第十二章 温度测量

两种不同的金属导体A 两种不同的金属导体A和B组成一个闭合回路时， 组成一个闭合回路时， 若两个结合点的温度不同， 若两个结合点的温度不同，则在回路中就有电 流产生，这种现象称热电效应 热电效应， 流产生，这种现象称热电效应，相应的电势称 热电势。两种不同金属A、Ｂ组成的闭合回路 热电势。两种不同金属A、Ｂ组成的闭合回路 称为热电偶，Ａ、Ｂ称为热电极， ，Ａ、Ｂ称为热电极 称为热电偶，Ａ、Ｂ称为热电极，两电极的连 接点称为接点。测温时置于被测温度场Ｔ 接点称为接点。测温时置于被测温度场Ｔ的接 点称为热端 另一端称为冷端 热端， 冷端。 点称为热端，另一端称为冷端。
• 热电阻 热电阻是利用导体或半导体的电阻随温 热电阻是利用导体或半导体的电阻随温 度变化的特性测量温度的 的特性测量温度的。 度变化的特性测量温度的。用金属或半导 体材料作为感温元件的传感器， 体材料作为感温元件的传感器，分别称为 金属热电阻和热敏电阻。 金属热电阻和热敏电阻 注意： 注意：热电阻三引线制
热电偶的冷端温度补偿 利用热电偶测温时， 利用热电偶测温时，热电势不仅与热端温 度有关，而且也与冷端温度有关。为了使热 度有关，而且也与冷端温度有关。为了使热 电势仅是热端温度的单值函数，必须使冷端 电势仅是热端温度的单值函数，必须使冷端 温度保持不变。 温度保持不变。但实际应用中有时冷端离热 源很近，易受测量对象和环境温度波动的影 源很近， 使冷端温度难以保持恒定。 响，使冷端温度难以保持恒定。为此可采用 下述措施消除冷端温度波动的影响。 下述措施消除冷端温度波动的影响。 1.冷端恒温法 1.冷端恒温法 2.补偿导线法 2.补偿导线法
测量平均温度
R
R
R
ET
E1
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t1
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t3
特点：当有一只热 特点： 电偶烧断时， 电偶烧断时，难以 觉察出来。当然， 觉察出来。当然， 它也不会中断整个 测温系统的工作。 测温系统的工作。
ET t0 E1 E2 E3
t1
t2
t3
优点：热电动势大， 优点：热电动势大，仪 表的灵敏度大大增加， 表的灵敏度大大增加， 且避免了热电偶并联线 路存在的缺点， 路存在的缺点，可立即 可以发现有断路。 可以发现有断路。 缺点： 缺点：只要有一支热电 偶断路， 偶断路，整个测温系统 将停止工作。 将停止工作。
常用补偿导线
6. 热电偶测温线路
特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用， 特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但 只能是同一分度号的热电偶， 只能是同一分度号的热电偶 ， 且冷端应在同一温 度下。如热电偶正向串联， 可获得较大的热电势 度下。如热电偶正向串联， 输出和提高灵敏度；在测量两点温差时， 输出和提高灵敏度 ； 在测量两点温差时 ， 可采用 热电偶反向串联； 热电偶反向串联 ； 利用热电偶并联可以测量平均 温度。 温度。
• 热电偶 • 热电偶是工业中使用最为普遍的接触式测 热电偶是工业中使用最为普遍的接触式测 温装置。它具有测温范围大，性能稳定， 温装置。它具有测温范围大，性能稳定， 信号可远距离传输等优点，而且结构简单， 信号可远距离传输等优点，而且结构简单， 使用方便。热电偶将热能直接转化为电能， 使用方便。热电偶将热能直接转化为电能， 并输出直流电压信号，记录、 并输出直流电压信号，记录、显示和传输 都很容易。 都很容易
热电偶测温原理： 热电偶测温原理： E(总）＝f(A,B,T,T E(总）＝f(A,B,T,T0) 固定时，E(总）＝f(T 当A,B, T0固定时，E(总）＝f(T0) E(总 呈单值函数，一一对应。 T0与E(总）呈单值函数，一一对应。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热电偶的基本定律 中间（连接） 1. 中间（连接）导体定律 2. 中间温度定律 3. 标准电极定律 热电势的测量 热电偶产生的热电势在毫伏级范围， 热电偶产生的热电势在毫伏级范围，通常 用动圈式仪表、电位差计、 用动圈式仪表、电位差计、数字电压表等进 行测量。 行测量。
