最新9 温度检测技术 (2)
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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
➢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
(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。
◆ 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
2021/2/12
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第9章 温度检测技术
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：
9 温度检测技术 (2)
第9章 温度检测技术
➢ 温度是国际单位制给出的基本物理量之一， 它是工农业生产、科学试验中需要经常测量 和控制的主要参数。
➢ 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部 分子无规则热运动剧烈程度的标志。
➢ 温度与人们日常生活紧密相关。
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
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。
第9章 温度检测技术
当 200t0℃时 R t R 0 1 A t B t 2 C t 3 t 1 0 0
当 0t850℃时 R t R 0 1 A t B 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℃
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。
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Baidu Nhomakorabea
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。
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
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
9.2.3 热电偶
热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器 ★热电偶具有以下特点：
结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可 测局部温度和便于远距离传送与集中检测。
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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
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
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)
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
当 50t150℃时 R t R 01 A t B t2 C t3
第9章 温度检测技术
铜电阻和热敏电阻测温
➢ 热敏电阻的缺点： ①阻值与温度的关系非线性严重； ②元件的一致性差，互换性差； ③元件易老化，稳定性较差； ④除特殊高温热敏电阻外，绝大 多数热敏电阻仅适合0～150℃范 围，使用时必须注意。
➢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
➢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
(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。
◆ 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
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第9章 温度检测技术
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：
9 温度检测技术 (2)
第9章 温度检测技术
➢ 温度是国际单位制给出的基本物理量之一， 它是工农业生产、科学试验中需要经常测量 和控制的主要参数。
➢ 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部 分子无规则热运动剧烈程度的标志。
➢ 温度与人们日常生活紧密相关。
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
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。
第9章 温度检测技术
当 200t0℃时 R t R 0 1 A t B t 2 C t 3 t 1 0 0
当 0t850℃时 R t R 0 1 A t B 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℃
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。
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Baidu Nhomakorabea
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。
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
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
9.2.3 热电偶
热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器 ★热电偶具有以下特点：
结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可 测局部温度和便于远距离传送与集中检测。
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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
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
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)
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
当 50t150℃时 R t R 01 A t B t2 C t3
第9章 温度检测技术
铜电阻和热敏电阻测温
➢ 热敏电阻的缺点： ①阻值与温度的关系非线性严重； ②元件的一致性差，互换性差； ③元件易老化，稳定性较差； ④除特殊高温热敏电阻外，绝大 多数热敏电阻仅适合0～150℃范 围，使用时必须注意。