《温度检测方法课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度检测方法课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 温度测量技术温度检测方法课件接触式测温接触式测温 基于基于热平衡原理热平衡原理，即测温敏感元件必须与被测，即测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态。介质接触，使两者处于同一热平衡状态。 如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。温度测量方法可分为：温度测量方法可分为： 接触式、非接触式接触式、非接触式1 1 概述概述非接触式测温非接触式测温 利用物质的热辐射原理，测温元件不需利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触。与被测介质接触。 如如: :辐射温度计、红外热象仪等。辐射温度计、红外热象仪等。温度检测方法课件热电式传感器
2、热电式传感器: : 将温度变化转换为电量变化的装置较普通的将温度变化转换为电量变化的装置较普通的 热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。常用热电式传感器的敏感元件有：常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶：热电偶：将温度转换为电势之变化；将温度转换为电势之变化； 热电阻：热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化。将温度转换为电阻阻值之变化。 温度检测方法课件2 电阻温度计电阻温度计工作原理：工作原理： 基于导体或半导体的电阻值随温度变化的基于导体或半导体的电阻值随温度变化的性质而工作的。性质而工作的。测温敏感元件有测温敏感元件有: :金属导体、半导体热敏电阻金属
3、导体、半导体热敏电阻。温度检测方法课件(1)(1)、金属测温电阻、金属测温电阻( (金属热电阻金属热电阻) ) 一般金属导体具有一般金属导体具有正的电阻温度系数正的电阻温度系数（电阻率随温度的（电阻率随温度的上升而增加），上升而增加），在一定的温度变化范围内在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间，电阻和温度之间的函数关系：的函数关系：其中：其中： R、R0分别表示温度为分别表示温度为t和和t0时的电阻值时的电阻值; 为材料的电阻温度系数，为材料的电阻温度系数，=(46)10-3/0C。 在不同温度范围内，电阻温度系数在不同温度范围内，电阻温度系数是不同的，希望在测是不同的，希望在测量温度的范围
4、内量温度的范围内是一个常数。是一个常数。温度检测方法课件热电阻材料应具备以下性质：热电阻材料应具备以下性质： 1 1）电阻温度系数电阻温度系数要大；要大； 2 2）在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定；在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定； 3 3）电阻率电阻率要大，可提高温度计的动态响应；要大，可提高温度计的动态响应； 4 4）电阻温度关系线性好；电阻温度关系线性好； 5 5）材料要容易制作，价格便宜。材料要容易制作，价格便宜。 常用材料有：铂、铜、铁、镍等。常用材料有：铂、铜、铁、镍等。 热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶瓷等热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石英或
5、陶瓷等绝缘支架上。绝缘支架上。温度检测方法课件 热敏电阻是由金属氧化物热敏电阻是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)(NiO,MnO2,CuO,TiO2)粉末按一粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。定比例混合烧结而成的半导体。 常用的热敏电阻的阻值随温常用的热敏电阻的阻值随温度上升而下降。度上升而下降。T T是绝对温度是绝对温度(K)(K)；A A、B B是常数。是常数。电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化(2)半导体热敏电阻半导体热敏电阻温度检测方法课件半导体热敏电阻的电阻温度系数半导体热敏电阻的电阻温度系数不是常数，
6、而和不是常数，而和绝对温度的平方成反比。绝对温度的平方成反比。当当T=T0时有电阻时有电阻R0；当；当T=T时有电阻时有电阻R（1） （2）温度检测方法课件电阻值电阻值R与温度与温度T的关系：的关系：常数常数B可通过实验获得：可通过实验获得：(即只要测定温度分别为即只要测定温度分别为T1和和T0时半导体的热敏电阻的阻值时半导体的热敏电阻的阻值R1和和R0)(B的范围一般为的范围一般为150050000K)温度检测方法课件半导体热敏电阻与金属热电阻相比半导体热敏电阻与金属热电阻相比, 有以下优点：有以下优点： 1）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高，）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高， 可
