精密測(cè)試技術(shù)：CH 10 溫度的測(cè)量

1、第11章 溫度的測(cè)量Temperature Measurement,11.0 序 Introduction 11.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法 Temperature Standard and Its Measuring Method 11.2 熱電偶溫度計(jì) Thermocouple based Thermometer 11.3 熱電阻溫度計(jì) Thermo-Resistor based Thermometer 11.4 非接觸式測(cè)溫法 Non-contacted measuring of Temperature,溫度的測(cè)量,溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一,第11章 溫度的測(cè)量 Temperat

2、ure Measurement,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)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,11.0 序 Introduction,溫度的測(cè)量,11.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法 Temperature Standard and Its Measuring Method,11.1.1 溫度的測(cè)量方法,接觸式測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)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(cè)對(duì)象的溫度值,非接觸測(cè)溫通過輻射進(jìn)行熱交換，可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸

3、測(cè)溫法熱慣性小，便于測(cè)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(cè)量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大,溫度測(cè)量可分為接觸式和非接觸式測(cè)量,接觸式測(cè)溫直觀可靠。但因測(cè)溫元件與被測(cè)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(cè)溫的延遲現(xiàn)象；受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。感溫元件會(huì)影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等也會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。另外，腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響,溫度的測(cè)量,接觸式與非接觸式測(cè)溫方法及其特點(diǎn),溫度的測(cè)量,續(xù),溫度的測(cè)量,11.1.2 溫標(biāo)及其傳遞,用來(lái)度量物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)

4、）和測(cè)量溫度的基本單位,目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際溫標(biāo)等,攝氏溫標(biāo),在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)為0攝氏度，沸點(diǎn)為100攝氏度，中間等分成100格，每格1攝氏度，符號(hào)為,華氏溫標(biāo),將純水的冰點(diǎn)規(guī)定為 32度，沸點(diǎn)為 212度，中間等分成180格，每格1華氏度，符號(hào)為,熱力學(xué)溫標(biāo),熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)，或絕對(duì)溫標(biāo)，其單位為開爾文（符號(hào)為K）。它是與測(cè)溫物質(zhì)的物理性質(zhì)無(wú)關(guān)的一種溫標(biāo)，已被采納為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo),溫度的測(cè)量,根據(jù)熱力學(xué)的卡諾定理有,1954年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫標(biāo)的基本固定點(diǎn)，并定義該點(diǎn)的溫度為273.16K，相應(yīng)的換熱量為Q

5、參。則有,理想的卡諾循環(huán)實(shí)際上是不存在的，所以熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理論的溫標(biāo)，不能付諸實(shí)用,溫度的測(cè)量,國(guó)際溫標(biāo),在1990年的國(guó)際溫標(biāo)中指出，熱力學(xué)溫度是基本物理量。并定義水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.16K,在ITS-90中同時(shí)使用國(guó)際開爾文溫度（符號(hào)為T90）和國(guó)際攝氏溫度（符號(hào)為t90 ），其關(guān)系為,t90 = T90 273.15,T90的單位為開爾文（K）； t90的單位為攝氏度（,為了保持溫度量值的統(tǒng)一，并與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)相一致，測(cè)溫儀器應(yīng)定期按規(guī)定進(jìn)行檢定，我國(guó)溫度的最高基準(zhǔn)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)院保存,溫度的測(cè)量,溫度的測(cè)量,11.2 熱電偶溫度計(jì) Thermocouple based T

6、hermometer,11.2.1 熱電效應(yīng)與熱電偶,熱電偶的熱電效應(yīng),兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A和 B 組成 的閉合回路中，如果它們的兩個(gè)接點(diǎn) 的溫度不同（假定TT0），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(shì)稱為塞貝克電勢(shì),回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)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)接點(diǎn)的溫度T、T0有關(guān)，熱電勢(shì)用符號(hào)EAB(T, T0)表示,組成熱電偶的兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極；放置在被測(cè)溫度為T 的介質(zhì)中的接點(diǎn)叫做測(cè)量端（或工作端、熱端）；另一個(gè)接點(diǎn)通常置于某個(gè)恒定的溫度 T0（如0），叫做參考端（或自由端、冷端,溫度的測(cè)量,在熱電

7、偶回路中，產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩部分組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì),溫差電勢(shì),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(chǎng)Es 。這個(gè)靜電場(chǎng)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(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電位差稱為溫差電勢(shì),溫差電勢(shì)用 EA(T, T0)表示。括號(hào)中T和T0的順序決定了電勢(shì)的方向,溫度的測(cè)量,式中： EA(T, T0)和E

8、B(T, T0) 導(dǎo)體A和B在兩端溫度分別為T和T0時(shí)的溫差電勢(shì)； e電子電荷量，e=1.61019C。 K波爾茲曼常數(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，溫差電勢(shì)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,同理,溫度的測(cè)量,接觸電勢(shì),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(chǎng)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(chǎng)

