热工测试技术第2章课件

，二、温度测量的基本原理二、温度测量的基本原理温度测量：基于热力学第零定律；温度测量：基于热力学第零定律；即一切互为热平衡的物体都具有相同的温即一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。度。三、温标的概念三、温标的概念衡量温度的标准尺度称之为温标衡量温度的标准尺度称之为温标温标确定了相应的温度单位温标确定了相应的温度单位国际上常用的温标：国际上常用的温标：热力学温标热力学温标摄氏温标摄氏温标国际实用温标国际实用温标华氏温标华氏温标6/10/20241热工测试技术，二、温度测量的基本原理温度测量：基于热力学第零定律；三、温 单位和热力学温标相同单位和热力学温标相同,也采用开尔文也采用开尔文1 1）热力学温标（开尔文，）热力学温标（开尔文，K K）热力学温标是建立在热力学基础上的热力学温标是建立在热力学基础上的一种理论温标，在国际单位制中，它是七一种理论温标，在国际单位制中，它是七个基本单位制之一，名叫热力学温度。个基本单位制之一，名叫热力学温度。2 2）国际实用温标）国际实用温标6/10/20242热工测试技术单位和热力学温标相同,也采用开尔文1）热力学温标（开尔文4 4）华氏温标（华氏度、）华氏温标（华氏度、）F=1.8*C+32 C=5(F-32)/9F=1.8*C+32 C=5(F-32)/90=17.8 0=17.8 100=37.3100=37.3 3 3）摄氏温标（摄氏度、）摄氏温标（摄氏度、）国际其本单位之一，与热力学温标单位国际其本单位之一，与热力学温标单位开尔文并用。开尔文并用。6/10/20243热工测试技术4）华氏温标（华氏度、）F=1.8*C+32四、温度测量的基本方法四、温度测量的基本方法 固体式固体式热敏电热敏电阻阻 比色式比色式 热电偶热电偶 接触式接触式 非接触式非接触式测量方式测量方式 膨胀式膨胀式电阻式电阻式液体式液体式气体式气体式热电阻热电阻热辐射式热辐射式辐射式辐射式亮度式亮度式6/10/20244热工测试技术四、温度测量的基本方法固体式热敏电阻比色式热电偶接接触法和非接触法的特点接触法和非接触法的特点 必要条件必要条件（1 1）检测元件与）检测元件与测量对象有良好测量对象有良好的热接触；的热接触；（2 2）测量对象与）测量对象与检测元件接触时，检测元件接触时，要使前者的温度要使前者的温度保持不变。保持不变。（1 1）由测量对）由测量对象发出的辐射应象发出的辐射应全部到达检测元全部到达检测元件；件；（2 2）应明确知）应明确知道测量对象的有道测量对象的有效发射率或重现效发射率或重现性。性。6/10/20245热工测试技术接触法和非接触法的特点必要条件（1）检测元件与测量对象有良（1 1）测量热容量）测量热容量小的物体的温度有小的物体的温度有困难；困难；（2 2）测量运动的物）测量运动的物体有困难；体有困难；（3 3）可测量任何部）可测量任何部位的温度；位的温度；（4 4）便于多点、集）便于多点、集中测量和自动控制。中测量和自动控制。（1 1）因为检测元）因为检测元件不与测量对象接件不与测量对象接触，所以测量的对触，所以测量的对象的温度不变；象的温度不变；（2 2）可以测量运）可以测量运动物体的温度；动物体的温度；（3 3）一般测量）一般测量表面温度。表面温度。6/10/20246热工测试技术（1）测量热容量小的物体的温度有困难；（2）测量运动的物体有容易测量容易测量10001000以下的温度以下的温度 适于高温测量适于高温测量 测量范围的测量范围的1%1%左右左右 准确度准确度 一般在一般在1010左右左右 响应速度响应速度 较慢较慢 较快较快 测温范围测温范围6/10/20247热工测试技术容易测量1000以下的温度适于高温测量测量范围的1%左3 3最好是线性特性，并具有良好的响应特性。最好是线性特性，并具有良好的响应特性。五、温度计的主要要求五、温度计的主要要求1 1单值函数关系。单值函数关系。2 2温度测量范围广、准确度高、复现温度测量范围广、准确度高、复现性好、灵敏度高。性好、灵敏度高。6/10/20248热工测试技术3最好是线性特性，并具有良好的响应特性。五、温度计的主要2-2 2-2 膨胀式温度计膨胀式温度计缺点：不能自动记录、远传、易损坏、污染缺点：不能自动记录、远传、易损坏、污染 环境。环境。