3温度检测仪表
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温度检测及仪表全
热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合 回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点)，发现放 在回路中的指南针发生偏转（说明什么?)，如果用两盏酒精 灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明 什么？） 。
指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回 路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
一、热电偶
（1）.热电现象及测温原理 热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
测量端
A
(工作端、
热端)
B
热电势
热电极B
右端称为：
自由端
(参考端、 冷端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
(1).热电现象及测温原理
热电势的产生
– 不同金属具有不同的电子密度；
– 两种金属接触面因为电子的扩散作用而产 生电场；
膨胀式玻 双璃 金液 属体 : 8: 05~06~0060C0C
接触式压力式铂 蒸 液 气铑 汽 体 体
: 30 ~ 600C : 20 ~ 350C : 0 ~ 250C 铂 : 0 ~ 1600C
温度计
热 热电 电阻 偶： 镍 镍铂铬 铬:
镍硅 考铜
200 ~
: 50 ~ 1000C : 50 ~ 600C 600C、铜 : 50
三、温度测量仪表的种类
• 600ºC以上-------高温计 600ºC以下-------温度计
• 接触式、非接触式
四、温度测量的基本原理及方法
1、物体受热，体积膨胀 V--T 2、压力随温度变化 P--T 3、金属导体电阻随温度变化 R--T 4、热电效应原理 E--T 5、热辐射原理
常用温度计的种类及适用温度
温度测量仪表
由于电子器件的发展，便携式数字温度计已逐渐得到应用。它配有各种样式的热电偶和热电阻探头，使用比较方便灵活。便携式红外辐射温度计的发展也很迅速，装有微处理器的便携式红外辐射温度计具有存贮计算功能，能显示一个被测表面的多处温度或一个点温度的多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等。
此外，现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表，如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表；采用热象扫描方式的热象仪，可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图， 可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布，对于节能非常有益；另外还有利用激光，测量物体温度分布的温度测量仪器等。
目前，用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等，采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系，我们这里主要介绍铂电阻温度计。
铂是一种贵金属，它的物理化学性能很稳定，尤其是耐氧化能力很强，它易于提纯，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝，与铜，镍等金属相比，有较高的电阻率，复现性高，是一种比较理想的热电阻材料，缺点是电阻温度系数较小，在还原介质0
R100表示100℃时的电阻值；R0表示0℃时的电阻值
根据IEC标准，采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω（R0=10Ω）的铂电阻为工业用标准铂电阻，R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗，主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程：
Rt=R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] t表示在－200～0℃
4.温度测量仪表的测量方法
4.1热电阻温度仪表
热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。热电阻温度计的主要优点有：测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易于使用在自动测量中，也便于远距离测量。同样，热电阻也有缺陷，在高温（大于850℃）测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。
此外，现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表，如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表；采用热象扫描方式的热象仪，可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图， 可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布，对于节能非常有益；另外还有利用激光，测量物体温度分布的温度测量仪器等。
目前，用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等，采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系，我们这里主要介绍铂电阻温度计。
铂是一种贵金属，它的物理化学性能很稳定，尤其是耐氧化能力很强，它易于提纯，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝，与铜，镍等金属相比，有较高的电阻率，复现性高，是一种比较理想的热电阻材料，缺点是电阻温度系数较小，在还原介质0
R100表示100℃时的电阻值；R0表示0℃时的电阻值
