1、熱工儀表及測量技術第三章第三章 溫度測量溫度測量 溫度是工業生產和科學實驗中一個非常重要的參數。物體的許多物理現象和化學性質都與溫度有關。許多生產過程都是在一定的溫度范圍內進行的，需要測量溫度和控制溫度。 隨著科學技術的發展，對溫度的測量越來越普遍，而且對溫度測量的準確度也有更高的要求。 第一節第一節 概概 述述第三章第三章 溫度測量溫度測量一、溫度一、溫度u 溫度是表征物體冷熱程度的物理量;u 溫度是描述系統不同自由度能量分布狀況的物理量;u 溫度是描述熱平衡系統冷熱程度的物理量。u 溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎上的。任意兩個冷熱程度不同的物體相互接觸，它們之間必然會發生熱交換現象，熱量

2、要從溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到兩物體之間的溫度完全一致時，這種熱傳遞現象才能停止。第三章第三章 溫度測量溫度測量u溫度的微觀概念表明：物體溫度的高低標志著組成物體的大量分子無規則運動的劇烈程度，即對其分子平均動能大小的一種量度。顯然物體的物理化學特性與溫度密切相關。u溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨著冷熱程度不同而變化的特性間接測量。第三章第三章 溫度測量溫度測量 雖然有不少物體的某些性質或狀態（如電阻、體積、電勢雖然有不少物體的某些性質或狀態（如電阻、體積、電勢等）會隨溫度的變化而變化，但并不是所有的物質都可制作等）會隨溫度的變化而

3、變化，但并不是所有的物質都可制作成溫度計。選作溫度計的物質，成溫度計。選作溫度計的物質，其性質必須滿足以下條件：其性質必須滿足以下條件：u 物質的某一屬性物質的某一屬性G僅與溫度僅與溫度T有關，即有關，即G = G(T)，且必須，且必須是單調函數，最好是線性的。是單調函數，最好是線性的。u 隨溫度變化的屬性應是容易測量的，且輸出信號較強，以隨溫度變化的屬性應是容易測量的，且輸出信號較強，以保證儀表的靈敏度和測量精確度。保證儀表的靈敏度和測量精確度。u 應有較寬的測量范圍。應有較寬的測量范圍。u 有較好的復現性和穩定性。有較好的復現性和穩定性。 第三章第三章 溫度測量溫度測量二、溫標二、溫標 為

4、了定量地描述溫度高低，必須建立溫度標尺，即溫標。 溫標是溫度數值化的標尺，它規定了溫度的讀數起點和測量溫度的基本單位。各種溫度計的刻度數值均由溫標確定。 歷史上提出過多種溫標，如早期經驗溫標（攝氏溫標和華氏溫標），理論上熱力學溫標，當前世界通用的國際溫標。 第三章第三章 溫度測量溫度測量1、攝氏溫標、攝氏溫標 所用標準儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規定在標準大氣壓力下，水的冰點為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應每份溫度定義為1攝氏度，單位為。2、華氏溫標、華氏溫標 標準大氣壓力下，水的冰點為32度，沸點是212度，分為180等份，每份溫度定義為華氏1度，攝氏溫度和華氏

5、溫度的關系為)32(95Fcu 類似的經驗溫標還有蘭氏、列氏等。類似的經驗溫標還有蘭氏、列氏等。u 經驗溫標的缺點在于它的局限性和隨意性。經驗溫標的缺點在于它的局限性和隨意性。第三章第三章 溫度測量溫度測量3、熱力學溫標、熱力學溫標 熱力學溫標是英國物理學家開爾文(Kelvin)于1848年以熱力學第二定律為基礎所引出的與測溫物質無關的溫標。熱力學溫標是以卡諾循環為基礎。 卡諾定律指出，一個工作于恒溫熱源與恒溫冷源之間的可逆熱機，其效率只與熱源和冷源的溫度有關。假設熱機從溫度為T2的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為T1的冷源的熱量為Q1，則有1122QTQT第三章第三章 溫度測量溫度測量 開爾