一、玻璃管液体温度计一、玻璃管液体温度计 测温范围测温范围-100600-100600 利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛细管内的膨胀作用来测量温度。细管内的膨胀作用来测量温度。（一）特点：（一）特点：优点：测温直观、结构简单、价格便宜、测优点：测温直观、结构简单、价格便宜、测 量准确、使用方便。量准确、使用方便。6/10/20249热工测试技术2-2膨胀式温度计缺点：不能自动记录、远传、易损坏、6/10/202410热工测试技术8/1/202310热工测试技术按感温液体分为按感温液体分为 ：水银温度计，有机液体温度计水银温度计，有机液体温度计 （二）（按用途）分类：（二）（按用途）分类：普通温度计，精密温度计，标准温度计普通温度计，精密温度计，标准温度计6/10/202411热工测试技术按感温液体分为：（二）（按用途）分类：普通温度计，精密温度 不易湿润玻璃，便于读数。不易湿润玻璃，便于读数。（三）感温工作介质的特性（三）感温工作介质的特性 1.1.工作液体：水银，有机液体（甲苯、乙醇、工作液体：水银，有机液体（甲苯、乙醇、石油醚等）石油醚等）2.2.特点（要求）特点（要求）膨胀系数大，且稳定，较高灵敏度；膨胀系数大，且稳定，较高灵敏度；化学、物理稳定性好；化学、物理稳定性好；导热好；导热好；6/10/202412热工测试技术不易湿润玻璃，便于读数。（三）感温工作介质的特性水银不润湿玻璃，可以准确读数水银不润湿玻璃，可以准确读数水银具有如下特性：水银具有如下特性：水银的凝固点为水银的凝固点为-38.836-38.836，沸点，沸点356.69356.69。而且容易得到纯度很高的水银。而且容易得到纯度很高的水银。水银的体膨胀在水银的体膨胀在200200以下与温度大体呈线以下与温度大体呈线性关系，因此水银的刻度是线性均匀等分的；性关系，因此水银的刻度是线性均匀等分的；6/10/202413热工测试技术水银不润湿玻璃，可以准确读数水银具有如下特性：水银的凝固在感温液中，水银的导热性能最好，因此，温在感温液中，水银的导热性能最好，因此，温度计的时间常数很小。水银的最大缺点是汞蒸气度计的时间常数很小。水银的最大缺点是汞蒸气有毒，在制造过程中或者水银温度被损坏时，均有毒，在制造过程中或者水银温度被损坏时，均要污染环境。要污染环境。水银温度计通常的应用范围是水银温度计通常的应用范围是3535360360。如将惰性气体加压封入玻璃温度计内，使用温度如将惰性气体加压封入玻璃温度计内，使用温度可达可达650650左右，将惰性气体加压封入石英管内，左右，将惰性气体加压封入石英管内，使用温度可提高到使用温度可提高到760760，如果用汞铊温度计，如果用汞铊温度计，则可向低温延伸到则可向低温延伸到6060左右；左右；6/10/202414热工测试技术在感温液中，水银的导热性能最好，因此，温度计的时间常数很小有机液体具有如下特性：有机液体具有如下特性：有机液体易于沾附在玻璃上，造成挂柱或断有机液体易于沾附在玻璃上，造成挂柱或断柱现象，因而，它的精度低于水银温度计柱现象，因而，它的精度低于水银温度计主要用于测量主要用于测量00以下的低温，最低可达以下的低温，最低可达200200，它对玻璃的视膨胀系数较水银大，露出它对玻璃的视膨胀系数较水银大，露出液柱须按液柱须按0.0100.010修正修正 着色的有机液体读数方便着色的有机液体读数方便6/10/202415热工测试技术有机液体具有如下特性：有机液体易于沾附在玻璃上，造成挂柱（四）玻璃材料及特性：（四）玻璃材料及特性：1 1玻璃材料：普通玻璃玻璃材料：普通玻璃300300，硅硼玻璃硅硼玻璃500,5005002.2.特点（要求）：特点（要求）：膨胀系数小，且稳定，并按一定规律膨膨胀系数小，且稳定，并按一定规律膨胀或收缩；胀或收缩；化学、物理稳定性好；化学、物理稳定性好；导热好。导热好。6/10/202416热工测试技术（四）玻璃材料及特性：1玻璃材料：普通玻璃300，2（五）主要结构（五）主要结构 4.4.保护套式温度计保护套式温度计全浸式全浸式局浸式局浸式1 1棒式温度计棒式温度计2 2内标式温度计内标式温度计3 3电接点式温度计电接点式温度计分为固定电接点温度计和可调电接点温度计。分为固定电接点温度计和可调电接点温度计。6/10/202417热工测试技术（五）主要结构4.