第四章温度检测技术 第一节概述 温度与温度检测 1、原理:某些金属与非金属导体受热后产生电动势 而另一些导体的电阻受到热或光照射而产生变化。可以 通过测量这些物理量的变化来达到测量温度的目的 2、分类(表4-1,P68):(1)接触式;(2)非接 触式;(3)其
1 第四章 温度检测技术 第一节 概述 一、温度与温度检测 1、原理：某些金属与非金属导体受热后产生电动势， 而另一些导体的电阻受到热或光照射而产生变化。可以 通过测量这些物理量的变化来达到测量温度的目的。 2、分类（表4-1，P68）：（1）接触式；（2）非接 触式； （3）其它
温标 1、经验温标:某以物质的性质作介质而定的温标。 如,水银作测温介质制成了摄氏和华氏温标;兰氏温标 则用酒精和水混合作为介质。 (1)华氏温标:冰水融体为“32”,水的沸点为 “212”,中间等分为180份,每份为1度,以表示 (2)兰氏温标:以水的冰点为“1000,水的沸点为 “1080”,中间等分为80份,每份为1度,以OR表示。 (3)摄氏温标:以水的冰点为“0”,水的沸点为 “100”,中间等分为100份,每份为1度,以C表示。 三个经验温标之间的换算关糸如下: 5 5 (F-32)
2 二、温标 1、经验温标：某以物质的性质作介质而定的温标。 如，水银作测温介质制成了摄氏和华氏温标；兰氏温标 则用酒精和水混合作为介质。 （1）华氏温标：冰水融体为“32”，水的沸点为 “212”，中间等分为180份，每份为1度，以OF表示。 （2）兰氏温标：以水的冰点为“1000”，水的沸点为 “1080”，中间等分为80份，每份为1度，以OR表示。 （3）摄氏温标：以水的冰点为“0”，水的沸点为 “100”，中间等分为100份，每份为1度，以OC表示。 三个经验温标之间的换算关系如下： 5 5 ( 32) 9 4 o o o C F R = − =
2、热力学温标:取卡诺机热换量Q为测温参数的一种 温标。以复现性最好的水的三相点(固、液、气相平衡 态)为参考点,且定义该点的温度为273.16K,相应的 热换量为Q,当测得热换量Q后,可根据下式求得相应 的温度 273.16 T=0
3 2、热力学温标：取卡诺机热换量Q为测温参数的一种 温标。以复现性最好的水的三相点（固、液、气相平衡 态）为参考点，且定义该点的温度为273.16K，相应的 热换量为Q’，当测得热换量Q后，可根据下式求得相应 的温度， ' 273.16 Q T Q=
3、国际实用温标:为了实用而建立起来的国际协议性 温标。它应具备下述三个条件 (1)要有定义温度的固定点(一般是利用水、纯 金属及液态气体的状态变化); (2)要有复现温度的标准器[通常用标准铂电阻( 259.19~630.74°C)、标准铂铑热电偶(-630.74 106443°C)及标准光学高温计(大于106343C)] (3)要有定义点之间计算温度的内插方程式。 工程上,近似为;t=T-273(为摄氏温度,符号为°C; T为实用温标,单位是开尔文,符号为K)
4 3、国际实用温标：为了实用而建立起来的国际协议性 温标。它应具备下述三个条件： （1）要有定义温度的固定点（一般是利用水、纯 金属及液态气体的状态变化）； （2）要有复现温度的标准器[通常用标准铂电阻（- 259.19~630.74C)、标准铂铑热电偶（- 630.74~ 1064.43C)及标准光学高温计（大于1063.43C) ]； （3）要有定义点之间计算温度的内插方程式。 工程上，近似为:t=T-273(t为摄氏温度，符号为C； T为实用温标，单位是开尓文，符号为K）
温度检测糸统的组成 测温糸统的组成应考虑妇下几个方面: (1)温度范围;(2)使用场合 (3)温度响应;(4)传输方式 温度检测糸统的组成如图4-2所示。 温度被测对象温度传感器温度显示仪表 a)简单系统 温度被测对象温度传感器A温度变送器 mA k「温度显示记录仪 b)较完善的系统