6、文引出此溫標后，于1854年建議用一個固定點來確定此溫標。人們發現水的三相點(273.16K)的穩定性能長期維持在0.1mK范圍內。因此，1954年第10屆國際計量大會決定采用水的三相點作為熱力學溫際的基本固定點。此溫標的表達式為： 這種溫標的最大特點是與選用的測溫介質性質無關，克服了經驗溫標隨測溫介質而變的缺陷，故稱它為科學的溫標或絕對熱力學溫標。由此而得的溫度稱為熱力學溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學溫標作為基準。2273.161QTKQ第三章第三章 溫度測量溫度測量4、國際實用溫標、國際實用溫標為了使用方便，國際上經協商，決定建立一種既使用方便，又具有一定科學技術水平的溫標，這就是國際

7、溫標的由來。具備的條件：具備的條件：u 盡可能接近熱力學溫標；u 復現精度高，各國均能以很高的準確度復現同樣的溫標，確保溫度量值的統一；u 用于復現溫標的標準溫度計，使用方便，性能穩定。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 國際實用溫標是用來復現熱力學溫標的，簡稱IPTS-68，它是由1968年國際權度會議通過的。這個溫標經過20多年使用，發現了一些問題，已無法滿足現代科學發展對溫度測量的要求。國際計量委員會決定用1990年國際溫標（ITS-90）代替IPTS-68。 在1990年國際溫標中指出，熱力學溫標是基本物理量。單位開爾文，符號為K。它規定水的三相點熱力學溫度為273.16K，定義開爾文一

8、度等于水三相點熱力學溫度的1/273.16。 在ITS-90中同時使用國際開爾文溫度（符號為T90）和國際攝氏溫度（符號為t90），其關系為t90 = T90 273.15 T90單位為開爾文（K），t90單位為攝氏度（）。這里所說的攝氏度符合國際實用溫標（ITS-90）的規定。第三章第三章 溫度測量溫度測量ITS-90的一些規定如下：的一些規定如下：u 由0.65K到4He臨界點（5.2K）溫度范圍為一溫度段，在此溫度段內用3He和4He周期壓力與溫度的關系來確定溫度。u 由4He沸點（4.2K）到氖三相點（24.6K）溫度范圍內，T90的確定采用在三個規定溫度點分度過的3He或4He氣體溫

9、度計內插。這三個點分別是氖三相點（24.6K）、平衡氫三相點（13.8K）和4He正常沸點（4.2K）。u 由平衡氫三相點（13.8K）到銀凝固點（962），這個溫度段內，標準儀器應用鉑電阻溫度計。u 銀凝固點（962）以上溫度區間采用普朗克定律外推。第三章第三章 溫度測量溫度測量三三 、溫度計分類、溫度計分類1 1、溫度測量方法、溫度測量方法 (1) 溫度傳感器的組成在工程中無論是簡單的還是復雜的測溫傳感器, 就測量系統的功能而言，通常由現場的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成，如圖 11 - 1 所示。簡單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的，一般在現場使用。 第三章第三章 溫度

10、測量溫度測量 (2) 溫度測量方法及分類：測量方法按感溫元件是否與被測介質接觸, 可以分成接觸法與非接觸法兩大類。 a. 接觸法接觸法u 當兩個物體接觸后，經過足夠長時間達到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計，就可以用它對另一個物體實現溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。u 特點：溫度計要與被測物體有良好地熱接觸，使兩者達到熱平衡。第三章第三章 溫度測量溫度測量b. 非接觸法非接觸法u 利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。u 特點：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。u 通常用來測定1000以上的移動、旋轉或反應迅速的高

