1、1第一节第一节 温标及测温方法温标及测温方法 一、一、温度温度 温度标志着物质内部温度标志着物质内部大量分子无规则运动的大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！高温时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温2几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温为37 C C，相，相当于华氏温当于华氏温度多少度？度多少度？二、温标二、温标 1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点、温度的数值表示方法称为温
2、标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。3热力学温标（热力学温标（K K）热力学温标是建立在热力热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提出来的，因根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（，单位是开尔文（K）。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开
3、尔文勋爵开尔文勋爵（18241907）1990国际温标国际温标(ITS-90)从从1990年年1月月1日开始在全世界范围内采用日开始在全世界范围内采用1990年年国际温标，简称国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为公式，例如水的三相点为273.16K（0.01 C）等。）等。4三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 按用途分：按用途分：基准温度计、工业温度计基准温度计、工业温度计 按测量方法分：按测量方法分：接触式、非接触式接触式、非接触式
4、 按工作原理分：按工作原理分：膨胀式、电阻式、热电式、辐射式膨胀式、电阻式、热电式、辐射式 按输出方式分：按输出方式分：自发电型、非电测型自发电型、非电测型接触式：接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。交换。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：缺点：?非接触式非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，由热辐射能大小算出被测对象温度交换，由热辐射能大小算出被测对象温度优点：优点：?缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大。
5、缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大。5主要的温度检测方法和特点主要的温度检测方法和特点6物物理理现现象象体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质 颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料 液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管
6、半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计 2.玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计 6.气体压力温度计气体压力温度计1 热铁氧体热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金合金7应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理测量原理物体受热时产生膨胀物体受热时产生膨胀 液体、液体、固体固体膨胀式温度计膨胀式温度计 玻璃管温度计玻璃管温度计 不需要电源，耐用；但不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。感温部件体积较大。气体的体积与热力学气
7、体的体积与热力学温度成正比温度成正比双金属温度计双金属温度计压力式温度计压力式温度计8玻璃温度计9双金属温度计10压力式温度计11变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇散热风扇低温时显示蓝色低温时显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨装满热水后图案变得清晰可辨12 2.2 热电偶热电偶热电偶的热电偶的工作原理工作原理热电偶的热电偶的基本定律基本定律热电偶的常用材料与结构热电偶的常用材料与结构冷端处理冷端处理及及补偿补偿热电偶的选择、安装使用和校验热电偶的选择、安装使用和校验主要内
