1、热工参数测量之温度测量第二章第二章 温度测量温度测量第一节第一节 温度测量的基本知识温度测量的基本知识第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计第四节第四节 热电阻温度计热电阻温度计温度是火电厂最普遍最重要的热工参数之一。温度是火电厂最普遍最重要的热工参数之一。温度是蒸汽质量的重要指标之一。温度是蒸汽质量的重要指标之一。温度是影响热力设备效率的主要因素。温度是影响热力设备效率的主要因素。温度是影响传热过程的重要因素。温度是影响传热过程的重要因素。温度是保证热力设备安全运行的重要参数。温度是保证热力设备安全运行的重要参数。温度的准确测量对保证火电厂安全、经济生产
2、具有温度的准确测量对保证火电厂安全、经济生产具有重大的意义。重大的意义。1.温度温度一、温度和温度测量一、温度和温度测量第一节第一节 温度测量的基本知识温度测量的基本知识-宏观上：表示物体或宏观上：表示物体或热平衡系统热平衡系统冷热程度的物理量。冷热程度的物理量。-微观上：物体内部大量分子无规则热运动平均动能大小的标微观上：物体内部大量分子无规则热运动平均动能大小的标志。志。2.温度测量温度测量标准物体标准物体被测物体被测物体温度测量的基本原理温度测量的基本原理 热力学第零定律：热平衡状态下的两种物体具有相同的热力学第零定律：热平衡状态下的两种物体具有相同的温度。温度。标准物体的某些物理性质随
3、温度连续地变化，具有较好标准物体的某些物理性质随温度连续地变化，具有较好的复现性。的复现性。二、二、温标温标：衡量温度高低的标准尺度。即温度的数值表示：衡量温度高低的标准尺度。即温度的数值表示方法，规定了温度的方法，规定了温度的读数起点读数起点和测量温度的和测量温度的基本单位基本单位。国际普遍使用的温标有四种：国际普遍使用的温标有四种：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。温标建立的温标建立的三要素（基本条件）三要素（基本条件）选择某种物质（选择某种物质（测温物质测温物质）的某一随温度变化的属性（测温属性）的某一随温度变化的属性（测温属性）来标志温度。来标
4、志温度。选定选定固定点固定点（即物质不同相之间可以复现的平衡温度），便于与（即物质不同相之间可以复现的平衡温度），便于与其他温度比较，确定测量温度数值。其他温度比较，确定测量温度数值。对测温属性随温度的变化关系作出规定，确定任意点温度值的数对测温属性随温度的变化关系作出规定，确定任意点温度值的数学关系表达式学关系表达式-分度方法（内插函数）分度方法（内插函数）。温标传递系统：温标传递系统：包括生产中对各种温度测量仪表的分度，把包括生产中对各种温度测量仪表的分度，把标准传递标准传递到测到测量仪表以及对使用中或修理后的温度测量仪表进行量仪表以及对使用中或修理后的温度测量仪表进行检定检定两方面内容。
5、两方面内容。由研究机构（我国为中国计量科学研究院）按照国际温标由研究机构（我国为中国计量科学研究院）按照国际温标要求，建立国家基准器具，复现国际温标。要求，建立国家基准器具，复现国际温标。三级温标传递系统三级温标传递系统由国家掌握由国家掌握的基准器具的基准器具和工作基准和工作基准器具向省级器具向省级一等标准器一等标准器具进行检定。具进行检定。由省级掌握的由省级掌握的一等标准器具一等标准器具向厂级二等、向厂级二等、三等标准器具三等标准器具进行检定。进行检定。由厂由厂级二级二等、等、三等三等标准标准器具器具向工向工业用业用现场现场仪表仪表进行进行检定。检定。三、温度测量仪表的分类三、温度测量仪表的
6、分类测温方式测温方式温度计种类温度计种类测量原理测量原理 优优 点点 缺缺 点点接触式温度计接触式温度计：感受件与被测介质直接接触感受件与被测介质直接接触膨胀式温度计膨胀式温度计利用液体或者固利用液体或者固体热胀冷缩的性体热胀冷缩的性质，以液体的体质，以液体的体积变化或固体的积变化或固体的变形量测量温度变形量测量温度构造简单，使构造简单，使用方便，测量用方便，测量精度高，价格精度高，价格低，性能可靠低，性能可靠量程和使用范围有限，量程和使用范围有限，惰性大，不能自动记惰性大，不能自动记录及远距离传送录及远距离传送 压力式温度计压力式温度计（属于膨胀式（属于膨胀式温度计）温度计）利用定容气体或利
7、用定容气体或液体受热膨胀时液体受热膨胀时压力随温度变化压力随温度变化的性质测量温度的性质测量温度构造简单、坚构造简单、坚固，防震，可固，防震，可以远距离测量以远距离测量,并可制成自动并可制成自动记录式记录式 准确度低，滞后大，准确度低，滞后大，损坏后难修理损坏后难修理,不能测不能测量点温度和表面温度量点温度和表面温度 热电偶温度计热电偶温度计利用金属或半导利用金属或半导体的热电效应测体的热电效应测量温度量温度测温范围广，测温范围广，准确度高，便准确度高，便于远距离、多于远距离、多点、集中测量点、集中测量和自动控制和自动控制环境温度变化时需进环境温度变化时需进行冷端温度补偿，在行冷端温度补偿，在
