5温度测量仪表

第五章 温度测量仪表

第一节 概述

在化工生产中温度是个最常见和非常重要的物理参数。由于物体的很多物理及化学性质都与温度有关，很多生产过程都必须在适当的温度下才能进行，因此，对温度进行精确的测量和控制十分重要。

一、概念

1、 什么是温度？

温度是反映物体冷热程度的一个状态参数，也可以说是对物体冷热程度的一种度量。

2、 温标：是温度的数值表示方法，是温度的标尺。常用温标有摄氏温标（℃）、

华氏度（℉）和凯氏温标（K ）三种，且℃＝5/9 (℉-32)；℉=9/5 ℃+32；℃=K-273.15。

二、测温仪表的分类

测温仪表根据其在使用时感温元件是否与被测介质直接接触，可分为接触式和非接触式两大类：

第二节 热电阻

热电阻温度计的测温原理是根据导体(或半导体)的电阻值随温度变化而变化的性质，再用显示仪表把电阻值的变化显示出来。

工业使用热电阻可检测-200~+500℃范围的温度，其使用特点是：测量精度高，尤其适用于低温测量；常用热电阻有铂、铜热电阻。

一、热电阻的材料

用作热电阻的材料必须具有以下性质：

①具有较大的电阻温度系数；②电阻率要大；③电阻与温度近于线性关系；④热容量小；⑤物理化学性质稳定；⑥易加工、复制性强，价格便宜。

二、铂热电阻。

1、 铂的纯度：是用电阻比R 100/R 0来表示；R 100是铂在标准大气压下，水的沸点

时阻值；R 0是铂在水三相点的电阻值。

2、 连接方式：采用三线制连接，目的是在与电桥构成测温仪表时，可从减小一、

二次仪表间连接导线因环境温度变化而引起的测量误差。

三、热电阻的测温原理。

热电阻阻值随温度的变化关系式：R t =R 0〔1+∝0(t-t 0)〕；

R 0—温度为t 0时的电阻值；∝0—温度为t 0时的电阻温度系数。

测温仪表

接触式

非接触式 膨胀式

压力表式 热电阻式： 热电偶式： Pt10、Pt100 B 、S 、K

、E 、T 液体膨胀式： 固体膨胀式：

水银温度计 双金属温度计 光学高温计 辐射高温计 比色高温计

热电阻测量的温度的变化，通过测量电路(平衡电桥)转换成相应的电压信号，经放大器放大后，指示或记录被测介质的温度。

第三节热电偶

热电偶温度计使用范围广，可以完成-100~1600℃范围内的温度测量，且便于远距离传送与集中检测。

一、测温原理：

E AB(T,T0)=E AB(T,0)－E AB(T0,0)

式中E AB(T,0)—工作端温度为T时的电势值；E AB(T0,0)—冷端温度为T0时的电势值；E AB(T,T0)—热电偶在工作端温度为T，自由端温度为T0时输出的电势值。