7、测可测0.0010.00050C的微小温度变化；的微小温度变化； 2）电阻率大，时间常数小）电阻率大，时间常数小(毫秒级毫秒级)。可制成体。可制成体 积小、热惯性小、响应速度快的感温元件。积小、热惯性小、响应速度快的感温元件。半导体热敏电阻缺点：半导体热敏电阻缺点： 1）电阻温度特性分散性大；）电阻温度特性分散性大； 2）稳定性差；）稳定性差； 3）非线性较严重。）非线性较严重。 温度检测方法课件（3 3）电阻测定）电阻测定 测量方法测量方法 可采用电桥测定热电阻的电阻值可采用电桥测定热电阻的电阻值 常用电桥测热阻存在的问题常用电桥测热阻存在的问题( (二线接桥法二线接桥法) )注意：将热电阻
8、接到电注意：将热电阻接到电桥的导线会产生附加电阻桥的导线会产生附加电阻r1、r2，这是产生测量误，这是产生测量误差的一个重要原因。差的一个重要原因。温度检测方法课件采取的技术措施：采取的技术措施： (可采用三线接桥法及四线接桥法可采用三线接桥法及四线接桥法) 用具有相同温度特性的导线用具有相同温度特性的导线r1、r2分别分别接到两个邻臂上，因而可互相抵消，而第接到两个邻臂上，因而可互相抵消，而第三根线与负载电阻三根线与负载电阻RL相串联，由于负载的相串联，由于负载的输入阻抗都很大，输入阻抗都很大，r3则可忽略不计。则可忽略不计。温度检测方法课件3 热电偶热电偶热电偶：将温度量转换为电势大小的热
9、电式传感器热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器热电偶具有以下特点：热电偶具有以下特点： 结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测。测局部温度和便于远距离传送与集中检测。温度检测方法课件3.13.1、工作原理、工作原理( (席贝克效应席贝克效应) ) 两种不同材料的导体两种不同材料的导体A A和和B B串联起来形成一个闭合串联起来形成一个闭合回路，如果两个接合点的温度不同，电路中将产生热回路，如果两个接合点的温度不同，电路中将产生热电势，并形成热电流。电势，并形成热电流。 热电势的大小与材料的性质及接点的温度有关
10、，热电势的大小与材料的性质及接点的温度有关，称为温差热电效应或热电效应，该现象是称为温差热电效应或热电效应，该现象是18211821年德国年德国物理学家物理学家SecbackSecback发现的。发现的。热电势可用函数关系式表示：热电势可用函数关系式表示： E EABAB=f(T,T=f(T,T0 0) )若知道若知道E EABAB, T, T0 0, , 即可利用热电效应来测温或温度差。即可利用热电效应来测温或温度差。温度检测方法课件 定义：定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶这两种不同导体的组合体称为热电偶。 两个连接端点两个连接端点, ,一个称为工作端一个称为工作端T,T,另一个称为自
11、另一个称为自由端或参考端由端或参考端T T0 0或冷端或冷端, ,两根金属丝称之为两根金属丝称之为热电极热电极。温度检测方法课件温差电势是如何产生的？温差电势是如何产生的？ 温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组成的。成的。温度检测方法课件1.1.接触电势接触电势（珀耳贴电势珀耳贴电势） 不同导体自由电子的密度是不同的不同导体自由电子的密度是不同的, ,当两种不同当两种不同导体接触时导体接触时, ,在接触面上将产生电子扩散在接触面上将产生电子扩散, ,电子扩散电子扩
12、散的速率与自由电子的密度及接触区的温度成正比。的速率与自由电子的密度及接触区的温度成正比。温度检测方法课件 接触面上金属接触面上金属A A的电子扩散到的电子扩散到B B，A A失去电子带正电，失去电子带正电，B B因获得电因获得电子带负电，在接触面上形成了静子带负电，在接触面上形成了静电场，这个静电场将阻止扩散过电场，这个静电场将阻止扩散过程的进行，程的进行，当自由电子密度的不当自由电子密度的不同引起的扩散能力与静电场的作同引起的扩散能力与静电场的作用相互抵消时用相互抵消时，达到了动平衡，达到了动平衡，在接触面上形成一个稳定的接触在接触面上形成一个稳定的接触电位差。电位差。自由电子密度自由电子
13、密度 n nA An nB B温度检测方法课件 EAB(T)为导体为导体A和和B的接点在温度为的接点在温度为T时形成的时形成的电位差电位差 。其中：。其中： e 电子的电荷电子的电荷 e=1.610-19库仑库仑 k 波尔兹曼常数波尔兹曼常数 k=1.3810-23(焦耳焦耳/库仑库仑) EAB(T)和连接点的温度和连接点的温度T有关，因此当两种金有关，因此当两种金属接成闭合回路而连接点的温度又不同时，回路中属接成闭合回路而连接点的温度又不同时，回路中将形成接触电势。将形成接触电势。温度检测方法课件2. 同一种金属的温差电势（同一种金属的温差电势（汤姆逊电势汤姆逊电势） 在同一导体中，存在温度
14、梯度时，会产生温差电势。在同一导体中，存在温度梯度时，会产生温差电势。 两端的温度不一致时，高温端的自由电子具有两端的温度不一致时，高温端的自由电子具有的动能大，向低温端扩散，跑到低温端去堆积起来，的动能大，向低温端扩散，跑到低温端去堆积起来，在导体内形成一个静电场，阻止电子扩散，当两者在导体内形成一个静电场，阻止电子扩散，当两者的作用相互抵消时，在导体两端就形成一个稳定的的作用相互抵消时，在导体两端就形成一个稳定的电位差。电位差。汤姆逊系数，它表示温度为汤姆逊系数，它表示温度为11时所产生时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。的电动势值，它与材料的性质有关。 温度检测方法课件3.热电偶回路
15、的总热电势热电偶回路的总热电势温度检测方法课件结论：结论：1 1）如果热电偶两电极）如果热电偶两电极材料相同材料相同，无论温度如何，输出电势为零；，无论温度如何，输出电势为零；2 2）如果）如果温度相同温度相同，则输出电势为零；，则输出电势为零；3 3）电势的大小只与）电势的大小只与电极材料、节点温度有关电极材料、节点温度有关，与热电偶的尺，与热电偶的尺 寸、形状及沿电极温度分布无关。寸、形状及沿电极温度分布无关。温度检测方法课件1.1.中间温度定律中间温度定律某热电偶接点温度为某热电偶接点温度为T T1 1和和T T2 2时的热电势为时的热电势为E E1 1，接点，接点温度为温度为T T2