8、低温段测量准确度低低温段测量准确度低电阻温度计电阻温度计利用金属或半导利用金属或半导体的电阻随温度体的电阻随温度变化的特性测量变化的特性测量温度温度低温条件下测低温条件下测量准确度高，量准确度高，便于远距离、便于远距离、多点、集中测多点、集中测量和自动控制量和自动控制不能测量较高温度，不能测量较高温度，使用时须注意环境温使用时须注意环境温度对一次元件的影响度对一次元件的影响非接触式非接触式温度计温度计辐射式辐射式温度计温度计利用物体的热辐利用物体的热辐射强度随温度变射强度随温度变化特性测量温度化特性测量温度测量时不破坏测量时不破坏被测温度场，被测温度场，测温上限高，测温上限高，响应速度快响应速
9、度快低温段测量不准确，低温段测量不准确，测温准确度受环境条测温准确度受环境条件影响件影响特点：某支热电偶断路时，整个测量系统照常工作。如因绝缘子损坏所致，则需更换绝缘子低温段测量不准确，测温准确度受环境条件影响选择某种物质（测温物质）的某一随温度变化的属性（测温属性）来标志温度。如果电阻R2=R3，当热电阻Rt阻值随温度变化时，调节电位器R1的触点位置，使电桥处于平衡状态，则若必须水平安装时，则应采用耐火黏土或耐热金属制成的支架加以支持。第四节 热电阻温度计缺点：容易破损，惰性大,能见度低,不能自动记录及远距离传送，一般不具有信号远传功能，常用作现场温度指示。（3）温差电势：同一种性质导体或半
10、导体材料两端因为温度不同产生。（2）结构简单坚固，能承受较大的冲击、振动，体积小，能测量热电偶和其他温度传感器无法测量的空隙、腔体、内孔等处的点温度。如果将EPX、ENX补偿导线都换成铜导线，仪表指示为多少？如将EPX、ENX补偿导线的位置对换，仪表的指示又为多少？铜-铜镍热电偶（型号WRC,分度号T）缺点：只要有一支热电偶断路，整个测量系统不能工作。补偿导线与热电偶的热电特性不完全相同带来的误差。（1）补偿导线：在一定温度范围内（0100），和所连接使用的热电偶具有相同热电性能的两种廉价金属材料。热电阻一端与一根导线相连，另一端同时与两根导线相连，从而减小或消除导线电阻受环境温度的影响。以两
11、根不同的导体或半导体线状材料一端焊接或铰接起来形成的热电偶为敏感元件，将温度信号转换成为一定电势信号，经连接导线配以相应的测量毫伏级电压信号的显示仪表实现远距离测量、自动记录和温度的自动控制。为工业测量温度中应用与热电偶同样热电性质的补偿导线提供理论依据。原理上测量范围可以从超低温到极高温，但1000以下测量误差大，能测量运动物体和热容小的物体温度热电偶接线柱与热电极接触不良将接线柱螺丝拧紧三、温度测量仪表的分类三、温度测量仪表的分类温度仪表温度仪表接触式温度测量仪表接触式温度测量仪表非接触式温度测量仪表非接触式温度测量仪表测量条件测量条件 感温元件要与被测对象良好接感温元件要与被测对象良好接
12、触；感温元件的加入几乎不改变触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度温元件能承受的上限温度;被测被测对象不对感温元件产生腐蚀对象不对感温元件产生腐蚀 需要准确知道被测对象表需要准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上充分照射到检测元件上测量范围测量范围 特别适合特别适合1200以下、热容以下、热容量大、无腐蚀性对象的连续在线量大、无腐蚀性对象的连续在线测量温度，对高于测量温度，对高于1800以上的以上的温度测量比较困难温度测量比较困难 原理上测量范围可以从超原理上测量范围可以从超
13、低温到极高温，但低温到极高温，但1000以下以下测量误差大，能测量运动物体测量误差大，能测量运动物体和热容小的物体温度和热容小的物体温度响应速度响应速度慢，通常为几十秒到几分钟慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为快，通常为23秒钟秒钟其他特点其他特点 结构简单、体积小、可靠、结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉，仪表读数维护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被测物体实际温度；可直接反映被测物体实际温度；可以方便地组成多路集中测量与控以方便地组成多路集中测量与控制系统制系统 结构复杂、体积大、调整麻结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵；仪表读数通常烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温
