3第三章过程检测仪表：温度检测仪表2013定稿2次课

3.2 热电阻温度计 工业热电阻多采用三线制接法。
型号 性能及输入/输出点数
8路电压（电流）信号的测量并提供配电功能，支持冗余
8路热电偶（毫伏）信号的测量并提供冷端补偿功能，支
AI711-S
AI721-S AI731-S
热电偶输入模块
持冗余
8路热电阻（电阻）信号的测量并提供二、三、四线制接
热电阻输入模块
检测技术
温度检测仪表
3.1 温度检测的基础知识

国际温标 ›› ITS-90


基准仪器及温度范围 3He和4He蒸气压温度计 0.65～5.0 K 3He、4He 定容气体温度计 3.0～24.5561 K 13.8033～1234.93 K 基准铂电阻温度计 1234.96 K以上 光学或光电高温计 同时对插补公式也进行了修改
检测技术
t
Rf R' RW R R' w ¥ A + +
E
RW RW
uo
检测技术
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3.2 热电阻温度计

温度检测电路

三线式热电阻测温电路 还可以采用单臂工作的第一 对称不平衡电桥。当采用仪 表放大器时， 可以消除导 线等效电阻 对电桥供电 R 电源的影响。 t
R RW RW
R'
E Rf w ¥ A + +
RW
R'
uo
检测技术
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3.2 热电阻温度计

温度检测电路

四线式热电阻测温电路 测量精度依赖于恒流电路输出 电流的调整， 采用线性好 的恒流源电 RW 路。
RW t R RW RW
— I R R
Rf w ¥ A + + Rf uo
检测技术
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模块名称
模拟信号输入模块
检测技术
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3.2 热电阻温度计

不平衡电桥的分析与设计

电桥的输出形式
电压输出/电流输出 等效电路
RTH RL ～ ETH
被测量
检测技术
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3.2 热电阻温度计

不平衡电桥的分析与设计

电桥的工作方式

考虑灵敏度 考虑非线性 考虑负载上的有效功率（电流输出） 电源功率和元件耗散功率

温度检测仪表分类
测温方法 测温种类和方法 玻璃液体 膨胀式 双金属 液体 压力式 气体 铂电阻 热电阻 铜电阻 半导体热敏电阻 热电效应 热电偶 辐射式 测温范围/℃ 100～600 80～600 40～200 100～500 260～850 50～150 50～300 200～1800 0～3500
口，支持冗余
8路电流信号的输出功能，支持冗余 16路无源触点或有源（24V）触点输入，支持冗余 16路晶体管输出及单触发脉宽输出，支持冗余
AO711-S DI711-S
模拟信号输出模块 数字信号输入模块
DO711-S
数字信号输出模块
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3.2 热电阻温度计 工业热电阻多采用三线制接法。

热电阻的接线方式 热电阻的端子有三种不同的连接方式： 二线式、三线式和四线式。 二线式适用于印制电路板上，测量回 路与传感器不太远的情况。 在距离较远时，为消除引线电阻受环 境温度影响造成的测量误差，需要采 用三线式或四线式接法。
B A
t
R B B A A
t
R B B
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3.1 温度检测的基础知识

热力学温标


物理学家开尔文（Kelvin）根据卡诺热机原理提出了热 力学温度，单位为 K。 热力学温标是以热力学第二定律为基础的理论温标，建 立和使用相当繁杂的，很不方便。
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3.1 温度检测的基础知识

