第一節溫度測量的基本概念

一、溫度測量的基本概念

溫度標志著物質內部大量分子無規則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內部分子熱運動越劇烈。

模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！低溫高溫現在是1頁\一共有55頁\編輯于星期六二、溫標

1、溫度的數值表示方法稱為溫標。它規定了溫度的讀數的起點（即零點）以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標確定。2、國際上規定的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。

課本P213定義第一節溫度測量的基本概念

現在是2頁\一共有55頁\編輯于星期六幾種溫標的對比

正常體溫為37C，相當于華氏溫度多少度？二、溫標

第一節溫度測量的基本概念

現在是3頁\一共有55頁\編輯于星期六熱力學溫標（K）

熱力學溫標是建立在熱力學第二定律基礎上的最科學的溫標，是由開爾文（Kelvin）根據熱力學定律提出來的，因此又稱開氏溫標。它的符號是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像二、溫標

第一節溫度測量的基本概念

現在是4頁\一共有55頁\編輯于星期六1990國際溫標(ITS-90)

從1990年1月1日開始在全世界范圍內采用1990年國際溫標，簡稱ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點，測量和重現這些固定點的標準儀器以及計算公式，例如水的三相點為273.16K（0.01C）等。

二、溫標

第一節溫度測量的基本概念

現在是5頁\一共有55頁\編輯于星期六按照用途可分為基準溫度計和工業溫度計；按照測量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發電型、非電測型等。

三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是6頁\一共有55頁\編輯于星期六介紹幾種溫度測量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是7頁\一共有55頁\編輯于星期六變色涂料在電腦內部溫度中的示溫作用CPU散熱風扇低溫時顯示藍色溫度升高后變為紅色三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是8頁\一共有55頁\編輯于星期六不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學溫度成正比介紹幾種溫度測量方法體積熱膨脹式三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是9頁\一共有55頁\編輯于星期六介紹幾種溫度測量方法紅外溫度計三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是10頁\一共有55頁\編輯于星期六熱電偶測溫的主要優點:1、它屬于自發電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅動動圈式儀表；2、測溫范圍廣：下限可達-270C，上限可達1800C以上；3、各溫區中的熱電勢均符合國際計量委員會的標準。三、溫度測量及傳感器分類第一節溫度測量的基本概念

現在是11頁\一共有55頁\編輯于星期六熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

第二節熱電偶的工作原理

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB先看一個實驗——熱電偶工作原理演示結論：

當兩個結點溫度不相同時，回路中將產生電動勢。一、熱電效應

現在是12頁\一共有55頁\編輯于星期六1821年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發現放在回路中的指南針發生偏轉（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉角反而減小（又說明什么？）

。顯然，指南針的偏轉說明回路中有電動勢產生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。

從實驗到理論：熱電效應第二節熱電偶的工作原理

一、熱電效應

現在是13頁\一共有55頁\編輯于星期六自由電子＋ABeAB（

T）T結點產生熱電勢的微觀解釋及圖形符號兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發生自由電子的擴散現象。自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產生熱電勢。

從實驗到理論：熱電效應第二節熱電偶的工作原理

一、熱電效應

現在是14頁\一共有55頁\編輯于星期六熱電效應的定義：將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應。第二節熱電偶的工作原理

一、熱電效應

現在是15頁\一共有55頁\編輯于星期六ABTT0k——玻耳茲曼常數，e——電子電荷量，T——接觸處的溫度，NA，NB——分別為導體A和B的自由電子密度。

接觸電動勢不同材料之間:節點處電子的擴散所致第二節熱電偶的工作原理

二、熱電勢（接觸電動勢和溫差電動勢）現在是16頁\一共有55頁\編輯于星期六

溫差電動勢σA，σB——湯姆遜溫度系數。同種材料：兩端溫度不同電子運動速度不同回路中總電動勢：第二節熱電偶的工作原理

二、熱電勢（接觸電動勢和溫差電動勢）ABTT0現在是17頁\一共有55頁\編輯于星期六2)中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫度相等，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V1)均質導體定律由一種均質導體組成的閉合回路，不論導體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產生熱電動勢。第二節熱電偶的工作原理

三、熱電偶測溫基本定律現在是18頁\一共有55頁\編輯于星期六ABTT0=ACTT0—CBTT03)參考電極定律兩種導體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：4)中間溫度定律熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數和。中間溫度定律可以用下式表示：中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據。第二節熱電偶的工作原理

