《双金属温度计》PPT课件.ppt

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1、3 3测量仪表的分类测量仪表的分类测测温温仪仪表表接触式接触式非接触式非接触式膨胀式膨胀式电阻式电阻式热电式热电式固体式固体式液体式液体式压力式压力式金属金属非金属非金属金属金属非金属非金属全辐射高温计全辐射高温计单色高温计单色高温计比色高温计比色高温计红外高温计红外高温计双金属片水银温度计、有机液体气体、蒸汽压、液体铂、铜、镍锗、碳、热敏电阻铜-康铜、镍铬-镍硅碳化硼石墨 3.2 3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计一、固体膨胀式温度计一、固体膨胀式温度计典型的固体膨胀式温度计是双金属片，它利用线膨胀系数差别较大的两种金典型的固体膨胀式温度计是双金属片，它利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成

2、双层片状元件，在温度变化时因弯曲变形而使其另一端有明显位属材料制成双层片状元件，在温度变化时因弯曲变形而使其另一端有明显位移，借此带动指针就构成双金属温度计。移，借此带动指针就构成双金属温度计。工作原理工作原理原来长度为原来长度为l l的一个固体，由于温度的的一个固体，由于温度的变化所产生的长度变化可用下式表示：变化所产生的长度变化可用下式表示：将两种不同膨胀率、厚度为将两种不同膨胀率、厚度为d d的带材的带材A A和和B B粘合在一起，便组成一种双金属粘合在一起，便组成一种双金属带，温度变化时，由于两种材料的膨带，温度变化时，由于两种材料的膨胀率不同会使双金属带弯曲胀率不同会使双金属带弯曲

3、, ,则有则有: :可解得可解得: :如果带材如果带材A A采用铁镍合金采用铁镍合金 , ,则有则有: :则则: :应用应用实例实例工业用双金属温度计 实例实例双金属电接点温度计 二、液体膨胀式温度计二、液体膨胀式温度计一种液体的体积为一种液体的体积为V V，由于它的温度变化所引起的体积变化可以用，由于它的温度变化所引起的体积变化可以用下式表示：下式表示：这种利用液体体积随温度升高而膨胀的原这种利用液体体积随温度升高而膨胀的原理制成的温度计称为液体膨胀式温度计。理制成的温度计称为液体膨胀式温度计。最常用的就是玻璃管液体温度计。最常用的就是玻璃管液体温度计。1-1-玻玻璃温璃温包；包； 2-2-

4、毛毛细管；细管； 3-3-刻刻度标度标尺；尺； 4-4-膨膨胀室胀室工作液体工作液体测温范围（测温范围（）备注备注水银水银3030750750上限依靠充气加上限依靠充气加压获得压获得甲苯甲苯9090100100乙醇乙醇1001007575石油醚石油醚1301302525戊烷戊烷2002002020玻璃管液体温度计液体工质与测温范围玻璃管液体温度计液体工质与测温范围 玻璃管液体温度计的玻璃管液体温度计的特点特点1.1.测量准确、读数直观、结构简单、价格低廉，使用方便，测量准确、读数直观、结构简单、价格低廉，使用方便，2.2.但有易碎、不能远传信号和自动记录等缺点。但有易碎、不能远传信号和自动记录

5、等缺点。应注意应注意两个问题两个问题：1 1、零点漂移、零点漂移：玻璃的热胀冷缩也会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管：玻璃的热胀冷缩也会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度计时，应定期校验零点位置。液体温度计时，应定期校验零点位置。2 2、露出液柱的校正、露出液柱的校正：使用时必须严格掌握温度计的插入深度，因为温度刻：使用时必须严格掌握温度计的插入深度，因为温度刻度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的，而使用时液柱可按下式求其修正度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的，而使用时液柱可按下式求其修正值值n n为露出液柱所占的度数（为露出液柱所占的度数（）；）；K K为工作液体在玻璃中可见的膨

6、胀系数；为工作液体在玻璃中可见的膨胀系数；t t为分度条件下外露部分空气温度（为分度条件下外露部分空气温度（）；）；t t0 0为使用条件下外露部分空气温为使用条件下外露部分空气温度（度（）。）。根据所充填的工作液体不同，可分为根据所充填的工作液体不同，可分为水银温度计水银温度计和和有机液体温度计有机液体温度计两类。两类。水银温度计不粘玻璃，不易氧化，容易获得较高精度，在相当大的范围内水银温度计不粘玻璃，不易氧化，容易获得较高精度，在相当大的范围内（3838356356）保持液态，在）保持液态，在200200以下，其膨胀系数几乎和温度呈线性关以下，其膨胀系数几乎和温度呈线性关系，所以系，所以可

