檢測(cè)課件(第九章)2013-3-19

1、第九章第九章 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 本章介紹本章介紹溫度和溫標(biāo)溫度和溫標(biāo)的的基本概念、基本概念、溫度溫度測(cè)量的基本方法測(cè)量的基本方法、熱電偶熱電偶的基本的基本工作原理工作原理、熱電偶的熱電偶的分類、特點(diǎn)及使用分類、特點(diǎn)及使用、冷端延長(zhǎng)的、冷端延長(zhǎng)的方法、冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ê图夹g(shù)、控溫方法、冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ê图夹g(shù)、控溫儀表的儀表的使用等使用等。 9.1 9.1 溫度測(cè)量的基本概念溫度測(cè)量的基本概念9.2 9.2 熱電偶傳感器的工作原理熱電偶傳感器的工作原理9.3 9.3 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)9.4 9.4 熱電偶冷端的延長(zhǎng)熱電偶冷端的延長(zhǎng)9.5 9.5 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償

2、與熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償與 集成溫度傳感器集成溫度傳感器9.6 9.6 熱電偶的應(yīng)用及配套儀表熱電偶的應(yīng)用及配套儀表第九章第九章 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 目錄目錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入低溫低溫高溫高溫第一節(jié)第一節(jié) 溫度測(cè)量的基本概念溫度測(cè)量的基本概念 一、一、溫度測(cè)量的溫度測(cè)量的基本概念基本概念 溫度標(biāo)志著物質(zhì)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量?jī)?nèi)部大量分子無規(guī)則分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫。溫度越高，表示物體內(nèi)度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。 模擬圖模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快運(yùn)動(dòng)速度比低溫

3、時(shí)快！溫度從微觀上看，是物體分子運(yùn)！溫度從微觀上看，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。溫度是表征物體的冷熱程度的物理量溫度是表征物體的冷熱程度的物理量。為了定量分。為了定量分析，要給給物體的冷熱程度一個(gè)定量的描述。溫標(biāo)就析，要給給物體的冷熱程度一個(gè)定量的描述。溫標(biāo)就是以此目的而建立的。是以此目的而建立的。溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺，它給出了溫度數(shù)值化的，它給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，并明確了溫度的測(cè)量單位和溫度起一套規(guī)則和方法，并明確了溫度的測(cè)量單位和溫度起點(diǎn)。點(diǎn)。溫標(biāo)的建立方法：溫標(biāo)的建立方法：借助于隨溫度變化而變化的物理借助于隨溫度變化而變化的

4、物理量（體積、壓力、電阻和熱電動(dòng)勢(shì)等）來定義溫度數(shù)量（體積、壓力、電阻和熱電動(dòng)勢(shì)等）來定義溫度數(shù)值、建立溫標(biāo)。值、建立溫標(biāo)。二、溫標(biāo)二、溫標(biāo)二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) （續(xù)）（續(xù)）1. 溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及（即零點(diǎn)）以及溫度的單位溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。2. 國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)等。等。 發(fā)展階段：發(fā)展階段：華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo) 華氏溫標(biāo)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

5、下冰融點(diǎn)為華氏溫標(biāo)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點(diǎn)為32度，水沸點(diǎn)度，水沸點(diǎn)為為212度，兩者中間分度，兩者中間分180格，每格為華氏格，每格為華氏1度，符號(hào)為度，符號(hào)為 。攝氏溫標(biāo)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點(diǎn)為。攝氏溫標(biāo)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點(diǎn)為0度，水沸度，水沸點(diǎn)為點(diǎn)為100度，兩者中間分度，兩者中間分100格，每格為攝氏格，每格為攝氏1度，符號(hào)度，符號(hào)為為。華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是：。華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是：CFtt5932 例例：攝氏溫度：攝氏溫度為為20時(shí)，華氏溫度為時(shí)，華氏溫度為32+36=68 開氏溫標(biāo)規(guī)定，溫度不能為負(fù)值，起點(diǎn)為絕對(duì)零度，開氏溫標(biāo)規(guī)定，溫度不能為負(fù)值，起點(diǎn)為絕

6、對(duì)零度，冰融點(diǎn)為冰融點(diǎn)為273.15度，水沸點(diǎn)為度，水沸點(diǎn)為373.15度，兩者中間分度，兩者中間分100格，每格為格，每格為1開，符號(hào)為開，符號(hào)為K。 各種溫標(biāo)均有局限性，華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)只能標(biāo)各種溫標(biāo)均有局限性，華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)只能標(biāo)定定0100 的溫度，而開氏溫標(biāo)的起點(diǎn)只是理論上的溫度，而開氏溫標(biāo)的起點(diǎn)只是理論上存在，無法達(dá)到。存在，無法達(dá)到。溫標(biāo)的發(fā)展溫標(biāo)的發(fā)展國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是一種協(xié)議溫標(biāo)，用來統(tǒng)一各國(guó)之間國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是一種協(xié)議溫標(biāo)，用來統(tǒng)一各國(guó)之間的溫度計(jì)量。的溫度計(jì)量。盡可能地盡可能地接近熱力學(xué)（開氏）溫度接近熱力學(xué)（開氏）溫度； 各國(guó)均能各國(guó)均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)以很

7、高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)；用于用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定。第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)是第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)是1927年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用的，年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用的，“1927國(guó)際溫標(biāo)國(guó)際溫標(biāo)”,后來又不斷改進(jìn)修訂，相繼有后來又不斷改進(jìn)修訂，相繼有1948國(guó)際溫標(biāo)、國(guó)際溫標(biāo)、 1968國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)和1990國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。 目前推行的是目前推行的是1990年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90： 熱力學(xué)熱力學(xué)溫度用符號(hào)溫度用符號(hào)T90表示表示,單位為開爾文，符號(hào)為單位為開爾文，符號(hào)為K。 攝氏溫度的符號(hào)為攝氏溫度的符號(hào)為t90，

8、單位是攝氏度，單位是攝氏度,符號(hào)為符號(hào)為。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo) T90和和t90的關(guān)系為的關(guān)系為：t90=T90-273.15 ，或或 t /=T /K-273.15 例如例如:攝氏溫度為攝氏溫度為0時(shí)，開爾文溫度為時(shí)，開爾文溫度為273.15K ITS-90國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)由三部分組成國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)由三部分組成： 定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器及內(nèi)插公式。定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器及內(nèi)插公式。 定義的固定點(diǎn)是指：定義的固定點(diǎn)是指： 某些純物質(zhì)的三相點(diǎn)（氣、液、固共存）、熔點(diǎn)或某些純物質(zhì)的三相點(diǎn)（氣、液、固共存）、熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)這些固定點(diǎn)的指定溫度值凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)這些固定點(diǎn)的指定溫度值。 固定點(diǎn)間的溫

