第五章温度检测技术.pptx

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1、1 1 温度检测技术温度检测技术2 2 压力检测技术压力检测技术3 3 物位检测技术物位检测技术4 4 流量检测技术流量检测技术 第1页/共147页1.1.概述概述 2.2.热电偶测温热电偶测温3.3.热电阻测温热电阻测温4.4.接触式测温与误差分析接触式测温与误差分析5.5.集成温度传感器集成温度传感器第2页/共147页5.1 5.1 概述概述温度的概念温度的概念 温标温标 测温方法及测温仪器测温方法及测温仪器第3页/共147页温度的概念温度的概念温度的概念温度的概念 5.1 5.1 概述概述 温度的宏观概念：是冷热程度的表示，或者说，互为热平衡的两物体，其温度相等。（注：处于热平衡状态的所

2、有热力学系统都具有共同的宏观性质！）温度的微观概念：是大量分子运动平均强度的表示。（注：分子运动愈激烈其温度表现越高！）第4页/共147页温度的概念温度的概念温度的概念温度的概念 5.1 5.1 概述概述 避免混乱-国际单位制（SI）：长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 光量SI 基本单位：七个物理量单位-相互独立（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）温度：不可叠加性（内涵量）温度：不可叠加性（内涵量）第5页/共147页热力学（绝对）温度：用热力学温标表示的温度。热力学（绝对）温标：“精确的实验证明压强等于零时的温度应该是-273.15273.15”。-273.15零度温

3、标热力学温标或绝对温标。温度的概念温度的概念温度的概念温度的概念 第6页/共147页温标温标温标温标 摄氏温标华式温标开氏温标热力学温标国际温标理想气体温标经验温标经验温标等价！等价！第7页/共147页1.1.测温质（介质）测温质（介质）测温质（介质）测温质（介质）:要确定选择什么样的物质,这些物质的冷热状态必须能够明显地反映客观物体(欲测物体)的温度变化，而且这种变化具有复现性。如：水银、氢气或是电偶2.2.2.2.测温特性：测温特性：测温特性：测温特性：要知道该测温质的哪些物理量随着温度的改变将产生某种预期的改变。如：水银温度计是用水银做测温质，水银的体积随温度作线性变化。3.3.3.3.

4、参考点：参考点：参考点：参考点：依据确定的数值作为基准，实现划分温度的间隔。经验温标经验温标第8页/共147页华氏温度华氏温度测温质：水银；测温特性：水银柱热胀冷缩。参考点：冰、水、氯化铵和氯化钠混合物的熔点定为零度，以0F表示。把冰的熔点定为32F把水的沸点定为212F；在32212的间隔内均分180等分，每份1华氏度。华氏温标使用的是华氏温度使用状况：欧美等英语国家。(华伦海特华伦海特华伦海特华伦海特(GDFahrenheit)(GDFahrenheit)第9页/共147页摄氏温度摄氏温度测温质：水银测温特性：水银柱热胀冷缩；参考点：冰的熔点为零度(标以0)，水的沸点为100度(标以100

5、)。在0度和100度之间均分成100等份，每一份也就是1摄氏度。这种规定办法就叫摄氏温标。使用国家：亚洲国家、非英语国家(ACelsiuas(ACelsiuas 瑞典瑞典瑞典瑞典)第10页/共147页摄氏温度与华氏温度的关系摄氏温度与华氏温度的关系 同种测温质(水银)，利用了同样的测温特性(水银柱热胀冷缩)。但由于规定的参考点和分度单位不同，就造成了两种不同的温标，从而产生了两种不同的温度的数值。F-20-4032206840104华氏度tF与摄氏度tc转换公式第11页/共147页注：参考点相同 测温质不同 温标也不完全一致！原因：不同测温质的物理性质随温度的改变在相同的范围内可能不会相同。经

6、验温标经验温标举例：五种温度计，测温质分别是氢气、空气、铂丝、电偶和水银，其测温的物理性质分别为气体的压强、电阻、电动势和水银的长度；基准点都是以冰的熔点和水的沸点为0度和100度。第12页/共147页举例：五种温度计，测温质分别是氢气、空气、铂丝、电偶和水银，其测温的物理性质分别为气体的压强、电阻、电动势和水银的长度；基准点都是以冰的熔点和水的沸点为0度和100度。结论结论:对应同一个客观温度对应同一个客观温度(假定以定容氢气温度计的指示数为标准假定以定容氢气温度计的指示数为标准)，各种温度计的读，各种温度计的读数是不一样的。数是不一样的。80.14780.1470 0水银温度计氢气温度计0

