1、第二章的問題常用的測溫方法有哪些？常用的溫度計(jì)有哪些？其測溫范圍如何？熱電阻在測量電路中如何連接？哪種溫度計(jì)可作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)？為什么熱電偶是工業(yè)上首選的測溫傳感器？熱電偶是如何測溫的？冷端溫度如何補(bǔ)償？多支熱電偶如何共用一臺顯示儀表？2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 1第二章第二章 溫度檢測溫度檢測一、溫度一、溫度 溫度是一個(gè)基本物理量，表征物體的冷熱程度。二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 溫標(biāo)是用來量度溫度高低的尺度。(1) 常用溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)T（K）、 攝氏溫標(biāo)t(C)、華氏溫標(biāo)t(F)(2) 換算關(guān)系： t(F)=9/5 t(C)+32 F T (K)=273.15 + t(C)

2、攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)： 所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應(yīng)每份的溫度定義為1攝氏度，單位為“oC“100 等分0 C100 C1 C2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 2 C太太陽陽表面表面5000 C燈絲燈絲2500 C火火焰焰1000 C沸騰沸騰的水的水 100 C人人體體 37 C熔化的冰熔化的冰 0 C冷藏食品冷藏食品20 C三、溫度計(jì)三、溫度計(jì) 制定了溫標(biāo)后，就可以用溫度計(jì)度量溫度。 中新社記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，中國中新社記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，中國“人造

3、人造太陽太陽”EASTEAST物理實(shí)驗(yàn)獲重大突破，實(shí)現(xiàn)在國際上電子溫度達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)獲重大突破，實(shí)現(xiàn)在國際上電子溫度達(dá)到50005000萬度持續(xù)時(shí)間萬度持續(xù)時(shí)間達(dá)達(dá)102秒秒的等離子體放電，標(biāo)志著中國在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國際前的等離子體放電，標(biāo)志著中國在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國際前列。列。EAST既定科學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)既定科學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)1億度億度1000秒的等離子體放電。秒的等離子體放電。 2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 3四、溫度測量四、溫度測量 溫度測量是內(nèi)燃機(jī)、動力裝置及其它熱力系統(tǒng)測試的重要項(xiàng)目之一。動力工程中常用的測溫效應(yīng)有以下幾種： 第一種，物理狀態(tài)

4、的變化。如采用易熔合金測量零件溫度。 第二種，化學(xué)狀態(tài)的變化。如示溫涂料。 第三種，物體體積的變化。如雙金屬溫度計(jì)、玻璃水銀溫度計(jì)及壓力式溫度計(jì)等。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 4 第四種，電性能變化。如熱電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和熱電偶等。 第五種，輻射能力的變化。如光學(xué)高溫計(jì)、紅外輻射溫度計(jì) 第六種，物體硬度的變化。如采用硬度法測量高溫零件溫度。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 5五、測溫方法五、測溫方法 按照所用方法之不同，溫度測量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 1. 接觸式測溫接觸式測溫 接觸式的特點(diǎn)是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的

5、熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參效的量值就代表了被測對象的溫度值。 優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。 缺點(diǎn)：感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。 2 2、非接觸式測溫、非接觸式測溫 非接觸測溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測量運(yùn)動物體的溫度和快速變化的溫度。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 62-1 玻璃管液體溫度計(jì)這是應(yīng)用最早而且當(dāng)前使用最廣泛的一種溫度計(jì)。利用液體體

6、積隨溫度升高而膨脹的原理制成。水銀溫度計(jì)有機(jī)液體溫度計(jì)（酒精，甲苯等）膨脹室刻度標(biāo)尺毛細(xì)管感溫包 水銀溫度計(jì)用得最多，普通的水銀溫度計(jì)的測溫范圍在-38356 之間。在200以下，水銀的膨脹系數(shù)幾乎和溫度呈線性關(guān)系，故可作為精密的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 為了防止毛細(xì)管中液注出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，并提高測溫液體的沸點(diǎn)溫度，常在毛細(xì)管中液體上部充以一定壓力的氣體。如果在水銀上面空間充以一定壓力的氮?dú)猓ＡР牧嫌檬⒉Ａ?，測溫范圍可高達(dá)1200 。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 7可調(diào)電接點(diǎn)式水銀溫度計(jì) 液體玻璃溫度計(jì)分為全浸式和部分浸入式兩種。全浸是指測溫時(shí)把液柱部分全部浸入被測介質(zhì)中。部分浸入是