11、溫物體的溫度。u按工作原理來劃分，也根據溫度范圍（高溫、中溫、低按工作原理來劃分，也根據溫度范圍（高溫、中溫、低溫等）或儀表精度（基準、標準等）來劃分。溫等）或儀表精度（基準、標準等）來劃分。第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量(3) 測量儀表的分類u接觸式測溫法是使感溫元件直接與被測物體或直接與被測介質接觸，感受被測物體或被測介質的溫度變化。u非接觸式測溫儀表是采用感溫元件與被測物體不直接接觸的方法來測量溫度。u在高溫范圍內，用直接接觸測溫法非常困難，可采用非接觸式測溫法，利用物體的熱輻射特性對物體的溫度進行非接觸式測量。u光學高溫計、比色高溫計、輻射高溫計第三章第三

12、章 溫度測量溫度測量表表2 2 常用的測溫儀表特點常用的測溫儀表特點第三章第三章 溫度測量溫度測量 第二節第二節 熱電偶溫度計熱電偶溫度計u熱電偶是目前世界上科研和生產中應用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。u它將溫度信號轉換成電勢（mV）信號，配以測量毫伏的儀表或變送器可以實現溫度的測量或溫度信號的轉換。u具有結構簡單、制作方便、測量范圍寬、準確度高、性能穩定、復現性好、體積小、響應時間短等各種優點。u 它既可以用于流體溫度測量，也可以用于固體溫度測量。既可以測量靜態溫度，也能測量動態溫度。u并且直接輸出直流電壓信號，便于測量、信號傳輸、自動記錄和控制等。第三章第三章 溫度測量溫度測量1. 熱電

13、偶測溫原理熱電偶測溫原理 兩種不同的導體（或半導體）組成一個閉合回路，如圖所示。當兩個接觸點(稱為結點)溫度t和t0不相同時，回路中既產生電勢，并有電流流通，這種把熱能轉換成電能的現象稱為熱電效應，稱回路電勢為熱電勢。 兩金屬絲稱為偶極或熱電極。兩個結點中與被測介質接觸的一個稱為測量結稱工作端、熱端，另一個稱為參考端或自由端、冷端。第三章第三章 溫度測量溫度測量熱電偶所產生的熱電勢由兩部分組成熱電偶所產生的熱電勢由兩部分組成: 溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢和接觸電勢。第三章第三章 溫度測量溫度測量（1）接觸電勢 兩種不同導體接觸的時候，由于導體內的自由電子密度不同，如果NANB電子密度大的導體

14、A中的電子就向電子密度小的導體B擴散，從而由于導體A失去了電子而具有正電位。相反導體B由于接收到了擴散來的電子而具有負電位。這樣在擴散達到動態平衡時A、B之間就形成了一個電位差。這個電位差稱為接觸電勢。 接觸電勢的數值取決于兩種不同導體的性質和接觸點的溫度。兩接點的接觸電勢EAB(T)和EAB（T0）可表示為 第三章第三章 溫度測量溫度測量 式中: K波爾茲曼常數; e單位電荷電量; NAT、NBT和NAT0、NBT0分別在溫度為T和T0時, 導體A、B的電子密度。 00ln)(00BTATABNNeKTTEBTATABNNeKTTEln)(第三章第三章 溫度測量溫度測量u從理論上可以證明該接

15、觸電勢的大小和方向主要從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于取決于兩種材料的性質（電子密度）和接觸面溫兩種材料的性質（電子密度）和接觸面溫度的高低度的高低。u溫度越高，接觸電勢越大；兩種導體電子密度比溫度越高，接觸電勢越大；兩種導體電子密度比值越大，接觸電勢也越大。值越大，接觸電勢也越大。第三章第三章 溫度測量溫度測量（2）溫差電勢 同一導體的兩端溫度不同時, 高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大, 因而從高溫端跑到低溫端的電子數比從低溫端跑到高溫端的要多, 結果高溫端因失去電子而帶正電, 低溫端因獲得多余的電子而帶負電, 因此, 在導體兩端便形成接觸電勢, 其大小由下面公式給出:

16、 式中: NAT和NBT分別為A導體和B導體的電子密度, 是溫度的函數。 dtdttNdNeKTTEATTTATA)(1),(00第三章第三章 溫度測量溫度測量（3）熱電偶回路的熱電勢 熱電偶回路中產生的總熱電勢為 AB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)+EB(T, T0)-EA(T, T0) 在總熱電勢中, 溫差電勢比接觸電勢小很多, 可忽略不計, 熱電偶的熱電勢可表示為 EAB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0) 對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，EAB(T0)=c 為常數, 則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數關系, 即 EAB(T, T0)=EAB(T)-c

17、=f(T)第三章第三章 溫度測量溫度測量兩個兩個熱電極熱電極第三章第三章 溫度測量溫度測量熱電偶熱電偶接點接點第三章第三章 溫度測量溫度測量從以上式子可以得到如下結論：從以上式子可以得到如下結論：u熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點所處的溫度有關，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關。u只有用兩種不同性質的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產生熱電勢。u熱電偶的兩個熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點的溫度有關。如果T0已知且恒定，則f（T0）為常數，回路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度T的單值函數。 u工程上所使用的各種類型的熱電偶均把

18、E(t)和t的關系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。第三章第三章 溫度測量溫度測量2. 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 （1）均質導體定律：由一種均質導體組成的閉合回路中, 不論導體的截面和長度如何以及各處的溫度分布如何, 都不能產生熱電勢。這條定理說明, 熱電偶必須由兩種不同性質的均質材料構成。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會有附加電動勢產生。 （2）中間導體定律：在熱電偶測溫回路內, 接入第三種導體, 只要其兩端溫度相同, 則對回路的總熱電勢沒有影響。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 接入第三種導體回路如圖所示。 由于溫差電勢可忽略不計, 則回路中的總熱電勢等于各接點

19、的接觸電勢之和。 即 EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) 當T= T0 時, 有 BC(T0)+ECA(T0)=-E(T0) 所以 (T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T, T0) 同理, 加入第四、第五種導體后, 只要加入的導體兩端溫度相等, 同樣不影響回路中的總熱電勢。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 (3)中間溫度定律：熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc, t0)的代數和，即:兩端點在任意溫度時的熱電勢為：該定律是參考端溫度計

20、算修正法的理論依據。在實際熱電偶測溫回路中,利用熱電偶這一性質,可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。第三章第三章 溫度測量溫度測量3、常用熱電偶的材料、常用熱電偶的材料 雖然任意兩種導體或半導體材料都可以配對制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求卻是多方面的。l兩種材料所組成的熱電偶應輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的函數關系。 l能應用于較寬的溫度范圍，物理化學性能、熱電特性都較穩定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。l要求熱電偶材料有高導電率和低電阻溫度系數。l具有較好的工藝性能，便于成批生產。具有滿意的復現性，便于采用統

21、一的分度表。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 4. 熱電偶類型熱電偶類型 理論上講, 任何兩種不同材料的導體都可以組成熱電偶, 但為了準確可靠地測量溫度, 對組成熱電偶的材料必須經過嚴格的選擇。 國際電工委員會（IEC）向世界各國推薦8種標準化熱電偶, 所謂標準化熱電偶, 它已列入工業標準化文件中, 具有統一的分度表。 我國從1988年開始采用IEC標準生產熱電偶。表11-1 為我國采用的幾種熱電偶的主要性能和特點。 第三章第三章 溫度測量溫度測量表中所列每一種熱電偶中前者為熱電偶的正極表中所列每一種熱電偶中前者為熱電偶的正極, 后者為負極。后者為負極。 第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第

22、三章 溫度測量溫度測量目前工業上常用的有四種標準化熱電偶, 即鉑銠30-鉑銠6, 鉑銠10-鉑, 鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-銅鎳（我國通常稱為鎳鉻-康銅）熱電偶, 它的分度表見表 11 - 2 至表 11 - 5 第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量 另外, 目前還生產一些特殊用途的熱電偶, 以滿足特殊測溫的需要。 如用于測量3800超高溫的鎢鎳系列熱電偶, 用于測量2273K的超低溫的鎳鉻-金鐵熱電偶等。 第三章第三章 溫度測量溫度測量5. 熱電偶的結構形式熱電偶的結構形式 為了適應不同生產對象的測溫要求和條件, 熱

