测温元件选型

测温元件选型

目前工业上常用的测温方式主要区分为接触式测温和非接触式测温。

接触式测温常用的测温元件有：热电阻、热电偶、双金属。

?热电阻

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。

工业用热电阻一般采用Pt10,Pt100,Pt1000,Cu50,Cu100,目前Cu50,Cu100基本也已弃用，铂热电阻也以Pt100应用最为广泛，精度要求特别高的场合使用Pt1000，铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度，铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻和热电偶相比，其不需要补偿导线，而且比热电偶便宜。

热电阻接线有二线制、三线制、四线制：

二线制连接方式存在引线电阻无法消除的问题，特别是远距离传输时，导致测量误差大，这种接法只适用于测量精度较低的场合。

三线制连接方式在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线，这种方式与电桥配套使用，两根导线分别接在电桥的两个桥背上，另一根线接在电桥的电源上，消除了引线电阻的误差。三线制连接方式是最常用的热电阻连接方式。

四线制连接方式在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。这种接线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于要求高精度的温度测量场合。

?热电偶

热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成：温差电势和接触电势。

温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生的电势也不相同，而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时，因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。

目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N，E，J和T，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏度，其中B，R，S属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵

金属热电偶，而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。

B型热电偶：铂铑30－铂铑6，温度范围0～1600℃（短期内可用到1800℃）；

R型热电偶：铂铑13-铂，温度范围0～1300℃；

S型热电偶：铂铑10－铂，温度范围0～1300℃（短期内可用到1600℃）；

K型热电偶：镍铬－镍硅，温度范围-200～1200℃（短期内可用到1800℃）；

N型热电偶：镍铬硅－镍硅镁，温度范围-200～1300℃（短期内可用到1800℃；

E型热电偶：镍铬－康铜，温度范围-200～750℃（短期内可用到900℃）；

J型热电偶：铁--康铜热电偶，温度范围-210～1000℃；

T型热电偶：铜－康铜，温度范围-200～350℃（短期内可用到400℃）。

热电偶的信号传输需要补偿导线来进行传递，不同分度号的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离热源，从而使参比端温度稳定。

热电阻、热电偶是温度测量中应用最广泛的远传信号温度器件。结构有两种，普通型和铠装型。

?双金属温度计

双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80℃-+500℃范围内液体蒸汽和气体介质温度。工业用双金属温度计主要的元件是一个用两种或多种金属片叠压在一起组成的多层金属片，利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的。是基于绕制成环性弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀时，带动指针旋转，工作仪表便显示出热电势所应的温度值。

?接触式测温元件在选型时主要考虑插深、材质、过程连接、输出信号。

插深影响测量精度；材质选择主要看被测介质腐蚀性强弱、测量腐蚀性较强的介质一般

采取保护管衬氟的防腐措施；过程连接影响安装；输出信号决定信号采集模块或者二次表选型。

非接触式测温主要以红外测温仪为主。

红外测温仪的测温原理基于一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性、辐射能量的大小及其按波长的分布，与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的基础。当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

选择红外测温仪可分为三个方面：

（1）性能指标方面

如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等；环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；其他选择方面，如使用方便、维修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响。

（2）确定测温范围

测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波较好。

（3）确定目标尺寸

红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。相反，如果目标大于测温仪的视场，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。?确定光学分辨率（距离系灵敏）

光学分辨率由D与S之比确定，是测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，测温仪的成本也越高。

?确定波长范围

目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.18～1.0mm 波长。其他温区可选用1.6mm、2.2mm和3.9mm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用1.0mm、2.2mm和3.9mm（被测玻璃要很厚，否则会透过）波长；测量玻璃内部温度选用5.0mm波长；测低区区选用8～14mm波长为宜；再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43mm波长，聚酯类选用4.3mm或7.9mm波长。厚度超过0.4mm选用8～14mm波长；又如测火焰中的CO2用窄带4.24～4.3mm波长，测火焰中的CO用窄带4.64mm波长，测量火焰中的NO2用4.47mm波长。

?确定响应时间

响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。但并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

?环境条件考虑

测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应加以考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。当烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信号，双色测温仪是最佳选择。在噪声、电磁场、震动或难以接近环境条件下，或其他恶劣条件下，光纤双色测温仪是最佳选择。

在环境条件恶劣复杂的情况下，可以选择测温头和显示器分开的系统，以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出形式。

?红外辐射测温仪的标定

红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。如果所用的测温仪在使用中出现测温超差，则需退回厂家或维修中心重新标定。

近年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断提高，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。