CH 10 溫度的測量課件

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1、CH 10 溫度的測量第第1010章章 溫度的測量溫度的測量Temperature Measurement10.0 序序 (Introduction)10.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)和測量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)和測量方法 (Temperature Standard and Its Measuring Method)10.2 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (Thermocouple Based Thermometer)10.3 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (Thermo-Resistor Based Thermometer)10.4 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (Non-contacted Measuring of Tem

2、perature)CH 10 溫度的測量溫度是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一。溫度是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一。溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當(dāng)兩個(gè)物體互為熱平衡溫度的宏觀概念是表示物體的冷熱程度，當(dāng)兩個(gè)物體互為熱平衡時(shí)其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)的平均強(qiáng)度的表時(shí)其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)的平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈，其溫度表現(xiàn)越高。10.0 序序 (Introduction)CH 10 溫度的測量10.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)和測量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)和測量方法 (Temperature Standard and Its Measuri

3、ng Method)10.1.1 溫度的測量方法溫度的測量方法 接觸式測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換達(dá)到熱平衡，這時(shí)，感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。非接觸測溫通過輻射進(jìn)行熱交換，可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，便于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 溫度測量可分為接觸式和非接觸式測量。 接觸式測溫直觀可靠。但因測溫元件與被測介質(zhì)之間的熱交換需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象；受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度

4、測量。感溫元件會(huì)影響被測溫度場的分布，接觸不良等也會(huì)帶來測量誤差。另外，腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。CH 10 溫度的測量測量方式 儀表名稱測溫原理精度范圍特點(diǎn)測溫范圍/接觸式測溫儀表雙金屬溫度計(jì)固體熱膨脹變形量隨溫度變化12.5 結(jié)構(gòu)簡單，指示清楚，讀數(shù)方便；精度較低，不能遠(yuǎn)傳-100600一般-80600壓力式溫度計(jì)氣(汽)體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化12.5 結(jié)構(gòu)簡單可靠，可較遠(yuǎn)距離傳輸T0），則在回路中會(huì)產(chǎn)生電流。這個(gè)物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)，相應(yīng)的電動(dòng)勢稱為塞貝克電動(dòng)勢。回路中產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢大小僅與組成回路的兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的材料性質(zhì)及兩個(gè)接

5、點(diǎn)的溫度T、T0有關(guān)，熱電動(dòng)勢用符號EAB(T, T0)表示。 CH 10 溫度的測量在熱電偶回路中，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢由兩部分組成：溫差電動(dòng)勢和接觸電動(dòng)勢。 l 溫差電勢 + + A + TT0EsEA(T, T0)當(dāng)一根均質(zhì)金屬導(dǎo)體 A上存在溫度梯度時(shí)，處于高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，所以從高溫端向低溫端移動(dòng)的電子數(shù)比從低溫端向高溫端移動(dòng)的電子數(shù)多得多。結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負(fù)電，在高、低溫兩端之間便形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場Es 。這個(gè)靜電場將阻止電子進(jìn)一步從高溫端向低溫端移動(dòng)，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移而建立相對的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生

6、的電位差稱為溫差電動(dòng)勢。 溫差電動(dòng)勢用 EA(T, T0)表示。括號中T和T0的順序決定了電動(dòng)勢的方向。 ),(),(0A0ATTETTE熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (2/17)CH 10 溫度的測量TTTTNTNeKTTE0)(d)(1),(AA0A式中： EA(T, T0)和EB(T, T0) 導(dǎo)體A和B在兩端溫度分別為T和T0時(shí)的 溫差電動(dòng)勢； e 電子電荷量，e=1.61019C。 K 玻爾茲曼常數(shù)，K1.381023J/K。 NA(T)和NB(T) 金屬導(dǎo)體A和B在溫度為T時(shí)的電子密度。 上述兩式表明，溫差電動(dòng)勢的大小只與導(dǎo)體的種類及導(dǎo)體兩端溫度。EA(T, T0)可表示為TTTTNT