14、度只反映被测物体表现温度(需进需进一步转换一步转换)；不容易组成测温、；不容易组成测温、控温一体化的温度控制装置控温一体化的温度控制装置 膨胀式温度计是利用物质受热时产生膨胀的原理制成的温度计，测温范膨胀式温度计是利用物质受热时产生膨胀的原理制成的温度计，测温范围为围为-200600。这类温度计结构简单、价格低廉，一般用作就地测量。这类温度计结构简单、价格低廉，一般用作就地测量。第二节第二节 膨胀式温度计膨胀式温度计液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计（玻璃液体温度计）（玻璃液体温度计）固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计（双金属温度计）（双金属温度计）气体膨胀式温度计气体膨胀式温度计（压力式温度计）
15、（压力式温度计）一一、玻璃液体温度计：利用液体受热膨胀的性质制、玻璃液体温度计：利用液体受热膨胀的性质制成成,广泛用于测量广泛用于测量-200500范围内温度。范围内温度。1.工作原理工作原理w利用玻璃管内液体的体积随温度变化而发生的变化与玻璃随利用玻璃管内液体的体积随温度变化而发生的变化与玻璃随温度变化而体积发生的变化之差测量温度。温度变化而体积发生的变化之差测量温度。w组成：液体存储器、毛细管、标尺、感温泡、安全泡、中间组成：液体存储器、毛细管、标尺、感温泡、安全泡、中间泡。泡。w液体可以为：水银、酒精、甲苯等。液体可以为：水银、酒精、甲苯等。w当温度超过当温度超过300时，采用硅硼玻璃；
16、时，采用硅硼玻璃；500以上采用石英玻以上采用石英玻璃。璃。2.特点特点 优点：构造简单优点：构造简单,价格低廉，制作容易，安装使用方便，显示直价格低廉，制作容易，安装使用方便，显示直观，测量范围较广，精度高，现场直接读数，一般无需辅助能源。观，测量范围较广，精度高，现场直接读数，一般无需辅助能源。缺点：容易破损，惰性大缺点：容易破损，惰性大,能见度低能见度低,不能自动记录及远距离传送，不能自动记录及远距离传送，一般不具有信号远传功能，常用作现场温度指示。一般不具有信号远传功能，常用作现场温度指示。二、双金属温度计二、双金属温度计 结构简单、牢固，抗震性能好，避免结构简单、牢固，抗震性能好，避
17、免水银污染，因此可以部分取代水银温度计，水银污染，因此可以部分取代水银温度计，用于气体、液体及蒸气的温度测量。用于气体、液体及蒸气的温度测量。1.双金属温度计的工作原理双金属温度计的工作原理 利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件，其中双金属片的一端为起制成的测温元件，其中双金属片的一端为固定端，另一端为自由端。当固定端，另一端为自由端。当t=t0时，两金属时，两金属片处于水平位置；当片处于水平位置；当tt0时，双金属片受热后时，双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使膨胀系由于两种金属片的膨胀系数不同而使膨胀系数较大的金属片向膨胀系
18、数较小的金属片一数较大的金属片向膨胀系数较小的金属片一面弯曲变形，弯曲变形的程度与温度的高低面弯曲变形，弯曲变形的程度与温度的高低成正比。成正比。2.类型类型 按照双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式按照双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式l 轴向型轴向型l 径向型径向型l 万向型万向型三、压力式温度计：三、压力式温度计：根据温度变化时，根据温度变化时，封闭在一定封闭在一定容积中的气体、液体或者某些液体的饱和蒸汽容积中的气体、液体或者某些液体的饱和蒸汽的压力相的压力相应发生变化的原理制造，测量范围为应发生变化的原理制造，测量范围为0300。1.特点特点（1）优点：构造简单优点：构造简单
19、,价格便宜，价格便宜，读数方便、清晰，防爆、抗震性好，读数方便、清晰，防爆、抗震性好，热惯性小，精度较高，可以远距离热惯性小，精度较高，可以远距离测量，并可制成自动记录式仪表。测量，并可制成自动记录式仪表。（2）缺点缺点损坏后很难修理，不能测量点温和损坏后很难修理，不能测量点温和表面温度。表面温度。动态性能差，准确度低，示值的滞动态性能差，准确度低，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度。后较大，不能测量迅速变化的温度。2.组成：温包、毛细管、压力敏感组成：温包、毛细管、压力敏感元件。元件。毛细管细而长毛细管细而长(规格为规格为160m)，它的作用主要是传递压力，长度它的作用主要是传递压力，长