9、度用規(guī)定的內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式固定點(diǎn)間的溫度用規(guī)定的內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式來分度。來分度。 熱力學(xué)溫標(biāo)就是通過這種方法在標(biāo)準(zhǔn)儀器上來實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)就是通過這種方法在標(biāo)準(zhǔn)儀器上來實(shí)現(xiàn)的。的。幾種溫標(biāo)的對(duì)比幾種溫標(biāo)的對(duì)比 正常體溫正常體溫為為37 ，相當(dāng)于華相當(dāng)于華氏溫度多氏溫度多少度？少度？1990國(guó)際溫標(biāo)（國(guó)際溫標(biāo)（ITS-90） 國(guó)際溫度咨詢委員會(huì)于國(guó)際溫度咨詢委員會(huì)于1989年年9月通過了月通過了1990年新的國(guó)際溫標(biāo)年新的國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90),并上報(bào)國(guó)際計(jì)量委員會(huì)并上報(bào)國(guó)際計(jì)量委員會(huì)批準(zhǔn)。批準(zhǔn)。這個(gè)新國(guó)際溫標(biāo)于這個(gè)新國(guó)際溫標(biāo)于1990年年1月月1日起在全世日起在全世界各國(guó)開始執(zhí)行界

10、各國(guó)開始執(zhí)行。新溫標(biāo)用新溫標(biāo)用“T(90)”代表熱力學(xué)代表熱力學(xué)溫度溫度,其單位用其單位用 K 表示表示。我國(guó)的國(guó)家法定測(cè)溫標(biāo)。我國(guó)的國(guó)家法定測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一采用新的國(guó)際溫，簡(jiǎn)稱準(zhǔn)統(tǒng)一采用新的國(guó)際溫，簡(jiǎn)稱ITS-90。ITS-90定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式，例如水，例如水的三相點(diǎn)為的三相點(diǎn)為273.16K（0.01）等。等。 熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)（K） 熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上的的最科學(xué)的溫標(biāo)最科學(xué)的溫標(biāo)，是由，是由開爾文（開爾文（Kel

11、vin）根據(jù)根據(jù)熱力學(xué)定律提來的，因熱力學(xué)定律提來的，因此又稱此又稱開氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)。它的。它的符號(hào)是符號(hào)是T，單位是開爾單位是開爾文（文（K） 。威廉威廉湯姆遜湯姆遜開爾文勛爵像開爾文勛爵像國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是由各國(guó)計(jì)量部門按規(guī)定分別國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是由各國(guó)計(jì)量部門按規(guī)定分別保持和傳遞。保持和傳遞。各類溫度計(jì)在使用前均要進(jìn)行檢定。一般采各類溫度計(jì)在使用前均要進(jìn)行檢定。一般采用比較法進(jìn)行檢定，即：用比較法進(jìn)行檢定，即：將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校溫度計(jì)同時(shí)放入檢定裝置（如各種恒溫槽和管溫度計(jì)同時(shí)放入檢定裝置（如各種恒溫槽和管式電爐），以標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)定的溫度為已知，式電爐），以標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)定的溫度

12、為已知，將被校溫度計(jì)的測(cè)量值與其比較將被校溫度計(jì)的測(cè)量值與其比較，從而確定，從而確定被被校溫度計(jì)的準(zhǔn)確度校溫度計(jì)的準(zhǔn)確度和和修正值修正值。三、溫標(biāo)的傳遞三、溫標(biāo)的傳遞表表9-1 ITS-90定義固定點(diǎn)定義固定點(diǎn)四、溫度測(cè)量及傳感器分類四、溫度測(cè)量及傳感器分類 溫度傳感器按照溫度傳感器按照用途用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為接觸式接觸式和和非非接觸式接觸式；按工作原理又可分為；按工作原理又可分為膨脹式膨脹式、電阻式電阻式、熱電式熱電式、輻射式輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、機(jī)械非電測(cè)型等。電型

13、、機(jī)械非電測(cè)型等。 物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象體積熱膨脹體積熱膨脹電阻變化電阻變化溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動(dòng)勢(shì)結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶體管特性變化晶閘管動(dòng)作點(diǎn)變化晶閘管動(dòng)作點(diǎn)變化熱、光輻射熱、光輻射種種類類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器熱敏晶閘管熱敏晶閘管輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高

14、溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金 溫度測(cè)量及傳感器分類溫度測(cè)量及傳感器分類 表表9-2 9-2 溫度傳感器的種類及特點(diǎn)溫度傳感器的種類及特點(diǎn)所利用的物理現(xiàn)象所利用的物理現(xiàn)象傳傳 感感 器器 類類 型型測(cè)測(cè) 溫溫 范范 圍圍/特特 點(diǎn)點(diǎn)體體 積積熱熱 膨膨 脹脹氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì)玻璃水銀溫度計(jì)玻璃水銀溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)雙金屬片溫度

15、計(jì)- -2501000- -200350- -50350- -50300 不需要電源，耐用；但不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大感溫部件體積較大接觸熱電動(dòng)勢(shì)接觸熱電動(dòng)勢(shì)鎢錸熱電偶鎢錸熱電偶鉑銠熱電偶鉑銠熱電偶其他熱電偶其他熱電偶100021002001800- -2001200 自發(fā)電型，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，自發(fā)電型，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種多；須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)品種多；須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償償電電 阻阻 的的 變變 化化鉑熱電阻鉑熱電阻熱敏電阻熱敏電阻- -200900- -50300 標(biāo)準(zhǔn)化程度高；但需要接標(biāo)準(zhǔn)化程度高；但需要接入橋路才能得到電壓輸出入橋路才能得到電壓輸出PN 結(jié)結(jié) 結(jié)結(jié) 電電 壓壓硅半導(dǎo)