三、熱電偶測溫基本定律現在是19頁\一共有55頁\編輯于星期六根據金屬的熱電效應原理，任意兩種不同材料的導體都可以作為熱電極組成熱電偶。在實際應用中，用作熱電極的材料應具備如下幾方面的條件：(1)溫度測量范圍廣；(2)性能穩定；

(3)物理化學性能好；第三節熱電偶的材料、結構及種類1、熱電偶的材料現在是20頁\一共有55頁\編輯于星期六1）普通工業裝配式熱電偶的結構熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等幾個主要部分組成。2、熱電偶的結構第三節熱電偶的材料、結構及種類現在是21頁\一共有55頁\編輯于星期六2）鎧裝熱電偶的結構2、熱電偶的結構

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點：內部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優點。第三節熱電偶的材料、結構及種類現在是22頁\一共有55頁\編輯于星期六鎧裝熱電偶結構現在是23頁\一共有55頁\編輯于星期六鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面現在是24頁\一共有55頁\編輯于星期六2、熱電偶的結構3）隔爆型熱電偶

結構特點：隔爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊結構，它的接線盒是經過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內一旦放弧時，不會與外界環境的危險氣體傳爆，能達到預期的防爆、隔爆效果。

使用場合：工業用的隔爆型熱電偶多用于化學工業自控系統中（由于在化工生產廠、生產現場常伴有各種易燃、易爆等化學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環境氣體爆炸）。第三節熱電偶的材料、結構及種類現在是25頁\一共有55頁\編輯于星期六隔爆型熱電偶外形厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線現在是26頁\一共有55頁\編輯于星期六其他熱電偶外形小形K型熱電偶現在是27頁\一共有55頁\編輯于星期六1）標準型熱電偶2）非標準型熱電偶非標準型熱電偶包括鉑銠系、銥銠系及鎢錸系熱電偶等。主要有：鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號“B”；鉑銠10-鉑熱電偶，分度號“S”；鎳鉻-鎳硅熱電偶，分度號“K”；鎳鉻-康銅熱電偶，分度號“E”；鐵-康銅熱電偶，分度號“J”；銅-康銅熱電偶，分度號“T”。第三節熱電偶的材料、結構及種類3、熱電偶的種類現在是28頁\一共有55頁\編輯于星期六K熱電偶的分度表比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？現在是29頁\一共有55頁\編輯于星期六

設冷端為0C，根據以下電路中的毫伏表的示值及K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度tx。如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值現在是30頁\一共有55頁\編輯于星期六4.型號表示現在是31頁\一共有55頁\編輯于星期六第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償

由于熱電偶產生的電勢與兩端溫度有關，只有將冷端溫度保持恒定才能使熱電勢正確反映熱端的被測溫度。由于很難保證冷端溫度在恒定0℃故常采取一些冷端補償措施，主要有：

冷端恒溫法、

補償導線法、

計算修正法、

橋補償法等幾種。現在是32頁\一共有55頁\編輯于星期六第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）冷端恒溫法0℃恒溫器將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內。用于實驗室或精密的溫度測量。（冰浴法）其他恒溫器將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內，使之保持溫度恒定，避免由于環境溫度的波動而引入誤差。這類恒溫器的溫度不為0℃，需對熱電偶進行冷端溫度修正。現在是33頁\一共有55頁\編輯于星期六冰浴法接線圖

1—被測流體管道2—熱電偶3—接線盒4—補償導線5—銅質導線6—毫伏表7—冰瓶8—冰水混合物9—試管10—新的冷端現在是34頁\一共有55頁\編輯于星期六補償導線法由于受到材料價格的限制不可能做很長，而要使其冷端不受測溫對象的溫度影響，必須使冷端遠離溫度對象，采用補償導線可以做到這一點。所謂補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在0～150℃溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。型號配用熱電偶正-負導線外皮顏色正-負SC鉑銠10-鉑紅-綠KC鎳鉻-鎳硅紅-藍WC5/26鎢錸5-鎢錸26