7、02019.9094039.8896059.9148079.986100100第13页/共147页经验温标特点：由于测温物质和测温特性的选取不同，参考点和分度方法的选择不同，故可以有各式各样的温标。开氏温标（热力学温标）：开尔文，1848年创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标。经验温标经验温标 热力学温标热力学温标开尔文：英国物理学家，热力学第二定律的创开尔文：英国物理学家，热力学第二定律的创始人。始人。(热学、电磁学、流体力学、光学、地热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程球物理、数学、工程,600,600论文论文,70,70发

8、明专利发明专利)第14页/共147页热力学温标热力学温标热力学温标是以卡诺循环为基础：卡诺定律指出，一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，其效率只与热源和冷源的温度有关。假设热机从温度为T1的热源获得的热量为Q1，放给温度为T2的冷源的热量为Q2，则有 T2=T1Q2/Q1第15页/共147页第十一届国际计量大会(1960年)规定以纯水的三相点的温度定为开氏温标的参考点，规定其温度为273.16K(而不叫“度”)，1K等于水的三相点的热力学温度的1/273.16;热力学温标被定为基本温标；热力学温度被作为基本温度;符号是T，单位是开尔文，简写为开，以K表示之；热力学温标的零点叫绝对零度(

9、0K)；热力学温标热力学温标第16页/共147页参考点：参考点：参考点：参考点：水的三相点是指纯水以冰、水、蒸汽的平衡混合物的状态，只要在没有空气的密闭容器内，这个状态的温度就是确定不变的，它不依赖于压强，最客观的参考点最客观的参考点最客观的参考点最客观的参考点!热力学温标热力学温标第17页/共147页如果我们要测某一个物体的温度，可用任何一种工质的卡诺热机当作温度计，使卡诺热机运转于欲测物体(欲测其温度T)和273.16K的热库之间，测出吸收和放出的热量Q1和Q2之比，则温度为：热力学温标热力学温标一支“热力学温度计”就是可逆的卡诺热机，理论上通，技术上无法实现！第18页/共147页热力学温

10、标热力学温标理想气体温标理想气体温标 热力学理论证明：注：热力学温标可以借助理想气体温标付诸实施，热力学温标取得了现实意义!第19页/共147页铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻普朗克辐射定普朗克辐射定普朗克辐射定普朗克辐射定律律律律第20页/共147页气体的原子运动随着温度的升高而加速，随着温度的降低而减速。当温度达到0K（-273.15）时，原子的运动就停止了。并且从理论上讲，气体的体积应当是零，因此不可能有低于0K的温度。（如图,在压力不变的情况下（图以砝码表示）.如果温度下降,气体的体积就减小，与其0时的体积相比，每下降1其体积就减小1273。)绝对零度探索绝对零度探索常温：气体的原子速度160

11、0km/h；3K：1m/h的;20nK（210-8K）:原子运动速度慢得难以测量(物质呈现为液体状态，而非固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一的“超原子”，它表现为一个单一的实体。)第21页/共147页1 1 绝对零度的意义绝对零度的意义:开尔文用热力学温标，即与任何测温物质无关的温标得到了绝对零度，因此，绝对零度这一重要概念对所有物质都成立，它和选用什么物质及什么物理性质无关。2 2 无测温上限无测温上限：不论何时，测量一个很高的温度时，一个更高的温度将存在，并且也有可能达到；3 3 有测温下限：有测温下限：绝对零度无限接近，但终究不能达到。（这是热力学第三定律的结论。）4“绝对温标”和

12、“绝对零度”中“绝对”的含义：前者是指开氏温标与任何测温质都没有关联，因而这种温标是“绝对”的；后者是指绝对零度是一个不可超越的界限，而且对所有物质都成立，因而这个度数是“绝对”的。开氏温度的意义 第22页/共147页测温方法及测温仪器测温方法及测温仪器（1 1）接触式测温）接触式测温（2 2）非接触式测温）非接触式测温 测测温温方方法法接触式测温仪器接触式测温仪器非接触式测温仪器非接触式测温仪器第23页/共147页(1)(1)接触式测温接触式测温含义：含义：测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，感温元件的某一物理参数的量值（热电动势、电阻、热膨胀等等）代表了