7、NeKTTE0)(d)(1),(BB0B同理：熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (3/17)CH 10 溫度的測量l 接觸電勢 +A +EsEAB(T) B當(dāng)兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，由于兩者電子密度不同，如 NA NB，則在接觸面處產(chǎn)生自由電子擴(kuò)散現(xiàn)象，從A到B擴(kuò)散的電子數(shù)比從B 到A的多，導(dǎo)致導(dǎo)體 A、B接觸處形成一個(gè)由A到B的靜電場Es ，阻止電子擴(kuò)散的繼續(xù)進(jìn)行，并加速電子向相反的方向轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子擴(kuò)散的能力與靜電場的阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)， A 、B 之間所形成的電位差稱為接觸電動(dòng)勢。A和B的接觸點(diǎn)在溫度為T時(shí)的接觸電動(dòng)勢用符號EAB(T)表示，其腳注AB的順序代表電位差的方向。)()(ln)(BA

8、ABTNTNeKTTE式中：e 電子電荷量，e=1.61019 C。 K 玻爾茲曼常數(shù)，K1.381023 J/K。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (4/17)CH 10 溫度的測量l 熱電偶回路的熱電動(dòng)勢 當(dāng)兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體A和B首尾相接組成閉合回路時(shí)，如果 NA NB， 而且T T0，則在這個(gè)回路內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)接觸電動(dòng)勢EAB(T)、 EAB(T0)和兩個(gè)溫差電動(dòng)勢EA(T，T0)、 EB(T，T0)。熱電偶回路的熱電動(dòng)勢EAB(T，T0)為),()(),()(),(0A0AB0BAB0ABTTETETTETETTETTTTNTNeKTNTNeKT0)(d)(1)()(lnBBBATTTT

9、NTNeKTNTNeKT0)(d)(1)()(lnAA0B0A0TTNTNeKTTETTd)()(ln),(0BA0AB即熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (5/17)CH 10 溫度的測量由于溫差電動(dòng)勢比接觸電動(dòng)勢小，而又有T T0，所以在總電動(dòng)勢EAB(T, T0)中，EAB(T)所占的比例最大，總電動(dòng)勢方向取決于 EAB(T) 的方向。在熱電偶的回路中，因NA NB，所以導(dǎo)體A為正極，B為負(fù)極。易見當(dāng)熱電極的材料一定時(shí)，熱電偶的總電動(dòng)勢EAB(T, T0)僅是兩個(gè)接點(diǎn)溫度T和T0的函數(shù)差，可表示為TTNTNeKTTETTd)()(ln),(0BA0AB由式：)()(),(0ABAB0ABTfTf

10、TTE若 T0 恒定，則 fAB(T0)為常數(shù)，熱電動(dòng)勢只與熱電偶測量端的溫度 T 成單值函數(shù)關(guān)系，即)()(),(ABAB0ABTCTfTTE通常，熱電偶的熱電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系，都是規(guī)定熱電偶冷端溫度為 0 時(shí)，按熱電偶的不同種類，分別列成表格形式，這些表格稱為熱電偶的分度表。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (6/17)CH 10 溫度的測量10.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律l 均質(zhì)導(dǎo)體定律 如果只用一種均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，則不論其導(dǎo)體是否存在溫差，回路中均不會(huì)產(chǎn)生電流（即不產(chǎn)生電動(dòng)勢）；反之，如果回路中出現(xiàn)電流，則證明此導(dǎo)體是非均質(zhì)的。 推論 1：組成熱電偶的材料必須是均質(zhì)導(dǎo)體，否則

