第二章 溫度測(cè)量ppt課件

1、2.1溫度的基本概念和測(cè)量方法 溫度是一個(gè)基本物理量。 溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說(shuō)，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。 溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。l1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)l經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。認(rèn)為在兩個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點(diǎn)之間所選定的測(cè)溫物質(zhì)體積的變化與溫度成線性關(guān)系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度定義為1度。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測(cè)溫介質(zhì)有關(guān)，有多少種測(cè)溫介質(zhì)就有多少個(gè)溫標(biāo)。l按照這個(gè)原則建立的有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo) 。l攝氏溫標(biāo)：所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計(jì)。攝氏溫標(biāo)：所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度

2、計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為為零度，沸點(diǎn)為100度，水銀體積膨脹被分為度，水銀體積膨脹被分為100等份，對(duì)應(yīng)每份的溫度定義為等份，對(duì)應(yīng)每份的溫度定義為1攝氏度，單攝氏度，單位為位為“oC“l(fā)華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)，按照華氏華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)，按照華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為32oF，沸點(diǎn)是，沸點(diǎn)是212oF。分成。分成180份，對(duì)應(yīng)每份的溫度為份，對(duì)應(yīng)每份的溫度為1華氏度，單位為華氏度，單位為“oF”。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)，或稱絕對(duì)溫標(biāo)，它

3、規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，水的三相點(diǎn)，即液體、固體、氣體狀態(tài)的水同時(shí)存在的溫度，為273.16K，水的凝固點(diǎn)，即相當(dāng)攝氏溫標(biāo)0，相當(dāng)華氏溫標(biāo)32 的開(kāi)氏溫標(biāo)為273.15K。熱力學(xué)溫標(biāo)符號(hào)為T它的單位為開(kāi)爾文符號(hào)為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。273.15tTCK 按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 接觸式測(cè)溫 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，

4、另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。 2、非接觸式測(cè)溫 非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。 對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式儀器又可分為: 膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì))、 電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì))、 熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計(jì))以及其它原理的溫度計(jì)。 非接觸式溫度計(jì)又可分為輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)

5、和比色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)。 按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指010K，低溫指10800K，中溫指8001900K，高溫指19002800K的溫度，2800K以上被認(rèn)為是超高溫。l1. 液體膨脹式溫度計(jì)l 這是應(yīng)用最早而且當(dāng)前使用最廣泛的一種溫度計(jì)，典型結(jié)構(gòu)如圖所示。它由液體儲(chǔ)存器、毛細(xì)管和標(biāo)尺組成。 l 液體玻璃溫度計(jì)的測(cè)溫上限取決于所用液體汽化點(diǎn)的溫度，下限受液體凝點(diǎn)溫度的限制為了防止毛細(xì)管中液注出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，并提高測(cè)溫液體的沸點(diǎn)溫度，常在毛細(xì)管中液體上部充以一定壓力的氣體。液體玻璃溫度計(jì)分為全浸式和部分浸入式

6、液體玻璃溫度計(jì)分為全浸式和部分浸入式兩種。全浸是指測(cè)溫時(shí)把液柱部分全部浸兩種。全浸是指測(cè)溫時(shí)把液柱部分全部浸入被測(cè)介質(zhì)中。部分浸入是把溫度計(jì)浸入入被測(cè)介質(zhì)中。部分浸入是把溫度計(jì)浸入標(biāo)志以下的部分插入被測(cè)介質(zhì)中。如圖標(biāo)志以下的部分插入被測(cè)介質(zhì)中。如圖 (b)所示。所示。 全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測(cè)全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測(cè)量精度較高，故多用于實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)溫度量精度較高，故多用于實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，部分浸入式用于一般工業(yè)測(cè)溫。計(jì)，部分浸入式用于一般工業(yè)測(cè)溫。 使用時(shí)，如果全浸式溫度計(jì)的液柱部分使用時(shí)，如果全浸式溫度計(jì)的液柱部分不能全部浸入，如圖不能全部浸入，如圖 (a)所示，部分浸