7、作为精密的标准温度计可作为精密的标准温度计。电接点温度计电接点温度计 分为可调式和固定式两种。分为可调式和固定式两种。 1-细长螺钉； 2-椭圆形螺母； 3-细导线； 4-磁钢帽； 5-扁平铁块； 6、7-外引线电接点温度计电接点温度计 三、压力式温度计三、压力式温度计根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理而制成的根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理而制成的测温仪表。测温仪表。 1-温包；温包； 2-毛细导管；毛细导管； 3-压力计压力计由由敏感元件温包敏感元件温包，传压毛细管传压毛细管和和弹簧管弹簧管压力表压力表组成。组成。若给系统充以气体，如氮气，称为充气若给系统充以气体，如

8、氮气，称为充气式压力式温度计，测温上限可达式压力式温度计，测温上限可达500500，压力与温度的关系接近于线性，但是，压力与温度的关系接近于线性，但是温包体积大，热惯性大。温包体积大，热惯性大。若充以液体，如二甲苯、甲醇等，温包若充以液体，如二甲苯、甲醇等，温包小些，测温范围分别为小些，测温范围分别为4040200200和和4040170170，若充以低沸点的液体，其饱和汽压应随若充以低沸点的液体，其饱和汽压应随被测温度而变，如丙酮，用于被测温度而变，如丙酮，用于5050200200。但由于饱和汽压和饱和汽温呈。但由于饱和汽压和饱和汽温呈非线性关系，故温度计刻度是不均匀的。非线性关系，故温度计

9、刻度是不均匀的。 特点特点: :必须将温包全部浸入必须将温包全部浸入被测介质；毛细管最长不超被测介质；毛细管最长不超过过60 m60 m；仪表精度低，但使；仪表精度低，但使用简便，而且抗震动。用简便，而且抗震动。 压力式温度计压力式温度计实例3.3 热电偶温度计 利用不同导体间利用不同导体间的的“热电效应热电效应”现象现象制成的，具有结构简制成的，具有结构简单、制作方便、测量单、制作方便、测量范围宽、应用范围广、范围宽、应用范围广、准确度高、热惯性小准确度高、热惯性小等优点。且能直接输等优点。且能直接输出电信号，便于信号出电信号，便于信号的传输、自动记录和的传输、自动记录和自动控制。自动控制。

10、 一、热电偶的工作原理一、热电偶的工作原理两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路，如果A和B所组成回路的两个接合点处的温度不相同，则回路中就有电流产生，说明回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。也称为塞贝克效应。由此效应所产生的电动势，通常称为热电势。 热电势是由两部分电势组成的，即接触电势和温差电势。 接触电势 当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，例如材料A的电子密度大于材料B，则会有一部分电子从A扩散到B，使得A失去电子而呈正电位，B获得电子而呈负电位，最终形成由A向B的静电场。静电场的作用又阻止电子进一步地由A向B扩散。当扩散力和电场力达到平衡时，

11、材料A和B之间就建立起一个固定的电动势。 由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电动势的现象，称为珀尔帖效应。其电动势称为珀尔帕电势或接触电势。 理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种理论上已证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为: :式中：式中： 单位电荷，单位电荷，4.802104.80210-10-10绝对静电单位；绝对静电单位；玻兹曼常数，玻兹曼常数，1.38101.3810-23-23J/J/；材料材料A A和和B B在温度为在温度为T T时的电子密度；时的电子密度； 接触处的温度，接触

12、处的温度，K K。接触电势的大小只与接触电势的大小只与接点温度接点温度的高低以及导体的高低以及导体A和和B的的电子电子密度密度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电子密度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电子密度比值越大，接触电势也越大。比值越大，接触电势也越大。结论结论温差电势温差电势 因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端之间形成一个由高温端向低温端的静电场，两端之间形成一个由

13、高温端向低温端的静电场，这个电场将吸引电子从温度低的一端移向温度这个电场将吸引电子从温度低的一端移向温度高的一端，最后达到动态平衡。高的一端，最后达到动态平衡。 由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不由于同一种导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应汤姆逊效应。其产。其产生的电动势称为生的电动势称为汤姆逊电动势汤姆逊电动势或或温差电势温差电势。温。温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关。与材料两端温度和材料性质有关。 N N为材料的电子密度，是温度的函数；为材料的电子密度，

14、是温度的函数；T T，T T0 0为材料两端的温度；为材料两端的温度；t t为沿材料长度方向的温度分布。为沿材料长度方向的温度分布。闭合回路的总热电势 结论：若材料A和B已定，则NA和NB只是温度的函数 结论：结论： p热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。及沿程温度分布无关。p只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。组成的闭合回路不

15、会产生热电势。p热电偶的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶热电偶的两种材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则已知且恒定，则f(T0)为常数。为常数。回路总热电势回路总热电势EAB(T,T0)只是温度的单值函数。只是温度的单值函数。热端，工作端，测量端冷端，参比端分度表二、热电偶的应用定则二、热电偶的应用定则均质导体定则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。 中间导体定则 在热电偶回路中接入第三种（或多种）均质材料，只要所接入的