国际温标



第一个国际温标是 1927 年第七届国际计量大会决定采 用的温标，称为“ 1927 年国际温标”，记为 ITS-27。 国际温标的三要素是固定点、标准器和内插方式。 此后大约每隔 20 年进行一次重大修改，相继有 ITS-48、 其具体内容是： IPTS-68 和 EPT-76 、ITS-90。国际温标做重大修改的原 1）确定一些可复现的平衡态（定义固定点）的给定温度 因，主要是由于温标“三要素”发生变化。 值——固定点。 ITS-90 是 1989 年 7 月第 77 届国际计量委员会批准的、 2）在这些温度固定点上分度的有关计量标准仪器 -标准器。 国际温度咨询委员会制定的新温标。从 1994-内插公式。 年1月1 3）确定各定义固定点温度间的计算公式 日起全面实行新温标。
自动检测技术及仪表
第三章
温度检测仪表
检测技术课程内容结构
检测技术
第一章检测技术与仪器基础
第二章检测元件与检测技术
第三章 过程检测仪表
温度检测仪表 物位检测仪表
压力检测仪表
流量检测仪表
其它检测仪表
第四章 现代检测技术简介
第二章内容回顾
检测技术
一、传感技术基础原理 二、检测装臵的信号变换方法 三、电参数检测元件 四、变换电路
10 1
标准 热电偶
标准光高温计
Pd
精度 / °C
0.1 0.01
Ag Au (凝固点)
(沸点) O2 0.00 (沸点) 1
H2
－250
－100
温度T / ° C
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3.1 温度检测的基础知识

国际温标 ›› ITS-90

各温标间的换算关系
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3.1 温度检测的基础知识
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3.2 热电阻温度计

温度检测电路

测量电路设计时的注意事项 自热误差 在使用热电阻测量时，电阻总要消耗一定的电功率，会造成 电阻值的变化。所以在使用中应尽量减小由于电阻器通电产 生的自热而引起的误差。一般是限制电流，规定其值应不超 过 6 mA。 引线电阻 用于测量的热电阻总要有连接导线，由于金属电阻本身的阻 值很小，所以引线的电阻值及其变化就不能忽略。
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3.2 热电阻温度计

温度检测电路

二线式热电阻测温电路 一般 R << R，此时
Rf R' R' w ¥ A + + R E
采用仪表放大器，具 有很高的输入阻抗和共 模抑制比。
t
R
uo
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3.2 热电阻温度计

温度检测电路

三线式热电阻测温电路 RW 是导线等效电阻，只要 导线对称，便可实现温度补 偿。接在电 源支路中的 导线等效电 阻对测量结 果影响较小。 R
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温度检测仪表
一、温度检测的基础知识 二、热电阻温度计 三、热电偶温度计 四、其它温度检测仪表
检测技术
温度检测仪表
3.1 温度检测的基础知识
温度检测的基础知识
温度与温标 温度检测仪表分类
热电阻温度检测技术
金属热电阻 温度检测电路
二线式、三线式、四线式
不平衡电桥
检测技术
按测温方法 按工作原理

温度检测仪表分类

检测技术
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3.1 温度检测的基础知识

温度的概念


温度是表示物体冷热程度的物理量。 从热平衡的观点来看，温度是物体内部分子无规则热运动剧 烈程度的标志。 温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体，其 内部分子的平均动能小。
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

铂热电阻 电阻值与温度的关系
检测技术
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3百度文库2 热电阻温度计

金属热电阻

铜热电阻 铜热电阻的统一型号为 WZC，其价格便宜、纯度高、复 制性好，电阻温度系数为 (4.25～4.28)×10-3Ω/℃，线性 特性仅次于铂和银，但比铂电阻有较高的灵敏度，常用来 做-50～150℃范围内的工业用电阻温度计； 目前国标规定的铜热电阻有 Cu50 和 Cu100 两种。 其缺点是电阻率较低、容易氧化，为此只能用在较低温度 和没有水份及腐蚀性的介质中。
接触式
非接触式
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

热电阻温度计可分为金属热电阻和半导体热敏电阻。 纯金属具有正的温度系数，可以作为测温元件。作为测温用 的热电阻应具有下列要求： 电阻温度系数大，以获得较高的灵敏度； 电阻率高，元件尺寸可以小； 电阻值随温度变化尽量是线性关系； 在测温范围内，物理、化学性能稳定； 材料质纯、加工方便和价格便宜等。
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3.1 温度检测的基础知识
热电阻温度检测技术
半导体热敏电阻
非线性修正 热电偶温度检测技术
热电效应
热电偶
基本定律
特点、结构、总电势、种类
冷端补偿、测量电路、安装
其他温度检测技术
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3.1 温度检测的基础知识

