第三章 1-2 温度测量.ppt

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1、第第3 3章章 温度的测量温度的测量n3.1温标及其传递温标及其传递n3.2常用温度传感器常用温度传感器n3.3晶体管与集成温度传感器晶体管与集成温度传感器n3.4辐射式温度计辐射式温度计n3.5其他温度传感器其他温度传感器n3.6某些温度测量的方式某些温度测量的方式1一、温标一、温标温标就是衡量温度的标准温标就是衡量温度的标准尺度，它规定温度的起始尺度，它规定温度的起始点和测温的基本单位。点和测温的基本单位。1.经验温标经验温标 根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。或经验公式所确定的温标称为经验温标。(1

2、)华氏温标华氏温标 1714年德国人法勒海特年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，度，把水银温度计从把水银温度计从0度到度到l00度按水银的体积膨胀距离分成度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为份，每一份为1华氏度，记作华氏度，记作“1”。按照华氏温。按照华氏温标，则水的冰点为标，则水的冰点为32，沸点为，沸点为212。3.1 3.1 温标及其传递温标及其传递3(2)摄氏温标

3、摄氏温标1740年年瑞瑞典典人人摄摄氏氏(Celsius)提提出出在在标标准准大大气气压压下下，把把水水的的冰冰点点规规定定为为0度度，水水的的沸沸点点规规定定为为100度度。根根据据水水这这两两个个固固定定温温度度点点来来对对玻玻璃璃水水银银温温度度计计进进行行分分度度。两两点点间间作作100等等分分，每一份称为每一份称为1摄氏度。记作摄氏度。记作1。摄氏温度和华氏温度的关系为摄氏温度和华氏温度的关系为T()=1.8t+32(3-1)式中式中T华氏温度值华氏温度值;t摄氏温度值。摄氏温度值。3.1 3.1 温标及其传递温标及其传递4经经验验温温标标均均依依赖赖于于其其规规定定的的测测量量物物

4、质质，测测温温范范围围也也不不能能超超过过其其上上、下下限限(如如摄摄氏氏为为0、l00)。另另外外，经经验验温温标标存存在在主主观观性性，具具有有很很大大的的局局限限性性，很很快快就就不不能能适适应应工工业业和和科科技技等等领领域域的的测测温温需需要。要。2.2.热力学温标热力学温标1848年年 由由 开开 尔尔 文文(Ketvin)提提 出出 的的 以以 卡卡 诺诺 循循 环环(Carnotcycle)为为基基础础建建立立的的热热力力学学温温标标，是是一一种种理理想想的的理理论论温温标标，它它是是国国际际单单位位制制中中七七个个基基本本物物理理单单位位之之一一。该该温温标标把把理理想想气气

5、体体压压力力为为零零时时对对应应的的温温度度绝绝对对零零度度（是是在在实实验验中中无无法法达达到到的的理理论论温温度度，而而低低于于0K的的温温度度不不可可能能存存在在）与与水水的的三三相相点点温温度度分分为为27316份，每份为份，每份为1K(Kelvin)。热力学温度的单位为热力学温度的单位为“K”。53.3.国际实用温标和国际温标国际实用温标和国际温标经经国国际际协协议议产产生生的的国国际际实实用用温温标标，其其指指导导思思想想是是要要它它尽尽可可能能地地接接近近热热力力学学温温标标，复复现现精精度度要要高高，且且使使用用于于复复现现温温标标的的标标准准温温度度计计，制制作作较较容容易易

6、，性性能能稳稳定定，使使用用方方便便，从从而而使使各各国国均均能能以以很很高高的的准准确确度度复复现现该该温温标标，保保证国际上温度量值的统一。证国际上温度量值的统一。第第一一个个国国际际温温标标是是1927年年第第七七届届国国际际计计量量大大会会决决定定采采用用的的国国际际实实用用温温标标。此此后后在在1948、1960、1968年年经经多多次次修修订订，形形成成了了近近20多多年年各各国国普普遍遍采采用用的的国国际际实实用用温温标标称为称为(ITS一一68)。1989年年7月月第第77届届国国际际计计量量委委员员会会批批准准建建立立了了新新的的国国际际温温标标，简简称称ITS一一90。为为

