化工儀表及自動化第三章檢測儀表與傳感器第五節溫度檢測及儀表2溫度檢測儀表是實現溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的檢測儀表中，溫度檢測儀表是應用最廣泛、發展最快的檢測儀表之一。溫度是與人類生活息息相關的物理量。在2000多年前，就開始為檢測溫度進行了各種努力，并開始使用溫度計檢測溫度。人類社會中，工業、農業、商業、科研、國防、醫學及環保等部門都與溫度有著密切的關系。工業生產自動化流程，溫度測量點要占全部測量點的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態的物理量。因此，人類離不開溫度，當然也離不開溫度檢測儀表。第五節溫度檢測及儀表3

一、溫度的基本概念熱平衡：溫度是描述熱平衡系統冷熱程度的物理量。分子物理學：溫度反映了物體內部分子無規則運動的劇烈程度。能量：溫度是描述系統不同自由度間能量分配狀況的物理量。表示溫度大小的尺度是溫度的標尺，簡稱溫標。1、熱力學溫標2、國際實用溫標3、攝氏溫標4、華氏溫標4第五節溫度檢測及儀表一、溫度檢測方法

溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。

分類按測量范圍

按用途

高溫計、溫度計標準儀表、實用儀表

按工作原理

膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計

按測量方式

接觸式與非接觸式

5二.溫度計的分類及特點接觸式溫度計的特點：傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度計的特點：主要是利用被測物體熱輻射而發出紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優點：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續測量不會產生消耗；反應快等。6物理現象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現象導磁率變化電容變化壓電效應超聲波傳播速度變化物質顏色P–N結電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導體二極管晶體管半導體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金7熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學高溫計、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學高溫計、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學高溫計、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計見表下內容

測溫范圍溫度檢測及儀表分類(1)8分類特征傳感器名稱測溫范圍寬、輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動器、壓力式溫度計、玻璃制溫度計線性型測溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數型函數開關型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計

測溫特性溫度檢測及儀表分類(2)9分類特征傳感器名稱測定精度±0.1～±0.5℃鉑測溫電阻、石英晶體振動器、玻璃制溫度計、氣體溫度計、光學高溫計溫度標準用測定精度±0.5～±5℃熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導體集成電路傳感器、可控硅絕對值測定用管理溫度測定用相對值±1～±5℃

測定精度溫度檢測及儀表分類(3)10測溫方式溫度計種類測溫范圍／℃優點缺點接觸式測溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結構簡單，使用方便，測量準確，價格低廉測量上限和精度受玻璃質量的限制，易碎，不能記錄遠傳雙金屬-80～600結構緊湊，牢固可靠精度低，量程和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結構簡單，耐震，防爆能記錄、報警，價格低廉精度低，測溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測溫范圍廣，精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需冷端溫度補償，在低溫段測量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測量精度高，便于遠距離、多點、集中測量和自動控制不能測高溫，需注意環境溫度的影響非接觸式測溫儀表輻射式輻射式光學式比色式400～2000700～3200900～1700測溫時，不破壞被測溫度場低溫段測量不準，環境條件會影響測溫準確度紅外線光電探測熱電探測0～3500200～2000測溫范圍大，適于測溫度分布，不破壞被測溫度場，響應快易受外界干擾，標定困難表3-7常用溫度計的種類及優缺點p77111.膨脹式溫度計圖3-52雙金屬片

圖3-53

雙金屬溫度信號器1—雙金屬片；2—調節螺釘；3—絕緣子；4—信號燈膨脹式溫度計是基于物體受熱時體積膨脹的性質而制成的。玻璃管溫度計雙金屬溫度計液體膨脹固體膨脹122.壓力式溫度計p78

它是根據在封閉系統中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度。圖3-54壓力式溫度計結構原理圖