7、把溫度計(jì)浸入標(biāo)志以下的部分插入被測介質(zhì)中。 全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測量精度較高，故多用于實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，部分浸入式用于一般工業(yè)測溫，部分浸入式水銀溫度計(jì)?？逃行Ｕ龝r(shí)浸入量的刻度，在使用時(shí)若室溫和浸入量均與校正時(shí)一致，所示溫度是正確的。 使用時(shí)，如果全浸式溫度計(jì)的液柱部分不能全部浸入，部分浸入式溫度計(jì)露出部分的環(huán)境溫度與標(biāo)定時(shí)不一致，就會產(chǎn)生測量誤差，故必須進(jìn)行修正。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 8 修正方法是用一個(gè)小的輔助溫度計(jì)度計(jì)測出露出液柱部分的平均溫度，如圖所示，并按下式估算溫度修正量t，即)(0ttnKt式中：t 為溫度修正值，被測溫度的正確值為 t

8、+ t n為露出液柱所占的度數(shù) t 為溫度計(jì)示值或標(biāo)定時(shí)露出部分的溫度 t0為輔助溫度計(jì)測出的液柱露出部分的平均溫度 K為工作液體的膨脹系數(shù)(水銀 K0.00016/,有機(jī)液K 0.00124/)Ct96. 0 )80200(00016. 050Ct08. 0 )8070(00016. 050?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 92-2 壓力式溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì)由于其抗振性好,價(jià)格便宜,被大量用在隨機(jī)儀表盤或控制臺儀表盤上,用以監(jiān)測發(fā)動機(jī)及其裝置的運(yùn)行狀況。 根據(jù)密閉系統(tǒng)內(nèi)工作介質(zhì)不同，壓力溫度計(jì)可分為3類： 1.液體壓力式溫度計(jì) 液體壓力式溫度計(jì)密閉系統(tǒng)內(nèi)充滿液體工質(zhì)(如水

9、銀、甲醇)，利用液體體積隨溫度變化的特性進(jìn)行測溫。由于液體工質(zhì)的線膨脹系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，因此儀表盤刻度均勻，缺點(diǎn)是感溫包與彈簧之間高度差的變化回帶來靜壓誤差，環(huán)境溫度的變化也會導(dǎo)致誤差。測溫范圍為-40200。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 10 2.氣體壓力式溫度計(jì) 氣體壓力式溫度計(jì)的工作原理是利用密閉系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力隨溫度變化的特性。所充氣體通常為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、物理性質(zhì)接近理性氣體的氮或氦。其壓力與溫度也呈線性關(guān)系，因此表盤刻度均勻。一般感溫包較大，且充氣的原始壓力較高。測溫范圍為-80550。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 11 3.蒸汽壓力式溫度計(jì)

10、 密閉系統(tǒng)內(nèi)封入約占感溫包容積2/3的揮發(fā)性液體（如丙烷、氯甲烷、丙酮等），其余容積充滿了該液體的飽和蒸汽。測溫范圍為-20200。 根據(jù)道爾頓(Dalton)蒸汽定律，如果同時(shí)存在液汽兩相，則飽和蒸汽壓力僅取決于溫度，而與容器尺寸無關(guān)。 根據(jù)這個(gè)原理，可以測量壓力而知道溫度大小。當(dāng)感溫包溫度上升時(shí),飽和蒸汽壓力急劇增加,因此這種溫度計(jì)靈敏度高，響應(yīng)快。環(huán)境溫度變化對毛細(xì)管內(nèi)的蒸汽壓力無影響，其壓力由感溫包的溫度決定。優(yōu)點(diǎn)：感溫包較小，毛細(xì)管可較粗，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：壓力與溫度的關(guān)系為非線性，表盤刻度不均勻，刻度誤差較大，測量范圍小。 注意：使用時(shí)，感溫包應(yīng)立裝，而不可倒裝。?2022