8、容：主要内容：应用最普遍、最广泛的温度测量元件应用最普遍、最广泛的温度测量元件结构简单、制作方便结构简单、制作方便测量范围宽、准确度高、热惯性小测量范围宽、准确度高、热惯性小直接输出直流电压信号，可以远传，便于集中检直接输出直流电压信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。测和自动控制。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。13结论：当两个结点温度不同时，回路中将产生电动势结论：当两个结点温度不同时，回路中将产生电动势 热电极热电极自由端自由端参考端参考端冷端冷端2.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理 测量端测量端工作端工作端热端热端 热电势热电势热电
9、效应热电效应(赛贝克效应赛贝克效应)14热电势是由接触电势和温差电势两部分组成。热电势是由接触电势和温差电势两部分组成。接触电势接触电势()()ln()AABBKTTNTEeTNN(T)温度温度T时的电子密度时的电子密度 e单位电荷，单位电荷，4.80210-10绝对静电单位绝对静电单位 K波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，1.3810-23 J/K T材料温度，材料温度，K材料材料A A的电子密度大于材料的电子密度大于材料B B的电子密度的电子密度 接触电势由接触电势由B B指向指向A A15结点产生热电势的结点产生热电势的微观微观解释解释 两种不同的金属互相两种不同的金属互相接触时，由于不同金属
10、内接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在自由电子的密度不同，在两金属两金属A和和B的接触点处的接触点处会发生自由电子的会发生自由电子的扩散现扩散现象象。自由电子将从密度大。自由电子将从密度大的金属的金属A扩散到密度小的扩散到密度小的金属金属B，使，使A失去电子带失去电子带正电正电，B得到电子带负电得到电子带负电，从而产生从而产生热电势热电势。自由自由电子电子ABeAB（T T）T T热电偶传感器的热电偶传感器的原理及应用原理及应用16温差电势温差电势温差电势由温差电势由T T0 0指向指向T TT T0 001(,)()TTKd N tE T TeN N材料的电子密度，是温度的函数；材料
11、的电子密度，是温度的函数；T,T0材料两端的温度；材料两端的温度；t沿材料长度方向的温度分布沿材料长度方向的温度分布 17总热电势总热电势T T0，NA NB EAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)-EAB(T0)-EA(T,T0)00(,)lnAABBTTKNdtET TNeEAB(T,T0)=f(T)-f(T0)或或 EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)或或 18注：注：国际实用温标国际实用温标IPTS-90规定热电偶的温度测值为规定热电偶的温度测值为，参比端温度为参比端温度为0。所以热电势写成。所以热电势写成EAB(t,0)或或E(t)。热电势的大小，只与热电偶丝材料和两
12、个连接点的温度热电势的大小，只与热电偶丝材料和两个连接点的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及温度分布无关有关，与热电偶丝的直径、长度及温度分布无关EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)00(,)lnAABBTTKNdtET TNe热电势的性质热电势的性质只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势组成的闭合回路不会产生热电势两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关，如果端接点的温度有关，如果T0已知且恒定，则已知且恒定，则f(T0)为常数，为
13、常数，回路总热电势是温度回路总热电势是温度T的单值函数。的单值函数。温差发电温差发电热电（半导体）制冷热电（半导体）制冷烟气余热发电烟气余热发电192.2.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律均质材料定律均质材料定律 由一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向由一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。反之，如果各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。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。00(,)lnAABBTTKNdtET TNe这要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则这要求组成热电
