第三章第二节热电阻温度测量.

二、烟道中烟气温度的测量
烟道的管径很大，为减少套管的导热误差和向周围环境的 辐射误差方法有①在测温元件外围加热屏蔽罩；②采用抽气 的办法加大流速，增强对流换热，减少辐射误差。 孔板是为了 测量抽气流 量，以计算 测量处流速 带来的误差
三、非接触法测量物体表面温度 用辐射式温度计测温时，测温仪表不接触被测物 体，但必须注意使用条件和安装要求，以减少测量误 差。提高测量准确性的措施有以下几个方面： 合理选择测量距离：应满足仪表的距离系数=测量距离/视场直径的要
一、辐射测温原理 普朗克定律（黑体辐射的光谱分布定律）——绝对黑体
（黑体）的单色辐射强度E0λ与波长λ及温度T的关系：
维恩位移定律——单色辐射强度的峰值波长λm与温度T之
间的关系： 说明不同温度下黑体的单色辐射强度按波长的分布有峰值； 温度升高时，辐射强度最大值的对应波长向短波方向移动。
绝对黑体的全辐射定律——在λ=0～∞的全部波长范围内对
？与热电偶结构形式有何异同
与热电偶外型相同，只是内部不同：感温元件不同；接线盒 内部的接线座不同（热电偶2个，热电阻为了消除引线电阻影 响有3个或4个）。
②铠装热电阻
感温元件焊接到预先拉制好的与保护套管和绝缘材
料组成一体的导线上，外面焊保护套管，感温元件与 保护套管间填绝缘材料，最后封头。 优点：克服普通型热电阻的响应慢、耐振性和坚固 性差的缺点。
R1
E
uA
R2
R 2( R 4 r ) R1r Rt R1
R4
r
r
Rt
r
若R1 R 2
R2R4 则Rt R1
导线电阻 r 对测量无影响
金属热电阻使用的特点

与热电偶相比，同种温度下输出信号大，易 于测量； 测量热电阻的阻值必须借助外加电源，热电 偶能输出热电势可直接进行测量； 热电偶需要冷端温度补偿，热电阻不需要； 热电偶测温上限高，但在低温区热电阻测温 较好
温度计的分类：
按物理性质分：
物质的热膨胀与温度的关系—固体膨胀温度计 （双金属）、液体膨胀温度计（玻璃水银）、气体膨胀 温度计（压力表式） 利用金属或半导体阻值与温度的关系—热电阻
（铂、铜等）
利用热电效应—热电偶（两种不同金属导体在两个
端点上互相接触，当其两个接点温度不同时，回路中会 产生热电势）
工作原理： 例： 采用晶体管组合集成 方法制成的集成温度传感 利用半导体器件的温度特性：基极 -发射极之间的正 器的原理图，利用了两个 向压降随温度的升高而减少，故将 PN结晶体管作感温 发射极面积不同的晶体管 元件，并且与有关电子线路集成化，构成集成温度传 基极-发射极电压差于温度 感器。 成线性关系的特性。 分类：晶体管组合集成的方法不同，可制成电压输 当 R、m一定时，输出电流与 出或电流输出的集成温度传感器。 温度有良好的线性关系。 注意：集成温度传感器在工作时，必须与被测物体有 集成温度传感器工作温度为 良好的接触，其响应速度取决于热接触的条件。 -55～150℃，外接电压5～ 30V。
典型非接触式测温
辐射(radialization)测温
测温原理 主要内容： 基于物体的热辐射能量（强度）随其温度的变化而 辐射测温仪表的基本组成和常用方法 变化的特性来检测其温度的。 辐射测温仪表 —光电高温计、辐射温度计、比色温度 辐射测温的特点： 计的原理及特点、组成或分类 ①不会破坏被测温度场，可实现遥测和运动物体温度的测量；
③薄膜型热电阻
用真空镀膜法将纯金属直接蒸镀于绝缘的基片上而
制成的。外形有棒状和片状。
特点：体积小，灵敏度高，响应速度快。
4、热电阻引线方式 引线方式有二线制、三线制和四线制三种。 ①二线制——简单、费用低，带来附加误差。
②三线制——一端接两根导线，另一端 接一根导线。将引线接入两个桥臂， 可消除电阻影响，提高测量精度。 ③四线制——两端各连两根导线，其中两 根导线提供恒流源，热电阻上的压降通 过另外两根导线接测量仪表。当测量端 的电流很小时，可消除引线电阻对测量 的影响，用于高精度检测。 思考题：热电阻测温与热电偶测温有什么不同？**
分类
•按制造材料分成金属热电阻和半导体热电阻 •按是否有国家统一的标准分度表分为标准化和非标准化 •按用途分为工业用的、精密的和标准的热电阻 •按结构分为普通的、铠装的和薄膜热电阻
薄膜型及普通型铂热电阻
小型铂热电阻
防爆型铂热电阻
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
一、金属热电阻
1、材料选择要求
E0λ积分。
式中σ为史蒂芬-玻尔兹曼常数。
★实际物体辐射能力低于黑体，称为灰体。通常用 黑度系数来表示灰体的相对辐射能力。黑度系数定
义为同一温度下灰体和黑体的辐射能力之比，用符
