1、1第二章第二章 温度测量温度测量 第一节第一节 温度测量概述温度测量概述一、温度与温标一、温度与温标（一）温度（一）温度o 温度是表征物体冷热程度的物理量温度是表征物体冷热程度的物理量o 温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量o 温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量2o 温度的温度的宏观概念宏观概念是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，
2、直到两物象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的温度完全一致时，这时热传递现象才能停止。这体之间的温度完全一致时，这时热传递现象才能停止。这也就是热力学第零定律所描述的，系统温度相等是建立热也就是热力学第零定律所描述的，系统温度相等是建立热平衡的充要条件。平衡的充要条件。3o 温度的温度的微观概念微观概念表明：物体温度的高低标志着组成物体表明：物体温度的高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。切相关。
3、4o 温度的测量温度的测量 当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是个物体的温度，这就是测温的依据测温的依据。如果事先已经知道一。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。作温度计的数学物理基础。5 虽然有不少物体的某些性质
4、或状态（如电阻、体积、电势等）会随虽然有不少物体的某些性质或状态（如电阻、体积、电势等）会随温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可制作成温度计。选作温度计温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可制作成温度计。选作温度计的物质，的物质，其性质必须满足以下条件：其性质必须满足以下条件：u物质的某一属性物质的某一属性G仅与温度仅与温度T有关，即有关，即G=G(T)，且必须是单调函数，最，且必须是单调函数，最好是线性的。好是线性的。u随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量精确度。度和测量精确度。u应有较
5、宽的测量范围。应有较宽的测量范围。u有较好的复现性和稳定性。有较好的复现性和稳定性。6（二）温标（二）温标 温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。标确定。71.1.经验温标经验温标 它是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，它是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标。用实验方法或经验公式所确定的温标。o 摄氏温标摄氏温标 摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0
6、度，度，水沸点为水沸点为100度，中间等分为度，中间等分为100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1度，度，符号为符号为。8o 华氏温标华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水度，水沸点为沸点为212度，中间等分度，中间等分180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号度，符号为为 。它与摄氏温标的关系为：它与摄氏温标的关系为：9o 类似的经验温标还有兰氏、列氏等类似的经验温标还有兰氏、列氏等o 经验温标的缺点在于它的局限性和随意性经验温标的缺点在于它的局限性和随意性102热力学温标热力学温标 热力学温标又称开氏温标（热力学温标又称开氏温标（K）
7、或绝对温标，它规定分子）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础，体现出运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。温标，已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。11 热力学中卡诺定理指出：热力学中卡诺定理指出：一个理想的卡诺机，当它工作一个理想的卡诺机，当它工作于温度为于温度为T T2 2的热源与温度为的热源与温度为T T1 1的冷源之间，它从热源中吸收的冷源之间，它从热源中吸收的热量的热量Q Q2 2
8、与向冷源中放出的热量与向冷源中放出的热量Q Q1 1，应遵循以下关系：，应遵循以下关系：这就是建立热力学温标的物理基础。如果指定了一个定这就是建立热力学温标的物理基础。如果指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比求得未知温度值。点温度数值，就可以通过热量比求得未知温度值。12 热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为273.16K，沸点与三相点之间分为，沸点与三相点之间分为100等分，每等分等分，每等分1K，将水的三相点以下将水的三相点以下273.16K定为绝对零度（定为绝对零度（0K）。）。13 3 3国际实用温标国际实用温标ITS-90ITS-90简
9、介简介 国际实用温标是在国际实用温标是在19271927年采用的，目的在于提供一种容易准确的复现，年采用的，目的在于提供一种容易准确的复现，并且尽可能给出接近热力学温标的实用温标。自并且尽可能给出接近热力学温标的实用温标。自19271927年建立国际温标以来，年建立国际温标以来，为了使它更好地符合热力学温标，曾先后对它做了多次修改。最新的是为了使它更好地符合热力学温标，曾先后对它做了多次修改。最新的是19901990年国际实用温标（年国际实用温标（ITS-90 ITS-90），它规定热力学温度是基本的物理量，符号为），它规定热力学温度是基本的物理量，符号为T T，单位开尔文，符号为，单位开尔文