16、材料两端连接点温度相同，则所接入的第三种材料不影响原回路的热电势。证明中间温度定则 两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别为t和t0时的热电势EAB(t,t0)等于热电偶在接点温度为(t,tn)和(tn,t0)时相应的热电势和的代数和，其中tn为中间温度。 三、常用热电偶的材料、结构三、常用热电偶的材料、结构热电偶材料应满足以下要求热电偶材料应满足以下要求 2 2能能应应用用于于较较宽宽的的温温度度范范围围，物物理理化化学学性性能能、热热电电特特性性都都较较稳稳定定。即即要要求求有有较较好好的的耐耐热热性性、抗抗氧氧化化、抗抗还还原原、抗抗腐蚀等性能。腐蚀等性能。1 1两两种种材材料料所

17、所组组成成的的热热电电偶偶应应输输出出较较大大的的热热电电势势，以以得得到到较较高高的的灵灵敏敏度度，且且要要求求热热电电势势和和温温度度之之间间尽尽可可能能呈呈线线性性的的函数关系。函数关系。 3 3具有高导电率和低电阻温度系数。具有高导电率和低电阻温度系数。4 4材料复现性好，便于成批生产，制造简单，价格低廉。材料复现性好，便于成批生产，制造简单，价格低廉。常用热电偶常用热电偶铂铑铂铑1010铂热电偶铂热电偶; ;分度号分度号S S v正极是铂铑合金，其成分为铂正极是铂铑合金，其成分为铂90%90%与铑与铑10%10%v负极由纯铂制成。负极由纯铂制成。 v长时间可在长时间可在0 01300

18、1300之间工作之间工作v短时间测量可达到短时间测量可达到16001600v常用金属丝的直径为常用金属丝的直径为0.350.350.5mm0.5mm。 v优点优点: :复现性好，精度高。一般可用于精密测量或作为国复现性好，精度高。一般可用于精密测量或作为国际温标中的基准热电偶。物理化学性能稳定，适于在氧化际温标中的基准热电偶。物理化学性能稳定，适于在氧化或中性气氛介质中使用。或中性气氛介质中使用。 v缺缺点点是是热热电电势势弱弱，灵灵敏敏度度较较低低，价价格格昂昂贵贵，在在高高温温还还原原介质中容易被侵蚀和污染而变质。介质中容易被侵蚀和污染而变质。测量端温度()0102030405060708

19、090热电动势(mV)00.0000.0550.1330.1730.2350.2990.3650.4320.5020.5731000.6450.7190.7950.8720.9501.0291.1091.1901.2731.3562001.4401.5251.6111.6981.7851.8731.9622.0512.1412.2323002.3232.4142.5062.5992.6922.7862.8802.9743.0693.1644003.2603.3563.4523.5493.6453.7433.8403.9384.0364.1355004.2344.3334.4324.5324.6

20、324.7324.8324.9335.0345.1356005.2375.3395.4425.5445.6485.7515.8555.9606.0646.1697006.2746.3806.4866.5926.6996.8056.9137.0207.1287.2368007.3457.4547.5637.6727.7827.8928.0038.1148.02258.3369008.4488.5608.6738.7868.8999.0129.1269.2409.3559.47010009.5859.7009.8169.93210.04810.16510.28210.40010.51710.635

21、110010.74510.87210.99111.11011.22911.34811.46711.58711.70711.827120011.94712.06712.18812.30812.42912.55012.67112.79212.91313.034130013.15513.27613.39713.51913.64013.76113.88314.00414.12514.247140014.36814.49814.91014.73114.85214.97315.09415.21515.33615.456150015.57615.69715.81715.93715.05713.17616.2

22、9616.41516.53416.653160016.77116.89017.00817.12517.24317.36017.47717.59417.71117.826170017.94218.05618.17018.28218.39418.50418.612铂铑铂铑10铂热电偶分度表铂热电偶分度表 （冷端温度为（冷端温度为0） v优优点点: :化化学学稳稳定定性性好好，灵灵敏敏度度较较高高、复复现现性性较较好好，热热电电特特性性线线性性度度好好，价价格格低低廉廉。是是工工业业中中和和实实验验室室里里大大量量采采用用的的一一种种热热电偶。电偶。镍铬镍铬镍硅热电偶镍硅热电偶 分度号分度号K Kv

23、正极为镍铬，负极为镍硅。正极为镍铬，负极为镍硅。v长时间在长时间在10001000以下的温度工作，短期可达到以下的温度工作，短期可达到1300.1300.v金属丝直径范围较大，工业应用一般为金属丝直径范围较大，工业应用一般为0.50.53mm3mm。v缺缺点点: :在在还还原原性性介介质质或或含含硫硫化化物物气气氛氛中中易易被被侵侵蚀蚀，所所以以在在这这种气氛环境中工作的种气氛环境中工作的K K型热电偶必须加装保护套管。型热电偶必须加装保护套管。测量端温度()0102030405060708090热电动势(mV)00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.850

24、3.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91923.34622.77223.19823.62424

25、.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26441.65742.04542.43242.81743.2