11、將會(huì)給測量帶來附加誤差。推論 2：熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B組成，否則即使兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同，在回路中也不會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢。 l 中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料的導(dǎo)體后，只要中間接入的導(dǎo)體兩端具有相同的溫度，就不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (7/17)CH 10 溫度的測量l 中間溫度定律 熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢 EAB(T1, T3)等于熱電偶 AB在接點(diǎn)溫度為T1、T2和T2、T3時(shí)熱電動(dòng)勢EAB(T1, T2)和EAB(T2, T3)的代數(shù)和，即 EAB(T1, T3)EAB(T1, T2)EAB(T2, T3

12、)中間溫度定律為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎(chǔ)。而且，這條基本定律也是工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)，因?yàn)橹灰ヅ渑c熱電偶的熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，便可使熱電偶的冷端遠(yuǎn)離熱源，而不影響熱電偶的測量精度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (8/17)CH 10 溫度的測量10.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶l 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 工業(yè)用熱電極材料應(yīng)滿足以下要求：1) 物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，溫差電特性顯著，復(fù)現(xiàn)性好，同種材料的電極之間具有良好的互換性，且不為測溫介質(zhì)所腐蝕，高溫下不被氧化。2) 電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高，組成電偶對輸出的溫差電動(dòng)勢大，且與溫度呈線性或簡單的函數(shù)關(guān)系，以便于提高儀表的靈敏度和

13、準(zhǔn)確度，并便于儀表的刻度和測量。3) 材質(zhì)均勻，塑性好，易拉絲，成批生產(chǎn)。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (9/17)CH 10 溫度的測量n 鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號B）也稱雙鉑銠熱電偶，是典型的高溫?zé)犭娕肌Ｒ糟K銠30（ 鉑 70% ，銠30%）為正極，鉑銠6（鉑 94%，銠 6%）為負(fù)極。由于兩個(gè)熱電極都是鉑銠合金，因而提高了抗污染能力和機(jī)械強(qiáng)度，在高溫下其熱電特性較為穩(wěn)定，宜在氧化性和中性介質(zhì)中使用。長期使用的最高溫度可達(dá)1 600 ，短期使用溫度可達(dá)1 800 。這種熱電偶的熱電動(dòng)勢較小，因此冷端溫度在40以下使用時(shí)，一般不必進(jìn)行冷端溫度的補(bǔ)償。 n 鉑銠10-鉑熱電偶（分度號S）鉑

14、銠10為正極，純鉑絲為負(fù)極。適宜在氧化性及中性介質(zhì)中長期使用。其測溫上限長期使用可達(dá)1 300 ，短期可達(dá)1 600 。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢較小，價(jià)格昂貴，機(jī)械強(qiáng)度低；不宜在還原性介質(zhì)中使用。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (10/17)CH 10 溫度的測量n 鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號K） 以鎳鉻合金為正極，鎳鋁 (或鎳硅)合金為負(fù)極，是一種廉價(jià)金屬熱電偶。具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性；復(fù)現(xiàn)性較好；熱電動(dòng)勢大；熱電動(dòng)勢與溫度關(guān)系近似于線性關(guān)系；其成本較低，雖然測量精度不高，但能滿足工業(yè)測溫的要求，是工業(yè)上最常用的熱電偶；其長期使用的最高溫度為1 000 ，短期使用溫度可達(dá)1 200 。 n

15、 鎳鉻-康銅熱電偶（分度號F） 以鎳鉻合金為正極，康銅(含鎳40%的鎳銅合金)為負(fù)極。由于康銅在高溫下容易氧化，其測溫范圍為 -200870 。熱電動(dòng)勢大，價(jià)格便宜，低溫下性能穩(wěn)定，尤其適宜在0 以下使用。 n 銅-康銅熱電偶（分度號T） 以純銅為正極，康銅為負(fù)極，其測溫范圍為 -200300 。銅熱電極容易氧化，一般在氧化性氣體中使用不宜超過300 。其熱電動(dòng)勢較大，熱電特性良好，材料質(zhì)地均勻，成本低。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (11/17)CH 10 溫度的測量l 熱電偶的結(jié)構(gòu) 普通型熱電偶 由熱電極、絕緣子、保護(hù)套管及接線盒四部分組成。常用的有螺紋和法蘭兩種連接方式，還有卡套等連接方式

