第2章 溫度檢測(cè)技術(shù)

自動(dòng)化儀表第2章檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表壓力的檢測(cè)流量檢測(cè)儀表物位檢測(cè)儀表機(jī)械量檢測(cè)儀表本章內(nèi)容過程控制對(duì)檢測(cè)儀表有以下幾個(gè)基本要求：(1)測(cè)量值要能正確地反映被測(cè)變量的大小，誤差不超過規(guī)定的范圍；(2)測(cè)量值必須迅速反映被測(cè)變量的變化，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較迅速；(3)檢測(cè)儀表在工作環(huán)境條件下，應(yīng)能長期工作，以保證測(cè)量值的可靠性。第2章檢測(cè)儀表42.1溫度檢測(cè)技術(shù)2.1.1溫度與標(biāo)定2.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法2.1.5熱阻式測(cè)溫方法2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)2.1.6輻射法測(cè)溫2.1.4熱電式測(cè)溫方法2.1.7溫度變送器5溫度

→標(biāo)志（物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度）兩個(gè)物體溫度相同

→熱平衡狀態(tài)(第零定律)基準(zhǔn)溫度值

→比較

→

得待測(cè)物體的溫度2.1溫度檢測(cè)技術(shù)62.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定一、溫標(biāo)

原因：目前尚難以直接測(cè)量物體內(nèi)部的分子動(dòng)能，為了保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞，需要建立一個(gè)衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度，即溫標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，熱力學(xué)溫標(biāo)絕對(duì)氣體溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)和國際溫標(biāo)溫標(biāo)經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進(jìn)過程72.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定1、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)

定義：根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)：單位：華氏度，記作：℉

水的冰點(diǎn)為32℉，沸點(diǎn)為212℉

攝氏溫標(biāo)：單位：攝氏度，記作：℃

水的冰點(diǎn)為0℃，沸點(diǎn)為100℃82.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：式中：T—華氏溫度值；

t—攝氏溫度值；局限性：

經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均依賴于其規(guī)定的測(cè)量物質(zhì)，測(cè)溫范圍也不能超過其上、下限(如攝氏為0℃、l00℃)。超過了這個(gè)溫區(qū)，攝氏將不能進(jìn)行溫度標(biāo)定。92.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定2、熱力學(xué)溫標(biāo)以-273.15℃作為零度；單位：開爾文，記作：K；它的每一度大小與攝氏溫度每一度大小相同；熱力學(xué)溫度的零度即0K（或-273.15℃）叫絕對(duì)零度，它表示在宇宙中只能無限接近，但不可能達(dá)到的低溫的極限。102.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定3、絕對(duì)氣體溫標(biāo)從理想氣體狀態(tài)方程入手，來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)叫絕對(duì)氣體溫標(biāo)；若選用同一固定點(diǎn)(水的三相點(diǎn))來作參考點(diǎn)，則兩種溫標(biāo)在數(shù)值上將完全相同。112.1.1溫標(biāo)與標(biāo)定4、國際實(shí)用溫標(biāo)和國際溫標(biāo)IPTS一90溫標(biāo)

重申國際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為K；熱力學(xué)溫度（T）與攝氏溫度（t）之間的換算關(guān)系：

T=t+273.15；122.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)測(cè)溫方式→

接觸式和非接觸式接觸式溫度計(jì)

非接觸式測(cè)溫132.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)方式接觸式非接觸式測(cè)量條件感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度;被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上測(cè)量范圍特別適合1200℃以下、熱容大、無腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于l300℃以上的溫度測(cè)量較困難原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測(cè)量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)物體和熱容小的物體溫度精度工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí)通常為1.0、1.5、2.5級(jí)響應(yīng)速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為2～3秒鐘

其它特點(diǎn)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測(cè)溫控溫一體化的溫度控制裝置測(cè)溫儀器

對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式儀器又可分為:

膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì))電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì))熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計(jì))以及其它原理的溫度計(jì)。

2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)非接觸式溫度計(jì)又可分為：輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也按統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)。2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指0～10K，低溫指10～800K，中溫指800～1900K，高溫指1900～2800K的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。超高溫傳感器如：前蘇聯(lián)研制的YCI—I型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì),其測(cè)量范圍為400～6000℃,它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)超聲波溫度傳感器特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強(qiáng)。目前國外有可測(cè)到5000℉的產(chǎn)品。激光溫度傳感器適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做的光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度，精度為1％。美國麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000℃，專門用于核聚變研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光溫度傳感器可測(cè)幾千開(K)的高溫。2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)

1．超高溫與超低溫傳感器，如+3000℃以上和–250℃以下的溫度傳感器。

2．提高溫度傳感器的精度和可靠性。

3．研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器。

4．發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測(cè)溫元件、快速高靈敏熱電偶以及各類非接觸式溫度傳感器。

5．發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器。

6．發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器。溫度傳感器的主要發(fā)展方向：2.1.2測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)192.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法屬于接觸式測(cè)溫方式一種基本原理：基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。熱膨脹式測(cè)溫方法的分類液體膨脹式玻璃溫度計(jì)液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)202.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法一、玻璃溫度計(jì)水銀凝固點(diǎn)：-38.9℃；

上限：538℃。酒精下限：-62℃；甲苯下限：-90℃；戊烷下限：-20l℃。全浸式局浸式較低溫度測(cè)量212.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法二、壓力溫度計(jì)

原理：一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系。壓力溫度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖溫度變化→感溫介質(zhì)體積變化→壓力變化→彈簧變形→指針偏轉(zhuǎn)毛細(xì)管細(xì)而長，用于傳遞壓力。長度長，溫度計(jì)響應(yīng)慢；管細(xì)，準(zhǔn)確度高。測(cè)溫范圍：-100℃～