26、0243.58543.96844.34944.720110045.10845.48645.86346.23846.61249.98547.35647.72648.09549.162120048.82849.19249.55549.91650.27650.66350.99051.34451.69752.040130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807 镍铬镍铬镍硅热电偶分度表镍硅热电偶分度表 （冷端温度为（冷端温度为0） v适用于较低温度的测量，测量精度较高。适用于较低温度的测量，测量精度较高。铜康铜热电偶铜康铜热电偶 分度号分度号T

27、 Tv正极为铜，负极为康铜。正极为铜，负极为康铜。v测温范围为测温范围为200200300300，短期可达到，短期可达到400400。v常用热电偶丝直径为常用热电偶丝直径为0.20.21.6mm1.6mm。v这是一种贵金属热电偶，也称为双铂铑热电偶。其显著特点这是一种贵金属热电偶，也称为双铂铑热电偶。其显著特点是测温上限高，长时间可在是测温上限高，长时间可在16001600工作，短时间可达到工作，短时间可达到18001800。测量精度高，热电偶丝直径为测量精度高，热电偶丝直径为0.30.30.5mm0.5mm，灵敏度较低，价格灵敏度较低，价格昂贵。由于这种热电偶在昂贵。由于这种热电偶在8080

28、以下热电势只有以下热电势只有1515微伏，所以无微伏，所以无需考虑冷端温度对测量的影响。需考虑冷端温度对测量的影响。铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶热电偶 分度号分度号B B热电偶的结构形式热电偶的结构形式1-1-接线盒接线盒 2-2-保护套管保护套管 3-3-绝缘套管绝缘套管 4-4-热电偶丝热电偶丝工业用热电偶工业用热电偶 由由热热电电极极、绝绝缘缘套套管管、保保护护套套管管以以及及接接线线盒盒等等组组成成。其其绝绝缘缘套套管管大大多多为为氧氧化化铝铝管管或或工工业业陶陶瓷瓷管管。保保护护套套管管则则根根据据测测温温条条件件来来确确定定，测测量量10001000以以下下的的温温度度一一

29、般般用用金金属属套套管管，测测量量10001000以以上上的的温温度度则则多多用用工工业业陶陶瓷瓷甚甚至至氧氧化化铝铝保保护护套套管管。科科学学研研究究中中所所使使用用的的热热电电偶偶多多用用细细热热电电极极丝丝制制成成，有有时时不不加加保保护护套套管管以以减减少少热热惯惯性性，改改善善动动态态响响应应指指标标，提提高高测测量量精度。精度。v由由热热电电极极、绝绝缘缘材材料料和和金金属属套套管管三三者者一一起起经经拉拉细细加加工工而而组组成成一一体，也称套管热电偶。体，也称套管热电偶。v铠铠装装热热电电偶偶具具有有性性能能稳稳定定、结结构紧凑、牢固、抗震等特点；构紧凑、牢固、抗震等特点；v由由

30、于于测测量量端端热热容容量量小小，所所以以热热惯性小，具有很好的动态特性。惯性小，具有很好的动态特性。v外外径径、长长度度和和测测量量端端的的结结构构型型式式可可以以根根据据需需要要而而选选定定。外外直直径径从从0.250.2512mm12mm不等不等铠装式热电偶铠装式热电偶1-1-金属套管；金属套管；2-2-绝缘材料；绝缘材料；3-3-热电极热电极 铠装式热电偶断面结构图铠装式热电偶断面结构图 v由由两两种种金金属属薄薄膜膜制制成成的的一一种种特特殊殊结结构构的的热热电电偶偶。采采用用真真空空蒸蒸镀镀或或化化学学涂涂层层等等制制造造工工艺艺将将两两种种热热电电偶偶材材料料蒸蒸镀镀到到绝绝缘缘

31、基基板板上上，形形成成薄薄膜膜状状热热电电偶偶，其其热热端端接接点点既既小小且且薄薄，约约为为0.010.010.1m0.1m。v适适于于壁壁面面温温度度的的快快速速测测量量，且且响响应应快快，其其时时间间常常数数可可达达到到微微秒秒级级，因而可测瞬变的表面温度。因而可测瞬变的表面温度。v热热电电极极有有镍镍铬铬镍镍硅硅、铜铜康康铜铜等。等。v测温范围一般在测温范围一般在300300以下。以下。v基板尺寸为基板尺寸为60mm6mm0.2mm60mm6mm0.2mm。薄膜式热电偶薄膜式热电偶薄膜式热电偶示意图薄膜式热电偶示意图 1-1-热电极热电极 2-2-热接点热接点3-3-绝缘基板绝缘基板4

32、-4-引出线引出线四、热电偶的冷端补偿四、热电偶的冷端补偿方法：冰浴法；理论修正法、冷端补偿器、补偿导线。方法：冰浴法；理论修正法、冷端补偿器、补偿导线。冰浴法冰浴法 这是一种精度最高的处理办这是一种精度最高的处理办法，可以使法，可以使t t0 0稳定地维持在稳定地维持在00。 其实施办法是将冰水其实施办法是将冰水混合物放在保温瓶中，再把混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水混合物细玻璃试管插入冰水混合物中，试管底部注入适量的油中，试管底部注入适量的油类或水银，热电偶的参比端类或水银，热电偶的参比端插到试管底部，实现了插到试管底部，实现了t t0 0=0=0的要求，的要求， 1-1-冰水混