16、體二極管硅半導(dǎo)體二極管（半導(dǎo)體集成溫度（半導(dǎo)體集成溫度傳感器）傳感器）- -50150 體積小，線性好，體積小，線性好，- -2mV/；但測(cè)溫范圍?。坏珳y(cè)溫范圍小溫度溫度-顏色顏色示溫涂料示溫涂料示溫液晶示溫液晶- -5013000100 面積大，可得到溫度圖象；面積大，可得到溫度圖象；但易衰老，準(zhǔn)確度低但易衰老，準(zhǔn)確度低光光 輻輻 射射熱熱 輻輻 射射紅外輻射溫度計(jì)紅外輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫溫度計(jì)光學(xué)高溫溫度計(jì)熱釋電溫度計(jì)熱釋電溫度計(jì)- -501500500300001000 非接觸式測(cè)量，反應(yīng)快；非接觸式測(cè)量，反應(yīng)快；但易受環(huán)境及被測(cè)體表面狀但易受環(huán)境及被測(cè)體表面狀態(tài)影響態(tài)影響介紹幾種溫度測(cè)量

17、方法介紹幾種溫度測(cè)量方法 示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案裝滿熱水后圖案變得清晰可辨變得清晰可辨變色變色陶瓷陶瓷 示溫變色貼示溫變色貼變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散散熱風(fēng)扇熱風(fēng)扇低溫時(shí)低溫時(shí)顯示藍(lán)色顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色體積體積熱膨脹式熱膨脹式 不需要電源，壽命長(zhǎng)；不需要電源，壽命長(zhǎng)；但感溫部件體積較大，但感溫部件體積較大，只能抵近測(cè)量。只能抵近測(cè)量。 氣體的體積與氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn) 1. 屬于屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器

18、：測(cè)量時(shí)可以不需外傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表； 2. 測(cè)溫范圍廣測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)下限可達(dá)-270 ，上限可，上限可達(dá)達(dá)18001800以上；以上； 3.3.各溫區(qū)中的各種熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)均符合各溫區(qū)中的各種熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考（參考端、端、冷冷端端）第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理

19、左端稱為：左端稱為：測(cè)量端測(cè)量端（工作（工作端、端、熱熱端端）熱電極熱電極B B熱電動(dòng)熱電動(dòng)勢(shì)勢(shì)AB回目錄回目錄從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 1821年，德國(guó)物理學(xué)家年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克賽貝克用兩種不同用兩種不同金屬組成金屬組成閉合回路閉合回路，并用酒精燈，并用酒精燈加熱其中一個(gè)加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。說明回路中產(chǎn)生了什么？。說明回路中產(chǎn)生了什么？ 1工作端工作端 2熱電極熱電極A 2熱電極熱電極B 4指南針指南針 5參考端參考端 “結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)”產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的微觀微觀動(dòng)畫動(dòng)畫

20、 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬自由電子的密度不同，在兩金屬A和和B的接觸點(diǎn)處會(huì)的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的相互發(fā)生自由電子的相互擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大。自由電子將從密度大的金屬的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B，使，使A失去電子帶正失去電子帶正電電，B得到電子帶負(fù)電得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)。 自由自由電子電子ABeAB（ T T ）T T熱電偶的熱電偶的圖形符號(hào)圖形符號(hào)上圖中的上圖中的接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)eAB(T )可用可用下式表示下式表示式中式中 eAB(T)

21、A、B兩種材料在溫度為兩種材料在溫度為T時(shí)的時(shí)的 接觸電動(dòng)勢(shì)；接觸電動(dòng)勢(shì)；T接觸處的熱力學(xué)溫度；接觸處的熱力學(xué)溫度；k 玻爾茲曼常數(shù)（玻爾茲曼常數(shù)（k=1.38 10-23J/K）；）；e 電子電荷（電子電荷（e =1.6 10-19C）；）；nA、nB熱電極材料熱電極材料A、B的自由電子密度。的自由電子密度。 AABBlnnkTeTen如果取如果取e eABAB( (T T) )的方向?yàn)檎较颍鐖D所示，則有的方向?yàn)檎较?，如圖所示，則有 0AAAA B0A BA B00BBB,lnlnlnkTnnnkTkE TTe T e TT Tenenen有關(guān)熱電動(dòng)勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論有關(guān)熱電動(dòng)勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論

22、1）如果）如果熱電偶兩根電極材料相同熱電偶兩根電極材料相同，即使兩端溫度，即使兩端溫度不同（不同（tt0），但），但總輸出熱電動(dòng)勢(shì)仍為零總輸出熱電動(dòng)勢(shì)仍為零。因此。因此必須由必須由兩種不同材料才能構(gòu)成熱電偶兩種不同材料才能構(gòu)成熱電偶。 2）如果）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，則，則回路總的熱電回路總的熱電動(dòng)勢(shì)必然等于零動(dòng)勢(shì)必然等于零。兩結(jié)點(diǎn)溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大兩結(jié)點(diǎn)溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大。 3）式中未包含與熱電偶的尺寸形狀有關(guān)的參數(shù)，）式中未包含與熱電偶的尺寸形狀有關(guān)的參數(shù)，所以熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。所以熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。 如果如果以攝氏溫

23、度為單位，以攝氏溫度為單位，EAB(T，T0)也可以寫成也可以寫成EAB(t，t0)，其物理意義雖然有所不同，但電動(dòng)勢(shì)的數(shù)其物理意義雖然有所不同，但電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值是相同的。值是相同的。 有關(guān)熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的討論有關(guān)熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的討論 熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)等于熱端熱電等于熱端熱電動(dòng)勢(shì)與冷端熱電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)與冷端熱電動(dòng)勢(shì)之差之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差溫差tt 的的函數(shù)：函數(shù)： EAB( (T，T0) )=eAB ( ( T T ) )- - eAB ( ( T T0 ) ) 結(jié)論：熱電動(dòng)勢(shì)大致與結(jié)論：熱電動(dòng)勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差溫差T或或

24、t t 成正比。成正比。從實(shí)驗(yàn)到理論的討論從實(shí)驗(yàn)到理論的討論如果用兩盞酒精燈如果用兩盞酒精燈同時(shí)加熱同時(shí)加熱兩個(gè)結(jié)點(diǎn)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，指，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。這又說明什么？。這又說明什么？ 結(jié)論：結(jié)論：指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，并指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，并有電流在回路中流動(dòng)。有電流在回路中流動(dòng)。熱電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)，而不熱電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)，而不是與單一的一端結(jié)點(diǎn)的溫度成正比。是與單一的一端結(jié)點(diǎn)的溫度成正比。 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律若在若在熱電偶回路中插入熱電偶回路中插入“中間導(dǎo)體中間導(dǎo)體”(A、B熱電極之外的其他導(dǎo)體熱電極之外的