5 三、温度检测系统的组成 测温系统的组成应考虑如下几个方面： （1）温度范围; （2）使用场合 （3）温度响应; （4）传输方式 温度检测系统的组成如图4-2所示。 温度被测对象 温度传感器 k 温度显示仪表 温度被测对象 温度传感器 温度变送器 k a)简单系统 b)较完善的系统 mA k 温度显示记录仪
第二节热电偶 热电效应 由两种导体(或半导体)A、B组成的闭合回路 (见图4-3)中,如果对节点1加热,使得节点1与2的温 度不同,那么回路中就会有电流产生,接在回路中的电 流表指针会发生偏转,这一现象称为温差电效应或塞贝 克效应。 A B 图4-3塞贝克效应
6 第二节 热电偶 一、热电效应 由两种导体（或半导体）A、B组成的闭合回路 （见图4-3）中，如果对节点1加热，使得节点1与2的温 度不同，那么回路中就会有电流产生，接在回路中的电 流表指针会发生偏转，这一现象称为温差电效应或塞贝 克效应。 A B T1 T0 图4-3 塞贝克效应
相应的电动势称为温差电动势或塞贝克电动势, 乞在回路中产生的电流,称为热电流。A、B称为热 电极。接点1在测温肘,将它置于被测温度场中,称 为测量端(或工作端、热端)。节点2一般要求恒定 在某一温度,称为参考端(或自由端、冷端 实践证明,当热电极材料一定后,则热电动势就 仅与两接点的温度有关,即 aEA2(7,T)=a17 式中,αAB-塞贝克糸数或热电动势率,其值随 热电极材料和两接点的温度而定。 由此可见,热电偶就是利用热电动势随两接 温度变化的特性来测量温度的
7 相应的电动势称为温差电动势或塞贝克电动势， 它在回路中产生的电流，称为热电流。A、B称为热 电极。接点1在测温时，将它置于被测温度场中，称 为测量端（或工作端、热端）。节点2一般要求恒定 在某一温度，称为参考端（或自由端、冷端）。 实践证明，当热电极材料一定后，则热电动势就 仅与两接点的温度有关，即 0 ( , ) AB AB dE T T dT = 式中，AB---塞贝克系数或热电动势率，其值随 热电极材料和两接点的温度而定。 由此可见，热电偶就是利用热电动势随两接点 温度变化的特性来测量温度的
理论证明 1)热电偶必须由两种不同材料的热电极组成; 2)热电偶的两接点必须具有不同的温度 3)当热电极的材料固定以后,热电动势的大小 EAB(T,To)是温度(T,T0) 如果保持T0不变,那么EAB(T,T0)就是T的 单值函数,利用这个关糸就可以通过测温仪表测定 度
8 理论证明： 1）热电偶必须由两种不同材料的热电极组成； 2）热电偶的两接点必须具有不同的温度； 3）当热电极的材料固定以后，热电动势的大小 EAB（T，T0）是温度（T，T0） 如果保持T0不变，那么EAB（T，T0）就是T的 单值函数，利用这个关系就可以通过测温仪表测定 温度
热电偶材料和常用热电偶 1、热电偶材料 常用的热电偶材料有铜、铁、铂铹合金和镍铬合 金等。 2、常用的热电偶 (1)铂铑10-铂热电偶分度号为S,是一种贵金属热 电偶 (2)镍铬-镍硅(镍铝)热电偶分度号为K,是一 种廉价热电偶 (3)铂铑30-铂铑6热电偶分度号为B,亦称作双铂 铑热电偶。 (4)钨-铢热电偶属高温型热电偶。 (5)镍铬-考锏热电偶分度号为EA (6)铜-康铜热电偶分度号为T
9 二、热电偶材料和常用热电偶 1、热电偶材料 常用的热电偶材料有铜、 铁、铂铹合金和镍铬合 金等。 2 、常用的热电偶 （1）铂铑10-铂热电偶 分度号为S, 是一种贵金属热 电偶。 （2）镍铬-镍硅（镍铝）热电偶 分度号为K, 是一 种廉价热电偶。 （3）铂铑30-铂铑6热电偶 分度号为B, 亦称作双铂 铑热电偶。 （4）钨-铼热电偶 属高温型热电偶。 （5）镍铬-考铜热电偶 分度号为EA。 （6）铜-康铜热电偶 分度号为T
2、热电偶的结构类型 (1)普通热电偶 (2)铠装热电偶 (3)表面热电偶 (4)快速微型热电偶
10 2、热电偶的结构类型 （1）普通热电偶 （2）铠装热电偶 （3）表面热电偶 （4）快速微型热电偶