13、被测对象的温度值。优点：优点：直观可靠、准确度高。缺点：缺点：感温元件影响被测温度场的分布，接触不良会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。测温方法测温方法及测温仪器及测温仪器第24页/共147页（2 2）非接触式测温）非接触式测温 含义：感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射方式进行热交换。特点：可避免接触测温的缺点（不影响温场分布）；具有较高的测温上限；非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度。准确度低测温方法及测温仪器测温方法及测温仪器第25页/共147页1 接触式仪器接触式仪器接触式仪器接触式仪器膨胀式温度计

14、(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)2 2 2 2 非接触式温度仪非接触式温度仪非接触式温度仪非接触式温度仪 以光辐射为基础，也称为辐射温度计。如：辐射温度计、亮度温度计和比色温度计、红外热相仪；测温方法及测温方法及测温仪器测温仪器第26页/共147页5.2 5.2 热电偶测温热电偶测温 第27页/共147页 应用热电偶进行测温是一种温度测量的简单方法其特点：构造简单、使用方便、具有较高的准确度、温度测量范围宽；常用测温范围：-50+1600；特殊材料，测温范围可扩为:-1802800应

15、用极为广泛，尤其是应用在化工企业应用基本在90%以上。第28页/共147页5.2 5.2 热电偶测温热电偶测温热电效应热电效应热电偶基本定律热电偶基本定律 常用热电偶的材料、特点和结构常用热电偶的材料、特点和结构 热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 热电偶测温回路热电偶测温回路 本小节需要掌握的内容第29页/共147页热电效应热电效应两种导体的两种导体的接触接触电势电势单一导体的单一导体的温差温差电势电势热电偶热电偶回路回路热电势热电势需要了解的内容：第30页/共147页热电效应热电效应热电效应热电效应将热能转换成电能的现象称为热电效应。方法：两种不同材料的导体或半导

16、体材料A和B两端牢靠地接触在一起，组成如图所示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度t和t0不相同时，回路中既可产生电势，并有电流流通。A和B称为偶极或热电极 结点之一工作端、热端；结点之二自由端、冷端 第31页/共147页两种导体的接触电势两种导体的接触电势eAB(T)为A、B两种不同材料在温度为T时的接触电动势,V；K为玻耳兹曼常数,K=1.38*10-23J/K；e为电子电荷,e=1.6*10-19C；nA(T)、nB(T)为A、B两种材料在温度T时的自由电子密度。P119（1）第32页/共147页两种导体的接触电势两种导体的接触电势两种材料在两种材料在T T0 0时的接触电势：时的接

17、触电势：回路中回路中A A和和B B的接触电势的接触电势第33页/共147页单一导体的单一导体的温差电势温差电势 eA(T，T0)导体A两端温度差为T和T0时形成的温差电势，V汤姆逊系数，表示单一导体两端温度差为1时所产生的温差电势，与材料性质及两端温度有关。P119（2）第34页/共147页回路中的温差电势为回路中的温差电势为单一导体的单一导体的单一导体的单一导体的温差电势温差电势温差电势温差电势 第35页/共147页回路中回路中总的热电势对于由A和B组成的热电偶闭合回路，当温度TT0，nAnB 时，回路总的热电势为EAB(T,T0)：P120（3）第36页/共147页回路中总的热电势回路中

18、总的热电势 分析上式：产生热电势必须满足两个条件：分析上式：产生热电势必须满足两个条件：1.1.n nA A n nB B，即热电偶必须使用两种不同的材料；，即热电偶必须使用两种不同的材料；2.2.T TT T0 0,即两种接触点必须处于不同的温度。即两种接触点必须处于不同的温度。na导体A自由电子的密度nb导体B自由电子的密度第37页/共147页 注意：由于金属导体中自由电子数目很多，导致温度不能改变它的自由电子的浓度。因此，在同一金属导体内，温差电势极小，通常可以忽略。所以在一个热电偶回路中起决定作用的是接触电势。回路总的热电势可以近似表示为：在工程中，常用上式表示热电偶回路总电势。在标定

19、热电偶时使T0为常数即：5.10式说明，当热电偶回路的一个端点保持温度不变，则热电势 只随另一个端点的温度变化而变化。两个端点温差越大，回路总热电势 也就越大。这样的回路总热电势就可以看成温度T的单值函数，使得在工程中用热电偶测量温度带来了极大的方便。(5.9)(5.10)第38页/共147页热电偶基本定律热电偶基本定律 （1 1）均质导体定律）均质导体定律（2 2）中间导体定律）中间导体定律（3 3）标准电极定律）标准电极定律（4 4）连接导体定律与中间温度定律）连接导体定律与中间温度定律第39页/共147页（1 1）均质导体定律）均质导体定律一种均质材料构成热电偶不论导体或半导体不论截面和