23、電偶的結構形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 (1) 普通型熱電偶 普通型結構熱電偶工業上使用最多, 它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成, 其結構如圖所示。普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、 活動法蘭連接、 無固定裝置等多種形式。 第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量 (2) 鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、 絕緣材料和金屬套管三者經拉伸加工而成的堅實組合體, 如圖所示。它可以做得很細很長, 使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優點是測溫端熱容量小, 動態響應快, 機械強度高, 撓性好,

24、可安裝在結構復雜的裝置上, 因此被廣泛用在許多工業部門中第三章第三章 溫度測量溫度測量 WRTK2-434/8*1000mm 鎧裝固定卡套法蘭熱電偶鎧裝固定卡套法蘭熱電偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 鎧裝防爆熱電偶鎧裝防爆熱電偶 WRNK-332/4*1000mm Gh2520 鎧裝可動卡套螺紋熱電偶鎧裝可動卡套螺紋熱電偶第三章第三章 溫度測量溫度測量 (3) 薄膜熱電偶：薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料, 用真空蒸鍍、化學凃層等辦法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶, 如圖所示。 薄膜熱電偶的熱接點可以做得很小（可薄到0.010.1m）, 具有熱容量小, 反應速度快

25、等的特點, 熱相應時間達到微秒級, 適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態溫度測量。第三章第三章 溫度測量溫度測量 6. 熱電偶的補償導線及參考端溫度補償方法熱電偶的補償導線及參考端溫度補償方法 由熱電偶原理可知，只有熱電偶冷端溫度恒定時，熱電偶才是被測溫度的單一函數關系，但實際應用中，冷端溫度很難恒定，因此要進行冷端溫度補償。（1）冷端溫度校正法 工作端溫度為t時, 分度表所對應的熱電勢EAB(t, 0)與熱電偶實際產生的熱電勢EAB(t, t0)之間的關系可根據中間溫度定律得到下式: EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) ，然后通過分度表查得被測溫度值。

26、第三章第三章 溫度測量溫度測量（2）熱電偶補償導線 在實際測溫時, 需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸到遠離現場數十米的控制室里的顯示儀表或控制儀表, 這樣參考端溫度t0也比較穩定。熱電偶一般做得較短 需要用導線將熱電偶的冷端延伸出來。工程中采用一種補償導線, 它通常由兩種不同性質的廉價金屬導線制成, 而且在0100溫度范圍內, 要求補償導線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 常用熱電偶的補償導線列于表 11 - 6 第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量(3) 冰浴法 在實驗室及精密測量中, 通常把參考端放入裝滿冰水混合物的容器中, 以便參考端溫度保持0, 這種方法稱冰浴法。

27、 (4) 補償電橋法 補償電橋法是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓作為補償信號, 來自動補償熱電偶測量過程中因參考端溫度不為0或變化而引起熱電勢的變化值。第三章第三章 溫度測量溫度測量 如圖所示, 不平衡電橋由三個電阻溫度系數較小的錳銅絲繞制的電阻r1、r2、r3，電阻溫度系數較大的銅絲繞制的電阻rCU 和穩壓電源組成。 補償電橋與熱電偶參考端處在同一環境溫度, 但由于rCU的阻值隨環境溫度變化而變化, 如果適當選擇橋臂電阻和橋路電流, 就可以使電橋產生的不平衡電壓Uab補償由于參考端溫度變化引起的熱電勢EAB(t，t0)變化量, 從而達到自動補償的目的。 第三章第三章 溫度測量溫度測量7. 熱