11、-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 122-3 雙金屬溫度計(jì) 雙金屬感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固結(jié)合在一起而制成，一端固定，另一端為自由端。當(dāng)溫度變化時(shí)，由于兩種材料的膨脹系數(shù)不同而使雙金屬片的曲率發(fā)生變化，自由端產(chǎn)生位移，經(jīng)傳動放大機(jī)構(gòu)帶動指針指示溫度值。 為了滿足不同用途的要求，雙金屬元件制成各種不同的形狀。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 13雙金屬溫度計(jì)的測溫范圍為-100600。優(yōu)點(diǎn)：抗振性能好，堅(jiān)固缺點(diǎn)：精度較低，精度等級為1.0級、1.5 級、 2.0級、2.5級和4.0級用途：常用于柴油機(jī)、廢氣渦輪增壓器和廢 氣鍋爐前后排氣溫度指示?2022-

12、6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 142-4 電阻式溫度計(jì)一、熱電阻變換器一、熱電阻變換器 導(dǎo)體的電阻值一般是溫度的函數(shù)，因此，通過測量電阻也可以知道溫度。 作為實(shí)際測溫的熱電阻變換器的材料要求有：較高的電阻溫度系數(shù)；大的電阻率；穩(wěn)定的物理化學(xué)性能；電阻與溫度間為簡單的函數(shù)關(guān)系；容易加工制造；互換性和復(fù)現(xiàn)性好等。 為此，現(xiàn)代工業(yè)上使用的熱電阻變換器材料只限于純金屬絲，鉑絲和銅絲用得最廣泛。電阻溫度計(jì)：利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)大多數(shù)金屬在溫度升高1 C 時(shí)電阻將增加0.40.6。半導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高1 C ，電阻約減小36。?

13、2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 151.鉑熱電阻 鉑在氧化性介質(zhì)中物理化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，能耐較高的溫度，容易得到高純度的鉑，有良好的復(fù)現(xiàn)性，電阻率較大，應(yīng)用溫度范圍寬，并且測量精度高，在國際實(shí)用溫標(biāo)中，在-259.34630.74OC溫度范圍內(nèi)，鉑熱電阻作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)。缺點(diǎn)是在還原性介質(zhì)中，特別是高溫下很容易被從氧化物中還原出來的金屬蒸汽所玷污，使鉑絲變脆，并改變它的電阻與溫度間的關(guān)系。 鉑電阻的測量精度和穩(wěn)定性取決于所用鉑的純度。鉑的純度以其100oC時(shí)的電阻R100與0oC時(shí)的電阻R0的比值來表示。比值愈大，表示純度愈高。對于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定比值不小于1.39

14、25：工業(yè)用的鉑電阻溫度計(jì)，比值為1.3912022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 16 類似于熱電偶，也把熱電阻值與溫度的關(guān)系制成分度表，以便查用。與熱電阻配套的顯示儀表的刻度也是根據(jù)分度表來確定的。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 172022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 182.銅熱電阻 銅熱電阻容易提純和加工，價(jià)格便宜，有較高的電阻溫度系數(shù)。電阻與溫度的關(guān)系是線性的。銅熱電阻的主要缺點(diǎn)是電阻率小，因此體積大，熱慣性大。在150oC以上時(shí)易氧化，機(jī)械強(qiáng)度也顯著下降，所以銅熱電阻只能在150oC以下工作。 我國采用的銅熱電阻分度號為Cu50(R0=50

15、)和Cu100(R0=100)兩種。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 19二、熱電阻傳感器二、熱電阻傳感器 普通型熱電阻傳感器外形很像普通型熱電偶傳感器。感溫元件主要由熱電阻變換器、骨架和引出線組成。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 202022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 212022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 22 圖5-17(b) 所示鉑熱電阻感溫元件是把鉑絲繞在鋸齒形云母片骨架上，然后用兩片無鋸齒云母片夾住，再用綁帶扎緊。適用于500oC以下的溫度測量。圖5-17(c)是一種石英玻璃圓柱做骨架的鉑熱電阻。石英玻璃具有良好的絕緣和

