《熱工測量技術(shù)A》

第2部分

溫度測量

及儀表

第2章

溫標(biāo)、接觸式測溫、非接觸式測溫、溫變等

2溫度測量及儀表

2.1溫度標(biāo)尺

2.2接觸式測溫及儀表

2.3非接觸式測溫及儀表

2.4溫度變送器

2.5新型溫度傳感器第2部分溫度測量及儀表

第2章溫度測量本章提要

溫度是一個重要的物理參數(shù)；許多重要的物理、化學(xué)過程都要求在一定的溫度條件下才能正常進行。

溫度的測量方法和儀表在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本章首先介紹了溫標(biāo)的概念。然后按照測量方法的分類，分別介紹：接觸式測溫方法，包括膨脹式液體和固體溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計和熱電阻溫度計；溫度變送器。

2溫度測量及儀表

第2章溫度測量本章提要

非接觸式測溫方法，包括光學(xué)高溫計，光電高溫計、輻射溫度計和比色溫度計。在測溫新技術(shù)方面簡要介紹了光纖溫度計和單總線數(shù)字溫度傳感器的工作原理。溫度是一個重要的物理量，它反映了物體的冷熱程度，它是國際單位制規(guī)定的七個基本單位量之一。

SI基本單位量（7個）是依據(jù)GB3100~3102-93《量和單位》；于1984年2月27日發(fā)布的《關(guān)于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命令》執(zhí)行的。如下頁表所示。

第2章溫度測量本章提要

SI基本單位量（7個）如下表所示：量的名稱量的符號單位名稱單位符號長度l，L米m時間t秒s質(zhì)量m克g熱力學(xué)溫度T,(H)開（爾文）k電流I安（培）A光亮度L,(Lv)坎（德拉）每平方米Cd/m2物質(zhì)的量n,(υ)摩（爾）molSI所制定的7個基本單位表

第2章溫度測量

表溫度測量方法的分類和適用范圍測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍（℃）接觸式測溫膨脹類利用液體氣體的膨脹及物質(zhì)的蒸氣壓變化玻璃液體溫度計－200～600壓力式溫度計－100～500利用兩種金屬的熱膨脹雙金屬溫度計－80～600熱電類利用熱電效應(yīng)熱電偶－200～1800電阻類固體材料的電阻隨溫度而變化鉑熱電阻－260～850銅熱電阻－50～150熱敏電阻－50～300其它電學(xué)類半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)集成溫度傳感器－50～150晶體的固有頻率隨溫度而變化石英晶體溫度計－50～120非接觸式測溫光纖類利用光纖的溫度特性或作為傳光介質(zhì)光纖溫度傳感器－50～400光纖輻射溫度計200～4000輻射類利用普朗克定律光電高溫計800～3200輻射傳感器400～2000比色溫度計500～3200本章提要

第2章溫度測量2.1溫度標(biāo)尺

2.1.1經(jīng)驗溫標(biāo)

2.1.2熱力學(xué)溫標(biāo)

2.1.3理想氣體溫標(biāo)

2.1.4國際溫標(biāo)

2.1.51990年國際溫標(biāo)

2.1.6溫度量值的傳遞

溫度標(biāo)尺又簡稱為溫標(biāo)，它是用數(shù)值表示溫度的一整套規(guī)程。建立現(xiàn)代化的溫標(biāo)必須具備以下三個條件：①固定溫度點。②測溫儀器。③溫標(biāo)方程。

2溫度測量及儀表

第2章溫度測量2.1.1經(jīng)驗溫標(biāo)

由特定的測溫質(zhì)和測溫量所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)

1714年德國人華倫海特（Fahrenheit)以水銀為工質(zhì)，以水銀的體積隨溫度而變化為依據(jù)，制成了玻璃水銀溫度計，并規(guī)定氯化氨和冰的混合物為0℉，水的沸點為212℉，冰的熔點為32℉，在沸點和冰點之間等分為180份，每份為華氏1度（1℉）。攝氏溫標(biāo)

1740年瑞典人攝爾塞斯（Celsius)規(guī)定水的冰點為0℃，水的沸點為100℃，兩固定點之間等分為100份，每份為攝氏1度（1℃）。2.1溫度標(biāo)尺

第2章溫度測量蘭氏溫標(biāo)蘭科（Rankine)此溫標(biāo)在英美一些國家還使用著。它是以絕對零度為起點的蘭氏溫度。它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點定為491.67蘭氏度,沸點定為671.67蘭氏度，它們之間溫度分為180個等分，每一等分稱為一度。而蘭氏度的零度和絕對零度是重合的。每份為蘭氏1度（1oR

）。2.1.1經(jīng)驗溫標(biāo)

第2章溫度測量

1848年，世界著名物理學(xué)家、英國人開爾文（Kelvin）首先提出建議，利用卡諾熱機定理及其推論可以建立一個與測溫質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)即熱力學(xué)溫標(biāo)。

2.1溫度標(biāo)尺

2.1.2熱力學(xué)溫標(biāo)卡諾熱機

Q1

Q2

(a)

