自动检测技术及仪表控制系统：第4章 温度检测

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1、常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测温度检测温度检测 日常生活中,人们通常用温度来表示物体的冷热程度。实质上,温度反映了物体分子无规则热运动的剧烈程度,是物体分子运动平均动能大小的标志,分子运动的平均动能越大,分子运动越剧烈,物体的温度越高,在宏观上即表现为物体越热。 由于不同物质的不同物理特性与温度有着不同的关系，因此即使用同一物质的不同特性，或不同物质的同一种特性对同一个温度进行测量，也会得出不同的量值，这就需要建立统一的标准温度单位，即温标。常州大学城轨学院常州大学城轨

2、学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测4.1 4.1 温标温标 世界上第一支温度计是1597年由伽利略（G.Galileo）发明的。最早发明而且有重要意义的温度计是1641年意大利的Ferdinand发明的封口式的玻璃酒精温度计,它具有温度计的雏形,但因为当时还没有温标,这支温度计也就由于没有温标为依据而被淘汰。 温标是用来度量物体温度高低的标尺，只有在确定温标之后,温度计量才有实际意义。 1）首先应规定一系列恒定的温度作为固定点 通常用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的固定点,并赋

3、予固定点一个确定的温度。 2）然后选择一个随温度变化而呈线性或一定函数关系变化的物理参量作为温度指示的标志 温标的三要素：定义固定点、内插标准仪器和内插公式 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测1 1 经验温标经验温标借助某一物质的物理量和温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标 主要有华氏温标和摄氏温标缺点:(1)不同温标所确定的温度数值不同 (2)不能保证各国采用的基本测温单位完全一致2 2 热力学温标热力学温标理论温标，无法直接实现3 3 国际实用温标国际实用温

4、标协商决定，既能体现热力学温度，又使用方便、容易实现的温标 我国是从1991年7月正式执行1990年国际温标(ITS-90)的,这是统一我国温度量值的法定标准,一切温度计量必须以此为准。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测华氏温标华氏温标 1714年,德国的华林海特（G.D.Fahrenheit）不仅制造出了水银温度计,而且第一次提出了自己的温标,后来被人们称为华氏温标。起初华林海特是将冰水加盐的混合液体的温度作为0度,把人体的温度作为100度,以这两个点为标准。后来改为水的

5、冰点为32度,水的沸点为212度,在两者中间分180等份,形成了华氏温标，单位为F。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 1742年瑞典的摄尔萨斯（A.Celsius）提出了摄氏温标, 他原来的方案是以水的沸点为0度,水的冰点为100度。次年法国人克里斯丁（Christian）把两个温度倒过来,水的冰点为0度,水的沸点为100度,两者之间分100等份,就成了沿用至今的摄氏温标，单位符号为。摄氏温标摄氏温标常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University

6、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第4 4章章 温度检测温度检测热力学温标热力学温标 1848年,英国的开尔文（L.Kelvin）提出了以热力学第二定律为基础的热力学温标,即以热力学定律中的卡诺原理作为热力学温标的理论依据。 华氏和摄氏温标都与特定的物质有关,热力学温标则与特定的物质性质无关,并以水三相点为基准,因此具有稳定性、唯一性、复现性和客观性。 热力学温度也称为绝对温度,单位为开尔文（K）。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 卡诺定律指出，一个工

7、作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，其效率只与热源和冷源的温度有关。假设热机从温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1的冷源的热量为Q1，则有2273.161QTKQ2121TTQQ 人们发现水的三相点(273.16K)的稳定性能长期维持在0.1mK范围内。因此，1954年第10届国际计量大会决定采用水的三相点作为热力学温际的基本固定点，此温标的表达式为： 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测摄氏温度与热力学温度的数值关系为： TK=273.16+tC 或 tC=T

8、K-273.16 各温标间数值的换算关系如下各温标间数值的换算关系如下: :摄氏温度与华氏温度的数值关系为： 3259CFttTK表示热力学温度,单位为K; tC表示摄氏温度,单位为; tF表示华氏温度,单位为F常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测4.2 4.2 温度检测的主要方法和分类温度检测的主要方法和分类1、温度检测方法的分类根据测温方式（介质与敏感元件是否接触）（1）接触式（2）非接触式根据工作原理（1）膨胀式（2）压力式（3）热电阻（4）热电偶常州大学城轨学院常州大