33、合物；冰水混合物； 2-2-保温瓶；保温瓶； 3-3-油类或油类或水银；水银； 4-4-蒸馏水；蒸馏水；5-5-试管；试管； 6-6-盖；盖； 7-7-铜导线；铜导线； 8-8-热电势测量仪表热电势测量仪表 理论修正法理论修正法热电偶的分度是在冷端保持为热电偶的分度是在冷端保持为00条件下进行的。在实际使条件下进行的。在实际使用条件下，若冷端温度不能保持为用条件下，若冷端温度不能保持为00，则所测得的热电势，则所测得的热电势为相对于为相对于t t0 0温度下的热电势，即温度下的热电势，即E EABAB(t,t(t,t0 0) )。若能将热电偶冷若能将热电偶冷端置于已知的恒温条件下，得到稳定的温

34、度，则根据中间端置于已知的恒温条件下，得到稳定的温度，则根据中间温度定则公式，可得到被测温度的实际值。温度定则公式，可得到被测温度的实际值。R R1 1、R R2 2、R R3 3采用锰铜丝无感采用锰铜丝无感绕制，其电阻温度系数趋绕制，其电阻温度系数趋于零，即阻值基本不随温于零，即阻值基本不随温度变化。度变化。 冷端补偿器法冷端补偿器法 桥桥臂臂R R4 4用用铜铜丝丝无无感感绕绕制制，当当在在平平衡衡点点温温度度（规规定定00或或2020）时时R R4 4=1=1。R Rg g为为限限流流电电阻阻，为为配配用用不不同同分分度度号号热热电电偶偶时时作作为为调调整整补补偿偿器器供供电电电电流流之

35、之用用。桥桥路路供供电电电电压压为为4V4V直流电压。直流电压。1-1-热电偶；热电偶； 2-2-补偿导线；补偿导线；3-3-铜导线；铜导线； 4-4-指示仪表；指示仪表；5-5-冷端补偿器冷端补偿器平衡点温度计算点温度补偿导线法补偿导线法 采用一种特殊的导线（称为补偿导线）代替部分热电偶丝采用一种特殊的导线（称为补偿导线）代替部分热电偶丝作为热电偶的延长。作为热电偶的延长。 补偿导线的热电特性在补偿导线的热电特性在00100100范围内应与所取代的范围内应与所取代的热电偶丝的热电特性基本一致，且电阻率低，价格必须热电偶丝的热电特性基本一致，且电阻率低，价格必须比主热电偶丝便宜。比主热电偶丝便

36、宜。回路总热电势回路总热电势 根据中间温度定律根据中间温度定律常用补偿导线的型号有常用补偿导线的型号有SCSC，KCKC，KXKX，EXEX，JXJX，TXTX其中第一个字母与配用的热电偶的分度号相对应。其中第一个字母与配用的热电偶的分度号相对应。字母字母X X表示延伸型；字母表示延伸型；字母C C表示补偿型表示补偿型热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线标准电动势标准电动势/mV/mV（t=100,tt=100,t0 0=0)=0)正级正级负极负极材料材料颜色颜色材料材料颜色颜色镍铬镍硅镍铬镍硅铜铜红红康铜康铜棕棕4.10+(-)0.15铂铑铂铂铑铂铜铜红红铜镍铜镍绿绿0.64+(-)0.03

37、镍铬康铜镍铬康铜镍铬镍铬紫紫康铜康铜棕棕6.32+(-)0.3铜考铜铜考铜铜铜红红考铜考铜黄黄4.76+(-)0.15 热电偶中间温度定则示意图 热电偶和连接导线示意图证明：中间温度定律说明当热电偶冷端温度不是中间温度定律说明当热电偶冷端温度不是0 0度时，只要能测得度时，只要能测得热电势热电势 ，且，且 已知，仍可以采用热电偶分度表求得被已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度值。测温度值。 = =则则中间导体定则证明回路总热电势为 在进一步分析上式之前，先分析图C所示的特殊情况。图C中假定三种材料的接点温度相同，设为T0，则由此得知 中间导体定律表明热电偶回路中可中间导体定律表明热电偶回路

38、中可接入测量热电势的仪表接入测量热电势的仪表。只要仪表。只要仪表处于稳定的环境温度，原热电偶回处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入的测量仪表路的热电势将不受接入的测量仪表的影响。同时该定律还表明热电偶的影响。同时该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，的接点不仅可以焊接而成，也可以也可以借用均质等温的导体加以连接借用均质等温的导体加以连接。第四节第四节 电阻式温度计电阻式温度计一、一、 电阻式温度计原理电阻式温度计原理绝大多数金属的电阻值随温度而变化，温度越高电阻越大，即绝大多数金属的电阻值随温度而变化，温度越高电阻越大，即具有正的电阻温度系数。具有正的电阻温度系数。大多数半导