9、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勢(shì),A和B的接觸點(diǎn)在溫度為T時(shí)的接觸電勢(shì)用符號(hào)EAB(T)表示，其腳注AB的順序代表電位差的方向,式中：e電子電荷量，e=1.61019C。 K波爾茲曼常數(shù)，K1.381023J/K,溫度的測(cè)量,熱電偶回路的熱電勢(shì),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)接觸電勢(shì)EAB(T)、 EAB(T0)和兩個(gè)溫差電勢(shì)EA(T，T0)、 EB(T，T0,熱電偶回路的熱電勢(shì)EAB(T，T0)為,即,溫度的測(cè)量,由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小，而又有T T0，所以在總電勢(shì)EAB

10、(T, T0)中，EAB(T)所占的比例最大，總電勢(shì)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)，熱電偶的總電勢(shì)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,由式,若 T0 恒定，則 fAB(T0)為常數(shù)，熱電勢(shì)只與熱電偶測(cè)量端的溫度 T 成單值函數(shù)關(guān)系，即,通常，熱電偶的熱電勢(shì)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,溫度的測(cè)量,11.2.2 熱電偶基本定律,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

11、，回路中均不會(huì)產(chǎn)生電流（即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)）；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，否則將會(huì)給測(cè)量帶來(lái)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(shì),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)影響熱電偶的熱電勢(shì),溫度的測(cè)量,中間溫度定律,熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)的熱電勢(shì) EAB(T1, T3)等于熱電偶 AB在接點(diǎn)溫度為T1、T2和T2、T3時(shí)熱電勢(shì)EAB(T1, T2)和EAB(T2, T3)的代數(shù)

12、和。即,EAB(T1, T3)EAB(T1, T2)EAB(T2, T3,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(cè)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(cè)量精度,溫度的測(cè)量,11.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,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(cè)溫介質(zhì)所腐蝕，高溫下不被氧化,2) 電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，組成電偶對(duì)輸出的溫差電動(dòng)勢(shì)大，且與溫度呈線性或簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，以便于提高儀

13、表的靈敏度和準(zhǔn)確度，并便于儀表的刻度和測(cè)量,3) 材質(zhì)均勻，塑性好，易拉絲，成批生產(chǎn),溫度的測(cè)量,鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號(hào)B,也稱雙鉑銠熱電偶，是典型的高溫?zé)犭娕?。以鉑銠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(zhǎng) 期使用的最高溫度可達(dá)1600，短期使用溫度可達(dá)1800,這種熱電偶的熱電勢(shì)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,鉑銠10-鉑熱電偶（分度號(hào)S,鉑銠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(zhǎng)

14、期使用。其測(cè)溫上限長(zhǎng)期使用可達(dá)1300，短期可達(dá)1600,缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)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,溫度的測(cè)量,鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號(hào)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；熱電勢(shì)大；熱電勢(shì)與溫度關(guān)系近似于線性關(guān)系；其成本較低，雖然測(cè)量精度不高，但能滿足工業(yè)測(cè)溫的要求，是工業(yè)上最常用的熱電偶；其長(zhǎng)期使用的最高溫度為1000，短期使用溫度可達(dá)1200,鎳鉻-康銅熱電偶（分度號(hào)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(cè)溫范圍為 -200870

15、。熱電動(dòng)勢(shì)大，價(jià)格便宜，低溫下性能穩(wěn)定，尤其適宜在0以下使用,銅-康銅熱電偶（分度號(hào)T,以純銅為正極，康銅為負(fù)極，其測(cè)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(shì)較大，熱電特性良好，材料質(zhì)地均勻，成本低,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,溫度的測(cè)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，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜彎曲的對(duì)象上不便安裝等問題,溫度的測(cè)量,溫度的測(cè)量,熱電偶的

16、冷端補(bǔ)償,熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)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(cè)對(duì)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,冰浴法,將熱電偶冷端置于冰點(diǎn)恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0時(shí)進(jìn)行測(cè)溫。冰浴法適用于實(shí)驗(yàn)室或精密溫度測(cè)量,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(cè)得的熱電勢(shì)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,

17、 T3) EAB(T1, T2)EAB(T2, T3)修正,溫度的測(cè)量,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(zhǎng)部分，使冷端移到離開被測(cè)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)線在測(cè)溫回路中的連接,注意，對(duì)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,溫度的測(cè)量,常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線,溫度的測(cè)量,冷端補(bǔ)償器,利用不平衡電橋所產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)補(bǔ)償熱電偶參考端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化,冷端溫度與電阻 Rcu 所處的溫度一致,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

18、路 輸出uab也隨之增大, 而熱電偶回路中的總 熱電勢(shì)隨 t0 的升高而 減小。適當(dāng)選擇橋路 電流, 使uab的改變量 與熱電勢(shì)的改變量相 同，使uab與熱電勢(shì)疊 加后保持電勢(shì)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,溫度的測(cè)量,11.3 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(lái)測(cè)量溫度的方法，稱為熱電阻測(cè)溫法，而用于測(cè)溫的材料稱為熱電阻,熱電阻性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。工業(yè)上廣泛用于測(cè)量-200850范圍內(nèi)的

