第3章 温度测量

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1、第 3 章 温度测量3.1 概述温度是表征物体冷热程度的物理量，温度概念的建立和温度的测量是以热平衡现象为 基础的。任何两个冷热程度不同的物体相接触，必然发生热交换现象，热量将由受热程度 高的物体向受热程度低的物理传递，直至两个物体的冷热程度完全一致，即达到热平衡， 处于同一热平衡状态的两个物体必定拥有一个共同的物理性质，表征这个物理性质的量就 是温度。因此温度是一个很重要的物理量，对提高产品质量，确保安全生产以及实现自动 控制等具有重要意义。3.2 温度测量的方法确定物体温度是借助于观测其他物理实体的性质的变化，这种物理实体叫做测温的实 体（工作实体），它与发热物体接触，经过一定的时间达到热

2、平衡状态。这种方法测量的不 是发热物体的温度的绝对值，而只是相对于工作实体起始温度的差值，起始温度约定为零 度。加热时由于物体的内能实际上发生了变化，物体的所有物理性质在一定程度上都取决 于温度，但是为了测温需根据其可能性来选择与被测温度变化同时变化，不变其他因素的 影响，并比较容易被测量的那些性质。工作实体的性质完完全全地适应这些要求，体积膨 胀，在密闭容器中的压力变化，电阻变化，产生电势和射线强弱等，都能作为温度测量仪 表的基础。即选择哪种物质的何种性质来制作温度计原则上应满足下列一些要求：（1）所选择的物质的性质只与温度有关，二者的函数必须是单值的，最好是线性的， 时间上是稳定的，并且易

3、于复现。（2）能产生较强的易“读”的输出信号，就是说物质的性质随温度变化有显著的量变， 即有较高的温度灵敏度。（3）必须有较宽的测温范围，即物质在不损坏并能保持其测温性质的条件下， 所耐受 的高、低温极限较大。实际上完全满足以上要求的物质是不存在的，我们只能找到那些大致满足这些要求的 测温物质。有时对一些其它条件较好，某一条件不够理想的测温物质，则可在制作温度计时采取措施来弥补不足之处。核电厂温度测量利用的物体物理性质是电阻值变化和产生热电势。3.3 温标测量要求以数值来表示“量”，温度的数值表示法是通过建立“温标”来实现。所谓温 标就是温度的标尺，是表示温度数值的一套规则。温标明确了温度的单

4、位。建立温标先要选定测温物质的性质，如金属丝的电阻，定容气体的压力或一定量液体 的体积热膨胀等。这些性质必须是可测定的。其次是定义固定点的温度数值，最后得出温 度的单位。历史上有过多种温标，例如至今还广泛使用的温标。1摄氏温标(百分温标) 它是利用水银的体积热膨胀的测温性质制成的玻璃水银温度计来测量温度，并规定标 准大气压下纯水的冰点为摄氏 0度，沸点为摄氏100度，两点间的长度分为 100等分，符 号为。c。2华氏温标 这种温标也是利用玻璃水银温度计来决定固定点之间的温度。它规定在标准大气压下 纯水的冰点为华氏 32度，沸点为华氏 212度，中间按水银柱分为 180等分，每等分代表华 氏1度

5、，符号为。F。摄氏和华氏温度值的关系为：95F 二 5C + 32 ,C 二 9(F - 32)(3.3-1)3热力学温标(开尔文温标或绝对温标)T = 273.16KQ / Q3I(3.3-2)式中Q和Q3分别为高低温热源之间运输的卡诺热机吸收的热量和放出的热量。热力学温 度用T表示。按照热力学温度，摄氏温度定义为：t 二 T T(3.3-3)0式中 T 二 273.150热力学温标的零点称为绝对零度( 0K)。 由于热力学温标无法实现，实用上是以气体温度计经过示值修正来复现热力学温标的。 4国际实用温标国际实用温标是用来复现热力学温标的。自 1927 年建立国际温标以来，为了更好地符 合热

6、力学温标，曾先后作了多次修改，最近一次修改好的即是第十三届国际计量大会公布 建立的：1968年国际实用温标（IPTS 68 ）或（MnT山-68）。世界各国自1969年起陆 续采用了这一温标，我国自 1974 年 1 月起也采用这一温标作为计量温度的标准。“1968年国际实用温标”规定以热力学温度为基本温度，其符号为T,单位是开尔文, 符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力 学温度的 1/273.16。温度也可以用摄氏温度表示，其符号为t,单位为。C。t = T - 273.15（3.3-4）因此水的冰点与水的三相点相差0.01 C, 一般0C以上

