9 温度检测技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根据测温转换的原理，接触式测温可分为： 1、膨胀式(包括液体和固体膨胀式) 2、热阻式(包括金属热电阻和半导体热电阻) 3、热电式(包括热电偶和PN结)
第9章 温度检测技术
(本课程主要介绍接触式测温原理及方法)
★热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置
◆较普通的热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。
➢特点： 1、测量范围大都在-50℃～550℃内 2、用于温度测量或控制精度要求较低，不需自 动记录的场合。
第9章 温度检测技术
9.2.2 热阻式测温技术
➢ 基于热电阻原理测温是根据金属导体或半导体 的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转 换为电信号，从而达到测温的目的。
➢热电阻的材料：电阻率、电阻温度系数要大， 热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近 于线性；物理、化学性质要稳定，复现性好，易 提纯，同时价格尽可能便宜。
第9章 温度检测技术
9.2.2 热阻式测温技术
➢优点：信号灵敏度高、易于连续测量、可以远 传（与热电偶相比）、无需参比温度；金属热电 阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基 准仪表。 ➢缺点：需要电源激励、有自热现象（会影响测 量精度）以及测量温度不能太高。
➢常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导 体热敏电阻。
➢其它特点
接触式：结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉 非接触式：结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵
第9章 温度检测技术
各种温度检测方法及其测温范围
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
9.1 概述 9.2 接触式测温方法 9.3 辐射法测温
第9章 温度检测技术
9.2 接触式测温方法
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
概述
◆ 1624年温度计第一次正式在文献里出现。 ◆ 1654年意大利的一个公爵费迪南德二世做成了
一个真正不受气压影响的温度计
◆开尔文、牛顿等建立了各种温标: 绝对温标、摄氏温标、华氏温标
2021/2/21
②变换恒流源极性测量热电阻，可大大抑制热电势 的影响。
第9章 温度检测技术
铜电阻和热敏电阻测温
➢ 铜电阻
铜电阻(WZC)的电阻值与温度的关系几乎呈线性， 其材料易提纯，价格低廉；但因其电阻率较低 （仅为铂的1/2左右）而体积较大，热响应慢； 另因铜在250℃以上温度本身易于氧化，故通常 工业用铜热电阻（分度号分别为Cu50和Cul00） 一般其工作温度范围为-40℃～120℃。其电阻值 与温度的关系为：
由此可见，RTD的电阻值精确等 于U/I，与引线电阻无关。
第9章 温度检测技术
3.四线制测量原理
➢该测量原理的误差主要来自于恒流源的精度、电压 表的测量精度、引线的固有热电势。
➢可采用如下措施提高测量精度： ①在电流回路中加入一具有极低温度系数的高精密
电阻作为采样电阻，测量该采样电阻上的电压值VS进 而精确得到恒流源的电流值I，从而消除由于温漂、 失调等因素造成的恒流源误差；
铂电阻测温
➢热电阻的结构
第9章 温度检测技术
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
➢ 热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器。它是 热电阻的核心部分，由电阻丝及绝缘骨架构成。
➢ 作为热电阻丝材料应具备如下条件： ① 电阻温度系数大、线性好、性能稳定； ② 使用温度范围广、加工方便； ③ 固有电阻大，互换性好，复制性强。
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
➢ 铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻—温度关系呈 非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，
复现性好；在氧化性介质中，甚至高温下，其物 理、化学性质都很稳定。
➢ 目前工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10，其中 Pt100更为常用。
铂电阻测温
➢ 铂电阻与温度的关系
◆ 常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶、热电阻
●热电偶：将温度转换为电势之变化 ●热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化
2021/2/21
13
第9章 温度检测技术
9.2.1 热膨胀式测温方法
➢基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体 膨胀式和固体膨胀式两类。 ➢按膨胀基体可分成：液体膨胀式玻璃温度计、 液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双 金属温度计
6
第9章 温度检测技术
9.1.2 测温方法分类及其特点
➢根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常 可分成接触式和非接触式两大类。
第9章 温度检测技术
接触式与非接触式测温特点比较
➢测量条件
接触式：感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几 乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限 温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀 非接触式：知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分 照射到检测元件上
2.三线制测量电桥
第9章 温度检测技术
3. 四线制测量原理
RTD为被测热电阻，通过四根电 阻引线将热电阻引入测量设备中， 各引线电阻为RLEAD；恒流源I加到 RTD的两端，RTD另两端接入电压 表VM，由于电压表具有极高的输入 电阻（通常高于100 MΩ），因此流 经电压表的电流可忽略不计，VM两 端电压完全等于RTD两端的电压， 流经RTD的电流完全等于恒流源电 流I。
第9章 温度检测技术
当 200t0℃时 R t R 0 1 A t B t2 C t3 t 1 0 0
当 0t850℃时 R tR 01A tB t2
式中
R0——温度为零时铂热电阻的电阻值 R（t）——温度为t时铂热电阻的电阻值； A=3.90802×10-3℃ B=-5.8019×10-7℃ C=-4.27350×10-12℃
➢测量范围
接触式： 1200℃以下、热容大、无腐蚀性，对象的连续在线 测温 非接触式：从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大
第9章 温度检测技术
接触式与非接触式测温特点比较
➢精 度
接触式：通常为1.0、0.5、0.2及0.1级 非接触式：通常为1.0、1.5、2.5级
➢ 响应速度
接触式：慢，通常为几十秒到几分钟 非接触式：快，通常为2～3秒钟
百度文库
铂电阻测温
➢ 热电阻的引线形式
第9章 温度检测技术
• 热电阻的内引线是出厂时自身具备的引线，其功 能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。
• 热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种， 如图9-4所示。