T1T2等溫吸熱

T1

A

T2

等溫放熱絕熱壓縮絕熱膨脹abdcfesT(b)圖卡諾熱機工作原理圖(a)、(b)

第2章溫度測量

熱力學(xué)溫標(biāo)所確定的溫度數(shù)值稱為熱力學(xué)溫度也稱絕對溫度，用符號T表示。單位為開爾文，用K表示。熱力學(xué)溫度的單位開爾文（K）是水的三相點的熱力學(xué)溫度值的1/273.16。熱力學(xué)溫度的起點為絕對零度。冰點為273.15K，沸點為373.15K。

2.1.2熱力學(xué)溫標(biāo)遵守卡諾定理的可逆熱機的熱效率η:（2.3）上式化簡后得:（2.4）熱力學(xué)溫標(biāo)的溫標(biāo)方程，即內(nèi)插公式:（2.5）

第2章溫度測量四類溫標(biāo)的相互關(guān)系：K℃℉oR水沸點373.15水三相點373.16冰點273.15100℃(K)0.010100180℉(R)21232671.67491.67絕對零度0-273.15-459.670經(jīng)驗溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)

第2章溫度測量四類溫標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換：開爾文（K）攝氏度（℃）華氏度（℉）蘭氏度（oR）KK-273.15C+273.15CFF+459.67R-459.67R經(jīng)驗溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)

第2章溫度測量2.1.3理想氣體溫標(biāo)

實際上并不存在卡諾熱機，但可以從與卡諾定理的理想氣體狀態(tài)方程入手，用玻意耳－馬略特定律，用一定質(zhì)量的這些氣體做定容測量時，其溫度與壓力成正比。目前，先進國家正在應(yīng)用和研究它。等容線PPS

0273.16圖理想氣體溫標(biāo)方程T

2.1溫度標(biāo)尺（2.6）

第2章溫度測量2.1.4國際溫標(biāo)

建立熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的熱力學(xué)溫標(biāo)是一種科學(xué)的溫標(biāo)。

1927年第七屆國際計量大會決定采用熱力學(xué)溫標(biāo)作為國際溫標(biāo)。

它具有3個基本特點：①盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)；②復(fù)現(xiàn)精度高并能確保量值的統(tǒng)一；③用以復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計使用方便，性能穩(wěn)定。

2.1溫度標(biāo)尺

第2章溫度測量2.1.51990年國際溫標(biāo)

90國際溫標(biāo)主要有三方面的內(nèi)容：⑴溫度單位

90國際溫標(biāo)定義國際開爾文溫度T90和國際攝氏度t90

t90=T90－273.15（2.7）⑵定義固定溫度點

90國際溫標(biāo)定義了17個固定溫度點，如下頁表所示⑶復(fù)現(xiàn)固定溫度點的方法

90國際溫標(biāo)把溫度分為4個溫區(qū)（參見下頁所示）

2.1溫度標(biāo)尺

第2章溫度測量序號溫度物質(zhì)狀態(tài)

T90(K)t90(℃)

1

3～5－270.15～－268.153He（氦）蒸氣壓點

2

13.8033－259.3467e-H2（氫）三相點

3≈17≈－256.15e-H2（氫）[或He（氦）]蒸氣壓點（或氣體溫度計點）

4≈20.3≈－252.85e-H2（氫）[或He（氦）]蒸氣壓點（或氣體溫度計點）

524.5561－248.5969Ne（氖）三相點

654.3584－218.7961O2（氧）三相點

783.8058－189.3442Ar（氬）三相點

8234.3156－38.8344Hg（汞）三相點

9273.160.01H2O（水）三相點

10302.914629.7646Ga（鎵）熔點

11429.7485156.5985In（銦）凝固點

12505.078231.928Sn（錫）凝固點

13692.677419.527Zn（鋅）凝固點

14933.473660.323Al（鋁）凝固點

151234.93961.78Ag（銀）凝固點

161337.331064.18Au（金）凝固點

171357.771084.62Cu（銅）凝固點表ITS—90定義固定溫度點2.1.51990年國際溫標(biāo)

第2章溫度測量

各個溫區(qū)的范圍、使用的標(biāo)準(zhǔn)測量儀器分別為：①0.65～5.0K間為3He或4H4蒸氣壓溫度計；②3.0～24.5561K間為3He或4H4定容氣體溫度計；③13.8033K～961.78℃間為鉑電阻溫度計；④961.78℃以上為光學(xué)或光電高溫計。

特點：能夠在世界各國準(zhǔn)確而方便地得到復(fù)現(xiàn)。2.1.51990年國際溫標(biāo)

第2章溫度測量2.1.6溫度量值的傳遞

1將國家計量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的溫度計量單位值通過各級計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作溫度計量器具，以保證被計量的對象溫度量值的準(zhǔn)確一致的全部過程稱之為溫度量值的傳遞。