9、学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测（1） 接触式测温 接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测例

10、如：膨胀式温度计包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计电阻式温度计包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计热电式温度计包括热电偶和P-N结温度计以及其它原理的温度计常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 （2）非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。例如：辐射温度计、亮度温度计和比色温度计它们都是以光

11、辐射为基础，故也统称为辐射温度计常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测4.3 4.3 热电偶及测温原理热电偶及测温原理 在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。 热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原

12、理是基于热电效应热电效应。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测一、热电效应一、热电效应如右图所示，两种不同性质的导体或半导体材料A、B串接成一个闭合回闭合回路，路，如果两接合点处的温度不同温度不同，即TT0，则在两导体间产生热电势热电势，也称热电动势，常用EAB(T，T0)表示。同时在回路中有一定大小的电流电流，这种现象称为热电效应热电效应。几个概念：几个概念：热电极：闭合回路中的导体或半导体A、B，称为热电极；热电偶：闭合回路中的导体或半导体A、B的组合的组合，称为热电耦；

13、工作端：两个结点中温度高的一端温度高的一端，称为工作端（热端、测量端）（热端、测量端）；参比端：两个结点中温度低的一端温度低的一端，称为参比端；（冷端、自由端）（冷端、自由端）热电动势：两导体的接触电势接触电势 单一导体的温差电势温差电势； ABTT0常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端（参自由端（参考端、冷端）考端、冷端） 左端称为

14、：左端称为：测量端（工作端、测量端（工作端、热端）热端） 热电极热电极B B热电势热电势AB常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测二、热电偶回路热电势二、热电偶回路热电势常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测1. 1. 佩尔杰（佩尔杰（Peltier）效应）效应 两种同温度不同导体材料两种同温度不同导体材料A和和B互相接触，由于不同金互相接触，由于不同金属内自由

15、电子的密度不同，在属内自由电子的密度不同，在A和和B的接触点处会发生自由的接触点处会发生自由电子的电子的扩散现象扩散现象。自由电子将从密度大的金属。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度扩散到密度小的金属小的金属B，使，使A失去电子带正电失去电子带正电，B得到电子带负电得到电子带负电，当扩，当扩散达到平衡时，在两接触点处产生的电动势称为散达到平衡时，在两接触点处产生的电动势称为佩尔杰电势，佩尔杰电势，又称接触电势又称接触电势。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测BAABNNek

16、TTEln)(其中： k 波尔兹曼常数:kJk/1038. 123 T 节点所处温度； e 电子电荷 NA、NB 导体A、B的电子密度；若BANN，则0)(TeAB。结论：电子密度高的材料电位高。产生接触电势的主要原因： 不同材料具有不同的自由电子密度； 两种不同材料的导体接触时，接触面会发生电子扩散； 当扩散达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位，表示为：常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测BAABNNekTTEln)(热电偶回路中，总的接触电势为：BAABNNekTT

17、Eln)(00BAABABNNTTekTETEln)()()(00ABTT0常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测2. 2. 汤姆逊（汤姆逊（Thomson）效应）效应 对于均质的单一导体，若单一导体两端温度不同，对于均质的单一导体，若单一导体两端温度不同，有有温度梯度温度梯度时，导体内的自由电子将从温度高的一端向时，导体内的自由电子将从温度高的一端向温度低的一端温度低的一端扩散扩散，并在温度较低一端聚集起来，使导，并在温度较低一端聚集起来，使导体内建立起一电场。当这电场对电子

18、的作用力与扩散力体内建立起一电场。当这电场对电子的作用力与扩散力向平衡时，扩散作用立即停止。电场产生的电势称为向平衡时，扩散作用立即停止。电场产生的电势称为汤汤姆逊电势姆逊电势或或温差电势。温差电势。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测产生温差电势的主要原因： 导体中自由电子在高温端具有较大的动能； 电子从高温端向低温端扩散，因而高温端带正电，低温端带负电，形成静电场，并阻碍电子扩散；当扩散达到动态平衡时，两端产生一个相应的电位差，称为温差电势，表示为：dTTTETTAA0)