7、所示，部分浸入式溫度計(jì)露出部分的環(huán)境溫度與標(biāo)定入式溫度計(jì)露出部分的環(huán)境溫度與標(biāo)定時(shí)不一致，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，故必須時(shí)不一致，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，故必須進(jìn)行修正。方法是用一個(gè)小的輔助溫度進(jìn)行修正。方法是用一個(gè)小的輔助溫度計(jì)度計(jì)測(cè)出露出液柱部分的平均溫度，計(jì)度計(jì)測(cè)出露出液柱部分的平均溫度，如圖如圖92所示，并按下式估算溫度修正所示，并按下式估算溫度修正量量t，即，即21()ttt n2、固體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì) 這種溫度計(jì)是利用兩種不同膨脹系數(shù)的材這種溫度計(jì)是利用兩種不同膨脹系數(shù)的材料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。 圖圖93所示為桿式溫度計(jì)的原理圖。由于

8、所示為桿式溫度計(jì)的原理圖。由于芯桿材料的膨脹系數(shù)比與基座相連的外套大，芯桿材料的膨脹系數(shù)比與基座相連的外套大，故當(dāng)溫度變化時(shí)芯桿對(duì)基座產(chǎn)生相對(duì)位移，故當(dāng)溫度變化時(shí)芯桿對(duì)基座產(chǎn)生相對(duì)位移，經(jīng)簡(jiǎn)單的機(jī)械放大后，就可直接指示溫度值。經(jīng)簡(jiǎn)單的機(jī)械放大后，就可直接指示溫度值。 2.6 熱電偶測(cè)溫 一、熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶接觸電勢(shì)產(chǎn)生 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成閉合回路稱之為熱電偶。A、B是熱偶絲，也叫熱電極。放在被測(cè)對(duì)象中，感受溫度變化的那端稱為工作端或熱端，另一端稱為自由端或冷端。當(dāng)熱端和冷端溫度不同時(shí)回路中有電流流過(guò)，此電流稱為熱電流，產(chǎn)生熱電流的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為熱電

9、現(xiàn)象。此熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的 （1接觸電勢(shì): 接觸電勢(shì)的大小可用下式表示：式中 e一單位電荷，等于4.80210-10絕對(duì)靜電單位； K一波爾茲曼常數(shù)，等于1.3810-28 J / K； NA(t), NBt）金屬A、B在溫度t時(shí)的自由電子密度； TA、B金屬接觸處的絕對(duì)溫度，K。（2溫差電勢(shì): 溫差電勢(shì)是同一金屬體兩端溫度不同而產(chǎn)生的。 式中 NAt）金屬A的電子密度，它是溫度函數(shù)。 為了分析方便，溫差電勢(shì)可由下面函數(shù)差來(lái)表示：)()(ln)(tNtNeKTteBAABttAAAtdNNeKtte0)(1), (0)()(),(00tetetteAAA (3) 熱電偶回路

10、熱電勢(shì) 溫差電勢(shì)的產(chǎn)生 回路電勢(shì) 熱電偶回路中，如果tt0，NAt）NBt），則在回路內(nèi)便產(chǎn)生兩個(gè)接觸電勢(shì)eAB(t)和eAB(t0)，兩個(gè)溫差電勢(shì)eAt，t0和eBt，t0），各電勢(shì)的方向如圖所示?；芈返目傠妱?shì)EAB(t,t0)等于回路中各電勢(shì)的代數(shù)和。即 上式表明熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度的函數(shù)之差，其大小取決于熱電偶兩個(gè)熱電極材料的性質(zhì)和兩端接點(diǎn)溫度，而與熱電極幾何尺寸無(wú)關(guān)。 如果保持熱電偶冷端溫度to恒定不變，對(duì)一定材料的熱電偶其eABt0亦為常數(shù)，設(shè)為C，則熱電偶的熱電勢(shì)只與熱電偶熱端溫度t有關(guān)，若測(cè)得EAB(t,t0) 值，便可知溫度t值，這就是熱電偶測(cè)溫原理。即 EAB (

11、t, t0 )=eAB ( t ) C ), ()(), () (), (0000t tetet tetet tEAABBABAB )()()() () () (), (0000tetetetetetet tEABABABABAB二、熱電偶的基本定律 1、均質(zhì)導(dǎo)體定律該定律內(nèi)容是：由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體或半導(dǎo)體的截面積、長(zhǎng)度和各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。該定律已在理論分析中得到證明，并可得出如下結(jié)論：（1熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。（2由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，回路如產(chǎn)生熱電勢(shì)，便說(shuō)明該材料是不均勻的。據(jù)此，可檢查熱電極材料的均勻性。 2、中間

