能源計(jì)量器具及其使用 溫度計(jì)量器具

任務(wù)3-3溫度計(jì)量器具2主要內(nèi)容一、溫度測量基礎(chǔ)二、玻璃管溫度計(jì)三、熱電偶溫度計(jì)四、熱電阻溫度計(jì)五、非接觸式溫度計(jì)六、溫度計(jì)選型和安裝目錄溫度測量背景

國際單位制七個(gè)基本的物理量測量領(lǐng)域——?jiǎng)恿ΑC(jī)械、化工、冶金、制冷、航天、電子、…一、溫度測量基礎(chǔ)溫度的概念物體熱平衡狀態(tài)下冷熱程度的物理量微觀上——溫度是物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的標(biāo)志，是度量分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的指標(biāo)宏觀上——溫度是決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，它們擁有的共同性質(zhì)TAC

<TBC

<TCCABC

熱流TBCTAC熱流

一、溫度測量基礎(chǔ)溫度的概念單位

攝氏溫標(biāo)（℃）華氏溫標(biāo)（oF）國際溫標(biāo)（K）常用攝氏溫度一、溫度測量基礎(chǔ)溫標(biāo)的概念用來度量物體溫度高低的標(biāo)尺叫做溫度標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。溫標(biāo)建立的三要素（基本條件）選擇某種物質(zhì)（測溫物質(zhì)）的某一隨溫度變化的屬性（測溫屬性）來標(biāo)志溫度。選定固定點(diǎn)（即物質(zhì)不同相之間可以復(fù)現(xiàn)的平衡溫度），便于與其他溫度比較，確定測量溫度數(shù)值。對測溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定，確定任意點(diǎn)溫度值的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式-分度方法（內(nèi)插函數(shù)）。一、溫度測量基礎(chǔ)

國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、國際溫標(biāo)。

根據(jù)水銀在玻璃管內(nèi)受熱后體積膨脹的性質(zhì)-

攝氏溫標(biāo)（t）：攝氏度，℃-由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯（AndersCelsius，1701~1744）在1742年制定的。一、溫度測量基礎(chǔ)冰水混合物的溫度規(guī)定為0℃，這是水的冰點(diǎn)。0℃冰水混合物0攝氏度和100攝氏度的規(guī)定一、溫度測量基礎(chǔ)一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸水的溫度規(guī)定為100℃，這是水的沸點(diǎn)。100℃沸騰的水一、溫度測量基礎(chǔ)

0度和100度之間分成100等分,每一等分為攝氏溫度的一個(gè)單位，叫做1攝氏度，記做1℃。100℃0℃

能不能將這只溫度計(jì)的測量范圍擴(kuò)大到0℃以下和100℃以上？思考水銀：熔點(diǎn)-39.3℃、沸點(diǎn)357℃一、溫度測量基礎(chǔ)

華氏溫標(biāo)（t）：華氏度，℉規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氯化銨和冰水混合物的溫度為0度，水沸點(diǎn)為212度，中間等分212格，每格為華氏1度，記做1℉。

它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為：華倫海特一、溫度測量基礎(chǔ)根據(jù)熱力學(xué)卡諾循環(huán)的理論基礎(chǔ)

熱力學(xué)溫標(biāo)（T）：開爾文，K

威廉·湯姆遜·開爾文勛爵-規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對零度。-水的冰點(diǎn)是273.15K，沸點(diǎn)是373.15K。-熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的數(shù)量關(guān)系：T＝t＋273.15。一、溫度測量基礎(chǔ)國際溫標(biāo)根據(jù)第18屆國際計(jì)量大會(huì)的決議，自1990年1月1日起開始在全世界實(shí)行國際溫標(biāo)(ITS－90)。國際溫標(biāo)指出，熱力學(xué)溫度為基本物理量，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度273.16，單位為K，1K的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。由于攝氏溫標(biāo)將冰點(diǎn)定義為0℃，而冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)低0.01K，那么冰點(diǎn)溫度為273.15K，即90國際溫標(biāo)定義國際開爾文溫度T90和國際攝氏度t90，它們之間關(guān)系如同T和t一樣，即t90=T90-273.15。

一、溫度測量基礎(chǔ)基本原理測溫原理溫度本身是一個(gè)抽象的物理量，不能直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較而測出，通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質(zhì)，間接地測量物體溫度測溫元件物理參數(shù)選擇溫度的單值函數(shù)——物理參數(shù)變化只與溫度有關(guān)，與其它因素?zé)o關(guān)或關(guān)系不大函數(shù)關(guān)系必須簡單、穩(wěn)定——參數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系簡單，且變化是連續(xù)的溫度的跟蹤性要好——能夠迅速與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡一、溫度測量基礎(chǔ)測溫方法利用物體的熱脹冷縮現(xiàn)象測量溫度利用物體的熱電效應(yīng)隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度利用物體的導(dǎo)電率隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度利用物體的熱輻射強(qiáng)度隨溫度變化的現(xiàn)象測量溫度利用物體的磁化率隨溫度變化現(xiàn)象制造的磁溫度計(jì)利用物體的正向電壓隨溫度變化現(xiàn)象制造的溫度計(jì)一、溫度測量基礎(chǔ)常用溫度計(jì)測量50℃溫度可用什么溫度計(jì)？攝氏度一、溫度測量基礎(chǔ)常用溫度計(jì)一、溫度測量基礎(chǔ)測溫方式接觸測溫法除高溫區(qū)以外的溫度測量大多采用此法主要有：熱電阻、熱電偶、膨脹式、二極管等非接觸測溫法在高溫范圍（由于感溫物質(zhì)的材料特性的限制），利用物體的輻射特性來測量物體的溫度主要有：光學(xué)高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)、光電高溫計(jì)等分度表用一張表格將感溫元件（熱電偶）的電阻值（熱電勢）與溫度的對應(yīng)關(guān)系表示出來稱為分度表熱電偶分度表是以冷端溫度為0℃為基礎(chǔ)而制成的一、溫度測量基礎(chǔ)玻璃管溫度計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度相對較高，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是測量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠(yuǎn)傳，易碎。二、玻璃管溫度計(jì)

工作原理

利用不同金屬膨脹系數(shù)不同的原理。用繞制成螺旋管狀的雙金屬片一端被固定，另一自由端與指針連接，隨著溫度的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)。指針則隨之指在刻度盤上的不同位置，從刻度盤上的讀數(shù)，便可知其溫度。三、雙金屬溫度計(jì)21利用熱電效應(yīng)原理測溫。

優(yōu)點(diǎn)：

①精度高、性能穩(wěn)定；②結(jié)構(gòu)簡單、易制、互換性好；③轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳和能多點(diǎn)切換；④測溫范圍廣，－200～2000℃；⑤多樣型式，適應(yīng)各種條件。

四、熱電偶溫度計(jì)22將兩種不同材料的導(dǎo)體A、B組成一閉合回路，兩端點(diǎn)的溫度t和t0不相等時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，流過電流——稱為熱電效應(yīng)。用一組放到油燈周邊，發(fā)電量可聽收音機(jī)。反過來用半導(dǎo)體電偶的熱電效應(yīng)，通電流并冷卻熱端，則冷端可得低溫(半導(dǎo)體制冷)。熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢共同作用的結(jié)果。ABtt0E四、熱電偶溫度計(jì)23

接觸電勢Contactpotential——兩材料電子密度不同，接觸處產(chǎn)生擴(kuò)散，密度高→密度低處遷移。失電子的導(dǎo)體帶正電，得電子帶負(fù)電。電場使遷移停止——?jiǎng)討B(tài)平衡。溫差電勢Thermoelectricpotential——同一根導(dǎo)體中的電子從高溫端向低溫端遷移，高溫端帶正電，另一端負(fù)電。四、熱電偶溫度計(jì)24分度號(hào)：S型（＋鉑銠10，－鉑），補(bǔ)償導(dǎo)線SC型，－200～1800℃。B型（＋鉑銠30－鉑銠6），補(bǔ)償導(dǎo)線BC型，－200～1800℃。K型（＋鎳鉻，－鎳硅），補(bǔ)償導(dǎo)線KC型，－200～1100℃。

T型（＋銅，－銅鎳），補(bǔ)償導(dǎo)線TX型。－200～350℃。

E型（＋鎳鉻，－銅鎳），補(bǔ)償導(dǎo)線EC型。－200～600℃。

J型（＋鐵，－銅鎳），補(bǔ)償導(dǎo)線JX型。R型（＋鉑鎳，－鉑銠），補(bǔ)償導(dǎo)線RC型。

四、熱電偶溫度計(jì)25結(jié)構(gòu)型式：

普通型、鎧裝型、特殊型。一頭是接線盒，另一頭將熱端兩導(dǎo)體頭與外殼用氬弧焊焊于一起。熱電偶材料管內(nèi)兩導(dǎo)體絲，像電纜一樣卷成大捆，使用一段段截開，一端裝接線盒，一端封焊。普通型鎧裝型鎧裝隔爆型接殼式Shell-Connectingtype絕緣式Insulationtype露端式Openendtype管內(nèi)填充MgO粉定位和絕緣四、熱電偶溫度計(jì)缺點(diǎn)：需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象，影響測量精度。測溫原理利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確高；信號(hào)可遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無需參比溫度。分類按制造材料分成金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻按是否有國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表分為標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化按用途分為工業(yè)用的、精密的和標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻按結(jié)構(gòu)分為普通的、鎧裝的和薄膜熱電阻五、熱電阻溫度計(jì)薄膜型及普通型鉑熱電阻

五、熱電阻溫度計(jì)小型鉑熱電阻

五、熱電阻溫度計(jì)防爆型鉑熱電阻

五、熱電阻溫度計(jì)汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻五、熱電阻溫度計(jì)熱電阻材料選擇要求：①電阻與溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系，最好是線性；②有盡可能大的電阻溫度系數(shù)；③電阻率大，減小元件尺寸，減小慣性；R0很重要；④在測溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；⑤復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，是易得到高純物質(zhì)，價(jià)格廉。＊目前使用較多的熱電阻材料為銅、鉑。五、熱電阻溫度計(jì)常見的工業(yè)熱電阻是鉑熱電阻和銅熱電阻①鉑熱電阻特點(diǎn)：鉑熱電阻的精度高，體積小，測溫范圍寬，穩(wěn)定性好，再現(xiàn)性好，但是價(jià)格較貴。使用范圍：為-200～850℃，0℃電阻值R0選用10Ω和100Ω兩種，分度號(hào)為Pt10和Pt100。五、熱電阻溫度計(jì)②銅熱電阻特點(diǎn)：銅熱電阻線性較好，價(jià)格低，電阻率低，因而體積較大，熱響應(yīng)慢，可作測量區(qū)域平均溫度的感溫元件。使用范圍：為-40～140℃，R0選用50Ω和100Ω兩種，分度號(hào)分別為Cu50和Cu100。五、熱電阻溫度計(jì)熱電阻結(jié)構(gòu)：普通型、鎧裝型和薄膜型電阻絲采用無感繞法（兩線圈電流流向相反，電感互相抵消）繞在絕緣支架上。①普通型熱電阻與熱電偶外型相同，只是內(nèi)部不同：感溫元件不同；接線盒內(nèi)部的接線座不同（熱電偶2個(gè)，熱電阻為了消除引線電阻影響有3個(gè)或4個(gè)）。五、熱電阻溫度計(jì)②鎧裝熱電阻感溫元件焊接到預(yù)先拉制好的與保護(hù)套管和絕緣材料組成一體的導(dǎo)線上，外面焊保護(hù)套管，感溫元件與保護(hù)套管間填絕緣材料，最后封頭。優(yōu)點(diǎn)：克服普通型熱電阻的響應(yīng)慢、耐振性和堅(jiān)固性差的缺點(diǎn)。③薄膜型熱電阻用真空鍍膜法將純金屬直接蒸鍍于絕緣的基片上而制成的。外形有棒狀和片狀。特點(diǎn)：體積小，靈敏度高，響應(yīng)速度快。五、熱電阻溫度計(jì)金屬熱電阻使用的特點(diǎn)：與熱電偶相比，同種溫度下輸出信號(hào)大，易于測量；測量熱電阻的阻值必須借助外加電源，熱電偶能輸出熱電勢可直接進(jìn)行測量；熱電偶需要冷端溫度補(bǔ)償，熱電阻不需要；熱電偶測溫上限高，但在低溫區(qū)熱電阻測溫較好。五、熱電阻溫度計(jì)37熱電阻是一種測溫度的傳感器，與熱電偶一樣都是溫度傳感器，但是他和熱電偶的區(qū)別主要在于：■信號(hào)的性質(zhì)：熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻產(chǎn)生正的或者是負(fù)的阻值變化；而熱耦，是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，他隨溫度的改變而改變?！鰷囟确秶簝煞N傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱阻一般檢測0-150度溫度范圍，最高測量范圍可達(dá)600度左右（當(dāng)然可以檢測負(fù)溫度）.熱偶可檢測0-1000度的溫度范圍（甚至更高）所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。熱電阻和熱電偶的區(qū)別：五、熱電阻溫度計(jì)38■從材料上分，熱阻是一種金屬材料，具有溫度敏感變化的金屬材料，熱耦是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個(gè)不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差?！鰺犭娮铚y溫原理是根據(jù)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測量的，常用的有鉑電阻(Pt100、Pt10)、銅電阻Cu50（負(fù)50-150度）。熱電偶測溫原理是基于熱電效應(yīng)來測量溫度的，常用的有鉑銠-鉑（分度號(hào)S）、鎳鉻-鎳硅（分度號(hào)K）、鎳鉻-康銅（分度號(hào)E）、鉑銠30-鉑銠6（分度號(hào)B）。熱電阻和熱電偶的區(qū)別：五、熱電阻溫度計(jì)典型非接觸式測溫