20、长度、各处温度如何。结论：都不能产生热电势热电偶材料热电偶材料:两种！两种！均质导体定律应用注意以下几点p113第40页/共147页（2 2）中间导体定律）中间导体定律 如图所示，将A、B构成的热电偶的T0端断开，接入第三种导体C：条件：只要保持 C 两端温度相同（T0）结论：接入导体C后对回路总电动势无影响。第41页/共147页图中热电偶回路总电势为证明：证明：其中：故：即：（2 2）中间导体定律）中间导体定律(5.13)5.13式说明加入中间导体热电回路中的热电势不会受到影响第42页/共147页（3 3）标准电极定律）标准电极定律内容：当结点温度为T和T0时，用A、B组成的热电偶产生的热电

21、势等于A、C热电偶和C、B热电偶热电势的代数和，即 导体C称标准电极（铂）第43页/共147页证明：证明：证明：证明：标准电极定律标准电极定律证毕证毕证毕证毕第44页/共147页（4 4 4 4）连接导体定律）连接导体定律）连接导体定律）连接导体定律与中间温度定律与中间温度定律与中间温度定律与中间温度定律连接导体定律：在热电偶回路中，若导体A和B分别与导线A和B相接，接点温度分别为T、Tn、T0，如图所示，则回路总电势等于热电偶电势EAB(T,Tn)与连接导线电势EAB(Tn,T0)之和。意义：工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。第45页/共147页证明证明证明证明其中（4 4 4 4）

22、连接导体定律）连接导体定律）连接导体定律）连接导体定律与中间温度定律与中间温度定律与中间温度定律与中间温度定律假设，nA nB;nB nB;nA nA;nB nB;TTnT0第46页/共147页中间温度定律：当A与A、B与B材料分别相同时，则有（4 4 4 4）连接导体定律与连接导体定律与连接导体定律与连接导体定律与中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律意义：中间温度定律为制定热电势分度奠定了理论基础，只要求得参考端温度0时的热电势与温度的关系，就可以求出参考端温度不等于0时的热电势。=0第47页/共147页常用热电偶的材料、特点和结构常用热电偶的材料、特点和结构 第48页/共147

23、页对热电偶材料的要求:两种材料组成的热电偶应输出较大的热电势，以获得较高的灵敏度，且要求电势和温度之间尽可能的成线性关系能应用于较宽的温度范围，物理和化学特性比较稳定（较好的耐热性、抗氧化、抗还原和抗腐蚀性）具有较高的导电率和较低电阻温度系数工艺性好，利于批量生产。具有良好的重复性，便于采用统一的分度号。（1）热电偶的材料）热电偶的材料第49页/共147页（2 2）常用热电偶）常用热电偶 铂铑10-铂热电偶（分度号：S）镍铬-镍硅热电偶（分度号:K）铂铑13-纯铂热电偶（分度号：R ）镍铬-康铜热电偶（分度号：E）铂铑30-铂铑6热电偶（分度号：B）铜-康铜热电偶（分度号：T）铁-铜镍热电偶（

24、分度号：J）分度号：第50页/共147页什么是热电偶的分度号分度号代表温度范围，且代表每种分度号的热电偶最高温度指标具体多少，温度输出多少伏特的电压或者毫伏的电压。热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉价金属热电偶。S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400，短期1600。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同；第51页/共147页分度号不同的热电偶应用温度和领域B分度号在室温下热电动势极

25、小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600，短期1800。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。N分度号的特点是1300下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶；K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000，短期1200。在所有热电偶中使用最广泛；E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800；第52页/共147页分度号不同的热电偶应用温度和领域J分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用

26、温度上限750)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950)，并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工；T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300以下的温度。第53页/共147页优点：金属丝直径范围0.350.5mm;精度高、物理化学特性稳定;测温上限高，短期使用温度可高达1600。可以作为各等级标准热电偶。缺点：热电势小、灵敏度低、价格昂贵。（2 2）常用热电偶）常用热电偶 铂铑10-铂热电偶（分度号：S）正极正极（硬）（硬）负极负极（软）（软）第54页/共147页4.732p159第55页/共147页（2 2）常用热电偶）常用热电偶 镍铬-镍硅热电偶（分度号:K