14、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向存在温度梯度而产生附加电势，会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而引入误差。因此在进行精密测量时要尽可能对热电极从而引入误差。因此在进行精密测量时要尽可能对热电极材料进行均匀性检查和退火处理。材料进行均匀性检查和退火处理。20 理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？答案：不会产生影响的。（热电偶的中间导体定律）如果断开冷端，接入第三种导体C，则回路中的总热电势等
15、于各接点处的接触电势之和:ABtt000(,)()()ABABABEt tetettABCt02t010102()()()ABCABBCCAEetetet中间导体定律中间导体定律金属mV液态金属mV21 如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持A和C、B和C接触处的温度均为t0，则接入的导体对原热电偶回路中的热电势没有影响。000(,)()()()ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000(,)()()()0ABCABBCCAEt tetetet000(,)()()(,)ABCABABABEt tetetEt t00(,)()()ABABABEt tete
16、tABtt0tABCt0t0同理，在热电偶中接入第四种、第五种同理，在热电偶中接入第四种、第五种导体后，只导体后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。路中的热电势均没有影响。可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保，只要保证两个接入点的温度相同，就可以对热电势进行测量，证两个接入点的温度相同，就可以对热电势进行测量，而不影响热电偶的输出。而不影响热电偶的输出。中间导体定律，解决了热电势的测量问题中间导体定律，解决了热电势的测量问题。tt0ABCC毫伏计22中间温
17、度定律中间温度定律 A和和B组成的热电偶回路，接点温度分别为组成的热电偶回路，接点温度分别为T和和To时的时的热电势热电势EAB(T,To)等于热电偶在连接点温度为等于热电偶在连接点温度为(T,Tn)和和(Tn,To)时的热电势时的热电势EAB(T,Tn)和和EAB(Tn,To)的代数和的代数和EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)EABBA(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)231）为热电偶热电势温度关系分度奠定了理论基础。已知热电偶在某一给定冷端温度下，电压对应的温度值，另外冷端温度下，电压应对应什么温度？（修正解决）2）为工业测温中应用补偿导
18、线提供了理论依据。（1）测温时，其冷端温度要求恒定（？），如直接满足此条件，热电偶冷端直接延伸放到恒温的地方，热电偶很长，价格较高。（2）用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降低造价。中间温度定律的应用：中间温度定律的应用：242.2.3 热电偶的结构热电偶的结构 热电偶一般由热电偶一般由热电极热电极、绝缘套管绝缘套管、保护管保护管和和接线盒接线盒组成组成 连接形式可分为固定螺纹连接形式可分为固定螺纹连接连接、固定法兰、固定法兰连接连接、活动法兰、活动法兰连连接接、无固定装置等。、无固定装置等。绝缘管用以防止两根热电极短路，通常采用氧化铝或工业陶瓷管
19、保护套管保护套管避免热电极受被测介质的化学腐蚀或机械损伤。也可不用保护套管以减少热惯性，提高测量精度。接线盒接线盒一般由铝合金制成，固定接线座，连接补偿导线，兼有密封和保护接线端子的作用252.2.3 热电偶的结构热电偶的结构 热电极热电极 热电极直径为一般金属热电极直径为一般金属0.53.2mm，昂贵金属，昂贵金属0.30.6 mm，长度与被测物有关，一般在，长度与被测物有关，一般在3002000mm，通，通常在常在350 mm左右。对热电极材料的要求：左右。对热电极材料的要求：l 两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，热电势和两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，热电势和温度之间尽
20、可能地呈线性函数关系温度之间尽可能地呈线性函数关系l 能应用于较宽的温度范围，物化性能、热电特性都较稳定能应用于较宽的温度范围，物化性能、热电特性都较稳定l 有较高的导电率和较低的电阻温度系数有较高的导电率和较低的电阻温度系数l 具有较好的工艺性能，便于成批生产具有较好的工艺性能，便于成批生产l 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。262.2.4 热电偶的分类热电偶的分类 八种国际通用热电偶：八种国际通用热电偶：B:铂铑铂铑30铂铑铂铑6、R:铂铑铂铑13铂、铂、S:铂铑铂铑10铂、铂、K:镍铬镍铬镍硅、镍硅、N:镍铬硅镍铬硅镍硅、镍硅、E:镍铬镍铬
21、铜镍、铜镍、J:铁铁铜镍铜镍、T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶的各种热电偶的各种铂铂热电偶丝热电偶丝1)1)标准型热电偶标准型热电偶 几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬(铝铝)-2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康铜康铜)
22、270800 C C?5 5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？28几种常用热电偶的热电势与温度的关系几种常用热电偶的热电势与温度的关系 哪几种热电偶哪几种热电偶的测温上限较高的测温上限较高 哪几种热电偶哪几种热电偶的线性较差？的线性较差？哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较高的灵敏度较高 哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较低的灵敏度较低为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？29热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际
23、计量委员会规定的年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新标准。按此）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。成电路与之对应。直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为自由端（冷端）温度必须为0 0 C C。本教材本教材p2223p2223的的列出了列出了工业中常用的工业中常用的铂铑铂铑10铂铂(S)S)、镍铬、镍铬-镍硅（镍硅（K）热电偶的分度表）热电偶的分度表(简表简
24、表)。EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)30K热电偶的热电偶的分度表分度表 比较查出比较查出的（的（0 C、100 C、100 C）3 3个个热电势，可热电势，可以看出热电以看出热电势是否势是否线性？线性？31如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值 设冷端为设冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的示值及，根据以下电路中的毫伏表的示值及K热电偶热电偶的分度表，查出热端的温度的分度表，查出热端的温度tx322)非标准型热电偶非标准型热电偶(特殊热电偶特殊热电偶)（1）钨铼热电偶）钨铼热电偶：60年代发展起来的，可使用在真年代发展起来的，可使用在真空惰性气体介
25、质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。钨铼钨铼-钨铼钨铼20热电偶使用温度范围热电偶使用温度范围3002000，分度，分度精度为精度为1。(2)(2)铠装式热电偶（又称套管式热电偶）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）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。(3)(3)快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶(表面热电偶表面热电偶)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(0.010.lm)33铠装热电偶的结构特点：特点：热响应时间少，减热响应时间少，减小动态误差；小动态误差；可弯曲安装使用；可弯曲安
26、装使用；测量范围大；测量范围大；机械强度高，耐压机械强度高，耐压性能好；性能好；34普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作热电偶工作端（热端）端（热端）铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形铠装型热电偶铠装型热电偶可可 长达上长达上百米百米BA绝绝缘缘 材材料料其他热电偶外形35课题组开发的无线温度传感器课题组开发的无线温度传感器36课程设计作品课程设计作品-基于数字温度传感器基于数字温度传感器MAX6675 的温度检测仪表的温度检测仪表成品外观展示图成品外观展示图 电路原理图电路原理图 内部线路连接图展示：内部线路连接图展示：
27、（背面图）37温度超过报警值状态 报警值设定状态 正常工作状态 单片机测温器件单片机测温器件382.2.5 热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿为什么要进行补偿？为什么要进行补偿？1.热电偶的测温原理：热电偶的测温原理：E(T,T0)=E(T)-E(T0)，只有，只有T0稳定不变，才能测得稳定不变，才能测得T 2.用热电偶的分度表查毫伏数用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足温度时，必须满足t0=0 3.在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是不但不是0 C，而且也不恒定，而且也不恒定，因此将产生误差因此将产生误差 4.一般情况下