39、体材料具有负的电阻温度系数，其电阻值与热力学大多数半导体材料具有负的电阻温度系数，其电阻值与热力学温度的关系为温度的关系为根据根据ITSITS9090国际温标的规定，国际温标的规定，13.81K13.81K961.78961.78的标准仪器的标准仪器是铂电阻温度计。工业中在是铂电阻温度计。工业中在200200500500的低温和中温范围内的低温和中温范围内同样广泛使用热电阻来测量温度。在试验研究工作中，近几年同样广泛使用热电阻来测量温度。在试验研究工作中，近几年来碳电阻可以用来测量来碳电阻可以用来测量1K1K的超低温；高温铂电阻温度计上限可的超低温；高温铂电阻温度计上限可达达10001000，

40、但工业中很少应用。，但工业中很少应用。材料要求：材料要求： 在测温范围内化学和物理性能稳定；在测温范围内化学和物理性能稳定；复现性好；复现性好；电阻温度系数大，以得到高灵敏度；电阻温度系数大，以得到高灵敏度；电阻率大，可以得到小体积元件；电阻率大，可以得到小体积元件；电阻温度特性尽可能接近线性；电阻温度特性尽可能接近线性；价格低廉。价格低廉。在中、低温范围内其精度高于热电偶温度计；在中、低温范围内其精度高于热电偶温度计；灵敏度高。当温度升高灵敏度高。当温度升高11时，大多数金属材料热电阻的时，大多数金属材料热电阻的阻值增加阻值增加0.4%0.4%0.6%0.6%，半导体材料的阻值则降低，半导体

41、材料的阻值则降低3%3%6%6%；不宜测量点温度和动态温度。不宜测量点温度和动态温度。特点特点二、常用热电阻元件二、常用热电阻元件铂热电阻铂热电阻 采用高纯度铂丝绕制而成，具有测温精度高、性能稳定、复采用高纯度铂丝绕制而成，具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化等优点，因此在基准、实验室和工业中被广现性好、抗氧化等优点，因此在基准、实验室和工业中被广泛应用。但其在高温下容易被还原性气氛所污染，使铂丝变泛应用。但其在高温下容易被还原性气氛所污染，使铂丝变脆，改变其电阻温度特性，所以需用套管保护方可使用。脆，改变其电阻温度特性，所以需用套管保护方可使用。铂丝纯度铂丝纯度是决定温度计精度的关键。

42、铂丝纯度越高其稳定性是决定温度计精度的关键。铂丝纯度越高其稳定性越高、复现性越好、测温精度也越高。越高、复现性越好、测温精度也越高。 铂丝纯度常用铂丝纯度常用R R100100/R/R0 0表示，表示，R R100100和和R R0 0分别表示分别表示100100和和00条件下的电阻值。条件下的电阻值。 对于标准铂电阻温度计，规定纯度不小于对于标准铂电阻温度计，规定纯度不小于1.39251.3925；对于工业；对于工业用铂电阻温度计纯度为用铂电阻温度计纯度为1.3911.391。 标准或实验室用的铂电阻标准或实验室用的铂电阻R R0 0为为1010欧母或欧母或3030欧母左右。国产工业欧母左右

43、。国产工业用铂电阻温度计主要有三种，分别为用铂电阻温度计主要有三种，分别为Pt50,Pt100,Pt300Pt50,Pt100,Pt300。 铜热电阻铜热电阻 铜热电阻的电阻值与温度近于呈线性关系，电阻温度系数铜热电阻的电阻值与温度近于呈线性关系，电阻温度系数也较大，且价格便宜，所以在一些测量精度要求不是很高也较大，且价格便宜，所以在一些测量精度要求不是很高的情况下，就常采用铜热电阻。但其在高于的情况下，就常采用铜热电阻。但其在高于100100的气氛的气氛中易被氧化，故多用于测量中易被氧化，故多用于测量5050150150温度范围。温度范围。 我国统一生产的铜电阻温度计有两种：我国统一生产的铜

44、电阻温度计有两种：Cu50,Cu100Cu50,Cu100半导体热敏电阻半导体热敏电阻 优点优点: :负电阻温度系数大，因此负电阻温度系数大，因此灵敏度高灵敏度高。电阻率大，可作成。电阻率大，可作成体积小而电阻值大的电阻元件，这就使之具有体积小而电阻值大的电阻元件，这就使之具有热惯性小热惯性小和可测和可测量点温度或动态温度。量点温度或动态温度。缺点：同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性缺点：同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此严重，元件性能不稳定，因此互换性差互换性差、精度较低精度较低。 工业用热电阻热敏电阻力矩力矩M M促使线圈绕中心轴转动。

