温度的测量(上课).ppt

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1、温度的测量温度的测量热电阻热电阻热敏电阻热敏电阻热电偶热电偶 将两种将两种将两种将两种不同材料的金属丝不同材料的金属丝不同材料的金属丝不同材料的金属丝两两两两端相接组成闭合回路，当两接点端相接组成闭合回路，当两接点端相接组成闭合回路，当两接点端相接组成闭合回路，当两接点分别置于两种不同的温度时，则分别置于两种不同的温度时，则分别置于两种不同的温度时，则分别置于两种不同的温度时，则在回路中产生电势，形成回路电在回路中产生电势，形成回路电在回路中产生电势，形成回路电在回路中产生电势，形成回路电流流流流.这种现象称塞贝克效应，即热这种现象称塞贝克效应，即热这种现象称塞贝克效应，即热这种现象称塞贝克效

2、应，即热电效应电效应电效应电效应.称回路电势为热电势称回路电势为热电势称回路电势为热电势称回路电势为热电势.两金属丝称为偶极或热电极。两金属丝称为偶极或热电极。两金属丝称为偶极或热电极。两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一两个结点中与被测介质接触的一两个结点中与被测介质接触的一两个结点中与被测介质接触的一个称为测量结或工作端、热端，个称为测量结或工作端、热端，个称为测量结或工作端、热端，个称为测量结或工作端、热端，另一个则称为参考端或自由端、另一个则称为参考端或自由端、另一个则称为参考端或自由端、另一个则称为参考端或自由端、冷端冷端冷端冷端.热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感

3、器热电偶传感器 热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件,其工作原理是基于热电效应其工作原理是基于热电效应其工作原理是基于热电效应其工作原理是基于热电效应 0 0(一一)热电效应及基本定律热电效应及基本定律 如果连接点中参如果连接点中参如果连接点中参如果连接点中参考端的温度为考端的温度为考端的温度为考端的温度为 0 0 0 0，则，则，则，则产生的热电压便是测产生的热电压便是测产生的热电压便是测产生的热电压便是测量点温度量点温度量点温度量点温度 1 1 1 1

4、和和和和 0 0 0 0之差的之差的之差的之差的直接测量。直接测量。直接测量。直接测量。1.1.1.1.接触电势接触电势接触电势接触电势 当当当当A A A A，B B B B两种导体紧密相连时如图两种导体紧密相连时如图两种导体紧密相连时如图两种导体紧密相连时如图所示不同导体的自由电子的浓度所示不同导体的自由电子的浓度所示不同导体的自由电子的浓度所示不同导体的自由电子的浓度不同不同不同不同（二）热电势的产生（二）热电势的产生（二）热电势的产生（二）热电势的产生 热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势

5、两部份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成 在单位时间内，由导体在单位时间内，由导体在单位时间内，由导体在单位时间内，由导体A A A A扩散到导体扩散到导体扩散到导体扩散到导体B B B B的电子数要比导体的电子数要比导体的电子数要比导体的电子数要比导体B B B B扩散到导体扩散到导体扩散到导体扩散到导体A A A A的电于数多。导体的电于数多。导体的电于数多。导体的电于数多。导体A A A A因此而带正电。导体因此而带正电。导体因此而带正电。导体因此而带正电。导体B B B B因此因此因此因此而带负电。而带负电。而带负电。而带负电。假设导体假设导体假设导体假设导体A A

6、A A的自由电子浓度大于导的自由电子浓度大于导的自由电子浓度大于导的自由电子浓度大于导体体体体B B B B的自由电子浓度的自由电子浓度的自由电子浓度的自由电子浓度 在接触处形成电位差，该电位差称为接触电势在接触处形成电位差，该电位差称为接触电势在接触处形成电位差，该电位差称为接触电势在接触处形成电位差，该电位差称为接触电势(即帕即帕即帕即帕尔贴热电势尔贴热电势尔贴热电势尔贴热电势)。（二）热电势的产生（二）热电势的产生（二）热电势的产生（二）热电势的产生 热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部

7、份组成热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部份组成 这个这个这个这个接触电势接触电势接触电势接触电势将阻碍电子进将阻碍电子进将阻碍电子进将阻碍电子进一步扩散，当电子扩散能力与电一步扩散，当电子扩散能力与电一步扩散，当电子扩散能力与电一步扩散，当电子扩散能力与电场的阻力平衡时接触处的电子场的阻力平衡时接触处的电子场的阻力平衡时接触处的电子场的阻力平衡时接触处的电子扩散就达到了动平衡。接触电势扩散就达到了动平衡。接触电势扩散就达到了动平衡。接触电势扩散就达到了动平衡。接触电势达到一个稳态值。接触电势的大达到一个稳态值。接触电势的大达到一个稳态值。接触电势的大达到一个稳态值。接触电势的大小与两导