19、,(0其中：A汤姆逊系数，表示单一导体两端单位温度差为 1时所产生的温差电势，与材料性质和两端温度有关。 CV/若，则，反之亦然。 0TT 0),(0TTeA常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测热电偶回路热电势热电偶回路热电势TTAAdTTTE0),(0热电偶回路中，总的温差电势为：TTBBdTTTE0),(0dTTTETTETTBABA0)(),(),(00常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控

20、制系统第第4 4章章 温度检测温度检测热电偶回路中，总的温差电势为：dTTTETTETTBABA0)(),(),(00热电偶回路中，总的接触电势为：BAABABNNTTekTETEln)()()(00热电偶回路中，总的热电势为：TTBABABAABABABTFTFdTNNTTekTTETTETETETTE0)()()(ln)(),(),()()(),(000000ABTT0)(TeAB),(0TTeA)(0TeAB),(0TTeB常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测热电偶回路

21、的几点结论：1. 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，即NA=NB，A=B，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。必须采用两种不同的材料作为热电极。2. 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电势亦为零。dTTTETTETTBABA0)(),(),(00BAABABNNTTekTETEln)()()(00温差电势接触电势所以形成热电势的两个必要条件：两种导体的材料不同；节点所处的温度不同；3. 工程实际中，标定热电偶时，令： cCfTfTEAB0)()(00则： 是T的单值函数。 )(),(0cTfcTETTEABAB常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzho

22、u University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第4 4章章 温度检测温度检测不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。供查阅使用，每10分档 。中间值按内插法计算。)(LHLHLMLMTTEEEETT常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测S型型(铂铑铂铑10-铂铂)热电偶分度表热电偶分度表 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changz

23、hou University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第4 4章章 温度检测温度检测三、热电偶基本定律(一)均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。 根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测（二）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。热电偶中接入

24、第三种导体 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 如果回路中三接点的温度相同，即TT0，则回路总电动势必为零，即 热电偶中接入第三种导体 ABBC0CA0E(T)E(T )E(T )=0(2)或者AB0BC0CA0-E(T )E(T )E(T )(3)将(3)式代入(1)式ABC0ABAB0E(T,T )E(T)E(T )(4)如图在热电偶回路中接人第三种导体C。设导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度为t0，则回路中的总电动势为ABC0ABBC0CA0E(

25、T,T )E(T)E(T )E(T )(1)常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。tABt0t0CCBt1t1AACCtt0(a )(b )常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou Univer

26、sity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第4 4章章 温度检测温度检测（三）中间温度定律 热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。 中间温度定律可以用下式表示 )t ,(tE)t(t,E)t(t,E0nABnAB0AB常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测（四）标准电极定律（热电偶相配定律） 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热

27、电动势也就已知。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测如图，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，即BC0BCBC0E(T,T )E(T)-E(T )AC0ACAC0E(T,T )E(T)-E(T )AB0AC0BC0E(T,T )E(T,T )-E(T,T )那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得（1）（2）（3）常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制

28、系统第第4 4章章 温度检测温度检测 标准电极定律是一个极为实用的定律。可以想象，纯金属的种类很多，而合金类型更多。因此，要得出这些金属之间组合而成热电偶的热电动势，其工作量是极大的。由于铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，我们通常选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可根据式(3)直接计算出来。 例如：热端为100，冷端为0时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为 2.95mV-(-4.0mV

29、)=6.95mV常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 如果使热电偶AB在某一温度范围内所产生的热电势等于热电偶CD在同一温度范围内所产生的热电势，即EAB(t,t0)=ECD(t,t0)，则这两支热电偶在该温度范围内可以相互代用。（五）等值替代定律常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测例1：求热电偶回路的电势。已知：eAB(240)=9.747mV，eAB(5

30、0)=2.023mV，eAC(50)=3.048mV，eAC（l0）=0.591mV。 解：解一： ABBCCAABBCCAABCAABCAE = e(240)+e(50)+e (10) e(50)+e(50)+e (50)=0 E = e(240) +e (10)- e(50)-e (50)=10.181 mV而则有解二：利用中间导体定律 ABBAACCAABCAABCAE=e (240)+e (50)+e(50)+e (10) = e (240) +e (10)- e (50)-e (50)=10.181 mV 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检

31、测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统第第4 4章章 温度检测温度检测例2：如图所示的热电偶回路，已知 eAD(t1)=3.230mV，eAB(t1)=2.360mV， eAD(t2)=2.025mV， eAB(t2)=0.100mV，求回路的电势，判断t1，t2的关系。解：由中间导体定律该图可以化简为 因此 由eAD(t1) eAD(t2)或 eAB(t1) eAB(t2)可知，t1t2)(205. 1025. 2230. 3),(2mVtteeADABCDEF常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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