20、度愈长，则使温度计响应愈慢，在愈长，则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，毛细管愈细，长度相等条件下，毛细管愈细，则准确度愈高。则准确度愈高。3.分类：根据感温系统所充介质不同，分为充液压力式温分类：根据感温系统所充介质不同，分为充液压力式温度计、充气压力式温度计、蒸汽压力式温度计。度计、充气压力式温度计、蒸汽压力式温度计。第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量仪表目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量仪表特点：结构简单，性能稳定，容易制作，使用方便，测量特点：结构简单，性能稳定，容易制作，使用方便，测量范围宽，准确度高，热惯性小，
21、动态特性好，便于远距离范围宽，准确度高，热惯性小，动态特性好，便于远距离显示和传送信号。显示和传送信号。以两根不同的导体或半导体线状材料一端焊接或铰以两根不同的导体或半导体线状材料一端焊接或铰接起来形成的接起来形成的热电偶热电偶为敏感元件，将温度信号转换成为一为敏感元件，将温度信号转换成为一定电势信号，经定电势信号，经连接导线连接导线配以相应的测量毫伏级电压信号配以相应的测量毫伏级电压信号的的显示仪表显示仪表实现远距离测量、自动记录和温度的自动控制。实现远距离测量、自动记录和温度的自动控制。热电极热电极：两种不同的导体或半导体。：两种不同的导体或半导体。测量端测量端（工作端、热端）：插入被测介
22、质中。（工作端、热端）：插入被测介质中。参比端参比端（自由端、冷端）：处于周围环境中。（自由端、冷端）：处于周围环境中。一、热电偶测量温度的基本原理一、热电偶测量温度的基本原理1.热电偶温度计的组成热电偶温度计的组成热电效应热电效应热能热能电能电能2.热电偶测量温度的基本原理热电偶测量温度的基本原理（1）热电效应热电效应（塞贝克效应）：若把（塞贝克效应）：若把A、B两种不两种不同的导体或半导体材料接成闭合回路，当回路两同的导体或半导体材料接成闭合回路，当回路两个接点温度不相同时，回路中产生热电势，形成个接点温度不相同时，回路中产生热电势，形成电流的现象。电流的现象。热电势由热电势由接触电势接触
23、电势和和温差电势温差电势两部分两部分组成。组成。（3）温差电势：同一种性质导体或半导体材料两端因为温度不同产生。在热电偶回路中加入第三种、第四种均质导体，只要中间接入的导体两端温度相同，它对回路中的热电势就没有影响。由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此各种热电偶和所配用的补偿导线两个连接点的温度必须相同，而且不得超过规定的使用温度（0100）。缺点：只要有一支热电偶断路，整个测量系统不能工作。如果电阻R2=R3，当热电阻Rt阻值随温度变化时，调节电位器R1的触点位置，使电桥处于平衡状态，则感受件与被测介质直接接触当温度超过300时，采用硅硼玻璃；解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得EAB（3
24、0，0）=1.九、热电偶温度传感器的安装要求（2）结构简单坚固，能承受较大的冲击、振动，体积小，能测量热电偶和其他温度传感器无法测量的空隙、腔体、内孔等处的点温度。结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被测物体实际温度；铂铑10-铂热电偶（型号WRP,分度号S）有直流干扰信号进入排除直流干扰热电偶与显示仪表不配套更换热电偶或显示仪表使之配套冰点槽法：一个标准大气压下，人为制作一个冰水两相共存的温度恒为0的冰点槽，将热电偶冷端置于其中，从而保持冷端温度恒定。若必须水平安装时，则应采用耐火黏土或耐热金属制成的支架加以支持。准确度低，滞后大，损坏后难修理,不能测量点温度和表面温
25、度13mV，EBC(100,0)=-1.优点：构造简单,价格低廉，制作容易，安装使用方便，显示直观，测量范围较广，精度高，现场直接读数，一般无需辅助能源。感温元件要与被测对象良好接触；用S型热电偶测量温度差值。（2）接触电势接触电势：在两种不同性质的导体或半导体：在两种不同性质的导体或半导体材料相接触点产生。材料相接触点产生。ABet 0ABet 接触电势的大小与两种金属导体或半导体材料的性质接触电势的大小与两种金属导体或半导体材料的性质和接触点的温度有关，方向由电子密度小的电极指向电子和接触点的温度有关，方向由电子密度小的电极指向电子密度大的电极。密度大的电极。（3）温差电势温差电势：同一种
