第二章温度检测

灯丝 2500 C
沸腾的水 100 C
熔化的冰 0 C
C
太阳表面 5000 C
火焰 1000 C
人体 37 C
冷藏食品 –20 C
中新社记者从中科院合肥物质科学研究院获悉，中国“人造太阳”EAST 物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间达102 秒的等离子体放电，标志着中国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前 列。EAST既定科学目标是实现1亿度1000秒的等离子体放电。
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2-4 电阻式温度计
电阻温度计：利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温度计 大多数金属在温度升高1 C 时电阻将增加0.4％～0.6％。 半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1 C ，电阻 约减小3％～6％。
一、热电阻变换器
根据这个原理，可以测量压力而知道温度大小。当感温包温度上升时,
饱和蒸汽压力急剧增加,因此这种温度计灵敏度高，响应快。环境温度变化 对毛细管内的蒸汽压力无影响，其压力由感温包的温度决定。
优点：感温包较小，毛细管可较粗，结构简单，价格便宜。
缺点：压力与温度的关系为非线性，表盘刻度不均匀，刻度误差较大，测量
t nK(t t0)
t 50 0.00016(200 80)
0.96C
式中：
△t 为温度修正值，被测温度的正确值为 t + △t
n为露出液柱所占的度数
t 50 0.00016(70 80)
t 为温度计示值或标定时露出部分的温度
0.08C
t0为辅助温度计测出的液柱露出部分的平均温度 K为工作液体的膨胀系数(水银 K≈0.00016/℃,有机液K ≈0.00124/℃)
铂电阻的测量精度和稳定性取决于所用铂的纯度。 铂的纯度以其100oC时的电阻R100与0oC时的电阻R0的 比值来表示。比值愈大，表示纯度愈高。对于标准铂 电阻温度计，规定比值不小于1.3925：工业用的铂电 阻温度计，比值为1.391
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类似于热电偶，也把热电阻值与温度的关系制成分度表，以便查用。与 热电阻配套的显示仪表的刻度也是根据分度表来确定的。
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2-2 压力式温度计
压力式温度计由于其抗振性好,价格便宜,被大量用在随机仪表盘或 控制台仪表盘上,用以监测发动机及其装置的运行状况。
根据密闭系统内工作介质不同，压力温度计可分为3类： 1.液体压力式温度计 液体压力式温度计密闭系统内充满液体 工质(如水银、甲醇)，利用液体体积随温度 变化的特性进行测温。由于液体工质的线膨 胀系数与温度呈线性关系，因此仪表盘刻度 均匀，缺点是感温包与弹簧之间高度差的变 化回带来静压误差，环境温度的变化也会导 致误差。测温范围为-40~200℃。
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膨胀室 刻度标尺
毛细管 感温包
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液体玻璃温度计分为全浸式和部分浸 入式两种。全浸是指测温时把液柱部分全 部浸入被测介质中。部分浸入是把温度计 浸入标志以下的部分插入被测介质中。
全浸式和部分浸入式相比较，全浸式 测量精度较高，故多用于实验室和标准温 度计，部分浸入式用于一般工业测温，部 分浸入式水银温度计常刻有校正时浸入量 的刻度，在使用时若室温和浸入量均与校 正时一致，所示温度是正确的。。
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四、温度测量 温度测量是内燃机、动力装置及其它热力系统测试的重要项目之一。
动力工程中常用的测温效应有以下几种： 第一种，物理状态的变化。如采用易熔合金测量零件温度。 第二种，化学状态的变化。如示温涂料。 第三种，物体体积的变化。如双金属温
度计、玻璃水银温度计及压力式温度计等。
导体的电阻值一般是温度的函数，因此，通过测量电阻也可以知道温度。 作为实际测温的热电阻变换器的材料要求有：
⑴较高的电阻温度系数； ⑵大的电阻率； ⑶稳定的物理化学性能； ⑷电阻与温度间为简单的函数关系； ⑸容易加工制造；
⑹互换性和复现性好等。 为此，现代工业上使用的热电
阻变换器材料只限于纯金属丝，铂 丝和铜丝用得最广泛。
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图5-17(b) 所示铂热电阻感温元件 是把铂丝绕在锯齿形云母片骨架上，然 后用两片无锯齿云母片夹住，再用绑带 扎紧。适用于500oC以下的温度测量。 图5-17(c)是一种石英玻璃圆柱做骨架的 铂热电阻。石英玻璃具有良好的绝缘和 耐高温的性质，因此适用于500oC以上 温度的测量。
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2.气体压力式温度计 气体压力式温度计的工作 原理是利用密闭系统内气体压 力随温度变化的特性。所充气 体通常为化学性质稳定、物理 性质接近理性气体的氮或氦。 其压力与温度也呈线性关系， 因此表盘刻度均匀。一般感温 包较大，且充气的原始压力较 高。测温范围为-80~550℃。
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2.铜热电阻 铜热电阻容易提纯和加工，价格便宜，有较高的电阻温度系数。电阻
与温度的关系是线性的。铜热电阻的主要缺点是电阻率小，因此体积大， 热惯性大。在150oC以上时易氧化，机械强度也显著下降，所以铜热电阻 只能在150oC以下工作。
2020/1四种，电性能变化。如热电阻 温度计、热敏电阻和热电偶等。
第五种，辐射能力的变化。如光 学高温计、红外辐射温度计
第六种，物体硬度的变化。如采 用硬度法测量高温零件温度。
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五、测温方法
按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非接触式两大类。 1. 接触式测温
使用时，如果全浸式温度计的液柱部 分不能全部浸入，部分浸入式温度计露出 部分的环境温度与标定时不一致，就会产 生测量误差，故必须进行修正。
可调电接点式水银温度计
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修正方法是用一个小的 辅助温度计度计测出露出液 柱部分的平均温度，如图所 示，并按下式估算温度修正 量t，即