12、導(dǎo)體定律該定律內(nèi)容是：由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點(diǎn)的溫度都相同，則回路中熱電勢(shì)的總和等于零。根據(jù)中間導(dǎo)體定律還可以得出如下結(jié)論：（1在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料，只要保證所接入材料兩端溫度相同，就不會(huì)影響熱電偶的熱電勢(shì)。圖26是兩種接入中間導(dǎo)體的熱電偶回路。 根據(jù)中間導(dǎo)體定律，只要保證連接 （2如果兩種導(dǎo)體A和B對(duì)另一種參考導(dǎo)體C熱電勢(shì)已知，則這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電勢(shì)是它們對(duì)參考導(dǎo)體熱電勢(shì)的代數(shù)和，即 EABt，to）=EACt，to）ECBt, to） 參考導(dǎo)體亦稱標(biāo)準(zhǔn)電極，一般選用鉑制成，若已知各種電極與標(biāo)準(zhǔn)電極配成熱電偶的熱電特性，便可按此結(jié)論計(jì)算出任意兩電極A

13、、B配成熱電偶后的熱電特性，這樣大大簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。 3、中間溫度定律 熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為t1、t3時(shí)的熱電勢(shì)等于熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度分別為t1，t2和t2，t3時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，即 EABt1，t3）EABt1，t2）EABt2，t3） 由此定律可得如下結(jié)論： （1已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行的分度，只要引入適當(dāng)?shù)男拚?，就可在另外的冷端溫度下使用。該定律為制定和使用熱電偶的熱電?shì)一溫度關(guān)系 即分度表奠定了理論基礎(chǔ)。因?yàn)闊犭娕挤侄缺硎窃诶涠藴囟萾0 =0時(shí)熱電勢(shì)與熱端溫度的關(guān)系，根據(jù)中間溫度定律便可以算出任何冷端溫度時(shí)的熱電勢(shì)值。 可得出 EABt，0）EABt，tn）E

14、ABtn，0）四、熱電偶的構(gòu)造1、普通型熱電偶 常用的普通型熱電偶本體是一端焊接的兩根金屬絲熱電極）。考慮到兩根熱電極之間的電氣絕緣和防止有害介質(zhì)侵蝕熱電極，在工業(yè)上使用的熱電偶一般都有絕緣管和保護(hù)套管。在個(gè)別情況下，如果被測(cè)介質(zhì)對(duì)熱電偶不會(huì)發(fā)生侵蝕作用，也可不用保護(hù)套管，以減小接觸測(cè)溫誤差與滯后。 熱電偶的結(jié)構(gòu) 1-熱電偶熱端；2-熱電極；3-絕緣管；4-保護(hù)套管；5-接線盒 2、鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。套管材料有銅、不銹鋼及鎳基高溫合金等。熱電偶與套管之間填滿了絕緣材料的粉末，目前采用的絕緣材料絕大部分為氧化鎂。套管中

15、的熱電極有單絲的、雙絲的和四絲的，彼此之間互相絕緣 3、薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。這種薄膜熱電偶的熱端既小又薄，熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測(cè)量；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可測(cè)量瞬變的表面溫度。我國(guó)研制成的鐵一鎳薄膜熱電偶如圖所示， 五、熱電偶冷端溫度處理方法 熱電偶的測(cè)溫原理表明：熱電偶的熱電勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)差，只有當(dāng)冷端溫度不變時(shí)，熱電勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶冷端所處環(huán)境溫度總有波動(dòng)，從而使測(cè)量得不到正確結(jié)果，因此必須對(duì)熱電偶冷端溫度變化的影響采取補(bǔ)償措施，使熱電偶的熱電勢(shì)只反映熱端溫度被測(cè)溫度的變化，而不受冷端溫度變化的

