1、温度检测方法温度检测方法u应用热膨胀测温u应用热电效应测温u应用热电阻原理测温u应用工作物质的压力随温度变化的原理测温u应用热辐射原理测温温度检测仪表温度检测仪表u热电偶温度计u热电阻温度计u温度变送器本节主要内容本节主要内容温度检测的基本概念：温度和温标温度检测的基本概念：温度和温标温度：温度：温度概念的建立及测量：以热平衡为基础。温度概念的建立及测量：以热平衡为基础。温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，热量从热物体传向冷物体，换热结束后两物体处于热平衡热换热，热量从热物体传向冷物体，换热结束后两物体处于
2、热平衡状态，即达到温度相等。状态，即达到温度相等。1 1、摄氏温标、摄氏温标 -是把标准大气压下纯水的冰融点定为是把标准大气压下纯水的冰融点定为0 0度，纯水的沸点定为度，纯水的沸点定为100100度的一种度的一种温标。在温标。在0 0度和度和100100度之间分成度之间分成100100等份，每一份为一摄氏度，符号为等份，每一份为一摄氏度，符号为，温度变，温度变量记作量记作t t。2 2、华氏温标、华氏温标 -规定在规定在标准标准大气压下，纯水的冰融点为大气压下，纯水的冰融点为3232度，纯水的沸点为度，纯水的沸点为212212度，中度，中间划分为间划分为180180等分，每一分为一华氏度，符
3、号为等分，每一分为一华氏度，符号为，温度变量记作，温度变量记作t tF F。温标温标CFtt8.132Ft华氏温度 FCt摄氏温度3、热力学温标、热力学温标 -又称开尔文温标，单位为开尔文（又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。）。温标温标4、国际实用温标、国际实用温标 -是一种符合热力学温标又使用简单的温标。是一种符合热力学温标又使用简单的温标。温标温标接触式测温接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。(1)(1)膨胀式温度计膨胀式温度计 (2)(2)热电效应测温（热电效应测温（热电偶）热电偶）(3)(3)热电阻温度计
4、热电阻温度计 (4)(4)其他原理的温度计其他原理的温度计优点优点：直观、可靠。：直观、可靠。缺点缺点：存在负载效应，存在负载效应，受到测量条件的限制，不能充分接触，受到测量条件的限制，不能充分接触，使检测元件温度与被测对象温度不一致使检测元件温度与被测对象温度不一致热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。（动态误差）热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。（动态误差）非接触式测温非接触式测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。能的大小来推算被测物体的温度。(1)(1)辐射式
5、温度计辐射式温度计 (2)(2)光光电电温度计温度计 (3)(3)比色温度计比色温度计 (4)(4)红外温度计红外温度计温度检测方式温度检测方式应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 1、液体膨胀式温度计 玻璃管温度计工作原理工作原理利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。胀的原理。组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡（膨胀室）四部分。（膨胀室）四部分。液体可为：水银、酒精、甲苯等。液体可为：水银、酒精、甲苯等。当温度超过当温度超过300时，应采用硅硼玻璃，时，应采用硅硼玻璃，500
6、以上要采用石英玻璃。以上要采用石英玻璃。4 4玻璃管液体温度计使用注意事项玻璃管液体温度计使用注意事项温度计与被测介质应接触足够长的时间，以使温度计与被测介质达到热平衡。读数时，视线应与标尽垂直，并与液柱于同一水平面上，手持温度计顶端的小耳环，不可触摸标尺。由于玻璃的热后效应，使玻璃温包体积变化，引起温度计零点偏移，出现误差，需要定期校验。优点：读数直观、测量准确、架构简单、价格低廉。优点：读数直观、测量准确、架构简单、价格低廉。缺点：碰撞和振动时易断裂，信号不能远传。缺点：碰撞和振动时易断裂，信号不能远传。应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理固体受热时产生膨胀 2、固体膨胀式温度计
7、 双金属温度计 双金属温度计结构 双金属温度计是利用两种膨胀系双金属温度计是利用两种膨胀系结构简单、牢固，可取代部分水银温度计，结构简单、牢固，可取代部分水银温度计，用于气体、液体及蒸汽的温度测量。用于气体、液体及蒸汽的温度测量。固定端自由端BBAA结构简单，耐冲击，耐振动，使用方结构简单，耐冲击，耐振动，使用方便，适用于振动较大场合，使用温度便，适用于振动较大场合，使用温度范围：范围：-80+1001 原理原理压力式温度计是利用密封系统中液体、气体或者低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀引起压力变化的原理。2 分类分类按感温介质不同：按感温介质不同：液体压力式、气体压力式、蒸气压力式3 组成组