根据IEC标准，采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω（R0=10Ω）的铂电阻为工业用标准铂电阻，R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗，主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程：
Rt=R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] t表示在－200～0℃
4.温度测量仪表的测量方法
4.1热电阻温度仪表
热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。热电阻温度计的主要优点有：测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易于使用在自动测量中，也便于远距离测量。同样，热电阻也有缺陷，在高温（大于850℃）测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。
温度检测方法及仪表PPT课件
例
用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势
为7.32 mv，求被测对象的实际温度t 。
解
由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv
则 E (t, 0) = E (t, t0)+E (t0, 0) = 7.32 + 0.113
= 7.434 mv
再查分度表得其对应的被测温度t = 808℃
温度检测方法及仪表
本 ➢温度检测方法
节 主
❖应用热膨胀测温
要
❖应用工作物质的压力随温度变化的原理测温
内
❖应用热电效应测温
容
❖应用热电阻原理测温
❖应用热辐射原理测温
➢温度检测仪表
❖热电偶温度计 ❖热电阻温度计 ❖温度变送器
温度检测方法及仪表
➢温度检测的基本知识
温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。
热敏电阻
（负温度系数热敏电阻 NTC ）
电阻温度系数约为铂电阻的4～9倍，且本身电阻值较高。半导体 热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。
温度检测方法及仪表
热电阻结构
6 5 4
温度检测方法及仪表
测温元件安装注意事项 插入深度要求 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管 道中心线5~10mm。 插入方向要求 保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插 入，正交90°也可，但切勿与被测介质形成顺流。
热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响 热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响
解决方法
把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方 造成浪费 选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线
现场仪表分类及各类仪表工作原理
现场仪表分类及各类仪表工作原理按照检测测量功能的不同，可以分为温度检测仪表、流量检测仪表、液位检测仪表和压力检测仪表。
1、温度检测仪表：按工作原理分膨胀式、热电阻、热电偶及辐射式；按测量方式分接触（双金属温度计、压力式温度计、热电阻、热电偶）和非接触（光学高温计、辐射高温计、红外测温（硫磺制硫炉）两类。
2、压力检测仪表：主要有应变式、霍尔式、电感式、压电式、压阻式、电容式。
常见有压力表、压力变送器等。
3、流量检测仪表：分节流式流量计（孔板、喷嘴、文丘里）、容积式流量计（转子式、刮板式、活塞式）、流体振动式流量计、电磁流量计、超声波流量计、转子流量计、质量流量计。
4、液位计检测仪表：分恒浮力式（浮球式、磁翻板、浮子钢带）和变浮力式液位计（浮筒液位计）。
差压式液位计（双法兰液位计）、电容式液位计（射频导纳）、超声波液位计（雷达）、放射性液位计（中子料位计）。
一、差压仪表的工作原理：节流式测量流量的方法是以能量守恒定律和流体流动连续性定律为基础的，充满管道的流体，当它们流过节流装置时，流体在节流装置处形成局部收缩，从而流速增加，静压力降低。
在节流装置前后产生了压差，流量越大压差也就越大，在一定的条件下，流量的平方与差压成正比。
二、质量流量计工作原理：科里奥利质量流量计,是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。
振荡驱动器放在直管部分的中间位置，当管中流体以一定速度流动时，由于驱动器作用，使管子分开或靠近, 当驱动器使管子分开时，在振点前的流体中产生的科里奥利力与振动力方向相反，减慢管子的运动速度；而在振点之后管中流体产生的科氏力与振动方向相同，加快管子的运动速度。
当驱动器使管子靠近时，则产生相反的结果。
传感器1、传感器2可测得两处管子运动的相位差，由此得到测量管中流体的质量流量，传感器将模拟信号传给转换单元处理，经质量、密度计算和温度修正后，得出正确值。
温度检测及仪表演示文稿
•铂铑10-铂热电偶(S):
测量范围-20-1300℃,短期可测1600℃。作标准偶。 •镍铬-镍硅热电偶(K):
测量范围-50-1000℃,短期可测1200℃。 •镍铬-考铜热电偶(XK):(镍铬-铜镍E)
测量范围-50-600℃,短期可测800℃。
第十四页，共51页。
(4). 热电偶的结构
按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。
• Δt -温度变化量； 测出电阻值变化,就可达到温度测量。
第二十九页，共51页。
2.工业常用热电阻
热电阻材料的要求:1)电阻温度系数.电阻率大; 2)热容量小;3)物理和化学稳定性高;
4)复现性好;5)电阻随温度的变化尽量成线性关系。
热电阻材料是铂(Pt)和铜(Cu)。
(1).铂电阻:在氧化性介质和高温下性质稳定,测量精度高。 在0~650℃范围内,电阻与温度的关系为：
= eAB(t)+ eBA(t0) = eAB(t)- eAB(t0) 可见,与没有接入第三种导线时总热 电势相等。
E(t,t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+eCA (t0)