7、用摄氏度C表示，0C以下用开 尔文 K 表示。3.4 温度测量仪表的分类各种测温仪表都是利用测温物质的物理化学性质随温度变化的原理实现测温的。 常用的测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。接触式测温仪表的感受部件必须与被测对象直接接触，一般说来测温准确性较高，应 用广泛，但因感受部件与对象之间产生的热传递，会有一定的测量迟延，特别对于热容量 较小的被测对象，还会因传热而破坏对象原有的温度场。影响测量的准确性。测温上限也 受感温部件耐温性能的影响。非接触式测温仪表的感受部件不直接与被测对象接触，它通过被测对象与感受部件之 间的热辐射作用实现测温，因而不会破坏被测对象的温度场，在理论上测温上限也没

8、有限 制，但其测温准确度一般较差，通常用于高温测量。具体分类如下：1 接触式测温仪表（1）双金属温度计（ 100600；80600）：原理是固体，热膨胀变形随温度变化；（2）压力表式温度计（ 0600；0300）：利用气（汽）体，液体在定容条件下，压力 大而随温度而变化；（3）玻璃管液体温度计（ 200600；100600）：利用液体热膨胀体积量随温度而 变化；（4）电阻温度计（258900；200650）：利用金属或半导体、电阻值随温度而变化（5）热电偶温度计（ 2892800；2001800）：利用热电效应。2非接触式测温仪表（1）光学高温计（2003200；3003200）：利用物体单色

9、辐射强度及亮度随温度而变化（2）辐射高温计（ 1003200；一般 7002000）：利用物体全辐射力随温度而变化。 亦可归纲为下列几种：膨胀式温度计： 190650 C测压式温度计： 016600C电阻温度计： 2601100 C热电偶温度计：一501800C高温计：3006000 C3.5 电阻温度计对于500C以下的温度，由于热电偶产生的热电势较小，测量精度较低，所以有时采 用电阻温度计来测温，尤其对低温测量电阻温度计用得更多，通常电阻温度计由热电阻、 连接导线和测量电阻值的显示仪表所组成。电阻温度计的特点是测量精度高，容易实现远 距离测量和自动记录，便于配合温度巡回检测仪表或电子计算机

10、进行温度的检测，而且适 宜于500C以下，特别是200C以下低温范围中应用，不存在冷端问题。因此，电阻温度计 在工业上得到了广泛的应用，通常用来测量一200C+ 500C之间的温度，特殊情况下， 测量的低温可达到平衡氢的三相点（13.8K ）甚至更低（如铟电阻温度计可测到3.4K,碳 电阻温度计可测到1K左右）。3.5.1 电阻温度计的测温原理1测温原理电阻温度计的测温原理是根据导体（或半导体）（一次仪表、传感器、敏感元件）的电 阻值随温度变化而变化的性质，将电阻值的变化用二次仪表把它测量出来，从而达到测温 的目的。物理学指出，各种材料的电阻率都随温度变化，若忽略物体的长度和截面温度的变化，则

11、对在参比温度t0下的电阻值R 和电阻率的温度系数（简称电阻温度系数）a已知的物体可以通过测量此物体的电阻来反映其温度。一般纯金属在温度变化范围不大时，其电阻与温度的关系近似为(3.5-1)R 1 +a (t t )t0半导体的电阻值与温度的关系为：(3.5-2)其中 B T T R0 ln tT TR0T0式中R ,R ,R，Rt分别为温度t，10,T和时对应的电阻值。为了利用物体电阻来反映其00温度，总希望 R ， a 和 B 等参数为稳定的值，并且数值尽可能大，以便能够得到灵敏度 t和精确度都高的电阻温度传感器。2电阻温度计的基本特性电阻温度计的优点是： 测量精度高； 具有在小的温度范围内

12、，做成无零标度盘仪表的可能性； 容易实现自动记录和远传读数； 具有将几个同型号的温度计通过切换开关接到同一台二次仪表的特点； 用来制造电阻温度计的材料应具有要求： 加热时的稳定性，包括电阻与温度的单值关系，抗腐蚀和耐用，以保证测量的可靠 性。 电阻温度系数高并尽可能不变，以使仪表具有高的灵敏度。导线电阻对温度呈线性 关系； 具有较大的电阻率，使温度计的体积小； 复现性好，复制性强。容易得到纯净的物质。3电阻温度计的种类 电阻温度计有铂电阻温度计，铜电阻温度计，铟电阻温度计，锰电阻温度计，碳电阻 温度计，还有半导体热敏电阻温度计等，但用得最多的还是铂电阻温度计和铜电阻温度计。(1)铂电阻温度计