7、和和IPTS一一68温温标标相相区区别别，用用表示表示ITS一一90温标。温标。7（1 1）重重申申国国际际实实用用温温标标单单位位仍仍为为K K，1 1 K K等等于于水水的的三三相相点点时时温温度度值值的的1/273.161/273.16；（2 2）把把水水的的三三相相点点时时温温度度值值定定义义为为0.010.01（摄摄氏氏度度），同同时时相相应应把把绝绝对对零零度度修修订订为为-273.15-273.15；这这样样国国际际摄摄氏氏温温度度 （）和和国国际实用温度际实用温度 （K K）关系为：关系为：（3-13-1）在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；在实际应用中，为书写方便

8、，通常直接用分别代表和；（3 3）规定把整个温标分成）规定把整个温标分成4 4个温区，其相应的标准仪器如下；个温区，其相应的标准仪器如下；0.650.655.05.0K K，用用3 3HeHe和和4 4HeHe蒸汽温度计；蒸汽温度计；3.03.024.556124.5561K K，用用3 3HeHe和和4 4HeHe定容气体温度计；定容气体温度计；13.80313.803K K961.78961.78，用铂电阻温度计；用铂电阻温度计；961.78 961.78以上，用光学或光电高温计；以上，用光学或光电高温计；（4 4）新新确确认认和和规规定定1717个个固固定定点点温温度度值值以以及及借借助

9、助依依据据这这些些固固定定点点和和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。ITS一一90基本内容为：基本内容为：89我我国国从从1991年年7月月1日日起起开开始始对对各各级级标标准准温温度度计计进进行行改改值，并从值，并从1994年元旦开始全面推行年元旦开始全面推行ITS一一90新温标。新温标。二、温度计的标定二、温度计的标定u标准值法标准值法u标准表法标准表法 世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准国际标准相对

10、比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自治区直辖市、自治区)市县计量部门的市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比温度标准定期进行下级与上一级标准对比(修正修正)、标定，据此进、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一。行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一。3.1 3.1 温标及其传递温标及其传递10三、温度传感器分类三、温度传感器分类1.根据传感器的测温方式，可分为：根据传感器的测温方式，可分为：n接触式接触式测温的基本形式。主要靠热传导。测温的基本形式。主要靠热传导。n非接触式非接触式

11、依赖辐射能来测量，分量子型和热型。依赖辐射能来测量，分量子型和热型。条件：被测物体的热容条件：被测物体的热容量远远大于温度传感器量远远大于温度传感器3.1 3.1 温标及其传递温标及其传递11接触式与非接触式测温特点比较接触式与非接触式测温特点比较 方方 式式 接接 触触 式式 非非 接接 触触 式式 测量测量 条件条件 感感温温元元件件要要与与被被测测对对象象良良好好接接触触；感感温温元元件件的的加加入入几几乎乎不不改改变变对对象象的的温温度度；被被测测温温度度不不超超过过感感温温元元件件能能承承受受的的上上限限温温度度;被被测测对对象象不不对感温元件产生腐蚀对感温元件产生腐蚀 需准确知道被

12、测对象表面发射率；被测对需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上象的辐射能充分照射到检测元件上 测量测量 范围范围 特别适合特别适合1200以下、热容大、无腐蚀性以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于对象的连续在线测温，对高于l 300以上以上 的温度测量较困难的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温，原理上测量范围可以从超低温到极高温，但但1000以下，测量误差大，能测运动物以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度体和热容小的物体温度 精精 度度 工业用表通常为工业用表通常为1.0、0.5、0.2及及0.1级，级，实验室用表可达实验

13、室用表可达0.01级级 通常为通常为1.0、1.5、2.5级级 响应响应 速度速度慢，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 其它其它 特点特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温度物

14、体表现温度(需进一步转换需进一步转换)；不易组成；不易组成测温、控温一体化的温度控制装置测温、控温一体化的温度控制装置 12P35表表31各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围13一、热膨胀式温度传感器一、热膨胀式温度传感器根根据据测测温温转转换换的的原原理理，接接触触式式测测温温又又可可分分为为膨膨胀胀(包包括括液液体体和和固固体体膨膨胀胀)式式，热热阻阻(包包括括金金属属热热电电阻阻和和半半导导体体热电阻热电阻)式、热电式、热电(包括热电偶和包括热电偶和PN结结)式等多种形式。式等多种形式。膨膨胀胀式式测测温温是是基基于于物物体体受受热热时