27、）特点：金属丝直径范围：0.53mm;价格低廉、灵敏度高、复现性好、高温下抗氧化能力强。工业与实验室广泛采用;在还原性或硫化物气氛中易被侵蚀。正极正极不亲磁不亲磁负极负极稍亲磁稍亲磁第56页/共147页22.776p159第57页/共147页（3 3）典型结构（工业用）典型结构（工业用）氧化铝或工业陶瓷1000度:绝缘绝缘套管套管引线盒引线盒第58页/共147页P117第59页/共147页铠装式热电偶：热电极、耐高温金属粉末（如氧化铝）、不锈钢套管三者一起拉细而组成一体，外径0.2512mm不等。如图。（3 3）典型结构）典型结构（科研用）（科研用）特点：惯性小、性能稳定、结构紧凑、力学性能良

28、好、抗振、可挠等特点第60页/共147页（3 3）典型结构（）典型结构（科研用）科研用）真空蒸镀或化学涂层镍铬-镍硅铜康-铜极薄：0.010.1m云母 或 浸渍酚醛塑料60mm*6mm*0.2mm工艺工艺特点：特点：响应速度快响应速度快！（！（ms）测温范围测温范围300度度第61页/共147页热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 （1）冰点法（3）冷端补偿器法（4）补偿导线法（2）热电势修正法热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电势热电势E EABAB(T,(T,T T0 0)才是温度才是温度T T的单值函数！的单

29、值函数！热电偶分度表热电偶分度表(p171)(p171)中，热电势中，热电势-温度的对应值以温度的对应值以 0 0为基础为基础不稳定补补偿偿方方法法第62页/共147页T0=0C！精度最高！精度最高！（1 1）冰点法）冰点法 热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 8第63页/共147页（2 2）热电势修正法）热电势修正法热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 查表查表EAB实际测量实际测量查表查表TT0=0CT0=恒温中间温度定律T第64页/共147页举例：（铂铑举例：（铂铑1010-铂）铂）s s偶参比端温度温为偶参比端温度温为30,30,测量的

30、热电势为6.526mV,试问此时真实的温度应为多少？查表查表EAB实际测量实际测量查表查表T解：查表查表=6.699第65页/共147页0.173740P159页附表5.1第66页/共147页热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 （3 3 3 3）冷端补偿器法）冷端补偿器法）冷端补偿器法）冷端补偿器法 0C恒温T0=f(时间时间,环境环境)不平衡电桥R1=R2=R=1(锰铜丝)R4（铜丝）Rg（限流）当T T T T0 0 0 0=0=0=0=0 C C C C时四壁电阻相等 电桥平衡 桥路输出电压Uba=0 指示仪表总的热电势为：R4=1E=EAB+Uba=E(T,T

31、0)+Uba=E(T,0)(5.21)第67页/共147页热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 （3 3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 说明：当T0变化时，由于冷端补偿器的接入，仪表所指示的总电势E仍保持为E(T,0),相当于热电偶冷端自动处于0C。当R4a点电位 Uba同时T0由于T0 EAB(T,T0)调整Rg电阻 Uba=E(T,0)-E(T,T0),总电势不随T0而变桥路供电电压第68页/共147页热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷

32、端）温度补偿 （4 4）补偿导线法）补偿导线法恒温易干扰补偿导线补偿导线0100C第69页/共147页E=EE=EABAB(T,T(T,T0 0)热电势修正法热电势修正法热电势修正法热电势修正法材料：热电性质与热电偶相近（0100C）E E E EABABABAB(T(T(T(T0 0 0 0,T,T,T,T0 0 0 0)=E)=E)=E)=EA A A A B B B B(T(T(T(T0 0 0 0,T,T,T,T0 0 0 0)根据连接导体定律连接导体定律连接导体定律连接导体定律，回路电势：E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)（4 4 4 4）补偿导线法）补偿导线法）补偿导线法

33、）补偿导线法热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿热电偶的参比端（冷端）温度补偿 （中间温度定律）（中间温度定律）恒温恒温恒温恒温第70页/共147页热电偶标准化形成补偿导线标准系列。常用的热电偶补偿导线技术数据见表热电偶补偿导线热电偶补偿导线热电偶补偿导线热电偶补偿导线第71页/共147页举例：利用补偿导线法进行测温，热电偶为举例：利用补偿导线法进行测温，热电偶为K K偶，补偿导偶，补偿导线为铜线为铜-康铜，热电偶输出热电势为康铜，热电偶输出热电势为41.092mV;补偿导线补偿导线输出热电势为输出热电势为2.478mV2.478mV；恒温