10、，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。国际实用国际实用开尔文温度和摄开尔文温度和摄氏温度的关系为：氏温度的关系为：t=(T-273.15)()14二、温标的传递二、温标的传递 与国际实用温标有关的基准仪器均由国家指定机与国际实用温标有关的基准仪器均由国家指定机构（我国由中国计量科学研究所）保存，并通过下级计构（我国由中国计量科学研究所）保存，并通过下级计量机构（如省、市级的技术监督局）进行传递，通常采量机构（如省、市级的技术监督局）进行传递，通常采用较
11、高级对较低级进行校验。用较高级对较低级进行校验。15三、温度测量方法及测量仪表的分类三、温度测量方法及测量仪表的分类o 温度不能直接测量，而是借助于物质的某些物理特温度不能直接测量，而是借助于物质的某些物理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变化量的测性是温度的函数，通过对某些物理特性变化量的测量间接地获得温度值。量间接地获得温度值。o 根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触法与非接触法两大类。法与非接触法两大类。161.接触法接触法当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然
12、相等。如果其中之一为温度计，就则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式这种测温方式称为接触法称为接触法。特点：特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。达到热平衡。172.非接触法非接触法o 利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法这种测温方式称为非接触法。o 特点：特点：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。分布，热
13、惯性小。o 通常用来测定通常用来测定10001000以上的移动、旋转或反应迅速的以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。高温物体的温度。183.测量仪表的分类测量仪表的分类o 接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度变化。变化。o 膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计19o 非接触式测温仪表是采用感温元件与被测物体不直接非接触式测温仪表是采用感温元件与被测物体不直接接触的方法来测量温度。接触的方法来测量温度。o 在高温范
14、围内，用直接接触测温法非常困难，可采用在高温范围内，用直接接触测温法非常困难，可采用非接触式测温法，利用物体的热辐射特性对物体的温非接触式测温法，利用物体的热辐射特性对物体的温度进行非接触式测量。度进行非接触式测量。o 光学高温计光学高温计、比色高温计、辐射高温计、比色高温计、辐射高温计20第二节 膨胀式温度计 膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计，主要有的温度计，主要有液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计计和压力式温度计三种。三种。21一、液体膨胀式温度计一、液体膨胀式温度计1.测温原理测温原理2
15、.主要特点主要特点o构造简单构造简单o使用方便使用方便o准确度高准确度高o价格低廉价格低廉22二、固体膨胀式温度计二、固体膨胀式温度计 它是利用固体受热膨胀原理制成的温度计，可分为它是利用固体受热膨胀原理制成的温度计，可分为杆式温度计杆式温度计和和双金属温度计双金属温度计，后者使用较多，它是由两种线膨胀系数不同的金属，后者使用较多，它是由两种线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的。片叠焊在一起制成的。23三、压力式温度计三、压力式温度计o 它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的的性质，通过对工作
16、介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。一种机械式仪表。24o 工作介质是气体、液体或蒸气工作介质是气体、液体或蒸气o 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性o 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度的温度25第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计 o 热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。的温度测量元件。o 它将温度信号转换成电势（它将温度信号转换成电势（mVmV）信号，配以测量毫伏的）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以
17、实现温度的测量或温度信号的转换。仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。o 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。26o 既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。o 直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。记录和控制等。27一、热电偶的测温