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
1.两线制测量电桥
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
(本课程主要介绍接触式测温原理及方法)
★热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置
◆较普通的热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。
➢特点： 1、测量范围大都在-50℃～550℃内 2、用于温度测量或控制精度要求较低，不需自 动记录的场合。
第9章 温度检测技术
9.2.2 热阻式测温技术
➢ 基于热电阻原理测温是根据金属导体或半导体 的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转 换为电信号，从而达到测温的目的。
➢热电阻的材料：电阻率、电阻温度系数要大， 热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近 于线性；物理、化学性质要稳定，复现性好，易 提纯，同时价格尽可能便宜。
第9章 温度检测技术
9.2.2 热阻式测温技术
➢优点：信号灵敏度高、易于连续测量、可以远 传（与热电偶相比）、无需参比温度；金属热电 阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基 准仪表。 ➢缺点：需要电源激励、有自热现象（会影响测 量精度）以及测量温度不能太高。
➢常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导 体热敏电阻。
➢其它特点
接触式：结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉 非接触式：结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵
第9章 温度检测技术
各种温度检测方法及其测温范围
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
9.1 概述 9.2 接触式测温方法 9.3 辐射法测温
第9章 温度检测技术
9.2 接触式测温方法
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
概述
◆ 1624年温度计第一次正式在文献里出现。 ◆ 1654年意大利的一个公爵费迪南德二世做成了
一个真正不受气压影响的温度计
◆开尔文、牛顿等建立了各种温标: 绝对温标、摄氏温标、华氏温标
2021/2/21
②变换恒流源极性测量热电阻，可大大抑制热电势 的影响。
第9章 温度检测技术
铜电阻和热敏电阻测温
➢ 铜电阻
铜电阻(WZC)的电阻值与温度的关系几乎呈线性， 其材料易提纯，价格低廉；但因其电阻率较低 （仅为铂的1/2左右）而体积较大，热响应慢； 另因铜在250℃以上温度本身易于氧化，故通常 工业用铜热电阻（分度号分别为Cu50和Cul00） 一般其工作温度范围为-40℃～120℃。其电阻值 与温度的关系为：
由此可见，RTD的电阻值精确等 于U/I，与引线电阻无关。
第9章 温度检测技术
3.四线制测量原理
➢该测量原理的误差主要来自于恒流源的精度、电压 表的测量精度、引线的固有热电势。
➢可采用如下措施提高测量精度： ①在电流回路中加入一具有极低温度系数的高精密
电阻作为采样电阻，测量该采样电阻上的电压值VS进 而精确得到恒流源的电流值I，从而消除由于温漂、 失调等因素造成的恒流源误差；
铂电阻测温
➢热电阻的结构
第9章 温度检测技术
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
➢ 热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器。它是 热电阻的核心部分，由电阻丝及绝缘骨架构成。
➢ 作为热电阻丝材料应具备如下条件： ① 电阻温度系数大、线性好、性能稳定； ② 使用温度范围广、加工方便； ③ 固有电阻大，互换性好，复制性强。
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
➢ 铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻—温度关系呈 非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，
复现性好；在氧化性介质中，甚至高温下，其物 理、化学性质都很稳定。
➢ 目前工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10，其中 Pt100更为常用。
铂电阻测温
➢ 铂电阻与温度的关系
◆ 常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶、热电阻
●热电偶：将温度转换为电势之变化 ●热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化
2021/2/21
13
第9章 温度检测技术
9.2.1 热膨胀式测温方法
➢基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体 膨胀式和固体膨胀式两类。 ➢按膨胀基体可分成：液体膨胀式玻璃温度计、 液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双 金属温度计
6
第9章 温度检测技术
9.1.2 测温方法分类及其特点
➢根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常 可分成接触式和非接触式两大类。
第9章 温度检测技术
接触式与非接触式测温特点比较
➢测量条件
接触式：感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几 乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限 温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀 非接触式：知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分 照射到检测元件上
2.三线制测量电桥
第9章 温度检测技术
3. 四线制测量原理
RTD为被测热电阻，通过四根电 阻引线将热电阻引入测量设备中， 各引线电阻为RLEAD；恒流源I加到 RTD的两端，RTD另两端接入电压 表VM，由于电压表具有极高的输入 电阻（通常高于100 MΩ），因此流 经电压表的电流可忽略不计，VM两 端电压完全等于RTD两端的电压， 流经RTD的电流完全等于恒流源电 流I。
第9章 温度检测技术
当 200t0℃时 R t R 0 1 A t B t2 C t3 t 1 0 0
当 0t850℃时 R tR 01A tB t2
式中
R0——温度为零时铂热电阻的电阻值 R（t）——温度为t时铂热电阻的电阻值； A=3.90802×10-3℃ B=-5.8019×10-7℃ C=-4.27350×10-12℃
➢测量范围
接触式： 1200℃以下、热容大、无腐蚀性，对象的连续在线 测温 非接触式：从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大
第9章 温度检测技术
接触式与非接触式测温特点比较
➢精 度
接触式：通常为1.0、0.5、0.2及0.1级 非接触式：通常为1.0、1.5、2.5级
➢ 响应速度
接触式：慢，通常为几十秒到几分钟 非接触式：快，通常为2～3秒钟
百度文库
铂电阻测温
➢ 热电阻的引线形式
第9章 温度检测技术
• 热电阻的内引线是出厂时自身具备的引线，其功 能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。
• 热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种， 如图9-4所示。
铂电阻测温
第9章 温度检测技术
第9章 温度检测技术
1.两线制测量电桥
第9章 温度检测技术