建筑環(huán)境測量技術

建筑環(huán)境測量技術第一頁，共九十四頁，2022年，8月28日第三章溫度測量重點溫標液體膨脹式溫度計固體膨脹式溫度計熱電偶溫度計鉑電阻溫度計2023/2/6建筑環(huán)境測量技術2第二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術3§3-1、溫度測量概述 溫度是國際單位制7個基本理量之一。一、溫度與溫標（一）、溫度描述系統(tǒng)不同自由度間能量分布狀況的物理量。描述系統(tǒng)冷熱程度的物理量。借助于某種物質（液體、氣體、固體）的某種特性（體積、壓力、長度、熱電勢、電阻等）隨溫度變化的一定規(guī)律來描述。第三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術4（二）、溫標用來衡量溫度的標準尺度。溫標的三要素：某物質相平衡溫度的固定點刻度；描述兩固定點中間溫度值關系的函數(shù)，內插函數(shù)（或稱內插方程）；

溫度計第四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術51、經(jīng)驗溫標定義：借助于某一種物質的物理量與溫度變化的關系，用實驗方法或經(jīng)驗公式所確定的溫標例：以水銀為測溫介質，以其體積隨溫度的變化為依據(jù)，制成玻璃水銀溫度計。規(guī)定水的沸點為212度，氯化氨和冰的混合物為0度，這兩個固定點中間等分為212份，每一份為1度記作℉。這種標定溫度的方法稱為華氏溫標。把冰點定為0度，把水的沸點定為100度．用這兩個固定點來分度玻璃水銀溫度計，將兩個固定點之間的距離等分為100份，每一份為1度，記作℃。這種標定溫度的方法稱為攝氏溫標。其它：蘭氏、列氏溫標等。第五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術6

經(jīng)驗溫標的缺點局限性和隨意性；使用溫度受限制；理論不嚴格，從經(jīng)驗中推出。第六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術72、熱力學溫標物理學家開爾文（Kelvin）提出，在可逆條件下，工作于兩個熱源之間的卡諾熱機與兩個熱源之間交換熱量之比等于兩個熱源熱力學溫度數(shù)值之比：

Ｑ１／Ｑ２＝Ｔ１／Ｔ２，或Ｔ1＝（Ｑ１／Ｑ２）·Ｔ２式中：Ｑ１一卡諾熱機從高溫熱源吸收的熱量；

Ｑ２一卡諾熱機向低溫熱源放出的熱量；

Ｔ１一高溫熱源的溫度；

Ｔ２一低溫熱源的溫度。

第七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術8

設待測熱源的熱力學溫度為Ｔ，一個標準熱源的熱力學溫度已知為273.16K（水三相點），利用卡諾熱機測溫，令Ts＝273.16K，則有： 熱力學溫標的內差方程

T／TS＝Q／QS，或Ｔ＝（Ｑ／ＱS）·ＴS

式中:Qs一卡諾熱機向標準熱源放出的熱量

Ts一273.16K

實際上，卡諾熱機是不存在的，只好用與卡諾定理等效的理想氣體狀態(tài)方程復現(xiàn)熱力學溫標第八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術9根據(jù)玻意耳一馬略特定律復現(xiàn)熱力學溫標： ＰＶ＝ＲＴ式中：Ｐ一一定質量氣體的壓強；Ｖ－氣體的體積；Ｒ－普適常數(shù)；Ｔ－熱力學溫度。當氣體的體積恒定時，一定質量的氣體，其溫度與壓強成正比：Ｔ／Ts

＝Ｐ／Ｐs

或Ｔ＝（Ｐ／Ｐs

）·Ts

式中:Ts=273.16K；對應Ts時的壓力Ｐs

測出壓力比P／Ps時，即可求得相應的熱力學溫度Ｔ。 氣體溫標的建立繁雜，而且使用很不方便。第九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術103、國際溫標為實用方便，經(jīng)國際協(xié)商，建立一種既使用方便，又具有一定科學技術水平的溫標。具備以下條件：(1).盡可能接近熱力學溫度；(2).復現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準確度復現(xiàn)同樣的溫標，確保統(tǒng)一；(3).用于復現(xiàn)溫標的標準溫度計，使用方便，性能穩(wěn)定。 第一個國際溫標“1927年國際溫標”，記為