28、，冷端温度均高于一般情况下，冷端温度均高于0 C，热电势偏小，应，热电势偏小，应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 常用的补偿方法：常用的补偿方法：冰点法、热电势修正法、冷端补偿器法、补偿导线法冰点法、热电势修正法、冷端补偿器法、补偿导线法 39（1）冰点法）冰点法 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在冷端的温度保持在0 C不变。此法也称不变。此法也称冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t0不等于不等于0 C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用
29、于用于实验室实验室中。在所有的方法中，精度最高。中。在所有的方法中，精度最高。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T040（2）计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度Tn，利用公式计算例1用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境Tn中，测得热电动势EAB(T，Tn)=1.999mV，又用室温计测出Tn=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68。注意:既不能只按1.999mV查表，
30、认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)41例例2：现镍铬：现镍铬-镍硅（分度号为镍硅（分度号为K）热电偶测一高温，输出）热电偶测一高温，输出电势为电势为EAB（T，TN）=33.29mV，已知环境温度，已知环境温度TN=30，求被测温度求被测温度T。温度（）电动势（mV）00100.397200.798301.20380033.27781033.68682034.09583034.502解：查表的解：查表的EAB（30，0）=1.2mVEAB（T，0）=EAB（T，30）+EAB（30，0）=33.29+1.203=34.
31、493mV再查分度号为再查分度号为K的分度表得：的分度表得：T=820时，时，EAB（820，0）=34.095mVT=830时，时，EAB（830，0）=34.502mVT=820+（34.493-34.095）/（34.502-34.095）*（830-820）=829.7 热电势修正法举例热电势修正法举例另：另：33.29mV查表对于查表对于800.3 42（3）机械零点调整法）机械零点调整法 指针被预调到室温（指针被预调到室温（40 C）可补偿冷端损失可补偿冷端损失 在不需精确测量的前提下，或可维持热电偶参考端温度较为稳定，可将显示仪表的机械零点先调整到t0（按温度刻度）或者毫伏E(t
32、0,0)（按毫伏刻度）43（4）冷端补偿器法）冷端补偿器法-工程上最常用的方法工程上最常用的方法 冷端补偿器是一个不平冷端补偿器是一个不平衡电桥，桥臂衡电桥，桥臂R1=R2=R3=1，采用锰铜丝无感绕，采用锰铜丝无感绕制，其电阻温度系数趋于制，其电阻温度系数趋于零。桥臂零。桥臂R4用铜丝无感绕用铜丝无感绕制，其电阻温度系数约为制，其电阻温度系数约为4.310-3-1 当温度为当温度为0时时R4=1。Rg为限流电阻，配用不同分度为限流电阻，配用不同分度号热电偶时号热电偶时Rg作为调整补偿器供电电流之用。桥路供电电作为调整补偿器供电电流之用。桥路供电电压为直流电，大小为压为直流电，大小为4V。44
33、冷、热端和电桥均感受环境温度，一般取冷、热端和电桥均感受环境温度，一般取T=TN=20此时电桥平衡，此时电桥平衡，R1=R2=R3=R4，UAB=0，对输出无影响。，对输出无影响。将此时温度表（毫伏表）所指向的位置刻度标定为将此时温度表（毫伏表）所指向的位置刻度标定为20。工作时：工作时：R4 Ua Uba当当T不变：不变：TN Ub不变不变 USC不变不变 EAB（T，TN）所以，冷端温度所以，冷端温度TN变化时，不影响电路的输出电压，即温变化时，不影响电路的输出电压，即温度表的指示（可以认为）与度表的指示（可以认为）与TN无关，也就补偿了冷端温度误无关，也就补偿了冷端温度误差。差。初始调试
34、时：（在实验室进行）初始调试时：（在实验室进行）USC=UBA+EAB（T，TN）注：现在一般将电桥电路注：现在一般将电桥电路做进温控仪表中（差价很做进温控仪表中（差价很大，几十到一千多元）大，几十到一千多元）XT-WBC热电热电偶冷端补偿器偶冷端补偿器45补偿导线定义补偿导线定义、补偿导线作用、补偿导线作用、补偿导线的正确使用补偿导线的正确使用五、补偿导线法五、补偿导线法 补偿导线是指在一定温度范围内，其热电性能与其相应的补偿导线是指在一定温度范围内，其热电性能与其相应的热电性能十分相近的一种廉价的导线，以热电偶连接导体热电性能十分相近的一种廉价的导线，以热电偶连接导体应用定则为依据工作。应