8、体材料性质和接触点的小与两导体材料性质和接触点的小与两导体材料性质和接触点的小与两导体材料性质和接触点的温度有关其数量级约温度有关其数量级约温度有关其数量级约温度有关其数量级约（0.0010.0010.0010.0010.010.010.010.01）V V V V。1.1.1.1.接触电势接触电势接触电势接触电势2.2.2.2.单一导体中的单一导体中的单一导体中的单一导体中的温差电势温差电势温差电势温差电势 温差热电势形成新的不平温差热电势形成新的不平温差热电势形成新的不平温差热电势形成新的不平衡电场将阻碍电子进一步扩散，衡电场将阻碍电子进一步扩散，衡电场将阻碍电子进一步扩散，衡电场将阻碍电

9、子进一步扩散，当电子扩散能力与电场的阻力当电子扩散能力与电场的阻力当电子扩散能力与电场的阻力当电子扩散能力与电场的阻力平衡时，电子扩散就达到了动平衡时，电子扩散就达到了动平衡时，电子扩散就达到了动平衡时，电子扩散就达到了动平衡温差热电势达到一个稳平衡温差热电势达到一个稳平衡温差热电势达到一个稳平衡温差热电势达到一个稳态值。态值。态值。态值。由于温度较高的一端由于温度较高的一端由于温度较高的一端由于温度较高的一端(T(T(T(T端端端端)的电子能量高于温度较低的电子能量高于温度较低的电子能量高于温度较低的电子能量高于温度较低的一端的一端的一端的一端(T(T(T(T0 0 0 0端端端端)的电子能

10、量，因此产生了电子扩散，形成的电子能量，因此产生了电子扩散，形成的电子能量，因此产生了电子扩散，形成的电子能量，因此产生了电子扩散，形成温差电势、称作单一导体的温差热电势温差电势、称作单一导体的温差热电势温差电势、称作单一导体的温差热电势温差电势、称作单一导体的温差热电势(即汤姆逊热电势即汤姆逊热电势即汤姆逊热电势即汤姆逊热电势)。对单一均质导体对单一均质导体对单一均质导体对单一均质导体A A A A如图所示当其两端的温如图所示当其两端的温如图所示当其两端的温如图所示当其两端的温度不同。假设一端的温度为度不同。假设一端的温度为度不同。假设一端的温度为度不同。假设一端的温度为T T T T。另一

11、端的温度为。另一端的温度为。另一端的温度为。另一端的温度为T T T T0 0 0 0，而且，而且，而且，而且T TT T0 0。式中式中式中式中:E E E EABABABAB(T,T(T,T(T,T(T,T0 0 0 0)为热电偶电路中的总电势；为热电偶电路中的总电势；为热电偶电路中的总电势；为热电偶电路中的总电势；e e e eABABABAB（T T T T）为热端接触电动势；）为热端接触电动势；）为热端接触电动势；）为热端接触电动势；e e e eB B B B(T,T(T,T(T,T(T,T0 0 0 0)为为为为B B B B导体的温差电动势；导体的温差电动势；导体的温差电动势；

12、导体的温差电动势；e eA A(T,T(T,T0 0)为为为为AA导体的温差电动势导体的温差电动势导体的温差电动势导体的温差电动势;e e e eABABABAB(T(T(T(T0 0 0 0)为冷端接触电动势为冷端接触电动势为冷端接触电动势为冷端接触电动势.在总电动势中，温差电动在总电动势中，温差电动在总电动势中，温差电动在总电动势中，温差电动势比接触电动势小很多，可忽势比接触电动势小很多，可忽势比接触电动势小很多，可忽势比接触电动势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电动势略不计，则热电偶的热电动势略不计，则热电偶的热电动势略不计，则热电偶的热电动势可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：E

13、EABAB(T,T(T,T0 0)e eABAB(T(T)e eABAB(T(T0 0)T TT T0 0 实际应用中，热电动势与温度之间的关系是通实际应用中，热电动势与温度之间的关系是通实际应用中，热电动势与温度之间的关系是通实际应用中，热电动势与温度之间的关系是通过热电偶分度表来确定。分度表是在参考端温度为过热电偶分度表来确定。分度表是在参考端温度为过热电偶分度表来确定。分度表是在参考端温度为过热电偶分度表来确定。分度表是在参考端温度为0 0 C C时，通过实验建立起来的热电动势与工作端时，通过实验建立起来的热电动势与工作端时，通过实验建立起来的热电动势与工作端时，通过实验建立起来的热电动

14、势与工作端温度之间的数值对应关系。温度之间的数值对应关系。温度之间的数值对应关系。温度之间的数值对应关系。在一般工程测量的温度范围内，在一般工程测量的温度范围内，在一般工程测量的温度范围内，在一般工程测量的温度范围内，热电压与温差常简热电压与温差常简热电压与温差常简热电压与温差常简化为二阶关系化为二阶关系化为二阶关系化为二阶关系:E E=a a+b b +c c 2 2式中式中式中式中:常数常数常数常数a a a a、b b b b、cccc与两种金属或合金材料有关的一次量。与两种金属或合金材料有关的一次量。与两种金属或合金材料有关的一次量。与两种金属或合金材料有关的一次量。当温度有微小变化时