45、线圈转促使线圈绕中心轴转动。线圈转动时，支持线圈的张丝便产生反力矩动时，支持线圈的张丝便产生反力矩M Mn n，其大小与动圈的偏转角，其大小与动圈的偏转角成正比。成正比。第五节第五节 测温显示仪表测温显示仪表一、配接热电偶的测温显示仪表一、配接热电偶的测温显示仪表常用的测量热电势的仪表有常用的测量热电势的仪表有动圈式仪表动圈式仪表、手动电位差计手动电位差计、自动自动电子电位差计电子电位差计和和数字式电压表数字式电压表等。等。 动圈式温度指示仪表动圈式温度指示仪表当处于均匀恒定磁场中的线圈通以电当处于均匀恒定磁场中的线圈通以电流流I I时，线圈将产生转动力矩时，线圈将产生转动力矩M M，在线，在

46、线圈几何尺寸和匝数已定的条件下，圈几何尺寸和匝数已定的条件下，M M只只与流过线圈的电流大小成正比与流过线圈的电流大小成正比 即即:M=KI:M=KI当两力矩平衡时，此时动圈的偏转角为当两力矩平衡时，此时动圈的偏转角为动圈式温度指示仪表动圈式温度指示仪表流过仪表的电流为流过仪表的电流为 可见只有在可见只有在R一定时，动圈偏转一定时，动圈偏转角角才能正确地反映热电势的值，才能正确地反映热电势的值，因此保持回路总电阻恒定或基本因此保持回路总电阻恒定或基本不变是保证测温精度的关键。而不变是保证测温精度的关键。而 R=RN+RE，其中是，其中是RN仪表内部仪表内部等效电阻，等效电阻，RE是仪表外部电阻

47、。是仪表外部电阻。RE=Rt+R2+RL+RcRN=f(Rs,RD,RT,RB,Rp)RERN结论: R变化很小变化很小,所以能够保证测温的精度所以能够保证测温的精度.直流电位差计直流电位差计 1 1手动电位差计手动电位差计测量回路测量回路工作电流回路工作电流回路校准回路校准回路当开关当开关K置向置向“标准标准”位置时，位置时，校准回路工作，其电压方程为校准回路工作，其电压方程为调整调整Rs以改变工作电流回路的工以改变工作电流回路的工作电流作电流I，使检流计，使检流计G指零，指零，当开关当开关K置向置向“测量测量”位置时，测位置时，测量回路工作，其电压方程为量回路工作，其电压方程为调整电阻调整

48、电阻RABC的滑动点的滑动点B使检流计使检流计G指零指零 2自动电子电位差计二、配接热电阻的测温显示仪表二、配接热电阻的测温显示仪表测量方法多采用测量方法多采用不平衡电桥不平衡电桥和和自动平衡电桥自动平衡电桥。 不平衡电桥不平衡电桥电桥输出不平衡电压为电桥输出不平衡电压为 流过流过RM的电流的电流IM为为 以不平衡电桥原理为基础的以不平衡电桥原理为基础的XCZ-102XCZ-102型动圈式温度指示仪型动圈式温度指示仪 热电阻元件和温度指示仪的连接有两种典型的接线方式热电阻元件和温度指示仪的连接有两种典型的接线方式二线制和三线制二线制和三线制 两线制两线制三线制三线制自动电子平衡电桥自动电子平衡

49、电桥 第六节第六节 接触式测温技术接触式测温技术一、影响接触式温度测量的各种因素一、影响接触式温度测量的各种因素接触式温度测量产生误差的原因接触式温度测量产生误差的原因 1 1、传热学方面的原因、传热学方面的原因 2 2、气动原因、气动原因 3 3、动态误差、动态误差 4 4、化学原因、化学原因 二、高速气流温度测量、速度误差分析二、高速气流温度测量、速度误差分析静温静温度量气流的无序动能，度量气流的无序动能，动温动温度量气流的有向动能度量气流的有向动能 动温动温静温与动温之和为气流的静温与动温之和为气流的总温总温 问题问题：温度传感器测得的温度是什么温度？静温？动温？总温：温度传感器测得的温

50、度是什么温度？静温？动温？总温？实际上处于高速气流中固定安装的测温传感器，对高速气流只实际上处于高速气流中固定安装的测温传感器，对高速气流只有一定的滞止作用，并非完全绝热滞止。因此传感器既不能直有一定的滞止作用，并非完全绝热滞止。因此传感器既不能直接指示静温，也不能简单地测量总温，传感器实际的指示值被接指示静温，也不能简单地测量总温，传感器实际的指示值被称为称为有效温度有效温度，记作，记作T gTg高于自由流静温，而低于自由流总温。高于自由流静温，而低于自由流总温。速度误差速度误差: :定义定义 r r为恢复系数，或称为复温系数为恢复系数，或称为复温系数 速度误差与马赫数和恢复系数有关，为了减