ITS－27。 第二個國際溫標“1948年國際溫標”，記為

ITS－48。 第三個國際溫標“1968年國際溫標”，記為

ITS－68。 第四個國際溫標“1990年國際溫標”，記為

ITS－90。

第十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術11二、1990年國際溫標（ITS-90）簡介

熱力學溫度記作T，為了區(qū)別于以前的溫標，用“T90”代表新溫標的熱力學溫度，單位仍是K。與此并用的攝氏溫度記為ｔ90，單位是“℃”。關系是：ｔ90

=T90

－273.15（一）定義固定點 見表3-1第十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術12表3-2VP—蒸汽壓力點TP—三相點MP—熔點FP—凝固點第十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術13（二）、標準儀器

（1）

0．65～5.0Ｋ，３He和４He蒸汽壓溫度計；（2）

3.0～24.5561Ｋ，３He和４He定容氣體溫度計；（3）13.8033Ｋ～961.78℃，鉑電阻溫度計；（4）961.78℃以上，光學或光電高溫汁。（三）、內插公式 可以跨范圍并交疊使用，略。

注意：溫標三要素第十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術14（四）、三種溫標換算表：溫度換算表溫標單位開爾文，K攝氏度，℃華氏度，℉

換算公式T90T90

－

273.155/9(T90

－

273.15)+32第十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術15三、溫標的傳遞第十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術16四、溫度測量方法及測量儀表的分類

熱力學第零定律。 取3個熱力學系統(tǒng)A、B、C，A與C、B與C接觸，過一段時間后，A與C、B與C都相平衡，再將A與B相接觸，則發(fā)現(xiàn)A與B的狀態(tài)都不再發(fā)生變化。由熱力學第零定律已知：

處于同一熱平衡狀態(tài)的所有物體都具有某一共同的宏觀特性。表征這一宏觀性質的物理量就是溫度。顯然溫度不能直接測量。第十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術17

溫度測量方法

1、接觸法 根據(jù)熱平衡原理進行接觸測溫。特點：①溫度計要與被測物體有良好的熱接觸；②破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)； ③感溫元件的結構、性能受被測物體限制。2、非接觸法 利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測溫。特點：①不改變被測熱平衡狀態(tài)；②熱慣性??； ③可測移動、旋轉或反應迅速的高溫。第十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術18兩種測溫方法的特點如表3-2所示

1000℃第十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術193、測溫儀表分類表第十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術20第二十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術21§3-2、膨脹式溫度計利用物體受熱膨脹的原理制成

一、液體膨脹式溫度計

常見的是玻璃管式溫度計。它主要由儲液器，毛細管和標尺組成。根據(jù)所充填的液體介質不同能夠測量-200℃

～750℃范圍的溫度。

第二十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術221、原理利用液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制作

工作液體體積變化為

VT1＝VTO（α－αˊ）ｔ１

VT2＝VTO（α－αˊ）ｔ２△V＝VT2－VT1＝VTO（α－αˊ）（ｔ2－ｔ１）式中：

VT０，VT1，VT２—分別為工作液體在0℃及溫度為ｔ１和ｔ2時的體積。

α，αˊ——

分別為工作液體和玻璃的體膨脹系數(shù)。

α>>αˊ，靈敏度高，測溫精度也高。αˊ影響小。常用玻璃液體溫度計見下表：

第二十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術23常用玻璃管液體溫度計的測溫范圍溫度計分段使用第二十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術242、特點①直觀；

②準確；

③簡單；

④低廉；

⑤應用廣泛；

⑥不能記錄；

⑦不能遠傳；

⑧易碎；

⑨遲延較大。第二十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術253、玻璃管液體溫度計分類①標準溫度計：用于精密測量和校準，準確度高，分度值0.1（個別測量范圍內分度值可達0.05℃