15、，许多热电偶可线性化而对精当温度有微小变化时，许多热电偶可线性化而对精当温度有微小变化时，许多热电偶可线性化而对精当温度有微小变化时，许多热电偶可线性化而对精度的影响不大度的影响不大度的影响不大度的影响不大:E=kE=kE=kE=k式中式中式中式中:k:k:k:k取决于温度的热电压常数，取决于温度的热电压常数，取决于温度的热电压常数，取决于温度的热电压常数，mV/KmV/KmV/KmV/K。（三）热电势与温差的关系（三）热电势与温差的关系（三）热电势与温差的关系（三）热电势与温差的关系 上述热电压方程可根据不同的材料组合给出不同的热电上述热电压方程可根据不同的材料组合给出不同的热电上述热电压方

16、程可根据不同的材料组合给出不同的热电上述热电压方程可根据不同的材料组合给出不同的热电压特性曲线：压特性曲线：压特性曲线：压特性曲线：1.1.1.1.比较温度比较温度比较温度比较温度 0 0 0 00 0 0 0 C C C C；2.2.2.2.连接点的温度大于比较温度，即连接点的温度大于比较温度，即连接点的温度大于比较温度，即连接点的温度大于比较温度，即 1 1 1 1 0 0 0 03.3.3.3.若若若若 0 0 0 0 0 0 0 0 C C C C，即，即，即，即0 0 0 00 0 C C，则校正电压，则校正电压，则校正电压，则校正电压 E E E EK K K K=k=k=k=k0

17、 0 0 0，而，而，而，而被测量的热电压被测量的热电压被测量的热电压被测量的热电压 E E E EM M M M需校正为需校正为需校正为需校正为：E E=E EMM E EKK(四四四四)热电偶材料热电偶材料热电偶材料热电偶材料 选择选择选择选择热电偶材料需考虑其价格和可靠性。此外，还热电偶材料需考虑其价格和可靠性。此外，还热电偶材料需考虑其价格和可靠性。此外，还热电偶材料需考虑其价格和可靠性。此外，还需考虑：需考虑：需考虑：需考虑：高的温度电压系数高的温度电压系数高的温度电压系数高的温度电压系数;线性的热电压曲线线性的热电压曲线线性的热电压曲线线性的热电压曲线;良好的动态特性良好的动态特性

18、良好的动态特性良好的动态特性;耐高、低温的机械特性耐高、低温的机械特性耐高、低温的机械特性耐高、低温的机械特性;耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性;长时间的热电稳定性长时间的热电稳定性长时间的热电稳定性长时间的热电稳定性。许多金属相互接合会产生热电效应，但是能做成适于测量的实许多金属相互接合会产生热电效应，但是能做成适于测量的实许多金属相互接合会产生热电效应，但是能做成适于测量的实许多金属相互接合会产生热电效应，但是能做成适于测量的实用热电偶为数还不多，目前常用的几种热电偶及其特性如下表所示。用热电偶为数还不多，目前常用的几种热电偶及其特性如下表所示。用热电偶为数还不多，目前常用的几种热电偶及其

19、特性如下表所示。用热电偶为数还不多，目前常用的几种热电偶及其特性如下表所示。这类不加保护的热电偶只能用于不太恶劣的环境中。例如：这类不加保护的热电偶只能用于不太恶劣的环境中。例如：这类不加保护的热电偶只能用于不太恶劣的环境中。例如：这类不加保护的热电偶只能用于不太恶劣的环境中。例如：1.1.1.1.浸在非侵蚀性液体、粘性的或塑性的物质中浸在非侵蚀性液体、粘性的或塑性的物质中浸在非侵蚀性液体、粘性的或塑性的物质中浸在非侵蚀性液体、粘性的或塑性的物质中(如图如图如图如图1 1 1 1所示所示所示所示)；2.2.2.2.装入管中或容器中装入管中或容器中装入管中或容器中装入管中或容器中(如图如图如图如

20、图2 2 2 2所示所示所示所示)；没有任何热导线的连接点没有任何热导线的连接点没有任何热导线的连接点没有任何热导线的连接点两脚式热电偶两脚式热电偶两脚式热电偶两脚式热电偶 (如图如图如图如图3 3 3 3所示所示所示所示)，其连接，其连接，其连接，其连接点做在导电表面上点做在导电表面上点做在导电表面上点做在导电表面上(铁片、金属块、金属条等铁片、金属块、金属条等铁片、金属块、金属条等铁片、金属块、金属条等)，由导体本身组成由导体本身组成由导体本身组成由导体本身组成接点接点接点接点。需要测量的是该导电体表面的温度。需要测量的是该导电体表面的温度。需要测量的是该导电体表面的温度。需要测量的是该导

