溫度檢測接觸式測溫

溫度檢測接觸式測溫第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1、了解溫度測量的基本概念和方法；2、了解熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的工作原理，以及它們的分類及特點(diǎn)；3、了解一些新型非接觸測溫傳感器的原理第四章溫度檢測第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)測溫方法及溫標(biāo)一、溫度測量的基本概念

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫高溫第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日二、溫標(biāo)

溫標(biāo)——衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。

第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37C

，相當(dāng)于華氏溫度多少度？第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日熱力學(xué)溫標(biāo)（K）

熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日三、溫度測量及傳感器分類

溫度傳感器按照測量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。

第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日幾種溫度測量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日紅外溫度計(jì)第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)接觸式測溫接觸式傳感器熱電阻:溫度變化—電阻變化金屬材料:熱電阻半導(dǎo)體材料:熱敏電阻中溫低溫?zé)犭娕?溫度變化—熱電動(dòng)勢變化常用于高溫領(lǐng)域第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日1主要優(yōu)點(diǎn)

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；

2、測溫范圍廣：下限可達(dá)-270C

，上限可達(dá)1800C以上；是目前接觸式測溫中應(yīng)用最廣泛的熱電式傳感器。

3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。一、熱電偶測溫（接觸式、熱電式）第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶工作原理演示

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!!熱電極A2工作原理

熱電極B熱電勢AB第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。

第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日結(jié)論----

若熱電偶兩電極材料相同,那么即使兩端溫度不同，閉合回路的總熱電勢仍為零。若熱電偶兩電極材料不同,而兩端溫度相同,閉合回路中也不會(huì)產(chǎn)生總熱電勢。所以,熱電偶的工作條件是:電極由不同材料組成,且兩接觸端溫度不一樣。4熱電勢的大小僅與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖

1－接線盒；2－保險(xiǎn)套管

3―絕緣套管4―熱電偶絲1234第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶的分度表

熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。

第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日K熱電偶的分度表比較查出的3個(gè)熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日3熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6R:鉑銠13—鉑

S:鉑銠10—鉑K:鎳鉻—鎳硅

N:鎳鉻硅—鎳硅E:鎳鉻—銅鎳

J:鐵—銅鎳T:銅—銅鎳

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號(hào)

名稱

測量溫度范圍

1000C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800C——?第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測溫上限較高？結(jié)論：

哪幾種熱電偶的線性較差？

哪一種熱電偶的靈敏度較高？

哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日4熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定則

均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路,不可能產(chǎn)生熱電效應(yīng)，構(gòu)不成熱電偶。

熱電偶的電極均勻性越好，則其質(zhì)量越好。第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日2、中間導(dǎo)體定律

導(dǎo)體A、B組成的熱電偶中插入第三種導(dǎo)體C，只要導(dǎo)體C兩端溫度相同，則對(duì)熱點(diǎn)偶總熱電勢無影響。

意義：可用測量儀表直接測量熱電勢第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日意義：為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)3、中間溫度定律ABABTToTnTn

熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T和To的熱電勢EAB(T,To)應(yīng)當(dāng)?shù)扔谒诮狱c(diǎn)溫度T、Tn和Tn、To的熱電勢的代數(shù)和,即

EAB(T,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To)第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日5熱電偶的冷端處理

必要性：

1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿足t0=0C的條件。在實(shí)際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。

2、一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日

采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，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)。

型號(hào)配用熱電偶正-負(fù)導(dǎo)線外皮顏色正-負(fù)SC鉑銠10-鉑紅-綠KC鎳鉻-鎳硅紅-藍(lán)WC5/26鎢錸5-鎢錸26

紅-橙

補(bǔ)償導(dǎo)線在0～100C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。A補(bǔ)償導(dǎo)線法第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日補(bǔ)償導(dǎo)線外形A’B’屏蔽層保護(hù)層第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日B冷端溫度測量計(jì)算法計(jì)算修正

當(dāng)熱電偶的冷端溫度t00C時(shí)，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢EAB（t，t0）與冷端為0C時(shí)所測得的熱電勢EAB（t，0C）不等。可以利用下式計(jì)算并修正測量誤差：

EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日C冷端恒溫法

將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中。

工業(yè)應(yīng)用中，一般把冷端放在電加熱的恒溫器中，使其維持在某一恒定的溫度。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日冰浴法

在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時(shí)間地保持在0C不變。第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器

電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被補(bǔ)償熱電偶對(duì)應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。

D電橋補(bǔ)償法第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日二、熱電阻測溫（接觸式、電阻式）

溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日★熱電阻材料特點(diǎn)（1）高溫度系數(shù)、高電阻率（2）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性（4）良好工藝性易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日小型鉑熱電阻

第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日三線制測量電橋四線制接法第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期日三、熱敏電阻熱敏電阻的溫度特性04080120160200106104102100溫度℃電阻CTRNTCPTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC

臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CRT

半導(dǎo)體

結(jié)構(gòu)：金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳Ni