化热电偶常用的标准化热电偶 铂铑铂铑铂铑铂铑10-10-10-10-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号S S S S）铂铑铂铑铂铑铂铑13-13-13-13-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号R R R R）铂铑铂铑铂铑铂铑30-30-30-30-铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6 6热电偶（分度号

30、热电偶（分度号热电偶（分度号热电偶（分度号B B B B）镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号K K K K）镍铬硅一镍硅镁热电偶（分度号镍铬硅一镍硅镁热电偶（分度号镍铬硅一镍硅镁热电偶（分度号镍铬硅一镍硅镁热电偶（分度号N N N N）镍铬一康铜热电偶（分度号镍铬一康铜热电偶（分度号镍铬一康铜热电偶（分度号镍铬一康铜热电偶（分度号E E E E）铁一康铜热电偶（分度号铁一康铜热电偶（分度号铁一康铜热电偶（分度号铁一康铜热电偶（分度号J J J J）铜一康铜热电偶（分度号铜一康铜

31、热电偶（分度号铜一康铜热电偶（分度号铜一康铜热电偶（分度号T T T T）注意了解各种注意了解各种注意了解各种注意了解各种标准化热电偶的分度号、特点。标准化热电偶的分度号、特点。标准化热电偶的分度号、特点。标准化热电偶的分度号、特点。非标准化热电偶非标准化热电偶 用于特殊的场合用于特殊的场合,如高温、低温、超低温、高真如高温、低温、超低温、高真空和有核辐射等被测对象中。非标准化热电偶一般没空和有核辐射等被测对象中。非标准化热电偶一般没有统一的分度表。有统一的分度表。1.1.钨铼系热电偶钨铼系热电偶2.2.铱铑系热电偶铱铑系热电偶3.3.铂钼铂钼5-5-铂钼铂钼0.10.1热电偶热电偶4.4.非

32、金属热电偶非金属热电偶 四、热电偶的构造四、热电偶的构造 1 1、普通型热电偶、普通型热电偶 常用的普通型热电偶是由常用的普通型热电偶是由热电极（一端焊接的两根金属丝）热电极（一端焊接的两根金属丝）绝缘套管、保护套管以及接线盒组成绝缘套管、保护套管以及接线盒组成。在个别情况下，如果被测。在个别情况下，如果被测介质对热电偶不会发生侵蚀作用，也可不用保护套管，以减小接介质对热电偶不会发生侵蚀作用，也可不用保护套管，以减小接触测温误差与滞后。触测温误差与滞后。1-1-接线柱；接线柱；2-2-接线座；接线座；3-3-绝缘套管；绝缘套管；4-4-热电极热电极 1-1-热电偶热端；热电偶热端；2-2-热电

33、极；热电极；3-3-绝缘管；绝缘管；4-4-保护套管；保护套管；5-5-接线盒接线盒 普通型热电偶的结构普通型热电偶的结构 普通型热电偶的结构普通型热电偶的结构2 2、铠装热电偶、铠装热电偶 铠装热电偶是由金属套管、绝缘材料和热电极经拉铠装热电偶是由金属套管、绝缘材料和热电极经拉伸加工而成的坚实组合体，其结构如图所示。套管材料伸加工而成的坚实组合体，其结构如图所示。套管材料有铜、不锈钢及镍基高温合金等。热电偶与套管之间填有铜、不锈钢及镍基高温合金等。热电偶与套管之间填满了绝缘材料的粉末，目前采用的绝缘材料绝大部分为满了绝缘材料的粉末，目前采用的绝缘材料绝大部分为氧化镁。氧化镁。五、热电偶冷端温