）～0.2℃，基本誤差在0.1～0.8℃內。②實驗室用溫度計：用于實驗室的測溫。

③工業(yè)用溫度計：工業(yè)測溫，準確度較低，允許誤差可在l～10℃之間。

④電接點溫度計：作溫度控制用。定期校驗并校正其零位。第二十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術264、玻璃管溫度計測溫誤差分析

（1）遲延誤差

a.玻璃材料的熱滯后；

b.工作液體的熱滯后；（2）安裝誤差 外露部分環(huán)境溫度的影響； 插入部分的溫包應在被測溫度中心點。

環(huán)境溫度修正見后頁。第二十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術27環(huán)境溫度修正：△ｔ＝ｎγ（ｔ－ｔa）式中：△ｔ一露出液體部分的溫度修正值（℃）

n——

露出液柱部分所占的刻度數(shù)（℃）

γ——

工作液體對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（1/℃）（汞＝0.000161/℃,酒精＝0.0001031/℃）

t—

溫度計的指示值（℃）ｔa—

液柱露出部分所處的環(huán)境溫度（℃）作業(yè)例3-1：第二十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術28（3）非線性誤差：

液體溫度計是由兩個固定點（冰融點和水沸點）間均勻劃分等分來進行分度的，實際液體的體積隨溫度的變化存在一定的非線性度。（4）工作液的遲滯誤差： 由于表面吸附力會造成工作液流動的遲滯性，從而降低溫度計的靈敏度，甚至出現(xiàn)液柱中斷現(xiàn)象。（5）讀數(shù)誤差： 非水平讀數(shù)；手摸標尺處。第二十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術29二、固體膨脹式溫度計

利用兩種線膨脹系數(shù)不同的材料制成，有桿式和雙金屬片式兩種。第二十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術30三、壓力式溫度計（應屬于液體膨脹式見上頁圖）利用密閉容積內工作介質隨溫度升高而壓力升高的性質，通過對工作介質的壓力測量來判斷溫度值的一種機械式儀表。工作介質：氣體、液體和固體。結構：溫包、毛吸管和傳動指示機構。特點：簡單、可靠、抗震性能好、無電源、防 爆、測溫-50~550℃、測量與顯示間的距離 小于60米，動態(tài)特性差、滯后較大。使用場合：常用于飛機、拖拉機、汽車、鍋爐 等。第三十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術31§3-3、熱電偶測溫溫度計：熱電偶產(chǎn)生與溫度相對應的電動勢， 再由儀表顯示。測溫范圍：-200~1300℃，特殊2800℃或4K。一、工作原理：1、熱電現(xiàn)象：兩種不同的導體A和B連接在一起，構成一個閉合回路，當兩個接點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢。記為EAB。2、特點： ①兩種不同的導體；

②兩個連接點；

③兩點有溫差。第三十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術32（一）接觸電動勢（珀爾帖電勢）現(xiàn)象：兩種電子密度不同的導體相互接觸時，就會發(fā)生自由電子擴散，電子擴散的速率與自由電子的密度及所處的溫度成正比。導體失去電子而帶正電，獲得電子而帶負電。在某一溫度下，經(jīng)過一定的時間，電子擴散能力與電場阻力平衡，在其接 觸處形成接觸電勢 用符號EＡＢ（T） 表示第三十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術33接觸電勢可用下式表示：EＡＢ（T）＝kT/e（ln(NＡＴ/NＢＴ)）

式中：

k——波耳茲曼常數(shù)，等于1.38×10-23

J／℃；

e——電荷單位，等于4.802×10-10絕對靜電單位；

NＡ、NＢ——分別為在溫度為T時，導體A與B的電子密度；

T——接觸處的溫度，K。第三十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術34閉合回路的接觸電勢分別為：EAB（T）＝kT/e（ln(NAT/NBT））EAB（TO）＝kTO/e（ln(NATO/NBTO)）