600℃油、水系統(tǒng)的溫度測(cè)量222.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法232.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法三、雙金屬溫度計(jì)

基本原理：固體長度隨溫度變化而變化，公式如下：式中：L1固體在溫度t1時(shí)的長度；

L0固體在溫度t0時(shí)的長度；

k固體在溫度t0、t1之間的平均線膨脹系數(shù)。242.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法把兩片線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件。溫度越高線膨脹差越大

彎曲角度也越大。彎曲變形252.1.3熱膨脹式測(cè)溫方法感溫雙金屬元件的形狀：平面螺旋型直線螺旋型測(cè)溫范圍：-80～600℃精度等級(jí)：1.5級(jí)左右雙金屬溫度計(jì)抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表。262.1.4熱電式測(cè)溫方法熱電偶測(cè)溫特點(diǎn)：測(cè)溫范圍寬、精度較高、性能穩(wěn)定、電信號(hào)1、測(cè)溫基本原理

工作端或熱端參比端或冷端熱電極熱電極熱電效應(yīng)→熱電勢(shì)→溫差電勢(shì)、接觸電勢(shì)272.1.4熱電式測(cè)溫方法接觸電勢(shì)示意圖導(dǎo)體材料不同→電子密度不同→

電子擴(kuò)散→接觸電勢(shì)

數(shù)量級(jí)：10-2～10-3V接觸電勢(shì)282.1.4熱電式測(cè)溫方法接觸電勢(shì)示意圖由物理學(xué)可知，導(dǎo)體A、B在接觸點(diǎn)1、2的接觸電勢(shì)EAB(T)和EAB(T0)

分別為：

可以得出回路中總的接觸電勢(shì)為：總接觸電勢(shì)只與導(dǎo)體A、B的性質(zhì)和兩接觸點(diǎn)的溫差有關(guān)。當(dāng)T=T0時(shí)，盡管兩接觸點(diǎn)處都存在接觸電勢(shì)，但回路中總接觸電勢(shì)等于零。292.1.4熱電式測(cè)溫方法溫差電勢(shì)示意圖導(dǎo)體材料兩端溫度不等→溫差電勢(shì)

數(shù)量級(jí)：10-5V

溫差電勢(shì)T1>T212302.1.4熱電式測(cè)溫方法溫差電勢(shì)示意圖當(dāng)導(dǎo)體A、B兩端的溫度分別為T和T0，且T>T0時(shí)，導(dǎo)體A、B各自的溫差電勢(shì)分別為

：

可以得出回路中總的溫差電勢(shì)為：312.1.4熱電式測(cè)溫方法結(jié)論：兩熱電極材料確定→總電勢(shì)僅僅與

(T、T0)有關(guān)322.1.4熱電式測(cè)溫方法回路的熱電勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)的溫度函數(shù)之差：

當(dāng)冷端（自由端）溫度T0固定不變時(shí)，即f(T0)=常數(shù)。此時(shí)：熱電偶測(cè)溫基本公式標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶分度表：將自由端溫度保持為0℃，通過實(shí)驗(yàn)建立熱電勢(shì)與溫度之間的數(shù)值關(guān)系332.1.4熱電式測(cè)溫方法2、熱電偶分類及特性1.分類國際電工委員會(huì)(IEc)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種。貴金屬熱電偶：由鉑和鉑銠合金制成。包括分度號(hào)為S、R、B三種熱電偶。屬賤金屬熱電偶：由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成。包括分度號(hào)為K、N、T、E、J的五種熱電偶。2.1.4熱電式測(cè)溫方法2.常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶介紹a.鉑銠10一鉑熱電偶(分度號(hào)：S)由直徑為0.5mm以下的鉑銠合金絲(鉑90％，銠10％)和純鉑絲制成。屬貴金屬熱電偶。具有較高的復(fù)制精度，且測(cè)量準(zhǔn)確度較高，可用于精密溫度測(cè)量。S型熱電偶在氧化性或中性介質(zhì)中具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)定性，在1300℃以下范圍內(nèi)可長時(shí)間使用。主要缺點(diǎn)：金屬材料的價(jià)格昂貴；熱電勢(shì)小，而且熱電特性曲線非線性較大；在高溫時(shí)易受還原性氣體所發(fā)出的蒸氣和金屬蒸氣的侵害而變質(zhì)，失去測(cè)量準(zhǔn)確度。2.1.4熱電式測(cè)溫方法b.鉑銠30一鉑銠6熱電偶(B型)具有S型熱電偶的各種特點(diǎn)。兩個(gè)熱電極都是鉑銠合金，提高了抗污染能力，其長期使用溫度可達(dá)1600℃。主要缺點(diǎn)：熱電勢(shì)很小(在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中熱電勢(shì)為最小)，當(dāng)t≤50℃，熱電勢(shì)小于3μV，因此在測(cè)量高溫時(shí)基本可不考慮自由端的溫度補(bǔ)償。2.1.4熱電式測(cè)溫方法c.鎳鉻一鎳硅熱電偶(K型)使用十分廣泛的賤金屬熱電偶，熱電絲直徑一般為1.2～2.5mm。熱電極材料具有較好的高溫抗氧化性，可在氧化性或中性介質(zhì)中長時(shí)間地測(cè)量900℃以下的溫度。K型熱電偶具有復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)生的熱電勢(shì)大，而且線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；測(cè)量精度偏低，但完全能滿足一般工業(yè)測(cè)量要求。主要缺點(diǎn)：不宜用于還原性介質(zhì)中，熱電極會(huì)很快受到腐蝕，在還原性介質(zhì)中應(yīng)用，只能用于測(cè)量500℃以下的溫度。2.1.4熱電式測(cè)溫方法d.鎳鉻一銅鎳合金熱電偶(E型)（鎳鉻一康銅熱電偶）熱電勢(shì)大，在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中為最大，可測(cè)量微小變化的溫度。對(duì)于高濕度氣體的腐蝕不甚靈敏，宜在我國南方地區(qū)使用或濕度環(huán)境較高的紡織工業(yè)中使用。缺點(diǎn)：負(fù)極(銅鎳合金)難于加工，熱電均勻性比較差，不能用于還原性介質(zhì)中。