16、。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (12/17)CH 10 溫度的測量鎧裝熱電偶 將熱電偶絲與絕緣材料及金屬套管經(jīng)整體復(fù)合拉伸工藝加工而成可彎曲的堅(jiān)實(shí)組合體。鎧裝熱電偶較好地解決了普通熱電偶體積及熱慣性較大，在彎曲結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對象上不便安裝等問題 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (13/17)CH 10 溫度的測量l 熱電偶的冷端補(bǔ)償熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。為此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正。n 冰浴法 將熱電偶冷端置于冰點(diǎn)恒溫槽中，使冷端

17、溫度恒定在0時(shí)進(jìn)行測溫。冰浴法適用于實(shí)驗(yàn)室或精密溫度測量。 n 冷端溫度修正 熱電偶分度表是以冷端溫度為 0 為基礎(chǔ)而制成的，如果直接利用分度表，根據(jù)顯示儀表的讀數(shù)求得溫度必須使冷端溫度保持為0。如果冷端溫度不為0，如冷端溫度恒定在T0 0 時(shí)，則測得的熱電勢將小于該熱電偶的分度值，為了求得真實(shí)溫度，可利用 EAB(T1, T3) EAB(T1, T2)EAB(T2, T3)修正。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (14/17)CH 10 溫度的測量n 冷端補(bǔ)償導(dǎo)線 用補(bǔ)償導(dǎo)線代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長部分，使冷端移到離開被測介質(zhì)較遠(yuǎn)的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性須與所取代的熱電偶絲一樣。 補(bǔ)償導(dǎo)線

18、在測溫回路中的連接 注意，對于具有補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶，其冷端溫度應(yīng)該是補(bǔ)償導(dǎo)線的末端溫度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (15/17)CH 10 溫度的測量常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100 冷端為0 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢/mV正極負(fù)極材料顏色材料顏色鉑銠-鉑銅紅鎳銅白0.640.03鎳鉻-鎳硅銅紅康銅白4.100.15鎳鉻-康銅鎳鉻褐綠康銅白6.950.30銅-康銅銅紅康銅白4.100.15熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (16/17)CH 10 溫度的測量n 冷端補(bǔ)償器 利用不平衡電橋所產(chǎn)生的不平衡電壓來補(bǔ)償熱電偶參考端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢的變化。 限流電阻 冷端溫度與電阻 Rcu 所

19、處的溫度一致。在常溫下（取冷端溫度t0 20 ）使電橋平衡，當(dāng)t0偏離20 ，如 t0升高時(shí)，Rcu 隨t0 升高而增大，則橋路輸出uab也隨之增大, 而熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢隨 t0 的升高而減小。適當(dāng)選擇橋路電流, 使uab的改變量與熱電動(dòng)勢的改變量相同，使uab與熱電動(dòng)勢疊加后保持電動(dòng)勢不變，從而實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償。 采用這種溫度補(bǔ)償電橋時(shí)，應(yīng)將顯示儀表的零位預(yù)先調(diào)整到電橋平衡溫度。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (17/17)CH 10 溫度的測量10.3 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (Thermo-Resistor Based Thermometer)金屬材料或半導(dǎo)體材料的電阻值會(huì)隨著溫度而變

20、化，電阻值和溫度之間具有單一的函數(shù)關(guān)系。利用這一函數(shù)關(guān)系來測量溫度的方法，稱為熱電阻測溫法，而用于測溫的材料稱為熱電阻。熱電阻性能穩(wěn)定，測量精度高。工業(yè)上廣泛用于測量-200850 范圍內(nèi)的溫度。制作電阻的金屬和合金應(yīng)具有以下條件：溫度系數(shù)較高，電阻溫度關(guān)系線形良好，材料的化學(xué)與物理性能穩(wěn)定，容易提純和復(fù)制，機(jī)械加工性能好等。常用熱電阻的金屬材料有鉑、銅、鎳、銦、銠等。半導(dǎo)體材料電阻主要有鍺電阻、熱敏電阻、碳電阻等。按感溫元件的材料分，熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。CH 10 溫度的測量10.3.1 金屬電阻溫度計(jì)金屬電阻溫度計(jì)l 電阻溫度系數(shù)熱電阻材料應(yīng)具有較高的電阻溫度系數(shù)（