16、耐高溫的性質(zhì)，因此適用于500oC以上溫度的測量。 為了消除電感的影響，所有熱電阻感溫元件均采用雙線繞法。 熱電阻也像熱電偶一樣，還可以制成鎧裝式的新型傳感器結(jié)構(gòu)。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 23三、測量儀器和方法三、測量儀器和方法 1.直流電橋 可用直流電橋測量熱電阻的電阻值，從而確定熱電阻所感受的溫度。為了減小導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而變化對測量的影響，希望導(dǎo)線電阻相對熱電阻值要盡量小。另外，還可以通過線路進(jìn)行補(bǔ)償。常用補(bǔ)償方法有： 三端連接； 四端連接。 電橋測量可分為零平衡電橋與偏差電橋（零平衡電橋僅適用于測量靜態(tài)或變化緩慢的溫度）。?2022-6-14輪 機(jī) 工

17、 程 測 試 技 術(shù) 242.電子式自動平衡交流電橋 電子式自動平衡交流電橋是零平衡電橋，只是電橋平衡是由測量裝置自動調(diào)節(jié)。當(dāng)Rt 隨溫度變化時(shí)，電橋失去平衡，輸出端A和B 便有響應(yīng)電壓信號輸送給放大器。經(jīng)放大后，驅(qū)動可逆伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動。通過傳動機(jī)構(gòu)，一方面帶動滑線電阻RW 的觸頭移動，使電橋恢復(fù)平衡；另一方面?zhèn)鲃訖C(jī)構(gòu)驅(qū)動指針和記錄筆移動，指示出被測溫度，并在由同步電機(jī)驅(qū)動的記錄紙上繪出溫度變化曲線。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 25四、半導(dǎo)體熱敏電阻四、半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是由氧化錳、氧化鎳、氧化鐵等金屬氧化物燒結(jié)而成的。 溫度-電阻關(guān)系：(2) 常用溫度范圍： -10

18、0300 C(3) 優(yōu)點(diǎn)：溫度系數(shù)大（負(fù)電阻溫度系數(shù)）、靈敏度高、不受引線電阻影響，便于遠(yuǎn)距離測量，可制成任意大小和形狀，薄膜熱敏電阻的響應(yīng)可到毫秒量級。(4)缺點(diǎn)：無統(tǒng)一分度表、非線性嚴(yán)重、互(1) 換性差、不適于高溫測量。)11(00TTBTTeRR?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 262-5 熱電偶溫度計(jì)一、熱電變換器一、熱電變換器熱電偶熱電偶 1.工作原理 把兩種不同的金屬導(dǎo)線連接成閉合回路。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，則在回路中有電流I 通過，成為熱電流。若在任意一點(diǎn)切斷回路，在斷點(diǎn)處則有電動勢E ，稱為熱電勢。上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。它是1821年由塞貝克(Seebeck)

19、 首先發(fā)現(xiàn)的，因此也成為塞貝克效應(yīng)。 裝配式熱電偶裝配式熱電偶2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 27 熱電勢有兩個(gè)來源： 一個(gè)是由于兩種不同金屬相接觸的接點(diǎn)溫度不同而引起的接觸電勢；另一個(gè)是由于同一導(dǎo)體兩端溫度不同而引起的溫差電勢。)()()()()()()()(),()(),()(),(00000000tftftetetetetetettetettetettEABABABABABABAABBABAB回路總熱電勢為：2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 28 上式表明，熱電勢僅由熱電偶材料及兩個(gè)接點(diǎn)的溫度所決定。一般來說，一個(gè)接點(diǎn)是測量待測的未知溫度，稱為熱端或測量

20、端；另一個(gè)接點(diǎn)通常保持一定溫度，稱為冷端或參考端。這樣，熱電勢就僅為測量溫度的函數(shù)。裝配式熱電偶裝配式熱電偶鎳鉻鎳鉻-鎳硅鎳硅 熱電偶內(nèi)芯熱電偶內(nèi)芯鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 29 （2）中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中引入中間金屬時(shí)，只要這第三種金屬引入的兩個(gè)接點(diǎn)處溫度相同，就不會影響凈電動勢。 中間導(dǎo)體定律表明：可以把測量熱電勢的裝置接入到回路中的任意點(diǎn)，只要全部接點(diǎn)均處于同樣的溫度下，則不會影響凈電動勢。 2.熱電偶的定律 （1）均質(zhì)導(dǎo)體定律：在一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，僅用加熱的方法使導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度，是不能產(chǎn)生熱電勢的。 均質(zhì)導(dǎo)體定律表明