13、铂热电阻由于精度高，稳定性好，因此常被用作复现温标的基准器，在实验室和工业 生产中得到广泛应用。基准铂电阻温度计是用来复现国际温标的一259.34630.74C的温度范围，铂的纯度用比值R /R来表示，这里R和R 是0C和100C时温度计的电阻。对光谱纯的铂这个100 0 0 100比值为1.3925，基准铂电阻温度计的 R /R 不得小于 1.3925，而对作为二级标准及工程100 0用的温度计，该比值为 1.391。铂的电阻R (0)与温度t的关系表达式在0650C温度范围内为：tR = R (1 + At + Bt2)(3.5-3)t0在一190C0C温度范围内为：R R 1 + At

14、+ + Bt2 + C(t 100)t3 (3.5-4)t0式中R ,R分别为温度tC和0C时铂的电阻值。t0A、B、C 为常数：A=3.9847 X 10-3 X 1/0CB = 5.847 X10-7X1/0C2C = 4.22X10-12X1/0C4铂电阻温度计的电阻与温度之间的关系表示方法有二种，一种是用电阻温度变化曲线 表示，如图 3.5-1 所示，另一种方法是用表格的方式表示，即分度的方法，我国标准化铂 电阻温度计分度号有 B1，B2，BA1，BA2，BA3 等几种，其中 B1，B2 两种型号已淘汰， BA3 新品种，BA1, BA2和BA3对相应地用P , P ,P 表示，详见表

15、3.5-1和表3.5-2。123t 50 t100 t 300图 3.5-1 铂电阻与铜电阻的电阻温度曲线表 3.5-1 热电阻分度简表分度号B1B2BA2(Pt100)BA3(Pt300)BA20Pt50GGCu50Cu100欧欧） 温度（匸）74610046100300505350100-2008.1517.727.9517.288.64-15017.9939.1217.8538.8019.40-10027.5359.8527.4459.65178.9529.82-5036.8580.1036.8080.00240.0040.0041.7439.2478.49046.00100.0046.

16、00100.00300.0050.0053.0050.00100.001047.81103.9447.82103.96311.8951.9855.2552.14104.282049.62107.8749.64107.91323.7453.9657.5054.28108.563051.42111.7951.45111.85335.5655.9359.7556.42112.844053.22115.7053.26115.78347.3457.8962.0158.56117.125055.01118.6055.06119.70359.0959.8564.2660.70121.406056.80123

17、.4856.86123.60370.8061.8066.5262.84125.687058.58127.3558.65127.49382.4863.7568.7764.98129.968060.36131.2160.43131.37394.1265.6971.0267.12134.249062.13135.0662.21135.24405.7367.6273.2769.26138.5210063.89138.9063.99139.10417.3069.5575.5271.40142.8011065.65142.7365.76142.95428.8471.4877.7873.54147.0812

18、067.41146.5467.52146.78440.3473.3980.0375.68151.3613069.16150.3469.28150.60451.8175.3082.2877.83155.6614070.90154.1371.03154.41463.2477.2084.5479.98159.9615072.64157.9172.78158.21474.6379.1086.7982.13164.2716074.37161.6874.52162.00486.0081.0017076.10165.4376.26165.78497.3482.8918077.82169.1877.99169

19、.54508.6184.7719079.54172.9179.71173.29519.8786.6420081.25176.6381.43177.03531.0388.5121082.96180.3483.15180.76542.2890.3822084.66184.0484.86184.48553.4392.2423086.35187.7286.56188.18564.5594.0924088.04191.3988.26191.88575.6395.9425089.73195.0689.96195.56586.6797.7826091.40198.7191.64199.23597.6899.

20、6127093.08202.3493.33202.89608.66101.4428094.75205.9995.00206.53619.60103.2629096 41209 5996 68210 17630 50105 08表 3.5-2 电阻温度计的基本特性序号名称铜电阻铂电阻1刻度特性符号10M,50M,100M1n ,5n ,ion ,ioo n ,5oon2测量温度范围，C从一200 到 + 200从一260 到 +11003温度电阻系数KTa =4.26 10-3a =3.91 10-34电阻与tC的关系式R(t)=R0(1+ a atR(严.(MA t+Bt) A,B-系数5比电