26、性质导体或半导体材料两：同一种性质导体或半导体材料两端因为温度不同产生。端因为温度不同产生。00,AAAeteettt 00,BBBeetttet 温差电势的大小与金属导体或半导体材料的性质和温差电势的大小与金属导体或半导体材料的性质和两端温度有关，方向由低温端指向高温端。两端温度有关，方向由低温端指向高温端。（4）热电势热电势0,ABEt t 00000000000,ABAABABABABABABABBAABBAABABBEt tetetetetetetetetetetfet tet tetetetettft规定：热电偶的热电极中电子密度大的导体规定：热电偶的热电极中电子密度大的导体A为正极
27、，电为正极，电子密度小的子密度小的B为负极，在参比端热电势的方向由为负极，在参比端热电势的方向由A指向指向B。0(,)Aet t0(,)Bet t()ABet0()ABetAB结论结论 热电偶两端温度相等，两个电极内部温差电势等热电偶两端温度相等，两个电极内部温差电势等于零，接点处接触电势大小相等、方向相反，回路热电势于零，接点处接触电势大小相等、方向相反，回路热电势等于零。等于零。热电偶两个电极材料相同，接点处接触电势等于热电偶两个电极材料相同，接点处接触电势等于零，电极内部温差电势大小相等、方向相反，回路热电势零，电极内部温差电势大小相等、方向相反，回路热电势等于零。等于零。热电偶回路的热
28、电势大小只与热电极材料的性质热电偶回路的热电势大小只与热电极材料的性质及热电偶两端接点处的温度有关，而与热电极的直径、长及热电偶两端接点处的温度有关，而与热电极的直径、长度及沿热电极的温度分布无关。度及沿热电极的温度分布无关。热电极材料一定，若保持热电偶一端温度热电极材料一定，若保持热电偶一端温度t0不变，不变，则则 ，热电偶回路的热电势与另一端温度，热电偶回路的热电势与另一端温度t一一一对应。一对应。0ABftC1.均质导体定律均质导体定律：由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（半：由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（半导体）的几何尺寸以及沿材料长度方向上各处的
29、温度分布如何，在回路上不可导体）的几何尺寸以及沿材料长度方向上各处的温度分布如何，在回路上不可能产生热电势；反之，如果一种材料组成的闭合回路中存在温差时，回路中如能产生热电势；反之，如果一种材料组成的闭合回路中存在温差时，回路中如果有热电势存在，则材料必为非均质的。果有热电势存在，则材料必为非均质的。二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律推论推论热电偶必须采取两种不同性质的导体或半导体材料构成。热电偶必须采取两种不同性质的导体或半导体材料构成。若热电极本身的材质不均匀，由于温度差的存在，将会产生附加若热电极本身的材质不均匀，由于温度差的存在，将会产生附加热电势，造成测量误差。热电势，造成测量
30、误差。应用：应用：检验热电极材料是否均匀一致的依据，即用来检验热电极材料是否均匀一致的依据，即用来衡量热电偶质量的高衡量热电偶质量的高低。低。2.中间导体定律中间导体定律：多种均质导体组成的闭合回路，：多种均质导体组成的闭合回路，只要各种导体接触点温度相等，则此回路中的热只要各种导体接触点温度相等，则此回路中的热电势总和为零。电势总和为零。推论推论 在热电偶回路中加入第三种、第四种在热电偶回路中加入第三种、第四种均质导均质导体，只要中间接入的导体两端温度相同，它对回体，只要中间接入的导体两端温度相同，它对回路中的热电势就没有影响。路中的热电势就没有影响。如果两种导体如果两种导体A、B对参考导体
31、对参考导体C的热电势已知，的热电势已知，则两种导体组成热电偶的热电势是对参考导体热则两种导体组成热电偶的热电势是对参考导体热电势的代数和。（标准热电极定律）电势的代数和。（标准热电极定律）金属mV液态金属mV应用应用 开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。例例1：当：当t为为100，t0为为0时，铬合金时，铬合金-铂热电偶的铂热电偶的E(100,0)=3.13mV，铝合金，铝合金-铂热电偶铂热电偶E(100,0)=-1.02mV，求铬合金，求铬合金-铝合金组成热电偶的热电势铝合金组成热电偶的热电势E(100,0)。解：设铬合金为解：设铬合金为A，铝合金
32、为，铝合金为B，铂为，铂为C 即即 EAC(100,0)=3.13mV，EBC(100,0)=-1.02mV，则则 EAB(100,0)=EAC(100,0)+ECB(100,0)=EAC(100,0)-EBC(100,0)=3.13-(-1.02)=4.15mV 简化热电偶热电极的选配工作。简化热电偶热电极的选配工作。测量仪表及连接导线作为第三种导体接入热电测量仪表及连接导线作为第三种导体接入热电偶回路。偶回路。3.中间温度定律中间温度定律：接点温度为：接点温度为t和和t0的热电偶，产生的热的热电偶，产生的热电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别为电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别为t、