28、電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定和誤差分析1). 熱電偶的檢定u 為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點法。u 用被校熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質量指標，這種方法稱為比較法。第三章第三章 溫度測量溫度測量第三章第三章 溫度測量溫度測量 2). 熱電偶測溫誤差分析u 分度誤差：指檢定時產生誤差，其值不得超過允許誤差。u 冷端溫度引起的誤差u 補償導線的誤差：它是由于補償導線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的u 熱交換所引起的誤差u 測量線路和顯示儀表的誤差u 其他誤差第三章第三章 溫度測量

29、溫度測量8. 熱電偶的使用與安裝熱電偶的使用與安裝第三章第三章 溫度測量溫度測量 熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。 熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱電阻兩大類, 一般把金屬熱電阻稱為熱電阻, 而把半導體熱電阻稱為熱敏電阻。 熱電阻廣泛用來測量-200+850范圍內的溫度, 少數情況下, 低溫可測量至1K, 高溫達1000。標準鉑電阻溫度計的精確度高, 并作為復現國際溫標的標準儀器。 第三節第三節 電阻溫度計電阻溫度計第三章第三章 溫度測量溫度測量 WZP2-240/A級級3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻 WZC-111/1

30、2*1000mm Cu50銅熱電阻銅熱電阻 WZPK2-130/B級級6*515mm(0-300)鉑熱電阻鉑熱電阻第三章第三章 溫度測量溫度測量熱電阻傳感器由熱電阻、連接導線及顯示儀表組成, 如圖所示。熱電阻也可與溫度變送器連接, 轉換為標準電流信號輸出。第三章第三章 溫度測量溫度測量1、熱電阻的特性、熱電阻的特性u熱電阻是用金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。熱電阻是用金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。u鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會推薦的，也是我鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會推薦的，也是我國國標化的熱電阻。國國標化的熱電阻。電阻溫度系數：在某一溫度間隔內，溫度變化電阻溫度系數：在

31、某一溫度間隔內，溫度變化1 時的電阻相對變化量，單位為時的電阻相對變化量，單位為1/。0000()ttttRRRRttRt第三章第三章 溫度測量溫度測量 大多數金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當溫度升高1時，其阻值約增加0.4%0.6%，稱具有正的電阻溫度系數。電阻值Rt與溫度t（）的關系可表示為(課本47頁)Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中 Rt 溫度為t時金屬導體的電阻； R0 溫度為0時金屬導體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關的常數。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 大多數半導體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當溫度升高1時，其阻值約減小3%6%，稱具有負的

32、電阻溫度系數。電阻值RT與熱力學溫度T（K）的關系可表示為RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，RT0 熱力學溫度T0（K）時的電阻值； B 與半導體材料有關的常數。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 雖然大多數金屬和半導體的電阻與溫度之間都存在著一定關系，但并不是所有的金屬或半導體都能做成電阻溫度計。用于用于測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應滿足以下要求：測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應滿足以下要求： （1）電阻溫度系數要大，以得到高敏感度； （2）在測溫范圍內化學與物理性能要穩定；（3）復現性要好；（4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進而保證熱容量和熱慣性小，使得對溫度變化的

33、響應比較快；（5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數；（6）價格相對低廉。 第三章第三章 溫度測量溫度測量目前已被采用的電阻溫度計具有如下特點：目前已被采用的電阻溫度計具有如下特點：（1）在中低溫范圍內其精確度高于熱電偶溫度計；（2）靈敏度高，當溫度升高1時，大多數熱電阻的阻值增加0.4%0.6%，半導體材料的阻值降低3%6%；（3）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點大得多，因此不宜測量點溫度與動態溫度，半導體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩定性和復現性卻較差。 第三章第三章 溫度測量溫度測量2 常用熱電阻常用熱電阻 用于制造熱電阻的材料應具有盡可能大和穩定的電阻溫度系數和電阻率, R-