高溫測量中應(yīng)用最廣泛，主要應(yīng)用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。 任何物體處于絕對零度以上時(shí)，都會(huì)以一定波長電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。 測量時(shí)，只需把溫度計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)對準(zhǔn)被測物體，而不必與物體接觸，因此可以測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并不會(huì)破壞物體的溫度場。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達(dá)到被測物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。 非接觸測溫儀表分類：光學(xué)高溫計(jì)、輻射式溫度計(jì)六、非接觸式測溫計(jì)典型非接觸式測溫-輻射測溫

①不會(huì)破壞被測溫度場，可實(shí)現(xiàn)遙測和運(yùn)動(dòng)物體溫度的測量；②測量元件不必與被測對象有相同的溫度，測量上限可不受感溫元件熔點(diǎn)限制；400℃~2000℃③不必和被測對象達(dá)到熱平衡，故儀表的反映速度快，適于快速測量；④靈敏度高、精確度好，用于接觸式測溫儀表無能為力的地方。測溫原理基于物體的熱輻射能量（強(qiáng)度）隨其溫度的變化而變化的特性來檢測其溫度的。輻射測溫的特點(diǎn)：六、非接觸式測溫計(jì)

精密光學(xué)高溫計(jì)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測試；

標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測定中使用。光學(xué)高溫計(jì)可用來測量800～32000C的高溫。由于采用用肉眼進(jìn)行色度比較，所以測量誤差與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。光學(xué)高溫計(jì)測量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測對象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。典型非接觸式測溫-光學(xué)溫度計(jì)

六、非接觸式測溫計(jì)非接觸式溫度計(jì)：應(yīng)用點(diǎn)-電路系統(tǒng)通過電路系統(tǒng)的發(fā)熱檢測，可以判斷散熱系統(tǒng)的工作效能及器件選用是否合理。電源變壓器發(fā)熱狀況電源模塊六、非接觸式測溫計(jì)非接觸式溫度計(jì)：應(yīng)用點(diǎn)-電路芯片芯片表面溫度一般要求在120℃以下，超過則會(huì)影響芯片的使用壽命，造成產(chǎn)品電路運(yùn)行受阻；同時(shí)其他元器件也有相應(yīng)的溫度限制。顯示器主芯片發(fā)熱狀態(tài)六、非接觸式測溫計(jì)非接觸式溫度計(jì)：應(yīng)用點(diǎn)-管道檢測紅外熱像儀可以方便地查看管道的保溫隔熱層有無損壞，或是否有泄漏的隱患。問題：哪些行業(yè)關(guān)注管道檢測？六、非接觸式測溫計(jì)測溫儀表的選用1.選用原則1）精度符合誤差要求；2）操作方便、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理，統(tǒng)一品種與規(guī)格；3）量程略大于實(shí)測范圍（90％）；4）高溫：熱電偶；低溫：熱電阻；