2“量值傳遞”是由上到下的過程，“量值溯源”則是由下而上的過程；這是一對可逆過程；它們都是確保溫度計量單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確可靠，具有可比性、可重復(fù)性、和可復(fù)現(xiàn)性的主要途徑與手段。

3溫度量值傳遞系統(tǒng)如圖所示

2.1溫度標(biāo)尺

第2章溫度測量

國家計量科學(xué)研究院

-------

省、市、部委計量局

---------------

地方、部門計量站和用戶

---------------------定義固定點

(基準(zhǔn)氣體溫度)

↓

工作基準(zhǔn)溫度

↓

一等標(biāo)準(zhǔn)溫度

一等標(biāo)準(zhǔn)溫度

↓

二等標(biāo)準(zhǔn)溫度

↓

工作溫度計

圖溫度量值傳遞系統(tǒng)熱力學(xué)溫度（）2.1.6溫度量值的傳遞

第2章溫度測量2.2接觸式測溫及儀表

2.2.1膨脹式與壓力式溫度計

2.2.2熱電偶溫度計

2.2.3熱電阻溫度計

2.2.4熱敏電阻溫度計

2.2.5熱電偶與熱電阻的安裝方式及注意事項

2溫度測量及儀表

第2章溫度測量2.2.1膨脹式與壓力式溫度計（1）膨脹式①玻璃液體溫度計玻璃液體溫度計是一種使用方便，測溫范圍廣（－200～＋600），價格便宜的測溫儀表。液體使用范圍體膨脹系數(shù)視膨脹系數(shù)水銀甲苯乙醇煤油戊烷－30～＋600－80～＋100－80～＋800～＋200－200～＋200.000180.001090.001050.000950.000920.000160.001070.001030.000930.00090

表幾種常用流體的平均體膨脹系數(shù)和相對于玻璃的視膨脹系數(shù)

2.2接觸式測溫及儀表

第2章溫度測量

按照基本結(jié)構(gòu)型式不同，玻璃液體溫度計可分為：棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式三種。左圖所示為:

使用較普遍的可實現(xiàn)位式調(diào)節(jié)功能的電接點水銀溫度計

2.2.1膨脹式與壓力式溫度計

玻璃液體溫度計簡介示意圖:

第2章溫度測量

②固體膨脹式溫度計

典型的固體膨脹式溫度計是雙金屬片溫度計。它利用線膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬材料制成雙層片狀元件，在溫度變化時將使自由端產(chǎn)生位移，借此帶動指針在溫度刻度盤上轉(zhuǎn)動構(gòu)成溫度計。參見下頁所示。2.2.1膨脹式與壓力式溫度計

第2章溫度測量固體膨脹式溫度計和壓力式溫度計如下圖所示。

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計

自從1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來，隨著測溫技術(shù)的發(fā)展，熱電偶已成為應(yīng)用最廣泛的測溫元件之一。測溫范圍：①標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶-200～1600℃；②非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶-270～2800℃。

第2章溫度測量2.2接觸式測溫及儀表

2.2.2熱電偶溫度計

其主要優(yōu)點：

①測溫范圍廣，可以在1K至2800℃的范圍內(nèi)使用；

②精度高；

③性能穩(wěn)定；

④結(jié)構(gòu)簡單；

⑤動態(tài)特性好；

⑥由溫度轉(zhuǎn)換的電信號便于處理和遠(yuǎn)傳。熱電偶溫度計在科研和生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

第2章溫度測量EAB

(T,T0)BT>T0

圖熱電偶原理圖T

T0A酒精燈

⑴熱電偶測溫原理

由兩種可制成熱電偶的不同的金屬A和B構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)兩個接觸端溫度不同，即T＞T0時，回路中定會產(chǎn)生熱電勢EAB（T，T0）

如下

圖

所示：A≠B

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計

①接觸電勢:

由于金屬導(dǎo)體材料不同。其內(nèi)部的自由電子密度也不相同，兩種不同的金屬導(dǎo)體A和B接觸時，自由電子就要從密度大的導(dǎo)體擴散到密度小的導(dǎo)體中去，從而產(chǎn)生自由電子的擴散現(xiàn)象。⑴熱電偶測溫原理-----AB+-電動勢eAB（T）電場圖接觸電勢原理圖

第2章溫度測量

式中：eAB(T)—導(dǎo)體A和B在溫度為T時的接觸電勢，A和B的順序代表電勢的方向；

k—玻耳茲曼常數(shù)；

T—接觸處的絕對溫度；

e—單位電荷量；

NA

，NB—分別為金屬A和B的自由電子密度；

A、B接觸處形成一定的電位差，這就是接觸式電勢（也叫珀爾貼電勢），其大小可用下式表示：

①接觸電勢

（2.11）

第2章溫度測量

②溫差電勢:

在同一導(dǎo)體（A）中，當(dāng)導(dǎo)體兩端的溫度不同，即T＞T0時，兩端電子能量就不同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端跑向低溫端。⑴熱電偶測溫原理+-A電動勢EA(T，T0)電場T—————T0圖溫差電勢原理圖