温度与温标


经验温标 热力学温标 国际温标
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3.1 温度检测的基础知识

温标的概念

温标是温度的数值表示法，用来度量物体温度高低的标尺。 包括：

温度数值化的规则和方法； 温度的测量单位。

经验温标、热力学温标、国际温标
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3.1 温度检测的基础知识

经验温标


借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法 或经验公式所确定的温标，称为经验温标。 有华氏、摄氏、兰氏、列氏温标等。 经验温标的缺点在于其局限性和随意性。
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3.1 温度检测的基础知识

国际温标 ›› ITS-90



ITS-90 的热力学温度仍记作 T， 为了区别于以前的温标， 用“T90”代表新温标的热力学温度，其单位仍然是 K。 1K 等于水三相点热力学温度的 1/273.16。 绝对温标规定水的三相点（水的固、液、汽三相平衡的 状态点）的温度为273.16K。 与此并用的摄氏温度记为 t90，单位是 ℃。T90 与 t90 的 关系仍是
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

铂、铜、铁和镍是常用的热电阻材料
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

铂热电阻 铂热电阻的统一型号为 WZP，其物理、化学性能非常稳定， 长期复现性最好，测量精度高。 主要用作标准电阻温度计。国际标准有 Pt100，测温范围为 -200～960℃，电阻温度系数为 3.9×10-3Ω/℃，0℃时电阻 值为100Ω。 但铂在高温下易受还原性介质污染，使铂丝变脆并改变电阻 与温度间的关系，因此使用时应装在保护套管中。
例如，若选用水银温度计作为温标规定的温度计，那么别的 物质（例如酒精）就不能用了。而且使用温度范围也不能超 过上下限（如0℃，100℃），超过了就不能标定温度了。
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3.1 温度检测的基础知识

经验温标


华氏温标：规定水的沸腾温度为 212 度，氯化铵和冰的混合 物为 0 度，这两个固定点中间等分为 212 份，每一份为 1 度， 记为 ℉。 摄氏温标：规定冰点为 0 度，水的沸点定为 100 度，将两个 固定点之间的距离等分为 100 份，每一份为 1 度，记为 ℃。
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

铜热电阻 电阻值与温度的关系
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

薄膜铂热电阻 一般铂热电阻的时间常数为几秒至几十秒，在测量表面温度 和动态温度时精度不高。 薄膜铂热电阻和厚膜铂热电阻的热响应时间特别短，一般在 0.1～0.3s，适用于表面温度和动态温度的测量。
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3.2 热电阻温度计

金属热电阻

热电阻的结构 通常由电阻体、绝缘体、保护套管和接线盒四部分组成。 一般是将电阻丝绕在云母或石英、陶瓷、塑料等绝缘骨 架上，固定后套上保护套管，在热电阻丝与套管间填上 导热材料即成。
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A t R
3.2 热电阻温度计

温度检测电路
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辐射温度计 热电偶(JIS R型) 热敏电阻(JIS) 白金电阻温度计(JIS) 标准白金电阻温度计
(SPRT) H2 O (三重点) 0 Sn Zn H2 O (凝固点) (沸点) 水的三重点(IPTS-68 定义的精度) 100 200 500 1000 2000
3.1 温度检测的基础知识
3.2 热电阻温度计

温度检测电路

热电阻的测量方法 恒压法：保持热电阻两端的电压恒定，测量电流的变化。 恒压法的电路简单，并且组成桥路就可进行温漂补偿。 但电流与铂热电阻的阻值变化成反比，当用于很宽的测 温范围时，要特别注意线性化问题。 恒流法：保持流经热电阻的电流恒定，测量两端的电压。 恒流法的电流与铂热电阻的阻值变化成正比，线性化方 法简便。但要获得准确的恒流源，电路比较复杂。