32、第第4 4章章 温度检测温度检测例3：用分度号为K的镍铬-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500，而这时冷端温度为60。求：（1）实际温度为多少？（2）如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20，此时仪表的指示值为多少？（K型镍铬-镍硅热电偶的分度表见下页）解： 1、显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.644mV,由于这个电势是由热电偶产生的，即E(t,t0)=20.644mV。同样，查表可得 E(t0,0)=E(60,0)=2.436mV。则 E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.644+2.436=23.08

33、（mV）。 由23.08mV查表可得 1 .557500)776.2208.23(776.22203.23550560t2、当热端为557.1，冷端为20时，查表可得E(20,0)=0.798mV故有 E(557.1,20)=E(557.1,00)-E(20,0)=23.08-0.798=22.282（mV）。 由此电势，查表可以得到显示仪表的指示值为 4 .538530)924.21282.22(924.21350.22530540t常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测常州

34、大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 普通工业装配式热电偶作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从0到1800范围的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成，其常见外形结构如图所示。 常见普通工业装配式热电偶的外形结构常见普通工业装配式热电偶的外形结构 四、热电偶结构1、普通工业装配式热电偶常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou Universit

35、y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第4 4章章 温度检测温度检测螺纹安装螺纹安装法兰安装法兰安装普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒引出线套管 固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端） 不锈钢保护管 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测

36、温度检测(1)热电极又称偶丝热电极又称偶丝，它是热电偶的基本组成部分。普通金属做成的偶丝，其直径一般为0.5-3.2mm，贵重金属做成的偶丝，直径一般为0.3-0.6mm。偶丝的长度则由使用情况、安装条件，特别是工作端在被测介质中插入的深度来决定，通常为300-2000mm，常用的长度为350mm。(2)绝缘管又称绝缘子，是用于热电极之间及热电极与保护套管之间进行绝缘保护的零件。形状一般为圆形或椭圆形，中间开有二个、四个或六个孔。偶丝穿孔而过。材料为粘土质、高铝质、刚玉质等，材料选用视使用的热电偶而定。在室温下，绝缘管的绝缘电阻应在5M以上。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou

37、University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第4 4章章 温度检测温度检测(3)保护套管保护套管 是用来保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤的装置。保护套管应具有耐高温、耐腐蚀的性能，要求导热性能好，气密性好。其材料有金属、非金属以及金属陶瓷三大类。金属材料有铝、黄铜、碳钢、不锈钢等，其中lCrl8Ni9Ti不锈钢是目前热电偶保护套管使用的典型材料。非金属材料有高铝质(85%-90%A1203)、刚玉质(99Al2O3)，使用温度都在1300以上。金属陶瓷材料如氧化镁加金属钼，这种材料使用温度在1700，且在高温下有很好的抗氧化能力，适用于钢水温度的连

38、续测量。形状一般为圆柱形。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测(4)接线盒接线盒 是用来固定接线座和作为连接补偿导线的装置。根据被测量温度的对象及现场环境条件，设计有普通式、防溅式、防水式和接插座式等四种结构形式。普通式接线盒无盖，仅由盒体构成，其接线座用螺钉固定在盒体上，适用于环境条件良好、无腐蚀性气体的现场。防溅式、防水式接线盒有盖，且盖与盒体是由密封圈压紧密封，适用于雨水能溅到的现场或露天设备现场。插座式接线盒结构简单、安装所占空间小，接线方便，适用于需要快速拆卸的环境

39、。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样，作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，同时亦可作为装配式热电偶的感温元件。它可以直接测量各种生产过程中从 0800范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面的温度。2、铠装热电偶常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温

40、度检测温度检测 铠装热电偶的结构原理是由导体、高绝缘氧化镁、外套 1Cr18Ni9Ti不锈钢保护管，经多次一体拉制而成。铠装热电偶产品主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成。铠装热电偶分绝缘式和接壳式两种。 (1)接壳式 热电偶的测量端与金属套管接触并焊接在一起。适用于测量温度高、压力高、腐蚀性较强的介质。 (2)绝缘式 热电偶的测量端焊接后填以绝缘材料再与金属套管焊接。适用范围同接壳式，特点是偶丝与保护金属套管不接触，具有电气绝缘性能。 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制