34、t 關系最好成線性, 物理化學性能穩定, 復現性好等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻等。 (1) 鉑熱電阻鉑熱電阻 特點：特點：精度高，穩定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學性質都非常穩定。它易于提純，復現性好，有良好的工藝性，可以制成極細的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。缺點：缺點：電阻溫度系數較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價格較貴。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 按IEC標準, 鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200+850。 鉑熱電阻的特性方程為： -2000:Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 085

35、0: Rt = R0(1+At+Bt2) 式中Rt和R0分別為t和0時鉑電阻值; A、B和C為常數。 目前我國規定工業用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。 鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W100表示, 它是鉑熱電阻在100時電阻值R100與0時電阻值R0之比。 按IEC標準, 工業使用的鉑熱電阻的W1001.3850。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 (2) 銅熱電阻銅熱電阻 由于鉑是貴重金屬, 在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合, 可采用銅熱電阻測溫, 它的測量范圍為-50+150。 銅熱電阻在測量范圍內其電阻值與溫

36、度的關系幾乎是線性的, 可近似地表示為: Rt=R0（1+t） 式中為銅熱電阻的電阻溫度系數, 取=4.2810-3/。銅熱電組的兩種分度號為Cu50(R0=50)和Cu100（R100=100） 銅熱電阻線性好, 價格便宜, 但它易氧化, 不適宜在腐蝕性介質或高溫下工作。第三章第三章 溫度測量溫度測量(3) 鎳熱電阻鎳熱電阻u特點：特點：電阻溫度系數較鉑大，約為鉑的電阻溫度系數較鉑大，約為鉑的1.5倍。倍。u在在50150內，其電阻與溫度關系為內，其電阻與溫度關系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4(4) 半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻 大多數半導體

37、熱敏電阻具有負的溫度系數，其電阻值大多數半導體熱敏電阻具有負的溫度系數，其電阻值與溫度的關系為與溫度的關系為RT = AeB/T 半導體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、半導體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復合氧化物高溫燒結而成。鎂、銅等復合氧化物高溫燒結而成。 第三章第三章 溫度測量溫度測量與金屬熱電阻相比，半導體熱敏電阻具有如下優點：與金屬熱電阻相比，半導體熱敏電阻具有如下優點：（1）具有較大的負電阻溫度系數，約為）具有較大的負電阻溫度系數，約為( 3 6 )%，因，因此靈敏度比較高；此靈敏度比較高；（2）半導體材料的電阻率遠比金屬材料大得多，因此它的）半導體材料的電阻

38、率遠比金屬材料大得多，因此它的體積可做得非常小，同時熱慣性就小并適合用于測量點溫體積可做得非常小，同時熱慣性就小并適合用于測量點溫度與動態溫度；度與動態溫度；（3）電阻值很大，故連接導線的電阻變化影響可以忽略；）電阻值很大，故連接導線的電阻變化影響可以忽略；（4）結構簡單。）結構簡單。缺點缺點是同種半導體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非是同種半導體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴重，元件性能不穩定，因此互換性差，精度較低線性嚴重，元件性能不穩定，因此互換性差，精度較低。第三章第三章 溫度測量溫度測量 3. 熱電阻的結構熱電阻的結構 工業用熱電阻的結構如圖所示。它由電阻體、絕緣管、保護

39、套管、引線和接線盒等部分組成。 第三章第三章 溫度測量溫度測量 電阻體由電阻絲和電阻支架組成。電阻絲采用雙線無感繞法繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷塑料支架上, 支架起支撐和絕緣作用, 引出線通常采用直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲, 它與接線盒柱相接, 以便與外接線路相連而測量顯示溫度。用熱電阻傳感器進行測溫時, 測量電路經常采用電橋電路。 而熱電阻與檢測儀表相隔一段距離, 因此熱電阻的引線對測量結果有較大的影響。第三章第三章 溫度測量溫度測量1. 1. 比較法比較法 第五節第五節 熱電阻的校驗熱電阻的校驗l熱電阻分度校驗（熱電阻分度校驗（P32P32）第三章第三章 溫度測量溫度測量2. 2.