21、 值）。金屬的純度對電阻溫度系數(shù)影響很大，純度越高， 值越大。溫度系數(shù)的定義為1001) 1(100010000100RRRRRR0和R100分別為0 和100 時(shí)熱電阻的電阻值。 鉑的純度通常用W(100)= R100/R0表示， R100/R0越大，純度越高， 值也越大。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (2/12)CH 10 溫度的測量n 鉑熱電阻 鉑絲具有下列特點(diǎn)：純度高、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、電阻值與溫度之間線性關(guān)系好、電阻率高、機(jī)械加工性能好、長時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)0.000 1 K。 通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為 100 ， 電阻變化率為0.385 1 /。鉑電阻溫度傳感器精度高，

22、穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（ -200850 ）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。鉑電阻溫度/電阻特性： )100(1 320ttCBtAtRRt)1 (20BtAtRRt (-200 t0 ) (0 t850 )式中：Rt為t時(shí)的電阻值； R0為0時(shí)的電阻值；A、B、C為與鉑純度有關(guān)的分度常數(shù)。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (3/12)CH 10 溫度的測量n 銅熱電阻 工業(yè)用銅熱電阻的測溫范圍為 -50150 ，它的電阻-溫度關(guān)系可以近似表示為 )1 (0tRRt銅熱電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，容易得

23、到較純的銅。它具有較高的電阻溫度系數(shù) ，而且電阻和溫度的關(guān)系是線性的。國內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的分度號有Cu50和Cu100兩種，其 R0 分別為50 和100 。 缺點(diǎn)是容易氧化，因此只能在較低溫度和無水分及無腐蝕性的環(huán)境下工作。它的電阻率小，因此銅熱電阻的體積大，熱慣性也大。熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (4/12)CH 10 溫度的測量n 普通熱電阻l 熱電阻的結(jié)構(gòu)普通熱電阻n 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻1不銹鋼管；2感溫元件；3內(nèi)引線；4氧化鎂絕緣材料熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (5/12)CH 10 溫度的測量n 熱電阻引線兩線制：在熱電阻的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制。這種引線形式配線簡單，但

24、要帶入引線電阻的附加誤差，用于測量精度要求不高的場合，并且導(dǎo)線的長度不宜過長。三線制：在熱電阻的一端連接兩根導(dǎo)線的引線，另一端連接一根引線，這種引線形式為三線制。設(shè)與熱電阻Rt連接的三根引線阻值均為r。電橋平衡時(shí)， )()(312rRRrRRt如果R1=R2，則有 Rt=R3 ，即 r 的存在不影響電橋平衡。該連接方法可以消除引線電阻的附加誤差，精度高于兩線制，應(yīng)用很廣。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (6/12)CH 10 溫度的測量四線制：在熱電阻的兩端各連兩根導(dǎo)線的引線形式為四線制，在高精度測量時(shí)采用。 由恒流源供給的已知電流I 流過熱電阻 Rt ，使其產(chǎn)生電壓降U，電位差計(jì)測得 U ，便可