NAT、NATO－

A導體的電子密度。

NBT、NBTO－

B導體的電子密度。特點：①溫度越高電勢越大；②兩導體電子密度比值越大，接觸電勢越大。第三十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術35（二）溫差電勢同一導體兩端溫度不同時，高溫端失電子，帶正電。低溫端得電子，帶負電。建立平衡電動勢：第三十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術36（三）閉合回路的總電動勢閉合回路總熱電動勢EＡＢ（T，T０）應為接觸電勢與溫差電勢的代數(shù)和，即： 經(jīng)整理推導后可得： 特點：①總電動勢與T、T０有關；②NAT、NBT隨T變化，不是常數(shù)；既EＡＢ（T，T０）＝f（T）－f（T０）如：f（T０）＝C；EＡＢ（T，T０）＝f（T）－C

第三十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術37顯然用熱電偶測溫的關鍵： ①將冷端溫度固定； ②用試驗法找出熱電勢與溫度的關系（函數(shù)式、表格、曲線形式）。結論：（1）凡是兩種不同性質的導體材料皆可制成熱電偶。（2）熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢，在熱電極材料一定的情況下，僅決定于測量端和參考端的溫度，而與熱電極的形狀和尺寸無關。（3）熱電偶參考端溫度必須保持恒定，最好保持為0℃。第三十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術38二、熱電偶的應用定則

(一)均質導體定則同一勻質導體（電子密度處處相同）組成的閉合回路中，任何條件下，均不產(chǎn)生熱電勢。(二)中間導體定則在熱電偶回路中接入第三種導體，第三種導體相連接的兩端溫度相同，則對熱電偶回路中的總電勢沒有影響。證明見書第三十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術39(三)中間溫度定則它是指熱電偶在兩接點溫度為T、T０時，熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫度分別為T，TＮ和TＮ，T０時相應熱電勢的代數(shù)和：EAB（T，TO）＝EAB（T，TN）＋EAB（TN,TO）用于冷端溫度不是0℃而是中間值TN時的修正計算。EAB（T，TN）實測值；EAB（TN,TO）查表值第三十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術40三、熱電偶的結構與分類

（一）熱電偶結構1、接線盒：接引出導線用。2、保護套管：保護電極不直接與被測介質接觸。3、絕緣套管：防止短路。4、熱電極①直徑：由材料價格、機械強度、導電率及用途定。廉金屬0.5~3.2mm;貴金屬0.3~0.65mm②長度：按安裝條件定，一般為350~2000mm。第四十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術41（二）標準化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，國際電工(IEC)規(guī)定七種。1、廉金屬熱電偶（1）T型（銅-康銅）熱電偶特點：廉金屬熱電偶中準確最高、熱電勢較大、

-200~300℃。（2）K型（鎳鉻-鎳鋁或鎳硅）熱電偶特點：廉金屬熱電偶中測溫范圍最寬（-200~1100℃），線性較好，熱電勢較大，我國目前用鎳鉻-鎳硅熱電偶，它們的特性一樣，而且脫氧化性強。第四十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術42（3）E型（鎳鉻-康鋼）熱電偶

不及K型熱電偶應用廣泛，但在標準型熱電偶中在氧化氣氛中靈敏度最高，可使用到

1000℃。（4） J型（鐵-康銅）熱電偶 價廉、靈敏，但準確性和穩(wěn)定性不如T型熱電偶，0℃以下很少用；其測溫上限在氧化性氣氛中可到750℃；在還原性氣氛中可到950℃。第四十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術432、貴金屬熱電偶（1）S型（鉑銠10-鉑）熱電偶

標準化熱電偶中準確度最高，但熱電勢小，熱電特性非線性較大。長期使用上限到1400℃。短期可到1600℃，不適于還原性氣氛。

（2）

R型（鉑銠13-鉑）熱電偶 與S型熱電偶相比除熱電勢稍大之外，其它特點相同。它只作為引進設備的配件生產(chǎn)。（3）

B型（鉑銠30-鉑銠6、簡稱雙鉑銠熱電偶）熱電偶 具有鉑銠-鉑熱電偶的各種特點，抗污染能力強，具有較好的穩(wěn)定性，長期使用上限達1600℃，但熱電勢最小，靈敏度低，室溫下熱電勢極小，E(25)＝-2mV，故一般不用補償導線。