25、其他導(dǎo)體),只要中間導(dǎo)體兩端溫只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同度相同,則則對(duì)熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)無影響對(duì)熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)無影響 。1鎳銅表棒鎳銅表棒 2磷銅接插件磷銅接插件 3銅漆包線動(dòng)圈表頭銅漆包線動(dòng)圈表頭Cu純銅導(dǎo)線純銅導(dǎo)線 HNi鎳黃銅鎳黃銅 QSn錫磷青銅錫磷青銅 Sn焊錫焊錫 NiMn鎳錳銅電阻絲鎳錳銅電阻絲熱電偶熱電偶A、B回路插入中間導(dǎo)體回路插入中間導(dǎo)體C后，后，總的熱電動(dòng)勢(shì)為：總的熱電動(dòng)勢(shì)為：總的熱電動(dòng)勢(shì)與總的熱電動(dòng)勢(shì)與C無關(guān)。同理，熱無關(guān)。同理，熱電偶回路中插入多電偶回路中插入多種導(dǎo)體（種導(dǎo)體（D、E、F），只要保），只要保證插入的每種導(dǎo)體證插入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，的兩

26、端溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也無影響。動(dòng)勢(shì)也無影響。 ABC0ABBC0CA000CBABCA0CBABCA0BCABCA0BABA,lnlnlnlnlnlnET TeTeTeTkTkTnneTenenkTnneTennkTn neTen nkTneTen 0AABBABAB0AB0ln,kTneTeneTeTET T中間導(dǎo)體定律的意義中間導(dǎo)體定律的意義利用熱電偶來實(shí)際測(cè)溫時(shí)，利用熱電偶來實(shí)際測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線、顯連接導(dǎo)線、顯示儀表和接插件等均可看成是中間導(dǎo)體示儀表和接插件等均可看成是中間導(dǎo)體，只要只要保證這些中間導(dǎo)體兩端的溫度各自相同保證這些中間導(dǎo)體兩端的溫度各自相同，則，

27、則對(duì)對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒有影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒有影響。在使用熱電偶時(shí)，應(yīng)盡量使上述元器件兩在使用熱電偶時(shí)，應(yīng)盡量使上述元器件兩端的溫度相同，才能減少測(cè)量誤差。端的溫度相同，才能減少測(cè)量誤差。 在放大器中，在放大器中，若某個(gè)電阻或集成電路引腳若某個(gè)電阻或集成電路引腳兩端的溫度不相同，將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)兩端的溫度不相同，將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。為了盡。為了盡量減小由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，可以用銅質(zhì)屏蔽罩量減小由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，可以用銅質(zhì)屏蔽罩將放大電路與熱源隔離，并使罩內(nèi)各個(gè)元件兩將放大電路與熱源隔離，并使罩內(nèi)各個(gè)元件兩端的溫度相同。端的溫度相同。參考電極定律參考電極定律已知熱電極已知熱電極A、B與參考電極與參考

28、電極C 組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（度為（t,t0）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(t,t0)，EBC(t,t0)，則在相同溫度下，由則在相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)勢(shì)EAB(t,t0)： EAB（t,t0）=EAC(t，t0) EBC(t,t0)參考電極定律簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作參考電極定律簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。只要獲得有。只要獲得有關(guān)熱電極與參考電極配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么任何兩種關(guān)熱電極與參考電極配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么任何兩種熱電極配對(duì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)均可求得，就能較快地篩選熱電極配對(duì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)均可求得，就能較快地篩選出

29、適合需要的、出適合需要的、性能良好的熱電偶。性能良好的熱電偶。目前常用純鉑絲作為目前常用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極標(biāo)準(zhǔn)電極。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)熱電偶的種類及結(jié)構(gòu) 八種八種國(guó)際通用熱電偶：國(guó)際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、R:R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 、 K:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 、E:E:鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 T:T:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造用于制造鉑鉑熱電偶熱電偶的各種的各種熱電偶絲熱電偶絲回目錄回目錄幾種國(guó)標(biāo)熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電動(dòng)勢(shì)幾種國(guó)標(biāo)熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電動(dòng)勢(shì) 分度號(hào)分度號(hào)

30、名稱名稱 測(cè)量溫度范圍測(cè)量溫度范圍 1000熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)/ mVB鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠65018204.834R鉑銠鉑銠13鉑鉑-501768 10.506S鉑銠鉑銠10鉑鉑-501768 9.587K鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅 (鋁鋁) -2701370 41.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (康康 銅銅)- 270800 5種熱電偶的種熱電偶的測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍與與熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)各有什么特點(diǎn)？用途？各有什么特點(diǎn)？用途？幾種常用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度幾種常用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析的關(guān)系曲線分析 哪幾種熱電哪幾種熱電偶的測(cè)溫上限較偶的測(cè)溫上限較高？高？ 哪幾種熱電哪幾種熱電偶的線性較差？偶的

31、線性較差？ 哪一種熱電哪一種熱電偶的靈敏度較高？偶的靈敏度較高？ 哪一種熱電哪一種熱電偶的靈敏度較低？偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（0點(diǎn)）？點(diǎn)）？ 為貴金屬熱電偶。正極是鉑銠絲（鉑為貴金屬熱電偶。正極是鉑銠絲（鉑70%，銠銠30%），負(fù)極也是鉑銠絲（鉑），負(fù)極也是鉑銠絲（鉑94%，銠，銠6%），），俗稱雙鉑銠。俗稱雙鉑銠。 測(cè)量溫度最高長(zhǎng)期可達(dá)測(cè)量溫度最高長(zhǎng)期可達(dá)1600，短期可達(dá)短期可達(dá)1800。 優(yōu)點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度高測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)溫，測(cè)溫上限高。上限高。 缺點(diǎn)：在還原性氣體中易被侵蝕，價(jià)昂缺點(diǎn)：在還原性氣體中易被侵蝕，