21、电体表面的温度。衣架式温度计衣架式温度计衣架式温度计衣架式温度计(如图如图如图如图4 4 4 4所示所示所示所示)，一根弹簧带压在拱形表面上，末端，一根弹簧带压在拱形表面上，末端，一根弹簧带压在拱形表面上，末端，一根弹簧带压在拱形表面上，末端所焊接的连接点及材料的其余部分经该弹簧带紧紧压在被测物体所焊接的连接点及材料的其余部分经该弹簧带紧紧压在被测物体所焊接的连接点及材料的其余部分经该弹簧带紧紧压在被测物体所焊接的连接点及材料的其余部分经该弹簧带紧紧压在被测物体上，故热传导误差很小。上，故热传导误差很小。上，故热传导误差很小。上，故热传导误差很小。（五）热电偶类型（五）热电偶类型（五）热电偶类

22、型（五）热电偶类型a.a.a.a.无罩式热电偶无罩式热电偶无罩式热电偶无罩式热电偶 热电偶金属线直径为热电偶金属线直径为热电偶金属线直径为热电偶金属线直径为0.lmm0.lmm0.lmm0.lmm5mm5mm5mm5mm。最简单的热电偶由两根最简单的热电偶由两根最简单的热电偶由两根最简单的热电偶由两根热电导线组成。其两端焊接热电导线组成。其两端焊接热电导线组成。其两端焊接热电导线组成。其两端焊接而成。而成。而成。而成。图图图图1 1 1 1 图图图图2 2 2 2 图图图图3 3 3 3 图图图图4 4 4 4 b.b.b.b.带罩式热电偶带罩式热电偶带罩式热电偶带罩式热电偶（1 1 1 1）

23、普通式热电偶）普通式热电偶）普通式热电偶）普通式热电偶 热电热电热电热电偶偶偶偶在套上绝缘管后再装入保护套管内在套上绝缘管后再装入保护套管内在套上绝缘管后再装入保护套管内在套上绝缘管后再装入保护套管内，以便，以便，以便，以便使热电使热电使热电使热电偶偶偶偶与与与与被测介质隔离，使其免受化学侵蚀或机械损伤。被测介质隔离，使其免受化学侵蚀或机械损伤。被测介质隔离，使其免受化学侵蚀或机械损伤。被测介质隔离，使其免受化学侵蚀或机械损伤。绝缘体一般使用陶瓷套管。其保护套有金属和陶瓷两种。绝缘体一般使用陶瓷套管。其保护套有金属和陶瓷两种。绝缘体一般使用陶瓷套管。其保护套有金属和陶瓷两种。绝缘体一般使用陶瓷

24、套管。其保护套有金属和陶瓷两种。（2 2 2 2）外套式热电偶（铠）外套式热电偶（铠）外套式热电偶（铠）外套式热电偶（铠装热电偶）装热电偶）装热电偶）装热电偶）热电偶埋入耐高温的陶瓷粉末中，热电偶埋入耐高温的陶瓷粉末中，热电偶埋入耐高温的陶瓷粉末中，热电偶埋入耐高温的陶瓷粉末中，且且且且这种元件可包含多达三对热电偶。这种元件可包含多达三对热电偶。这种元件可包含多达三对热电偶。这种元件可包含多达三对热电偶。焊接点可以是绝缘的，也可以与焊接点可以是绝缘的，也可以与焊接点可以是绝缘的，也可以与焊接点可以是绝缘的，也可以与外套材料连接在一起外套材料连接在一起外套材料连接在一起外套材料连接在一起(如图所

25、示如图所示如图所示如图所示).).).).它的外套通常采用抗锈蚀的高合金它的外套通常采用抗锈蚀的高合金它的外套通常采用抗锈蚀的高合金它的外套通常采用抗锈蚀的高合金材料材料材料材料,对某些特殊用途则用贵金属制成。对某些特殊用途则用贵金属制成。对某些特殊用途则用贵金属制成。对某些特殊用途则用贵金属制成。这种热电偶的尺寸可以做得很小这种热电偶的尺寸可以做得很小这种热电偶的尺寸可以做得很小这种热电偶的尺寸可以做得很小(外外外外径为径为径为径为0.25mm0.25mm0.25mm0.25mm6mm)6mm)6mm)6mm)，在保证足够的机械，在保证足够的机械，在保证足够的机械，在保证足够的机械强度条件下

26、，强度条件下，强度条件下，强度条件下，具有良好的柔性，便于弯具有良好的柔性，便于弯具有良好的柔性，便于弯具有良好的柔性，便于弯曲曲曲曲。（3 3 3 3）薄膜式热电偶）薄膜式热电偶）薄膜式热电偶）薄膜式热电偶 这种热电偶埋入由塑料或这种热电偶埋入由塑料或这种热电偶埋入由塑料或这种热电偶埋入由塑料或铝制成的两片薄载体材料中，铝制成的两片薄载体材料中，铝制成的两片薄载体材料中，铝制成的两片薄载体材料中，其结构参见示意图。其结构参见示意图。其结构参见示意图。其结构参见示意图。应用时将薄膜热电偶用粘应用时将薄膜热电偶用粘应用时将薄膜热电偶用粘应用时将薄膜热电偶用粘胶剂紧贴在被测物表面，因此胶剂紧贴在被