1、热电偶组成：由两种不同材料的导体焊接而成，其中焊接的一端为热电偶工作

端(热端)；与导线连接的一端为自由端(冷端)。

2、热电效应：在两种不同的导体或半导体组成的闭合回路中，当两个接点所处的

温度不同时，回路中就会产生电动势(热电势)，该现象叫做电效应热电现象。

3、热电势组成：由接触电势和温差电势组成。

①接触电势：两种不同的导体，由于它们具有不同的电子密度，在两导体的接

触面上形成了静电场，产生电动势，即接触电势。

②温差电势：同一材料导体由于其两端温度不同而产生的热电势，即温差电势。

二、电偶基本定律：有三条基本定律，即均质导体定律、中间导体定律和中间温度定律。

1、均质导体定律：一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路，不管其截面积如何

及温度的分布如何，都不产生热电势。

2、中间导体定律：不同导体组成的闭合回路，当各接触点的温度都相同时，则回

路中热电势的总和等于零。

3、中间温度定律：接点温度为T1、T3的热电偶，其热电势等于接点温度分别为

T1、T2和T2、T3两支同性质热电偶的热电势的代数和。该定律为补偿导线把

热电偶的冷端移到温度恒定的地方提供了理论依据。

三、热电偶材料。

1、特性要求：

①物理、化学稳定性高；

②电导率高；

③电阻温度系数小；

④产生的热电势大，且与温度成线性关系；

⑤复现性好。

2、热电偶种类：常用的有以下六种。

①B型：铂铑30—铂铑6简称双铂铑。正极为含铂70%、铑30%的铂铑丝；

负极也为含铂94%、铑4%的铂铑丝。

其特性是：热电子表性能稳定，精度高，适用于氧化性和中性介质中测温，测

温区宽，使用寿命长，参考端不须用补偿导线进行补偿。

②S型：铂铑10—铂热电偶。正极为含铂90%、铑10%的铂铑合金；负极为

纯铂。

其特性是：准确度最高，稳定性最好。

③K型：镍铬—镍硅热电偶。正极为Ni:Cr=90:10的镍铬合金；负极为

Ni:Si=97:3镍硅合金。

其特性是：复制性好，热电势大，化学性质稳定，使用率高。

④E型：镍铬—铜镍(康铜)热电偶。正极镍铬10合金，负极为铜镍合金。

其特性是：热电势、灵敏度最高，可用于测量微小温度变化。

⑤T型：铜—铜镍(康铜)热电偶。正极为纯铜，负极为铜镍合金。

其特性是：可测量低温，在-200~0℃内使用，稳定性好。

⑥铠装热偶：是将热电偶丝、绝缘材料组装在金属套管内，经模具多次拉制

的整体。

其优点是：热响应时间短、抗震等。

四、热电偶冷端温度补偿：

1、补偿必要性：热电偶产生热电势与热端、冷端间的温度有关，且只有冷端温度

为零或恒定不变的情况下，热电势才是被测温度的单值函数，热电偶的分度表

也是以其冷端温度为0℃时为条件的。而实际中，冷端不是0℃同时也不是恒

定不变的，故而应对热电偶冷端进行补偿，以消除测量误差。

2、补偿方法：

①补偿导线法：应用一种热电特性相近的补偿导线作为热偶的延长线，从而

达到热偶冷端的延伸。

②冷端温度校正法：在冷端温度恒定不变的情况下，可以用计算方法加以修

正，即E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)，E(T,0)为被测介质实际温度热电势；E(T,T0)

为测量值温度热电势；E(T0,0)为冷端热电势。

③补偿电桥法：将由电阻温度系数较大的热电阻(铜电阻)构成的不平衡电桥

串联在热电偶测量回路中，通过热电阻电压变化值来补偿冷端温度变化而

引起的热电势变化。

第四节温度显示仪表

用来接收热电偶或电阻体的测量信号，用于显示被测介质温度值。可分为：模拟式、数字式和图象显示三大类。

模拟式：用指针或纪录笔等形式，通过偏转角或位移量模拟显示。

有动圈式温度指示仪、电子电位差计、电子平衡电桥等。

数字式：将被测温度直接通过数字的形式显示出来。如数字式显示仪等。

图象式：以图形、字符、曲线等方式，用屏幕对被测温度进行显示。如无纸记录仪等。

一、电子电位差计：

1、组成：由热电偶、测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机等组成。

2、测量原理：基于电压补偿原理工作的。热电偶感测的热电势和不平衡桥路输出的电

势值作比较，并将偏差信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变测量桥路的输出电势值，最终使仪表处于平衡状态而显示被测温度。

二、电子平衡电桥：

1、组成：热电阻、平衡电桥、放大器等。

2、测量原理：基于平衡电桥原理工作的。即热电阻感测的电阻值与平衡桥路的桥臂阻

值作比较，打破原来桥路的电阻平衡关系，产生相应的偏差电势信号送至放大器，使可逆电机带动可调电阻的滑动触点动作，来改变桥路的桥臂电阻，从而使仪表桥路牌新的平衡状态而显示被测温度。

习题集

1、常用的温标有几种？它们之间的关系如何？

答：常用温标有摄氏温标(℃)、华氏温标(℉)和凯氏温标(K)三种；华氏温标和摄氏温标关系是：℃＝5/9 (℉-32)，℉=9/5 ℃+32；凯氏温标和摄氏温标关系：℃=K-273.15。

2、试简述摄氏温标，华氏温标和凯氏温标对温度表示的不同处是什么？

答：摄氏温标(℃)又称百分温标，它把标准大气压下冰的融点定为零度(0℃)；把水的沸点定