32、價(jià)昂。 為貴金屬熱電偶。為貴金屬熱電偶。為貴金屬熱電偶。為貴金屬熱電偶。 。鎳鉻鎳鉻-鎳硅的正極為含鉻鎳硅的正極為含鉻10%的鎳鉻合金（的鎳鉻合金（KP），負(fù)），負(fù)極為含硅極為含硅3%的鎳硅合金（的鎳硅合金（KN）。國(guó)已經(jīng)基本上用鎳鉻）。國(guó)已經(jīng)基本上用鎳鉻-鎳硅鎳硅取代鎳鉻取代鎳鉻-鎳鋁鎳鋁熱電偶熱電偶,兩者分度表是相同的。兩者分度表是相同的。測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍：-200+1370。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫范圍較寬測(cè)溫范圍較寬、熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似、熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性，線性，熱電動(dòng)勢(shì)較大熱電動(dòng)勢(shì)較大、價(jià)廉。、價(jià)廉。是目前工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的熱是目前工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的熱電偶。電偶。測(cè)量溫度長(zhǎng)

33、期可達(dá)測(cè)量溫度長(zhǎng)期可達(dá)1000，短期可達(dá)，短期可達(dá)1300。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在在300500及及800左右時(shí)，短期熱循環(huán)穩(wěn)左右時(shí)，短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，熱電動(dòng)勢(shì)不夠穩(wěn)定，且定性不好，熱電動(dòng)勢(shì)不夠穩(wěn)定，且不能用于核輻射場(chǎng)合不能用于核輻射場(chǎng)合。裸絲在還原性氣體和含有裸絲在還原性氣體和含有SO2、H2S等氣體中易被侵蝕。等氣體中易被侵蝕。當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻電極中的鉻將被氧化當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻電極中的鉻將被氧化(也稱綠蝕也稱綠蝕)，使熱電動(dòng)勢(shì)發(fā)生很大變化。因此多采用金屬制熱電偶保使熱電動(dòng)勢(shì)發(fā)生很大變化。因此多采用金屬制熱電偶保護(hù)管。護(hù)管。正極（正極（NP）為名義值）為名義值13.714.7%的鉻和的鉻

34、和1.21.6%的硅，及的硅，及0.01%的鎂與鎳的合金，負(fù)極（的鎂與鎳的合金，負(fù)極（NN）為）為名義值名義值4.24.6%的硅和的硅和0.51.5%的鎂及的鎂及0.02%的的鉻與鎳的合金。鉻與鎳的合金。優(yōu)點(diǎn)：線性度好優(yōu)點(diǎn)：線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大熱電動(dòng)勢(shì)較大,穩(wěn)定性和均勻性比穩(wěn)定性和均勻性比K熱電偶好熱電偶好。不會(huì)因磁性變化造成熱電動(dòng)勢(shì)偏離分度表，不會(huì)因磁性變化造成熱電動(dòng)勢(shì)偏離分度表，耐核輻射耐核輻射，價(jià)廉價(jià)廉，是一種新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是一種新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,其綜其綜合性能優(yōu)于合性能優(yōu)于K型熱電偶型熱電偶 。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能直接在高溫下用于氧化氣氛不能直接在高溫下用于氧化氣氛中，中，不適

35、合用不適合用于真空中于真空中。 正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金（銅正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金（銅55%，鎳鎳45%）。測(cè)溫范圍為）。測(cè)溫范圍為-200+800?？芍谱鳌？芍谱鳠犭姸?。熱電堆。 優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)較其他常用熱電偶大優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)較其他常用熱電偶大。適宜。適宜在氧化性或惰性氣氛中工作。多用于在氧化性或惰性氣氛中工作。多用于300左左右溫度的測(cè)量。右溫度的測(cè)量。 缺點(diǎn)：測(cè)溫上限較低。缺點(diǎn)：測(cè)溫上限較低。 正極是鐵，負(fù)極是銅鎳合金。正極是鐵，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為-200+760。 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)廉、熱電動(dòng)勢(shì)較大優(yōu)點(diǎn)：價(jià)廉、熱電動(dòng)勢(shì)較大（僅次于（僅次于E型熱型熱電偶，約為電偶，

36、約為53V/）、線性度好，可在）、線性度好，可在800以下的還原介質(zhì)中使用。以下的還原介質(zhì)中使用。 缺點(diǎn)：鐵電極易氧化。缺點(diǎn)：鐵電極易氧化。 正極是銅，負(fù)極是銅鎳合金，測(cè)溫范圍為正極是銅，負(fù)極是銅鎳合金，測(cè)溫范圍為-200+400，熱電動(dòng)勢(shì)高于鎳鉻，熱電動(dòng)勢(shì)高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，鎳硅熱電偶，約為約為43V/。 優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確高、復(fù)現(xiàn)性好、穩(wěn)定性好、價(jià)廉優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確高、復(fù)現(xiàn)性好、穩(wěn)定性好、價(jià)廉。 缺點(diǎn)：銅電易氧化缺點(diǎn)：銅電易氧化，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過一般不能超過300。 在在0-100范圍內(nèi)，銅范圍內(nèi)，銅-銅鎳熱電偶已被定為三銅鎳熱電偶已被定為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶級(jí)標(biāo)

37、準(zhǔn)熱電偶，用以檢測(cè)低溫儀表的準(zhǔn)確度，誤，用以檢測(cè)低溫儀表的準(zhǔn)確度，誤差不超過差不超過 0.1，年穩(wěn)定性可小于，年穩(wěn)定性可小于3V。熱電偶的分度表熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國(guó)從我國(guó)從1991年開始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定年開始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的的“1990年國(guó)際溫標(biāo)年國(guó)際溫標(biāo)”( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ITS-90) )的新標(biāo)準(zhǔn)。的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)按此標(biāo)準(zhǔn), ,制定了制定了相應(yīng)的分度表相應(yīng)的分度表, ,并且有相應(yīng)的并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)，并由計(jì)算機(jī)查表。，并由計(jì)算機(jī)查表。 直接從熱電偶的分度表查溫度與

38、熱電動(dòng)勢(shì)的直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必自由端（冷端）溫度必須為須為0 0。 本教材的本教材的附錄附錄D D僅僅列出列出工業(yè)中常用的工業(yè)中常用的鎳鉻鎳鉻-鎳鎳硅（硅（K）熱電偶）熱電偶的的分度表分度表。 使用分度表時(shí)，冷端必須為使用分度表時(shí)，冷端必須為0 。冷端置于冷端置于00的方法之一的方法之一 1被測(cè)流體管道被測(cè)流體管道 2熱電偶熱電偶 3接線盒接線盒 4補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 5銅質(zhì)導(dǎo)線銅質(zhì)導(dǎo)線 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9試管試管 10新的冷端新的冷端 查熱電偶分度表（溫度查熱電偶分度表（溫度/ /