21、阻，Q mm2/m0.0170.0996对电离辐射的稳定性不得用于放射性环境在辐射积分诵量2.1019n/cm2后100C-升高 3.7 C7电阻温度计的惯性，秒小惯性9以下； 中惯性80以下； 大惯性240以下(2)铜电阻温度计铜价格便宜，纯铜的获得比较简单，并且有比较高的电阻温度系数(4.26 X10-3K-1) 它的不足之处是比电阻不大(0.017Q mm2/m)以及在高温作用下容易氧化，因此铜电阻温 度计使用上限在180 C。铜的电阻与温度的关系在-50180C的温度范围内表示为：R 二 R (1 + t)(3.5-5)t0式中a铜的电阻温度系数，K-1a 二 4.25 x 10-3

22、4.28 x 10-31代或K-i.铜电阻温度计的 R /R 比值等于 1.426。铜电阻温度计的电阻温度关系用两种方100 0法表示，一种是用其电阻温度变化曲线表示，用 R / R 的形式来表达，另一种方法是 t0用分度的方法表达，图 3.5-1 表示了用比值 R /R 的形式来表达。另一种方法是用分度的 t0方法，我国目前工业上使用的标准铜电阻的分度号为 G、Cu50 和 Cu100 三种，分度表见 表 3.5-1 。标准的工程用电阻温度计，俄罗斯的型号为：铂电阻温度计型号为Ten ,而铜电阻温 度计为TCM。在0C时温度计的电阻：铂电阻为1.5, 5、50、100Q，铜电阻为10、15或

23、 100Q。电阻温度计分为 A 、 B 和 C 三个允许误差等级。允许误差等级被认为是变送器的综合特性，它决定于在0C情况下R的电阻容许偏差，0比值R /R 在100C和0C时的电阻比以及与额定值之间的温度测量误差At。铂或 100 0铜的纯度及变送器的制造质量决定了精度等级。电阻温度计基本误差允许值的范围在一般情况下不应超过表3.5-3中At值。表 3.5-3 电阻温度变送器基本误差允许值范围变送器型号允许等级温度测量范围，C对温度t允许偏差铂电阻t c nA从一260 到一250 C3.0从一250 到一200 C1.0从一200 到 + 750C0.15+0.002tB从一200 到+1

24、1000.30+0.005tC从一100 到+11000.60+0.008t铜电阻T c MB从一200 到 + 2000.25+0.0035tC从一200 到 + 2000.50+0.0065t4电阻温度计的构造目前应用得最多的电阻温度计由热电阻丝，支持电阻丝的骨架，电绝缘物保护套管以 及带有接线端子的头部组成。即铠装结构。电阻温度计有单支和双支之分，即装有一个和两个敏感元件的温度计。最近，在一般 的保护套管中安置有两个相同的敏感元件，分别接到装在不同场所两台独立的仪表上。为 了在安装地点固定温度计，应具有活动的和固定的细纹管接头。铂电阻温度计的敏感元件 长为 30120mm ，铜电阻温度计

25、为 60mm。图3.5-2所示为TCn -5071型铂电阻温度计的结构图，可用它来测量温度范围为一 260750 C的液体，气体和蒸汽温度。敏感元件是由细铂丝绕成螺旋线装入带毛细孔多根瓷管 2 内，管子的两头用塞子 3 和 4 封住，带螺旋线的多根管另加陶瓷虾米填满，同时起绝缘作用并使螺旋线架起来。螺 旋线的两端与引出线焊牢。敏感元件装入外径为10mm的OX13或X18H10T不锈钢保护套管7内，引出线用瓷珠 8和9绝缘。保护套管内的自由空间用氧化铝 10填满。用钢衬套11将保护管与防水头2 连接起来，在防水头内引出线与两个供外接线的螺钉接线端子接在一起，并用密封胶 13 封住。温度计备有螺纹

26、管接头 142共固定用。带有可动螺纹管接头的温度计，介质压力容许限定为0.4Mpa。带有不可动管接头的为 6.4Mpa。带有不可动接头的温度计可以装在保护外壳中，这时介质容许限定压力为50Mpa， 温度计的安装长度L与螺纹接头的位置有关，一般为1202000mm，温度计的惯性为40s, 而在保护外壳内的电阻温度计为 2min。温度计不装在保护外壳内时，介质容许流速对水为15m/sec，对蒸汽为25m/sec。采用 保护外壳时限定压力为25和50Mpa，介质容许流速相应地：对水为20和700m/sec，而对 蒸汽为 40 和 120m/sec。图3.5-2 TCn型铝电阻温度计5电阻温度计电阻值