18、原理一、热电偶的测温原理 由两种不同的导体由两种不同的导体A A和和B B组成闭合回路称为热电偶，如下组成闭合回路称为热电偶，如下图所示。导体图所示。导体A A、B B为热电极，当两个接点温度不同时，回路为热电极，当两个接点温度不同时，回路中将产生电流，称为热电流，产生热电流的电动势称为热电中将产生电流，称为热电流，产生热电流的电动势称为热电势。这种现象称为势。这种现象称为热电现象热电现象。热电势热电势用符号用符号EAB（T，T0）表表示。示。BATT0参比端冷端工作端热端28 热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为中的接点称为工作端或
19、热端工作端或热端，温度为参考温度，温度为参考温度T0的一端的一端称为称为参比端或冷端参比端或冷端。T0 通常为环境温度，当通常为环境温度，当T0恒定时，恒定时，热电势是热电势是T的函数，因此，可以用热电势表示温度。的函数，因此，可以用热电势表示温度。热电势由两部分组成：热电势由两部分组成：接触电势和温差电势接触电势和温差电势。291接触电势接触电势 当两种不同的导体当两种不同的导体A和和B相接触时，假设相接触时，假设A的电子密度的电子密度NA大于大于NB，由，由于两者有不同的电子密度，故电子在两个方向上扩散的速率不同，于两者有不同的电子密度，故电子在两个方向上扩散的速率不同，A失失去电子而带正
20、电，去电子而带正电，B得到电子而带负电，在得到电子而带负电，在A、B的接触面上就形成了的接触面上就形成了 一一个由个由A向向B的静电场，它将阻止电子的进一步扩散，当扩散力和电场力达的静电场，它将阻止电子的进一步扩散，当扩散力和电场力达到平衡时，在到平衡时，在A、B间就形成了一个固定的接触电势。间就形成了一个固定的接触电势。30 接触电势用接触电势用EAB(T)表示，其数值可用下式表示表示，其数值可用下式表示 式中式中 e 单位电荷，单位电荷，4.802X10-10静电单位；静电单位；K波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K；NAT、NBT材料材料A、B在温度为在温度为T时的自
21、由电子时的自由电子密度；密度；TA、B接触点的温度，接触点的温度，K。31o 从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于于两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低。o 温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。大，接触电势也越大。322 2温差电势温差电势 是由于导体两端温度不同而产生的一种电动势。由于导体两端温度不同，则两是由于导体两端温度不同而产生的一种电动势。由于导体两端温度不同，则两端电子的能量也不同。由于高温端的电子
22、能量比低温端的电子能量大，因而从高温端电子的能量也不同。由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果，高温端因失去电子而端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果，高温端因失去电子而带正电荷，低温端因失去电子而带负电荷，从而在高、低温端之间形成一个从高温带正电荷，低温端因失去电子而带负电荷，从而在高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的静电场，静电场将阻止高温端电子跑向低温端，同时加速低温端电端指向低温端的静电场，静电场将阻止高温端电子跑向低温端，同时加速低温端电子跑向高温端，最后达到一动态平衡状态，在导体两端便产生一个相
23、应的电位差，子跑向高温端，最后达到一动态平衡状态，在导体两端便产生一个相应的电位差，该电位差称为温差电势，其方向由低温端指向高温端，此电势只与导体性质和导体该电位差称为温差电势，其方向由低温端指向高温端，此电势只与导体性质和导体两端温度有关，温差电势可表示为两端温度有关，温差电势可表示为 ：333热电偶闭合回路的总热电势热电偶闭合回路的总热电势 对于由对于由A和和B两种导体组成的热电偶闭合回路，设两种导体组成的热电偶闭合回路，设两端接点温度分别为两端接点温度分别为T和和T0，且，且TT0，NANB；那么；那么回路中存在两个接触电势回路中存在两个接触电势EAB(T)和和EAB(T0)，两个温差，
24、两个温差电势电势EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因此回路的总热电势为。因此回路的总热电势为34 进行推导整理后，可得进行推导整理后，可得 对于确定的材料对于确定的材料A和和B，NA和和NB与与T的关系已知，则上的关系已知，则上式可简写成下面的形式式可简写成下面的形式EAB(T,T0)=f(T)f(T0)如果冷端温度如果冷端温度T0保持恒定，这个热电势就是热端温度保持恒定，这个热电势就是热端温度T的单值函数，即的单值函数，即 EAB(T,T0)=f(T)C 35两个两个热电极热电极36热电热电偶接偶接点点37从以上式子可以得到如下结论：从以上式子可以得到如下结论：o 热电偶回路热电势的大小
25、只与组成热电偶的材料和材料两端热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。分布无关。o 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。的闭合回路不会产生热电势。o 热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电热电偶的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。如果偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则已知且恒定，则f（T0）为）为常数，回路总热电势常数，回
26、路总热电势EAB（T，T0）只是温度）只是温度T的单值函数。的单值函数。38二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律1均质导体定律均质导体定律 任何一种均质导体组成的闭合回路，不论其各处任何一种均质导体组成的闭合回路，不论其各处的截面积如何，不论其是否存在温度梯度，都不可能产的截面积如何，不论其是否存在温度梯度，都不可能产生热电势。生热电势。利用此定理可以检验热电极材料的均匀性。利用此定理可以检验热电极材料的均匀性。392中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总体两端温度相同，该导