第2章溫度測量

式中：eA

(T,T0)—導(dǎo)體（A）在兩端溫差分別為T和T0時的溫差電勢，T和T0的順序代表電動勢的方向；

δ—湯姆遜系數(shù)，它表示溫差為1℃時所產(chǎn)生的電動勢值，它與導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)。

這樣在導(dǎo)體（A）的兩端形成一定的電位差即溫差電勢（也叫湯姆遜電勢），其大小可用下式表示：

②溫差電勢（2.12）

第2章溫度測量←

eA(T,T0)

←

eB(T,T0)

圖

熱電偶回路電動勢分布示意圖TT0eAB(T)eAB(T0)⑴熱電偶測溫原理EAB

(T,T0)AB（T>T0）

③熱電偶回路的總熱電勢:

在兩種金屬導(dǎo)體A和B組成的熱電偶回路中,兩接觸點的溫度為T和T0，而且T＞T。則回路總熱電勢由4個部分組成，2個溫差電勢，即eA(T,T0)和eB(T,T0)，2個接觸電勢即eAB(T)和eAB(T0)，即EAB

(T,T0)。它們的方向和大小如下圖所示。

第2章溫度測量

按順時針方向?qū)懗?個電動勢之和為：③熱電偶回路的總熱電勢（2.13）

第2章溫度測量③熱電偶回路的總熱電勢分析：

從上式可以看到:Ⅰ

若熱電極A和B為同一種材料時，NA=NB，δA=δB則EAB(T，T0)=0。

Ⅱ熱電勢存在必須具備兩個條件:

ⅰ兩種不同的金屬（確切的講，應(yīng)為可制成熱電偶的兩種不同的金屬）；

ⅱ其兩端必須存在溫差。

第2章溫度測量③熱電偶回路的總熱電勢

Ⅲ再對上式（2.13）進行重新組合，則有：（2.14）

從上式中可以看到，熱電勢是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫差的函數(shù)，就是因為熱電勢是非線性的。

第2章溫度測量③熱電偶回路的總熱電勢

Ⅳ

如果令：f(T0)=0

即（T0=0℃），則有：

EAB(T

,T0)=f(T)

（2.15）

則有E和T之間有唯一對應(yīng)的關(guān)系即單值函數(shù)關(guān)系，因此就可以用測量到的熱電勢E來找到對應(yīng)的溫度值T。

Ⅴ

理論和實驗都已證明，熱電偶熱電勢的大小，只與導(dǎo)體A和B的材質(zhì)有關(guān)，與冷、熱端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的粗細(xì),長短以及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。

第2章溫度測量

⑵熱電偶的幾個定則:

①

均質(zhì)導(dǎo)體定則:

由一種均質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉和回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。TT0AAEAA(T,T0)=02.2.2熱電偶溫度計T>T0

第2章溫度測量

②中間導(dǎo)體定則：

在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相等，則中間導(dǎo)體的接入對回路總電動勢沒有影響。T0BATC

⑵熱電偶的幾個定則

第2章溫度測量

③連接導(dǎo)體和中間溫度定則：

Ⅰ連接導(dǎo)體定則:

如下圖所示。在熱電偶回路中，如果熱電極A和B分別與連接導(dǎo)體A’和B’相接。B’A’BATnTnT0T

⑵熱電偶的幾個定則

第2章溫度測量

其接點溫度分別為T、Tn和T0，則回路的總熱電勢等于熱電偶的熱電勢EAB（T，Tn）與連接導(dǎo)體的熱電勢EA’B’（Tn，T0）之代數(shù)和。這就是連接導(dǎo)體定則，即：（2.16）⑵熱電偶的幾個定則

第2章溫度測量

Ⅱ中間溫度定則:

當(dāng)A與A’、B與B’材料分別相同，所處溫度仍為T、Tn和T0時，其總的熱電勢為：

這就是中間溫度定則，其中Tn稱為中間溫度。（2.17）⑵熱電偶的幾個定則

第2章溫度測量2.2.2熱電偶溫度計例題2.1

：

用鎳鉻-鎳硅（K型）熱電偶測量某一溫度，若參比端溫度Tn=25℃，測得的熱電勢E（T，Tn）=20.54mV，求測量端實際溫度T。解：E(T,T0)=E(T,Tn)+E(Tn,T0)在E（Tn，T0）中Tn=25℃，T0=0℃，查分度表有E（25，0）=1.00mVE（T，Tn）=20.54mVE（T，0）=20.54mV+1.00mV=21.54mV反查分度表有T=521℃測量端實際溫度為521℃。若參比端溫度Tn=30℃，測得的熱電勢E（T，Tn）=24.99mV；實際溫度T為多少？

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計例題2.2

條件同例2.1，已知測量端實際溫度T=800℃，參比端溫度T0=20℃，求用直流電位差計所測量的熱電勢值。解：E（T，Tn）=E（T，T0）－E(Tn,T0)其中E(T,T0)=E(800,0)=33.275mV