21、：對任何熱電偶電路，必須要有兩種不同的導(dǎo)體材料組成。ABCt0t2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 30 在制造熱電偶中，可以使用接合材料。熱電偶可以直接放在導(dǎo)體或非導(dǎo)體的表面上或直接嵌入內(nèi)部，都不會改變熱電偶的使用效果。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 31 中間溫度定律說明；可以只在某一參考溫度下分度熱電偶，在其它參考端溫度時(shí)，只須加上一個(gè)修正值即可；在(t2，t3)間使用的是與熱電偶(A，B)的熱電特性相似的補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，對測量結(jié)果沒有影響。 （3）中間溫度定律 由A、B兩種材料組成的熱電偶，當(dāng)接點(diǎn)溫度為t1 、t2時(shí)產(chǎn)生的熱電勢為EAB(t1，t2)，接點(diǎn)溫

22、度為t2，t3時(shí)產(chǎn)生的熱電勢EAB(t2,t3)，則接點(diǎn)溫度為t1,t3時(shí)其熱電勢為322131,ttEttEttEABABAB（5-4）t1t2t32022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 322022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 33二、熱電極材料和常用熱電偶二、熱電極材料和常用熱電偶 理論上任何兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體都可組成熱電偶。但作為實(shí)際的測溫元件，對導(dǎo)體的具體要求是： 熱電勢對溫度的變化率應(yīng)足夠大，即靈敏度高；熱電勢與溫度間應(yīng)是簡單的函數(shù)關(guān)系，并盡可能是線性關(guān)系；在測量溫度范圍內(nèi)其熱電性能穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化；物理化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化還原性能好，不受化學(xué)腐蝕，能在較寬

23、的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用；電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高，熱導(dǎo)率小；復(fù)制性及加工性好，利于互換，便于批量生產(chǎn)，且價(jià)格便宜。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 34 實(shí)際上目前沒有材料能同時(shí)滿足上述全部要求，輪機(jī)工程測試中應(yīng)用較多的熱電偶有如下幾種： （1）鉑銠10鉑熱電偶 （分度號S） 長時(shí)間測溫范圍為-501768OC。測量精度高，復(fù)制性好，物理化學(xué)穩(wěn)定性好，常作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，國際上還規(guī)定：在國際實(shí)用溫標(biāo)中，在630.741064.43OC溫度范圍內(nèi)，鉑銠10鉑熱電偶 作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)。 （2）鎳鉻鎳硅熱電偶（分度號K） 長時(shí)間測溫范圍為2701370OC。線性好，靈敏度高，在高溫下抗氧化

24、能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，使用廣泛。 （3）鎳鉻康銅熱電偶（分度號E） 測溫范圍為270800OC。靈敏度最高，線性好，價(jià)格平宜。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 35 上述三種熱電偶在我國列入了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，稱為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，是定型產(chǎn)品，成批生產(chǎn)。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 362022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 37 為了與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，我國現(xiàn)使用新的熱電偶分度標(biāo)準(zhǔn)及新的分度號。 其他熱電偶及分度號：鉑銠30鉑銠6（分度號為B），鉑銠13鉑（分度號為R），鎳鉻硅鎳硅（分度號為N），銅康銅（分度號為T），鐵康銅（分度號為J）。2022-6-

25、14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 38允許誤差是指熱電偶的熱電勢與分度值的偏差。t為熱電偶測量溫度。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 39三、熱電式溫度傳感器三、熱電式溫度傳感器 1.普通型熱電偶傳感器 由以下四部分組成： （1）接線盒 一般由鋁合金制成，供熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接使用。 （2）保護(hù)套管 保護(hù)熱電偶不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷，避免高溫火焰或氣流的直接沖刷，防止導(dǎo)電介質(zhì)與熱電偶的直接接觸。還有固定和支撐作用。常用保護(hù)套管材料如表5-5所示。選用時(shí)根據(jù)測量范圍和被測介質(zhì)對響應(yīng)速度的要求等條件來決定。 2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 402022-6-1