16、影響。六、熱電偶的校驗(yàn) 熱電偶經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，由于氧化、腐蝕等原因，其材料的性質(zhì)將會(huì)逐漸變化，熱特性也會(huì)隨之改變，造成測(cè)溫誤差。為此，有必要對(duì)熱電偶定期進(jìn)行校驗(yàn)，以確定其誤差是否超出規(guī)定的允許誤差。如超出允許誤差則應(yīng)報(bào)廢或?qū)⑵錈岫思羧ヒ欢魏笾匦潞附?，再?jīng)校驗(yàn)合格后才能使用。 熱電偶的校驗(yàn)有兩種方法。一種是定點(diǎn)法，就是在國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的定點(diǎn)溫度如鋅、銀、金、銻等金屬的相平衡點(diǎn)溫度下進(jìn)行校驗(yàn)。這種方法的特點(diǎn)是精確度高，但設(shè)備復(fù)雜、校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)少，而且校驗(yàn)操作復(fù)雜。該方法只用于對(duì)高精確度的鉑銠一鉑熱電偶的校驗(yàn)。另一種是比較法，它是廣泛采用的方法，可用于實(shí)驗(yàn)室用和工業(yè)用熱電偶的校驗(yàn)。 比較法校驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)熱電

17、偶與被校熱電偶測(cè)同一穩(wěn)定對(duì)象的溫度來(lái)進(jìn)行的。一般用管式電爐作為被測(cè)對(duì)象，通過(guò)手動(dòng)操作或溫度控制器控制調(diào)整電爐的溫度，并穩(wěn)定在預(yù)定的溫度值上。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一般采用比被校熱電偶精確度更高的鉑銠10-鉑熱電偶。 2.7熱電阻測(cè)溫 工業(yè)上廣泛應(yīng)用電阻溫度計(jì)來(lái)測(cè)量200 500 之間的溫度。電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高；在中低溫下（ 500以下測(cè)溫, 它的輸出信號(hào)比熱電偶的要大得多,故靈敏度高；電阻溫度計(jì)的輸出是電信號(hào)，因此便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量。 電阻溫度計(jì)由熱電阻、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成，熱電阻由電阻體、絕緣管和保護(hù)套管等主要部件組成。 一、測(cè)溫原理 根據(jù)材料不同，測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體

18、熱電阻兩種。實(shí)驗(yàn)證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值要增加0.40.6，半導(dǎo)體的阻值要減小36。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值會(huì)隨溫度而變化，因此測(cè)量它們的電阻值變化便可達(dá)到測(cè)溫的目的。 電阻溫度系數(shù)的定義是：溫度變化l時(shí)電阻值的相對(duì)變化量，用來(lái)表示，單位是-1，根據(jù)定義，用下式表示： 一般材料的溫度系數(shù)并非常數(shù)，在不同的溫度下具有不同的數(shù)值。因此常用R100R0）（R0100代表0100之間的平均溫度系數(shù)，其中R100表示100時(shí)的電阻值，R0表示0時(shí)的電阻值。電阻溫度系數(shù)越大，熱電阻的靈敏度越高，測(cè)量溫度時(shí)就越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)果。 dtdRRdtRdR1 二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻1、 鉑電阻

19、特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、性能可靠，在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原性氣體污染，鉑絲將變脆，并改變了電阻與溫度間的關(guān)系； 鉑的純度常以R100/R0來(lái)表示。對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定其R100/R0為1.385； 分度號(hào)：Pt10和Pt 100； 鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：在一2000之間 Rt=R0 1 + At + Bt2 + Ct3(t-100) 在 0 850之間 Rt=R0 (1 + At + Bt2) 以上兩式中 Rtt時(shí)的電阻值； R00時(shí)的電阻值； A， B， C常數(shù)，對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，A 3.9080210-3 -1， B 5.80210-7 -2 , C= 4

20、.2735010-12 -4 2、銅電阻 特點(diǎn)：銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，它的電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價(jià)格比較便宜，所以在一些測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高、而且溫度較低的場(chǎng)合，可使用銅電阻，它的測(cè)量范圍是一50 150。銅電阻的缺點(diǎn)是：在250以上容易氧化，因此只能用在低溫及沒(méi)有腐蝕性的介質(zhì)中；銅的電阻率比較小，做成一定阻值的熱電阻時(shí)體積就不可能很小。純度：我國(guó)規(guī)定工業(yè)用銅電阻的R100/R01.428。 分度號(hào)：銅電阻的分度號(hào)是Cu50和Cul00，表示其R0分別為50及100。 分度關(guān)系：銅電阻在其測(cè)量范圍內(nèi)的溫度特性可用下式表示： Rt=R0 (1 + At +