若A.B.C组成闭合回路,各点温度为t0时, 则eAB(t0)+ eBC(t0)+eCA(t0)=0， eBC(t0)+eCA(t0)= -eAB(t0) E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0) 同理,如回路中串接多种导线,只要引线两
不同的热电偶所用的补偿导线也不同。 补偿导线的要求: 1) 在一定温度范围内(0-100℃)与所连接的热电偶具有相 2) 同的热电特性;
2) 廉价金属。
第二十一页，共51页。
使用补偿导线的注意事项:
测量范围-20-1300℃,短期可测1600℃。作标准偶。 •镍铬-镍硅热电偶(K):
测量范围-50-1000℃,短期可测1200℃。 •镍铬-考铜热电偶(XK):(镍铬-铜镍E)
测量范围-50-600℃,短期可测800℃。
第十四页，共51页。
(4). 热电偶的结构
按结构分为普通型、铠装型、表面型和快速型。
• Δt -温度变化量； 测出电阻值变化,就可达到温度测量。
第二十九页，共51页。
2.工业常用热电阻
热电阻材料的要求:1)电阻温度系数.电阻率大; 2)热容量小;3)物理和化学稳定性高;
4)复现性好;5)电阻随温度的变化尽量成线性关系。
热电阻材料是铂(Pt)和铜(Cu)。
(1).铂电阻:在氧化性介质和高温下性质稳定,测量精度高。 在0~650℃范围内,电阻与温度的关系为：
= eAB(t)+ eBA(t0) = eAB(t)- eAB(t0) 可见,与没有接入第三种导线时总热 电势相等。
E(t,t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+eCA (t0)
若A.B.C组成闭合回路,各点温度为t0时, 则eAB(t0)+ eBC(t0)+eCA(t0)=0， eBC(t0)+eCA(t0)= -eAB(t0) E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0) 同理,如回路中串接多种导线,只要引线两
不同的热电偶所用的补偿导线也不同。 补偿导线的要求: 1) 在一定温度范围内(0-100℃)与所连接的热电偶具有相 2) 同的热电特性;
2) 廉价金属。
第二十一页，共51页。
使用补偿导线的注意事项:
第3章第5节温度检测及仪表
热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
7
热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
8
或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
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(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
18
2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
5
双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
5
温度测量仪表知识培训
例 有一个实际的K型热电偶测温系统，配有K型热电偶的补偿导线，测量系统配有K型热电 偶的温度显示仪表（带补偿电桥）来显示被测温度的大小。设t=300℃,tc=50℃,t0=20℃, ①求测量回路的总电势以及温度显示仪表的读数②如果补偿导线为普通铜导线；或显示 仪表为E型热电偶的，则测量回路的总电势和温度的显示值又各是多少？
中国规定工业用铂电阻R0=10Ω和R0=100Ω,分度号为Pt10和Pt100
金属电阻 （2）铜电阻(WZC)
测温范围：-50~150 ℃。 铜电阻容易加工和提纯，线性较好，价格便宜。铜电阻的电阻值和 温度的关系可以表示为 Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3) Rt为温度在t ℃时铜电阻的电阻值；A、B、C为常数。 中国规定工业用铜电阻R0=50Ω和R0=100Ω,分度号为Cu50和Cu100
3. 多点式热电偶
▪ 适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位 置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。
3. 防爆型热电偶
▪ 防爆热电偶是利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等 部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接 线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却， 使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。
修正公式 (t,0) E(t, t0 ) E(t0 ,0)
被测温度 t 的热电势
冷端 t0的热电势
主要应用于实验室的测温，由于需要人工计算 、查表，不能应用 于生产过程的连续测温。
例 用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势
为7.32 mv，求被测对象的实际温度t 。 (已知: E (20,0 ) = 0.113 mv )
过程装备与控制工程--温度检测及仪表
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2400:05:1700 :05:17 October 24, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日上午1 2时5分 20.10.2 420.10. 24
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六上午1 2时5分 17秒00 :05:172 0.10.24
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月24日 星期六1 2时5分 17秒Sa turday , October 24, 2020
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创新突破稳定品质，落实管理提高效 率。20. 10.2420 20年10 月24日 星期六 12时5 分17秒2 0.10.24
第三章 检测技术
工作端（热端）t
A
自由端（冷端）t0
t
B
如果: NA>NB t>t0
则： EAB(t,t0)=EAB(t) －EAB(t0)
＋
t0 EAB(t,t0)
－