35、用定则为依据工作。1)补偿导线定义补偿导线定义 根据热电偶的测温原理有根据热电偶的测温原理有 为使热电势与测量端温度有单值函数关系，必须进为使热电势与测量端温度有单值函数关系，必须进行热电偶参考端温度的处理，即行热电偶参考端温度的处理，即 保持参考端温度保持参考端温度 恒定；恒定；消除消除 时产生的误差；时产生的误差；00,tftfttEABABABC00tC00t46热电偶补偿导线的外形图热电偶补偿导线的外形图 常用补偿导线的结构分为普通型和带屏蔽层型两种常用补偿导线的结构分为普通型和带屏蔽层型两种 按照补偿原理分为补偿型按照补偿原理分为补偿型(贵金属贵金属）及延伸型（）及延伸型（廉价金属廉
36、价金属）两）两种补偿导线种补偿导线 按使用温度可分为一般用（按使用温度可分为一般用（0 0100100）和耐热用（）和耐热用（0 0150150）47 用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线，以节约用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线，以节约贵金属热电偶；贵金属热电偶；将热电偶的参比端迁移至离被侧对象较远且环境温度较恒将热电偶的参比端迁移至离被侧对象较远且环境温度较恒定的地方，有利于参比端温度的修正和测量误差的减少；定的地方，有利于参比端温度的修正和测量误差的减少；用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线，用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线，可减小热电偶回路电阻
37、，以利于动圈式仪表的正常工作。可减小热电偶回路电阻，以利于动圈式仪表的正常工作。2)补偿导线的作用补偿导线的作用 各种补偿导线只能与相应型号的热电偶用；各种补偿导线只能与相应型号的热电偶用；使用时必须各级相连，切勿将其极性接反；使用时必须各级相连，切勿将其极性接反；热电偶和补偿导线连接点的温度不能超过规定的使用温度范围，热电偶和补偿导线连接点的温度不能超过规定的使用温度范围，规定为规定为0100及及 0150两种。两种。3)补偿导线的正确使用补偿导线的正确使用DC补偿导线冷端的延伸ttcAB热电偶被测设备被测设备生产现场生产现场t0毫伏计恒温环境恒温环境AB482.2.6 热电偶实用测温线路热
38、电偶实用测温线路 一、一、测量某点温度的基本电路测量某点温度的基本电路 只要只要C的两端温度相等的两端温度相等就对测量精度无影响。就对测量精度无影响。冷端在仪表外面（可以在恒温器中）冷端在仪表外面（可以在恒温器中）的线路。如果配用仪表是动圈式的，的线路。如果配用仪表是动圈式的，则补偿导线电阻应尽量小。则补偿导线电阻应尽量小。图图2-14 多点测温线路多点测温线路1工作端热电偶；工作端热电偶；2工作端补工作端补偿导线；偿导线；3接线板；接线板；4铜导线铜导线5切切换开关；换开关；6数字显示仪；数字显示仪；7参比端参比端补偿导线；补偿导线；8参比端热电偶参比端热电偶 49二、二、测量两点之间温度差
39、的连接电路测量两点之间温度差的连接电路 用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势相互抵消，因此可测量温度差值。相互抵消，因此可测量温度差值。注：热电动势注：热电动势E E必须必须与温度与温度T T呈线性关系呈线性关系 mVA AAA BBB 1T2T50三、三、测量多点之间的平均温度的电路测量多点之间的平均温度的电路 并联电路并联电路 三个热电偶工作在线三个热电偶工作在线性区时代表着平均温度。性区时代表着平均温度。每个热电偶需串联较大电每个热电偶需串联较大电阻，且分度与单个热电偶阻，且分度与单个热电偶一样。一样。某一热电偶坏了不易某一
40、热电偶坏了不易及时发现。及时发现。mVAABB A B2T1T3T1E2E3E1R2R3R mVAABB A B2T1T3T1E2E3EE串联电路串联电路321EEEE 三个热电偶工作在线性区三个热电偶工作在线性区时代表着多点温度之和。任一时代表着多点温度之和。任一热电偶烧坏都可立即知道，且热电偶烧坏都可立即知道，且可得到较大的电动势。可得到较大的电动势。每一热电偶引出的补偿导每一热电偶引出的补偿导线必须接到仪表的冷端处。线必须接到仪表的冷端处。51 用热电偶测量金属壁面温度有两用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度具有相同的参
41、考端温度t t0 0时，问时，问在壁温相等的两种情况下，仪表在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？的示值是否一样？为什么？用两支分度号为用两支分度号为K的热电偶测量的热电偶测量A区区和和B区的温差，连接回路如右图所示。区的温差，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，仪时，仪表指示表指示200。问在参考端温度上升。问在参考端温度上升25时，仪表的指示值为多少？为时，仪表的指示值为多少？为什么？什么？521 1、温度检测仪表的选用、温度检测仪表的选用 注意温度检测仪表的特点和适用范围注意温度检测仪表的特点和适用范围 除了综合考虑测量精度、信号之、稳定性