8、成 温包、毛细管、感压元件（弹簧管、波纹管等）应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 3、压力式温度计使用方法与特点使用方法与特点对毛细管采取保护措施，防止损坏；注意安装方式与位置对精度的影响。特点特点：结构简单，价格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。应用热电效应测温（热电偶）应用热电效应测温（热电偶）测量原理两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合回路构成闭合回路热电极热电极 )(0tAB)(tAB)()(),(00ttttABABAB闭和回路电势闭和回路电势 如果能使冷端温度如果能使冷端温度t t0 0 固定，则总电势就只与温度固定，则总电势就只与温度t
9、 t成单值函数关系成单值函数关系 CtttABAB)(),(0 标准化热电偶分度表分度表-热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格 分度表热电偶的种类及结构形式热电偶的种类及结构形式结论：t=0时，所有型号的热电偶的热电势均为0，温度越高，热电势越大；但t0 时，热电势为负值；不同型号的热电偶在相同温度下，热电势一般有较大的差别；在所有标准化热电偶中，B型热电偶的热电势为最小，E型热电偶为最大；如果把温度和热电势做成曲线，可以看出温度与热电势之间的关系是一般为非线性。因此，自由端温度t00时，则不能用测得的热电势E(t,t0)直接查分度表,而应该根据下列公式先求出E(
10、t,0)，然后再查分度表，得到温度t。)0,(),()0,(00tttEt在实际的使用过程中，自由端温度在实际的使用过程中，自由端温度t t0 0往往不能维持在往往不能维持在0 0，且受环境影且受环境影响较大。响较大。当工作端温度为当工作端温度为t t时，在分度表所对应的热电势时，在分度表所对应的热电势E(t,0)E(t,0)与热电偶与热电偶实际输出电势实际输出电势E(t,tE(t,t0 0)之间的误差为之间的误差为E(tE(t0 0,0),0),需对自由端温度进行处理。需对自由端温度进行处理。补偿导线法补偿导线法 计算修正法计算修正法 自由端恒温法自由端恒温法 自动补偿法（补偿电桥法）自动补
11、偿法（补偿电桥法）问题引出 解决方法热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到温度恒定或温度波动比较把热电偶的冷端延伸到温度恒定或温度波动比较补偿导线 其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本其二是降低了成本。功 能小的地方，小的地方，选用一种具有和所连接的热电偶相选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线同的热电性能，其材料又是廉价金属导线,避免造成浪费避免造成浪费 导 线补偿导线法 补偿导线只能在规定的温度范围内，一般为补偿导线只能在规定的温度范围内，一般为（0 0100100）与）与热电
12、偶的热电势相等或相近热电偶的热电势相等或相近不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度补偿导分正负极，需分别与热电偶的正负极相连补偿导分正负极，需分别与热电偶的正负极相连补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自由端温度补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自由端温度t t0 000时，还需要进行其他补偿与修正时，还需要进行其他补偿与修正 使用补偿导线注意问题计算修正法 设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000），被测温度为），被测温度为 t t 修正公式修正公
13、式)0,(),()0,(00tEttEt冷端 t0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势主要应用于实验室的测温，由于需要人工计算主要应用于实验室的测温，由于需要人工计算 、查表，不能应用、查表，不能应用于生产过程的连续测温。于生产过程的连续测温。由分度表查得由分度表查得 E(20,0)=0.113 mvE(20,0)=0.113 mv 则则 E(t,0)=E(t,tE(t,0)=E(t,t0 0)+E(t)+E(t0 0,0),0)=7.32+0.113 =7.32+0.113 =7.434 mv =7.434 mv再查分度表得其对应的被测温度再查分度表得其对应的被测温度t=808t
14、=808例用用S S型热电偶测温，热电偶的冷端温度型热电偶测温，热电偶的冷端温度t t0 0=20=20，测得热电势，测得热电势为为7.32 mv7.32 mv，求被测对象的实际温度，求被测对象的实际温度t t。(已知已知:E(20,0)=0.113 mv)解：自由端恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用，俗称冰浴法，俗称冰浴法自动补偿法（补偿电桥法）根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 热电偶的结构如图所示，通常由热电极、绝缘套管、热电偶的结构如图所示，通常由热电极、绝缘套管、保护套管保护套管和接线盒