2.1.4熱電式測(cè)溫方法e.銅—康銅熱電偶，分度號(hào)T

熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。2.1.4熱電式測(cè)溫方法f.鐵—康銅熱電偶，分度號(hào)J

靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價(jià)格便宜，可在800℃以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。2.1.4熱電式測(cè)溫方法幾種持殊用途的熱電偶:（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠—銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測(cè)量高達(dá)2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕迹墒褂迷谡婵斩栊詺怏w介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）金鐵—鎳鉻熱電偶主要用在低溫測(cè)量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀—鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。2.1.4熱電式測(cè)溫方法422.1.4熱電式測(cè)溫方法3、熱電偶結(jié)構(gòu)①普通工業(yè)用熱電偶普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組成。432.1.4熱電式測(cè)溫方法②鎧裝熱電偶熱電偶絲、絕緣材料

→緊壓→金屬保護(hù)管特點(diǎn)：測(cè)溫范圍-200

～

160℃響應(yīng)速度快撓性好使用壽命長機(jī)械強(qiáng)度、耐壓性能好外徑尺寸范圍寬0.2～8mm長度可以做得很長500m442.1.4熱電式測(cè)溫方法452.1.4熱電式測(cè)溫方法③薄膜熱電偶薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板上而制成的一種特殊熱電偶，薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很小（可薄到0.01～0.1um），具有熱容量小、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，熱響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。直接粘貼或壓著在被測(cè)物表面，測(cè)其表面溫度462.1.4熱電式測(cè)溫方法日本千野薄膜熱電偶472.1.4熱電式測(cè)溫方法類型性能特點(diǎn)典型時(shí)間常數(shù)應(yīng)用范圍普通熱電偶結(jié)構(gòu)簡單、安裝空間小，接線方便，已做成標(biāo)準(zhǔn)型式。但時(shí)間滯后大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，安裝較困難。分級(jí)測(cè)量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度等實(shí)時(shí)性要求不高、但要快速拆卸的環(huán)境。鎧裝熱電偶熱慣性?。挥辛己玫娜嵝?，便于彎曲；抗振性能好；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。秒級(jí)測(cè)量狹小的對(duì)象上各點(diǎn)的溫度或?qū)崟r(shí)性要求較高的場(chǎng)合薄膜熱電偶厚度很薄，達(dá)微米級(jí)。熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。毫秒級(jí)適用于各種物體表面溫度的測(cè)量。如汽輪機(jī)葉片表面溫度測(cè)量，火箭、飛機(jī)噴嘴的溫度，鋼錠、軋輥等表面溫度測(cè)量等。482.1.4熱電式測(cè)溫方法4、熱電偶基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律中間溫度定律中間導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律

由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與兩材料及兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。意義：有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及材料的均勻性。2.1.4熱電式測(cè)溫方法502.1.4熱電式測(cè)溫方法2中間溫度定律

中間溫度定律：指當(dāng)熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)的溫度分別為T和T0時(shí)，所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于該熱電偶兩接點(diǎn)溫度為T、T1和T1、T0時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)之代數(shù)和，即：

T1稱為中間溫度512.1.4熱電式測(cè)溫方法應(yīng)用：可以根據(jù)該定律，在冷端溫度為任一恒定值時(shí)，利用熱電偶分度表求出工作端的被測(cè)溫度值。例子用鎳鉻—鎳硅K型熱電偶測(cè)量爐溫，當(dāng)冷端溫度T1=30℃時(shí)，測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T1)=39.17mv，求實(shí)際爐溫。

解答：由T1=30℃查分度表得E(30,0)=1.2mv，根據(jù)中間溫度定律得:

E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=39.17+1.2=40.37(mv)

則查表得爐溫T=976℃。

522.1.4熱電式測(cè)溫方法3中間導(dǎo)體定律

中間導(dǎo)體定律

：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)回路的總的熱電勢(shì)沒有影響。

應(yīng)用：在熱電偶測(cè)溫回路中，接入導(dǎo)線和測(cè)量儀表。532.1.4熱電式測(cè)溫方法4標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果已知熱電偶的兩個(gè)電極A、B分別與另一電極C組成的熱電偶的熱電勢(shì)為EAC(T,T0)和EBC(T,T0)

，則在相同接點(diǎn)溫度(T,T0)下，由A、B電極組成的熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,T0)

為：電極C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極542.1.4熱電式測(cè)溫方法應(yīng)用：在工程測(cè)量中，由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提鈍，所以目前常將純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。標(biāo)準(zhǔn)電極定律為熱電偶電極的選配提供了方便。

例子鉑銠30—鉑熱電偶的EAC(1084.5,0)=13.976mv,鉑銠6—鉑熱電偶的EBC(1084.5,0)=8.354mv，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律，鉑銠30—鉑銠6熱電偶的EAB(1084.5,0)=13.976-8.354=5.622mv。