39、毫伏數(shù)）毫伏數(shù)） 設(shè)熱電偶的冷端溫度為設(shè)熱電偶的冷端溫度為0 0，請(qǐng)根據(jù)本教材請(qǐng)根據(jù)本教材的附錄的附錄D D工工業(yè)中常用的業(yè)中常用的鎳鉻鎳鉻-鎳硅（鎳硅（K）熱電偶的熱電偶的分度表分度表，查出，查出- -100100、0 0 、 100100 時(shí)的時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)。熱電動(dòng)勢(shì)。數(shù)字式溫度表數(shù)字式溫度表溫度上限溫度上限設(shè)定值設(shè)定值溫度上限值溫度上限值設(shè)定鍵設(shè)定鍵單片機(jī)自動(dòng)查分度表，并單片機(jī)自動(dòng)查分度表，并顯示被測(cè)溫度值顯示被測(cè)溫度值K熱電偶熱電偶的分度表的分度表 分別查出分別查出-100-100、+100+100時(shí)的時(shí)的2 2個(gè)熱電動(dòng)個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)。勢(shì)。 計(jì)算與計(jì)算與0之差，之差，體會(huì)熱電動(dòng)體會(huì)熱電動(dòng)勢(shì)的

40、勢(shì)的非線性。非線性。如何由熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)查熱端溫度值如何由熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)查熱端溫度值 設(shè)設(shè)冷端為冷端為0 0，根據(jù)以下電路中的毫伏表的根據(jù)以下電路中的毫伏表的示示值值及及K熱電偶的熱電偶的分度表，分度表，查出查出熱端的溫度熱端的溫度tx 。裝配式裝配式熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭普通普通裝配式裝配式熱電偶的熱電偶的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖 接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護(hù)管保護(hù)管裝配式裝配式熱電偶在管道中的安裝熱電偶在管道中的安裝1裝配式熱電偶裝配式熱電偶

41、2管道管道 3絕熱層絕熱層鍋爐煙道中的鍋爐煙道中的密封安裝密封安裝裝配式裝配式熱電偶在熱電偶在鍋爐中的安裝鍋爐中的安裝2022-2-1965端面式端面式熱電偶及其在測(cè)溫面的安裝熱電偶及其在測(cè)溫面的安裝能更快速地反映被測(cè)端能更快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度。面的實(shí)際溫度。鎧裝式熱電偶鎧裝式熱電偶 鎧裝熱電偶的制造工藝：鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在材料預(yù)置在金屬保護(hù)管金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將再截取適

42、當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封工作端焊接密封、配置、配置接線盒接線盒即即成為成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決決微小、狹窄場(chǎng)合微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎曲、曲、超長(zhǎng)超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。 鎧裝式熱電偶鎧裝式熱電偶鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可

43、鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護(hù)套管保護(hù)套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形接線卡接線卡屏蔽層屏蔽層測(cè)量端測(cè)量端（熱端）（熱端）鎧裝式鎧裝式熱電偶在設(shè)備中的安裝熱電偶在設(shè)備中的安裝薄膜式薄膜式熱電偶的外形熱電偶的外形1熱電極熱電極A 2結(jié)點(diǎn)（熱端）結(jié)點(diǎn)（熱端） 3熱電極熱電極B 4引腳接頭引腳接頭 5相同材質(zhì)的引腳（冷端）相同材質(zhì)的引腳（冷端）用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶，熱接點(diǎn)約上而形成薄膜裝熱電偶，熱接點(diǎn)約0.

44、010.lm。特別適用于對(duì)壁面溫度的特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí)，用粘結(jié)快速測(cè)量。安裝時(shí)，用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。上。尺寸約為尺寸約為 6060.2mm; 測(cè)溫范圍在測(cè)溫范圍在300以下；反以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。 隔爆隔爆式熱電偶式熱電偶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄壓鑄而成的，而成的，有一定有一定的厚度的厚度、隔爆空間，、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接較高；采用螺紋隔爆接合面，并合面，并采用密封圈進(jìn)行

45、密封采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場(chǎng)合：使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸環(huán)境氣體爆炸）。）。隔爆隔爆式熱電偶外形式熱電偶外形厚壁保護(hù)管厚壁保

46、護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線法蘭盤法蘭盤裝配式熱電偶的常用保護(hù)管材料裝配式熱電偶的常用保護(hù)管材料材料名稱材料名稱使用溫度使用溫度/ CH62黃銅黃銅12CrMOV鋼鋼1Cr18Ni9Ti不銹鋼不銹鋼Cr18Ni12MO2TiGH39高溫不銹鋼高溫不銹鋼石英石英高鋁質(zhì)管（高鋁質(zhì)管（85% 90%Al2 2O O3 3）高級(jí)耐火陶瓷高級(jí)耐火陶瓷再結(jié)晶氧化鋁再結(jié)晶氧化鋁碳化硅碳化硅鋼玉質(zhì)管（鋼玉質(zhì)管（99.5%Al99.5%Al2 2O O3 3）硼化鋯硼化鋯石墨石墨氧化釷（氧化釷（ThOThO）4006009009001200130013001400150016001600180020

47、002200其他其他熱電偶外形熱電偶外形小形小形K型熱電偶型熱電偶XCXC系列陶瓷纖維柔性熱電偶系列陶瓷纖維柔性熱電偶K、E、J分度分度號(hào)備選，陶瓷絕號(hào)備選，陶瓷絕緣溫度可達(dá)緣溫度可達(dá)2000(2200 ).300 mm (12“) 長(zhǎng)帶絕緣，長(zhǎng)帶絕緣，13 mm (0.5”)長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)剝離引長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)剝離引線端線端.用消耗式熱電用消耗式熱電偶測(cè)量熔融金偶測(cè)量熔融金屬溫度的屬溫度的示意圖示意圖適合不同被測(cè)壁面的熱電偶安裝方法適合不同被測(cè)壁面的熱電偶安裝方法1發(fā)熱元件發(fā)熱元件 2散熱片散熱片 3薄膜熱電偶薄膜熱電偶 4絕熱保護(hù)層絕熱保護(hù)層 5硬質(zhì)車刀硬質(zhì)車刀 6用激光加工的斜孔用激光加工的斜孔 7露

