2温度检测技术及仪表

附表2—1 Pt100热电阻分度表
⑵ 铜热电阻
特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大， 而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。
在－50～150℃的温度范围内，铜热电阻与温度之间的关系为
Rt R0 (1 At Bt 2 Ct 3 )
目前，国内工业用铜热电阻的R0值有50Ω 和100Ω 两种，对应的分度号分别为 Cu50和Cu100，相应的分度表见附录二。
2.4.3 热电偶的种类与结构
2.4.3.1 标准化热电偶
E AB (T , Tn , T0 ) E AB (T , Tn ) E AB (Tn , T0 )
标准化热电偶热电势与温度之间的关系曲线
热电偶的分度表
2.4.3.2 非标准化热电偶：贵金属、贵-廉金属混合式、难熔金属、非金属热电偶
① 标称电阻值RH ④ 能量灵敏度G ② 耗散系数H ③ 热容量C
⑤ 时间常数τ
⑥ 额定功率PE
⑷ 热敏电阻的线性化 NTC的几种组合电路及其热电特性曲线：
2.3.3 热电阻温度传感器的应用
热电阻与测量电桥连接有二线制、三线制和四线制三种。
热电阻测温电桥的二线制接法
热电阻测温电桥的三线制接法
热电阻测温电桥的四线制接法
2.4.1 热电偶的测温原理
热电偶测温是基于热电效应。
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
热电势
热电极B
A
右端称为：
测量端
（工作 端、热 端）
自由端
（参考 端、冷 端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
⑴ 接触电势
e AB (T )
kT e
ln
NA NB
⑵ 温差电势
2.3.1.1 常用热电阻
⑴ 铂热电阻
优点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在 高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良
好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材
料相比，有较高的电阻率。 缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被
沾污变脆，价格较贵。
电阻温度关系式：
在－200℃ ~ 0℃范围内，铂的电阻温度关系为
Rt = R0 [ 1 + At + Bt2 + C( t－100 )t3 ] 在0 ~ 650℃范围内，其关系为
Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 )
目前，工业铂电阻的R0值有10Ω和100Ω两种，对应的分度号分别为Pt10和Pt100，其 分度表（给出阻值和温度的关系）见附录二。
优点：①热敏电阻的温度系数比金属大，约大4～9倍；②电阻率大，因此
可以制成极小的电阻元件，体积小；③结构简单、机械性能好。
热敏电阻可分为正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC)和临界温度系数 (CTR)三种类型。
⑴ 热敏电阻的主要特性
① 温度特性
② 伏安特性
⑵ 热敏电阻的结构
⑶ 热敏电阻的主要参数
用双金属片制成的温度计通常还被用作温度继电控制器、极值温度 信号器或某一仪表的温度补偿器
双金属温度信号器
2.2.3 压力式温度计
基于物质受热膨胀的原理测量温度。它不是靠物质受热膨胀后体积 变化来指示温度，而是靠在密闭容器中液体、气体或蒸气受热后压力的 变化来测温的。
组成：温包、毛细管和弹簧管。
内装工作物质 ： 气体式一般充
④ 快速微型消耗式热电偶。
2.4.4 热电偶的冷端温度补偿
在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为０℃，或者是进行一定 的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。
• 补偿导线
热电偶的补偿导线通常由补偿导线
合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。
在100℃（或200℃）以下的温度范围内， 补偿导线具有与所匹配的热电偶的热电 势标称值相同的特性。
2.4.4.4 电桥补偿法
2.4.4.5 二极管补偿法
2.4.4.6 集成温度传感器补偿法
利用高性能半导体温度传感器实现测温和补偿
2.4.4.7 软件补偿法
2.4.5 热电偶的选用
2.4.5.1热电偶的选型
⑴ 热电偶分度号的选择 主要针对常用工作温度、最高工作温度、使用气氛（氧化、还原、中性）等 使用条件。 ⑵ 热电偶结构形式的选择 ⑶ 插入深度选择 ⑷ 热电偶测量端形式的选择 ⑸ 接线盒的选用 ⑹ 连接方式的选择 ⑺ 特殊场合所用的热电偶的选择
补偿导线外形
A
B 屏蔽层 保护层
使用补偿导线时必须注意以下问题： ① 补偿导线只能用在规定的温度范围内（普通型小于100℃，耐热型小于200℃）；
② 补偿导线与热电偶的两个接点温度必须相同；
③ 不同型号的热电偶配有不同的补偿导线； ④ 补偿导线的正、负极分别与热电偶的正、负极相连； ⑤ 补偿导线的作用是将冷端迁移到温度恒定的地方。
e A (T , T0 ) dT