26、4輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 41 （3）絕緣套管 它的作用是防止兩個(gè)熱電極短路。套管材料的選用由使用溫度范圍確定。其結(jié)構(gòu)形式有單孔和雙孔兩種。 （4）熱電偶 傳感器的核心部分，通常加工成絲狀，一端焊接。它的直徑主要由材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、傳感器的用途及測量范圍所決定。長度由安裝條件，特別是測量端在介質(zhì)中的插入深度決定。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 42 2.鎧裝熱電偶 它是將金屬保護(hù)管和裝在里面的熱電極及絕緣材料一起逐步拉制成堅(jiān)實(shí)的整體型熱電偶。套管材料為銅、不銹鋼或鎳基高溫合金。熱電極材料一般有鎳鉻鎳硅和鎳鉻考銅等。熱電極之間和熱電極與套管之間用氧化鎂粉或氧

27、化鋁粉等高溫絕緣材料填滿。套管中的熱電極有單絲、雙絲和四絲。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 43 鎧裝熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是外徑可以很細(xì)（0.2512mm），長度可以根據(jù)需要來定，最長可達(dá)數(shù)百米；熱慣性小，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到毫秒數(shù)量級；具有可繞性，便于在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上測量；結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、耐壓，不怕振動和沖擊，適應(yīng)惡劣工作環(huán)境下使用。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 44 鎧裝熱電偶的熱端有三種結(jié)構(gòu)型式： （1）露頭型 反應(yīng)快，制造簡單，絕緣材料易吸潮，不耐壓，偶絲易損壞使分度迅速漂移，偶絲與外界接觸，使用壽命縮短。它一般用于溫度不高、氣氛良好和對偶絲不產(chǎn)生侵蝕的介質(zhì)。 （2

28、）接殼型 偶絲的感溫部分與金屬套管接觸在一起。響應(yīng)稍慢于露頭型，耐壓較高（約達(dá)7107Pa），偶絲不受機(jī)械損傷，壽命長。當(dāng)熱接點(diǎn)沒有保護(hù)性結(jié)構(gòu)時(shí)，其偶絲于套管的熱膨脹系數(shù)必須接近，避免熱接點(diǎn)被拉斷。適于溫度較高、氣氛較壞的場合。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 45 3.薄膜熱電偶 通常時(shí)用真空蒸鍍的方法將兩種熱電極材料蒸鍍到很薄的的絕緣基片上，再在其上蒸鍍一層二氧化硅薄膜制成。它的熱端小而薄，因此熱容量小，響應(yīng)快，特別適于物體表面小面積上的溫度或瞬變溫度的測量。使用時(shí)用粘結(jié)劑將它粘貼在被測物壁面上。 （3）絕緣型 偶絲與套管完全絕緣，響應(yīng)較接殼型慢，耐高壓達(dá)3108Pa以上。

29、偶絲不受機(jī)械損傷，壽命長，熱膨脹系數(shù)對偶絲與套管影響極微。制造困難，較貴。適用于電磁場干擾較大和要求偶絲與金屬套管絕緣的儀表，如電子計(jì)算機(jī)等設(shè)備上。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 46 4.熱電偶絲的直接使用將熱電偶直接焊接在表面上，熱電偶散熱會帶來一定的誤差。將熱電偶焊在一塊導(dǎo)熱良好的金屬集熱塊上，以減小被測壁的熱阻，從而減小誤差。將熱電偶一段與壁面平行，從而減小熱接點(diǎn)向熱電偶導(dǎo)熱帶來的誤差。a) 兩根熱電極分別焊在壁面上，測得的是兩個(gè)測點(diǎn)的平均溫度。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 47用“B”材料作為一熱電極，可以提高測量精度。將熱電偶焊或埋在專門開的小

30、槽里，以減小外邊氣體流動對熱端的影響。焊接式壓塊結(jié)構(gòu)，先用電容沖擊焊將熱電極焊在壓塊孔底，再填滿耐熱絕緣粘固劑后，將壓塊緊緊壓入被測試件所鉆的孔中。壓接法。 （h）和（g）均可避免誤測零件表面以外的氣體或液體溫度。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 48 測量氣體或液體的溫度時(shí)，將熱電偶的熱接點(diǎn)直接放置在介質(zhì)中，可以比有保護(hù)套管的熱電偶得到快得多的響應(yīng)。圖5-10所示為這種測量方法的三個(gè)方案。其中圖（a）方案比圖（b）更精確。但為了防止折斷，熱電極不能太細(xì)。圖（c）方案時(shí)在粗熱電極2上焊上細(xì)的同種材料的熱電極4 ，這樣就大大減小了熱慣性。這種方法讓熱電極直接接受介質(zhì)的沖刷和侵蝕，