40、 兩點法兩點法 只需要冰點槽和水沸點槽，分別測得只需要冰點槽和水沸點槽，分別測得R0和和R100，檢查，檢查R0值和值和R100/R0的比值是否滿足技術數據指標。的比值是否滿足技術數據指標。l熱電阻純度校驗熱電阻純度校驗第三章第三章 溫度測量溫度測量 工業生產中廣泛使用的溫度變送器大多是與各種熱電偶或熱電阻配合, 把溫度（或溫差）信號轉換成統一標準電流信號輸出, 其中又分為輸出直流010mA和輸出直流420mA的兩類。 對于其他傳感器, 如果能提供直流電動勢或電阻值的變化, 也可以與這些變送器配合, 以將其它被測量也可變成相應的統一標準信號。 第六節第六節 溫度變送器溫度變送器第三章第三章 溫

41、度測量溫度測量（一）（一） 溫度變送器溫度變送器 主要由輸入回路、自激調制式直流放大器及負反饋回路等組成。其構成方框圖如圖所示。 第三章第三章 溫度測量溫度測量（二）（二） 動圈式指示儀表動圈式指示儀表 動圈式顯示儀表是工業上廣泛使用的模擬式指示儀表。它與熱電偶、熱電阻、霍爾變送器或壓力變送器等相配合可用來指示、調節工業對象的溫度與壓力等參數。 被指示和調節的參數（如溫度、壓力等）首先經過上述感受元件被轉換成電勢或電阻信號，然后再經過測量線路轉換成流過動圈的微安級電流。電流的大小可由動圈的偏轉角度指示出來，因此，動圈式儀表實際上是一種測量電流的儀表。第三章第三章 溫度測量溫度測量1、工作原理、

42、工作原理 動圈式儀表測量機構的核心部件是一個磁電式毫伏計。其中的可動線圈是用絕緣的細銅線繞成的矩形框，它被置于永久磁鐵的磁場中。當測量信號加在動圈上時，便有電流流過動圈。使動圈兩個有效邊（與磁場方向垂直的兩邊）受到大小相等、方向相反的力F，在F的作用下，形成力矩，推動線圈轉動。動圈測量機構工作原理第三章第三章 溫度測量溫度測量動圈式指示儀表要求輸入量為毫伏信號，熱電偶輸出為毫伏級熱電勢。因此，當用熱電偶測溫時，它與動圈儀表可直接相 連，而不需要附加的變換裝置。其線路如圖所示。1）配熱電偶的動圈儀表）配熱電偶的動圈儀表第三章第三章 溫度測量溫度測量 動圈儀表測量機構要求輸入的信號為直流毫伏信號。

43、因此，當用熱電阻來測量溫度時，必須設法將電阻隨溫度的變化值轉換成毫伏信號，然后與動圈測量機構相配，以指示出被測對象的溫度來。為了達到此目的，這里系采用不平衡電橋測量線路。2）配熱電阻的動圈儀表）配熱電阻的動圈儀表第三章第三章 溫度測量溫度測量a a不平衡電橋的測溫原理不平衡電橋的測溫原理 線路中由Rt十R1R0、R1R2、R3及R4組成不平衡電橋的四個橋臂。通常，為方便起見取R3=R4；R1R2= RtoR1R0。當被測溫度為儀表刻度始點溫度時（即Rt=Rto），電橋達到平衡，流過動圈表頭的電流為零。第三章第三章 溫度測量溫度測量 當被測溫度增高時，Rt阻值增大，電橋失去平衡，此時有不平衡電流流過動圈，儀表指針所指示的位置即為被測溫度。所以，被測溫度越高，Rt阻值越大，則橋路輸出的不平衡電壓就越大，流過動圈的電流也就越大，儀表指針的偏轉也越大。第三章第三章 溫度測量溫度測量不平衡電橋的輸出電壓不僅與Rt大小有關，而