552.1.4熱電式測(cè)溫方法4、熱電偶溫度測(cè)量①補(bǔ)償導(dǎo)線

定義：絕緣層導(dǎo)線～熱電偶→

熱電特性相同

作用：延長熱電偶的冷端→

遠(yuǎn)離熱源、溫度較恒定

特點(diǎn)：不能消除參比端不為0℃的影響

↓

須將參比端的溫度修正到0℃562.1.4熱電式測(cè)溫方法補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層顏色正極負(fù)極正極負(fù)極SCKCKXEXSKKESPC(銅)KPC(銅)KPX(鎳鉻)EPX(鎳鉻)SNC(銅鎳)KNC(康銅)KNX(鎳硅)ENX(銅鎳)紅紅紅紅綠藍(lán)黑棕2.1.4熱電式測(cè)溫方法補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)的頭一個(gè)字母與配用熱電偶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)；第二個(gè)字母“X”表示延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線(補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與熱電偶電極的材料相同)；字母“C”表示補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線。2.1.4熱電式測(cè)溫方法補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用時(shí)必須注意的問題：補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)(一般為0～100℃)與相應(yīng)熱電偶的熱電勢(shì)相等或相近；

不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度；補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需分別與熱電偶的正、負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端溫度t0≠0時(shí)，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。2.1.4熱電式測(cè)溫方法602.1.4熱電式測(cè)溫方法②參比端處理

熱電偶分度表

→

熱電偶參比端為0℃

實(shí)驗(yàn)室條件：冰水混合物，電子式恒溫槽

工業(yè)測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)：很難保持參比端為0℃

解決方法：中間溫度定律+軟件補(bǔ)償方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法校正儀表零點(diǎn)法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法2.1.4熱電式測(cè)溫方法冰點(diǎn)槽法（自由端恒溫法）把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。2.1.4熱電式測(cè)溫方法2.1.4熱電式測(cè)溫方法適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用計(jì)算修正法當(dāng)冷端溫度T0不等于0℃，需要對(duì)熱電偶回路的測(cè)量電勢(shì)值EAB（T，T0）加以修正。當(dāng)工作端溫度為T時(shí)，分度表可查EAB(T,0)與EAB(T0,0)。根據(jù)中間溫度定律得到：EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)

2.1.4熱電式測(cè)溫方法652.1.4熱電式測(cè)溫方法［例］：用K型熱電偶測(cè)爐溫，測(cè)得參比端溫度t1＝38℃，測(cè)得測(cè)量端和冷端間的熱電動(dòng)勢(shì)E(t,38)＝29.90mV，求實(shí)際爐溫。

［解］：由K型分度表查得E(38,0)＝1.53mV，

則E(t,0)＝E(t,t1)+E(t1,0)

＝29.90+1.53=31.43mV

查K型分度表，31.43mV→755℃

討論:

若參比端不作修正

則E(t,38)＝29.90mV

查K型分度表,29.90mV→718℃

755℃－718℃＝37℃

相對(duì)誤差≈5%

662.1.4熱電式測(cè)溫方法校正儀表零點(diǎn)法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。672.1.4熱電式測(cè)溫方法例3：用一S型熱電偶測(cè)溫，沒有采取冷端補(bǔ)償措施，顯示儀表顯示數(shù)值為400℃，已知冷端溫度為30℃，現(xiàn)將儀表零點(diǎn)調(diào)至30℃，則儀表是否顯示430℃，為什么？求真實(shí)溫度？解：求真實(shí)溫度T，則先求E(T,0)E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=E(400,0)+E(30,0)查表得：

=3.259mV+0.173mV=3.432mV反查表得：T=418℃冷端補(bǔ)償器法（補(bǔ)償電橋法）補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶因自由端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值。

2.1.4熱電式測(cè)溫方法692.1.4熱電式測(cè)溫方法r1、r2、r3(均為錳銅電阻)和rCu(銅電阻)組成電橋，串聯(lián)在熱電偶回路中，熱電偶自由端與電橋中rCu處于相同溫度(t0)。測(cè)量回路輸出電勢(shì)：

U=Uab+EAB(T,T0)情況1：

T0=0℃，

Uab=0,U=EAB(T,0)情況2：

T0=T0’℃，

調(diào)整Rs，使得

Uab=EAB(T0’,0)

則：

U=EAB(T,T0‘)+Uab=EAB(T,0)

702.1.4熱電式測(cè)溫方法注意：橋臂rCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。實(shí)際補(bǔ)償電橋一般是按T0=20℃時(shí)電橋平衡設(shè)計(jì)的，即當(dāng)T0=20℃時(shí)，補(bǔ)償電橋平衡，無電壓輸出。712.1.4熱電式測(cè)溫方法軟件處理法對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。

722.1.4熱電式測(cè)溫方法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量溫度時(shí)，智能化儀器增加一路測(cè)量參比端（冷端）：

1、通過補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端置于一個(gè)溫度變動(dòng)范圍不大的現(xiàn)場(chǎng)正常環(huán)境中；

2、在這個(gè)環(huán)境中可采用價(jià)格十分低廉的銅電阻或半導(dǎo)體集成溫度傳感器等測(cè)量環(huán)境溫度。熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路