第四十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術44圖3-11標準熱電偶的熱電勢與溫度曲線

第四十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術45我國標準化熱電偶的主要特性

第四十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術46(三)非標準化熱電偶1、鎢-錸系熱電偶

熱電勢較大，線性較好，價廉。不同批量的熱電特性是有差別的，穩(wěn)定性也較差（極易氧化）。一般用到2400℃以下，不能在氧化氣氛中使用。在冶金、建材、航天、航空及核能等行業(yè)都得到應用。是高溫測試領域中很有前途的測溫材料。第四十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術472、鎢-銥系熱電偶

是一種高溫貴金屬熱電偶，熱電勢較高，接近線性，只能在2200℃以下的真空或情性氣氛中應用。3、其他非標準化熱電偶（1）鎳鉻一金鐵熱電偶在低溫時熱電勢較大，可在2～273K溫度范圍內使用。（2）鎳鈷一鎳鋁熱電偶測溫300～1000℃，300℃以下熱電勢很小，室溫附近近似零，因此可不必進行冷端溫度補償和修正。（3）非金屬熱電偶石墨-石墨熱電偶，石墨-二硼化鋯熱電偶，石墨-碳化鈦熱電偶等。

第四十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術48（3）非金屬熱電偶石墨-碳化硅熱電偶，石墨-二硼化鋯熱電偶，石墨-碳化鈦熱電偶等。非金屬熱電偶的優(yōu)點是熱電勢顯著的大。在各種氣氛中物理化學性能都很穩(wěn)定，測量上限在3000℃以上。其主要缺點是材料的復現(xiàn)性很差；沒有統(tǒng)一的分度表，機械強度低。第四十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術49四、熱電偶測溫系統(tǒng)由熱電偶、補償導線、測溫儀表及電路構成。（一）熱電偶參考端的溫度處理 只有在固定冷端溫度時，熱電偶的輸出電勢才只是熱端溫度Ｔ的單值函數(shù)。1、補償導線法

選擇與熱電偶熱電特此相同的廉金屬導線，作為熱電偶與儀表見的聯(lián)線，相當于將測量端附近的冷端移到儀表端， 以減小熱端的影響。

補償原理圖：第四十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術50常用補償導線：分為補償型及延伸型兩種，延伸型選擇與所配用熱電偶相同的材料。可在很寬的溫度范圍內保持高精度，誤差曲線符合線性，但是價格高；補償型選擇與所配用熱電偶近似的材料，這種補償導線在較寬的溫度范圍內，不能保持高精度，價格便宜。

注意：1.配套使用；2.正負極不要接反。第五十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術512、計算修正法用補償導線把熱電偶的冷端延長到某一溫度處（通常是環(huán)境溫度），測量冷端溫度，根據(jù)中間溫度定則，再對冷端溫度進行計算修正。

步驟：（1）測量冷熱端溫差電勢；（2）測量冷端溫度：（3）將冷端溫度換算成電勢；（4）將冷熱端溫差電勢與冷端溫度電勢相加；（5）再換算成溫度。第五十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術523、冷端恒溫法（1）冰點恒溫法 冷端0℃恒溫，實驗室精密測量。（2）冷端恒溫法 冷端采用電加熱恒溫，工業(yè)中較精密測量。4、補償電橋法 在熱電偶測溫回路中串聯(lián)一個不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引入的誤差。 見下頁圖：第五十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術53補償電橋法：ru1熱電阻；

20℃時電橋調平衡；不是20℃時電橋有電勢，與電偶電勢相加。儀表初值為20℃第五十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術54（二）熱電偶的檢定和誤差分析

1、熱電偶的檢定和誤差分析試驗要求：1、給出熱電偶測溫公式；

2、給出測溫公式的誤差（精度）；

3、試做誤差分析第五十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術552、熱電偶測溫誤差分析

（1）分度誤差分度誤差是指檢定時產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允許誤差（2)