27、测物表面，因此胶剂紧贴在被测物表面，因此胶剂紧贴在被测物表面，因此热损失小，测量准确度高。这热损失小，测量准确度高。这热损失小，测量准确度高。这热损失小，测量准确度高。这种热电偶主要用于微小面积上种热电偶主要用于微小面积上种热电偶主要用于微小面积上种热电偶主要用于微小面积上的温度测量，因其响应快，可的温度测量，因其响应快，可的温度测量，因其响应快，可的温度测量，因其响应快，可测量瞬变的表面温度。测量瞬变的表面温度。测量瞬变的表面温度。测量瞬变的表面温度。1.1.1.1.基本线路基本线路基本线路基本线路测测测测量某点的温度量某点的温度量某点的温度量某点的温度 A A A A、B B B B为测量

28、热为测量热为测量热为测量热电偶，电偶，电偶，电偶，AAAA、BBBB为为为为补偿导线。把补偿补偿导线。把补偿补偿导线。把补偿补偿导线。把补偿导线一直延长到显导线一直延长到显导线一直延长到显导线一直延长到显示仪表的端子上只示仪表的端子上只示仪表的端子上只示仪表的端子上只要接线盒的两接线要接线盒的两接线要接线盒的两接线要接线盒的两接线点的温度相同，则点的温度相同，则点的温度相同，则点的温度相同，则对测量无影响，如对测量无影响，如对测量无影响，如对测量无影响，如图所示图所示图所示图所示 实用热电偶测温电路一般由热电偶、补偿导实用热电偶测温电路一般由热电偶、补偿导实用热电偶测温电路一般由热电偶、补偿导

29、实用热电偶测温电路一般由热电偶、补偿导线、热电势检测仪表三部分组成。线、热电势检测仪表三部分组成。线、热电势检测仪表三部分组成。线、热电势检测仪表三部分组成。（七）热电偶测量线路（七）热电偶测量线路（七）热电偶测量线路（七）热电偶测量线路注意：注意：注意：注意：1)1)1)1)也可测量温度平均值，在指示仪表处除也可测量温度平均值，在指示仪表处除也可测量温度平均值，在指示仪表处除也可测量温度平均值，在指示仪表处除3 3 3 3即可。即可。即可。即可。2)2)2)2)每一热电偶引出的补偿导线必须回接到仪表中的冷端处。每一热电偶引出的补偿导线必须回接到仪表中的冷端处。每一热电偶引出的补偿导线必须回接

30、到仪表中的冷端处。每一热电偶引出的补偿导线必须回接到仪表中的冷端处。另外还应注意避免测量点接地。另外还应注意避免测量点接地。另外还应注意避免测量点接地。另外还应注意避免测量点接地。3)3)3)3)每只热电偶冷端温度必须相同。每只热电偶冷端温度必须相同。每只热电偶冷端温度必须相同。每只热电偶冷端温度必须相同。优点：热电偶烧断立即可知。另外可优点：热电偶烧断立即可知。另外可优点：热电偶烧断立即可知。另外可优点：热电偶烧断立即可知。另外可获得较大的热电势。获得较大的热电势。获得较大的热电势。获得较大的热电势。缺点：每一热电偶引出的导线必须回接到仪表端子的冷端处缺点：每一热电偶引出的导线必须回接到仪表

31、端子的冷端处缺点：每一热电偶引出的导线必须回接到仪表端子的冷端处缺点：每一热电偶引出的导线必须回接到仪表端子的冷端处2 2 2 2串联串联串联串联测量几点温度之和测量几点温度之和测量几点温度之和测量几点温度之和 利用同类型热电利用同类型热电利用同类型热电利用同类型热电偶串联可以测几偶串联可以测几偶串联可以测几偶串联可以测几点温度之和：点温度之和：点温度之和：点温度之和：E E E EE E E EI I I I+E+E+E+E2 2 2 2+E+E+E+E3 3 3 3注意：注意：注意：注意：1)E-t1)E-t1)E-t1)E-t应尽量保持线性关系，否则将产生误差。应尽量保持线性关系，否则将