15、时产产生生膨膨胀胀的的原原理理，分分为为液液体体膨膨胀胀式式和和固固体体膨膨胀胀式式两两类类。一一般般膨膨胀胀式式温温度度测测量量大大都都在在-5550范范围围内内，用用于于那那些些温温度度测测量量或或控控制制精精度度要要求较低，不需自动记录的场合。求较低，不需自动记录的场合。膨膨胀胀式式温温度度计计种种类类很很多多，按按膨膨胀胀基基体体可可分分成成液液体体膨膨胀胀式式玻玻璃璃温温度度计计、液液体体或或气气体体膨膨胀胀式式压压力力温温度度计计及及固固体体膨膨胀胀式双金属温度计。式双金属温度计。3.2 3.2 常用温度传感器常用温度传感器14玻玻璃璃温温度度计计按按使使用用方方式式又又可可分分全

16、全浸浸式式和和局局浸浸式式两两大大类类。全全浸浸式式即即是是把把玻玻璃璃温温度度计计液液柱柱全全部部浸浸没没在在被被测测介介质质中中。此此种种方方式式特特点点是是测测温温准准确确度度高高，但但读读刻刻度度困困难难，使使用用操操作作不不便便。局局浸浸式式为为温温度度计计液液柱柱部部分分(固固定定长长度度)浸浸入入被被测测介介质质中中，部部分分暴暴露露在在空空气气中中。此此种种方方式式特特点点是是读读数数容容易易，但但测测量量误误差差较较大大，即即使使采采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。1.液体膨胀式液体膨胀式 玻璃液体温度计玻璃液体温度计简

17、称玻璃温度计，是一种直读式仪表。简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9、测温、测温上限为上限为538。对于较低温度测量，可以用其它有机液体。对于较低温度测量，可以用其它有机液体(如如酒精下限为酒精下限为-62，甲苯下限为，甲苯下限为-90，而戊烷则可达，而戊烷则可达-20l)。玻璃温度计具有结构简单，制作容易，玻璃温度计具有结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围价格低廉，测温范围较广，安装使用方便较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，现场直接读数，一般无需能源，易破易破损，测温值难自动远传记录损，测

18、温值难自动远传记录等特点。等特点。152.固体膨胀式固体膨胀式双金属温度计：双金属温度计：基基于于固固体体受受热热膨膨胀胀原原理理，测测量量温温度度通通常常是是把把两两片片线线膨膨胀胀系系数数差差异异相相对对很很大大的的金金属属片片叠叠焊焊在在一一起起，构构成成双双金金属属片片感感温温元元件件（俗俗称称双双金金属属温温度度计计）。当当温温度度变变化化时时，因因双双金金属属片片的的两两种种不不同同材材料料线线膨膨胀胀系系数数差差异异相相对对很很大大而而产产生生不不同同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。3.2 3.2 常用温度传感器常用温度传感器16双

19、金属温度计原理图双金属温度计原理图在在一一端端固固定定的的情情况况下下，如如果果温温度度升升高高，下下面面的的金金属属B（例例如如黄黄铜铜）因因热热膨膨胀胀而而伸伸长长，上上面面的的金金属属A（例例如如因因瓦瓦合合金金）却却几几乎乎不不变变。致致使使双双金金属属片片向向上上翘翘，温温度度越越高高则则产产生生的的线线膨膨胀胀差差越越大大，引起的弯曲角度也越大。引起的弯曲角度也越大。3.2 3.2 常用温度传感器常用温度传感器17双双金金属属温温度度计计的的感感温温元元件件的的形形状状有有平平面面螺螺旋旋型型和和直直线线螺螺旋旋型型两两大大类类，其其测测温温范范围围大大致致为为-80到到600，精