21、Bt2 +Ct3) 式中 Rtt時(shí)的電阻值； R00時(shí)的電阻值 A， B， C常數(shù)，對(duì)于工業(yè)用銅電阻，A 4.2889910-3 -1 , B 2. 13310-7 -2 ， C1.23310-9 -3 。 由于銅電阻的特性在 0100 之間基本上是線性的，所以在 0 100之間的溫度特性可以用下式表示： Rt=R0 (1 + t）式中 0 100之間的溫度系數(shù)，等于 4.28 10-3 -1 。3、鎳電阻 鎳電阻的溫度系數(shù)較大，因此其靈敏度比鉑和銅的高。當(dāng)溫度超過(guò)200時(shí)，具有特異點(diǎn)，因此規(guī)定鎳電阻的使用溫度范圍為一 60 180 。鎳電阻的電阻比R100/R01.617。由于鎳電阻的制造工

22、藝較復(fù)雜，很難獲得相同的鎳絲，因此它的測(cè)量準(zhǔn)確度比鉑電阻低，制定標(biāo)準(zhǔn)很困難，我國(guó)雖已規(guī)定它為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，但尚未制訂出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分度表。它的分度號(hào)有Ni 100，Ni 300，Ni 500。對(duì)Ni 100而言，它的溫度特性為 Rt=100 + At + Bt2 +Ct4 式中：A，B，C為常數(shù)，對(duì)于R100/R0 1.618的鎳電阻， A 0.5485-1； B 0.66510-3 -1；C 2.80510-9-4 。三、工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)用熱電阻的外形和熱電偶基本相同，它由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保護(hù)套管、接線盒等部分組成。其中保護(hù)套管和接線盒的外形及其功能、要求和熱電偶基本相同，

23、就不另作介紹了。 1、絕緣骨架， 絕緣骨架是用以纏繞、支撐和固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量影響熱電阻的技術(shù)性能。 2熱電阻體 3、引出線 （l兩線制 （2三線制 （3四線制 4、鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是將熱電阻體感溫元件焊到由金屬保護(hù)套管、絕緣材料和金屬導(dǎo)線三者經(jīng)拉伸而成的細(xì)管導(dǎo)線上形成的，然后在外面再焊一段短管做保護(hù)套管，在熱電阻體與保護(hù)套管之間填滿絕緣材料，最后焊上封頭，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 5、膜式鉑電阻 為了提高鉑電阻的抗震性和響應(yīng)速度，研制出了膜式鉑電阻。它分厚膜的與薄膜的兩種。厚膜鉑電阻是在一陶瓷基片上印制出條狀鉑膜形成的。由于鉑膜很薄，又在陶瓷基片表面上，所以測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間很小，約為0.

24、1s。薄膜鉑電阻則是利用真空鍍膜的方法將鉑鍍?cè)谔沾苫闲纬傻?，其形狀與厚膜的差不多，只是尺寸更小，響應(yīng)時(shí)間更短。 6、帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器 近幾年國(guó)內(nèi)外還生產(chǎn)一種所謂帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器，它和上述標(biāo)準(zhǔn)熱電阻或熱電偶的不同之處，在于采用一個(gè)專用集成電路把熱電阻或熱電偶的輸入信號(hào)電阻或電勢(shì)轉(zhuǎn)變成420mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，其中與熱電偶相配用的集成電路還有冷端溫度補(bǔ)償性能。有的專用集成電路還具有線性化功能，即將標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的電阻與溫度之間的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)變成變送器輸出電流（ 420mA與被測(cè)溫度之間的線性關(guān)系，或使熱電偶所感受的溫度與變送器輸出電流420mA之間呈線性關(guān)系。專

25、用集成電路的體積很小，因而可裝在熱電阻或熱電偶的接線盒內(nèi)。這種集成電路的供電電壓一般為直流24 V，多采用二線制，即供電線也就是輸出信號(hào)線。一體化熱電阻熱電偶可省略過(guò)去常采用的溫度變送器。還有一種熱電阻熱電偶一體化溫度變送器，其接線盒的體積增大，可裝入一只動(dòng)圈表頭，直接顯示所測(cè)溫度值，也可以裝上用液晶顯示的表頭，用數(shù)字顯示所測(cè)溫度值。裝有顯示儀表的一體化溫度變送器可以就地顯示溫度值。這種一體化溫度變送器可應(yīng)用于具大量溫度測(cè)點(diǎn)的集控系統(tǒng)。 2.8非接觸式測(cè)溫儀表 非接觸式測(cè)溫儀表的任何部分都不與被測(cè)對(duì)象接觸，它通過(guò)測(cè)量物體的輻射能或與輻射能有關(guān)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，因此又稱為輻射式測(cè)溫儀表。 特