t0 = 0 ℃ E～t 关系表 （分度表）
第三章 检测技术
《过程设备控制技术》
2 、常用热电偶：
铂铑10— 铂：S 镍铬—镍硅：K 镍铬—铜镍：E 主要特点比较：
第三章 检测技术
《过程设备控制技术》
§3.4 温度检测 概述：
温度：表征冷热程度的物理量。
常用二种表示： 摄氏温标 t ( ℃ ) 凯氏温标 T （ K ）
T = t ＋273.15
工业常用的温度检测仪表：
热电偶温度计 热电阻温度计
第三章 检测技术 一、热电偶温度计：
第5章 温度检测及仪表
图5-6 热电偶原理示意图
1-工作端；2-热电极；3-指南针；4-参考端
两种不同材料的导体或半导体所组成的回路称为“热 电偶”，组成热电偶的导体或半导体称为“热电极”。置 于温度为T的被测介质中的接点称为测量端，又称工作端 或热端。置于参考温度为 的温度相对固定处的另一接点 T0 称为参考端，又称固定端、自由端或冷端。
3. 国际实用温标 国际实用温标又称为国际温标，是一个国际协议性温 标。它是一种即符合热力学温标又使用方便、容易实现的 温标。它选择了一些纯物质的平衡态温度（可复现）作为 基准点，规定了不同温度范围内的标准仪器，建立了标准 仪器的示值与国际温标关系的标准内插公式，应用这些公 式可以求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。 第一个国际实用温标自1927年开始采用，记为ITS-27 。目前国际实用温标定义为1990年的国际温标ITS-90。
热 电 阻
-200 ～600 -50 ～150 400 ～2000 700 ～3200 900 ～1700 0 ～3500 200 ～2000
测量精度高，便于远距离、多点 、集中测量和自动控制 测温时，不破坏被测温度场
不能测高温，需注意环境温 度的影响 低温段测量不准，环境条件 会影响测温准确度 易受外界干扰，标定困难
E AB (T , T0 )
e AB (T ) C (T )
（5-4）
它只与 eAB (T )有关，A、B选定后，回路总电动势就只是 温度 T 的单值函数，只要测得 eAB (T ) ，即可得到温度，这就 是热电偶测温的基本原理。
从上面的分析可知热电偶工作的两个基本条件：
(1) 如果组成热电偶的两电极材料相同，两接点温度 不同，热电偶回路不会产生热电势，即回路电动势为零。
温度仪表设备简介
温度仪表温度仪表采纳模块化结构方案，结构简单、操作便利、性价比高，适用于塑料、食品、包装机械等行业，也适用于需要进行多段曲线程序升/降温掌控的系统。
目录概述常见的型号种类选用安装方式安装注意事项故障维护技巧概述温度仪表是浩繁仪表中的一个分支，常见的温度仪表有温度计，温度记录仪，温度送变器等。
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。
通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、牢靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，帮需要肯定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。
非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。
温度仪表通常分一次仪表与二次仪表，一次仪表通常为：热电偶、热电阻、双金属温度计、就地温度显示仪等二次仪表通常为温度记录仪、温度巡检仪、温度显示仪、温度调整仪、温度变送器等常见的型号1、CIR2102、Ti103、de—30034、FlukeTi205、2560系列6、WRN—220（230）7、WRQ—1308、FLUKE*9、HY9000系列10、IR—AH11、WRNK—131612、DT—8869H13、CIR31014、TRM—WD12015、TES—130416、YK—11A种类智能温控仪表智能温控仪表由单片机掌控，可输入各种热电偶、热电阻或线性信号。
具有PV、SV值变送功能。
五种输出方式只须插上相应模块即可，正反掌控任意设置；性能高、质量好，低价格，供给了四种报警方式；手动自动切换。
主控有两位式、PID两种掌控方式。
智能温控仪表出厂前进行严格的测试，提高了仪表的牢靠性。
温控仪表常见的故障一般是操作或参数设置不当引起的。
温度检测类仪表知识简介
七、辐射高温计工作原理
（一）工作原理
概念：根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关 系设计制造的。
使用场合：它适用于冶金、机械、硅酸盐及化学工业部门中连续测 量各种熔炉、高温窖、盐浴池等场合的温度，以及用于其它不适宜装 置热电偶的地方，配合适当的显示仪表，可以指示、记录自动调节被 测温度。
换算关系:℃+32=(℉-32)/1.8
℃ =K-273.15
一、温度检测方式分类及基础知识简介
基础知识点2： 测温仪表的分类 按照测量方式的不同，温度检测仪表可分为接触式和非接触式两类 接触式仪表：感温元件与被测介质直接接触
1、玻璃式温度计
4、热电阻温度计
2、双金属温度计
5、热电偶温度计
3、压力式温度计
非接触式仪表：感温元件不与被测介质相接触
1、光学高温计
2、辐射高温计
二、热电阻工作原理
（一）测温原理
概念：利用金属导体的电阻值随温度变化而变化
优点：输出信号大，测量准确，适用于-200-500℃范围 热电阻温度计：由热电阻、电测仪表 (动圈仪表或平衡电桥)和连按导 线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半导体两种。目前应 用最广泛的是铂和铜，分度号Pt50铂电阻、分度号Pt100铂电阻和分度 号Cu50铜电阻、分度号Cu100铜电阻。 （二）常用热电阻
四、双金属温度计工作原理
（一）工作原理 双金属温度计的感温元件是由两层线膨胀系数不同的金属片叠焊在一 起制成的。 线膨胀系数大的金属片称为主动层,另一片则称为被动层,元件的一端 固定,另一端为自由端,当被测温度变化时,由于两层金属片的线膨胀系数 不同,自由端就会受组合力矩而变曲(或叫变形),其变曲率与组成双金属 片的材料的物理性能,长度为每层的厚度,温度有关,而与宽度无关.当温 度设计成后,双金属片的材料和几何尺寸确定,所以变曲率只与温度有关, 如果在自由端配备上传动机构,指针和以温度标示的刻度盘,这样就可以 直接显示出温度的示值。 （二）适用场合 双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测 仪表。双金属温度计可以直接测量各种生产过程 中的-80℃～+500℃范围内液体、蒸汽和气体介 质温度。