32、产生误差。应尽量保持线性关系，否则将产生误差。应尽量保持线性关系，否则将产生误差。2)2)2)2)两支热电偶型号必须相同，否则将产生误差。两支热电偶型号必须相同，否则将产生误差。两支热电偶型号必须相同，否则将产生误差。两支热电偶型号必须相同，否则将产生误差。3)3)3)3)两支热电偶的冷端两支热电偶的冷端两支热电偶的冷端两支热电偶的冷端(未接补偿线前未接补偿线前未接补偿线前未接补偿线前)的温度必须相等的温度必须相等的温度必须相等的温度必须相等 3 3 3 3反相串联反相串联反相串联反相串联测量两点的温度差测量两点的温度差测量两点的温度差测量两点的温度差 两支同型号相同的热电偶两支同型号相同的热

33、电偶两支同型号相同的热电偶两支同型号相同的热电偶用相同的补偿导线用相同的补偿导线用相同的补偿导线用相同的补偿导线反向反向反向反向串联，若串联，若串联，若串联，若t t t t1 1 1 1 t t t t2 2 2 2,由此由此由此由此可测得两点的温度差。如图所示。可测得两点的温度差。如图所示。可测得两点的温度差。如图所示。可测得两点的温度差。如图所示。E E E EE E E E1 1 1 1-E-E-E-E2 2 2 2 查分度表即可得温查分度表即可得温查分度表即可得温查分度表即可得温.注意：注意：注意：注意：1)1)1)1)当三支热电偶均工作在特性曲线的线性段时则指示仪表当三支热电偶均工

34、作在特性曲线的线性段时则指示仪表当三支热电偶均工作在特性曲线的线性段时则指示仪表当三支热电偶均工作在特性曲线的线性段时则指示仪表指示了各点温度算术平均值。指示了各点温度算术平均值。指示了各点温度算术平均值。指示了各点温度算术平均值。2)2)2)2)当三点温度不相等时，在电路中串接均衡电阻当三点温度不相等时，在电路中串接均衡电阻当三点温度不相等时，在电路中串接均衡电阻当三点温度不相等时，在电路中串接均衡电阻R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3，以均衡回路中电流受热电偶本身阻值的影响，一般以均衡回路中电流受热电偶本身阻值的影响，一般以均衡回路中电

35、流受热电偶本身阻值的影响，一般以均衡回路中电流受热电偶本身阻值的影响，一般RR1 1、RR2 2、RR3 3选择选择选择选择相对热电偶本身阻值较大的电阻。相对热电偶本身阻值较大的电阻。相对热电偶本身阻值较大的电阻。相对热电偶本身阻值较大的电阻。优点：仪表酌分度仍旧和单独使用一个热电偶一样优点：仪表酌分度仍旧和单独使用一个热电偶一样优点：仪表酌分度仍旧和单独使用一个热电偶一样优点：仪表酌分度仍旧和单独使用一个热电偶一样缺点：当某一个热电偶烧坏时不能马上被发现。缺点：当某一个热电偶烧坏时不能马上被发现。缺点：当某一个热电偶烧坏时不能马上被发现。缺点：当某一个热电偶烧坏时不能马上被发现。4.4.4.

36、4.并联并联并联并联测量平均温测量平均温测量平均温测量平均温度度度度 几支型号相同的热电几支型号相同的热电几支型号相同的热电几支型号相同的热电偶并联到一起，输入到显偶并联到一起，输入到显偶并联到一起，输入到显偶并联到一起，输入到显示仪表两端的毫伏值为三示仪表两端的毫伏值为三示仪表两端的毫伏值为三示仪表两端的毫伏值为三个热电偶输出电势的平均个热电偶输出电势的平均个热电偶输出电势的平均个热电偶输出电势的平均值，如右图所示。值，如右图所示。值，如右图所示。值，如右图所示。E EE E1 1+E+E2 2+E+E3 3 1 1 1 1热电偶冷端误差及其补偿热电偶冷端误差及其补偿热电偶冷端误差及其补偿热

37、电偶冷端误差及其补偿 由式由式由式由式(13(13(13(132 2 2 26)6)6)6)可知，热电偶可知，热电偶可知，热电偶可知，热电偶ABABABAB闭合凹路的总热电势闭合凹路的总热电势闭合凹路的总热电势闭合凹路的总热电势FnE3FnE3FnE3FnE3(7(7(7(7，y y y y：，：，：，：，)是两个接点温度的面数。是两个接点温度的面数。是两个接点温度的面数。是两个接点温度的面数。但是，通常要求测量的是一个热源的温度，或两个热源的但是，通常要求测量的是一个热源的温度，或两个热源的但是，通常要求测量的是一个热源的温度，或两个热源的但是，通常要求测量的是一个热源的温度，或两个热源的温

38、度差。为此必须固定其中一端温度差。为此必须固定其中一端温度差。为此必须固定其中一端温度差。为此必须固定其中一端(冷冷冷冷端端端端)的温度，其输出的热电势才是测量端的温度，其输出的热电势才是测量端的温度，其输出的热电势才是测量端的温度，其输出的热电势才是测量端(热端热端热端热端)温度的单位温度的单位温度的单位温度的单位函数。工程卜广泛使用的热电偶分函数。工程卜广泛使用的热电偶分函数。工程卜广泛使用的热电偶分函数。工程卜广泛使用的热电偶分度表和根据分度表刻划的测温显示仪表的到度，都是根据度表和根据分度表刻划的测温显示仪表的到度，都是根据度表和根据分度表刻划的测温显示仪表的到度，都是根据度表和根据分