33、tn和和tn、t0时产生的热电势的代数和，其中时产生的热电势的代数和，其中tn为中间温度为中间温度即即 ，。00,ABABnABnEt tEt tEt t应用应用:为制定和使用为制定和使用热电偶的热电势热电偶的热电势-温度关系温度关系分度表分度表奠定理论基础。奠定理论基础。为工业测量温度中应用与热电偶同样热电性质为工业测量温度中应用与热电偶同样热电性质的的补偿导线补偿导线提供理论依据。提供理论依据。反映了冷端温度为反映了冷端温度为0条件条件下，热电偶回路中产生的热电下，热电偶回路中产生的热电势和测量端温度之间的对应关势和测量端温度之间的对应关系。系。在大流速的流体管道上热电偶必须倾斜安装，以免
34、受到过大冲击。热电偶的热端与冷端离得很近。中间温度定律：接点温度为t和t0的热电偶，产生的热电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别为t、tn和tn、t0时产生的热电势的代数和，其中tn为中间温度即，。标准物体的某些物理性质随温度连续地变化，具有较好的复现性。（4）除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围。冰点槽法：一个标准大气压下，人为制作一个冰水两相共存的温度恒为0的冰点槽，将热电偶冷端置于其中，从而保持冷端温度恒定。参比端（自由端、冷端）：处于周围环境中。反映了冷端温度为0条件下，热电偶回路中产生的热电势和测量端温度之间的对应关系。冰点槽法：一个标准大气压下，人为制作一个冰
35、水两相共存的温度恒为0的冰点槽，将热电偶冷端置于其中，从而保持冷端温度恒定。02mV，求铬合金-铝合金组成热电偶的热电势E(100,0)。高于300热电偶的校验原理与方法规格型号：Cu100、Cu50。由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此各种热电偶和所配用的补偿导线两个连接点的温度必须相同，而且不得超过规定的使用温度（0100）。电阻温度计利用金属或非金属的电阻随温度变化的特性实现温度测量，由电阻温度传感器、连接导线及显示仪表组成。选择某种物质（测温物质）的某一随温度变化的属性（测温属性）来标志温度。S型(铂铑10-铂)热电偶分度表热电偶冷端温度必须与冷端温度补偿器工作温度一致。热电偶
36、测量温度的基本原理感温元件要与被测对象良好接触；热电阻及其附件在不使用的时候，必须保存在不受振动和碰撞的地方。保护管表面积灰消除积灰愈长，则使温度计响应愈慢，在将多支热电偶串联形成热电堆，用于测量辐射温度。各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，热电偶和所配用的补偿导线在规定温度范围（0200）内热电特性必须相同。热电阻的电阻值与温度的关系特性表示方法：为减小附加测量误差，其直径较粗，一般约为1mm。热电阻的基本类型和结构热电偶传感器安装后应该进行充分保温，防止因为散热影响测量准确性。缺点：容易破损，惰性大,能见度低,不能自动记录及远距离传送，一般不具有信号远传功能，常用作现场温度指示。均质导
37、体定律：由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（半导体）的几何尺寸以及沿材料长度方向上各处的温度分布如何，在回路上不可能产生热电势；铂铑30-铂铑6热电偶（型号WRR,分度号B）细管道内流体的温度测量时，为了使热电偶测量端与被测介质达到充分热交换，热电偶的测量端应该处于管道内有代表性温度部位（管道中心），不应该插到阀门、管道和设备的死角。选择某种物质（测温物质）的某一随温度变化的属性（测温属性）来标志温度。铁-铜镍热电偶（型号WRF,分度号J）不能把一个热电阻与两个显示仪表并联使用，只有双支式热电阻才可以用来和两个显示仪表一起使用。毛细管细而长(规格为160m)，热电偶的热端与冷端
38、离得很近。热电偶分度误差：指校验时产生的误差，其值不得超过允许误差。动态性能差，准确度低，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度。（2）正温度系数热敏电阻（positive temperature选择某种物质（测温物质）的某一随温度变化的属性（测温属性）来标志温度。S型(铂铑10-铂)热电偶分度表S型型(铂铑铂铑10-铂铂)热电偶分度表热电偶分度表 三、热电偶分度表三、热电偶分度表思考：思考：用用S型热电偶测量温度差值。在型热电偶测量温度差值。在t1=500时热电势时热电势EAB(t2,t1)=0.495mV，求温度差值（，求温度差值（t2-t1）是多少？）是多少？例例2：求如图所示三种热电极