27、体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。电势没有影响。同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。电势没有影响。40o 该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。的热电势将不受接入仪表或导线的影响。o 该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可该定律还表明热电偶的接点不仅可
28、以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。以借助均质等温的导体加以连接。413中间温度定律中间温度定律 热电偶回路中，两接点温度分别为热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的热电时的热电势，等于接点温度为势，等于接点温度为T、TN和和TN、T0的两支同性质热的两支同性质热电偶的热电势的代数和。电偶的热电势的代数和。EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)42o 该定律说明当热电偶参比端温度该定律说明当热电偶参比端温度t00时，只要能测时，只要能测得热电势得热电势E(t,t0)，且，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度求得被测温度t
29、值。值。434.4.连接导体定律连接导体定律 在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和和B分分别与连接导体别与连接导体A和和B相连接，各有关接点温度为相连接，各有关接点温度为t，tn和和t0，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和和tn温度条件下的热电势温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线与连接导线A和和B两端两端处于处于tn和和t0温度条件下的热电势温度条件下的热电势EAB(tn,t0)的代数和。的代数和。EABBA(t,tn,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)44o 中间温度定律和连接导体定
30、律中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。用补偿导线的理论依据。45三、常用热电偶的材料、结构和分类三、常用热电偶的材料、结构和分类 1 1热电偶的材料热电偶的材料 虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求却是多电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求却是多方面的。方面的。（1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线
31、性的函数关系。能呈线性的函数关系。46 （2）能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电）能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。还原、抗腐蚀等性能。（3）要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数。）要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数。（4）具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意）具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。的复现性，便于采用统一的分度表。472.热电偶结构热电偶结构（1）接线盒）接线盒 供热电偶与补偿导线连接供热电偶与补偿导
32、线连接（2）保护套管）保护套管 防止热电偶不受化学腐蚀和机械损伤防止热电偶不受化学腐蚀和机械损伤（3）绝缘套管）绝缘套管 防止两个热电极短路防止两个热电极短路（4）热电极）热电极483.标准化热电偶标准化热电偶（1）廉金属热电偶）廉金属热电偶 1）T型（铜康铜）热电偶型（铜康铜）热电偶 2）K型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶 3）E型（镍铬康铜）热电偶型（镍铬康铜）热电偶 4）J型（铁康铜）热电偶型（铁康铜）热电偶49（2）贵金属热电偶）贵金属热电偶 1）S型（铂铑型（铂铑10铂）热电偶铂）热电偶 2）R型（铂铑型（铂铑13铂）热电偶铂）热电偶 3）B型（铂铑型（铂铑30铂
33、铑铂铑6）热电偶）热电偶504.非标准化热电偶非标准化热电偶（1）钨铼系热电偶）钨铼系热电偶（2）钨铱系热电偶）钨铱系热电偶（3）其他非标准化热电偶）其他非标准化热电偶51四、热电偶测温系统四、热电偶测温系统 热电偶测温系统是由热电偶、补偿导热电偶测温系统是由热电偶、补偿导线、测量仪表及相应的电路构成的。线、测量仪表及相应的电路构成的。52（一）热电偶参比端温度的恒定及补偿（一）热电偶参比端温度的恒定及补偿1.1.补偿导线法补偿导线法 在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。带有绝缘层的廉金属导线为补
