1、4 温度检测温度检测自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统 第二版第二版化学工业出版社化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社Contents4.1测温方法及温标4.2 接触式测温4.3 非接触式测温4.4 光纤温度传感器4.5 测温实例自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.1 测温原理及方法测温原理及方法v 测温原理v 测温方式 接触式：传热和对流，热接触，破坏被测对象热平衡，置入误差，对测温元件要求高 非接触式：热辐射，响应快，对被测对象干扰小，可测高温、运动对象，强电磁干扰、强腐蚀自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1
2、.1 测温原理及方法测温原理及方法测温方式类别原理典型仪表测温范围/接触式测温膨胀类利用液体、气体的热膨胀及物质的蒸气压变化玻璃液体温度计-100600压力式温度计-100500利用两种金属的热膨胀差双金属温度计-80600热电类利用热电效应热电偶-2001800电阻类固体材料的电阻随温度变化铂热电阻-260850铜热电阻-50150热敏电阻-50300其他电学类半导体器件的温度效应集成温度传感器-50150晶体的固有频率随温度而变化石英晶体温度计-50120光纤类利用光纤的温度特性或作为传光介质光纤温度传感器-50400非接触式测温光纤辐射温度计2004000辐射类利用普朗克定律光电高温计8
3、003200辐射传感器4002000比色温度计5003200温度检测方法的分类温度检测方法的分类自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.2 温标温标v 温标：衡量温度的标尺，规定温度起点及基本单位v 经验温标：华氏温标：冰点32F，水沸点212F 摄氏温标：冰点0，水沸点100 换算关系：32 1.8FCtt自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.2 温标温标v 国际实用温标 热力学温度：符号 ，单位开尔文，K 摄氏温度：符号 ，单位摄氏度，v ITS-90国际温标规定了17个定义固定点 三相点：三相共存 熔点或凝固点：固液共存 沸点：气液共存90T90t909
4、0273.15tT自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.1 测温原理 基于热电效应 闭合回路中的总热电势：一定时，000,TABABABABTET TSdTeTeT0T0ABeTC 0,ABABET TeTC自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v T 端：测量端或热端v 端：参比端或冷端v 热电偶产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成回路，两端接点处的温度不同v 热电势大小只与热电极材料及两端温度有关，与热偶丝的粗细长短无关v 热电极材料确定以后，热电势大小只与温度有关0T热电效应原理热电效
5、应原理自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.2 热电偶的应用定则 1）均质导体定则：同种均质导体构成的闭合回路不能产生热电势 2）中间导体定则：热电偶回路中介入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响 3）中间温度定则：00,ABABCABCET TET TET T自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.3 常用工业热电偶 1）铂铑合金、铂系列热电偶 2）廉价金属热电偶 3）难融合金热电偶自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热
6、电偶测温热电偶测温v 4.2.1.4 工业热电偶结构型式 1）普通型 热容量大，热惯性大，对温度变化的响应慢11热电偶接点；热电偶接点；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒接线盒自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.4 工业热电偶结构型式 2）铠装型 热容量小，热惯性小，对温度变化的响应快，挠性好，可弯曲，可安装在狭窄或结构复杂的测量场合铠装热电偶工作端的结构铠装热电偶工作端的结构自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温
7、v 4.2.1.5 热电偶参比端温度的处理v 参比端温度不恒定会引入误差 1）补偿导线法补偿导线法的测量回路补偿导线法的测量回路11测温接点；测温接点；22补偿导线；补偿导线；33冷端；冷端；44铜导线；铜导线；55测温仪表测温仪表自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温 2）参比端温度测量计算法：测量参比端温度，对原公式进行修正 3）参比端恒温法：保持参比端温度恒定为已知温度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温 4）补偿电桥法：利用不平衡电桥产生相应电势，补偿热电偶由于参比端温度变化而引起的热电势变化。补偿电
8、桥补偿电桥自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性v 4.2.2.1 金属热电阻 电阻温度系数 热电阻材料：电阻温度系数和电阻率较大（铂，铜等）铂热电阻：时，时，电阻和温度的关系呈平滑特性，可建立分度表方便计算。0001TRRRTT0tC 201R tRAtBt0tC 2301100R tRAtBtCtt自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 3）热电阻结构：(a)普通型；(b)铠装型热电阻结构热电阻结构(a)(a)普通型普通型(b)(b)铠装型铠装型11电阻体；电
9、阻体；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒；接线盒；77芯柱；芯柱；88电阻丝；电阻丝；99保护膜；保护膜；1010引线端引线端自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 4）热电阻引线方式：二线制，三线制，四线制 精度递增热电阻的测量热电阻的测量自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 4.2.2.2 热敏电阻v 用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件v 温度检测主要用负温度系数v 优点：电阻温度系数是金属电阻的十几倍，灵敏度高