39、组成的闭合回路的总电：求如图所示三种热电极组成的闭合回路的总电势大小，并确定方向。势大小，并确定方向。A四、热电偶的测量线路四、热电偶的测量线路 将多支热电偶串联形成将多支热电偶串联形成热电堆热电堆，用于测量辐射温度。，用于测量辐射温度。（一）串联线路：将（一）串联线路：将n支同型号热电偶依次按照正负极相支同型号热电偶依次按照正负极相连接的线路。连接的线路。串联线路总的热电势：串联线路总的热电势：12nEEEEnE优点：热电势大，测量精度优点：热电势大，测量精度比单支热电偶高。比单支热电偶高。缺点：只要有一支热电偶断缺点：只要有一支热电偶断路，整个测量系统不能工作。路，整个测量系统不能工作。并
40、联热电偶用于测量多点的平均温度。并联热电偶用于测量多点的平均温度。（二）并联线路：将（二）并联线路：将n支同型号热电偶的正极和负极分别支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路。连接在一起的线路。如果如果n支热电偶的支热电偶的电阻值相等，则并联线电阻值相等，则并联线路的总热电势：路的总热电势：12nEEEEn特点：某支热电偶断路时，整个测量系统照常工作。特点：某支热电偶断路时，整个测量系统照常工作。反向串联热电偶用于测量两点的温度差。反向串联热电偶用于测量两点的温度差。（三）反向串联线路：将两支同型号热电偶反向连接的线（三）反向串联线路：将两支同型号热电偶反向连接的线路。路。线路的总热电势
41、：线路的总热电势：12EEE五、五、热电偶的基本结构：热电偶的基本结构：热电极热电极、绝缘材料绝缘材料、保保护套管护套管、接线盒接线盒。普通型热电偶普通型热电偶六、热六、热电偶的类型电偶的类型铠装热电偶铠装热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶 热套式热电偶热套式热电偶热电极材料的选择要求热电极材料的选择要求l 物理与化学性能稳定，高温下不产生再结晶或蒸发现象，可以在物理与化学性能稳定，高温下不产生再结晶或蒸发现象，可以在较宽温度范围内使用，热电特性（热电势与测量端温度关系）不随较宽温度范围内使用，热电特性（热电势与测量端温度关系）不随时间变化，耐高温、耐氧化和腐蚀。时间变化，耐高温、耐氧化和腐蚀。l 热
42、电偶的热电势与测量温度间最好成线性或近似线性的单值函数热电偶的热电势与测量温度间最好成线性或近似线性的单值函数关系，而且热电偶产生的热电势率（温度每变化关系，而且热电偶产生的热电势率（温度每变化1引起的热电势引起的热电势变化）变化）大，具有足够高的灵敏度。大，具有足够高的灵敏度。l 复制性好，便于批量生产，利于互换。复制性好，便于批量生产，利于互换。l 机械性能好，便于加工。机械性能好，便于加工。l 电导率高，电阻温度系数小，即热电偶的内阻随温度变化小，从电导率高，电阻温度系数小，即热电偶的内阻随温度变化小，从而减小附加误差。而减小附加误差。l 价格便宜，原材料容易得到，尽量少用贵金属。价格便
43、宜，原材料容易得到，尽量少用贵金属。七、七、常用标准化热电偶：常用标准化热电偶：指制造工艺比较成熟、应用广泛、能指制造工艺比较成熟、应用广泛、能够成批生产、性能优良稳定并已经列入专业或国家工业标准化文件，够成批生产、性能优良稳定并已经列入专业或国家工业标准化文件，规定了其热电势规定了其热电势-温度关系及允许误差，并有统一热电势温度关系及允许误差，并有统一热电势-温度分度温度分度表的热电偶。表的热电偶。铂铑铂铑10-铂热电偶（型号铂热电偶（型号WRP,分度号分度号S）铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电偶（型号热电偶（型号WRR,分度号分度号B）镍铬镍铬-镍硅热电偶（型号镍硅热电偶（型号WRN,分度号分
44、度号K）镍铬镍铬-铜镍热电偶（型号铜镍热电偶（型号WRE,分度号分度号E）铜铜-铜镍热电偶（型号铜镍热电偶（型号WRC,分度号分度号T）铁铁-铜镍热电偶（型号铜镍热电偶（型号WRF,分度号分度号J）镍铬硅镍铬硅-镍硅热电偶（型号镍硅热电偶（型号WRM,分度号分度号N）1.计算修正法计算修正法八、热电偶冷端温度补偿八、热电偶冷端温度补偿 热电偶的热端与冷端离得很近。热电偶的热端与冷端离得很近。热电偶的冷端暴露在空间，容易受到周围高温设备和环热电偶的冷端暴露在空间，容易受到周围高温设备和环境温度波动的影响。境温度波动的影响。冷端温度难以保持恒定。冷端温度难以保持恒定。,00,ABnABnABEtE