34、偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)53o 常用补偿导线的结构分为常用补偿导线的结构分为普通型普通型和和带屏蔽层型带屏蔽层型两种两种o 按照补偿原理分为按照补偿原理分为补偿型补偿型及及延伸型延伸型两种补偿导线两种补偿导线o 按使用温度可分为按使用温度可分为一般用一般用（0100）和）和耐热用耐热用（0200）542.计算修正法计算修正法 热电偶分度表是在冷端温度为热电偶分度表是在冷端温度为0 时制定的，和热时制定的，和热电偶配套的显示仪表的刻度也是在冷端温
35、度为电偶配套的显示仪表的刻度也是在冷端温度为0 时时进行分度的，如欲直接根据显示仪表的读数求得温度，进行分度的，如欲直接根据显示仪表的读数求得温度，则必须使参比端温度保持为则必须使参比端温度保持为0，如果不是，如果不是0，而，而为任一温度为任一温度t0当，则必须进行修正，根据中间温度定当，则必须进行修正，根据中间温度定理，有：理，有：E（t,0）=E(t,t0)+E(t0,0)553.冷端恒温法冷端恒温法（1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为0，但，但使用起来不大方便。使用起来不大方便。（2）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内）把冷端用补偿导线引至电加热
36、的恒温器内564.补偿电桥法补偿电桥法 补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。温度波动引入的误差。57（二）热电偶的检定和误差分析（二）热电偶的检定和误差分析1.1.热电偶的检定热电偶的检定o为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，热电偶的检定方法有两种，比较法比较法和和定点法定点法。o用被校热电偶和标准热电偶同时测量同
37、一对象的温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，以确定被检电偶的基本误度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为差等质量指标，这种方法称为比较法比较法。582.热电偶测温误差分析热电偶测温误差分析（1）分度误差分度误差：指检定时产生的误差，其值不得超过允：指检定时产生的误差，其值不得超过允许误差许误差;（2）冷端温度引起的误差冷端温度引起的误差;（3）补偿导线的误差补偿导线的误差：它是由于补偿导线的热电特性与：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的所配热电偶不完全相同所造成的;（4）热交换所引起的误差热交换所引起的误差（
38、5）测量线路和显示仪表的误差测量线路和显示仪表的误差（6）其他误差其他误差59（三）热电偶的使用与安装（三）热电偶的使用与安装1.使用注意事项使用注意事项 感温元件与被测介质进行充分的热交换；感温元件与被测介质进行充分的热交换；感温元件的外露部分应加装绝热层保温。感温元件的外露部分应加装绝热层保温。2.安装原则安装原则60例题o 用分度号为用分度号为K K的镍铬的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500500，而，而这时冷端温度为这时冷端温度为6060。n 试问：实际温度应为多少？试问：
39、实际温度应为多少？n 如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在2020，此时显示仪表的指示值应为多少？此时显示仪表的指示值应为多少？61例题o 显示仪表指示值为显示仪表指示值为500500时，查表可得此时显示仪表的实时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为际输入电势为20.64mV20.64mV，由于这个电势是由热电偶产生，由于这个电势是由热电偶产生的，即的，即 o 同样，查表可得：同样，查表可得：=20.64+2.463=23.076mV=20.64+2.463=23.076mVn 由由 23.076mV23.076mV查查 表表 可可 得得 ：t=557
40、 t=557。即。即 实实 际际 温温 度度 为为 557 557。62例题o 当热端为当热端为557557，冷端为，冷端为2020时，由于时，由于o E E（2020，0 0）=0.798mV,=0.798mV,故有：故有：n E(t,tE(t,t0 0)=E(t,0)-E(t)=E(t,0)-E(t0 0,0),0)n =23.076-0.798=22.278mV =23.076-0.798=22.278mV o 由此电势，查表可得显示仪表指示值应为由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4538.4。63第三节第三节 电阻温度计电阻温度计 WZP2-240/A级级3线线300/150
41、mmE(0-300)隔爆热电阻隔爆热电阻 WZC-111/12*1000mm Cu50铜热电阻铜热电阻 WZPK2-103/B级级6*515mm(0-300)铂热电阻铂热电阻64 热电偶在热电偶在500 500 以下工作时，灵敏度较低，故目前在以下工作时，灵敏度较低，故目前在测量测量-200600-200600 范围的温度时，多采用电阻温度计，尤其在范围的温度时，多采用电阻温度计，尤其在低温测量中，电阻温度计用的较普遍。导体或半导体的电阻低温测量中，电阻温度计用的较普遍。导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电
42、阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。优点：精度高，灵敏度高，测量范围广等。优点：精度高，灵敏度高，测量范围广等。缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。65一、热电阻的特性一、热电阻的特性o 热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。o 铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。是我国国标化的热电阻。66 电阻温度系数