1—傳動機構；2—刻度盤；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細管；8—溫包；9—工作物質

應用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表叫壓力式溫度計。

133.輻射式溫度計輻射式高溫計是基于物體熱輻射作用來測量溫度的儀表。目前，被廣泛地用來測量高于800℃的溫度。壓力式溫度計的構造由以下三部分組成

溫包毛細管彈簧管（或盤簧管）

14二、熱電偶溫度計p79溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。優點：（1）具有結構簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠傳或信號轉換等，（2）還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。（3）微型熱電偶還可用于快速及動態溫度的測量。熱電偶溫度計是以熱電效應為基礎的測溫儀表。15第五節溫度檢測及儀表二、熱電偶溫度計圖3-55熱電偶溫度計測溫系統示意圖1—熱電偶；2—導線；3—測量儀表熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶（感溫元件）；測量儀表（毫伏計或電位差計）；連接熱電偶和測量儀表的導線（補償導線或銅導線）。1.熱電偶圖3-56熱電偶示意圖是以熱電效應為基礎的測溫儀表。16（1）熱電現象及測溫原理

圖3-57熱電現象圖3-59熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢或1端：熱端（工作端）2端：冷端（自由端）直流毫伏計17兩種不同的導體或半導體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導體A和B的連接處溫度不同（設T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現象叫做熱電效應。這種現象早在1821年首先由西拜克（See－back）發現,所以又稱西拜克效應。熱電偶原理圖TT0AB

一、熱電偶的工作原理回路中所產生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱端自由端為什么會產生熱電勢？Why?181.接觸電勢接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-eAB(T)——導體A、B結點在溫度T時形成的接觸電動勢；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導體A、B在溫度為T時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。為什么會產生熱電勢？Why?19圖3-58接觸電勢形成的過程存在自由電子密度差產生擴散產生靜電場擴散速率下降，反擴散速率增加擴散速率=反擴散速率動態平衡熱電勢eAB(t)小結++--擴散作用金屬A金屬B電場作用20AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0——高低端的絕對溫度；σA——湯姆遜系數，表示導體A兩端的溫度差為1℃時所產生的溫差電動勢，例如在0℃時，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢溫差電勢原理圖21由導體材料A、B組成的閉合回路，其接點溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢NAT、NAT0——導體A在結點溫度為T和T0時的電子密度；NBT、NBT0——導體B在結點溫度為T和T0時的電子密度；σA

、σB——導體A和B的湯姆遜系數。22導體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關。如果使EAB(T0)=常數，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關，而且是T的單值函數，這就是利用熱電偶測溫的原理。Note:只有當熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導體材料不同時才能有熱電勢產生。熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關；但是與熱電偶的長度、粗細無關。只有用不同性質的導體(或半導體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產生熱電勢，因為當A、B兩種導體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。23第五節溫度檢測及儀表利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數值，見下圖。

圖3-60熱電偶測溫系統連接圖圖（a）總的熱電勢（3-65）由于（3-68）（3-67）將式（3-66）、式（3-67）代入式（3-64）（3-66）（2）插入第三種導線的問題p8124第五節溫度檢測及儀表說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產生的熱電勢數值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。

故得（3-69）圖（b）總的熱電勢（3-71）25ET0T0TET0T1T1T電位計接入熱電偶回路根據上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。

26工業上對熱電極材料的要求溫度每增加１℃時所能產生的熱電勢要大，而且熱電勢與溫度應盡可能成線性關系；物理穩定性要高；化學穩定性要高；材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲；復現性好，便于成批生產，而且在應用上也可保證良好的互換性。（3）常用熱電偶的種類p8127（1）．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達1800℃。特點：材料性能穩定，測量精度高。

適用于在氧化性和中性介質中使用，還原性氣體中易被侵蝕。低溫熱電勢極小，冷端溫度在50℃以下可不加補償。價格貴，成本高。幾種熱電偶介紹Page8228

（2）．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號LB—3工業用熱電偶絲：Φ0.5mm，實驗室用可更細些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點：材料性能穩定，測量準確度較高；可做成標準熱電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。幾種熱電偶介紹29

（3）．鎳鉻—鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(K型)

分度號EU—2工業用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實驗室用可細些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點：價格比較便宜，在工業上廣泛應用。高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有SO2，