15、等部分组成和接线盒等部分组成 热电偶结构形式1.1.普通型装配式结构普通型装配式结构通常由热电极、绝缘材料、保护套管和接线盒等主要部分构成。绝缘材料通常采用带孔的耐高温陶瓷管，热电极从陶瓷管的孔中穿过保护套管的材料应具有耐高温、耐腐蚀、气密性好、机械强度高、热导率高等性能，目前有金属、非金属、金属陶瓷3类，其中不锈钢是常用的一种，可用于温度在900 以下的场合。2.2.铠装热电偶铠装热电偶铠装热电偶是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而铠装热电偶是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的组合体，可做的很细很长，可任意弯曲，套管长度可达成的组合体，可做的很细很长，可任意弯曲，
16、套管长度可达100100米以上。米以上。套管材料一般为铜、不锈钢或镍基高温合金等，热电极与套管间填套管材料一般为铜、不锈钢或镍基高温合金等，热电极与套管间填满绝缘材料粉末，常用绝缘材料为氧化镁、氧化铝等。满绝缘材料粉末，常用绝缘材料为氧化镁、氧化铝等。铠装热电偶特点：测量端热容小，动态响应快，机械强度高，扰性好。广泛应用于工业部门2.2.铠装热电偶铠装热电偶3.3.多点式热电偶多点式热电偶适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储
17、罐等装置中。4.4.防爆型热电偶防爆型热电偶防爆热电偶是利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。5.5.吹气型热电偶吹气型热电偶 应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理 T R热电阻 分类一、金属热电阻一、金属热电阻（大多数具有正的热阻温度系数，大多数具有正的热阻温度系数，二、半导体热敏电阻二、半导体热敏电阻（大多具有负温度系数，温度（大多具有负温度系数，温度温度升
18、高电阻值增大，一般温度每升高温度升高电阻值增大，一般温度每升高1 1，电阻值约增加，电阻值约增加4%4%6%6%）每升高每升高1 1 ，电阻约减少电阻约减少2%2%6%6%）TRt铂电阻热敏电阻 一、金属电阻（1 1）铂电阻）铂电阻(WZP)(WZP)要求：要求：电阻温度系数大，工作范围内，物理和化学性质稳定，不易被电阻温度系数大，工作范围内，物理和化学性质稳定，不易被介质腐蚀，电阻随变化保持单值函数，最好是线性关系。易于得到高介质腐蚀，电阻随变化保持单值函数，最好是线性关系。易于得到高纯物质，复现性好，价格较便宜。目前使用最广泛的是铂、铜材料。纯物质，复现性好，价格较便宜。目前使用最广泛的是
19、铂、铜材料。测温范围：测温范围：-200-200850 850，铂电阻阻值与温度的关系是一个典型非线性函数，一般工业用的铂铂电阻阻值与温度的关系是一个典型非线性函数，一般工业用的铂电阻值可以用下式表示：电阻值可以用下式表示：R Rt t=R=R0 0(1+At+Bt(1+At+Bt2 2)(0)(0 t850 t850)R Rt t=R=R0 01+At+Bt1+At+Bt2 2+Ct+Ct3 3(t-100)(-200(t-100)(-200 t0 t 价钱适中价钱适中 记录方便、操作简单记录方便、操作简单就地温度仪表在满足测温范围、工作压力、精度要求下，首选双金属温度计温度检测元件的选择
20、热电偶适合场合：工况温度比较高的场合。热电阻适合要求测量精度高，中低温段，无振动场合。根据环境条件选择温度计接线盒 普通式条件较好的场所。防溅式条件较好的场所，主要是放水。防暴式易燃、易爆的场所。三种测温方法的比较三种测温方法的比较三种测温方法适用场合三种测温方法适用场合v 铜铜-康铜（康铜（T型）热电偶型）热电偶 一般精度，要求动态特性一般精度，要求动态特性较好或者要求对原温度场影响较小的场合。可以自较好或者要求对原温度场影响较小的场合。可以自动记录测量结果。测头布置方便。多用于实验室测动记录测量结果。测头布置方便。多用于实验室测量。量。v 铂热电阻铂热电阻 稳态或者温度变化速度不大，要求高
21、精稳态或者温度变化速度不大，要求高精度测量的场合。可自动记录测量结果。度测量的场合。可自动记录测量结果。v 热敏电阻热敏电阻 稳态或者温度变化速度不大，要求精度稳态或者温度变化速度不大，要求精度不高。多用于工业测量。不高。多用于工业测量。v 玻璃液体温度计玻璃液体温度计 稳态，测量精度不高。不能自动稳态，测量精度不高。不能自动记录测量结果，因而不能用于测量频度过快的场合。记录测量结果，因而不能用于测量频度过快的场合。测头布置受到限制。测头布置受到限制。插入深度要求插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线道中心线5 5 10mm10mm。流体流动方向插入方向要求插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交入，正交9090也可，但切勿与被测介质形成顺流。也可，但切勿与被测介质形成顺流。温度变送器温度变送器