34、度处理方法五、热电偶冷端温度处理方法 1.1.对热电偶冷端温度进行处理的原因对热电偶冷端温度进行处理的原因 热热电电偶偶的的测测温温原原理理表表明明：热热电电偶偶的的热热电电势势是是两两个个接接点点温温度度的的函函数数差差，只只有有当当冷冷端端温温度度不不变变时时，热热电电势势才才是是热热端端温温度度的的单单值值函函数数。但但在在实实际际应应用用中中，热热电电偶偶冷冷端端所所处处环环境境温温度度总总有有波波动动，从从而而使使测测量量得得不不到到正正确确结结果果，因因此此必必须须对对热热电电偶偶冷冷端端温温度度变变化化的的影影响响采采取取补补偿偿措措施施，使使热热电电偶偶的的热热电电势势只只反反

35、映映热热端端温温度度（被被测测温温度度）的的变变化化，而而不不受受冷冷端端温温度度变变化化的的影影响。响。2 2 2 2、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法（1 1 1 1）计算修正法）计算修正法）计算修正法）计算修正法 若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为0000，而在使用，而在使用，而在使用，而在使用中冷端温度为中冷端温度为中冷端温度为中冷端温度为t t t t0 0 0 00000时

36、，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为 E E E EABABABAB（t t t t，0 0 0 0）E E E EABABABAB（t t t t，t t t t0 0 0 0）E E E EABABABAB（t t t t0 0 0 0，0 0 0 0）式中式中式中式中 E E E EABABABAB（t t t t，0 0 0 0）冷端为冷端为冷端为冷端为0000、热端为、热端为、热端为、

37、热端为tttt时的热电势；时的热电势；时的热电势；时的热电势；E E E EABABABAB（t t t t，t t t t0 0 0 0）冷端为冷端为冷端为冷端为t t t t0 0 0 0，热端为热端为热端为热端为tttt时的热电势，即实时的热电势，即实时的热电势，即实时的热电势，即实测值；测值；测值；测值；E E E EABABABAB（t t t t0 0 0 0，0 0 0 0）冷端为冷端为冷端为冷端为t t t t0 0 0 0应加的校正值。应加的校正值。应加的校正值。应加的校正值。举例：举例：举例：举例：用镍铬用镍铬用镍铬用镍铬-镍硅（镍硅（镍硅（镍硅（K K K K）热电偶进行

38、温度测量，热电偶冷端温度）热电偶进行温度测量，热电偶冷端温度）热电偶进行温度测量，热电偶冷端温度）热电偶进行温度测量，热电偶冷端温度t t t t0 0 0 0 =35=35=35=35时产生的热电势为时产生的热电势为时产生的热电势为时产生的热电势为17.537 mV,17.537 mV,17.537 mV,17.537 mV,试求热电偶所测的热端温度。试求热电偶所测的热端温度。试求热电偶所测的热端温度。试求热电偶所测的热端温度。思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用

39、测得电势查分度表得到温度值，再加上35,35,35,35,计计计计算得到温度的方法对不对？为什么？算得到温度的方法对不对？为什么？算得到温度的方法对不对？为什么？算得到温度的方法对不对？为什么？现场中利用计算机软件可以方便的实现计现场中利用计算机软件可以方便的实现计算修正。算修正。具体方法是：具体方法是：热电偶的输出通过毫伏热电偶的输出通过毫伏电压变换器及模数转换器进电压变换器及模数转换器进入微处理器中。入微处理器中。使用一热电阻测量冷端温度，热电阻的阻值经过欧姆使用一热电阻测量冷端温度，热电阻的阻值经过欧姆电压变换器及及模数转换器也进入微处理器中。电压变换器及及模数转换器也进入微处理器中。由

40、采样数字量由采样数字量D1D1和和D2D2分别获得热电偶产生的热电势分别获得热电偶产生的热电势E EABAB（t t，t t0 0）及冷端温度）及冷端温度t t0 0 ，然后计算可得，然后计算可得E EABAB（t t，0 0）=E EABAB（t t，t t0 0）E EABAB（t t0 0，0 0），再查取存放在计算机存），再查取存放在计算机存储器中的分度表，便得到数字量储器中的分度表，便得到数字量t t，这就是热电偶的热，这就是热电偶的热端温度值。端温度值。计算机软件实现热电偶冷端补偿计算机软件实现热电偶冷端补偿（a a）结构框图）结构框图 (b)(b)冷端补偿子程序冷端补偿子程序AB