冷端溫度引起的誤差冷端溫度補償產(chǎn)生的誤差（3）補償導線的誤差補償導線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的（4）熱交換所引起的誤差被測對象接觸不良，熱電極向周圍環(huán)境的導熱損失誤差（5）測量線路和顯示儀表的誤差線路總電阻一定（15Ω）的變化產(chǎn)生測量誤差（6）其他誤差屏蔽和絕緣不良產(chǎn)生一些其它的誤差第五十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術563、熱電偶的特殊使用（1）、串聯(lián)連接 熱電偶的A、B導體相互連接而成，連接的越多產(chǎn)生的總電勢越大。注意：+、-方向。第五十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術57（2）、并聯(lián)連接 多個熱電偶的同材質導體相連接而成，連接的越多產(chǎn)生的總電勢越接近于平均值。注意：+、-方向。第五十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術58（三）熱電偶的使用與安裝

1、安裝注意事項（1）為減小測量誤差，熱電偶應與被測對象充分接觸，兩者處于同一溫度。（2）保護管應有足夠的機械強度。但熱惰性也越大。（3）保護管表面附著灰塵產(chǎn)生誤差。（4）高溫度熱電偶材質發(fā)生變化而引起誤差。（5）測量線路絕緣電阻下降而引起誤差。（6）冷端溫度的補償引起誤差。（7）電磁感應的影響。第五十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術592、熱電偶的安裝原則

（1）熱電偶應與被測介質形成逆流、正交。（2）處于管道中流速最大的地方，末端應超過管道中心線約5～10ｍｍ。（3）要有足夠的插入深度。將測溫元件斜插或沿管道軸線方向安裝便可達到要求。

第五十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術60熱電偶安裝示意圖第一講結束第六十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術61§3-4熱電阻測溫目前在測量-200～600℃時多采用電阻溫度計。尤其對于低溫測量，電阻溫度計應用更為廣泛，如鉑電阻溫度計可測到-200℃；銦電阻溫度計可測到3.4K的低溫。電阻溫度計的優(yōu)點是：測溫準確度高，在13.8033K～961.78℃范圍內銦電阻溫度計作為實用標準溫度計，信號便于傳送。電阻溫度計的缺點是；不能測量太高的溫度；需外電源供電，因此使用受到限制；連接導線的電阻易受環(huán)境溫度的影響，會產(chǎn)生測量誤差。

第二講第六十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術62

一、熱電阻的特性

熱電阻的特性材料：用金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。有鉑、銅、鎳、鐵、銠、鐵合金等，半導體有鍺、硅、碳及其他金屬氧化物等。特性：物體的電阻一般隨溫度而變化，通常用電阻溫度系數(shù)α來描述這一特性。溫度變化系數(shù)，單位是：1/℃

；α可用下式表示：第六十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術63

電阻與溫度的關系是非線性的，要知任意溫度下的a值，則：α是表征導體電阻與溫度關系內在特性的一個物理量，可用α表示相對靈敏度。這是一個通用的表達式，具有廣泛的意義。

各種材料的α值并不相同，對純金屬而言，一般為0.38％～0.68％左右。它的大小與導體本身的純度有關，α越大，導體材料的純度越高。

第六十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術64電阻比W（T）：W（T90）＝R（T90）／R（273.16K）

W（T）同α一樣與材料的純度有關，W（T）值越大，電阻絲的純度越高，因此，鉑電阻溫度計的鉑純度用電阻比W（T）表示。

某一溫度下的阻值參考溫度下的阻值第六十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術65電阻值與溫度的關系特性表示方法：作圖法、函數(shù)表示法、列表法（分度表法）。

作圖函數(shù)公式分度表第六十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術66二、常用熱電阻

1、鉑熱電阻

國際公認的成熟產(chǎn)品，它性能穩(wěn)定、重復性好、精度高，所以在工業(yè)用溫度傳感器中得到了廣泛應用。它的測溫范圍一般為-200～650℃。

當溫度t為-200℃≤t≤0℃時：

Ｒｔ＝Ｒ０[l＋Ａｔ＋Ｂｔ２＋Ｃｔ３（ｔ－100）]當溫度t為0℃≤t≤650℃時：

Ｒｔ＝Ｒ０[l＋Ａｔ＋Ｂｔ２]一般工業(yè)用鉑熱電阻要求Ｗ(１００)＝1.387～l.390;