紅-橙補償導線在0～150C范圍內的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）現在是35頁\一共有55頁\編輯于星期六第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）補償導線法實質是相當于將熱電極延長。根據中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。下面以爐溫測量為例說明補償導線的作用。如采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測爐溫，熱端為800℃，冷端為50℃，儀表室為20℃。先分別查表得：E（800,0）=33.277mV、E(50,0)=2.022mV、E(20,0)=0.798mV。則不補償時輸入儀表的熱電勢為：E(800,50)=33.277-2.022=31.255mV（相當于751℃），采用補償導線后則為：E(800,20)=33.277-0.798=32.479mV（相當于781℃），現在是36頁\一共有55頁\編輯于星期六第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）計算修正法測量值再加上冷端溫度到0℃的熱電勢，現可利用計算機進行自動計算補償。例用Ｋ型熱電偶測溫度，冷端為40℃，測得的熱電勢為29.188(mV)，求被測溫度T。解：已知e(t,40)=29.188(mV)查E(40,0)=1.611(mV)故E(t,0)=29.188+1.611=30.799(mV)查K型分度表得：T=740℃現在是37頁\一共有55頁\編輯于星期六第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）電橋補償法熱電偶的電勢與溫度為非線性關系；而電阻與溫度的關系是線性的，故是近似關系。補償原理見下圖：圖中R1與R2阻值遠大于其它電阻，使橋路具有恒流性質，并使I1=I2=0.5mA；因此，其輸出電壓：U=e+URCM－UR5利用e與URCM的相反變化來補償熱電偶冷端溫度的改變，自動補償的條件為：Δe=I1RCMαΔt

現在是38頁\一共有55頁\編輯于星期六電橋補償法是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被補償熱電偶對應型號的補償電橋。

第三節熱電偶的材料、結構及種類5、冷端補償（冷端恒溫法、補償導線法、計算修正法和電橋補償法）電橋補償法

XT-WBC熱電偶冷端補償器現在是39頁\一共有55頁\編輯于星期六第四節熱電偶的應用及配套儀表

由于我國生產的熱電偶均符合ITS-90國際溫標所規定的標準，其一致性非常好，所以國家又規定了與每一種標準熱電偶配套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標準的動圈式顯示儀表命名為XC系列。有指示型（XCZ）和指示調節型（XCT）等系列品種。與K型熱電偶配套的動圈儀表型號為XCZ-101或XCT-101等。數字式儀表也有指示型（XMZ）和指示調節型（XMT）等幾種系列品種。

現在是40頁\一共有55頁\編輯于星期六XCZ系列指針式顯示儀表

XC系列動圈式儀表測量機構的核心部件是一個磁電式毫伏計。動圈式儀表與熱電偶配套測溫時，熱電偶、連接導線（補償導線）、調整電阻和顯示儀表組成了一個閉合回路。

1—熱電偶2—補償導線3—冷端補償器4—外接調整電阻5—銅導線6—動圈7—張絲8—磁鋼（極靴）9—指針10—刻度面板

現在是41頁\一共有55頁\編輯于星期六XMZ系列智能數字顯示儀表

特點：

1、帶冷端溫度自動補償；2、單片機智能化設計，儀表零點、量程等全部參數可按鍵設定；3、具有軟件校驗功能，可通過按鍵對儀表進行校準；4、具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；5、采用開關電源，電壓適應范圍寬，儀表體積小、重量輕。6、220VAC或24VDC供電電源。現在是42頁\一共有55頁\編輯于星期六XMT系列熱電偶智能數字顯示控制儀表的特點帶冷端溫度自動補償；具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；雙屏顯示、副屏顯示內容可設定；最多可帶4路報警控制繼電器輸出；每個報警控制點的回差可設定；每個報警控制點的報警方式（上限報警或下限報警）可分別設定。現在是43頁\一共有55頁\編輯于星期六DDZ－Ⅲ型電動單元組合

儀表中的變送單元之一：軌裝式溫度變送器它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號線性地轉換成與溫度成比例的電流（電壓）信號，供給顯示、控制儀表及計算機集散系統，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業的測溫控制系統中。現在是44頁\一共有55頁\編輯于星期六請將右圖各有關設備正確地連接起來，組成熱電偶測溫、控溫電路。黃綠紅L1

L2

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接大地銅排接零熱電偶輸出端電爐如何根據常用電路設備的要求接線現在是45頁\一共有55頁\編輯于星期六380V線圈的交流接觸器連接過程當溫度控制器測得的溫度達到設定值時，5-6兩端開路，交流接觸器失電，電爐回路被切斷。接大地銅排黃綠紅L1

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電爐接零“3”端接何處熱電偶現在是46頁\一共有55頁\編輯于星期六220V線圈的交流接觸器連接過程LLL123當溫度控制器測得的溫度達到設定值時，5-6兩端開路，交流接觸器失電，電爐回路被切斷。接零注意：圖中還有一根線漏接，請指正！現在是47頁\一共有55頁\編輯于星期六小結：本次課主要復習了熱電偶的原理、種類及其使用中的基本定律，重點介紹了熱電偶在使用中的冷端端補償方法以及在溫度檢測中的具體應用電路，