41、-AB-热电偶；热电偶；R RCuCu-铜电阻；铜电阻；mV-U1-mV/mV-U1-mV/电压变换器；电压变换器；-U2-/-U2-/电压变换器；电压变换器；A/D-A/D-模数转换器；模数转换器；CPU-CPU-中央处理单元；中央处理单元；AC-AC-采样脉冲；采样脉冲；OUT-OUT-输出输出2 2、仪表机械零点调整法、仪表机械零点调整法 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时，指针停留的仪表的机械零点为仪表输入电势为零时，指针停留的刻度点，也就是仪表的刻度起始点。若预知热电偶冷端温度刻度点，也就是仪表的刻度起始点。若预知热电偶冷端温度为为t t0 0，在测温回路开路情况下，将仪表的刻度起始

42、点调定在在测温回路开路情况下，将仪表的刻度起始点调定在t t0 0位置，此时相当于人为给仪表输入热电势位置，此时相当于人为给仪表输入热电势E EABAB（t t0 0，0 0），），在接通测温回路后，输入仪表的热电势为在接通测温回路后，输入仪表的热电势为 E EABAB（t t，t t0 0）E EABAB（t t0 0，0 0）=E=EABAB（t t，0 0）使仪表指针指示热端温度使仪表指针指示热端温度t t值。值。注意：这种补偿方法用于热电偶冷端温度比较恒定而注意：这种补偿方法用于热电偶冷端温度比较恒定而仪表的机械零点调整又很方便的场合。仪表的机械零点调整又很方便的场合。可以和其它补偿方

43、法配合使用。可以和其它补偿方法配合使用。3 3、恒温法、恒温法恒温法分为恒温法分为冰点槽法冰点槽法和和恒温箱法。恒温箱法。冰点槽法：冰点槽法：在精密测量中，一般要求热电偶冷端温度保在精密测量中，一般要求热电偶冷端温度保持为持为00，通常采用冰点槽。冰点槽的容器中充满蒸馏水，通常采用冰点槽。冰点槽的容器中充满蒸馏水与碎冰块的混合物，其温度保持为与碎冰块的混合物，其温度保持为00。冰点槽法冰点槽法是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确测温或热电偶检定时使用。测温

44、或热电偶检定时使用。恒温箱法：恒温箱法：恒温箱法：恒温箱法：在现场，常使用电加热式恒温箱。这种恒温在现场，常使用电加热式恒温箱。这种恒温在现场，常使用电加热式恒温箱。这种恒温在现场，常使用电加热式恒温箱。这种恒温箱通过接点控制或其他控制方式维持箱内温度恒定（常箱通过接点控制或其他控制方式维持箱内温度恒定（常箱通过接点控制或其他控制方式维持箱内温度恒定（常箱通过接点控制或其他控制方式维持箱内温度恒定（常为为为为50505050）。可将若干支热电偶的冷端放在恒温箱内。恒）。可将若干支热电偶的冷端放在恒温箱内。恒）。可将若干支热电偶的冷端放在恒温箱内。恒）。可将若干支热电偶的冷端放在恒温箱内。恒温箱

45、法的恒定温度要高于环境温度。温箱法的恒定温度要高于环境温度。温箱法的恒定温度要高于环境温度。温箱法的恒定温度要高于环境温度。4 4、补偿电桥法（冷端补偿器）、补偿电桥法（冷端补偿器）补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。补偿原理的分析：补偿原理的分析：补偿原理的分析：补偿原理的分析：（1 1 1 1）补偿电桥