熱電偶可以測(cè)量單點(diǎn)溫度、兩點(diǎn)之間的溫差、平均溫度和幾點(diǎn)溫度之和。1)測(cè)量某一點(diǎn)的溫度

測(cè)量某一點(diǎn)溫度的原理電路如圖2.8所示。圖中T為工作端，A′B′為延伸導(dǎo)線，與導(dǎo)體A、B具有相近的熱電特性；T0為原參考端溫度，T0′為新的冷端溫度。連接時(shí)應(yīng)注意，熱電偶冷端和補(bǔ)償導(dǎo)線接點(diǎn)的兩個(gè)端子必須保持在同一溫度上，否則將引起誤差。2.1.4熱電式測(cè)溫方法圖2.8帶補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)溫原理圖A、B－熱電極；A'、B'－補(bǔ)償導(dǎo)線；T0'－原參考端溫度；T0－新參考端溫度2)熱電偶的串聯(lián)

圖2.11為若干支同型號(hào)的熱電偶正向串聯(lián)，稱為熱電堆，其總電勢(shì)為各熱電勢(shì)之和。采用熱電堆來測(cè)量同一溫度，可使輸出電勢(shì)增加，提高儀表的靈敏度。但當(dāng)一支熱電偶出現(xiàn)故障，整個(gè)儀表回路開路，不能正常工作。圖2.11熱電偶正向串聯(lián)2.1.4熱電式測(cè)溫方法圖2.12為兩支同型號(hào)熱電偶反向串聯(lián)，測(cè)溫回路總電勢(shì)等于兩熱電偶電勢(shì)之差。3)熱電偶的并聯(lián)

將n支同型號(hào)的熱電偶的正極和負(fù)極分別連接在一起，組成熱電偶并聯(lián)電路，如圖2.13所示，如果這n支同型號(hào)的熱電偶的電阻值相等，則并聯(lián)電路的總電勢(shì)等于n支熱電偶熱電勢(shì)的平均值。圖2.12熱電偶反向串聯(lián)圖2.13熱電偶并聯(lián)

2.1.4熱電式測(cè)溫方法762.1.5熱阻式測(cè)溫方法根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。實(shí)驗(yàn)證明：溫度每增加1℃，導(dǎo)體：電阻增加0.4~0.6%

半導(dǎo)體：電阻減少3～6％導(dǎo)體電阻與溫度關(guān)系可表示為：Rt0－t0℃時(shí)的阻值；α－平均電阻溫度系數(shù)（即溫度每升高1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量。半導(dǎo)體：RT=Aeb/Tα=(dRT/RT)/dT=-b/T2T-絕對(duì)溫度，K；e－自然對(duì)數(shù)的底；A,b－常數(shù)，其值與半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)有關(guān)。一、對(duì)金屬測(cè)溫電阻的要求測(cè)溫?zé)犭娮璨牧媳仨殱M足：1）電阻溫度系數(shù)大電阻系數(shù)：溫度變化10C時(shí)電阻值的相對(duì)變化量2）在測(cè)溫范圍內(nèi)物理及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。3）有較大的電阻率。（電阻體積?。?。4）線性度好。5）復(fù)現(xiàn)性好，6）價(jià)格便宜。2.1.5熱阻式測(cè)溫方法工業(yè)用的熱電阻材料有鉑、銅、鐵、鎳。鐵難提純，我國目前只生產(chǎn)鉑、銅、鎳電阻溫度系數(shù)的定義是：溫度變化1℃時(shí)電阻值的相對(duì)變化量，用α來表示，單位是℃-1，根據(jù)定義，α用下式表示：2.1.5熱阻式測(cè)溫方法電阻溫度系數(shù)越大，熱電阻的靈敏度越高，測(cè)量溫度時(shí)就越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)果。792.1.5熱阻式測(cè)溫方法鉑電阻測(cè)溫1、概述

特點(diǎn)：電阻率大；電阻～溫度關(guān)系

→

非線性；測(cè)溫范圍廣，精度高；氧化性介質(zhì)中、高溫下，物理、化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定

鉑的純度：用百度電阻比W100表示，W100＝R100／R0

W100↑

→純度↑

→電阻反應(yīng)越明顯802.1.5熱阻式測(cè)溫方法鉑電阻分度號(hào)：分度號(hào)是用以確定各種溫度傳感器在測(cè)溫范圍內(nèi)隨溫度變化準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的電壓或電阻關(guān)系的數(shù)列，通常用K、E、T、Cu50、Pt10、Pt100等字母數(shù)字來表示。

產(chǎn)品名稱分度號(hào)測(cè)量范圍鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）熱電偶K－250~1200℃鐵-康銅熱電偶J－200~1100℃鎳鉻-康銅熱電偶E－250~800℃銅-康銅熱電偶T－250~400℃銅熱電阻Cu50－50~150℃鉑熱電阻Pt10600~850℃鉑熱電阻Pt100－200~600℃812.1.5熱阻式測(cè)溫方法測(cè)溫范圍：-200℃～850℃當(dāng)-200℃＜t＜0℃時(shí)當(dāng)0℃≤t≤850℃時(shí)

822.1.5熱阻式測(cè)溫方法Pt100熱電阻溫度-阻值對(duì)照表2銅電阻特點(diǎn)：電阻值與溫度關(guān)系幾乎線性，電阻溫度系數(shù)較大，材料易提純，價(jià)格較便宜。測(cè)溫范圍：－50-＋1500C應(yīng)用范圍：測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高，溫度較低的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：2500C以上容易氧化，故只能在低溫及沒有腐蝕的介質(zhì)中應(yīng)用，銅的電阻率較小，ρ=0.017Ω.mm2/m，銅的熱電阻體積較大。2.1.5熱阻式測(cè)溫方法銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為Rt=R0（1+αt）α=4.28×10-3/℃