16、2和和T T3 3时的热电势为时的热电势为E E2 2，则当接点温度为，则当接点温度为T T1 1和和T T3 3时的热电势为时的热电势为E E1 1+E+E2 2。3.2 热电偶的基本实验定律热电偶的基本实验定律温度检测方法课件例 用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温度T0=30，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。查分度表有查分度表有E（30，0）= 0.173 mV 反查分度表有反查分度表有T=830，测量端实际温度为，测量端实际温度为830温度检测方法课件2.2.中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要它的两个接点温度相同，在热电偶回路
17、中加入第三种均质材料，只要它的两个接点温度相同，则对回路的热电势没有影响。则对回路的热电势没有影响。它说明：它说明： 第三种均质材料可以是接在两个热电极之间，也可接在某个热电极第三种均质材料可以是接在两个热电极之间，也可接在某个热电极之中，因此在用热电偶测温时，只要保证热电偶和连接后续测量电路或之中，因此在用热电偶测温时，只要保证热电偶和连接后续测量电路或仪表的引线的两个接点温度相同，接入电路或仪表都不会影响热电势的仪表的引线的两个接点温度相同，接入电路或仪表都不会影响热电势的数值。数值。温度检测方法课件3.3.标准电极定律标准电极定律( (参考电极定律参考电极定律) ) 有三种金属有三种金属
18、A A、B B、C C两两相接，当接点温度分别为两两相接，当接点温度分别为T T1 1和和T T2 2时，金属时，金属A A和和C C的热电势为的热电势为E EACAC，金属，金属C C和和B B的热的热电势为电势为E ECBCB，则金属，则金属A A和和B B的热电势：的热电势： E EABAB=E=EACAC+E+ECBCB温度检测方法课件 用热电偶测量温度时，电势的大小决定于冷热端用热电偶测量温度时，电势的大小决定于冷热端温度之差。如果冷端温度固定，则决定于热端；如果温度之差。如果冷端温度固定，则决定于热端；如果冷端温度变化，则会引起测量误差。冷端温度变化，则会引起测量误差。 1 1、冷
19、端恒温法；、冷端恒温法；3.3 热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。温度检测方法课件 在实际应用中，热电偶的参比端往往不是冰水混在实际应用中，热电偶的参比端往往不是冰水混合物，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，合物，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。势后才能符合热电偶分度表的要求。 可用室温计测出环境温度可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的，从分度表中查出的
20、E(T1,0)值，值，然后加上热电偶回路热电势然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值，反查分度值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。表即可得到准确的被测温度值。上一页下一页返 回2 计算修正法计算修正法温度检测方法课件 3 3、补偿导线法、补偿导线法 为使热电偶冷端温度保持不变，不受热源的影响，往往需为使热电偶冷端温度保持不变，不受热源的影响，往往需要使冷端远离工作点，为了不使用过多的贵重的热电偶导线，要使冷端远离工作点，为了不使用过多的贵重的热电偶导线，往往采用价格低廉的导线来替代部分热电偶导线，如图。往往采用价格低廉的导线来替代部分热电偶导线，如图。AA、BB这
21、就是补偿线法。这就是补偿线法。温度检测方法课件在温度在温度T T2 2-T-T0 0的范围内，要求的范围内，要求 EAB（T2，T0）=E AB（T2，T0）由中间温度定律：由中间温度定律： EAB（T1，T0）= EAB（T1，T2）+ E AB（T2，T0） = EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T0）要求补偿导线的热电性质与所用热电偶相同或相近。要求补偿导线的热电性质与所用热电偶相同或相近。温度检测方法课件4. 冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法 利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电冷端温度变化而引起的热电势的变化值电冷端温度变化而引起的热电势的变化值
22、 温度检测方法课件3.4 3.4 温度测量的动态误差修正温度测量的动态误差修正热电偶是一种一阶线性系统，其工作状态可以用一阶微分方程来描述。热电偶是一种一阶线性系统，其工作状态可以用一阶微分方程来描述。 待测温度待测温度热电偶的响应热电偶的响应时间常数时间常数补偿电路补偿电路补偿电路的幅频特性补偿电路的幅频特性热电偶幅频特性热电偶幅频特性温度检测方法课件3.5 3.5 热电偶的结构形式热电偶的结构形式 普通热电偶普通热电偶温度检测方法课件普通普通装配型装配型热热电偶的电偶的结构结构放大图放大图 接线接线盒盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 温度检测方法课件