查分度表得E（ ， ） 由T0=30查分度表得 （30，0）=1.2mv， 查分度表得 ， 根据中间温度定律 中间温度定律得 根据中间温度定律得: E(T,0)=E(t,30)+E(30,0) =39.17+1.2 =40.37mV 查表得：实际温度为 查表得：实际温度为977℃ ℃
S型(铂铑 铂)热电偶分度表 型 铂铑10-铂 热电偶分度表 铂铑
习题与思考题
简述热电偶产生热电势的条件是什么? 1. 简述热电偶产生热电势的条件是什么? 用镍铬-镍硅热电偶测量炉t 室温为20℃ 20℃时 2. 用镍铬-镍硅热电偶测量炉t，室温为20℃时，从 毫伏表读出的热电势为29.17mV 29.17mV， 毫伏表读出的热电势为29.17mV， 问加热炉的温 是多少? 对应700℃) 度t是多少? (29.17mV 对应700℃) 简述热电偶冷端温度补偿的各种方法的特点? 3. 简述热电偶冷端温度补偿的各种方法的特点? 什么是标准热电偶?常用的标准热电偶有哪几种， 4. 什么是标准热电偶?常用的标准热电偶有哪几种， 各有何特点? 各有何特点? 5. 试述热敏电阻的三种类型、它们的特点及应用范 试述热敏电阻的三种类型、 围。 试比较热电阻温度传感器和热电偶各有何特点? 6. 试比较热电阻温度传感器和热电偶各有何特点? 简单说明选择哪一种方法测量下列装置的温度。 7. 简单说明选择哪一种方法测量下列装置的温度。 (a)一罐水 (b)熔化的铁水 (c)内燃机上的部件 一罐水， 熔化的铁水， 内燃机上的部件。 (a)一罐水，(b)熔化的铁水，(c)内燃机上的部件。
按照测温方法的不同，热电式传感器分为接触式 按照测温方法的不同，热电式传感器分为接触式 和非接触式两大类。 和非接触式两大类。 两大类 接触式测温应用广泛，但对被测温度场有干扰， 接触式测温应用广泛，但对被测温度场有干扰， 常用的接触式热电传感器包括：膨胀式温度计、 常用的接触式热电传感器包括：膨胀式温度计、 热电阻温度计（金属电阻和热敏电阻） 热电偶等 热电阻温度计（金属电阻和热敏电阻）及热电偶等。 非接触式的特点是传感器不与被测对象相接触， 非接触式的特点是传感器不与被测对象相接触， 而是基于物质的热辐射进行热交换， 热辐射进行热交换 而是基于物质的热辐射进行热交换，可实现远距离 测量。由于不会干扰被测对象的温度分布， 测量。由于不会干扰被测对象的温度分布，而且热 惯性小，响应速度快，测温范围较大。 惯性小，响应速度快，测温范围较大。 常用的非接触式热电传感器包括：辐射温度计、 常用的非接触式热电传感器包括：辐射温度计、 红外测温仪等 红外测温仪等。
第十二章
温度测量
第一节 概述
常用测温方法、 表12.1 常用测温方法、类型及特点
第二节 热电阻
第三节 热点偶
在实际测量中， 在实际测量中，不可能也没有必要单独测量 接触电势和温差电势， 接触电势和温差电势，而只需要用仪表测量 总的热电势 热电势。 总的热电势。
测量两点间温度差（反向串联） 测量两点间温度差（反向串联）
t1
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复 习
学习要点： 学习要点：
–1． 热电式传感器的类型及特点 1 –2． 热电阻的工作原理及测量电路 2 –3． 热电偶的工作原理、测量电路及冷端温度 热电偶的工作原理、 3 补偿方法
热电式传感器是一种将温度变化转换为电 热电式传感器是一种将温度变化转换为电 温度变化转换为 的装置。 量的装置。 它是利用某些材料或元件的性能随温度变 它是利用某些材料或元件的性能随温度变 的特性来进行测量的。 化的特性来进行测量的。例如将温度变化转 换为电阻、热电动势、热膨胀、 换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的 变化， 变化，再通过适当的测量电路达到检测温度 的目的。 的目的。