20、精度度等等级级通通常常为为1.5级级左左右右。由由于于其其测测温温范范围围和和前前两两种种温温度度计计大大致致相相同同，且且可可作作恒恒温温控控制制，可可彻彻底底解解决决水水银银玻玻璃璃温温度度计计和和水水银银压压力力温温度度计计易易破破损损造造成成泄泄汞汞危危害害的的问问题题。所所以以在在测测温温和和控控温温精精度度不不高高的的场场合合，双双金金属属温温度度计计应应用用范范围围不不断断扩扩大大。双双金金属属片片常常制制成成螺螺旋旋管管状状来来提提高高灵灵敏敏度度。双双金金属属温温度度计计抗抗振振性性好好，读读数数方方便便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。但精度不太高，只能用做一般的工

21、业用仪表。3.2 3.2 常用温度传感器常用温度传感器193.压力温度计压力温度计压压力力温温度度计计是是根根据据一一定定质质量量的的液液体体、气气体体、蒸蒸汽汽在在体体积积不不变变的的条条件件下下其其压压力力与与温温度度呈呈确确定定函函数数关关系系的的原原理理实实现现其其测测温温功功能能的的。压压力力温温度度计计的的典典型型结结构构示示意意图图如如右图所示。右图所示。压力温度计结构示意图压力温度计结构示意图 3.2 3.2 常用温度传感器常用温度传感器20热电偶热电偶温度传感器温度传感器223.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器本节学习的主要内容有本节学习的主要内容有:1、理解理解

22、热电偶热电偶的测温原理；的测温原理；2、了解、了解热电偶热电偶的的基本定律基本定律；3、了解、了解热电偶热电偶的的分度表分度表；4、了解、了解热电偶热电偶的的封装形式及特点封装形式及特点。23先看一个实验先看一个实验热电偶测温原理演示热电偶测温原理演示 结论：当两个端点温度不相同时，回路中将产生电动结论：当两个端点温度不相同时，回路中将产生电动 势。热电势的方向与两个端点的温度有关。势。热电势的方向与两个端点的温度有关。一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理 热电势热电势AB24热电极热电极A A温度较低温度较低的一端称的一端称为：为：自自由端由端（参考（参考端、端、冷冷端端）1.1.热电偶

23、的一些术语热电偶的一些术语 温度较高温度较高的一端称的一端称为：为：测测量端量端（工作（工作端、端、热热端端）热电极热电极B BTT0252.从实验到理论：从实验到理论：热电效应热电效应 1821年，德国物理学家年，德国物理学家赛贝克赛贝克发现的，发现的，也称也称赛贝克效应赛贝克效应。热电效应热电效应：两种性质不同的金属在两个端点处连两种性质不同的金属在两个端点处连接构成闭合回路，当两个端点存在温差时，接构成闭合回路，当两个端点存在温差时，闭合回路就会产生热电势的现象，称为热闭合回路就会产生热电势的现象，称为热电效应电效应。热电势热电势由由温差电势温差电势和和接触电势接触电势组成，组成，接触电

24、势占接触电势占主导主导地位。地位。263.产生热电势的产生热电势的微观微观解释解释 接触电势接触电势：两种不同的金属互相接触时，在两金属两种不同的金属互相接触时，在两金属A和和B的接触面上会发生自由电子的的接触面上会发生自由电子的扩散现象扩散现象。由于不同金属内自。由于不同金属内自由电子的密度不同，它们的扩散情况也不同。假设由电子的密度不同，它们的扩散情况也不同。假设A A的电子的电子密度密度 B B的电子密度，则的电子密度，则A失去电子带正电失去电子带正电，B得到电子带得到电子带负电负电，从而产生，从而产生接触电势接触电势。自由自由电子电子ABeAB（T T）T T27温差电势：温差电势：同

25、一种金属两端由于温度不同，高温端电子同一种金属两端由于温度不同，高温端电子的能量大。于是高温端扩散到低温端的自由电子数目的能量大。于是高温端扩散到低温端的自由电子数目 低低温端扩散到高温端的自由电子数目。假设温端扩散到高温端的自由电子数目。假设TTTT0 0，则，则高温端高温端失失去电子带正电去电子带正电，低温端低温端得到电子带负电得到电子带负电，从而产生，从而产生温差电势温差电势。AT TT T0 03.产生热电势的产生热电势的微观微观解释解释eA(T,T0)28通过以上分析得出结论通过以上分析得出结论n由材料电子学得到，热电偶产生的总的热电势近由材料电子学得到，热电偶产生的总的热电势近似等

