温度类仪表培训资料

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•3. 回路总电 •由导体材势料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如
果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电 势：
•NAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；
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•优点是小型化（直径从 12mm到0.25mm）、寿命、 热惯性小，使用方便。 测 温 范 围 在 1100℃ 以 下 的有：镍铬—镍硅、镍
铬—考铜铠装式热电偶。
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•3．快速反应薄膜热电偶
•用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上
而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.01～
动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在
1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西
拜克效应。
•回路中所产生的电
•A
动势，叫热电势。
•T
•B
•T0 热电势由两部分组
•热端
•自由
•热电偶原理图 端
成，即温差电势和 接触电势。
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•1. 接触电势
•A
•+
•1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示， 其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度 的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项 平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16 K，这 是建立温标的惟一基准点。
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•注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即 温度间隔1K=1℃。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。 。
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•2．国际实用温标
•为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上协商决定， 建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使 用方便、容易实现的温标，即国际实用温标International Practical Temperature Scale of 1968(简称IPTS-68)，又称国际温标。
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•2. 中间导体定律
•一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它 们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的 热电势的代数和为零。
•如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则
• E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0
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•T
•A
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•2. 温差电势
•T
o
•A
•eA(T,T o)
•T •温差电势原理图
•eA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势； •T，T0——高低端的绝对温度；
•σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温
差电动势，例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃。
•t=T-273.15 ℃
•4．华氏温标
•T=t+273.15 K
•目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度， 水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏 一度，符号用℉，它和摄氏温度的关系如下：
•m=1.8n+32 ℉
•n= 5/9 (m-32) ℃
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• （二）常用热电偶的结构类型
• 1．工业用热电偶
• 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶
丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验 室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。
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•1 •2 •3
•4
•工业热电偶结构示意图
•1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶
•★热电偶的工作原理 •★热电偶回路的性质
•★热电偶的常用材料与结构
•★冷端处理及补偿
•★热电偶的选择、安装使用和校验
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• 一、热电偶的工作原理
•两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回
路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则
在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电
•- •B
•T •eAB(T)
•eAB(T)——导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势； •e——单位电荷， e =1.6×10-19C；
• k——波尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ；
•NA、NB ——导体A、B在温度为T 时的电子密度。
•接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
•Q1——热源给予热机的传热量
• Q2——热机传给冷源的传热量
•如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量 来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点为 273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确 定了，即T=273.16(Q1/Q2)。
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•只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶； 相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同 一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。
•只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同 时才能有热电势产生。
•导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温
度 有 关 。 如 果 使 EAB(T0)= 常 数 ， 则 回 路 热 电 势 EAB(T ， T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利
用热电偶测温的原理。
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•对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度 分别为T1、T2 、 …、Tn ，冷端温度为零度的热电势。 其
• 二、热电偶回路的性质
•1. 均质导体定律
•由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存 在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之， 如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电 偶必须采用两种不同材料作为电极。
•σA 、 σB——导体A和B的汤姆逊系数。
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•eAB(T )•T
•A •eA(T,T0) •B •eB(T,T0)
•eAB(T0) •T0
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•根据电磁场理论得
•由于NA、NB是温度的单值函数
•EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-
•在工程应用中，常用C=实g(验T )的方法得出温度与热 电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得：
工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一半左 右。
•因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。
•温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种 类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最 快的传感器之一。
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• 一、温度的基本概念
•热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。 •分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈 程度。
•根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位 计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温 度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接
入的方式见下图所示。
•E
•T0
•T0
•T
•T0
•E
•T1
•T1 •T
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•电位计接入 热电偶回路
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•三、热电偶的常用材料与结构
•热电偶材料应满足： 物理性能稳定，热电特性不随时间改变； 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐 蚀； 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小； 便于制造； 复现性好，便于成批生产。
•T
•C
•B
•T
•三种不同导体组成的热电偶回 温度类仪表培训资料
•两点结论：
• l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如
图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相
同温度T0之中，此回路的总电势不变，即
•EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2） •同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度
丝
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• 2．铠装式热电偶（又称套管式热电偶）
• 断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套
管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分 为四种型式如图。
•1 •2 •3
•(a) •(b) •(c) •(d)
• •图3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图 • 1— 金属套管; 2—绝缘材料; 3—热电极 • (a)—碰底型; (b)—不碰底型; (c)—露头型; (d)—帽型
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2020/11/20
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•第一节 概 论
•温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度是与人类生活息息相关的物理量。
在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开 始使用温度传感器检测温度。
人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环 保等部门都与温度有着密切的关系。
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•3．摄氏温标
•是工程上最通用的温度标尺 。摄氏温标是在标准大气压(即 101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份 称为摄氏一度(摄氏度，℃)，一般用小写字母t表示。与热力学温 标单位开尔文并用。 • 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：
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•二. 温度传感器的分类及特点
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
•接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温 度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温 度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这 种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要 足够大。
•因0.l此μm，) 特别适用于对壁面温
度的快速测量。安装时,用粘
•4
结剂将它粘结在被测物体壁
面上。目前我国试制的有
铁—镍、铁—康铜和铜—康
铜三种,尺寸为 60×6×0.2mm; •1 绝缘基板用云母、陶瓷片、
玻璃及酚醛塑料纸等；测温 范围在300℃以下；反应时间 仅为几ms。
•2
•3
•快速反应薄膜热电偶 •1—热电极; 2—热接点; •3—绝缘基板; 4—引出线
•非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红 外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较 高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量； 不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反 应快等。
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•1.2 热电偶温度计
•温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普 遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准 确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转 换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固 体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测 量。
•能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理 量。
•表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。
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1热力学温标 2国际实用温标 3摄氏温标 4华氏温标
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•1．热力学温标
•1848年威廉·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度 仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出 来的，故又称开尔文温标，用符号K表示。它是国际基本单位制 之一 。 •根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2的冷 源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式
•EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) • = EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)] • = EAB(T，0)-EAB(T0，0)
• 热电偶的热电势，等于两端温度分别为T
和零度以及T0和零度的热电势之差。
•结论(4点)：
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•热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度 有关；与热电偶的长度、粗细无关。
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•四、冷端处理及补偿
•原因
热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证 输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒 定；
热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否 则会产生误差。
•方法
计算修正法 冰点槽法 零点迁移法 补偿电桥法 补偿导线法
T0之中，此回路的电势也为：
•EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）
•A •2
•C •3 •A
•第三种材料
•(a) •T •a 2
•T0 •EAB •a
•T0 •B
•T
1
接入热电偶
•T0
回路图
•(b) •T2
• C •2 •3
•EAB
•A
•T
1
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•T0
•B
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