46、的输出与铜电阻的关系；）补偿电桥的输出与铜电阻的关系；）补偿电桥的输出与铜电阻的关系；）补偿电桥的输出与铜电阻的关系；（2 2 2 2）热电偶的输出随冷端温度的变化情况；）热电偶的输出随冷端温度的变化情况；）热电偶的输出随冷端温度的变化情况；）热电偶的输出随冷端温度的变化情况；（3 3 3 3）补偿电桥与热电偶串接时总的输出情况。）补偿电桥与热电偶串接时总的输出情况。）补偿电桥与热电偶串接时总的输出情况。）补偿电桥与热电偶串接时总的输出情况。六、测量信号的线性化处理六、测量信号的线性化处理 原因：原因：热电偶的热电势与被测温度之间是非线性关系。热电偶的热电势与被测温度之间是非线性关系。不进行线

47、性化处理，可能使仪表显示部分的标尺分不进行线性化处理，可能使仪表显示部分的标尺分度不均匀，不便于读数及信号的进一步处理。度不均匀，不便于读数及信号的进一步处理。有模拟线性化和数字线性化有模拟线性化和数字线性化 模拟线性化模拟线性化方法：方法：在仪表的各环节中加一个线性在仪表的各环节中加一个线性化环节。化环节。根据线性化环节在仪表中的位置不同，线性化环根据线性化环节在仪表中的位置不同，线性化环节可分为节可分为串联线性化环节串联线性化环节和和反馈线性化环节反馈线性化环节。(1)串联线性化环节串联线性化环节结论结论:串联线性化环节的特性应与原非线性环节的输出特性串联线性化环节的特性应与原非线性环节的

48、输出特性的反函数成正比的反函数成正比 。(2)反馈线性化环节反馈线性化环节设设结论结论:反馈线性化环节的特性应与原非线性环节的输出特反馈线性化环节的特性应与原非线性环节的输出特 性相同性相同。工程上常用的方法：用多段直线形成的折线拟合曲线。工程上常用的方法：用多段直线形成的折线拟合曲线。七、与热电偶配接的显示仪表七、与热电偶配接的显示仪表 1.1.动圈表动圈表XCZ-101XCZ-101 (1)(1)工作原理工作原理 动圈偏转角a的大小，与流过动圈的电流I成正比，表达为:a=CIR RD D动圈电阻动圈电阻R RM M锰铜电阻锰铜电阻R RT T热敏电阻热敏电阻(2)环境温度的影响及表内电路环

49、境温度的影响及表内电路 (3)(3)测温系统的构成测温系统的构成 2.2.电位差计电位差计 工作原理：电压平衡工作原理：电压平衡 分类：手动电位差计分类：手动电位差计 电子电位差计电子电位差计电子电位差计电子电位差计八、热电偶多路温度检测通道八、热电偶多路温度检测通道八、热电偶多路温度检测通道八、热电偶多路温度检测通道 补偿热电偶法补偿热电偶法补偿热电偶法补偿热电偶法-硬件补偿热电偶多路温度测量硬件补偿热电偶多路温度测量硬件补偿热电偶多路温度测量硬件补偿热电偶多路温度测量 补偿热电偶法补偿热电偶法-软件补偿热电偶多路温度测量软件补偿热电偶多路温度测量 共用电桥补偿多路热电偶测温共用电桥补偿多路

50、热电偶测温共用电桥补偿多路热电偶测温共用电桥补偿多路热电偶测温 独立电桥补偿多路热电偶测温独立电桥补偿多路热电偶测温独立电桥补偿多路热电偶测温独立电桥补偿多路热电偶测温 基于集成测温芯片的多路测量通道基于集成测温芯片的多路测量通道（a a）独立集成）独立集成）独立集成）独立集成A/DA/D转换转换转换转换 （b b）共用集成）共用集成）共用集成）共用集成A/DA/D转换转换转换转换 九、热电偶温度传感器的应用九、热电偶温度传感器的应用九、热电偶温度传感器的应用九、热电偶温度传感器的应用 串联回路串联回路 并联回路并联回路 反接回路反接回路反接回路反接回路 热电偶测温的误差分析热电偶测温的误差分