39、度表刻划的测温显示仪表的到度，都是根据冷端温度为冷端温度为冷端温度为冷端温度为o Y)o Y)o Y)o Y)而制作的。因此，当而制作的。因此，当而制作的。因此，当而制作的。因此，当使用热屯偶测量湿度时如果冷端温度仪打使用热屯偶测量湿度时如果冷端温度仪打使用热屯偶测量湿度时如果冷端温度仪打使用热屯偶测量湿度时如果冷端温度仪打oooo，则测得的，则测得的，则测得的，则测得的热电势值通过对照相应的分度表，热电势值通过对照相应的分度表，热电势值通过对照相应的分度表，热电势值通过对照相应的分度表，即可测到消确的温度值。即可测到消确的温度值。即可测到消确的温度值。即可测到消确的温度值。dtdtdtdt在

40、实际测量中。热在实际测量中。热在实际测量中。热在实际测量中。热IbIbIbIb偶的两端距离很近冷端温度偶的两端距离很近冷端温度偶的两端距离很近冷端温度偶的两端距离很近冷端温度将受热源温度或周围环境温度的影将受热源温度或周围环境温度的影将受热源温度或周围环境温度的影将受热源温度或周围环境温度的影响，并不为响，并不为响，并不为响，并不为cccc，而月也个是个恒值，出此将引入误差。为，而月也个是个恒值，出此将引入误差。为，而月也个是个恒值，出此将引入误差。为，而月也个是个恒值，出此将引入误差。为了消除或补偿这个误发，常采用以下了消除或补偿这个误发，常采用以下了消除或补偿这个误发，常采用以下了消除或补

41、偿这个误发，常采用以下几种补偿方法。几种补偿方法。几种补偿方法。几种补偿方法。(3)(3)(3)(3)冷端温度自动补偿法冷端温度自动补偿法冷端温度自动补偿法冷端温度自动补偿法(以补偿电桥法为例分析以补偿电桥法为例分析以补偿电桥法为例分析以补偿电桥法为例分析.参见下图参见下图参见下图参见下图)热电偶与测量表之间接入一直流不平衡电桥热电偶与测量表之间接入一直流不平衡电桥热电偶与测量表之间接入一直流不平衡电桥热电偶与测量表之间接入一直流不平衡电桥(冷端温度补偿器冷端温度补偿器冷端温度补偿器冷端温度补偿器)电桥的供电电桥的供电电桥的供电电桥的供电:直流稳压源直流稳压源直流稳压源直流稳压源桥臂电阻桥臂电

42、阻桥臂电阻桥臂电阻R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3和和和和R R R R：均用阻值不随温度变均用阻值不随温度变均用阻值不随温度变均用阻值不随温度变化的锰铜丝绕制化的锰铜丝绕制化的锰铜丝绕制化的锰铜丝绕制;R R R Rt t t t：阻值随温度升高而增：阻值随温度升高而增：阻值随温度升高而增：阻值随温度升高而增大铜电阻以便与热电偶冷大铜电阻以便与热电偶冷大铜电阻以便与热电偶冷大铜电阻以便与热电偶冷端感受同样的温度。端感受同样的温度。端感受同样的温度。端感受同样的温度。电桥的输出端：电桥的输出端：电桥的输出端：电桥的输出端：串联在热电偶回路

43、中串联在热电偶回路中串联在热电偶回路中串联在热电偶回路中.在某一温度在某一温度在某一温度在某一温度(一般选择一般选择一般选择一般选择20C)20C)20C)20C)下，设计电桥处于平衡状态，下，设计电桥处于平衡状态，下，设计电桥处于平衡状态，下，设计电桥处于平衡状态，输出为零，该温度称为补偿温度，相当于将热电偶冷端恒定在输出为零，该温度称为补偿温度，相当于将热电偶冷端恒定在输出为零，该温度称为补偿温度，相当于将热电偶冷端恒定在输出为零，该温度称为补偿温度，相当于将热电偶冷端恒定在该温度点。当温度偏离补偿温度时，热电偶的输出热电势有一该温度点。当温度偏离补偿温度时，热电偶的输出热电势有一该温度点

44、。当温度偏离补偿温度时，热电偶的输出热电势有一该温度点。当温度偏离补偿温度时，热电偶的输出热电势有一变化量变化量变化量变化量 E E E EABABABAB，与此同时，电阻，与此同时，电阻，与此同时，电阻，与此同时，电阻R R R R4 4 4 4变化引起电桥输出变化引起电桥输出变化引起电桥输出变化引起电桥输出 EqEqEqEq，若设，若设，若设，若设计使计使计使计使 E EABAB-EqEq，则在总输出中抵消而实现自动补偿。，则在总输出中抵消而实现自动补偿。，则在总输出中抵消而实现自动补偿。，则在总输出中抵消而实现自动补偿。由于电桥的不平衡输出由于电桥的不平衡输出由于电桥的不平衡输出由于电桥