E(Tn,T0)=E(20,0)=0.798mV

E(T,Tn)=33.275mV－0.798mV=32.477mV用直流電位差計測得的熱電勢為32.477mV。若測量端實際溫度T=1000℃，參比端溫度T0=25℃，求用直流電位差計所測量的熱電勢值為多少？

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計例題2.3已知K分度號（鎳鉻－鎳硅）熱電偶的熱電勢為：EK（100，0）=4.096mV,EK(20,0)=0.798mV,EK(30,20)=0.405mV.試求EK（30，0）、EK（100，20）、EK（100，30）。解：根據(jù)中間溫度定則：

EK(30,0)=EK(30,20)+EK(20,0)=0.405+0.798=1.203（mV)EK(100,20)=EK(100,0)－EK(20,0)=4.096－0.798=3.298（mV)EK(100,30)=EK(100,0)－EK(30,0)=4.096－1.203=2.893（mV)已知S分度號（鉑銠10－鉑）熱電偶的熱電勢為：ES（1000，0）=9.587mV,ES(20,0)=0.113mV,ES(30,20)=0.060mV.試求ES（30，0）、ES（1000，20）、ES（1000，30）。

第2章溫度測量

例題2.4

應(yīng)用熱電偶定律，試求下圖所示三種熱電極組成回路的總電勢值，并指出其電流方向。300℃鎳硅80℃鎳鉻100℃康銅(銅鎳)Ａ

圖三種熱電極回路

2.2.2熱電偶溫度計80℃

第2章溫度測量解：根據(jù)均質(zhì)導(dǎo)體定律，

令鎳鉻熱電極上任意點A的溫度為80℃，于是回路熱電勢可由鎳鉻－鎳硅（K分度）與鎳鉻－康銅（銅鎳）（E分度）兩組熱電偶對接而成，

2.2.2熱電偶溫度計所以：∑E=EK（300，80）－EK（100，80）

=8.941－1.934=7.007（mV)

電流i按熱電勢方向（順時針方向）流動。應(yīng)用熱電偶定律，試求下圖所示三種熱電極組成回路的總電勢值，并指出其電流方向。三頂點溫度分別為450℃、150℃、50℃。

第2章溫度測量課堂測試題3教學(xué)改革嘗試之一

1決定采用熱力學(xué)溫標(biāo)作為國際溫標(biāo)是何年?在何大會上決定的?290國際溫標(biāo)有哪三方面的內(nèi)容?390國際溫標(biāo)把溫度分為幾個溫區(qū)?各溫區(qū)的范圍?使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器有哪些?

第2章溫度測量課堂測試題4教學(xué)改革嘗試之一1按測量方式分，測溫儀表可分為哪兩類?2什么是“熱電效應(yīng)”?3試解釋“溫差電勢”?4試解釋“接觸電勢”?

第2章溫度測量課堂測試題5教學(xué)改革嘗試之一1試說出熱電偶測溫的基本原理?2火電廠使用熱電偶的條件是什么?

第2章溫度測量⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：

所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國際和國家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。到目前為止，國際電工委員會（IEC）共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（具體內(nèi)容參見下頁）。2.2.2熱電偶溫度計

第2章溫度測量

①S型（鉑銠10—鉑）熱電偶②R型（鉑銠13—鉑）熱電偶③B型（鉑銠30—鉑銠6）熱電偶④K型（鎳鉻—鎳硅）熱電偶⑤N型（鎳鉻硅—鎳硅）熱電偶⑥E型（鎳鉻—康銅）熱電偶⑦T型（銅—康銅）熱電偶⑧J型（鐵—康銅）熱電偶測溫范圍：

-200～1600℃；

⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

第2章溫度測量熱電偶名稱分度號熱電級識別E(100,0)(mV)測溫范圍(℃)對分度表允許偏差(℃)新級性識別長期短期等級使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃負(fù)亮白柔軟>600±0.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470~13001600Ⅱ<600±1.5℃負(fù)柔軟>1100±0.25%t鉑銠30-鉑銠6B正較硬0.0330~16001800Ⅲ600~800±4℃負(fù)稍軟>800±0.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t負(fù)稍親磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t負(fù)稍親磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t負(fù)亮黃Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t銅-康銅T正紅色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t負(fù)銀白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t鐵-康銅J正親磁5.269-40~600750Ⅱ-40~75±2.5℃或±0.75%t負(fù)不親磁表標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)

⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶基本規(guī)范：（以S型（鉑銠10—鉑）熱電偶為例說明

）

1正負(fù)極：正負(fù)鉑銠10鉑

2含量：鉑銠10鉑鉑（90%）鉑（100%）銠（10%）

3分度號：S4分度表：溫度——毫伏對照表（冷端溫度t0=0℃）

特點：非線性（采用線性內(nèi)插進行校正）

5測溫范圍：長期0～1300℃

短期1600℃6熱電極的識別：正極亮白較硬負(fù)極亮白柔軟⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

第2章溫度測量－20002006001000140018002200

604020010

熱電動勢（mV)KNEEJTKNRSB溫度（℃）圖標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢和溫度的關(guān)系

⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

第2章溫度測量

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶展示：

⑶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

Ⅰ裝配式熱電偶、熱電阻1：

①通用型熱電偶、熱電阻：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

①通用型熱電偶、熱電阻

Ⅱ裝配式熱電偶、熱電阻2

：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

②安全型熱電偶、熱電阻：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶展示

隔爆、本安型熱電偶、熱電阻：

第2章溫度測量

Ⅰ鎧裝式熱電偶、熱電阻：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

③

特殊型熱電偶、熱電阻：

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶展示

第2章溫度測量

③

特殊型熱電偶、熱電阻

Ⅱ耐腐耐磨型熱電偶、熱電阻：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

③

特殊型熱電偶、熱電阻

Ⅲ套管式熱電偶、熱電阻：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

③

特殊型熱電偶、熱電阻

Ⅳ快速熱電偶：

ⅰ基本結(jié)構(gòu)：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

Ⅳ快速熱電偶

ⅱ

產(chǎn)品基本簡介：該產(chǎn)品適用冶金行業(yè)各類金屬溶體間歇溫度的測量?？焖贌犭娕?以下簡稱熱電偶)為消耗型熱電偶。具有準(zhǔn)確度高，反應(yīng)速度快等特點，并可根據(jù)客戶需要提供全套測溫設(shè)備，該產(chǎn)品符合((消耗式快速測量金屬溶體溫度用熱電偶》YB／TI63-1999。

（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）

第2章溫度測量

④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻：

Ⅰ鍋爐爐壁使用的熱電偶

：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶展示

第2章溫度測量

Ⅱ電力、化工等使用的熱套式熱電偶、熱電阻

：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量

Ⅲ煙道、風(fēng)道式熱電偶

：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量

Ⅳ軸承熱電偶、熱電阻

：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量

Ⅳ軸承熱電偶、熱電阻適應(yīng)場所：軸承鉑電阻和軸承熱電偶主要用于測量電站各種帶有軸承設(shè)備的軸承溫度，有避震結(jié)構(gòu)，使之能緊貼在被測軸承表面，提高了溫度測量的準(zhǔn)確性。

（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量

Ⅴ端面熱電偶：（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量

Ⅴ端面熱電偶適應(yīng)場所：

端面熱電阻的元件固定在保護管端面，在與壓簧作用下與被測表面緊密接觸，與一般軸向熱電阻相比，更能迅速準(zhǔn)確地反應(yīng)被測面溫度，適用與電機件的表面溫度測量。

（來自于中國上海自動化儀表公司所屬廠家提供的資料）④

適應(yīng)電力、化工等使用的熱電偶、熱電阻

第2章溫度測量（4）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶發(fā)展很快，主要目的是進一步擴展高溫和低溫的測量范圍。但還沒有統(tǒng)一的分度表，使用前需個別標(biāo)定①貴金屬熱電偶

具有極高的穩(wěn)定性，主要用于航天技術(shù)和高精度測量領(lǐng)域。②貴—廉金屬混合式熱電偶③難熔金屬熱電偶

在冶金、建材、航空航天和核能工業(yè)中應(yīng)用廣泛。④非金屬熱電偶

測溫范圍：

-270～2800℃。2.2.2熱電偶溫度計

第2章溫度測量原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為補償導(dǎo)線。補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線回路總熱電勢為E=EAB(T,T0’)+EA’B’(T0’,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0’,T0)=EA’B’(T0’,T0)熱電偶參比端溫度的恒定及補償補償導(dǎo)線法常用補償導(dǎo)線的型號有SC，KC，KX，EX，JX，TX其中第一個字母與配用的熱電偶的分度號相對應(yīng)。字母X表示延伸型；字母C表示補償型當(dāng)熱電偶參比端為不等于0C時，需對儀表的示值加以修正。修正公式：

(中間溫度定律)例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫時，熱電偶冷端溫度T0=35C，測得E(T,T0)=33.34mV，求被測介質(zhì)溫度。參比端溫度修正法1-冰水混合物；2-保溫瓶；3-油類或水銀；4-蒸餾水；5-試管；6-蓋；7-銅導(dǎo)線；8-熱電勢測量儀表冰浴法

④機械零點調(diào)整法：機械零點調(diào)整法，表面上是通過機械的手段，把指針先拔大t度，但實質(zhì)上卻是等效地疊加了一個電勢為EAB(t0,0),t0為冷端溫度。一般適應(yīng)于磁電式（動圈式）儀表。

2.2.2熱電偶溫度計01000℃1.0S

第2章溫度測量⑤冷端補償器法：mV表ABEAB(t,

t0)t0t0R1R2RCuR3t＋a－UabU

圖冷端補償器的原理圖

2.2.2熱電偶溫度計—b

第2章溫度測量冷端補償器

是一個直流不平衡電橋，在它的四個橋臂中有一個銅電阻作為測溫元件，其余三個臂由阻值恒定的錳銅電阻制成。電橋、熱電偶、顯示儀表構(gòu)成的測溫系統(tǒng)如上頁圖所示。2.2.2熱電偶溫度計