48、頭式鎧裝熱電偶的露頭式鎧裝熱電偶的測(cè)量端測(cè)量端 8薄壁金屬保護(hù)管薄壁金屬保護(hù)管 9冷端冷端 10工件工件 a）薄膜熱電偶測(cè)量表面溫度）薄膜熱電偶測(cè)量表面溫度 b）鎧裝式熱電偶測(cè)量車刀的核心溫度）鎧裝式熱電偶測(cè)量車刀的核心溫度 c）鎧裝式熱電偶測(cè)量電動(dòng)機(jī)外殼溫度）鎧裝式熱電偶測(cè)量電動(dòng)機(jī)外殼溫度用兩根熱電偶測(cè)量水泵的效率用兩根熱電偶測(cè)量水泵的效率熱電偶絲與被測(cè)溫度金屬板的熱電偶絲與被測(cè)溫度金屬板的3 3種焊接方式種焊接方式熱電偶絲的沖擊焊電路熱電偶絲的沖擊焊電路熱電偶絲的接觸焊電路熱電偶絲的接觸焊電路第四節(jié)第四節(jié) 熱電偶冷端的延長(zhǎng)熱電偶冷端的延長(zhǎng) 采用相對(duì)采用相對(duì)廉價(jià)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可的補(bǔ)償導(dǎo)線，

49、可延長(zhǎng)熱電偶的延長(zhǎng)熱電偶的冷端冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。于敷設(shè)。 補(bǔ)償導(dǎo)線在補(bǔ)償導(dǎo)線在0 0100100范圍內(nèi)的熱電動(dòng)勢(shì)與配套的范圍內(nèi)的熱電動(dòng)勢(shì)與配套的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)相等相等，所以，所以不影響不影響測(cè)量準(zhǔn)確度。測(cè)量準(zhǔn)確度。回目錄回目錄熱電偶冷端延長(zhǎng)熱電偶冷端延長(zhǎng) 用用A、B與與A及及B連接后，測(cè)溫回路的總的熱電勢(shì)連接后，測(cè)溫回路的總的熱電勢(shì)僅取決于僅取決于A、B、T及及T0（T0為新的自由端，它是穩(wěn)定為新的自由端，它是穩(wěn)定的），而與的），而與A、A2 2 ABBBB Cu0CuA0A AABBBA A

50、B A0ABAB0BBAAABAB0BBAAAA0BBElnlnlnlnlnlnlnlnln1lnnnnnnnnnETETETETETTETETETnnnnkTTTTennnnnnnnkTTTennnnnnkTTTenn 中間導(dǎo)體定律AABBAA0BA0BAB0lnlnln,BnnnnnnkTTennnkTTenET T已知及及B、B連接處的連接處的溫度溫度Tn（中間溫（中間溫度，它是不穩(wěn)定度，它是不穩(wěn)定的）無關(guān)，在的）無關(guān)，在T0處測(cè)得的總的熱處測(cè)得的總的熱電勢(shì)與直接將熱電勢(shì)與直接將熱電偶延伸到電偶延伸到T0無無異。異。補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)（續(xù)）補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)（續(xù)）型號(hào)型號(hào) 配用熱電偶配用熱電偶正正-

51、負(fù)負(fù)型型號(hào)號(hào)導(dǎo)線外皮導(dǎo)線外皮顏色顏色 正正-負(fù)負(fù)100時(shí)的時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)/ mVRC R （鉑銠（鉑銠13-鉑）鉑）RC紅紅-綠綠 0.647NC N（鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳鎳硅硅）NC 紅紅-黃黃2.744EX E （鎳鉻鎳鉻-銅鎳銅鎳）EX紅紅-棕棕6.319JXJ（鐵鐵-銅鎳銅鎳）JX紅紅-紫紫5.264TX T （銅銅-銅鎳銅鎳 ） TX紅紅-白白4.279補(bǔ)償導(dǎo)線外形補(bǔ)償導(dǎo)線外形 AB屏蔽層屏蔽層保護(hù)層保護(hù)層熱電偶的冷端延長(zhǎng)電路熱電偶的冷端延長(zhǎng)電路 第五節(jié)第五節(jié) 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償必要性必要性：1. 用熱電偶的用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)溫度時(shí)

52、，必必須滿足須滿足t0=0的條件的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不但不是不是0 ，而且也而且也不恒定不恒定， 因此因此將產(chǎn)生誤差將產(chǎn)生誤差。2. 一般情況下，一般情況下，冷端溫度高于冷端溫度高于0 ，熱電動(dòng)熱電動(dòng)勢(shì)總是偏小勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償消除或補(bǔ)償熱電偶的熱電偶的冷冷端損失端損失 ?；啬夸浕啬夸浝涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒ɡ涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒?一、一、冷端恒溫法冷端恒溫法： 將熱電偶的將熱電偶的冷端冷端置于裝有置于裝有冰水混合物冰水混合物的的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0不

53、變。不變。此法也稱此法也稱冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t0不等于不等于0而而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于只適用于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中。中。 冰浴法：冰浴法： 在冰瓶中，冰水混合物的溫度在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)時(shí)間地保持在能較長(zhǎng)時(shí)間地保持在0 0不變。不變。冰浴法接線圖冰浴法接線圖冷端至于冷端至于00環(huán)境中環(huán)境中 二、計(jì)算修正法二、計(jì)算修正法 當(dāng)熱電偶的冷端溫度當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0 0時(shí)，由于時(shí)，由于熱端熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)，所以測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)得的熱電動(dòng)勢(shì)EAB( (t, ,t0) )

54、與冷端為與冷端為0時(shí)所測(cè)得時(shí)所測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)的熱電動(dòng)勢(shì)EAB( (t, ,0)不等。若冷端溫度高于不等。若冷端溫度高于0，則，則EAB( (t, ,t0) )EAB( (t, ,0 ) )?？梢岳孟??？梢岳孟率接?jì)算并修正測(cè)量誤差：式計(jì)算并修正測(cè)量誤差： EAB( (t, ,0 ) )=EAB( (t, ,t0) )+EAB( (t0, ,0 ) )計(jì)算修正法舉例計(jì)算修正法舉例K熱電偶測(cè)溫電熱電偶測(cè)溫電路中，路中，熱電極熱電極 A、B直接焊接在鋼板直接焊接在鋼板上上，A 、B 為補(bǔ)為補(bǔ)償導(dǎo)線償導(dǎo)線，Cu為銅導(dǎo)為銅導(dǎo)線，線，已知接線盒已知接線盒1 的溫度的溫度t1=40，冰，冰瓶中為冰水混合物