兩種分度號(hào)：Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。2.1.5熱阻式測(cè)溫方法852.1.5熱阻式測(cè)溫方法2、熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻感溫元件用來感受溫度的電阻器，是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。123451－云母片骨架；2－鉑絲；3－銀絲引出線；4－保護(hù)用云母；5－綁扎用銀帶2.1.5熱阻式測(cè)溫方法2.1.5熱阻式測(cè)溫方法882.1.5熱阻式測(cè)溫方法鉑電阻測(cè)溫計(jì)熱電阻薄膜型及普通型鉑熱電阻2.1.5熱阻式測(cè)溫方法汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻2.1.5熱阻式測(cè)溫方法鉑電阻溫度顯示、變送器922.1.5熱阻式測(cè)溫方法3、熱電阻的引線形式內(nèi)引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接。兩線制、三線制及四線制三種932.1.5熱阻式測(cè)溫方法①兩線制兩線制熱電阻測(cè)量電橋示意圖兩線制熱電阻測(cè)量電橋等效原理圖942.1.5熱阻式測(cè)溫方法②三線制三線制熱電阻測(cè)量電橋示意圖粗細(xì)要相同，長度要相等，阻值要一致在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線形式稱為三線制。用它構(gòu)成如圖所示測(cè)量電橋，可以消除內(nèi)引線電阻的影響，測(cè)量精度高于兩線制。當(dāng)電橋平衡時(shí)，可寫出下列關(guān)系：（Rt＋r）R2＝（R3＋r）R1Rt＝（R3＋r）R1－rR2/R2＝R3R1/R2＋R1r/R2－r若R1=R2，則含有r的項(xiàng)消去。2.1.5熱阻式測(cè)溫方法2.1.5熱阻式測(cè)溫方法③四線制

972.1.5熱阻式測(cè)溫方法其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表982.1.5熱阻式測(cè)溫方法銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫1、銅電阻特點(diǎn)：電阻～

溫度關(guān)系

→

線性；價(jià)格低廉

電阻率較低而體積較大，熱響應(yīng)慢測(cè)溫范圍：-40℃～120℃（工業(yè)用銅熱電阻-分度號(hào)分別為Cu50和Cul00

）當(dāng)-50℃≤t≤150℃時(shí)，電阻與溫度的關(guān)系為：

992.1.5熱阻式測(cè)溫方法1002.1.5熱阻式測(cè)溫方法1012.1.5熱阻式測(cè)溫方法2、半導(dǎo)體熱敏電阻特點(diǎn)：缺點(diǎn)：電阻～

溫度關(guān)系

→

指數(shù)變化；

互換性差；穩(wěn)定性較差；優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（10-100倍）；體積小結(jié)構(gòu)簡單；響應(yīng)速度快；價(jià)格低廉；適于遠(yuǎn)傳

測(cè)溫范圍：0℃～150℃（普遍）1022.1.5熱阻式測(cè)溫方法1032.1.5熱阻式測(cè)溫方法1042.1.5熱阻式測(cè)溫方法1052.1.5熱阻式測(cè)溫方法熱敏電阻測(cè)量電路熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻LCD2.1.5熱阻式測(cè)溫方法熱敏電阻體溫表

2.1.5熱阻式測(cè)溫方法108測(cè)溫范圍（℃）精度靈敏度復(fù)現(xiàn)性導(dǎo)線影響熱電阻-200—+850高

較高好中熱電偶-190—+1820中低好高熱電阻、熱電偶性能比較2.1.5熱阻式測(cè)溫方法1092.1.6輻射法測(cè)溫法熱輻射：任何物體，其溫度超過絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生,與物體本身溫度有關(guān)、傳播熱能的輻射，稱為熱輻射。

輻射式溫度計(jì)：檢測(cè)熱輻射能量→溫度非接觸測(cè)量，不破壞原來溫度場(chǎng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度1102.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6.1幅射測(cè)溫的基本原理輻射式感溫元件工作在可見光和紅外光區(qū)域可見光的光譜很窄→

0.3～0.72μm紅外光譜相對(duì)較廣→

0.72～l000μm

感溫元件使用波長→

0.3～40μm1112.1.6輻射法測(cè)溫法絕對(duì)黑體

如果某一個(gè)物體在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量，則稱之為絕對(duì)黑體。

根據(jù)基爾霍夫定律得知，具有最大吸收本領(lǐng)的物體，在其受熱后，也將具有最大的輻射本領(lǐng)。選擇吸收體：與溫度有關(guān)，還與波長有關(guān)；

灰體：與溫度有關(guān)，不與波長有關(guān)；

絕對(duì)黑體在任何溫度下都能全部吸收輻射到其表面的全部輻射能；同時(shí)它在任何一個(gè)溫度上，它向外輻射的輻射出射度(簡稱輻出度)亦最大；其它物體的輻出度總小于絕對(duì)黑體。在同一溫度T，某一物體在全波長范圍的積分輻射出射度M（T）與絕對(duì)黑體在全波長范圍的積分幅射出射度Mo（T）之比，稱該物體的全輻射率(或稱全輻射系數(shù))ε(T)，其值在0～1之間。2.1.6輻射法測(cè)溫法1132.1.6輻射法測(cè)溫法輻射測(cè)溫的兩個(gè)物理基礎(chǔ)普朗克(Ptanck)熱輻射定律斯蒂潘一玻耳茲曼(Stefan—Boltzmann)定律