接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行 充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参效的量 值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误 差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利 影响。
2、非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过
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1.铂热电阻 铂在氧化性介质中物理化学性能都非常稳定，能耐较高的温度，容易得
到高纯度的铂，有良好的复现性，电阻率较大，应用温度范围宽，并且测量 精度高，在国际实用温标中，在-259.34～630.74OC温度范围内，铂热电阻 作为复现温标的基准。缺点是在还原性介质中，特别 是高温下很容易被从氧化物中还原出来的金属蒸汽所 玷污，使铂丝变脆，并改变它的电阻与温度间的关系。
水银温度计 有机液体温度计（酒精，甲苯等）
水银温度计用得最多，普通的水银温度 计的测温范围在-38~356 ℃之间。在200℃ 以下，水银的膨胀系数几乎和温度呈线性关 系，故可作为精密的标准温度计。
为了防止毛细管中液注出现断续现象， 并提高测温液体的沸点温度，常在毛细管中 液体上部充以一定压力的气体。如果在水银 上面空间充以一定压力的氮气，玻璃材料用 石英玻璃，测温范围可高达1200 ℃。
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3.蒸汽压力式温度计 密闭系统内封入约占感温包容积2/3的挥发性液体（如丙烷、氯甲烷、
丙酮等），其余容积充满了该液体的饱和蒸汽。测温范围为-20~200℃。 根据道尔顿(Dalton)蒸汽定律，如果同时存在液汽两相，则饱和蒸汽压
力仅取决于温度，而与容器尺寸无关。
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四、半导体热敏电阻 热敏电阻是由氧化锰、氧化镍、氧化铁等金属氧化物烧结而成的。
(1) 温度-电阻关系：
B( 1 1 )
RT RT 0e T T 0
(2) 常用温度范围： -100~300 ºC (3) 优点：温度系数大（负电阻温度系数）、 灵敏度高、不受引线电阻影响，便于远距离 测量，可制成任意大小和形状，薄膜热敏电 阻的响应可到毫秒量级。 (4)缺点：无统一分度表、非线性严重、互 换性差、不适于高温测量。
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第二章 温度检测
一、温度
温度是一个基本物理量，表征物体的冷热程度。
二、温标
温标是用来量度温度高低的尺度。
(1) 常用温标：热力学温标T（K）、 摄氏温标t(ºC)、华氏温标t(ºF) (2) 换算关系： t(ºF)=[9/5 t(ºC)+32º] ºF T (ºK)=273.15 + t(ºC)
范围小。
注意：使用时，感温包应立装，而不可倒装。 ?
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2-3 双金属温度计
双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成， 一端固定，另一端为自由端。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系数不同 而使双金属片的曲率发生变化，自由端产生位移，经传动放大机构带动指针 指示温度值。
摄氏温标： 所用标准仪器是水银玻璃温度计。分度方法是规定在标准大气压力
下，水的冰点为零度，沸点为100度，水银体积膨胀被分为100等份，对 应每份的温度定义为1摄氏度，单位为“oC“
0 C
100 C
1 C 100 等分
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三、温度计 制定了温标后，就可以用温度计度量温度。
辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上 限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量 运动物体的温度和快速变化的温度。
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2-1 玻璃管液体温度计
这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计。 利用液体体积随温度升高而膨胀的原理制成。
我国采用的铜热电阻分度号为Cu50(R0=50)和Cu100(R0=100)两种。
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二、热电阻传感器 普通型热电阻传感器外形很像普通型热电偶传
感器。感温元件主要由热电阻变换器、骨架和引出 线组成。
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为了满足不同用途的要求，双金属元件制成 各种不同的形状。
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双金属温度计的测温范围为-100~600℃。 优点：抗振性能好，坚固 缺点：精度较低，精度等级为1.0级、1.5 级、
2.0级、2.5级和4.0级 用途：常用于柴油机、废气涡轮增压器和废
气锅炉前后排气温度指示
⑴三端连接； ⑵四端连接。 电桥测量可分为零平衡电桥与 偏差电桥（零平衡电桥仅适用于测量静态或变化缓慢的温度）。
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2.电子式自动平衡交流电桥 电子式自动平衡交流电桥是零平衡电桥，只是电桥平衡是由测量装
置自动调节。当Rt 随温度变化时，电桥失去平衡，输出端A和B 便有响 应电压信号输送给放大器。经放大后，驱动可逆伺服电机转动。通过传 动机构，一方面带动滑线电阻RW 的触头移动，使电桥恢复平衡；另一 方面传动机构驱动指针 和记录笔移动，指示出 被测温度，并在由同步 电机驱动的记录纸上绘 出温度变化曲线。
为了消除电感的影响，所有热电阻 感温元件均采用双线绕法。
热电阻也像热电偶一样，还可以制 成铠装式的新型传感器结构。
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三、测量仪器和方法 1.直流电桥 可用直流电桥测量热电阻的电
阻值，从而确定热电阻所感受的温 度。为了减小导线电阻随环境温度 变化而变化对测量的影响，希望导 线电阻相对热电阻值要尽量小。另 外，还可以通过线路进行补偿。常 用补偿方法有：
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第二章的问题
1. 常用的测温方法有哪些？ 2. 常用的温度计有哪些？其测温范围如何？ 3. 热电阻在测量电路中如何连接？ 4. 哪种温度计可作为复现温标的基准？ 5. 为什么热电偶是工业上首选的测温传感器？ 6. 热电偶是如何测温的？ 7. 冷端温度如何补偿？ 8. 多支热电偶如何共用一台显示仪表？