34、端温度为；恒温端温度为2020；试问此时真实的温度应为多少？解：根据补偿导线法补偿导线法E=EE=EABAB(T,T(T,T0 0)+E)+EABAB(T(T0 0,T,T0 0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)=2.478mVEAB(T,T0)=41.092mVEAB(T0,0)=EAB(20,0)=EAB(20,0)=0.789 mVE=E(T,0)=41.092+2.478+0.789=44.359T=f(44.359)=1080第72页/共147页44.359第73页/共147页小结小结（1）冰点法（3）冷端补偿器法（4）补偿导线法（2）热电势修正法补补偿偿方方法法第74页/

35、共147页热电偶测温回路热电偶测温回路 5.16热电偶测温回路:用一只热电偶配用一个指示仪表的测温连接回路，它是由热电偶A、B和补偿导线C、D及冷端补偿器、铜线、测量仪表等组成。通常是把补偿导线一直延伸到配用仪表接线处的环境温度T0 第75页/共147页这是测量两处的温差（T1-T2）的一种方法。要求：两个热电偶同型号（温度与电压特性一致并呈线性）配用相同的补偿导线冷端温度相同两者反接而成，则热电势为（1 1 1 1）热电偶反接（差动热电势）热电偶反接（差动热电势）热电偶反接（差动热电势）热电偶反接（差动热电势）热电偶测量线路热电偶测量线路 第76页/共147页（2 2 2 2）热电偶并联）热

36、电偶并联）热电偶并联）热电偶并联测量平均温度测量平均温度测量平均温度测量平均温度方法：热电偶型号相同；冷端温度相同；串联均衡电阻R1，R2，R3；回路总热电势为：缺点：一支坏，不易察觉第77页/共147页低温或小温变时：采用此电路，使得总的热电势。利用此电路可求温度场的平均值特点：一支烧坏，立即察觉。（3 3 3 3）热电偶串联（热电堆）：）热电偶串联（热电堆）：）热电偶串联（热电堆）：）热电偶串联（热电堆）：回路总电势为求平均温度第78页/共147页 热电势（温度）测量仪表常用的温度二次仪表有自动平衡式显示仪表、动圈式温度指示仪表、数字式温度显示仪表等。这类仪表广泛应用于工业过程测量和控制系

37、统中，为保证此类仪表的准确性，必须根据检定规程的要求定期检定，本文重点讨论配热电偶用动圈式温度指示仪的检定装置构成及该装置的测量不确定度的计算。第79页/共147页热电势测量仪表 动圈式温度指示仪这是一种直接变换式 仪表红色虚线内是微安电流表黑色虚线内是补偿器线圈产生的转动力矩M与通过线圈的电流成正比K=比例常数 该力矩促使线圈带动指针绕中心轴转动,支持线圈的游丝产生反力矩其大小与偏转角成正比.当两力矩平衡时指针停止在某一位置上此时动圈的偏转角为:为仪表的灵敏度第80页/共147页 流过仪表的总电流为=回路总电势=回路总电阻仪表内部电阻仪表外部电阻仪表内部电阻包括热电偶、补偿导线、连接导线冷端

38、补偿器等效电阻及外接调整电阻。仪表外部电阻包括动圈电阻、串联电阻、温度补偿电阻等。除了动圈式温度指示仪还可以用直流电位差计进行进行精确的测温。第81页/共147页热电偶的校验与分度热电偶的校验与分度校验校验:对热电偶热电势和温度的已知关系进行校核，检查其误差的大小；分度分度:确定热电势和温度的对应关系校验原因校验原因：热电偶经过一段时间使用之后，由于氧化、腐蚀、还原、高温下再结晶等因素的影响，使它与原分度值或标准分度表的偏离越来越大，以至产生较大误差，测量精度下降。IPTS 68IPTS 68国际实用温标规定国际实用温标规定国际实用温标规定国际实用温标规定第82页/共147页标准热电偶法的校验