1）普朗克(Ptanck)熱輻射定律

絕對(duì)黑體的輻射出射度M0λ（單位：w/m3）與其波長λ、熱力學(xué)溫度T的關(guān)系：維恩公式

C1＝2πc2h—普朗克第一輻射常數(shù)，C1＝3.74l8×10-16W·m2

C2＝hc/k—普朗克第二輻射常數(shù)，C2＝1.438786×10-2m·K

使用條件：溫度低于3000K，波長較短的可見光范圍內(nèi)，用維恩公式代替普朗克定律，誤差不超過1%規(guī)律：a)T上升，M0λ增大。b)T高，M0λ的峰值對(duì)應(yīng)的波長變短。2.1.6輻射法測(cè)溫法1152.1.6輻射法測(cè)溫法2）斯蒂潘一玻耳茲曼(Stefan—Boltzmann)定律

絕對(duì)黑體總的輻出度或亮度與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比：實(shí)際物體的發(fā)射率低于絕對(duì)黑體，輻射亮度公式：式中:ε(T)～實(shí)際物體的全發(fā)射率通過測(cè)量物體的輻射亮度就可得到物體的溫度適合所有非黑體的實(shí)際物體M0=σT4M=ε(T)σT41162.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6.2光譜輻射溫度計(jì)光譜輻射出射度輻射亮度物體的溫度光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；全輻射溫度計(jì)1172.1.6輻射法測(cè)溫法1、光學(xué)高溫計(jì)原理：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡單，使用方便測(cè)溫范圍：1000K～3500K精度等級(jí)：1.0級(jí)和l.5級(jí)亮度溫度：讀出的不是該物體實(shí)際溫度，而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑體的溫度

L=cM=cελM0c-比例常數(shù)。1182.1.6輻射法測(cè)溫法基本工作原理：紅色單色光，0.66土0.01μm

的單一波長物體光譜輻射亮度Lλ

～標(biāo)準(zhǔn)光源光譜輻射亮度↓比較↓溫度燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)1192.1.6輻射法測(cè)溫法燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)

由人眼對(duì)熱輻射體和高溫計(jì)燈泡在單一波長附近的光譜范圍的輻射亮度進(jìn)行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的亮度使其在背景中隱滅或消失而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。國產(chǎn)WGGZ型光學(xué)高溫計(jì)2.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6輻射法測(cè)溫法1222.1.6輻射法測(cè)溫法2、光電高溫計(jì)

1232.1.6輻射法測(cè)溫法特點(diǎn)：①靈敏度高：光學(xué)高溫計(jì)靈敏度最佳值為0.5℃，而光電高溫計(jì)卻能達(dá)到0.005℃②精確度高：至少比光學(xué)高溫計(jì)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)③使用波長范圍不受限制：可見光與紅外光范圍均可應(yīng)用④光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短

⑤

便于自動(dòng)測(cè)量與控制

⑥光電器件的互換性差：若要更換硅光電池和反饋燈，必須對(duì)整個(gè)儀表重新進(jìn)行調(diào)整和標(biāo)定

全輻射高溫計(jì)的構(gòu)造示意圖1—物鏡；2—光闌；3—銅殼；4—玻璃泡；5—熱電堆；6—鉑黑片；7—吸收玻璃；8—目鏡；9—小孔；10—云母片3.全輻射高溫計(jì)2.1.6輻射法測(cè)溫法全輻射溫度計(jì)是利用物體的溫度與總輻射出射度全光譜范圍的積分輻射能量的關(guān)系來測(cè)量溫度的。根據(jù)斯忒潘一玻耳茲曼定律總輻射出射度為：只要采用敏感元件測(cè)量出這輻射功率的大小，就可以測(cè)量出被測(cè)對(duì)象的溫度。2.1.6輻射法測(cè)溫法原理：通過測(cè)物體兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射度的比值推得溫度。通過測(cè)波長λ1，λ2下的光譜輻射亮度兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：比色溫度2.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6.3比色高溫計(jì)1272.1.6輻射法測(cè)溫法比色溫度定義：實(shí)際物體（溫度T）在兩個(gè)波長λ1，和λ2的相應(yīng)亮度比值等于絕對(duì)黑體（Ts）在兩個(gè)波長λ1，和λ2的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度TS就稱為實(shí)際物體的比色溫度。實(shí)際物體的溫度公式：根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出：ελ1

、ελ2為實(shí)際物體的在波長λ1，和λ2時(shí)的光譜發(fā)射率比色高溫計(jì)和單色輻射高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)相比較，測(cè)量準(zhǔn)確度更高。因?yàn)閷?shí)際物體一般ελ1和ελ2的比值變化相對(duì)要比ελ和ε的單位變化小得多，比色高溫計(jì)可在周圍環(huán)境較惡劣下測(cè)溫中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、灰塵等對(duì)波長λ1和λ2的單色輻射強(qiáng)度均有吸收，盡管吸收律不一定相同，但對(duì)單色輻射強(qiáng)度比值的影響比較?。壬邷赜?jì)的特點(diǎn)：2.1.6輻射法測(cè)溫法國產(chǎn)WDS-II雙通道光電比色高溫計(jì)1一物鏡2一平行平面玻璃3一回零通孔硅光電池4一透鏡5一分光鏡6一紅外濾光片7一硅光電池E28一硅光電池El9一可見光濾光片10一反射鏡11一倒像鏡12一目鏡光電比色高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)2.1.6輻射法測(cè)溫法1302.1.6輻射法測(cè)溫法比色溫度計(jì)測(cè)量溫度更接近真實(shí)溫度，環(huán)境的粉塵，水氣，煙霧等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響小?？捎糜谝苯?、水泥、玻璃等工業(yè)部門。1312.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6.4紅外測(cè)溫1、紅外輻射

紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射

↓

物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)