51、小速度误差，希望速度误差与马赫数和恢复系数有关，为了减小速度误差，希望恢复系数要大，气流流经温度计的恢复系数要大，气流流经温度计的M M数要小。但是被测气流的数要小。但是被测气流的M M数通常不能随意改变，因此，减小速度误差的主要途径是提高数通常不能随意改变，因此，减小速度误差的主要途径是提高热电偶的恢复系数，使它接近于热电偶的恢复系数，使它接近于1 1并具有较稳定的数值。并具有较稳定的数值。 减小速度误差的方法减小速度误差的方法处理速度误差问题有二种途径，一种是根据使用工况，用实验处理速度误差问题有二种途径，一种是根据使用工况，用实验方法测出其恢复系数值，然后计算修正值。方法测出其恢复系数值

52、，然后计算修正值。若已知气流马赫数，传感器恢复系数，并测出气流的有效温度若已知气流马赫数，传感器恢复系数，并测出气流的有效温度后即可求得气流的静温及总温。后即可求得气流的静温及总温。 另一途径是设法使气流滞止。另一途径是设法使气流滞止。滞止罩滞止罩 带滞止罩的热电偶称为总温热电偶带滞止罩的热电偶称为总温热电偶 恢复系数的测定恢复系数的测定 热电偶在一定马赫数和安装角时的恢复系数最终都是要用实热电偶在一定马赫数和安装角时的恢复系数最终都是要用实验的方法来测定的。验的方法来测定的。 1-1-稳压箱；稳压箱； 2-2-待测热电偶；待测热电偶； 3-3-总温热电偶；总温热电偶； 4-4-总压管；总压管

53、；5-5-压力计；压力计； 6-6-冰瓶；冰瓶； 7-7-切换开关；切换开关； 8-8-电位差计；电位差计； 9-9-喷管喷管三、高温气流温度测量、辐射误差分析三、高温气流温度测量、辐射误差分析辐射误差的分析模型辐射误差的分析模型高温烟气主要以对流方式传热给热电高温烟气主要以对流方式传热给热电偶，忽略烟气对热电偶的导热和辐射偶，忽略烟气对热电偶的导热和辐射换热，则传热量为：换热，则传热量为： 沿热电偶保护套管导出的热量沿热电偶保护套管导出的热量热电偶与周围冷壁面的热交换，主要以辐射方式进行热电偶与周围冷壁面的热交换，主要以辐射方式进行 由于被测温度随时间变化而引起热电偶的动态吸热量由于被测温度

54、随时间变化而引起热电偶的动态吸热量 热电偶的热平衡方程式热电偶的热平衡方程式 当热电偶测温达到稳态时，则当热电偶测温达到稳态时，则 若测温元件使用合理、安装正确，其导热误差也可忽略若测温元件使用合理、安装正确，其导热误差也可忽略 热电偶的测温辐射误差热电偶的测温辐射误差 减小辐射误差的措施减小辐射误差的措施 降低辐射误差的主要途径降低辐射误差的主要途径 （1 1）提高热电偶周围冷表面的温度）提高热电偶周围冷表面的温度 （2 2）增大对流换热系数；）增大对流换热系数； （3 3）降低热电偶的黑度系数）降低热电偶的黑度系数 具体实施办法具体实施办法 加遮热罩加遮热罩 双热电偶双热电偶 辐射误差辐射

55、误差 热电偶垂直于气流方向安装，热电偶垂直于气流方向安装，根据传热学原理可知在一定根据传热学原理可知在一定流速范围内其对流换热系数流速范围内其对流换热系数 抽气式热电偶抽气式热电偶 1-1-铠装热偶；铠装热偶； 2-2-喷嘴；喷嘴； 3-3-遮热罩；遮热罩； 4-4-混合混合室扩张管；室扩张管； 5-5-外金属套管外金属套管零直径外推法零直径外推法 四、动态温度的测量、动态误差分析四、动态温度的测量、动态误差分析其其通解通解五、壁面温度的测量五、壁面温度的测量c c的的误误差差最最小小，因因为为热热电电偶偶丝丝沿沿等等温温线线敷敷设设，热热接接点点的的导导热热损损失失达达到到最最小小。b b方

56、方式式次次之之，热热电电偶偶丝丝的的热热损损失失由由导导热热良良好好的的金金属属片片补补充充。a a方方式式误误差差最最大大，因因为为导导热热损损失失全全部部集集中中在在一一个个点点上上，热热量不能得到充分补充。量不能得到充分补充。壁面温度测量应优先考虑：壁面温度测量应优先考虑：1 1在强度允许条件下，应尽量采用直径小、导热系数低的热电偶；在强度允许条件下，应尽量采用直径小、导热系数低的热电偶；2 2优先考虑等温线敷设。优先考虑等温线敷设。3 3被测材料为非良导热体可采用面接触方式。被测材料为非良导热体可采用面接触方式。 4 4如被测材料允许，表面开槽敷设对提高测量精度更为有利。如被测材料允许，表面开槽敷设对提高测量精度更为有利。本章小结本章小结测温测温仪表的分类仪表的分类热电偶温度计热电偶温度计热电偶测温原理热电偶测温原理热电偶的回路性质热电偶的回路性质热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿测温测温显示仪表显示仪表: :手动电位计手动电位计测温测温技术技术