標準鉑熱電阻要求Ｗ(１００)≥1.3925第六十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術672、銅熱電阻

由于鉑是貴重金屬，因此，在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，普遍采用銅熱電阻進行溫度測量，它的測量范圍一般為-50～150℃。在使用溫度范圍內，銅熱電阻的特性方程為

Ｒｔ＝Ｒ０[l＋ａｔ]銅熱電阻的工藝性好，價格便宜，但它易氧化，不適于在腐蝕性介質或高溫下工作。

第六十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術683、鎳熱電阻

鎳熱電阻的電阻溫度系數(shù)a較鉑大，約為鉑的1.5倍，使用溫度范圍為-50～300℃。但是。溫度在200℃左右時。具有特異點，故多用于150℃以下。它的電阻與溫度的關系式為

Ｒｔ＝100＋0.5485ｔ＋0.665×10－３ｔ２＋ 2.805×10－9ｔ4

未制定出相應的標準分度表，故目前多用于溫度變化范圍小，靈敏度要求高的場合。

上述三種熱電阻均是標準化的熱電阻溫度計。第六十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術694、半導體熱敏電阻

利用金屬導體制成的熱電阻有正的溫度系數(shù)，即電阻值隨溫度的升高而增加。而半導體有負的溫度系數(shù)，半導體熱敏電阻就是利用其電阻值隨溫度升高而減小的特性來制作感溫元件的熱敏電阻的電阻值高。它的電阻值較鉑熱電阻高1～4個數(shù)量級，并且與溫度的關系不是線性的，可用下列經(jīng)驗公式來表示：

ＲＴ

＝ＡｅＢ／Ｔ

特點：體積小，熱慣性也小，結構簡單，可制成各種形狀，最小珠狀可達φ0.2ｍｍ，常用來測點溫。資源豐富、價格低廉?；瘜W穩(wěn)定性好，元件表面用玻璃等陶瓷材料封裝，可用于環(huán)境較惡劣的場合?？裳兄瞥鲮`敏度高、響應速度快、使用方便的溫度計。

第六十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術70三、特殊熱電阻

1、鎧裝熱電阻

（1）外徑尺寸小，套管內為實體，響應速度快；（2）抗震，可繞，使用方便，適于安裝在結構復雜的部位；（3）感溫元件不接觸腐蝕性介質，使用壽命長。鎧裝熱電阻的外徑尺寸一般為ф2～8ｍｍ，可制成ф1ｍｍ。常用溫度為-200～600℃。

第七十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術712、薄膜鉑熱電阻

利用真空鍍膜法將純鉑直接蒸鍍絕緣的基板上而制成。它的測溫范圍是-50～600℃。

薄膜鉑熱電阻的生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)量高，適用于表面、狹小區(qū)域、快速測溫及需要高阻值的場合。

3、厚膜鉑熱電阻

用高純鉑粉與玻璃粉混合，加有機載體調成糊狀漿料。用絲網(wǎng)印刷在剛玉基片上，再燒結安裝引線，。第七十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術72四、熱電阻測溫電路

（一）平衡電橋測溫 Ｒｔ＝Ｒ１（Ｒ３／Ｒ２） 由于Ｒ２和Ｒ３都是固定的已知電阻，其比值為常數(shù)，所以被測電阻Ｒｔ與Ｒ１成正比，只要沿Ｒ１敷設標尺，便可根據(jù)觸頭位置讀出被測電阻值，即被測溫度。第七十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術73二線與三線制測量溫度時，Ｒｔ置于被測介質中以感受被測溫度的變化，而ＲＷ處于測溫現(xiàn)場的環(huán)境中，它隨著環(huán)境溫度的變化而變化。它的變化也會影響測量結果，即二線法帶來的測量誤差。為了減小這項誤差，實用上多采用三線連接法。

第七十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術74三線連接法

平衡電橋法不平衡電橋法第七十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術75平衡電橋采用三線接法后，兩根銅導線的電阻分別加到電橋相鄰的兩臂上，它們的電阻變化對讀數(shù)的影響可以相互對消。至于中間的第三根銅導線，由于連接在電源對角線上，其電阻變化對讀數(shù)沒有影響。