第2章溫度測量參比端溫度補償器1-熱電偶；2-補償導(dǎo)線；3-銅導(dǎo)線；4-指示儀表；5-冷端補償器R1、R2、R3采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零，即阻值基本不隨溫度變化。橋臂R4用銅絲無感繞制，當(dāng)在平衡點溫度（規(guī)定0℃或20℃）時R4=1?。Rg為限流電阻，為配用不同分度號熱電偶時作為調(diào)整補償器供電電流之用。橋路供電電壓為4V直流電壓。特別注意：

1橋臂電阻Rcu必須和熱電偶的冷端盡量靠近，處于同一溫度下；

2當(dāng)：Rcu=R1=R2=R3；電橋平衡（唯一平衡點）；Uab=0;3當(dāng)t0>0℃時，回路熱電勢減小，同時Rcu

增大，使電橋不平衡，Uab>0，且a負(fù)b正。Uab與熱電勢E（t，t0）同向串聯(lián)，電勢疊加增大，起到補償作用，若限流電阻R選擇合適，可使Uab

增大值恰好等于回路熱電勢減小的值，消除了t0的影響，相當(dāng)于冷端置于0℃，實現(xiàn)對熱電偶冷端的處理和補償。冷端補償器

第2章溫度測量軟件修正法：

在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，有專門設(shè)計的熱電偶信號采集卡（I/O卡中的一種），一般有8路或16路信號通道，一般帶有隔離、放大、濾波等處理電路。使用時，要求把熱電勢信號通過補償導(dǎo)線與采集卡上的輸入端子連接起來，在每一塊卡上都在接線端子附近安裝有熱敏電阻，在采集卡驅(qū)動程序的支持下，計算機每次都采集各路熱電勢信號和熱敏電阻信號，根據(jù)熱敏電阻信號可得到E（t0，0），再按計算修正法計算出每一路的E（t，0）值，就可得到準(zhǔn)確的t值。2.2.2熱電偶溫度計

第2章溫度測量例題五

現(xiàn)有由Ｓ分度號熱電偶和動圈儀表組成的測溫系統(tǒng)，如下圖所示。被測溫度已知為１０００℃，儀表所處的環(huán)境溫度為３０℃。當(dāng)動圈儀表的機械零點分別在０℃、３０℃、６０℃時，表計指示各為多少？＋－Ｓ分度號１０００℃＋

－０

１６００℃

Ｓ分度號tn=30℃

圖儀表在不同機械零位時指示

2.2.2熱電偶溫度計

第2章溫度測量解：熱電偶輸入表計的電勢為：ｅl＝ＥS(1000,30)=9.585－0.173=9.412mV

儀表的指示ｅt＝ｅl＋ｅm

（ｅm為機械零位變化所加的等效電勢值）

et,0=9.412+0=9.412mV反查表

t=984.9℃et,30=9.412+0.173=9.585mV反查表

t=1000℃et,60=9.412+0.365=9.777mV反查表

t=1016.6℃

例題五

第2章溫度測量

例題五

分析

：

由此可見儀表的機械零點只有調(diào)整到與冷端溫度一致時，補償才能恰當(dāng)，否則便是補償不足或過頭。如果不調(diào)整機械零點，把儀表指示直接加上冷端溫度，則由于熱電偶的熱電特性大都是非線性的，故得出的數(shù)據(jù)也不是正確的。本題984.9+30=1014.9℃，顯然誤差為14.9℃。從中也可看出機械零點調(diào)整法，表面上是通過機械的手段，把指針先拔大t度，但實質(zhì)上卻是等效地疊加了一個電勢為EAB(t0,0),t0為冷端溫度。

第2章溫度測量

現(xiàn)有Ｅ分度號的熱電偶、動圈儀表，他們之間由相應(yīng)的ＥＸ型補償導(dǎo)線相連接，如下圖所示。已知接點溫度t=800℃、t1=50℃；儀表環(huán)境溫度tn=30℃，儀表機械零點tm=30℃。如將EPX、ENX補償導(dǎo)線都換成銅導(dǎo)線，儀表指示為多少？如將EPX、ENX補償導(dǎo)線的位置對換，儀表的指示又為多少？＋－Ｓ分度800℃＋－０1000℃E分度tn=30℃tm=30℃

圖補償導(dǎo)線的反接、改接EPX(＋)ENX(－)t1=50℃t例題六

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計解：當(dāng)補償導(dǎo)線都該為銅導(dǎo)線時，熱電偶的冷端便移到了t1＝５０℃處，故儀表的輸入電勢為：

et=e1+em=EE(800,50)+EE(30,0)=59.776(mV)指示為：t=784.1℃此時應(yīng)將機械零點調(diào)整到50℃，才能指示出800℃

第2章溫度測量例題六現(xiàn)因兩根補償導(dǎo)線反接，線路電勢為

el=EE(t,t1)－EE(t1,tn)=EE(800,50)－EE(50,30)=56.729(mV)