39、装置标准热电偶法的校验装置0.03级第83页/共147页第84页/共147页热电偶测温系统的误差分析使用热电偶测温系统进行测温所产生的误差有四个方面1、热电偶分度误差12、补偿导线误差23、冷端补偿器误差34、测量仪表误差4总的误差：第85页/共147页（1）热电偶分度误差1：由于热电偶材质不均，匀使得其热电特性与统一分度表之间存在差值。该项误差不能超过热电偶允许误差的范围，否则应重新校验。如：铂铑-铂：在600 以上，允许误差为0.25%t0.25%t；镍铬-镍硅：在400 以上，允许误差为0.75%t0.75%t；（2）补偿导线误差2：补偿导线与热电偶热电特性不同而带来的误差。如：铂铑-铂

40、：100补偿范围内，其补偿导线允差为0.023mV;0.023mV;如：镍铬-镍硅：100补偿范围内，其补偿导线允差为0.105mV;0.105mV;（3）冷端补偿器误差3：只能在平衡点和计算点的温度值得到完全补偿，在其他温度时因不能完全得到补偿所造成的误差。如：铂铑-铂：0.04mV;0.04mV;如：镍铬-镍硅：0.16mV;0.16mV;（4）测量仪表误差4:该误差由仪表精度等级所决定。如XCZ-101动圈测温仪表为仪表量程满度的1%1%各种误差产生的原因及允差范围第86页/共147页举例：如若采用镍铬-镍硅热电偶按图所示组成测温系统。测量仪表XCZ101的量程为1000，若仪表上显示被

41、测温度为800。且该测温系统的误差。解：误差的来源分别为热电偶分度误差1；补偿导线误差2冷端补偿器误差3；测量仪表误差4测温系统的最大误差为：第87页/共147页“热电偶测温热电偶测温”小结：小结：热电效应（基本概念）热电偶基本定律（结论）常用热电偶的材料、特点和结构（分度号）热电偶的参比端（冷端）温度补偿 （方法、理论基础）热电偶测温回路（典型设计）热电偶的校验与分度热电偶测温系统误差分析第88页/共147页5.3 5.3 热电阻测温热电阻测温 第89页/共147页原理原理 利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而改变的性质来测量温度。实验证明实验证明多数金属导体在温度升高1时，阻值变化 0.

42、4%0.6%；多数具有负温度系数的半导体在温度升高1时，阻值变化3%6%；5.3 5.3 热电阻测温热电阻测温 第90页/共147页测温范围：测温范围：测温范围：测温范围：-200500特殊范围：特殊范围：特殊范围：特殊范围：测量低温端可达平衡氢的三相点(气、液、固)13.8K 铟电阻温度计3.4K；碳电阻温度计1K；高温段可测到1000特点特点特点特点：精度高在低温段下测温灵敏度高低温段下测温灵敏度高低温段下测温灵敏度高低温段下测温灵敏度高输出信号便于远传、测量或自动控制5.3 5.3 热电阻测温热电阻测温 第91页/共147页热电阻的材料热电阻的材料 单位：1/，定义为注：越大制成的温度计

43、的灵敏度灵敏度越高测量结果越准确一般材料的电阻温度系数并非是常数，它是温度的函数，即：不同温度数值对应的=f(T)=f(T)=f(T)=f(T)不同；材料越纯,越大温度系数定义：温度变化1度时电阻值相对变化量：电阻温度系数要大第92页/共147页 要求有较大的电阻率：因为电阻率越大电阻体积越小热容量和热惯性越小温度变化的响应越快。在测温范围内，要求物理化学性质稳定。复现性好、复制性强、易得到纯净物质。电阻值与温度的关系近似为线性关系，便于测温的分度和读数。价格低。综上所述：铂、铜、铁、镍、和一些半导体材料比较适合做热电阻。第93页/共147页特点特点特点特点：精度高、稳定性好、性能可靠、易于提

44、纯、复制性好、具有良好的工艺性、可以制成极细的铂丝、电阻率较高；在0C 以上，其电阻与温度的关系接近于直线(其电阻温度系数为3.9103/C)。用途用途用途用途：工业测量,温度的基准、标准仪器。ITS-90国际温标规定，在13.81K961.78的标准仪器为铂电阻温度计。（-10.1961.78）或13.81K1763.204K缺点缺点缺点缺点：电阻温度系数小，在还原气氛中，特别是在高温下，易被污染变脆、价格昂贵。常用铂电阻分度号：常用铂电阻分度号：常用铂电阻分度号：常用铂电阻分度号：Pt1000Pt1000Pt1000Pt1000，Pt100Pt100Pt100Pt100和和和和 Pt10P