27、的测量电阻温度计电阻值的测量，在实验室中常用手动电位差计和手动平衡电桥，在工业上 常用不平衡电桥和自动平衡电桥以及磁电式比率计。(1)平衡电桥法如图 3.5-3 所示为用平衡电桥测量电阻的原理线路，图中 R , R 是两个锰铜丝绕制的23已知电阻(通常R = R ) R为可变电阻，R为热电阻，R为连接导体的电阻，G为检2 3 1 t c流计，E为直流电源。电桥平衡时，R R = R (R + R )1 3 2 t L R = R，所以可得R = R -R，因此可以在滑线变电器R上进行电阻或温度的 2 3 t 1 L 1刻度。或图3.5-4中所示：电桥平衡时，R (R + R ) = RR，即1

28、 T 口23(3.5-6)从 3.5-6 式中可见， R 不但与 R 有关，而且与接线电阻 R 有关。而 R 或 R 是随环境温T3口L口度而变化的，必将会影响电阻温度计测量的精度。为了减小这个误差，通常采用三线制接 法。如图3.5-5或（图3.5-6）所示。此时电桥的平衡条件为RR +0.5R1） =R少3 +0-5R1）， 其中R = R。122）不平衡电桥法：R2，R3 为abMMt三个固定的桥臂， RM 是测量仪表的电阻，上述四个电阻均为常数。Mttab(3.5-7)如图3.5-7所示为用不平衡电桥测量电阻的原理线路。图中E为电源，叫,（3）自动平衡电桥法：（电子平衡电桥）如图 3.5

29、-8 所示为自动平衡电桥的方框图，图 3.5-9 为自动平衡电桥的测量线路t R电桥不平衡T电桥输出电压通过放大器放大推动可逆电机举动滑线电阻向t图 3.5-8 电子平衡电桥的方框图上的滑点移动改变两个桥背的比值，直到电桥在新的情况又达到平衡，同时可逆电器举动 指率指出温度的数值。（4）磁电式比率计图3.5-10所示为测量电阻温度计电阻比率计的原理图：测量线路由两个并联支路I和 II及电源构成。两个支路中电流I1和I2产生磁场与基本磁场作用产生的旋转力矩M1和M2, 反方向地作用在两个动框上，若R + R R + R + R，则1 =1。plp 2T 口12图 3.5-9 电子平衡电桥的测量检

30、路当动框R和R处于相对于极单化对称位置时，M和M相等，这时确定R值,p1p 2 1 2 T比率计处于平衡状态，其指针停在标度盘的中央。当t Tt R Tt I M M t M J M Tt在新的位置上平衡。t21212电阻温度计的四线制接法：接线，列准确度要求更高的场合，往往采用四线制接法；如图3.5-11所示：热电阻竹的四根导线电阻分别为C、c、T、t，按图（a）出回路方程：I (R + R + C + c) + IC = I(R + T + R + c) +1 c1(3.5-8)1 2 1t卩）图3.5-11四线制测量线路图由于R = R，23上述可写成：电桥平衡时11 = I；R + C

31、 二 T + R1t按图（b）接线，同理可得出回路方程式：(3.5-9)I1(R2 + R+ T +1) +1 t 二 I (R + C + R +t) +1 t223t2(3.5-10)由于笃=R3，电桥平衡时：12.有 R+ T 二 C + Rtt由(3.5-9)和(3.5-11)式可求得R = （R + R ）/2（3.5-12）t 1 16电阻温度计在核电厂的应用电阻温度计至今未被广泛应用到堆芯温度的测量中，其原因是在较高的核辐射场中金 属电阻会发生变化，而且变化的数值是辐射型式以及辐射期间和辐射之后金属温度的复杂 的函数，同时普通的电阻温度计比热电偶大得多，不便于应用到堆芯，然而电阻

32、温度计常 用于堆进出口冷却剂温度的测量工作中。因为这时处于较低的核辐射场中。（1）核电厂反应堆冷却剂回路温度的监测。 采用旁路测量的方法，冷却剂温度用于堆控制和保护系统。（2）热电阻在核电厂常规岛的应用，用于汽轮发电机组轴承油温度和汽机推力瓦工作 及非工作面温度的测量以及发电机定子线圈温度测量（铜电阻）；铂电阻用于回路回水加热 器进出口水温和发电机铁芯温度的检测。3.6 热电偶温度计热电偶温度计是目前温度检测中应用最广泛的传感元件之一，这具有结构简单，测量 范围宽，准确度高，热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点，同时它不 仅能用来测量流体的温度而且还能用来测量固体以及固体壁面的温

33、度，微型热电偶还可用 于快速及动态温度的测量。1 热电偶温度计工作原理两种不同性质的导体或半导体组合闭合回路，若导体 A 和 B 连接处温度不同，例如TT，则在回路中就有电流产生，即有电动势存在，我们把这种现象叫做热电效应。这 0种现象是 1821 年塞贝克首先发现的，所以又称为塞贝克效应。所产生的电动势称为热电势。(1) 接触电势 由于两种导体或半导体材料的不同，当它们相互接触时，由于其内部电子密度不同，例如导体 A 的电子密度 N 大于导体 B 的电子密度 N ，则会有一些电子从 A 跑到 B 中， AB当然导体B的电子也会向导体A扩散，但总体来说导体A的电子跑到导体B的电子要比 导体B跑