26、于热端接触电势与冷端接触电势之差：似等于热端接触电势与冷端接触电势之差：n EAB（T，T0）=eAB（T）-eAB（T0）温差温差越大热电势越大越大热电势越大热电偶符号热电偶符号EB（T,T0）EA（T,T0）29二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律(一一)均质导体定律均质导体定律（等值定律）（等值定律）由均质材料构成的热电偶，热电动势的大由均质材料构成的热电偶，热电动势的大小只与材料及结点间温度差有关。与热电偶的小只与材料及结点间温度差有关。与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极温度分布无关。如材大小尺寸、形状及沿电极温度分布无关。如材料不均匀、由于温度梯度的存在，将会有附加料不均匀、由于温度梯

27、度的存在，将会有附加电动势产生。电动势产生。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器30（二）中间导体定律（二）中间导体定律如图所示，将如图所示，将A、B构成的热电偶的构成的热电偶的T0端断开，接端断开，接入第三种导体入第三种导体C，只要保持第三种导体两端温度相，只要保持第三种导体两端温度相同，接入导体同，接入导体C后对回路总电动势无影响。后对回路总电动势无影响。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器31（三）中间温度定律（三）中间温度定律在热电偶回路中，两接点温度为在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为热电动势，等于该热电偶在接点温度

28、为T、Ta和和Ta、T0时热电动势的代数和，即时热电动势的代数和，即 两端点在任意温度时的热电势为：两端点在任意温度时的热电势为：3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器32（四）叠加定律（四）叠加定律当热电偶回路中有多种导体相接构成多个热当热电偶回路中有多种导体相接构成多个热电偶时，回路总的热电势等于以各结点为工作端，电偶时，回路总的热电势等于以各结点为工作端，以各结点两边导体为热电偶电极对同一冷端的热以各结点两边导体为热电偶电极对同一冷端的热电势的代数和。电势的代数和。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器33热电偶分类及特性热电偶分类及特性为为了了得得到到实实用用性性好

29、好，性性能能优优良良的的热热电电偶偶，其其热热电电极极材材料料需需具有以下性能：具有以下性能：(1)优优良良的的热热电电特特性性即即热热电电势势及及热热电电势势率率(灵灵敏敏度度)要要大大，热电关系接近单值线性或近似线性，热电性能稳定；热电关系接近单值线性或近似线性，热电性能稳定；(2)良良好好的的物物理理性性能能即即高高电电导导率率，小小比比热热，耐耐高高温温、低低温温下不易脆断，高、低温下不发生再结晶等；下不易脆断，高、低温下不发生再结晶等；(3)优优良良的的化化学学性性能能如如抗抗氧氧化化、抗抗还还原原性性和和耐耐其其它它腐腐蚀蚀性性介质等；介质等；(4)优优良良的的机机械械性性能能易易

30、于于提提纯纯和和机机械械加加工工、工工艺艺性性好好，易易于大批量生产和复制；于大批量生产和复制；(5)足够的机械强度和长的使用寿命；足够的机械强度和长的使用寿命；(6)制造成本低，价值比较便宜。制造成本低，价值比较便宜。二、热电偶的种类二、热电偶的种类34二、热电偶的种类二、热电偶的种类 1.1.八种八种国际通用热电偶（国际通用热电偶（IECIEC推荐）：推荐）：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

31、镍 3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器35国国际际电电工工委委员员会会推推荐荐的的工工业业用用标标准准热热电电偶偶为为八八种种(目目前前我我国国的的国国家家标标准准已已与与国国际际标标准准统统一一)。其其中中分分度度号号为为S、R、B的的三三种种热热电电偶偶均均由由铂铂和和铂铂铑铑合合金金制制成成，属属贵贵金金属属热热电电偶偶。分分度度号号分分别别为为K、N、T、E、J的的五五种种热热电电偶偶，是是由由镍镍、铬铬、硅硅、铜铜、铝铝、锰锰、镁、钴等金属的台金制成，属贱金属热电偶。镁、钴等金属的台金制成，属贱金属热电偶。二、热电偶的种类二、热电偶的种类3.2 3.2 热电偶温度传感器