10、；引线电阻对测温没有影响；体积小，响应快，结构简单，寿命长各种热敏电阻特性各种热敏电阻特性自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.3 集成温度传感器集成温度传感器v 晶体管基极射极正向压降随温度升高而减少 V1、V2：镜像管 V3、V4：温度检测用晶体管，二者发射极面积比为m R、m一定时，输出电流与 温度有良好的线性关系 0lnbeeKTAUUqI集成温度传感器原理图集成温度传感器原理图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.1 辐射测温原理辐射测温原理v 4.3.1.1 普朗克定律：绝对黑体的单色辐射强度 与波长及温度的关系v 4.3.1.2 维恩位移定律：
11、单色辐射强度的峰值波长 与温度的关系v 4.3.1.3 绝对黑体的全辐射定律0E21/50121W/mcTEcem32.8978 10 m KmT42000W/mEE dT自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.2 辐射测温仪表的基本组成及常用方法辐射测温仪表的基本组成及常用方法v 各种辐射测温系统一般只接收一定波长范围内的辐射能v 辐射测温常用方法：亮度法，全辐射法，比色法，多色法辐射测温仪表主要组成框图辐射测温仪表主要组成框图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.3 辐射测温仪表辐射测温仪表v 4.3.3.1 光电高温计：通过测量某一波长下物体辐射亮度的变
12、化测知其温度光电高温计的工作原理光电高温计的工作原理11物镜；物镜；22孔径；孔径；3 3，55孔；孔；44光电器件；光电器件；66遮光板；遮光板；77调制片；调制片；88永久磁铁；永久磁铁；99激磁绕组；激磁绕组；1010透镜；透镜；1111反射镜；反射镜；1212观察孔；观察孔；1313前置放大器；前置放大器；1414主放大器；主放大器；1515反馈灯；反馈灯；1616电位差计；电位差计；1717被测物体被测物体自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.3 辐射测温仪表辐射测温仪表v 4.3.3.2 辐射温度计 依据全辐射定律，敏感元件感受物体的全辐射能量来测知物体的温度透镜
13、式和反射镜式的示意透镜式和反射镜式的示意11光阑；光阑；22检测元件；检测元件；33输出端子；输出端子；44外壳；外壳；55反射聚光镜；反射聚光镜；66透镜透镜自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.3 辐射测温仪表辐射测温仪表v 4.3.3.3 比色温度计 利用被测对象的两个不同波长（或波段）光谱辐射亮度之比实现辐射测温 单通道、双通道、色敏型 维恩位移定律单通道型比色温度计原理单通道型比色温度计原理11物镜；物镜；22调制盘；调制盘；33检测元件；检测元件；44放大器；放大器；55计算电路；计算电路；66显示显示仪表；仪表；77马达；马达；88滤光片滤光片2212111ln
14、5lncTR自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.3.4 辐射测温仪表的表观温度辐射测温仪表的表观温度v 辐射仪表的表观温度是指在仪表工作波长范围内，温度为T的辐射体的辐射情况与温度为TA的黑体的辐射情况相等，则TA就是该辐射体的表观温度v 亮度温度v 辐射温度v 比色温度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社v 敏感元件（或能量传输介质）：光纤v 型式：接触式和非接触式，功能型和非功能型v 特点：电绝缘性能好，可弯曲，可实现不带电的全光探头v 构成：光源激励、光源、光纤（含敏感元件）、光检测器、光电转换及处理系统、连接件自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社
15、4.4.1 液晶光纤温度传感器液晶光纤温度传感器v 原理：液晶的“热色”效应自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.4.2 荧光光纤温度传感器荧光光纤温度传感器v 原理：荧光材料的荧光强度随温度而变化，或荧光强度的衰变速度随温度而变化自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.4.3 半导体光纤温度传感器半导体光纤温度传感器v 原理：半导体的光吸收响应随温度而变化，根据透过半导体的光强变化检测温度半导体材料透光率与温度的特性半导体材料透光率与温度的特性自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.4.3 半导体光纤温度传感器半导体光纤温度传感器半导体光纤温度传感器的装
16、置简图及探头结构半导体光纤温度传感器的装置简图及探头结构11光源；光源；22光纤；光纤；33探头；探头；44光探测器；光探测器；55不锈钢套；不锈钢套；66半导体吸收元件半导体吸收元件自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.4.4 光纤辐射温度计光纤辐射温度计v 原理和分类与普通的辐射测温仪表类似v 短波，亮度法或比色法光纤辐射温度计光纤辐射温度计11光纤头；光纤头；22耦合器；耦合器；33光纤；光纤；44信号处理单元信号处理单元光纤敏感探头的多种形式光纤敏感探头的多种形式(a)(a)直型直型(b)(b)楔型楔型(c)(c)带透镜型带透镜型(d)(d)黑体型黑体型自动检测技术及仪表
17、控制系统 第二版化学工业出版社4.5.1 管道内流体温度的测量管道内流体温度的测量v 接触式测温 测点位置；插入深度；减少高温管道测点的热损失几种常见测温元件安装方式几种常见测温元件安装方式自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.5.2 烟道中烟气温度的测量烟道中烟气温度的测量v 接触式，减低套管的导热误差和向周围环境的辐射误差v 可抽气加大流速，增强对流换热，减少辐射误差测温元件外围加热屏蔽罩测温元件外围加热屏蔽罩11外壁；外壁；22屏蔽罩；屏蔽罩；33温度计温度计抽气装置的示意图抽气装置的示意图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.5.3 非接触法测量物体表面温度非接触法测量物体表面温度v 提高测量准确性的措施：1）合理选择测量距离 2）减小发射率影响 3）减少光路传输损失 4）减低背景辐射影响