26、點(diǎn)：不存在因接觸傳熱而產(chǎn)生的測(cè)溫傳熱誤差；理論上講，測(cè)溫上限不受測(cè)溫傳感器材料的限制，可高達(dá)2000以上；動(dòng)態(tài)性能好，反應(yīng)快等。因低溫下物體的輻射能力很弱，因此輻射式儀表多用來(lái)測(cè)700以上的高溫。但用紅外測(cè)量?jī)x表，也可測(cè)低達(dá)100左右的溫度。一、輻射測(cè)溫的基本原理 熱輻射理論是輻射式測(cè)溫儀表的理論依據(jù)。在溫度測(cè)量中，主要涉及的波長(zhǎng)范圍是可見(jiàn)光與0.7620m的紅外光區(qū)。 輻射出射度是指物體單位表面積在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部波長(zhǎng)范圍的輻射能量的總和，并以符號(hào)M表示。如物體單位表面積單位時(shí)間內(nèi)在波長(zhǎng)處的d波段內(nèi)所輻射的能量為dM，則把稱為物體在波長(zhǎng)處的光譜輻射出射度又稱單色輻射出射度）。顯然輻射出

27、射度M與光譜輻射出射度M之間存在如下關(guān)系：0dMM 1、全輻射體絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體的熱輻射 全輻射體的光譜輻射出射度與溫度的關(guān)系符合普朗克公式式中 h普朗克常數(shù)，h=6.62610-34 Js； c真空中的光速，c=2.998108 ms； k玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38 10-23 JK； c1普朗克第一輻射常數(shù)，c1 =3.741310-16 Wm2 c2普朗克第二輻射常數(shù)，c2 =1.438810-2 mK。 在溫度T3000K和可見(jiàn)光波長(zhǎng)波長(zhǎng)較小范圍，該公式可以簡(jiǎn)化成維恩公式 全輻射體的輻射出射度可由斯忒藩一玻爾茲曼定律確定： 式中 M全輻射體的輻射出射度，Wm2； 斯忒藩一玻爾茲曼常數(shù)

28、，= 可見(jiàn)，輻射出射度M0 是溫度的單值函數(shù)，二者一一對(duì)應(yīng)，這是輻射高溫計(jì)的理論依據(jù)。 12502kThcehcM151012TcecMTcecM25100400TdMM2、實(shí)際物體的熱輻射 由物體輻射有關(guān)的原理，實(shí)際物體即非全輻射體、非黑體的光譜輻射出射度與溫度、波長(zhǎng)的關(guān)系為 MM0 式中 M波長(zhǎng)下實(shí)際物體的光譜輻射出射度； 實(shí)際物體在波長(zhǎng)下的光譜發(fā)射率光譜黑度）。把M0公式代入上式，得同樣，可得實(shí)際物體的全輻射出射度為 MM0T4 式中 M實(shí)際物體的全輻射出射度； 實(shí)際物體的全輻射發(fā)射率發(fā)射率）。 實(shí)際物體的光譜發(fā)射率和發(fā)射率均小于1，它們的大小與物體的材料、表面情況以及物體的溫度有關(guān)，還

29、隨波長(zhǎng)而改變。各種物體的和值一般只能通過(guò)實(shí)測(cè)求得。 輻射式測(cè)溫儀表可分為兩大類。一類以某一波長(zhǎng)下的光譜輻射又稱單色輻射理論為基礎(chǔ)，有光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)及比色高溫計(jì)、紅外測(cè)溫儀等；另一類以全輻射理論為基礎(chǔ)，全輻射高溫計(jì)及部分輻射高溫計(jì)屬于此類。 TcecM251 二、光學(xué)高溫計(jì) 這是一種以光譜輻射原理為依據(jù)的測(cè)溫儀表，已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，現(xiàn)仍在廣泛應(yīng)用。 在可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍0.350.75m內(nèi)，高溫物體的熱輻射以光的形式表現(xiàn)出來(lái)，輻射的強(qiáng)度與光的亮度之間有一定的關(guān)系。在某一波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度又稱單色亮度與同一波長(zhǎng)下的光譜輻射出射度成正比。對(duì)全輻射體其關(guān)系為對(duì)實(shí)際物體有 在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的某一

