温度测量技术解析

R1：调节电流大小 R2：标准电阻 R：读数电阻， S：换向开关
EP：辅助电阻，ES：标准电源 G：光电检流计，Et：被测热电势 电路分为三个回路：
（1）EP—R1—R2—R—S1 （2）ES—R2—G—S2(n)—ES （3）Et—R`—G—S2(m)—Et 第（1）回路产生I，第（2）、第（3）回路不同时接通。
D、热电势的测量方法：由于热电偶产生的热电势很 小（mV级），热电偶本身及导线有电阻，不能用于普 通电压表测量，一般用毫伏计或电位差计 1）毫伏计：
I
Et
RM R e Rt
所示电压：
U
E
I
Re
Rt
RM
Et RM Re
Rt
一般这种仪表都规定 Re Rt 值为多少。使用时必须
满足。
• 延伸引线：作用是与冷端补偿，毫伏计刻度是在 热电偶冷端为0 C的条件下度数，一般实际的冷 端不是0 C ，可改变Rt大小，使电桥输出相当于 fab(t2,t0)。
2、电阻温度变换器—电阻温度计 原理：金属或半导体电阻随温度变化的特性 Rt=R0(1+αt)，
R0：0 C时的电阻值， α：电阻温度系数， t： t上升，金属电阻升高，半导体电阻低
• 可测-200 C到+500 C的温度范围
• 结构：极细的金属丝绕在骨架上，体积较 大，测平均温度，希望温度系数α大，所以 采用纯金属， 如铜：0.425%/C，镍：0.66%/C，铂： 0.39%/C
• 一般热电偶可用本身材料延伸到远离的地方，但 对于贵金属或工业上的标准产品，要用延伸电极。
• 要求：延伸电极在可能温度范围内（0-100 C ） 与主热电偶性能一致。
• 如：对铂铑-铂，使用铜-铜镍在0-100内0.64mV， 与主热电偶相同。
2）电位差计： 可测量、标定、核准热电偶 基于电压平衡原理 基本电路如下：
• 注意：EAB是两点温度的函数，而不是两点温度差 的函数。
一般T1放在被测温度区，称工作端（热端），T2放在 一个标准温度下，称之为自由端（冷端）。
热电势的函数关系一般用表格给出。
B、热电偶的基本规律 i）均质电路规律 由单一均匀的材料构成的闭合回路中，单由加热作
用不能产生热电势，用它可检验热电材料的均匀 性
例：t1=100 C ， t2=0 C
铜（A）+铂（C）
EAC=0.75mV
康铜（B）+铂（C） EBC=-3.5mV
则：EAB（t1,t2）= EAC（t1,t2）+ ECB（t1,t2）
=0.75+3.5=4.25mV
• 在选配热电偶材料时，查看各种材料与铂组成热 电偶时的热电偶。计算所选的热电极材料产生的
加热不产生电势：材料均匀 加热产生电势：材料不均匀，不能作为热电材料
ii）中间金属规律：在热电偶回路中插入第三种或第四 种金属材料，只要插入材料的两端温度相同，则对回
路热电势没有影响。
• 因这一规律，在热电偶中接入串联导线及仪表，只要 T3=T4（对a）或T2=T3（对b），不影响热电势大小。
• 对图b若T2‡T3，图a若T3‡T4，则不能用，否则会产 生附加电势。
1）铜电阻温度计：R0=53Ω， α=0.425%/ C ， 用0.1mm绝缘铜丝双线绕在骨架上，大约32cm 长，外加防护套管。
i）合S1，S2—n，调R1，使G=0，则R2.I=ES，I=ES/R2（为 标定工作电流）
ii） S2—m，调R，使G=0，则R`I=Et=ESR`/R2（求出Et）， 其中ES和R2精密定值， R`按电位差值刻度读出，故称电 位差计
• 由于G=0，则第（3）回路中无电流，所测为电势值，不 受热电偶电阻影响。
第七章 温度测量
• 温度也是一个常用的被测参数，虽然不如压力和 推力那么重要，但仍有许多难题，如燃气温度、 冷却套内的瞬时温度等
• 测温变换器有其独特性，一般不可构成多种传感 器测不同的参数，测温变换器一般只识别温度
1、热电偶的原理及基本热点规律 A、热电效应：两种不同材料的导体两端结合在一
起构成闭合回路时，若两端处于不同的温度，在 回路中便产生了热电势，电势大小EAB=f(T1)-f(T2)， 与材料和T1、T2有关系，而与直径大小、长短、 沿导线的温度分布无关。
如：
镍铬合金—镍铝热电偶：
工作端400 C ，自由端0 C ，热电势16.4mV， 工作端45 C ，自由端0 C ，热电势1.82mV，
问工作端400 C ，自由端45 C的热电势？
iiii）热电偶相配规律：由材料A和B组成的热电偶（两
端温度为t1和t2）产生的热电势等于由材料A与C组成 的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热电势与由材 料C与B组成的热电偶（两端温度为t1和t2）产生的热 电势之代数和。
iii）中间温度规律：任何两种均质材料组成的热电 偶，其接点温度分别为T1、T2。所产生的热电势等于 同一热电偶一接点温度为T1，另一接点温度为T3的热 电势与一接点温度为T3，另一接点温度为T2的热电势 之代数和：EAB(T1,T2)= EAB(T1,T3)+EAB(T3,T2)
• 这个规律可用于：热电偶自由端温度发生变化时 计算热电势，热电偶的热电势数据表是以自由端 为0C给出的，若实测环境下自由端的温度不是 0C ，可由此规律计算热电势。
热电势作参考。若想得到较高的热电势输出，选 与铂配时，一个为正，一个为负。
C、热电偶的组成与选用： 一般按被测温度范围选择热ຫໍສະໝຸດ Baidu偶
• 低于1100 C ，用普通材料，如镍铬-镍硅， • 1100-1600 C ，用贵金属，如铂铑-铂，大于 • 大于1600 C ，用耐热合金，如钨-铼。
选择要求：a 热电性能稳定，不随时间变化 b 价格合理，能准确复制，便于互换 c 导电性好，材料本身电阻温度系数小 d 热电势大，并且线性关系好 e 适合所测温度
一般来说以上要求难以全部满足
常用的热电偶：
a 镍铬-镍铝热电偶：工业上多用，长期使用1000 C ， 短期可达1300 C
b 铜-康铜热电偶：易自制、线性好，用于400 C以下， 长期300 C ，短期可达500 C
c 镍铬-考铜热电偶：长期使用600 C ，短期可达800 C
d 铂铑-铂热电偶：1300-1600 C e 钨铼热电偶：长期使用2000 C ，短期可达2800 C