43、：在某一温度间隔内，温度变电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化化1 1 时的电阻相对变化量，单位为时的电阻相对变化量，单位为1/1/。67 大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升高高1时，其阻值约增加时，其阻值约增加0.4%0.6%，称具有正的电阻，称具有正的电阻温度系数。电阻值温度系数。电阻值Rt与温度与温度t（）的关系可表示为）的关系可表示为Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3）式中式中 Rt 温度为温度为t时金属导体的电阻；时金属导体的电阻；R0 温度为温度为0时金属导体的电阻；时金属导体的电阻；A、B、C 与金属材料有关的常数。与金
44、属材料有关的常数。68 大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小，大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小，当温度升高当温度升高1时，其阻值约减小时，其阻值约减小3%6%，称具有负的电，称具有负的电阻温度系数。电阻值阻温度系数。电阻值RT与热力学温度与热力学温度T（K）的关系可表）的关系可表示为示为RT=RT0exp B(1/T)B(1/T0)式中，式中，RT0 热力学温度热力学温度T0（K）时的电阻值；）时的电阻值；B 与半导体材料有关的常数。与半导体材料有关的常数。69 虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定的关系，但并不是所有的
45、金属或半导体都能做着一定的关系，但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计。用于测温的热电阻（或热敏电阻）应成电阻温度计。用于测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：满足以下要求：（1 1）电阻温度系数要大且与温度无关，以得到高敏感度；）电阻温度系数要大且与温度无关，以得到高敏感度；（2 2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；）在测温范围内化学与物理性能要稳定；70（3 3）复现性要好；）复现性要好；（4 4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容 量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；（5
46、5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；（6 6）价格相对低廉。）价格相对低廉。71 目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：（1）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；（2）灵敏度高，当温度升高）灵敏度高，当温度升高1时，大多数热电阻的阻值增时，大多数热电阻的阻值增加加0.4%0.6%，半导体材料的阻值降低，半导体材料的阻值降低3%6%；（3）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态
47、温度，半导体热敏电阻虽然体积不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。较小，但其稳定性和复现性却较差。72 热电阻的电阻值与温度的关系特性有三种表示方法：热电阻的电阻值与温度的关系特性有三种表示方法：作图法作图法 函数表示法函数表示法 列表法列表法73二、常用热电阻元件二、常用热电阻元件 1铂热电阻铂热电阻o 特点：特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性。与其他热电易于提纯，复现性好，
48、有良好的工艺性。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。阻材料相比，有较高的电阻率。o 缺点：缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。在高温下易被沾污变脆，价格较贵。74o 在在200 0范围内，铂的电阻温度关系为范围内，铂的电阻温度关系为Rt=R0 1+At+Bt2+C(t100)t3 o 在在0 850范围内，其关系为范围内，其关系为Rt=R0(1+At+Bt2)式中，式中，A、B、C 分度常数。分度常数。75o 铂的纯度用百度电阻比铂的纯度用百度电阻比W（100）表示，即）表示，即W（100）=R100/R0式中
49、，式中，R100 100时铂电阻值；时铂电阻值；R0 0时铂电阻值。时铂电阻值。o W（100）越高，则其纯度越高。）越高，则其纯度越高。76 2铜热电阻铜热电阻o 特点：特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。便宜，但它的电阻率低，易于氧化。o 在在50 150范围内，铜的电阻温度关系为范围内，铜的电阻温度关系为Rt=R0(1+t)式中，式中，铜的电阻温度系数。铜的电阻温度系数。773.镍热电阻镍热电阻o 特点：特点：电阻温度系数较铂大，约
50、为铂的电阻温度系数较铂大，约为铂的1.5倍。倍。o 在在50150内，其电阻与温度关系为内，其电阻与温度关系为 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t478 4半导体热敏电阻半导体热敏电阻 大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，其电阻值大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，其电阻值与温度的关系为与温度的关系为RT=AeB/T 半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。79 与金属热电阻相比，半导体热敏电阻具有如下优点：与金属热电阻相比，半导体热敏电阻