1322.1.6輻射法測(cè)溫法2、紅外測(cè)溫原理

斯蒂芬—玻爾茲曼定律式中：W-物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上等于物體的全波輻射出射度；

ε-物體表面的法向比輻射率；

σ

-斯蒂芬—玻爾茲曼常數(shù)；

T-物體的絕對(duì)溫度(K)。

下圖是目前常見的紅外測(cè)溫儀方框圖。它是一個(gè)包括光、機(jī)、電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，圖中的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)固定焦距的透射系統(tǒng)，濾光片一般采用只允許8～14μm的紅外輻射能通過的材料。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)，將被測(cè)的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射線。紅外探測(cè)器一般為（鉭酸鋰）熱釋電探測(cè)器，透鏡的焦點(diǎn)落在其光敏面上。被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器將紅外輻射變換為電信號(hào)輸出。2.1.6輻射法測(cè)溫法圖12–2紅外測(cè)溫儀方框圖2.1.6輻射法測(cè)溫法2.1.6輻射法測(cè)溫法

特點(diǎn)：非接觸測(cè)溫反應(yīng)速度快靈敏度高準(zhǔn)確度較高應(yīng)用范圍廣泛

在鍛造廠里，工件在鍛造之前需要在加熱爐內(nèi)加溫到900~C，其誤差不得超過±5~C，否則會(huì)影響鍛件的質(zhì)量，所以控制鍛件的溫度是一關(guān)鍵問題。以往的辦法是由工人目測(cè)溫度，看到差不多了，把燒紅的鍛件取出放鍛錘之下進(jìn)行鍛壓。而現(xiàn)在采用紅外輻射測(cè)溫計(jì)，通過加熱爐口可以直接對(duì)準(zhǔn)工件的表面，可以測(cè)量出工件的溫度。

具體應(yīng)用2.1.6輻射法測(cè)溫法1372.1.6輻射法測(cè)溫法

市售的HBW-B型紅外測(cè)溫儀是非接觸式數(shù)字顯示儀表，它利用被測(cè)物的熱輻射來確定物體溫度，測(cè)溫范圍600℃以上。測(cè)量距離是根據(jù)被測(cè)物目標(biāo)大小來確定的，被測(cè)物目標(biāo)越大，測(cè)量距離越遠(yuǎn)。測(cè)量誤差小于量程上限的1%。

2.1.6輻射法測(cè)溫法主要技術(shù)指標(biāo)：SM320手槍式紅外測(cè)溫儀⑧重量：220克①測(cè)量范圍：-32～320℃（-25～608℉）；②測(cè)量精度：±2℃（±4℉）或±2%；③分辨力：0．1℃（0．1℉）；④響應(yīng)時(shí)間：500ms；⑤使用環(huán)境：0～50℃（32～122℉），10～90%RH；⑥電源：9V6F22；⑦外型尺寸：155×56×187mm；2.1.6輻射法測(cè)溫法

作用：

*與測(cè)溫元件配合使用，將溫度或溫差信號(hào)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號(hào)；在結(jié)構(gòu)上，有一體化結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)之分

分類：模擬式溫度變送器智能式溫度變送器*作為直流毫伏變送器使用，用以將其它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號(hào)EI的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號(hào)。2.1.7溫度變送器2.1.7溫度變送器典型模擬式溫度變送器模擬式溫度變送器實(shí)例———

DDZ-???型溫度變送器

DDZ-???型溫度變送器有帶非線性補(bǔ)償電路與不帶非線性補(bǔ)償電路的熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器以及直流毫伏變送器等多個(gè)品種，各品種的原理和結(jié)構(gòu)大致相仿?，F(xiàn)介紹其中兩種：熱電偶溫度變送器熱電阻溫度變送器。

§2.1.7溫度變送器

熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖

二、熱電偶溫度變送器§2.1.7溫度變送器（一）熱電偶溫度變送器的作用及特點(diǎn)熱電偶溫度變送器tiEtV01~5VI04~20mAmV℃二、熱電偶溫度變送器作用：與熱電偶測(cè)溫元件配套使用，將溫度信號(hào)Ti線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（I0、V0）輸出。

ti→測(cè)溫元件→溫度變送器→標(biāo)準(zhǔn)（I0、V0）輸出特點(diǎn):①采用負(fù)反饋回路來實(shí)現(xiàn)t→V0線性化②具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能§2.1.7溫度變送器（二）熱電偶溫度變送器的結(jié)構(gòu)組成量程單元放大單元冷端溫度補(bǔ)償部分直流→交流→直流變換器整流濾波集成運(yùn)算放大器隔離輸出功率放大器非線性反饋部分Et24vDCV0

-1~5VI04~20mA+mVI0+

-+

-+

-i0V02VzVf△V隔離反饋If熱電偶t§2.1.7溫度變送器放大單元:

(1)結(jié)構(gòu)組成

集成運(yùn)放器、功率放大器、隔離輸出電路、隔離反饋電路、交/直/流變換器（2）作用

①將ΔV進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成I0、V0②將輸出信號(hào)I0、V0經(jīng)隔離反饋回路轉(zhuǎn)換成反饋電壓Vf送至量程單元③實(shí)現(xiàn)輸入、輸出、電源回路相互隔離。避免輸出與輸入端之間有直接的聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)隔離傳輸、供電（三）熱電偶溫度變送器的工作原理§2.1.7溫度變送器

1、作用：（1）零點(diǎn)、零遷、量程調(diào)整（2）VZ’、Et、Vf’比較（3）熱電偶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償（4）熱電偶特性線性化

2、量程單元線路原理

(1)電路組成：

輸入回路