30、波長(zhǎng)下，對(duì)一個(gè)確定的物體可近似認(rèn)為已固定不變），其光譜輻射亮度即單色亮度與溫度之間存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用這個(gè)性質(zhì)即可測(cè)溫，但直接測(cè)光譜輻射亮度較難實(shí)現(xiàn)，光學(xué)高溫計(jì)采用了下面所述的亮度比較的方法。 0001McML對(duì)實(shí)際物體有在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的某一波長(zhǎng)下，對(duì)一個(gè)確定的物體可近似認(rèn)為已固定不變），其光譜輻射亮度即單色亮度與溫度之間存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用這個(gè)性質(zhì)即可測(cè)溫，但直接測(cè)光譜輻射亮度較難實(shí)現(xiàn)，光學(xué)高溫計(jì)采用了下面所述的亮度比較的方法。 ML1TcecML21511 在光學(xué)高溫計(jì)中裝一只比較亮度用的燈泡，流過(guò)燈絲的電流可人為調(diào)整，以改變其亮度。該燈泡的光譜輻射亮度與其燈絲的電氣參數(shù)電流、電壓

31、降或電阻之間有已知的確定關(guān)系，因此測(cè)出其電氣參數(shù)即知其亮度，進(jìn)而可知溫度值。工作時(shí)，在某一波長(zhǎng)下用燈絲的光譜輻射亮度與被測(cè)物體的光譜輻射亮度進(jìn)行比較。通過(guò)改變燈絲電流人工調(diào)整燈絲的亮度，使二者亮度相等，最終實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。 一種國(guó)產(chǎn)WGGZ型光學(xué)高溫計(jì)，這是一種使用較廣的隱絲式光學(xué)高溫計(jì)，其結(jié)構(gòu)原理圖所示。 整個(gè)光學(xué)高溫計(jì)由光學(xué)系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目鏡、燈泡、紅色濾光片、灰色吸收玻璃等。物鏡和目鏡均可移動(dòng)、調(diào)整，移動(dòng)物鏡可把被測(cè)物體的成像落在燈絲所在平面上。移動(dòng)目鏡是為了使人眼同時(shí)清晰地看到被測(cè)物體與燈絲的成像，以比較二者的亮度。紅色濾光片的作用是與人眼構(gòu)成“單色器”，以

32、保證在一定波長(zhǎng)0.66 m左右下比較二者的光譜輻射亮度。灰色吸收玻璃只有在需擴(kuò)展測(cè)溫量程時(shí)才插入使用。電氣系統(tǒng)包括燈泡、電源、調(diào)整電阻及測(cè)量線路。調(diào)整電阻可改變燈絲電流，以調(diào)整燈絲的亮度。測(cè)量線路用來(lái)測(cè)量與燈絲亮度相應(yīng)的燈絲的電流、電壓降或電阻等電氣參數(shù)，并最終顯示溫度示值。 使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)，人眼看到的圖像如圖2-26所示。在被測(cè)對(duì)象的背景上有一根燈絲，如看到的是暗的背景上亮的燈絲，則說(shuō)明燈絲亮度高于被測(cè)物體，應(yīng)調(diào)整燈絲電流使其亮度降低；如背景亮而燈絲發(fā)黑，則燈絲亮度比對(duì)象低，應(yīng)調(diào)整增高燈絲亮度。直到燈絲隱滅而看不清即燈絲頂部與對(duì)象分不清），則說(shuō)明二者亮度相等，即可讀取測(cè)量結(jié)果了。 WGGZ