25、得到Rt（Rt U/I ）。盡管引線存在電阻，但有電流流過的引線上，電壓降 rI 不在測量范圍內(nèi)； 連接電位差計(jì)的引線雖然存在電阻， 但沒有電流流過， 所以四根引線的電阻對測量均無影響。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (7/12)CH 10 溫度的測量l 熱電阻測溫電路R1、R2和R3是固定電阻， Rt是熱電阻， Rref 和RFS是錳銅電阻，兩者分別等于熱電阻在起始溫度（如0）及滿度（如100）時(shí)的電阻值。首先將開關(guān)T接在位置“1”，調(diào)節(jié)R0使指示儀表指示為零；然后將開關(guān)T接在位置“3”，調(diào)節(jié)RF 使指示儀表滿度偏轉(zhuǎn)；最后將開關(guān)T接在位置“2”上，就可以正常工作。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (8

26、/12)CH 10 溫度的測量10.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的多晶半導(dǎo)體感溫元件，由過渡金屬氧化物的混合物組成。根據(jù)熱敏電阻的溫度特性劃分，熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。用于低溫的元件是由錳、鎳、鈷、銅、鉻、鐵等復(fù)合氧化物燒結(jié)而成，具有負(fù)溫度系數(shù)。用于高溫的元件是由氧化鈷等稀土元素的氧化物燒結(jié)而成，具有正溫度系數(shù)。用于溫度測量的熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度測量范圍是-100300。 熱敏電阻的形狀有珠型和片型等多種。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (9/12)CH 10 溫度的測量熱敏電阻的主要特點(diǎn)

27、：輸出信號大，靈敏度比熱電偶和金屬熱電阻高；體積小、結(jié)構(gòu)簡單、便于成形；熱容量小，響應(yīng)時(shí)間短；復(fù)現(xiàn)性好；互換性好；穩(wěn)定性好等。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (10/12)CH 10 溫度的測量l 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC，negative temperature coefficient） 電阻值隨溫度升高而呈指數(shù)降低。其電阻溫度特性表示為 )11(00eTTBTRR式中：T 被測溫度，K； T0 參考溫度，K； RT、R0 溫度分別為T和T0時(shí)的熱敏電阻阻值； B 熱敏電阻的材料常數(shù)，又稱為熱敏指數(shù)。 熱敏電阻的溫度系數(shù)： 2TB熱敏電阻溫度系數(shù)是常數(shù)B和溫度T的函數(shù)，與電阻R無關(guān)。同時(shí)， 隨

28、溫度的變化而變化。熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度較高。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (11/12)CH 10 溫度的測量l 正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC，positive temperature coefficient） 電阻值隨溫度升高而呈指數(shù)增加。其電阻溫度特性表示為 )(00eTTBTRR有的正溫度系數(shù)熱敏電阻達(dá)到某一溫度時(shí)，其阻值會(huì)突然增大，可以起報(bào)警作用。 l 臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR，critical temperature resistor） 熱電性質(zhì)與NTC相似，不同之處是在某一溫度下，其阻值急劇下降，因而可用于低溫臨界溫度報(bào)警。 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)

29、(12/12)CH 10 溫度的測量10.4 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (Non-contacted Measuring of Temperature)非接觸測溫主要是利用熱輻射來測量物體溫度。任何物體溫度高于絕對零度時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子在原子或分子內(nèi)會(huì)始終不斷地處于振動(dòng)狀態(tài)，并能自發(fā)地向外發(fā)射能量。這種依賴于物體本身溫度向外輻射能量的過程稱為熱輻射。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來，其波長的范圍極廣，從短波、X光、紫外光、可見光、紅外光到電磁波。在溫度測量中主要是可見光和紅外光。輻射測溫的物理基礎(chǔ)是基本的輻射定律，它的溫度可以和熱力學(xué)溫度直接聯(lián)系起來，因此可以直接測量熱力學(xué)溫度。 CH 10 溫度

