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1、http:/,http:/,主要内容,http:/,温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数； 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志； 温度与人们日常生活紧密相关。,http:/,温标,为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。,http:/,经验温标,华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。 按照华氏
2、温标，则水的冰点为32，沸点为212,http:/,摄氏温标 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T = t + 32 (6-1) 式中 T华氏温度值; t摄氏温度值。,http:/,热力学温标,热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度绝对零度与水的三相点温度分为27316份，每份为1 K (Kelvin) 。,htt
3、p:/,测温方法分类及其特点,根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 接触式温度测量 非接触式温度测量,http:/,http:/,接触式温度测量,测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低； 由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。,http:/,非接触式温度测量,感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度; 非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于
4、测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。,http:/,各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围,http:/,热电偶是工业和装备试验中温度测量应用最多的器件，它的特点： 测温范围宽 测量精度高 性能稳定 结构简单 且动态响应较好 输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制,http:/,2.2.1 热电偶测温原理,1、热电效应,塞贝克效应（1821/德国） 两种不同金属导线组成一闭合回路，若两接头处维持一温差，回路中就有电流和电动势产生。,http:/,2. 珀尔帖效应,将同温度的两种不同的金属互相接触，由于不同金属内自由电子的密度不同，在它们的接点处会产生接触电动势。,. 冷
5、端接触电动势,. 热端接触电动势,2、两种导体的接触电势,http:/,3. 汤姆逊效应,同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。,. 导体A温差电动势,. 导体B温差电动势,4. 回路总电势,http:/,当热电偶导体A和B材料一定时，回路总电动势成为热端和冷端的温度的函数。在实际测温中，把冷端置于某一恒温下，此时冷端接触电势为一常数，回路总电势仅决定于热端接触电势，即只与热端温度有关，两者之间是单值的函数关系。,则：,当：,http:/,4.热电偶的基本定律,中间导体定律 当插入第三种金属时，只要两端温度相同，就不会使热电偶的电动势发生变化。,图54 中间导体定律,http:/,热电偶
6、在接触点温度为T,T0时的回路电势，等于该热电偶在接触点温度为T,Tn和Tn，T0时回路电势之代数和。,EAB（T,T0）EAB（T,Tn）+EAB（Tn，T0） 若T00，则有 EAB（T，0）EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）,中间温度定律,http:/,金属A和B之间的电动势等于金属A、C和C、B组成热电偶的热电动势之和。（C为标准电极）（如图2-8）所示,导体C被称为标准电极，通常用纯铂（Pt）作标准电极,参考电极定律,http:/,热电偶分类及特性,为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有以下性能： (1)优良的热电特性； (2)良好的物理性能 ； (3)优良的化学
7、性能 ； (4)优良的机械性能 ； (5)足够的机械强度和长的使用寿命； (6)制造成本低，价值比较便宜。,2.2.2热电偶结构结构形式及材料,http:/,普通工业用热电偶 热电偶通常主要由四部分组成 (如图6-12所示)：热电极、绝缘管、保护管和接线盒。,http:/,http:/,铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、 绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体, 如图 2-10所示。它可以做得很细很长, 使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小, 动态响应快, 机械强度高, 挠性好, 可安装在结构复杂的装置上, 因此被广泛用在许多工业部门中,h
8、ttp:/,http:/,(3)薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料, 用真空蒸镀、 化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶, 如图 1 - 10 所示。 薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.010.1m）, 具有热容量小, 反应速度快等的特点, 热相应时间达到微秒级, 适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。,http:/,4.热电偶的组成材料及分度表,分度表：热电偶的热电动势与温度的关系表,http:/,http:/,1.热电偶测温基本电路,a 热电偶测一点温度,2.2.3热电偶测温及温度补偿,http:/,测量两点温度差,b 热电偶测两点温差(串
9、联）,http:/,测多点温度的平均值,与热电偶相配套的测量与显示仪表： 毫伏计、电子电位差计、数字测温指示仪,http:/,2. 热电偶冷端温度补偿,为什么要进行冷端温度补偿？ 1.在测温时，冷端温度T0随着环境温度变化，因而产生测量误差，故应采取补偿措施。,2.分度表是在T00时测得的，使用时，只有满足T00的条件才能使用分度表,http:/,常用的修正或补偿方法,1）冰浴法,2）冷端温度修正法,EAB（T，0）EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）,将热电偶冷端置于冰水中，使冷端保持恒定的0，它可以使冷端温度误差完全消失。,http:/,3）冷端补偿器法（电桥补偿法）,利用不平衡电桥产生
10、的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势 。,图5 电桥补偿示意图,令UabEAB（T0）,得U0EAB（T）EAB（20）,U0EAB（T）EAB（T0）+EAB（T0）+Uab,http:/,4）延伸导线法,5）采用不需要冷端补偿的热电偶,冷端温度在300以下的镍钴镍铝热电偶，50以下的镍铁镍铜热电偶及铂铑30铂铑6热电偶,http:/,6）补正系数修正法,工程上经常采用补正系数实现补偿。 设工作端温度为T1，冷端温度为T0，现场实际温度为T，则 TT1+kT0 （513） 式中k为热电偶温度修正系数，其值决定于热电偶种类和被测的温度范围 。,7）用集成温度传感器AD590作为冷端补
11、偿元件,http:/,8）冷端温度的智能补偿,利用单片机或计算机，可以实现温度监测、控制、误差修正与冷端温度补偿一体化和智能化。,温度检测系统,http:/,基于热电阻原理测温是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。 用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性。 热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。 热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高。,http:
12、/,1.铂电阻的电阻-温度特性,铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；在氧化性介质中，甚至高温下，其物理、化学性质都很稳定。 目前工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10，其中Pt100更为常用。 当 时 当 时,2.3.1 热电阻的温度特性,http:/,式中Rt和R0分别为t和0时铂电阻值; A、 B和C为常数。 在ITS-90 中, 这些常数规定为: A=3.9684710-3/ B=-5.84710-7/2 C=-4.2210-12/4 从上式看出, 热电阻在温度t时的电阻值与R0 有关。目前我国规定工业用铂热电阻有R0=10
13、和R0=100两种, 它们的分度号分别为Pt10和Pt100, 其中以Pt100为常用。铂热电阻不同分度号亦有相应分度表, 即Rt-t 的关系表, 这样在实际测量中, 只要测得热电阻的阻值Rt, 便可从分度表上查出对应的温度值。 Pt100的分度表见下表,Pt100：,http:/,http:/,2.铜电阻的电阻-温度特性,铜电阻 铜电阻(WZC)的电阻值与温度的关系几乎呈线性，其材料易提纯，价格低廉；但因其电阻率较低（仅为铂的1/2左右）而体积较大，热响应慢；另因铜在250以上温度本身易于氧化，故通常工业用铜热电阻（分度号分别为Cu50和Cul00）一般其工作温度范围为-40120。其电阻值与温度的关系为： 当 时,http:/,2.3.2热电阻传感器的结构,http:/,http:/,http:/,集成温度传感器AD590,美国AD公司于70年代末推出体积仅同一只小功率高频晶体管大小的集成化半导体温度传感器AD590。,半导体AD590,http:/,基本温度测量,http:/,特点 外接线非常简单(仅两根)，使用十分方便； 内有稳压和恒流电路，对外接电压要求非常低； 非线性误差较小； 使用温度范围为一50150；