33、型光學(xué)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖 l一物鏡；2灰色吸收玻璃；3一燈泡；4一目鏡； 5一紅色濾光片；6一顯示儀表 燈絲與物像亮度比（a燈絲亮度低b燈絲亮度偏高c燈絲和物象亮度一致燈絲隱滅） 光學(xué)高溫計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫上限高、在輻射式溫度計(jì)中精確度與靈敏度均最高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是亮度比較的判斷及調(diào)整均要人工進(jìn)行，不能連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)帶來(lái)人員的主觀誤差。另外，由于人眼只能看到可見(jiàn)光，這限制了被測(cè)物體的溫度不能低于700。光學(xué)高溫計(jì)的幾個(gè)有關(guān)問(wèn)題 : (1亮度溫度與示值的修正 根據(jù)光譜輻射的原理，在光譜輻射亮度即單色亮度相等的條件下，發(fā)射率不同的物體其溫度并不相等。為此引出“亮度溫度的概念：如全輻射體的

34、單色亮度與溫度為T的實(shí)際物體的單色亮度相等，則全輻射體的溫度稱為該實(shí)際物體的亮度溫度，并以Ts表示。根據(jù)亮度溫度的定義，可推導(dǎo)物體實(shí)際溫度T與其亮度溫度的關(guān)系：由于 L= L0 sTcTcecec22515111經(jīng)整理可得 因?yàn)橐话阄矬w1，所以 TTs 。 光學(xué)高溫計(jì)的標(biāo)尺是直接按溫度刻度的，即可直接讀出溫度值，而且分度是按全輻射體即 =1的條件進(jìn)行的，因此儀表顯示的溫度值實(shí)際上是在對(duì)應(yīng)亮度下全輻射體的溫度，也即亮度溫度Ts 。在測(cè)實(shí)際物體溫度時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)的溫度示值必須修正. （2單色器 光學(xué)高溫計(jì)必須在某一定的波長(zhǎng)下進(jìn)行單色亮度比較。從理論上講，要求在這一波長(zhǎng)附近，波長(zhǎng)范圍不能過(guò)寬否則不滿

35、足單色條件），從靈敏度考慮，波長(zhǎng)范圍又不能過(guò)于狹窄。光學(xué)高溫計(jì)采用紅色濾光片與人眼構(gòu)成了“單色器”，使人眼只能觀察到波長(zhǎng)為0.60.7m范圍的紅色可見(jiàn)光如圖陰影部分），其平均波長(zhǎng)約為0 .66m。 人眼與紅色濾光片配合的視見(jiàn)光譜范圍 1一人眼相對(duì)視見(jiàn)函數(shù)曲線； 2一紅色濾光片光譜透過(guò)率曲線22lncTTcTss （3灰色吸收玻璃 光學(xué)高溫計(jì)采用的是鎢絲燈泡，當(dāng)溫度高達(dá)1400時(shí)，鎢絲會(huì)發(fā)生升華使燈泡的性能改變。這就限制了光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫上限。光學(xué)高溫計(jì)附加了灰色吸收玻璃，單色光透過(guò)這種玻璃時(shí)其吸收作用會(huì)使亮度減弱。在結(jié)構(gòu)上把灰色玻璃置于物鏡與燈絲之間，這樣人眼觀察到的是燈絲的亮度和被灰色玻璃削

36、弱了的被測(cè)物體的亮度,在燈絲溫度不超過(guò)1400的情況下能測(cè)量更高的溫度。 （4影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素 影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素比較多，主要有以下幾個(gè)： 1發(fā)射率的影響 2中間介質(zhì)的影響 三、光電高溫計(jì) 光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的能自動(dòng)連續(xù)工作的測(cè)溫儀表，它依據(jù)的也是光譜輻射亮度的原理。其傳感器是能感受光譜輻射亮度變化的光電檢測(cè)器件，它把亮度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)放大后測(cè)量，最后顯示溫度。 光電高溫計(jì)由光學(xué)系統(tǒng)與測(cè)量、放大顯示兩大部分組成。不同的光電高溫計(jì)有不同的測(cè)量方式，結(jié)構(gòu)方案也不相同。這里介紹的國(guó)產(chǎn)WDL一31型光電高溫計(jì)，其原理系統(tǒng)圖如圖所示。 光電高溫計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)。 （l既可在可見(jiàn)光，又可在紅外光波長(zhǎng)下工作，有利于用輻射法測(cè)低溫； （2分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.5，而光電高溫計(jì)可達(dá)0.010.05； （3精確度高，由于采用性能良好的干涉濾光片或單色器），提高了儀表的單色性，因而不確定度減小。例如