45、t10Pt10Pt10热电阻的类型热电阻的类型 （1 1 1 1）铂热电阻）铂热电阻）铂热电阻）铂热电阻第94页/共147页优点：优点：线性度好，电阻温度系数大、价格低、精度适中；缺点：缺点：缺点：缺点：100时，易被氧化；测温范围：测温范围：测温范围：测温范围：-50+150。常用铜电阻分度号：常用铜电阻分度号：常用铜电阻分度号：常用铜电阻分度号：Cu100Cu100Cu100Cu100和Cu50Cu50Cu50Cu50热电阻的类型热电阻的类型 （2 2 2 2）铜热电阻）铜热电阻）铜热电阻）铜热电阻第95页/共147页热电阻的类型热电阻的类型 表示表示时的电时的电阻值，阻值，5.6第96页

46、/共147页（1 1）普通型热电阻感温元件感温元件保护套管保护套管接线盒接线盒与热电偶类似热电阻的结构类型热电阻的结构类型 第97页/共147页铂热电阻铂热电阻热电阻的结构类型热电阻的结构类型 玻璃烧结式陶瓷管架式云母管架式双线无感绕制电阻体结构分为3种p130其结构和特点第98页/共147页铜电阻铜电阻热电阻的结构类型热电阻的结构类型 双线无感绕制其结构和特点p130第99页/共147页热电阻的结构类型热电阻的结构类型 铠装热电阻铠装热电阻 力学性好力学性好力学性好力学性好热电阻+保护套管+绝缘材料封装直径在38毫米填装石英粉金属外壳见教材130页第100页/共147页热电阻的结构类型热电阻

47、的结构类型 薄膜热电阻薄膜热电阻陶瓷铂真空镀膜法热惯性小！厚膜7m薄膜2m特点：体积小、热惯性小、价格较贵第101页/共147页半导体热敏电阻半导体热敏电阻第102页/共147页半导体热电阻热敏电阻。材料：常用一定比例的锰、镍、铜、钛、镁的氧化物混合制成半导体热敏电阻半导体热敏电阻分类负温度系数NTC正温度系数PTC临界温度系数CTR第103页/共147页测温特点测温特点半导体热敏电阻半导体热敏电阻近似线性关系变化剧烈变化剧烈正温度系数PTC临界温度系数CTR负温度系数负温度系数NTCNTC第104页/共147页半导体热敏电阻半导体热敏电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻T原子无规则运

48、动自由电子的定向运动电子迁移率RNTCNTCNTCNTC半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻T原子无规则运动自由电子数目电子迁移率R测温特性相反第105页/共147页热敏电阻计算公式热敏电阻计算公式 式中式中温度为T0时的热敏电阻；热敏电阻的材料常数；-实验测量实验测量-温度T时热敏电阻的阻值第106页/共147页热敏电阻的温度系数热敏电阻的温度系数热敏电阻的温度系数热敏电阻的温度系数 若在室温附近:热敏电阻的材料常数则.温度系数为负值,并是温度T的函数第107页/共147页热敏电阻的伏安特性热敏电阻的伏安特性 概念：伏安特性伏安特性表征了静态下，在热敏电阻和周围介质热平衡

49、时，热敏电阻上的端电压和通过电阻的电流的相互关系。半导体热敏电阻半导体热敏电阻温度不变第108页/共147页举例：举例：NTCNTC热敏电阻伏安特性热敏电阻伏安特性 oaoaoaoa段段段段:线性工作区：线性工作区：线性工作区：线性工作区：当电流 电流增 加的速度端电压随电流的增加而降低第112页/共147页总总 结结 NTC热敏电阻应用于测温时，应工作在伏安特性曲线的oa段，即：流过热敏电阻的工作电流应很小。当外界环境温度变化时，尽管热敏电阻耗散系数也发生变化，但电阻体无自热升温，而与所测的环境温度接近。第113页/共147页半导体热敏电阻的形状：片状、柱状和珠状半导体热敏电阻的形状：片状、

50、柱状和珠状 5.31第114页/共147页MF74超大功率型NTC热敏电阻器 应用范围：适用于大功率的转换电源、开关电源、UPS电源及各类大功率照明灯具、电加热器的浪涌电流抑制。半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片第115页/共147页半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片广泛应用于空调设备、暖气设备、电子体温计、液位传感、汽车、电子台历、手机电池。MF52珠状测温型NTC热敏电阻器 第116页/共147页半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片半导体热敏电阻实物照片