32、热电偶温度传感器36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镍铬镍铬镍铬镍铬(铝铝)-2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康康 铜铜)270800 C C5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？37标准热电偶的热电极材料、

33、最大测温范围、适当气氛：标准热电偶的热电极材料、最大测温范围、适当气氛：38不不同同等等级级（通通常常分分为为三三级级）标标准准化化工工业业热热电电偶偶适适用用测测温温范范围和允差：围和允差：不同等级标准化工业热电偶的允差表不同等级标准化工业热电偶的允差表类类型型一级允差一级允差二级允差二级允差三级允差三级允差温度范围温度范围/允差值允差值/温度范温度范围围/允差值允差值/温度范围温度范围/允差值允差值/R,S01000106001.5110016001+0.003(t-1100)60016000.0025B60017000.0025600800480017000.0053.2 3.2 热电偶

34、温度传感器热电偶温度传感器39K,N403751.5403332.5167402.537510000.00433012000.00752001670.015E403751.5403332.5167402.53758000.0043309000.00752001670.015J403751.5403332.53757500.0043307500.0075T401250.5403331674011253500.0041333500.0075200670.01540热热电电偶偶的的选选用用除除了了考考虑虑被被测测对对象象的的温温度度范范围围外外，还还需需考考虑虑热热电电偶偶使使用用环环境境的的气气氛

35、氛，通通常常被被测测对对象象的的温温度度范范围围在在-200200300300时时可可优优选选T T型型热热电电偶偶，因因为为它它在在贱贱金金属属热热电电偶偶中中精精度度最最高高，或或选选E E型型热热电电偶偶，它它是是贱贱金金属属热热电电偶偶中中热热电电势势最最大大、灵灵敏敏度度最最高高的的热热电电偶偶；当当上上限限温温度度10001000，可可优优先先选选K K型型热热电电偶偶，其其特特点点为为使使用用温温度度范范围围宽宽(上上限限最最高高可可达达1300)1300)、高高温温性性能能较较稳稳定定，价价格格较较满满足足该该温温区区的的其其它它热热电电偶偶低低；当当上上限限温温度度13001

36、300，可可选选N N型型或或K K型型；当当测测温温范范围围为为1000100014001400时时，可可选选S S或或R R型型热热电电偶偶；当当测测温温范范围围为为1400140018001800时时，应应选选B B型型热热电电偶偶；当当测测温温上上限限大大于于18001800，应应考考虑虑选选用用还还属属非非国国际际标标准准的的钨钨铼铼系系列列热热电电偶偶(其其最最高高上上限限温温度度可可达达28002800，但但超超过过23002300其其准准确确度度要要下下降降；要要注注意意保保护护，因因为为钨钨极极易易氧氧化化，必必须须用用惰惰性性或或干干燥燥氢氢气气把把热热电电偶偶与与外外界界

37、空空气严格隔绝。气严格隔绝。412.2.热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会年开始采用国际计量委员会规定的规定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新标准。的新标准。ITS-90制定了通用热电偶的分度制定了通用热电偶的分度表。表。直接从热电偶的分度表查温度与热电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：势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）自由端（冷端）温度必须为温度必须为0 0 C C。43K热电偶热电偶的分度表的分度表 比较查比较查出的出

38、的3 3个热个热电势，可以电势，可以看出热电势看出热电势是否是否线性？线性？假设热电假设热电偶的冷端温度偶的冷端温度为为0 0 C C，查出，查出100100 C 、0 0 C、100100 C 时的时的热电势。热电势。44三、热电偶结构三、热电偶结构1.1.普通工业用热电偶普通工业用热电偶普通工业用热电偶的种类很多，结构和普通工业用热电偶的种类很多，结构和外形也不尽相同。热电偶通常主要由四部外形也不尽相同。热电偶通常主要由四部分组成分组成:热电极、绝缘管、保护管和接线。热电极、绝缘管、保护管和接线。451.1.普通封装（金属套管热电偶）普通封装（金属套管热电偶）安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法