H2S等氣體中易被侵蝕。復現性好，熱電勢大。已用鎳鉻-鎳硅取代了鎳鉻-鎳鋁熱電偶。幾種熱電偶介紹30（4）．鎳鉻—考銅熱電偶(XK型)工業用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實驗室用可更細些。正極：鎳鉻合金負極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點：價格比較便宜，工業上廣泛應用。在常用熱電偶中它產生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用。考銅易氧化變質，適于在還原性或中性介質中使用。幾種熱電偶介紹31（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠—銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是60年代發展起來的，是目前一種較好的高溫熱電偶，可使用在真空惰性氣體介質或氫氣介質中，但高溫抗氧能力差。國產鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）金鐵—鎳鉻熱電偶主要用在低溫測量，可在2～273K范圍內使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀—鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時的熱電勢為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應用于航空工業。幾種持殊用途的熱電偶Page8232第五節溫度檢測及儀表熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表3-4工業用熱電偶33第五節溫度檢測及儀表（4）熱電偶的結構

①普通型熱電偶圖3-61熱電偶的結構熱電極絕緣管保護套管接線盒Page8234

（二）常用熱電偶的結構類型

1．工業用熱電偶下圖為典型工業用熱電偶結構示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。

工業熱電偶結構示意圖1－接線盒；2－保險套管3―絕緣套管4―熱電偶絲123435（1）普通裝配式熱電偶的結構

熱電極可以從保護管中取出的可拆卸的工業熱電偶，它與顯示儀表、記錄儀表或計算機等配套使用，可以測量各種生產過程中氣體、液體、熔體及固體表面的溫度。

（4）熱電偶的結構

36第五節溫度檢測及儀表材料工作溫度/℃橡皮、絕緣漆琺瑯玻璃管石英管瓷管純氧化鋁管80150500120014001700表3-8常用絕緣子材料表3-9常用保護套管材料工作溫度/℃無縫鋼管不銹鋼管石英管瓷管Al2O3陶瓷管6001000120014001900以上37(a)(b)(c)(d)

132(2)．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優點是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結構示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型38（2）鎧裝熱電偶的結構

與裝配式熱電偶相比，鎧裝熱電偶具有可彎曲、耐高壓、熱響應時間短和堅固耐用等優點。

常見鎧裝熱電偶的外形結構39(3)．表面（薄膜）型熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.01～0.lμm)4123表面薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點;3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對物體表面溫度的快速測量。安裝時，用粘結劑將它粘結在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種，尺寸為60×6×0.2mm；絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300℃以下；反應時間僅為幾ms。40（4）．快速（消耗）微型熱電偶

是測量高溫熔融物體的一種專用熱電偶。下圖為一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優點是熱慣性小，只要注意它的動態標定，測量精度可達土5～7℃。1423567891110快速消耗微型熱電偶1—剛帽；2—石英；3—紙環；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補償導線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線41第五節溫度檢測及儀表２.補償導線的選用圖3-62補償導線接線圖

采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經濟。

它也是由兩種不同性質的金屬材料制成，在一定溫度范圍內（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。42Note在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配。熱電偶名稱補償導線工作端為100℃，冷端為0℃時的標準熱電勢/mV正極負極材料顏色材料顏色鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅-銅鎳銅銅鎳鉻銅紅紅紅紅銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳綠藍棕白0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047表3-10常用熱電偶的補償導線43３.冷端溫度的補償

在應用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。一般采用下述幾種方法。（1）冷端溫度保持為０℃的方法圖3-63熱電偶冷端溫度保持０℃的方法44把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液T0（1）冷端溫度保持為０℃的方法45舉例某一設備的實際溫度為t，其冷端溫度為t1，這時測得的熱電勢為E（t，t1）。為求得實際t

的溫度，可利用下式進行修正，即由此可知，冷端溫度的修正方法是把測得的熱電勢E（t，t1），加上熱端為室溫t１，冷端為0℃時的熱電偶的熱電勢E（t1，0），才能得到實際溫度下的熱電勢E（t，0）。因為（2）冷端溫度修正方法在實際生產中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t1，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。p8446第五節溫度檢測及儀表舉例例6用鎳鉻-銅鎳熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得的熱電勢E（t，t1）＝66982μV，而自由端的溫度t1＝30℃，求被測的實際溫度。解