42、等技术要求除了综合考虑测量精度、信号之、稳定性等技术要求之外，还需注意工作环境影响（温度、介质特性），之外，还需注意工作环境影响（温度、介质特性），选择适当的保护套管、连接导线等附件选择适当的保护套管、连接导线等附件2.2.7热电偶的选择、安装使用和校验53温度检测仪表的安装（是保证仪表正常使用的关键环节）温度检测仪表的安装（是保证仪表正常使用的关键环节）检测元件的安装应确保测量的准确性，检测元件的安装应确保测量的准确性，选择有代表性的安装位置选择有代表性的安装位置 接触式检测元件接触式检测元件：应有足够的插入深度，不应该把检测元件插入介质：应有足够的插入深度，不应该把检测元件插入介质的死角，
43、以保证热交换的死角，以保证热交换 测量管道温度测量管道温度：检测元件工作端应位于管道中心流速最大之处，检测：检测元件工作端应位于管道中心流速最大之处，检测元件应迎着流体流动方向安装，元件应迎着流体流动方向安装，测量负压管道（或设备）温测量负压管道（或设备）温度：必须保证有密封性，以免外界空气吸度：必须保证有密封性，以免外界空气吸入而影响精度入而影响精度 检测元件的安装应确保安全、可靠检测元件的安装应确保安全、可靠 接触式测量仪表的保护管应有足够的机械强度，根据现场工作压力、接触式测量仪表的保护管应有足够的机械强度，根据现场工作压力、温度、腐蚀性等特性，选择保护套管材质和壁厚温度、腐蚀性等特性，
44、选择保护套管材质和壁厚 当介质压力超过当介质压力超过10MPa时，必须安装保护套管时，必须安装保护套管 为减小测量滞后，可在保护套管内部加装传热良好的填充物，如硅油、为减小测量滞后，可在保护套管内部加装传热良好的填充物，如硅油、石英砂等石英砂等 接线盒出线孔应朝下，以免因密封不良使水汽、灰尘等进入接线盒出线孔应朝下，以免因密封不良使水汽、灰尘等进入 应综合考虑应综合考虑仪表维修、校验的方便仪表维修、校验的方便(a)(a)逆流逆流 (b)(b)正交正交 (c)(c)弯头弯头54热电偶的检定方法热电偶的检定方法u 为了保证热电偶的测量精度，必须定为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的
45、检定方法有两期进行检定。热电偶的检定方法有两种，种，比较法比较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，同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为标，这种方法称为比较法比较法。2.热电偶的定期校验热电偶的定期校验5578564321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56 热电偶测温误差分析：热电偶测温误差分析：分度误差分度误差1：任何一种热电偶的
46、通用分度表都是统计结任何一种热电偶的通用分度表都是统计结果，某一具体热电偶的数据与通用分度表存在一定偏差果，某一具体热电偶的数据与通用分度表存在一定偏差1(如铂如铂-铑铂热电偶在铑铂热电偶在600以上使用时允许偏差为以上使用时允许偏差为0.25%)补偿导线误差补偿导线误差2：多数热电偶的补偿导线材料并非热电偶：多数热电偶的补偿导线材料并非热电偶本体材料，因此存在误差。本体材料，因此存在误差。(镍鉻镍鉻-镍硅热电偶为镍硅热电偶为0.15mV)冷端补偿器误差冷端补偿器误差3：冷端补偿器在平衡点和计算点两个冷端补偿器在平衡点和计算点两个温度值得以完全补偿外温度值得以完全补偿外,其他各温度值均不能得到
47、完全补偿。其他各温度值均不能得到完全补偿。（镍鉻（镍鉻-镍硅热电偶为镍硅热电偶为0.16mV）测量线路和显示仪表误差测量线路和显示仪表误差4 ：该误差由显示仪表的该误差由显示仪表的精度等级决定。对精度等级为精度等级决定。对精度等级为1级的温度指示仪，其误差为级的温度指示仪，其误差为满量程的满量程的1%。其他误差其他误差热交换所引起的误差热交换所引起的误差5758XMZ系列智能数字显示仪表外形系列智能数字显示仪表外形 XMT系列热电偶智能数字显示控制仪表系列热电偶智能数字显示控制仪表DDZDDZ型电动单元组合型电动单元组合 仪表中的变送单元之一：仪表中的变送单元之一：轨装式温度变送器轨装式温度变
48、送器如何根据常用电路设备的要求接线如何根据常用电路设备的要求接线温度测量典型应用示例温度测量典型应用示例1、已知铜、已知铜康铜热电偶在测量某热处理炉康铜热电偶在测量某热处理炉温度时，冷端温度为温度时，冷端温度为T0=20，输出热电势，输出热电势为为1.908mV。请列式计算热处理炉温度。请列式计算热处理炉温度T。热端温度热电动势mV00100.391200.780301.196401.611502.035602.468702.908803.357903.8131004.277补充作业补充作业:2.如图所示，分度号为如图所示，分度号为K的热电偶误用了分度号为的热电偶误用了分度号为E的补偿导线，但极性连接正确，试问：的补偿导线，但极性连接正确，试问：(1)当当t=400,t1=30,t0=20 时，指示仪表的示值如时，指示仪表的示值如何变化？何变化？(2)当当t=400,t1=20,t0=30 时，指示时，指示仪表的示值如何变化？仪表的示值如何变化？tt0KKEt1t1作业（作业（1 1）教材第教材第2 2章章：1 1、2 2、4 4、6 660休休 息息 一一 下下