34、到导体A的电子多，结果A失去电子而带正电，B得到电子而带负电，这就形 成了所谓扩散电流，使得A侧电子数减少，B侧电子数增加。这样就形成了一个由A向B 的静电场，它将阻止电子进一步由A向B扩散，允许电子由B向A扩散，达到平衡时，AB 间就形成了一个固定的接触电势，如图 3.6-3 所示。它的大小主要决定于温度和 A、B 材料的性质，根据物理学有关理论推导，接触电势可用下式表示：KT NE (T) = In 圧(3.6-1)ABe NBT式中：e单位电荷；K波示兹曼常数T两导体接触处的绝对温度，K(2) 温差电势温差电势是由于导体或半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，例如

35、导体A的tt0。则两端电子的能量也不同，温度越高电子能量越大，能量较大 的电子会向能量较小的一端跑，这就会形成一个由高温端向低温端的静电场，静电场阻止 电子继续向低温端迁移，最后达到一个动态平衡状态，导体两端便产生一个相应的电势差， 即温差电势，如图 3.6-3所示。温差电势与温度有关，可用下列式子表示：K1E (t, t ) = Jd(N -1)(3.6-2)A 0e to NAA将两根不同性质的导体 A 和 B 焊接组成一个闭合回路，称之为热电偶，如图示，图中E(t, t) = e(t) + e(t, t) e(t) e(t, t)(3.6-4)AB 0 AB B 0 AB 0 A 0将(

36、3.6-3)式代入(3.6-4)得E (t, t )二e (t) + e (t) e (t )AB 0 AB B B 0e (t ) e (t) + e (t )AB 0AA 0-e (t) + e (t) e (t)ABBAe (t ) + e (t ) e (t )AB 0 B 0 A 0=f (t) f (t )(3.6-5)AB AB 0式中E (t,t )称为总的热电势，f It)及f (t )称为分热电势。AB 0 AB AB 0若使热电偶的一个接点温度t保持不变，则上式中f (t )为常数，设为C,则有0 AB 0E (t,t ) f (t) C(3.6-6)AB 0 AB可见E

37、 (t,t )只和温度t有关，因此，测量热电势的大小，就可求得温度t的数值， AB0这就是热电偶温度计的工作原理。E (t,t )中的A、B称为热电极，t称为自由端、参比端、冷端，而t端称为工作端,AB00测量端、热端，A和t分别称为正极和高温端，B和t分别称为负极和低温端。如果它们 o的前后位置有一个互换，则热电势极性相反。2热电偶的基本定律(1) 均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路不论导体的截面积如何以及各处的温度分布如何，都 不能产生热电势。二个推论： 热电偶必须有两种不同性质的材料构成； 由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，则证明该材料是不均 匀的，据此，可检查

38、热电极材料的均匀性。(2) 中间导体定律 由不同材料组成的闭合回路中，当各种材料接点温度都相同时，则回路中热电势的总 和等于零，由此定律可以得到以下的推论： 在热电偶回路中加入第三、四种物质导体，只要加入导体的两端温度相等， 则 无论加入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势大小。证明：E f (t) +f (t ) +f (t )ABC ABBC 0 CA 0 f (t)+f (t)+f (t) = 0AB 0 BC 0 CA 0.f (t)+f (t) = -f (t)BC 0 CA 0 AB 0代入上述 E 表示式中ABCE = f (t) - f (t ) = E (t, t

39、 )ABC AB AB 0 AB 0 若导体 A ，B 对导体 C 的热电势为已知，则这两种导体组成的热电偶的热电势是它 们对C导体热电势的代数和。(3) 中间温度定律热电偶在接点温度为t,t时的热电势等于该热电偶在接点温度为t,t和t ,t的相应的0 n n 0 热电势的代数和，即E (t, t ) = E (t,t ) + E (t , t )(3.6-7)AB 0 AB n AB n 0证明：E (t,t ) = f (t) - f (t )AB n AB AB nE (t , t ) = f (t ) - f (t )AB n 0 AB n AB 0两式相加得：E (t, t ) +