由附錄三可以查得

則再查附錄三可以查得68783μV對應的溫度為900℃。p8447用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算例用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)舉例48第五節溫度檢測及儀表

用計算的方法來修正冷端溫度，是指冷端溫度內恒定值時對測溫的影響。該方法只適用于實驗室或臨時測溫，在連續測量中顯然是不實用的。

注意49第五節溫度檢測及儀表

由于熱電偶所產生的熱電勢與溫度之間的關系都是非線性的（當然各種熱電偶的非線性程度不同），因此在自由端的溫度不為零時，將所測得熱電勢對應的溫度值加上自由端的溫度，并不等于實際的被測溫度。譬如在上例中，測得的熱電勢為66982μV，由附錄三可查得對應溫度為876.6℃，如果再加上自由端溫度30℃，則為906.6℃，這與實際被測溫度有一定誤差。其實際熱電勢與溫度之間的非線性程度越嚴重，則誤差就越大。50第五節溫度檢測及儀表（3）校正儀表零點法

若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預先將儀表指針調整到相當于室溫的數值上。

注意：只能在測溫要求不太高的場合下應用。（4）補償電橋法

利用不平衡電橋產生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

51（4）.補償電橋法利用不平衡電橋產生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數無影響。冷端補償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3RT0UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補償作用。注意，不同材質的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調整。52第五節溫度檢測及儀表

由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這種補償電橋時須把儀表的機械零位預先調到20℃處。如果補償電橋是在0℃時平衡設計的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補償電橋），則儀表零位應調在0℃處。注意！圖3-64具有補償電橋的熱電偶測溫線路53第五節溫度檢測及儀表（5）補償熱電偶法

圖3-65補償熱電偶連接線路

在實際生產中，為了節省補償導線和投資費用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表，如圖3-65。

54采用的方法

冷端溫度保持為0oC的方法冷端溫度修正法校正儀表零點法補償電橋法補償熱電偶法小結：冷端溫度的補償原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據，否則會產生誤差。Summary551.熱電偶的選擇、安裝使用

熱電偶的選用應該根據被測介質的溫度、壓力、介質性質、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護套管。其安裝地點要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業生產中，熱電偶常與毫伏計連用（XCZ型動圈式儀表）或與電子電位差計聯用，后者精度較高，且能自動記錄。另外也可通過與溫度變送器經放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號。圖3.2-17熱電偶安裝圖五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗56熱電偶分度號校驗溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%2.熱電偶的定期校驗

校驗的方法是用標準熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進行對比，誤差超過規定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗裝置示意圖，最佳校驗方法可由查閱有關標準獲得。工業熱電偶的允許偏差，見下表。工業熱電偶允許偏差5778564321穩壓電源220V熱電偶校驗圖

1-調壓變壓器；2-管式電爐；3標準熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關；7-測試儀表；8-試管58

熱電偶溫度計是一種較為理想的高溫測量儀表，主要用于測量500oC以上的較高溫度。但在測量較低溫度時，由于產生的熱電勢較小，測量精度相應降低。另外，在低溫區域，冷端溫度的變化和環境溫度的變化所引起的相對誤差較大，難以得到全補償。通常在-200~500oC溫度范圍內，一般使用熱電阻溫度計測量效果較好。第五節溫度檢測及儀表怎么辦？

三、熱電阻溫度計59

熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質制成的。在溫度傳感器中應用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計等）和熱敏電阻。熱敏電阻發展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩定性已大為提高，在許多場合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統的溫度傳感器。主要講述熱敏電阻的特點、分類，基本參數，主要特性和應用等。