号ε表示，其值在0～1之间。ελ代表单色辐射黑 度系数，ε代表全辐射黑度系数。则普朗克定律和 全辐射定律可以修正为：
二、辐射测温仪表的基本组成及常用方法 基本组成：光学系统、检测元件、转换电路和信号处理
②铜热电阻 使用范围：为-40～140℃，R0选用50Ω和100Ω两种， 分度号分别为Cu50和Cu100。 特点：铜热电阻线性较好，价格低，电阻率低，因 而体积较大，热响应慢，可作测量区域平均温度的感 温元件。
电阻与温度的关系为：
3、热电阻结构 普通型、铠装型和薄膜型
①普通型热电阻
电阻丝采用无感绕法 （两线圈电流流向相 反，电感互相抵消） 绕在绝缘支架上。图 b所示。
用于震动，腐蚀等场合
铠装热电偶 多 点 (只 )热 电 偶 耐磨热电偶 吹气热电偶 特 殊 热 电 阻
恒 温 室 ,冷 藏 库 等 高压管道和设备 轴承、轴瓦表面温度 油品平均温度
室温热电阻 高压热电阻 微型热电阻 油罐平均温度计
特 殊 热 电 偶
反应器、精化炉等煤层温度 用于磨损性强的场合 H2 浓 度 >5% ， 温 度 >870℃
利用物体的辐射能与温度的关系—辐射温度计
（辐射能与温度存在一定的关系，如光电高温计）
3.2.2 热电阻(thermo-resistance)测温
测温原理 利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性。 特点
优点：金属热电阻稳定性高、互换性好、准确高；信号可 远传、灵敏度高、无需参比温度。
缺点：需要电源激励、有自热现象，影响测量精度。
热电阻传感器测流速
E R1
A
R2
Rt 2
Rt1、Rt 2 —— 热电阻 R1、R2 —— 平衡电阻
介质流动使热电阻的热量耗散量为Q
RW
Rt1
V
V 0 当管道流体平均流速为零时（流体静止）电桥平衡 V 0 流体的流动使Rt1温度降低阻值减小,电桥失衡,
电流表有输出与流体流速相关。
集成温度传感器
求
减小发射率影响 --设法提高目标的发射率： 改善表面粗
糙度；涂耐高温的高发射率涂料；表面适度氧化。
减小光路传输损失：（窗口的吸收；光路阻挡；气、烟、尘的吸收）
可选择特定的工作波长，加装吹净装置或窥视管等。
减低背景辐射影响：（杂散辐射、透射辐射和反射辐射）可加遮光罩、
窥视管或选择特定的工作波长等。
第3章 温度检测
温度（temperature）是工业生产过程中的主要工 艺参数之一。
主要内容：
测温方法及温标
接触式测温----热电偶*、热电阻*、集成温度传
感器 非接触式测温----辐射测温原理、辐射测温仪表 光纤温度传感器---液晶、荧光、半导体光纤温度 传感器及光纤辐射温度计 测温实例
指示地点Biblioteka 就地集中 一 般-200 ~ +150℃
热电阻
-50 ~ +150℃ -200 ~ +150℃ 0 ~ +300℃ 0 ~ +600℃
特 殊
远 传
0 ~ +1600℃
测量范围
热电偶
0 ~ +1100℃ 0 ~ +1400℃
测量范围
-200 ~ +650℃
0 ~ +1600℃ >+2000℃
0 ~ +1600℃
①电阻与温度变化成单值连续关系，最好是线性；
②有尽可能大的电阻温度系数；电阻温度系数为：
③电阻率大，减小元件尺寸，减小惯性；R0很重要； ④在测温范围内物理化学性质稳定； ⑤复现性好，复制性强，是易得到高纯物质，价格廉。
＊目前使用较多的热电阻材料为铜、铂。
2、工业热电阻 ①铂热电阻 使用范围：为-200～850℃，0℃电阻值R0选用10Ω 和100Ω两种，分度号为Pt10和Pt100。 特点：铂热电阻的精度高，体积小，测温范围宽， 稳定性好，再现性好，但是价格较贵。 电阻与温度的关系为：
采用三线制或四线制测量电路，可以克服长连接导 线的电阻在环境温度变化时造成测量误差 。 注意：为了避免热电阻中流过电流时产生加热效应， 在设计电桥时要使流过热电阻的电流尽量小些,一般 要求小于10mA。
三线式电桥连接法
r：电桥电源；2r：相邻臂 平衡：R1( Rt r ) R 2( R 4 r )
测温仪表的选用
1.选用原则 1）精度符合误差要求； 2）操作方便、运行可靠、经济合理，统一品种与规格 3）量程略大于实测范围（90％）； 4）高温：热电偶；低温：热电阻 5）保护套管的耐压等级＞管线或设备的耐压等级
选用原则示意图
温度仪表 操作条件
精度高 一般 现场
<+50℃ 测量范围 性能特点
液体温度计 压力表式温度计 双金属温度计 铜电阻 铂电阻 铜－康铜 镍铬－康铜 镍铬－镍硅 铂铑－铂 铂铑－铂铑 辐射温度计
被测 对象 光学 系统 检测 元件 参考 光源 图4-11 辐射测温仪表主要组成框图 转换 电路 信号 处理