19、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,溫度的測(cè)量,11.3.1 金屬電阻溫度計(jì),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)（ 值）。金屬的純度對(duì)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,R0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

20、， 值也越大,溫度的測(cè)量,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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)0.0001K,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0.3851/。鉑電阻溫度傳感器精度高，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(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國(guó)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,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),溫度的測(cè)量,銅熱電阻,工業(yè)用銅熱電阻的測(cè)溫范圍為

21、-50150 ，它的電阻-溫度關(guān)系可以近似表示為,銅熱電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，容易得到較純的銅。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(guó)內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的分度號(hào)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(wú)水分及無(wú)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,溫度的測(cè)量,普通熱電阻,熱電阻的結(jié)構(gòu),普通熱電阻,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,溫度的測(cè)量,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(jiǎn)單、但要帶入引線電阻的

22、附加誤差，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng),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),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,溫度的測(cè)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(cè)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(cè)得 U ，便可得到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(cè)量范圍內(nèi)；

23、 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(duì)測(cè)量均無(wú)影響,溫度的測(cè)量,熱電阻測(cè)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)K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)K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)K接在位置“2”上，就可以正常工作,溫度的測(cè)量,11.3.2 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

24、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(cè)量的熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度測(cè)量范圍是：-100300,熱敏電阻的形狀有珠型和片型等多種,溫度的測(cè)量,熱敏電阻的主要特點(diǎn)：輸出信號(hào)大，靈敏度比熱電偶和金屬熱電阻高；體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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,溫度的測(cè)量,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。

25、其電阻溫度特性表示為,式中，T被測(cè)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),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(wú)關(guān)。同時(shí)， 隨溫度的變化而變化。 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,溫度的測(cè)量,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,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,臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR，Critical Tempe

26、rature 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,溫度的測(cè)量,11.4 非接觸式測(cè)溫法 Non-contacted measuring of Temperature,非接觸測(cè)溫主要是利用熱輻射來(lái)測(cè)量物體溫度,任何物體溫度高于絕對(duì)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(lái)，其波長(zhǎng)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(cè)量中主要是可見光和紅外光,輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是基本的輻射定律，它

27、的溫度可以和熱力學(xué)溫度直接聯(lián)系起來(lái)，因此可以直接測(cè)量熱力學(xué)溫度,溫度的測(cè)量,響應(yīng)時(shí)間短，最短可以達(dá)到微秒級(jí)，容易進(jìn)行快速測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量,可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙測(cè),輻射測(cè)溫的缺點(diǎn)： 不能測(cè)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(cè)溫的原理不同，輻射測(cè)溫可以分為全輻射測(cè)溫法、亮度測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法等,輻射測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)： 非接觸測(cè)量，測(cè)量過程中不干擾被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，從而測(cè)量精度較高,測(cè)溫范圍廣，從理論上講，輻射測(cè)溫?zé)o上限,溫度的測(cè)量,11.4.1 全輻射溫度計(jì),全輻射溫度計(jì)測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是斯忒藩玻耳茲曼定律，它通過測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來(lái)確

28、定物體的輻射溫度。 全輻射溫度計(jì)測(cè)得是被測(cè)對(duì)象的輻射溫度，在實(shí)際測(cè)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(cè)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(cè)常用的一種儀表,隱絲式光學(xué)高溫計(jì),溫度的測(cè)量,11.4.2 亮度高溫計(jì),亮度溫度計(jì)是根據(jù)普朗克定律，通過測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來(lái)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),光學(xué)高溫計(jì),調(diào)整物鏡系統(tǒng)，使被測(cè) 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(cè)物和燈絲的成像。 再調(diào)整電測(cè)系統(tǒng)可變電 阻，改變燈絲電流，使 被測(cè)物或輻射源的亮度 在紅

29、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(duì)應(yīng)關(guān)系已知，因而可確定被測(cè)物體在紅色濾光片波長(zhǎng)范圍內(nèi)的亮度溫度,溫度的測(cè)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(cè)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(wú)法分辨出來(lái)。即它們?cè)诟邷赜?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)“隱絲”，也就是不能產(chǎn)生亮度平衡。由于使用這種高溫計(jì)測(cè)溫時(shí)，必須使被測(cè)物背景與小燈泡燈絲間的亮度達(dá)到“隱

30、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),溫度的測(cè)量,光電高溫計(jì),光學(xué)高溫計(jì)測(cè)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(cè)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(cè)物體輻射亮度的變化，并將此亮度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波放大后送檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最后顯示出被測(cè)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(zhǎng)范圍寬；測(cè)溫范圍寬；響應(yīng)時(shí)間短；自動(dòng)化程度高等,溫度的測(cè)量,11.4.3 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(lái)測(cè)溫，但是，它是利用同一被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度