三、熱電阻溫度計第五節溫度檢測及儀表60第五節溫度檢測及儀表三、熱電阻溫度計

在中、低溫區，一般是使用熱電阻溫度計來進行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導線所組成。

圖3-66熱電阻溫度計61第五節溫度檢測及儀表

對于呈線性特性的電阻來說，其電阻值與溫度關系如下式

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。1.測溫原理

利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應）來進行溫度測量的。注意！62第五節溫度檢測及儀表2.工業常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數、電阻率要大；熱容量要小；在整個測溫范圍內，應具有穩定的物理、化學性質和良好的復制性；電阻值隨溫度的變化關系，最好呈線性。63五、熱電阻溫度計測量原理利用金屬電阻隨溫度變化的規律進行測量；測量金屬在不同溫度下電阻值的變化。工業熱電阻溫度計主要有兩種材質：鉑電阻：0—650oC，Pt10，Pt100銅電阻：-50—+150oC，Cu50，Cu100結構：普通型，鎧裝型，薄膜型注意！64第五節溫度檢測及儀表（1）鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍內，鉑電阻與溫度的關系為由實驗求得

工業上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對應分度號為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對應分度號為Pt100。

65第五節溫度檢測及儀表（2）銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數很大，且電阻與溫度呈線性關系；在測溫范圍為-50～+150℃內，具有很好的穩定性。

在-50～+150℃的范圍內，銅電阻與溫度的關系是線性的。即

工業上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應的分度號為Cu10。另一種是R0＝100Ω，對應的分度號為Cu100。66第五節溫度檢測及儀表３.熱電阻的結構（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護套管和接線盒等主要部件所組成。圖3-65熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲)（2）鎧裝熱電阻

將電阻體預先拉制成型并與絕緣材料和保護套管連成一體。

（3）薄膜熱電阻

將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。671、裝配式熱電阻的結構熱電阻結構圖感溫元件結構圖68第五節溫度檢測及儀表四、光纖溫度傳感器（自學）五、電動溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ系列電動單元組合式檢測調節儀表中的一個主要單元。它既可與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，然后，它和顯示單元、控制單元配合，實現對溫度或溫差及其他各種參數進行顯示、控制。69第五節溫度檢測及儀表DDZ-Ⅲ型的溫度變送器與DDZ-Ⅱ型的溫度變送器進行比較，它有以下主要特點。線路上采用了安全火花型防爆措施，

因而可以實現對危險場合中的溫度或毫伏信號測量。在熱電偶和熱電阻的溫度變送器中采用了線性化機構，

從而使變送器的輸出信號和被測溫度間呈線性關系。在線路中，由于使用了集成電路，這樣使該變送器具有良好的可靠性、穩定性等各種技術性能。70第五節溫度檢測及儀表溫度變送器有三種類型：

熱電偶溫度變送器；熱電阻溫度變送器；直流毫伏變送器。1.熱電偶溫度變送器結構分為：輸入橋路、放大電路及反饋電路。

圖3-69

熱電偶溫度變送器的結構方框圖使用最多的71第五節溫度檢測及儀表（1）輸入電橋

主要作用：（1）冷端溫度補償、（2）調整零點。

圖3-70

輸入電橋72第五節溫度檢測及儀表（2）反饋電路

在DDZ-Ⅲ型的溫度變送器中，在溫度變送器中的反饋回路加入線性化電路，對熱電偶的非線性予以修正。圖3-71熱電偶溫度變送器的線性化方法方框圖原因：熱電偶產生的熱電勢太小，因而在反饋電路中采取非線性反饋電路進行修正。73（3）放大電路由于熱電偶產生的熱電勢數值較小，需要經過多級放大后才能轉變為高電平輸出。74第五節溫度檢測及儀表2.熱電阻溫度變送器結構分為：輸入電橋、放大電路及反饋電路。

圖3-72熱電阻溫度變送器的結構方框圖75注意區別為了使溫度變送器的輸出信號與輸入信號保持線性關系，采用兩種方法。一種方法是在變送器的放大環節之前加一線性化電路；另一種方法是在反饋回路中另引一路正反饋的方法。前一種方法需要增加一個線性集成電路和一些元件，線路較為復雜。后一種方法線路簡單，在調節線性方面也易于調整。76第五節溫度檢測及儀表六、一體化溫