40、E (t , t ) = f (t) - f (t )AB n AB n 0 AB AB 0=E (t, t )AB 0在(3.6-7)式中，若10 =01，则有E (t,t )二 E (t,0) E (t ,0)(3.6-8)AB n AB AB n由此可见，只要有了参比端为0C的热电偶的分度表，利用此式就可以求出参比端为 任何温度的热电偶热电势。3热电偶冷端温度的处理 由热电偶的测温原理知道，热电偶电势的大小不但与热端温度有关，而且与参比端温 度有关，只有在参比端温度恒定的情况下，热电势才能正确反映热端温度大小，因此对参 比端(冷端)温度必须加以处理，通常有下列几种方法：(1)计算法(热电

41、势修正法)冷端温度不是0C情况下，用下列公式进行修正：E (t,0)二 E (t, t ) + E (t ,0)AB AB 0 AB 0（2）仪表机械零点调整法 若热电偶冷端温度比较恒定或者变化缓慢，且与之配套的毫伏计机械零点调整方便， 则可用此法来实现冷端温度的补偿。即预先测知冷端温度，然后将仪表的机械零点从仪表 起始点温度调至测知的冷端温度，例如t T t，这相当于输入一个电势E（t ,t ），使得 0 n n 0 接入热电偶后输入仪表的电势为E（t,t ） = E（t,t ） + E（t ,t ），因此仪表的指针就能指出 0 n n 0 热端的温度 t。（3）补偿导线法 用热电性质和原来

42、热电偶相同的贱金属丝将热电偶的冷端延长到温度稳定的地方，这 种贱金属丝称为补偿导线（例如CD）。补偿导线CD必须满足下列条件。 在0100内，由CD组成的热电偶和由AB组成的热电偶的热电性质相同； C和A，B和D相接的两个接点温度t必须相同，而且t 100；11 价格便宜； 使用补偿导线时要注意正极与正极相接，负极和负极相接。（ 4）冷端温度恒温法即将冷端置于恒温器中，通常恒温为0C, 20C, 50C。有冰点槽法和恒温箱法。（5）冷端温度补偿器（补偿电桥法） 工作原理：补偿器是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化而引起 的热电势的变化，如图 3.6-5 所示。图 3.6-5 带补

43、偿盒测量通道线路图 冷端温度补偿器的计算：Rg （限流电阻）二aE(t, t )00(賦10) -1(Q)(3.6-9)a式中 a =oa 二 4.25 x 10-3 / 0 ct0 1 + a t000a t t时铜电阻的电阻温度系数；t00a o T t = 0 C时铜电阻的电阻温度系数。4热电偶的类型和分度 同样，热电偶有标准化热电偶和非标准化热电偶。标准化热电偶是指已由国家标准规 定其温度热电势关系及允许误差的热电偶。标准化热电偶温度计的热电势与温度之间的关系有二种表示方式：一种是用对应关系 曲线，二种是用分度表的形式表示。（1）铂铑 10铂热电偶分度号：LB-3 （或S）,国际实用温

44、标中作为基准热电偶。测量范围：1000 C以上，长期达1300 C，短期达1600 Co（ 2 ）镍铬镍硅（镍铬镍铝）热电偶分度号：EU-2 （或K）,热电势较大测量范围：1000 C，短期达1300 Co（3）镍铬-考铜热电偶分度号：EA-2 （或XK）,热电势大测量范围：长期达600C,短期达800C（4）铂铑 30-铂铑 6 热电偶分度号： LL- 2（或 B）测量范围：长期达1400 C1600 C,短期达1800 Co（5）铜-康铜热电偶分度号：CK （或T）测量范围：一2000 C300 C 核电厂使用的标准热电偶温度计是镍铬-镍铝（镍铬-镍硅） 分度号为：EU-2 （K）或TXA

45、以及镍铬一考铜，分度号为EA-2 （或XK）或TXK。 其分度表如表3.6-1及3.62所示，热电势一温度曲线如图3.6-6所示。5热电偶材料和热电偶温度计的结构特性（ 1 ）材料热电偶材料要求尽可能具备： 热电性质稳定不受内部结构变化及表面沾污的影响； 抗高温、氧化及其它有害因素的作用； 导电性好及电阻系数小； 温度与热电势的关系要一致并尽可能线性； 为了保证温度计的互换性，成分要一致与稳定。(2)结构热电偶温度计的结构有多种形式，常用的有下列三种形式： 普通型热电偶 通常用于测量容器或管道内介质的温度，其结构主要包括三个分：热电偶，保护套管 和绝缘子。 铠装热电偶 这种热电偶应用广泛，体积