41、系统第第4 4章章 温度检测温度检测铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度

42、检测铠装型热电偶外形法兰法兰薄壁金属薄壁金属 保护保护套管（铠体）套管（铠体） B BA A绝缘材料绝缘材料铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 工业用隔爆热电偶是一种温度传感器，在化学工业自控系统中应用极广，通过温度传感器，可将控制对象的温度参数变成电信号，传递给显示、记录和调节仪，对系统施行检测、调节和控制。 在化工厂，生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸汽，如果使用普通的热电偶非

43、常不安全，极易引起环境气体爆炸。因此，在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度传感器。3、隔爆型热电偶常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测工作原理工作原理：如果由两种不同成份的均质导体(热电极)组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就有电流通过,那么两端之间就存在热电势。防爆原理防爆原理：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不传到腔外。常州

44、大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。 使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。常州大学城轨学院常

45、州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测隔爆型热电偶外形压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线厚壁保护管厚壁保护管常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 根据金属的热电效应

46、原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件： (1)温度测量范围广 要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。 (2)性能稳定 要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。 (3)物理化学性能好 要求在规定的温度测量范围内使用时不产生蒸发现象。有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。 (4)机械强度高，复制性要好，价格便宜四、热电偶材料四、热电偶材料 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术

47、及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统第第4 4章章 温度检测温度检测用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝 八种八种国际标准化热电偶：国际标准化热电偶： B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 R: R:铂铑铂铑1313铂铂 S:S:铂铑铂铑1010铂铂 K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍 J:J:铁铁铜镍铜镍 T:T:铜铜铜镍铜镍常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 5种热电偶的测温范围与热电势各有

48、什么特点？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镍铬镍硅镍铬镍硅 (铝铝) -2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍 (康康 铜铜)270800 C C?常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术及仪表控制系统自动检

49、测技术及仪表控制系统第第4 4章章 温度检测温度检测哪几种热电偶的测温上限较高？(R,S,B)(R,S,B) 结论：结论：哪一种热电偶的灵敏度较高？ (E)(E)哪一种热电偶的灵敏度较低？(B)(B)为什么所有的曲线均过原点（零为什么所有的曲线均过原点（零度点）？度点）？( (冷端温度为冷端温度为0)0)常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按

50、此标准，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。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：自由端（冷端）温度必须为0C。五、热电偶的分度表五、热电偶的分度表常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测设冷端为0C，根据以下电路中的毫伏表的示值及K热电偶的分度表，查出热端的温度tx 。常州大学城轨学院常

51、州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测定义： 所谓补偿导线就是用热电性质与热电偶相同或相近的材料制成导线。作用： 采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。 分类： 根据补偿导线的材料和热电偶电极的材料相同还是相近可以分为延伸型补偿导线（X）和补偿型补偿导线（C）。六、补偿导线常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测补偿导线外形

52、 AB屏蔽层保护层常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测型号配用热电偶正-负导线外皮颜色 正-负SC铂铑10-铂（s）红-绿KC镍铬 - 镍硅（k）红-蓝WC5/26钨铼5-钨铼26 红-橙补偿导线在0100C范围内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。随着热电偶的标准化，补偿导线也形成了标准系列。国际电工委员会也制定了国际标准，适合于标准化热电偶使用。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动检测技术及仪表控制系统自动检测技

53、术及仪表控制系统第第4 4章章 温度检测温度检测补偿导线是一对与热电偶配用的导线，在工作范围内与被补偿的热电偶的参比端远离热源，从而使参比温度稳定，分为延伸型和补偿型两种。注意：注意： 不同型号的热电偶有不同的补偿导线，型号不能接错； 补偿导线的正负极分别与热电偶的正负极连接，极性不能接反； 补偿导线和热电偶相连的接点温度要相同，如上图都是t0常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测（1）必要性 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温

54、度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定，因此将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。七、冷端温度补偿常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测冰浴法（自由端恒温法）计算修正法 仪表机械零点调整法 电桥补偿法 （2）冷端温度补偿的方法常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测冰浴法（自由端恒