T0
T
⑶ 热电偶回路的热电势
E AB (T , T0 ) [ e AB (T ) e AB (T0 )] [ e A (T , T0 ) e B (T , T0 )] kT e ln N A (T ) N B (T ) kT0 e ln N A (T0 ) N B (T0 ) ( A B ) dT
《过程参数检测技术及仪表》
2 温度检测技术及仪表
内容安排：
2.1 概述 2.2 膨胀式温度计 2.3 热电阻温度计 2.4 热电偶温度计 2.5 辐射式温度计 2.6 光纤温度计 2.7 集成温度传感器 2.8 温度检测仪表的选用
2.1 概述
2.1.1 温度的基本概念
温度：表征物体冷热程度的物理量。是物体内部分
标准大气压下，氯化氨和冰的混合物为0华氏度，水的冰点为32华氏度，水 的沸点为212华氏度，在沸点和冰点两固定点中间等分180份，每份为1华氏度， 单位符号记为˚F。
2.1.2.2 摄氏温标
标准大气压下，水的冰点为0摄氏度，水的沸点为100摄氏度，中间划分 100等份，每份为1摄氏度，用符号t表示，单位符号记为℃。
子热运动平均动能的标志。 温度的测量方法：只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。
2.1.2 温标
温标：为了保证温度量值的统一和准确而建立起来的温度标尺。它规定了温 度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 温标三要素： 固定的温度点（即基准点）、 测温仪器、 温标方程。
2.1.2.1 华氏温标
国际温标规定以开尔文表示热力学温度，以K为单位，1K等于水三 相点热力学温度的1/273.16。
几种温标的对比
人体的 正常体温为 37 C ，相 当于华氏温 度多少度？
2.1.3 温度检测仪表分类
2.2 膨胀式温度计
膨胀式温度计：基于物质的热胀冷缩现象，通过测量物质的膨胀或收缩量来反 映被测温度的高低。
2.4.3.3 热电偶的结构
(1) 普通装配式热电偶
(a)：l—接线柱；2—接线座；3—绝缘套管；4—热电极 (b)：1—测量端；2—热电极；3—绝缘套管；4—保护管；5—接线盒
(2) 铠装型热电偶
(3) 高性能实体热电偶 (4) 其他热电偶 ① 薄膜热电偶； ② 热套式热电偶；
③ 高温耐磨热电偶；
2.4.2.2 中间导体定律
在由导体A、B组成的热电偶回路中接入第三种均质导体C，如果导体C的两端温度 相同，则第三种导体的接入不会改变热电偶的总电势EAB（T，T0）的大小。
（a）热电偶测温电路
（b）等效电路
2.4.2.3 标准电极定律
如果A、B对标准电极C的热电势已知，则A、B构成热电偶时的热电势为它们 分别对C构成热电偶时产生的热电势的代数和 。
热电阻温度传感器材料的选择标准：
（1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度； （2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；
（3）复现性要好；
（4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容量和热惯性 小，使得对温度变化的响应比较快； （5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数； （6）价格相对低廉。
E AB (T , T0 ) E AC (T , T0 ) ECB (T , T0 )
2.4.2.4 连接导体定律
在热电偶回路中，如果导体A、B分别与导线A‘、B’相接，接点温度分别为T、
Tn、T0，则回路总电动势等于热电偶热电动势和连接导线热电动势的代数和。
2.4.2.5 中间温度定律 热电极为Ａ、Ｂ的热电偶在接点温度Ｔ、Ｔ0时的热电势EAB（T，T0），等 于同一热电偶在接点温度为Ｔ、Ｔn和Ｔn、Ｔ0时的热电势EAB（T，Ｔn）和 EAB（Ｔn，T0）的代数和。
在使用热电阻测温时，应注意如下问题：
① 应根据测温范围及被测温度场气氛等因素选择热电阻的类型和规格 参数； ② 安装地点应避开加热源和炉门； ③ 热电阻最好垂直安装；
④ 热电阻的插入深度应大于其保护套管外径的8～10倍；
⑤ 使用中应保持电阻丝与保护套管之间具有良好的绝缘。
2.4 热电偶温度计
热电偶是一种将温度变化转换为热电势变化的温度检测元件。
氮气；液体式
一般充二甲苯 或甲醇；蒸气 式一般充有丙 酮、氯甲烷或
乙醚等。
2.3 热电阻温度计
利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。 优点：测温准确度高，信号便于传送。 缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线 的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。
2.3.1 金属热电阻温度计
2.1.2.3 热力学温标（绝对温标）
以水的三相点(固、液、气三相并存)作为273.16，将1/273.16定义 为1K。热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点为 273.15K，沸点为373.15K。注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相 差0.01K。