31、因此使用壽命較短。它適用于流體動態(tài)溫度的測量。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 49四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶分度表是以冷端為0oC而制作的。如果要直接利用分度表，應(yīng)該保持冷端為0oC。但在使用中，往往由于環(huán)境和現(xiàn)場條件的限制，熱電偶冷端不能維持在0oC，因此要進(jìn)行補(bǔ)償?？刹捎孟率鰩追N補(bǔ)償方法。 1.計(jì)算校正法 如果冷端溫度不是0oC，而是一個(gè)不變的溫度t0時(shí)?？刹捎么朔?。 由式（5-4），令t1為測量端溫度t，t2=t0，t3=0oC，則CtEttECtEoABABoAB0 ,0 ,00（5-5） 顯然，只要知道t0 值，就可以從分度表查得校正值E

32、(t0，0oC)。再根據(jù)儀表在冷端為t0 時(shí)的指示值E(t，t0)。，即可算出校正后的E(t， 0oC)，并由分度表查得t 值。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 50 例：用鎳鉻鎳硅熱電偶測量某柴油機(jī)的排氣溫度，已知冷端溫度為30，測得的熱電勢為14.672mV，試求被測的排氣溫度。解：查表2-5，得E(30，0)=1.203(mV)， 由中間溫度定律，有)(875.15203. 1672.14)0 ,30()30,()0 ,(mVEtEtE查表2-5，得E(380，0)=15.552(mV)， E(390，0)=15.974(mV)按線性插值法，得380390)0 ,380(

33、)0 ,390(380)0 ,380()0 ,(EEtEtE)(7 .387380)380390(552.15974.15552.15875.15 380)380390()0 ,380()0 ,390()0 ,380()0 ,(CEEEtEt因此，被測的排氣溫度為2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 51 2.補(bǔ)償導(dǎo)線 為保持冷端溫度恒定或變化不大，應(yīng)使冷端遠(yuǎn)離被測的熱源。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，常要把熱電偶輸出信號傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)的控制室。如將熱電極直接延伸到較遠(yuǎn)的地方則不經(jīng)濟(jì)。實(shí)用中常采用補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電極的延長部分。 對于有零位調(diào)整且刻度均勻的顯示儀表，測量時(shí)可預(yù)先將其指針的起始值（即

34、機(jī)械零點(diǎn)）調(diào)到已知的冷端溫度點(diǎn)上，這樣就相當(dāng)與把校正值直接加到了顯示儀器，則儀表工作時(shí)的指示值就是實(shí)際的被測值。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 52 補(bǔ)償導(dǎo)線在0100oC（或150oC ）范圍內(nèi)，其熱電特性與所配熱電偶相同或相近，而且價(jià)格便宜。同時(shí)可以改善熱電回路的機(jī)械和物理特性，還可以用來調(diào)整回路的電阻值和屏蔽外界干擾。但補(bǔ)償導(dǎo)線并不能消除冷端不為0oC的影響。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 53 3.補(bǔ)償電橋法冷端溫度補(bǔ)償器 在生產(chǎn)運(yùn)行中，冷端溫度很難保持不變，用查分度表來計(jì)算很麻煩。此時(shí)可采用冷端溫度補(bǔ)償器進(jìn)行自動補(bǔ)償。使用補(bǔ)償電橋時(shí)，只須把顯示儀表

35、機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到20oC溫度上，則無論冷端溫度如何變化，指示值均為實(shí)際被測值。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 54五、熱電勢測量儀表五、熱電勢測量儀表 熱電偶測溫系統(tǒng)一般由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、冷端恒溫器、顯示儀器等組成。 測量熱電勢的儀表按其工作原理可分為動圈式、電位差計(jì)及數(shù)字式。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 55 1.動圈式儀表 測量熱電勢的動圈式儀表是一種高靈敏度的磁電式電流表。若整個(gè)測量回路電阻保持恒定（等于表盤上所注明的外接電阻值），則通過儀表的電流值與熱電勢成正比，儀表指針偏轉(zhuǎn)角則指示出對應(yīng)的熱電勢大小。動圈式測溫儀表刻度標(biāo)尺有毫伏和溫度兩種。動圈式測