55、温法）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0C不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 1 1被测流体管道被测流体管道 2 2热电偶热电偶 3 3接线盒接线盒 4 4补偿导线补偿导线 5 5铜质导线铜质导线 6 6毫伏表毫伏表 7 7冰瓶冰瓶 8 8冰水混合物冰水混合物 9 9试管试管 1010新的冷端新的冷端 冰浴法接线图常州大学城轨学院常州大学城轨学

56、院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）计算修正法当热电偶的冷端温度t00C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势EAB（t，t0）与冷端为0C时所测得的热电势EAB（t，0C）不等。若冷端温度高于0C，则EAB（t，t0）600）三种，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。测量流体速度、介质密度，温度控制补偿等场合。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University自动

57、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第4 4章章 温度检测温度检测临界温度系数热敏电阻制作材料以钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，骤变温度随添加锗、钨钼等的氧化物而变，这是由于不同的杂质掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。特性具有很大的负温度系数，在某一个温度下电阻值发生急剧变化，具有开关特性。适用范围 控温报警、温度开关常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测聚脂塑料封装热敏电阻MF12型 NTC热敏电阻常州大学城轨学院常州大学城轨学院C

58、hangzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测MF58 型热敏电阻玻璃封装 NTC热敏电阻常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测大功率PTC热敏电阻带安装孔的热敏电阻常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测贴片式NTC热敏电阻常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou Univer

59、sity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第4 4章章 温度检测温度检测MF5A-3型热敏电阻MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4

60、4章章 温度检测温度检测三、热敏电阻的应用 热敏电阻几乎在每一个部门都有使用，如家用电器、制造工业、医疗设备、运输、通信、保护报警装置和科研等，下面仅举几个例子，介绍热敏电阻的应用情况。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻LCD常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测热敏电阻体温表 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changz

61、hou University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第4 4章章 温度检测温度检测热敏电阻用于CPU的温度测量常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测热敏电阻用于电热水器的温度控制常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测4.6 4.6 辐射式温度计辐射式温度计- -非接触式测温非接触式测温 主要是利用物体的辐射能随温度而变化的原理制成的

62、。一、检测原理 普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬玻耳兹曼定律 二、基本方法 全辐射法、比色法、亮度法 常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测普朗克定律 温度为T的物体对外辐射的能量E可用普朗克定律描述，即：2151/) 1(),(2mWecTETcT式中，T为物体在温度T下的辐射率，也叫黑度系数；为真空中的波长，单位：m；C1为普朗克第一辐射常数, C1=3.7418*10-16 Wm-2；C2为普朗克第二辐射常数， C2=1.4388*10-2 mK。常州大学城轨学院常州大学

63、城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测维恩位移定律 从实验可知，物体峰值辐射波长与物体自身的绝对温度T成以下关系： KmTm3108978. 2常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测斯蒂芬玻耳兹曼定律 斯蒂芬根据实验得出结论，物体总的辐射能量E与温度的四次方成正比： 式中 ： 斯蒂芬玻尔兹曼常数(5.710-12W/（cm2K4）；辐射率；T 物体的绝对温度，K。240/),(mWTd

64、TEE常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 接收器响应不随辐射波长变化的温度计称为全辐射温度计。全辐射法 是指被测对象投射到仪表检出元件上的是对应全波长范围的辐射能量,而能量的大小与被测对象之间的关系是由斯蒂芬-玻尔兹曼定律来描述的一种辐射测温方法。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测全辐射温度计 被测物体的热辐射能量，经物镜聚集在热电堆(由一组微细的热电偶

65、串联而成）上并转换成热电势输出，其值与被测物体的表面温度成正比，用显示仪表进行指示记录。特点：接受辐射能量大，有利于提高仪表的灵敏度，但是易受环境干扰。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测 是指被测对象的两个不同波长的光谱辐射能量交替地投射到仪表的一个检出元件上,或同时投射到两个检出元件上,根据它们的比值与被测对象温度之间的关系实现辐射测温的方法。常用的为比色温度计。比色法特点：适应性强，受物体的辐射率影响小，但结构比较复杂，仪表设计和制造要求较好。常州大学城轨学院常州大学城轨学院Changzhou University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第4 4章章 温度检测温度检测亮度法 是指被测对象投射到仪表检出元件上的是被限制在某一特定波长下的光谱辐射能量,而能量的大小与被测对象温度之间的关系是由普朗克公式来描述的一种辐射测温方法。