39、兰热电偶封装形式热电偶封装形式46普通普通装配型装配型热电偶的热电偶的结构结构放大图放大图 接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管 472.2.铠装型热电偶铠装型热电偶法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面48铠铠装装热热电电偶偶是是将将热热电电偶偶丝丝装装在在有有绝绝缘缘材材料料的的金金属属套套管管中中，三三者者经经组组合合加加工工成成可可弯弯曲曲的的

40、坚坚实实的的组组合合体体。由由于于它它具具有有许许多多优优点点，因因而而受受到到用用户户欢欢迎迎，应应用用很很普普通通。它它的的主主要要优点优点是：是：测测量量范范围围宽宽，铠铠装装热热电电偶偶规规格格多多，品品种种齐齐全全，适适合合于于各各种种测量场合，在测量场合，在-2001600温度范围内均能使用；温度范围内均能使用；响响应应速速度度快快，与与装装配配式式热热电电偶偶相相比比，因因为为外外径径细细、热热容容量量小小，故故微微小小的的温温度度变变化化也也能能迅迅速速反反应应，尤尤其其是是微微细细铠铠装装热热电偶更为明显，露端铠装热电偶的时间常数只有电偶更为明显，露端铠装热电偶的时间常数只有

41、0.01S；挠挠性性好好、安安装装使使用用方方便便，铠铠装装热热电电偶偶材材料料可可在在其其外外径径5倍倍的圆柱体上绕的圆柱体上绕5圈，并可在多处位置弯曲；圈，并可在多处位置弯曲；2.铠装型热电偶铠装型热电偶49使使用用寿寿命命长长，普普通通热热电电偶偶易易引引起起热热电电偶偶劣劣化化、断断线线等等事事故故，而而铠铠装装热热电电偶偶用用氧氧化化镁镁绝绝缘缘，气气密密性性好好，致密度高，寿命长；致密度高，寿命长；机机械械强强度度、耐耐压压性性能能好好，在在有有强强烈烈震震动动、低低温温、高高温温、腐腐蚀蚀性性强强等等恶恶劣劣条条件件下下均均能能安安全全使使用用，铠铠装装热热电偶最高可承受电偶最高

42、可承受36kN/cm2的压力；的压力；铠铠装装热热电电偶偶外外径径尺尺寸寸范范围围宽宽，铠铠装装热热电电偶偶材材料料的的外外径径范范围围：0.258mm，特特殊殊要要求求时时可可提提供供直直径径达达12mm的产品；的产品；铠铠装装热热电电偶偶的的长长度度可可以以做做得得很很长长，铠铠装装热热电电偶偶材材料料的最大长度可达的最大长度可达500m。50铠装型热电偶使用场合使用场合：能解决：能解决微小、狭窄、不规则场微小、狭窄、不规则场合合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。等优点。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器523.3.隔爆隔爆型热电

43、偶型热电偶厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线53隔爆隔爆型热电偶型热电偶 结构特点结构特点：采用防爆结构，它的接线盒是采用防爆结构，它的接线盒是压铸压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度机构强度较高；较高；采用螺纹隔爆接合面。采用螺纹隔爆接合面。使用场合：使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学化学工业工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常自控系统中（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

44、体爆炸）。通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器544.4.薄膜型薄膜型热电偶（表面热电偶）热电偶（表面热电偶）结构特点结构特点：结构尺寸小，热容量：结构尺寸小，热容量小，反应快。小，反应快。使用场合使用场合：测量微面积上的温度、：测量微面积上的温度、瞬变的表面温度。瞬变的表面温度。1-热电极热电极2-测量端测量端3-绝缘基板绝缘基板4-引出线引出线555.5.快速型热电偶快速型热电偶3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器566.6.其他形式其他形式小型小型K K型热电偶型热电偶3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器