30、的測量響應(yīng)時(shí)間短，最短可以達(dá)到微秒級，容易進(jìn)行快速測量和動(dòng)態(tài)測量。 可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙測。輻射測溫的缺點(diǎn)：不能測量物體內(nèi)部的溫度；受發(fā)射率的影響較大；受中間環(huán)境介質(zhì)的影響較大；設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格較高等。 根據(jù)測溫的原理不同，輻射測溫可以分為全輻射測溫法、亮度測溫法、紅外測溫法、光纖測溫法等。輻射測溫優(yōu)點(diǎn)：非接觸測量，測量過程中不干擾被測物體的溫度場，從而測量精度較高。 測溫范圍廣，從理論上講，輻射測溫?zé)o上限。非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (2/10)CH 10 溫度的測量10.4.1 全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)測溫的理論基礎(chǔ)是斯忒藩玻耳茲曼定律，它通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體

31、的輻射溫度。全輻射溫度計(jì)測的是被測對象的輻射溫度，在實(shí)際測量中，需要將輻射溫度換算成真實(shí)溫度。 全輻射溫度計(jì)能自動(dòng)測量溫度，其輸出量為電量，適于遠(yuǎn)傳和自動(dòng)控制，是在線溫度檢測常用的一種儀表。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (3/10)CH 10 溫度的測量隱絲式光學(xué)高溫計(jì) 10.4.2 亮度高溫計(jì)亮度高溫計(jì)亮度溫度計(jì)是根據(jù)普朗克定律，通過測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的，又稱為單波段溫度計(jì)。亮度溫度計(jì)可以分為兩類：光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。 l 光學(xué)高溫計(jì) 調(diào)整物鏡系統(tǒng)，使被測物成像在高溫計(jì)燈泡的燈絲平面；調(diào)整目鏡系統(tǒng)，使人眼清晰地看到被測物和燈絲的成像。再調(diào)整電測系統(tǒng)可變

32、電阻，改變燈絲電流，使被測物或輻射源的亮度在紅色濾光片的光譜范圍內(nèi)處于平衡，即相互間處于相同的亮度溫度。由于高溫?zé)襞菰跈z定時(shí)其亮度溫度與通入電流之間的對應(yīng)關(guān)系已知，因而可確定被測物體在紅色濾光片波長范圍內(nèi)的亮度溫度。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (4/10)CH 10 溫度的測量在使用光學(xué)高溫計(jì)的過程中，最經(jīng)常的工作是用人眼進(jìn)行亮度平衡。即通過調(diào)節(jié)電流，用人眼觀察的高溫計(jì)燈絲瞄準(zhǔn)區(qū)域均勻地消失在輻射源或被測物體的背景上，即“隱絲”或“隱滅”。亮度比較情況示意圖 在“隱絲”時(shí)，燈絲與瞄準(zhǔn)目標(biāo)相交的邊界無法分辨出來。即它們在高溫計(jì)視野上具有相同的亮度和亮度溫度。高溫計(jì)電流過高或過低都不能出現(xiàn)“隱

33、絲”，也就是不能產(chǎn)生亮度平衡。由于使用這種高溫計(jì)測溫時(shí)，必須使被測物背景與小燈泡燈絲間的亮度達(dá)到“隱絲”程度，所以這種光學(xué)高溫計(jì)又稱為隱絲式光學(xué)高溫計(jì)。非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (5/10)CH 10 溫度的測量l 光電高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)測溫靠手動(dòng)的辦法改變光學(xué)高溫計(jì)小燈泡電流，并用人眼進(jìn)行觀察，實(shí)現(xiàn)亮度平衡。該方法受到人為因素影響，導(dǎo)致測量誤差。 光電高溫計(jì)采用硅光電池作為光敏元件，代替人眼睛感受被測物體輻射亮度的變化，并將此亮度信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波放大后送檢測系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最后顯示出被測物體的亮度溫度。 與光學(xué)高溫計(jì)相比，光電高溫計(jì)具有下列特點(diǎn)：靈敏度高；準(zhǔn)確度高；使用波長

