温度测量方法讲解

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