45、57小结小结1、热电偶热电偶的测温原理；的测温原理；2、热电偶热电偶的的分类分类；3、热电偶热电偶的的分度表分度表；4、热电偶热电偶的的封装形式及特点封装形式及特点。58四、热电偶的应用四、热电偶的应用1、用热电偶的分度表查毫伏数、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，温度时，必须满必须满足足t0=0 C的条件的条件。在实际测温中，冷端温度常。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样随环境温度而变化，这样t0不但不但不是不是0 C，而，而且也不恒定，且也不恒定，因此因此将产生误差将产生误差。2、一般情况下，冷端温度均高于一般情况下，冷端温度均高于0 C，热电势热电势总是偏小总是偏小。应想办法

46、。应想办法消除或补偿消除或补偿热电偶的热电偶的冷端冷端损失损失。为使热电偶的热电动势与被测量间呈单为使热电偶的热电动势与被测量间呈单值函数关系，热电偶的参比端可采用以下方法值函数关系，热电偶的参比端可采用以下方法处理。处理。59四、热电偶的应用四、热电偶的应用(一一)补偿导线法补偿导线法(二二)0 C恒温法恒温法(三三)计算校正法计算校正法(四四)调整机械零点调整机械零点(五五)自动补偿法自动补偿法60（一）补偿导线法（一）补偿导线法在在一一定定温温度度范范围围内内，与与配配用用热热电电偶偶的的热热电电特特性性相相同同的的一一对对带带有有绝绝缘缘层层的的导导线线称称为为补补偿偿导导线线。补补偿

47、偿导导线线的的优优点点：改改善善热热电电偶偶测测温温线线路路的的机机械械与与物物理理性性能能，采采用用多多股股或或小小直直径径补补偿偿导导线线可可提提高高线线路路的的挠挠性性，接接线线方方便便，也也可可以以调节线路的电阻或遮蔽外界干扰；调节线路的电阻或遮蔽外界干扰；降降低低测测量量线线路路的的成成本本。当当热热电电偶偶与与仪仪表表的的距距离离很很远远时时，可用贱金属补偿型补偿导线代替贵金属热电偶。可用贱金属补偿型补偿导线代替贵金属热电偶。四、热电偶的应用四、热电偶的应用61n随着热电偶的标准化，补偿导线也形成了标准系列。国际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

48、际标准，适合于标准化热电偶使用。电工委员会也制定了国际标准，适合于标准化热电偶使用。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器62补偿导线补偿导线使用须使用须注意事项注意事项如下如下：各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；连接时，切勿将补偿导线极性接反；连接时，切勿将补偿导线极性接反；补补偿偿导导线线与与热热电电偶偶连连接接点点的的温温度度，不不得得超超过过规规定定的的使使用用温温度度范范围围，通通常常接接点点温温度度在在100以以下下，耐耐热热用用补补偿偿导线可达导线可达200；由由于于补补偿偿导导线线与与电电极极材材料料通通常常并并不

49、不完完全全相相同同，因因此此两两连连接接点点温温度度必必须须相相同同，否否则则会会产产生生附附加加电电势势、引引入入误误差；差；在在需需高高精精度度测测温温场场合合，处处理理测测量量结结果果时时应应加加上上补补偿偿导导线的修正值，以保证测量精度。线的修正值，以保证测量精度。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器63热电偶补偿导线热电偶补偿导线 采用相对采用相对廉价廉价的补偿导线，可的补偿导线，可延长热电偶的延长热电偶的冷冷端端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。便于敷设。型号型号配用热电偶配用热电偶正正-负负导线外皮颜色导线

50、外皮颜色 正正-负负SCSC铂铑铂铑1010-铂铂红红-绿绿KCKC镍铬镍铬 -镍硅镍硅红红-蓝蓝WCWC5/265/26钨铼钨铼5 5-钨铼钨铼2626 红红-橙橙 补偿导线在补偿导线在0 0100100 C范围内的热电势与配套的范围内的热电势与配套的热电偶的热电势热电偶的热电势相等相等，所以，所以不影响不影响测量精度。测量精度。3.2 3.2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器64补偿导线型号（续）补偿导线型号（续）型号型号 配用热电偶配用热电偶正正-负负型型号号导线外皮导线外皮颜色颜色 正正-负负100 C时的时的热电势热电势/mVRC R（铂铑铂铑1313铂）铂）RC红红-绿绿 0.64