温度测量方法

温度测量方法

温度是度量物体热平衡条件下冷热程度的物理量〃它反映了物体内部微粒无规则运动的平均动能〃是国际单位制中的7个基本物理量之一。由于在很多情况下〃不能直接测量〃故是种特殊量。自然界中〃很多物质的物理属性以及众多的物理效应均与温度有关〃因此人们利用他们随温度的变化规律来间接测量温度。根据感温元件与被测介质接触与否〃温度测量方法可分为：接触式和非接触式。接触式测温方法是通过传导、对流和辐射等传热方式感受被测介质的温度。此方法虽然简单、方便〃但其间的热阻及感温元件的热惯性都会影响测温的迅速、准确。非接触式测温法的感温元件不与被测物体相接处〃目前最常用的是辐射法〃它直接利用被测对象的辐射能与温度的对应关系来测量其温度。与接触式测温方法相比〃非接触式测温法具有如下优点：1、动态响应快。2、适合特殊场合。3、测温范围理论上无上限〃其下线也随技术发展在向中低温扩展。由于非接触式测温法必须获得被测量对象的热辐射强度〃因此存在以下缺点：1、受中间介质影响大。2、接收到的辐射能常常不能直接得出被测对象的实际温度〃需要进行修正。对应于两种测温方法〃测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类：接触式仪器又可分为：膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。非接触式温度计又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计〃由于它们都是以光辐射为基础〃故也按统称为辐射温度计。热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触〃不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量〃某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬）〃最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单〃使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成〃而且不受大小和开头的限制〃外有保护套管〃用起来非常方便。1、热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B 焊接起来〃构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时〃两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。2、热电偶的种类及结构形成（1）热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶〃它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶〃一般也没有统一的分度表〃主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起〃热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产〃并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作〃对它的结构要求如下：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘〃以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

3、热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时）〃而测温点到仪表的距离都很远〃为了节省热电偶材料〃降低成本〃通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内〃连接到仪表端子上。必须指出〃热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极〃使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上〃它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响〃不起补偿作用。因此〃还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配〃极性不能接错〃补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

4、热电偶类型：铂铑10-铂热电偶（S型）铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶〃其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金〃其

中含铂90%〃含铑10%〃负极（SN）为纯铂。它的长期最高使用温度为1300℃〃短期最高使用温度为1600℃。S型热电偶在热电偶系列中准确度高〃稳定性好〃测温温区宽〃使用寿命长〃它的物理、化学性能良好〃热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好〃适于氧化和惰性气氛中。它的不足之处是热电势、热电势率较小〃灵敏度低〃高温下机械强度差〃对污染很敏感〃材料昂贵。铂铑13-铂热电偶（R型）铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶〃其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金〃其中含铂为87%〃含铑为13%〃负极（RN）为纯铂〃长期使用最高温度为1300℃〃短期使用最高温度为1600℃〃R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当〃国外英、美等国研究发现R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶好〃R型热电偶不足之处与S型热电偶类似。铂铑30-铂铑6热电偶（B型）铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶〃其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金〃其中含铑量30%〃负极（BN）也为铂铑合金〃含铑量为6%〃该热电偶长期最高使用温度为1600℃〃短期最高使用温度为1800℃。B型热电偶的准确度高〃稳定性能好〃测温温区宽〃使用寿命长〃测温上限高〃它适用于氧化性和惰性气氛中〃也可短期用于真空中〃但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶的参考端一般不须用补偿导线进行补偿〃这是因为在0～50℃范围内其热电势小于3μm。B型热电偶不足之处是热电势率更小〃灵敏度更低〃高温下机械强度下降〃抗污染能力差〃贵金属材料昂贵等。镍铬-镍硅热电偶（K）型镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶〃正极（KP）的名义化学成分为：Ni∶Cr=90∶10〃负极(KN)的名义化学成分为：Ni∶Si=97∶3〃其使用温度范围为-200～1300℃。K型热电偶具有线性度好〃热电动势较大〃灵敏度较高〃稳定性和均匀性较好〃抗氧化性能强〃价格便宜等优点〃能用于氧化性、惰性气氛中〃但是它不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。镍铬硅-镍硅热电偶（N型）镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶〃是一种最新国际标准化的热电偶〃正极（NP）的名义化学成分：Ni∶Cr∶Si=84.4∶14.2∶1.4〃负极（NN）的名义化学成分为：Ni∶Si∶Mg=95.5∶4.4∶0.1〃其使用温度范围为-200～1300℃。N型热电偶具有线性度好〃热电动势较大〃灵敏度较高〃稳定性和均匀性较好〃抗氧化

性能强〃价格便宜〃不受短程有序化影响等优点〃其综合性能优于K型热电偶〃缺点是在高温下不能直接用于硫〃还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。镍铬-铜镍（康铜）热电偶（E型）镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶〃是一种廉金属热电偶〃其正极（EP）为镍铬10合金〃化学成分与KP 相同〃负极（EN）为铜镍合金〃名称化学成分为55%铜〃45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素〃该热电偶的使用温度为-200～900℃。E型热电偶电动势之大〃灵敏度之高属所有热电偶之最〃宜制成热电堆〃测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏〃宜于湿度较高的环境。E型热电偶还具有稳定性好〃抗氧化性能优于铜-康铜〃铁-康铜热电偶〃价格便宜等优点〃能用于氧化性、惰性气氛中〃缺点是不能直接在高温下用于硫或其他还原性气氛中〃热电均匀性较差。铁-铜镍（康铜）热电偶（J型）铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又叫铁-康铜热电偶〃是一种价格低廉的廉金属热电偶〃它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁〃负极（JN）是铜镍合金〃其名义化学成份为55%的铜和45%的镍以及少量但却十分重要的钴、铁、锰等元素〃尽管它也叫康铜〃但却不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜〃故不能用EN或TN来替换。铁-康铜热电偶覆盖测量温区为-210℃～1200℃〃但常用的温度范围为0℃～750℃。J型热电偶线性度好〃热电动势较大〃灵敏度较高〃稳定性和均匀性较好〃价格便宜〃它可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中〃但正极铁在高温下氧化较快〃故使用温度受到限制〃不能无保护直接在高温下用于硫化气氛中。铜-铜镍（康铜）热电偶（T型）铜-铜镍热电偶（T型热电偶）〃又叫铜-康铜热电偶〃是一种最佳的测量低温的廉金属热电偶〃正极（TP）是纯