45、t ttE 需要多次查热电偶分度表进行计算，只适用于实验室需要多次查热电偶分度表进行计算，只适用于实验室中或在离线测量时对示值进行修正。中或在离线测量时对示值进行修正。冷端温度补偿冷端温度补偿 EAB（t，0）=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬由镍铬-镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得t=829.8,例：例：用镍铬用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉的温度。镍硅热电偶测量加热炉的温度。已知冷端温度已知冷端温度t0=30，测得热电势，测得热电势EAB（t，t0）为为33.29mV,求加热炉的温度。求加热炉的温度。所以加热炉的温度为所以加热炉的温度为
46、829.8。解：查镍铬解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得EAB（30，0）=1.203mV。2.补偿导线法补偿导线法（1）补偿导线：在补偿导线：在一定温度范围一定温度范围内（内（0100），和所，和所连接使用的热电偶连接使用的热电偶具有相同热电性能具有相同热电性能的两种廉价金属材料。的两种廉价金属材料。补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层绝缘层绝缘层（2）补偿导线的形式补偿导线的形式 按照补偿原理，可以分为补偿型和延伸型。按照补偿原理，可以分为补偿型和延伸型。按照结构，可以分为普通型和带屏蔽层型。按照结构，可以分为普通型和带屏蔽层型。按照使用温度，可以分为一般用
47、（按照使用温度，可以分为一般用（0100）和耐热用）和耐热用（0200）。）。（3）使用补偿导线不会影响热电偶的热电特性。使用补偿导线不会影响热电偶的热电特性。已知：已知：，求证：，求证：。00,ABABEt tEt t00,ABABB AEt tEt t证明：证明：0000,0,0,0,0ABABB ABBB AA AEt tEtEtEtEt由已知，由已知，0000,0,0,0,0ABABABABEtEtEtEt00,0,0AABBEtEt0000000,0,0,0,0,0,0,0,0,ABABB AAAB AA AABABBAABB AEt tEtEtEtEtEtEtEtEtEt t冷端温
48、度变化引起的误差。意义：电阻温度系数值越大，热电阻随温度变化越显著，测温灵敏度越高。基本结构热电阻体（包括热电阻丝和绝缘骨架）、引出线、绝缘材料、保护套管和接线盒。实验室用，可以进行高精度测量。=EAB（t,0）。铂铑10-铂热电偶（型号WRP,分度号S）导线引至温度变化比较小的地方，然后共用一个冷端温度电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。温度是蒸汽质量的重要指标之一。（一）串联线路：将n支同型号热电偶依次按照正负极相连接的线路。在热电偶回路中加入第三种、第四种均质导体，只要中间接入的导
49、体两端温度相同，它对回路中的热电势就没有影响。中间温度定律：接点温度为t和t0的热电偶，产生的热电势等于两支同性质热电偶在接点温度分别为t、tn和tn、t0时产生的热电势的代数和，其中tn为中间温度即，。（2）元件的稳定性差，互换性差。如果电阻R2=R3，当热电阻Rt阻值随温度变化时，调节电位器R1的触点位置，使电桥处于平衡状态，则量程和使用范围有限，惰性大，不能自动记录及远距离传送热电阻两端各用两根导线为电阻提供恒流源I，在电阻上产生电压降，用另外两根导线连到显示仪表进行测量，从而完全消除导线电阻受环境温度的影响。目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量仪表铂铑30-铂铑6热电偶（
50、型号WRR,分度号B）若热电极本身的材质不均匀，由于温度差的存在，将会产生附加热电势，造成测量误差。固体膨胀式温度计（双金属温度计）优点：构造简单,价格低廉，制作容易，安装使用方便，显示直观，测量范围较广，精度高，现场直接读数，一般无需辅助能源。tABttnnt0t0A B 把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且恒温或温度波动比较小的地方，把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且恒温或温度波动比较小的地方，改善热电偶测温线路的机械与物理性能。改善热电偶测温线路的机械与物理性能。n0n0nn0nn00,ABABABABABABABEt tEt tEt tEt tEt tEt tEt tQ（4）补偿导线的作