或

el=EE(t,tn)－2EE(t1,tn)=EE(800,30)－2EE(50,30)=56.729(mV)

再加上機械零點的補償，則t=745.5℃，由此可見，補償導(dǎo)線接反了，儀表指示將偏低，偏低的程度與接線處溫度有關(guān)。為此補償導(dǎo)線和熱電偶的正負(fù)極不能接錯。

第2章溫度測量例題六

有一采用Ｓ分度號熱電偶的測溫系統(tǒng)，如下圖所示。試問此動圈儀表的機械零點應(yīng)調(diào)在多少度上？當(dāng)冷端補償器的電源開路（失電）時，儀表指示為多少？電源極性接反時，儀表指示又為多少？＋－Ｓ分度1000℃℃S分度tn=30℃圖冷端補償器使用不當(dāng)時的測溫系統(tǒng)SPC＋SNC－50℃40℃4V＋－Cu20℃,0mV例題七

第2章溫度測量

2.2.2熱電偶溫度計解：(1)熱電偶冷端在40℃，但由于冷端補償器的作用，相當(dāng)于冷端溫度在20℃，此時儀表的機械零點應(yīng)調(diào)整在20℃，儀表指示t=1000℃(2)當(dāng)補償器電源開路，冷端補償器失去補償作用時，Uab=0故

et=el+em=ES(1000,40)+ES(20,0)=9.463(mV)t=989.5℃

第2章溫度測量例題七

(3)當(dāng)補償器電源接反，補償器不但不補償，還抵消了一部分電勢，故

et=el－Uab+em=ES(1000,40)－ES(40,20)+ES(20,0)=9.228(mV)t=969℃

第2章溫度測量例題七⑹熱電偶的結(jié)構(gòu)型式：

2.2.2熱電偶溫度計

①普通型裝配式的結(jié)構(gòu)：（四部分）Ⅰ

接線盒

Ⅱ

保護套管Ⅲ

絕緣套管

Ⅳ

熱電極絲單支型雙支型普通型熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖絕緣套管結(jié)構(gòu)俯視圖

第2章溫度測量②普通型裝配式結(jié)構(gòu)實物示意圖：

Ⅰ

接線盒；Ⅱ

保護套管；Ⅲ

絕緣套管；Ⅳ

熱電極絲。⑹熱電偶的結(jié)構(gòu)型式

第2章溫度測量③柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)的熱電偶：⑹熱電偶的結(jié)構(gòu)型式

第2章溫度測量④薄膜熱電偶:

Ⅰ薄膜熱電偶的結(jié)構(gòu)：薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，它的測量端即小又薄。我國研制的片狀薄膜熱電偶（Fe—Ni）如下圖所示。

⑹熱電偶的結(jié)構(gòu)型式Fe絲Ni絲接頭夾具Fe膜Ni膜測量接點襯架2502468熱電勢(mv)50100150200溫度t(℃)圖鐵-鎳薄膜熱電偶

第2章溫度測量

Ⅱ特點：

①熱容量小，可測微小面積上的溫度；②動態(tài)響應(yīng)快，可測快速變化的表面溫度；③熱損失小，測量精度高；④僅用于測–200～300℃④薄膜熱電偶

第2章溫度測量

2.2.3熱電阻溫度計

測量：經(jīng)常：－200～＋850℃區(qū)間內(nèi)的溫度。發(fā)展：幾個開爾文到上千攝氏度。

特點：①測量范圍寬；②精度高；③穩(wěn)定性好。2.2接觸式測溫及儀表

第2章溫度測量

2.2.3熱電阻溫度計（1）熱電阻對材料的要求：

①電阻相對溫度系數(shù)值α要大：

α值的定義：是溫度從0℃變化到100℃時，電阻值的相對變化率。

式中：R100、R0—分別代表熱電阻在100℃和0℃時的電阻值；

α—電阻相對溫度系數(shù)。

α值的大小表示了熱電阻的靈敏度，它是由所決定的，熱電阻材料純度越高，則值越大，那么熱電阻的精度和穩(wěn)定性就越好。是熱電阻材料的重要技術(shù)指標(biāo)。

第2章溫度測量②電阻率要大

β值表示在單位體積時的電阻值。－2000200400600t(℃)

543210Rt/R0鉑銅鎳鐵圖金屬電阻與溫度的關(guān)系2.2.3熱電阻溫度計

第2章溫度測量（2）對感溫元件骨架材料的要求：（3）標(biāo)準(zhǔn)熱電阻：

①鉑熱電阻

使用范圍為－200～850℃，分度號為Pt10和Pt100兩種，它們在0℃時的阻值R0為10?和100?

②銅熱電阻

測溫范圍為－40～140℃，分度號為Cu50和Cu100，它們在0時的阻值分別為50?和100?

。2.2.3熱電阻溫度計

第2章溫度測量項目鉑熱電阻銅熱電阻分度號Pt100Pt10Cu100Cu10