4.2热学量检测技术
4.2 热学量检测技术
1.概述 温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量 工作原理：温度→敏感元件→电参数 分类： ·金属 ,热电阻 热电阻 ,热阻效应 半导体 ·热敏电阻 电涡流传感器 温度 热电势效应 ·热电偶 传感器 压电效应 压电陶瓷（热释电效应） “光电效应 红外温度传感器、光纤温度传感器 PN结热电效应 >热敏二极管/三极管、集成温度传感器 应用： 接触测温 热传导测温 测温 非接触测温 热辐射测温
温度 分类: 应用: 测温 接触测温 非接触测温 热辐射测温 热传导测温 压电效应 热阻效应 热电势效应 金 属 热电阻 半导体 热敏电阻 温 度 热电偶 传感器 压电陶瓷（热释电效应） → 敏感元件→ 电参数 光电效应 红外温度传感器、光纤温度传感器 热电阻 电涡流传感器 PN结热电效应 工作原理： 热敏二极管/三极管、集成温度传感器 温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量 1.概述
2.测温方法 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非 接触式两大类。 1)接触式测温 接触式的特点是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，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表 了被测对象的温度值。 优点：直观可靠 缺点：感温元件影响被测温度场的分布，接触不 良等都会带来测量误差，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
2.测温方法 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非 接触式两大类。 1） 接触式测温 接触式的特点是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，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表 了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：感温元件影响被测温度场的分布，接触不 良等都会带来测量误差，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
2)非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测 对象相接触，而是通过辐射进行热交 换，故可避免接触测温法的缺点，具有 较高的测温上限。此外，非接触测温法 热惯性小，可达千分之一秒，故便于测 量运动物体的温度和快速变化的温度
非接触测温的特点是感温元件不与被测 对象相接触，而是通过辐射进行热交 换，故可避免接触测温法的缺点，具有 较高的测温上限。此外，非接触测温法 热惯性小，可达千分之一秒，故便于测 量运动物体的温度和快速变化的温度。 2）非接触式测温
3.测温仪器 对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触 式两大类。 接触式仪器又可分为： 膨胀式温度计（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） 以及其它原理的温度计 非接触式温度计又可分为： 辐射温度计 亮度温度计 比色温度计 它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计
3.测温仪器 对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触 式两大类。 接触式仪器又可分为: 膨胀式温度计(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) 以及其它原理的温度计 非接触式温度计又可分为： 辐射温度计 亮度温度计 比色温度计 它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计
4.2.1接触测温技术 铂铑 一、热电偶 1、工作原理（热电效应）： B 铂 图3-56热电效应示意图 两种不同导体A、B构成闭合回路 回路中产生热电势， 两个节点（接触点）温度T和T不同 并形成电流 称回路电势为热电势 两金属丝称为热电极 与被测介质接触的节点称为测量端或工作端、热端 另一个称为参考端或自由端、冷端
4.2.1 接触测温技术 一、热电偶 1、 工作原理（热电效应）: 两种不同导体A、B构成闭合回路 两个节点（接触点）温度T和T0不同 回路中产生热电势， 并形成电流 铂铑 铂 称回路电势为热电势 两金属丝称为热电极 与被测介质接触的节点称为测量端或工作端、热端 另一个称为参考端或自由端、冷端
接触电势：不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势（帕尔帖） kT NA k-波尔兹曼常数 e-电子电荷 NA,Ng-导体AB的自由电子密度→材料 T-节点绝对温度 e(扩散) A B NA>NE 温差电势：同一导体→两端温度不同→电子迁移（高温→低温）→电势 E4(T,T)=∫o4dT ·温差（汤姆逊）系数，与金属性质有关 T,T。-两节点绝对温度 To To A T ,e(迁移)
温差电势： ∫ = T T A TTE AdT 0 ),( 0 σ σA-温差(汤姆逊)系数，与金属性质有关 T,T0 --两节点绝对温度 B A AB N N e kT TE = ln)( k-波尔兹曼常数 e-电子电荷 NA,NB-导体AB的自由电子密度→材料 T-节点绝对温度 接触电势：不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势 （帕尔帖） 同一导体→两端温度不同→电子迁移（高温→ 低温） →电势 A ++ -- e（迁移） T0 T A B ++ -- e（扩散） NA>NB
总的热电势EAB(T,To): EAB(T,To)=[EAB(T)-EAB(To)]-[EA(T,To)-EB(T,To) n-(.-0T 当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EA(T,To)成为 温度T和T。的函数差，即 EAB(T,To)=f(T)-f(To) EAB(T,To)=f(T)-C=(T) 两种情况 → 若两种导体相同：NA=NB,OA=0B→E=0 若两端无温差：T=T。→E=0 导体不同 条件 两端温差 A:正极、T:高温
若两种导体相同：NA=NB , σA=σB→ E=0 若两端无温差： T=T0 → E=0 两种情况 导体不同 两端温差 条件 总的热电势EAB(T,T0) ： 当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EAB(T，T0)成为 温度T和To的函数差，即 EAB(T，T0) = f (T) － f (T0) EAB(T，T0) = f (T) － C =φ (T) A：正极、 T：高温 0 0 0 0 0 0 ( , ) [ ( ) - ( )] - [ ( , ) - ( , )] (- ) ln - ( - ) = = ∫ AB AB AB A B T A A B T B E TT E T E T E TT E TT kT T N dT e N σ σ
EAB(To) EA(T,To) Eg(T,To) EAB(T) EAB(T:To)=[EAB(T)-EAB(TO)]-[EA(T,To)-EB(T,To)] -Tm-(a.-axr e
EAB(T0) EAB(T) EB(T，T0 E ) A(T，T0) 0 0 0 0 0 0 ( , ) [ ( ) - ( )] - [ ( , ) - ( , )] (- ) ln - ( - ) = = ∫ AB AB AB A B T A A B T B E TT E T E T E TT E TT kT T N dT e N σ σ
2、热电偶材料和结构 ▲材料：铂、佬、铱、铬、镍、铜-合金 常用热电偶材料： 材料 测温范围 特点 应用 铂铹1。 纯铂 0~1000℃ 准确性高，成本高 工业 铱铹10 纯铱 0~2100℃ 科学研究 铱铹40 铂铹40 0~1900℃ 氧化、中性气体 镍铁 镍铜 50~500℃ <50℃无电势 火灾报警 镍铬 康铜 -200~900℃ 各种场合 镍铬 镍硅 -50~1300℃ 电势大，线性好 各种场合、常用 铜 康铜 -200~400℃ 各种场合 镍铬 金铁 -270~10℃ 低温 铜 金铁 -270~-250℃ 灵敏度高 低温 写在前面的电极为正，后者为负
材料 镍铬 金铁 -270 ~ 10 ℃ 低温 镍铬 镍硅 -50 ~ 1300 ℃ 电势大，线性好 各种场合、常用 镍铬 康铜 -200 ~ 900 ℃ 各种场合 铜 康铜 -200 ~ 400 ℃ 各种场合 铜 金铁 -270 ~ -250 ℃ 灵敏度高 低温 铱铹40 铂铹40 0 ~ 1900 ℃ 氧化、中性气体 铱铹10 纯铱 0 ~ 2100 ℃ 科学研究 <50 ℃无电势 准确性高，成本高 特点 镍铁 镍铜 50 ~ 500 ℃ 火灾报警 铂铹10 纯铂 0 ~ 1000 ℃ 工业 测温范围 应用 常用热电偶材料： ▲材料：铂、铑、铱、铬、镍、铜 --- 合金 2、热电偶材料和结构 写在前面的电极为正，后者为负