34、范圍寬；測溫范圍寬；響應(yīng)時(shí)間短；自動(dòng)化程度高等。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (6/10)CH 10 溫度的測量10.4.3 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)利用物體的單色輻射現(xiàn)象來測溫，但是它是利用同一被測物體在兩個(gè)波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性作為測溫原理的。采用比色高溫計(jì)測量物體表面溫度時(shí)，可以減少被測表面發(fā)射率的變化和光路中水蒸氣、塵埃等的影響，提高了測量精度。 在用比色高溫計(jì)測量物體溫度時(shí)，沒有必要精確地知道被測物體的光譜發(fā)射率，而只需知道兩個(gè)波長下光譜發(fā)射率的比值即可。一般說來，測量光譜發(fā)射率的比值要比測量光譜發(fā)射率的絕對值簡便和精確。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (

35、7/10)CH 10 溫度的測量單光路調(diào)制比色高溫計(jì)1 被測對象；2 透鏡；3 光敏元件；4 運(yùn)算放大器；5 顯示裝置；6 調(diào)制盤；7 電動(dòng)機(jī)；8 濾光片；9 濾光片由被測對象 1 輻射來的射線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦在光敏元件上，在光敏元件之前放置開孔的旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤6，這個(gè)圓盤由電動(dòng)機(jī)7帶動(dòng)，將光線調(diào)制成交變的。在圓盤的開孔上附有兩種顏色的濾光片8和9，一般多為紅、藍(lán)色。這樣使紅光、藍(lán)光交替地照在光敏元件上，使光敏元件輸出相應(yīng)的紅光和藍(lán)光信號，再將這個(gè)信號放大并經(jīng)運(yùn)算后送顯示儀表。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (8/10)CH 10 溫度的測量10.4.4 紅外測溫紅外測溫紅外線是一種不可見的電磁波，

36、波長約為0.751 000 m，由于其在電磁波的波譜圖中位于紅光之外，所以稱為紅外線。 紅外測溫原理與輻射測溫相同，不同是輻射測溫所選用的波段一般為可見光，而紅外測溫所選用的波段為紅外線 。紅外溫度計(jì)將被測物體表面發(fā)射的紅外波段輻射能量通過光學(xué)系統(tǒng)匯聚到紅外探測元件上，使其產(chǎn)生電信號，經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，最后以數(shù)字形式顯示溫度值。 紅外測溫方法幾乎可在所有溫度測量場合使用。例如，各種工業(yè)窯爐、熱處理爐溫度測量、感應(yīng)加熱過程中的溫度測量。尤其是鋼鐵工業(yè)中的高速線材、無縫鋼管軋制，有色金屬連鑄、熱軋等過程的溫度測量等。軍事方面的應(yīng)用，如各種運(yùn)載工具發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度測量、導(dǎo)彈紅外（測溫）制導(dǎo)、夜視

37、儀等。在一般社會(huì)生活方面，如快速非接觸人體溫度測量、防火監(jiān)測等。 非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (9/10)CH 10 溫度的測量物鏡是由橢球面-球面組合的反射系統(tǒng)，主鏡為橢球反射面，反射面真空鍍鋁，反射率達(dá)95%以上。光學(xué)系統(tǒng)的焦距通過改變次鏡位置調(diào)整，使最佳成像位置在熱敏電阻表面。次鏡到熱敏電阻的光路之間裝有透過波長215 m、傾斜45角的鍺單晶濾光片，它使紅外輻射透射到熱敏電阻上，而可見光反射到目鏡系統(tǒng)，以便對目標(biāo)瞄準(zhǔn)。機(jī)械調(diào)制片是邊緣等距開孔的旋轉(zhuǎn)圓盤，光線通過圓盤小孔照射到熱敏電阻上，圓盤由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使照射到熱敏電阻上光線強(qiáng)度為交變的，再經(jīng)熱敏電阻轉(zhuǎn)換為交流電信號以便進(jìn)行交流放大。 1 次鏡；2 主鏡；3 目鏡系統(tǒng)；4 鍺單晶濾光片； 5 機(jī)械調(diào)制片；6 熱敏電阻；非接觸式測溫法非接觸式測溫法 (10/10)