45、的不平衡输出U U U Uabababab和桥臂和桥臂和桥臂和桥臂R R R Rt t t t变化是非线性关系，而要求补偿变化是非线性关系，而要求补偿变化是非线性关系，而要求补偿变化是非线性关系，而要求补偿的热电势的热电势的热电势的热电势E(tE(tE(tE(tn n n n,0),0),0),0)随随随随t t t tn n n n变化也是非线性。因此冷端温度变化也是非线性。因此冷端温度变化也是非线性。因此冷端温度变化也是非线性。因此冷端温度t t t tn n n n变化使桥输变化使桥输变化使桥输变化使桥输出出出出U U U Uabababab随随随随t t t tn n n n变化很难和

46、要求的变化很难和要求的变化很难和要求的变化很难和要求的E(tE(tE(tE(tn n n n,0),0),0),0)完全一致，在设计中一般仅可以完全一致，在设计中一般仅可以完全一致，在设计中一般仅可以完全一致，在设计中一般仅可以做到在两个温度点是完全符合做到在两个温度点是完全符合做到在两个温度点是完全符合做到在两个温度点是完全符合(完全补偿完全补偿完全补偿完全补偿)。若要进一步改善，可以。若要进一步改善，可以。若要进一步改善，可以。若要进一步改善，可以用使电桥电源用使电桥电源用使电桥电源用使电桥电源E E E E采用随温度采用随温度采用随温度采用随温度t t t tn n n n变化方式，或者

47、用两个不平衡电桥的输变化方式，或者用两个不平衡电桥的输变化方式，或者用两个不平衡电桥的输变化方式，或者用两个不平衡电桥的输出串联来实现补偿。出串联来实现补偿。出串联来实现补偿。出串联来实现补偿。使用冷端温度补偿器必须与热电偶互相配套，同类型的补偿器使用冷端温度补偿器必须与热电偶互相配套，同类型的补偿器使用冷端温度补偿器必须与热电偶互相配套，同类型的补偿器使用冷端温度补偿器必须与热电偶互相配套，同类型的补偿器的外形和内部接线都是一样的，只要配上不同的限流电阻的外形和内部接线都是一样的，只要配上不同的限流电阻的外形和内部接线都是一样的，只要配上不同的限流电阻的外形和内部接线都是一样的，只要配上不同

48、的限流电阻R R R R就可以就可以就可以就可以与各种热电偶相配套。与各种热电偶相配套。与各种热电偶相配套。与各种热电偶相配套。R R R R的改变也就改变了补偿量的改变也就改变了补偿量的改变也就改变了补偿量的改变也就改变了补偿量U U U Uabababab的大小，以适的大小，以适的大小，以适的大小，以适应热电性质不同的各种被补偿的热电偶。应热电性质不同的各种被补偿的热电偶。应热电性质不同的各种被补偿的热电偶。应热电性质不同的各种被补偿的热电偶。热电偶的基本定律热电偶的基本定律热电偶的基本定律热电偶的基本定律 1 1 1 1中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律 热电偶热电偶热电偶

49、热电偶ABABABAB的热电势取决于热电偶的材料和两个结点的温度。的热电势取决于热电偶的材料和两个结点的温度。的热电势取决于热电偶的材料和两个结点的温度。的热电势取决于热电偶的材料和两个结点的温度。而与温度沿热电偶的分布以及热电极的参数和形状无关。而与温度沿热电偶的分布以及热电极的参数和形状无关。而与温度沿热电偶的分布以及热电极的参数和形状无关。而与温度沿热电偶的分布以及热电极的参数和形状无关。如热电偶如热电偶如热电偶如热电偶ABABABAB两结点的温度分别为两结点的温度分别为两结点的温度分别为两结点的温度分别为T,TT,TT,TT,T0 0 0 0。所产生的热电势等于。所产生的热电势等于。所

50、产生的热电势等于。所产生的热电势等于热电偶热电偶热电偶热电偶ABABABAB两结点温度为两结点温度为两结点温度为两结点温度为T.TT.TT.TT.TC C C C与热电偶与热电偶与热电偶与热电偶ABABABAB两结点温度为两结点温度为两结点温度为两结点温度为TcTcTcTc，T T0 0时所时所时所时所产生产生产生产生的热电势的代数和如图所示。用公式表示为：的热电势的代数和如图所示。用公式表示为：的热电势的代数和如图所示。用公式表示为：的热电势的代数和如图所示。用公式表示为：E EABAB(T,(T,TnTn)=)=E EABAB(T,Tc)+E(T,Tc)+EABAB(Tc,Tn(Tc,Tn