46、小。是把保护套管、绝缘材料与热电偶丝组合在一起拉制 而成的，亦称为套管热电偶。套管中的热电偶丝有单丝、双丝和四丝等几种，彼此之间由 绝缘物隔开。 薄膜热电偶 这种热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶。测量端既小又薄， 热容量小，可用于微小面积上的温度测量，动态响应快，可测量瞬变的表面温度。对TXA型(K型)和TXK (XK)型温度计采用钢保护套管，对用在温度为600C以 下的采用碳钢套管，而用在1000 C以上的采用不锈钢和抗锈钢。温度计的头，拧上可卸的盖并具有一般水密封结构，这个头由胶木或铝制成并与保护 套管打开的端头刚性连接。在头内装备了与外部的连接导线和为了外部导线引入的

47、密封接 头。表 3.6-1 镍铬镍硅热电偶分度表分度号：EU-2,K(参比端温度为0C)工作端温度(C)热电势(mV)工作端温度(C)热电势(mV)EU-2KEU-2K-50-1.86-1.8891004.104.095-40-1.50-1.5271104.514.508-30-1.14-1.1561204.924.919-20-0.77-0.7771305.335.327-10-0.39-0.3921405.735.733-0-0.00-0.0001506.136.137+00.000.0001606.536.539100.400.3971706.936.939200.800.7981807

48、.337.338301.201.2031907.737.737401.611.6112008.138.137502.022.0022108.538.537602.432.4362208.938.938702.852.8502309.349.341803.262.2662409.759.745903.683.68125010.1510.56010.151工作端温度(C)热电势(mV)工作端温度(C)热电势(mV)EU-2KEU-2K26010.5610.56062025.7525.75127010.9710.96963026.1826.17628011.3811.38164026.6026.59

49、929011.8011.79365027.0327.02230012.2112.20766027.4527.44531012.6212.62367027.8727.86732013.0413.03968028.2928.28833013.4513.45669028.7128.70934013.8713.87470029.1329.12835014.3014.29271029.5529.54736014.7214.71272029.9729.96537015.1415.13273030.3930.38339015.9915.97474030.8130.79940016.4016.39575031

50、.2231.21441016.8316.81876031.6431.62942018.2517.24177032.0632.04243017.6717.66478032.4632.45544018.0918.08879032.8732.86645018.5118.51380033.2933.27746018.9418.93881033.6933.68647019.3719.36382034.1034.09548019.7919.78883034.5134.50249020.2220.21484034.9134.90950020.6520.64085035.3235.31451021.0821.

51、06686035.7235.71852021.5021.49387036.1336.12153021.9321.91988036.5336.52454022.3522.34689036.9336.92555022.7823.77290037.3337.32556023.2123.19891037.7337.72457023.6323.62492038.1338.12258024.0524.05093038.5338.51959024.4824.46794038.9338.91560024.9024.90295039.3239.31061025.3225.32796039.7239.703工作端

52、温度(C)热电势(mV)工作端温度(C)EU-2K97040.1040.096118098040.4940.488119099040.8840.8971200100041.2741.2641210101041.6641.6571220102042.0442.0451230103042.2342.4321240104042.8342.8171250105043.2143.2021260106043.5943.5851270107043.9743.9681280108044.3444.3491290109044.7244.7291300110045.1045.1081310110045.4845.

53、4861320112045.8545.8631330113046.2346.2381340114046.6046.6121350115046.9746.9851360116047.3447.3561370117047.7147.726热电势(mV)FU-248.0848.4448.8149.1749.5349.8950.2550.6150.9651.3251.6752.0252.37K48.09548.46248.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.04952.39852.74753.09353.43953.78254.1

54、2554.46654.807表 3.6-2 镍铬考铜热电偶分度表分度号：EA-2 XK(参比端温度为0C)工作端 温度(C)mV工作端 温度(C)mV工作端 温度(C)mV工作端 温度(C)mV工作端 温度(C)mV-50-3.111006.9530022.99050040.1570057.741107.6931023.7451041.0271058.57-40-2.50591208.4332024.5952041.90720471309.1833025.4453042.7873060.33-30-1.891409.9334026.3054043.6774061.20-20-1.2715010

55、.6935027.1555044.5575016011.4636028.0156045.44760-10-0.6417012.2437028.8857046.3377018013.0338029.7558047.22780-0-0.0079019013.8339030.6159048.11+00.0020014.6640031.4860049.01800100.6521015.4841032.3461049.89201.3122016.3042033.2162049.89301.9823017.1243034.0763051.64402.6624017.9544034.9464052.51503.3525018.7645035.8165053.39604.0526019.5946036.6766054.26704.7627020.4247037.5467055.12805.4828021.2448038.4168056.00906.2129022.0749039.2869056.876