55、，瓶中為冰水混合物，接線盒接線盒 3 的溫度的溫度t3=20.0。求求：1）冰瓶的溫度）冰瓶的溫度t 2；2）將熱電極）將熱電極直接焊在鋼板上是應(yīng)用了熱電偶的什么直接焊在鋼板上是應(yīng)用了熱電偶的什么定律？定律？3）當(dāng)）當(dāng)Ux=29.97mV時(shí)，估算被測(cè)時(shí)，估算被測(cè)點(diǎn)溫度點(diǎn)溫度t x ；4）如果冰瓶中的冰完全融化，）如果冰瓶中的冰完全融化，溫度上升到與接線盒溫度上升到與接線盒1的溫度相同，此時(shí)的溫度相同，此時(shí)的的Ux減小到減小到28.36mV，再求，再求t x。 解：解：1）接線盒接線盒1 是熱是熱電極與補(bǔ)償導(dǎo)線電極與補(bǔ)償導(dǎo)線（延長(zhǎng)導(dǎo)線）的接（延長(zhǎng)導(dǎo)線）的接線位置，不影響測(cè)線位置，不影響測(cè)量結(jié)果量

56、結(jié)果，不必考慮不必考慮t 1溫度的大小和波動(dòng)溫度的大小和波動(dòng)。冰瓶的溫度為冰瓶的溫度為:0 ,是補(bǔ)償導(dǎo)線是補(bǔ)償導(dǎo)線（冷端）與銅導(dǎo)線（冷端）與銅導(dǎo)線的接線位置的接線位置,所以可所以可以直接查分度表。以直接查分度表。 2）將熱電極直接焊在鋼板上將熱電極直接焊在鋼板上是是應(yīng)用了熱電偶的應(yīng)用了熱電偶的中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律。 3）當(dāng)）當(dāng)Ux=29.97mV時(shí)，時(shí)，直接查分直接查分度表得到被測(cè)點(diǎn)溫度度表得到被測(cè)點(diǎn)溫度t x=720 。 注注:接線盒接線盒 3 的溫度的溫度t3不是冷端溫不是冷端溫度度,屬于中間溫度屬于中間溫度,與測(cè)量結(jié)果無關(guān)與測(cè)量結(jié)果無關(guān).解（續(xù)）解（續(xù)）4）如果冰瓶中的冰完全融化，溫

57、度上升到與接線盒）如果冰瓶中的冰完全融化，溫度上升到與接線盒1的溫度相同，即：的溫度相同，即：冷端溫度不再是冷端溫度不再是0 ，而為，而為40 。此時(shí)的此時(shí)的Ux=28.36mV，再求，再求t x。EAB(t,0)=EAB(t,40)+EAB(40,0) =(28.36+1.61)mV=29.97mV反查反查K型熱電的偶分度表型熱電的偶分度表，仍然得到仍然得到t x =720。三、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法三、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 用螺用螺絲刀調(diào)節(jié)絲刀調(diào)節(jié)儀表面板儀表面板上的上的“機(jī)機(jī)械零點(diǎn)械零點(diǎn)”，使指針指使指針指到氣溫到氣溫t0（圖中為圖中為40 40 ）的的刻度上?？潭壬?。機(jī)械零點(diǎn)機(jī)械零點(diǎn)指針被預(yù)

58、調(diào)到室溫（指針被預(yù)調(diào)到室溫（40 ） 可補(bǔ)償冷端損失可補(bǔ)償冷端損失半導(dǎo)體集成溫度傳感器測(cè)溫半導(dǎo)體集成溫度傳感器測(cè)溫及熱電偶冷端溫度的測(cè)量及熱電偶冷端溫度的測(cè)量 PN結(jié)是集成溫度結(jié)是集成溫度傳感器的最基礎(chǔ)的傳感器的最基礎(chǔ)的測(cè)溫元件。測(cè)溫元件。 PN結(jié)的溫度結(jié)的溫度特性演示特性演示 二極管的二極管的正向電正向電壓降壓降UD以以-2mV/ 的趨勢(shì)變化的趨勢(shì)變化。集成溫度傳感器的測(cè)溫原理集成溫度傳感器的測(cè)溫原理 集成溫度傳感器內(nèi)部多將一個(gè)集成溫度傳感器內(nèi)部多將一個(gè)三極管的集電極與基極短接，還三極管的集電極與基極短接，還有恒流源有恒流源（VT3、VT4）、放大器、放大器、輸出級(jí)等電路。輸出級(jí)等電路。在集

59、成溫度傳感器內(nèi)部，兩只在集成溫度傳感器內(nèi)部，兩只測(cè)溫晶體管（測(cè)溫晶體管（VT1、VT2）的）的b-e結(jié)結(jié)壓降的不飽和值壓降的不飽和值Ube之差之差Ube，（R1上的壓降）與熱力學(xué)溫度上的壓降）與熱力學(xué)溫度T、成正比：成正比：)ln(2C2CbeJJqKTUq:電子電荷電子電荷,Jc1、Jc2:兩只晶體管的集電極電流密度。兩只晶體管的集電極電流密度。集成溫度傳感器的類型集成溫度傳感器的類型 集成溫度傳感器可分為：集成溫度傳感器可分為：模擬型模擬型集成溫度傳集成溫度傳感器和感器和數(shù)字型數(shù)字型集成溫度傳感器。模擬型的輸出集成溫度傳感器。模擬型的輸出信號(hào)形式有信號(hào)形式有電壓型電壓型和和電流型電流型兩種

60、。兩種。電壓型的靈敏度多為電壓型的靈敏度多為10mV/（以攝氏溫度以攝氏溫度0作為電壓的零點(diǎn)作為電壓的零點(diǎn)），），電流型的靈敏度多為電流型的靈敏度多為1A/K（以絕對(duì)溫度以絕對(duì)溫度0K作為電流的零點(diǎn)作為電流的零點(diǎn)）；）；數(shù)字型又可以分為數(shù)字型又可以分為開關(guān)輸出型、開關(guān)輸出型、并行輸出型并行輸出型、串行輸出型串行輸出型等幾種不同的形式。等幾種不同的形式。 模擬型集成溫度傳感器模擬型集成溫度傳感器 電流輸出型集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器 電流輸出型溫度傳電流輸出型溫度傳感器能產(chǎn)生一個(gè)感器能產(chǎn)生一個(gè)與絕與絕對(duì)溫度成正比的電流對(duì)溫度成正比的電流作為輸出作為輸出，AD590是是電流輸出型溫度傳