36、溫儀的精度通常為1.0級和1.5級。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 56 2.自動電位差計(jì) 自動電位差計(jì)是利用測量電橋產(chǎn)生一個(gè)已知的電位差與熱電偶產(chǎn)生的熱電勢相平衡而實(shí)現(xiàn)對熱電勢的指示和記錄。 自動電位差計(jì)實(shí)際上是一種零位法進(jìn)行測量的自動平衡記錄儀。它的測量精度高，一般為0.5級，有的可達(dá)0.2級。采用放大器作為檢零元件，因此靈敏度較高?？蓪?shí)現(xiàn)自動記錄、越限報(bào)警和自動控制。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 57 3.數(shù)字式熱電偶溫度計(jì) 數(shù)字式熱電偶溫度計(jì)的工作原理如圖5-14所示。熱電勢經(jīng)放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。數(shù)字線性變換器對熱電勢與被測溫

37、度的非線性關(guān)系進(jìn)行校正，使其線性化，然后由數(shù)字顯示器直接顯示被測溫度的數(shù)值。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 58 4.多支熱電偶共用一臺顯示儀表 為減少顯示儀表及簡化控制臺臺面，可以用一臺顯示儀表測量多點(diǎn)的溫度。將多支熱電偶通過一只切換開關(guān)可以順序與顯示儀表接通。 有的場合環(huán)境溫度波動較大，要使接線盒位于溫度波動較小的地點(diǎn)，每支熱電偶均要接相當(dāng)長的補(bǔ)償導(dǎo)線。為此可采用輔助熱電偶，以節(jié)省大量補(bǔ)償導(dǎo)線。有如圖所示的兩種補(bǔ)償方式。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 59 應(yīng)用輔助熱電偶之后，接線盒內(nèi)溫度變化對測量無影響。但應(yīng)注意兩種補(bǔ)償方式的接線極性不同，不得接錯。

38、所用熱電偶的分度號均應(yīng)與顯示儀表所要求的相同。用外接電阻調(diào)整每支熱電偶測量時(shí)的線路總電阻，使之均等于顯示儀表所要求的外接電阻值。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 60 多支熱電偶共用一臺數(shù)字式測溫儀的原理如圖5-16所示。各路熱電勢信號和參考信號經(jīng)單片機(jī)控制的多路開關(guān)分時(shí)送線性放大器放大，然后通過A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)數(shù)據(jù)總線，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行線性化處理及冷端溫度修正后，送存儲器、顯示器、打印機(jī)或控制系統(tǒng)。參考信號是熱電偶冷端溫度信號，通常用熱電阻測量得到。?2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 61一、熱輻射引起的誤差一、熱輻射引起的誤差 如圖5-20

39、所示，假設(shè)沿測溫傳感器保護(hù)套管的導(dǎo)熱損失不計(jì)，則由于傳感器感溫部分向周圍輻射傳熱產(chǎn)生的測量誤差t 可由下式給出26 溫度測量誤差 由于熱交換的存在，傳感器感知的溫度tk 與被測介質(zhì)的實(shí)際溫度t 之間存在誤差。440100100wkkfTTCttt(5-9)式中，C0絕對黑體輻射系數(shù)，C05.67W/(m2.K4)； 輻射換熱系統(tǒng)黑度(與傳感器感溫部分表面 黑度k 近似相等)； 介質(zhì)向傳感器感溫部分表面對流換熱系數(shù)； TK傳感器感溫部分的絕對溫度； TW管道內(nèi)壁的絕對溫度。2022-6-14輪 機(jī) 工 程 測 試 技 術(shù) 62 由上式可見，要減小輻射引起的測量誤差，應(yīng)減小傳感器感溫部分表面黑度k ，為此要使感溫部分表面盡量光滑，并應(yīng)改善對流換熱條件，以提高對流換熱系數(shù) 。此外，應(yīng)減小產(chǎn)生輻射換