第七十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術76（二）不平衡電橋測溫不平衡電橋測溫見上圖，他的工作原理是當測測溫度為下限值ｔmin（相應于Ｒmin）時，電橋恰好處于平衡狀態(tài)，測量對角線的電流Ｉy＝０。那么，當t≠ｔmin時（Ｒｔ≠Ｒｔmin），電橋平衡被破壞，Ｉy≠０，且隨著t與ｔmin偏差的加大，Ｉy的值也愈大。這樣，只要能推導出Ｒy與Ｉy的關系，根據(jù)Ｉy的大小來判斷被測溫度值。

第七十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術77不平衡電橋的應用：不平衡電橋與平衡電橋相比，有以下特點：（1）它具有非線性的轉換規(guī)律。（2）電源電壓的穩(wěn)定性對測量結果有影響，最好用穩(wěn)壓電源（或穩(wěn)流電源．）供電。（3）它與平衡電橋一樣，也有連接導線引起的環(huán)境溫度附加誤差，也可用三線接法予以減小。（4）它能連續(xù)地自動指示被測溫度，而無需象平衡電橋那樣另增加一套自動平衡裝置，因此結構簡單，價格便宜。不平衡電橋在自動檢測中應用極廣，在配熱電阻的動圈儀表、數(shù)字儀表的測量橋路中都有應用。此外在溫度變送器，熱電偶冷端溫度補償電橋、電子秤、電磁流量計等很多儀表中都用到了不平衡電橋。第七十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術78（三）有源電橋式熱電阻數(shù)字測溫儀表

下圖所示是一個采用5G14433單片集成A／D轉換器構成的熱電阻數(shù)字溫度計。整個電路可分為三部分：電阻一電壓轉換、連續(xù)線性化及A／D轉換、顯示驅動。

測溫熱電阻第七十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術79五、熱電阻的校驗

1．比較法

將標準水銀溫度計或標準鉑電阻溫度計與被校電阻溫度計一起插入恒溫槽中，在需要的或規(guī)定的幾個穩(wěn)定溫度下讀取標準溫度計和被校溫度計的示值并進行比較，其偏差不能超過被校溫度計的最大允許誤差。在校驗時使用的恒溫器有冰點槽、恒溫水槽和恒溫油槽。 熱電阻值的測量可以用電橋，也可以用直流電位差計測量恒電流（小于6mA）流過熱電阻和標準電阻的電壓降Ut和Un，然后計算出熱電阻的阻值Rt

。第七十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術80計算公式與校驗第八十頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術812．兩點法

比較法雖然可用調整恒溫器溫度的辦法對溫度計刻度值逐個進行比較校驗，但所用的恒溫器規(guī)格多，一般實驗室多不具備。因此，工業(yè)電阻溫度計可用兩點法進行校驗，即只校驗Ｒ0與Ｒ100兩個參數(shù)。這種校驗方法只需具有冰點槽和水沸點槽，分別在這兩個恒溫槽中測得被校驗電阻溫度計的電阻Ｒ0和Ｒ100，然后檢查Ｒ0值和Ｒ100/Ｒ0的比值是否滿足技術數(shù)據(jù)指標，以確定溫度計是否合格。第八十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術82六、熱電阻的選擇與誤差分析

1、選擇原則：①測溫范圍。要經(jīng)常測定的溫度值和溫度變化范圍，以正確選用熱電阻的測量范圍。②測溫準確度。應明確要求的測量準確度，不要盲目追求高準確度，因為準確度愈高，熱電阻的價格越貴，應選擇既滿足測量要求、準確度又適宜的熱電阻。③測溫環(huán)境。應明確測量場所的化學因素、機械因素以及電磁場的干擾等，這對正確合理選用保護套管材料、形狀及尺寸十分有用。在500℃以下一般采用金屬保護套管。④

成本。在滿足測量準確度和使用壽命的情況下，成本愈低愈好。

第八十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2023/2/6建筑環(huán)境測量技術832、誤差分析使用熱電阻測溫時要特別注意線路電阻的影響，因為線路電阻的變化使溫度測