保护套式温度计全浸式1棒式温度计2内二、双金属温度计二、双金属温度计 （二）基本原理（二）基本原理:（一）测温范围：（一）测温范围：8080600600可用关系式可用关系式:X 双金属片始端的位移双金属片始端的位移mmmm；l 双金属片的长度双金属片的长度mmmm；d d 双金属片的厚度双金属片的厚度mmmm；t 双金属片的温度变化双金属片的温度变化。G 弯曲率弯曲率6/10/202418热工测试技术二、双金属温度计（二）基本原理:（一）测温范围：806/10/202419热工测试技术8/1/202319热工测试技术6/10/202420热工测试技术8/1/202320热工测试技术平螺旋型与宜螺旋型两种平螺旋型与宜螺旋型两种 （三）分类（三）分类:(1)(1)依据双金属温度计的刻度盘平面与保依据双金属温度计的刻度盘平面与保护管的连接方向可分为：护管的连接方向可分为：(a)(a)轴向型轴向型(b)(b)径向型径向型(c)135(c)135角型角型(d)(d)盒盒 型型(2)(2)按照感温元件的形状分为：按照感温元件的形状分为：6/10/202421热工测试技术平螺旋型与宜螺旋型两种（三）分类:(1)依据双金属温度计的三、压力式温度计三、压力式温度计使用范围为使用范围为8080600600。一种膨胀式温度计一种膨胀式温度计可直接测量并显示可直接测量并显示被测介质的温度被测介质的温度6/10/202422热工测试技术三、压力式温度计使用范围为一种膨胀式温度计可直接测量并显示8除电接点压力式温度计外，其他结构形除电接点压力式温度计外，其他结构形 式均无电源，因此，安全防爆。式均无电源，因此，安全防爆。特点：特点：结构简单、可靠、价格便宜；结构简单、可靠、价格便宜；刻度清晰，便于读数；刻度清晰，便于读数；驱动力大，可直接带动指针或记录笔，驱动力大，可直接带动指针或记录笔，也可作为调节器的输入信号；也可作为调节器的输入信号；6/10/202423热工测试技术除电接点压力式温度计外，其他结构形特点：结构简单、可靠、（一）基本原理：（一）基本原理：利用气体和液体压力随温度变化的特性利用气体和液体压力随温度变化的特性进行测温的传感器。进行测温的传感器。（二）主要结构：（二）主要结构：感温包、毛细管、弹簧管。感温包、毛细管、弹簧管。6/10/202424热工测试技术（一）基本原理：利用气体和液体压力随温度变化的特性进(d)(d)充气体压力式温度计充气体压力式温度计 (三三)分类分类根据充灌的工作介质的不同可分为四类：根据充灌的工作介质的不同可分为四类：(a)(a)充液体压力式温度计；充液体压力式温度计；(b)(b)充水银压力式温度计；充水银压力式温度计；(c)(c)充蒸汽压力式温度计；充蒸汽压力式温度计；6/10/202425热工测试技术(d)充气体压力式温度计(三)分类根据充灌的工作介质的不同（四）压力式温度计的使用（四）压力式温度计的使用 压力式温度计适于测量对温包无腐蚀作用压力式温度计适于测量对温包无腐蚀作用的液体、蒸汽和气体的温度。小型压力式温度的液体、蒸汽和气体的温度。小型压力式温度计可用作汽车、拖拉机及内燃机冷却水系统、计可用作汽车、拖拉机及内燃机冷却水系统、滑润油系统的温度测量表。滑润油系统的温度测量表。6/10/202426热工测试技术（四）压力式温度计的使用压力式温度计适于测量对温包无使用时应注意的事项：使用时应注意的事项：4 4、在安装液体压力式温度计时，其温包与显、在安装液体压力式温度计时，其温包与显示仪表应在同一水平面上，以减少由液体静示仪表应在同一水平面上，以减少由液体静压力引起的误差。压力引起的误差。1 1、时间常数、时间常数2 2、如果被测介质有较高压力或对温包有、如果被测介质有较高压力或对温包有腐蚀作用时，应将温包安装在耐压且腐蚀作用时，应将温包安装在耐压且抗腐蚀的保护管中。抗腐蚀的保护管中。3 3、在测量时应将温包全部插入被测介质、在测量时应将温包全部插入被测介质 中以减少导热误差。中以减少导热误差。6/10/202427热工测试技术使用时应注意的事项：1、时间常数2、如果被测介质有较高压2-3 2-3 电阻式温度计电阻式温度计 导导体体或或半半导导体体中中，电电子子及及其其他他粒粒子子的热运动迁移。的热运动迁移。一、热电阻测温的基本原理一、热电阻测温的基本原理 利用导体或半导体的电阻值随温度利用导体或半导体的电阻值随温度单值变化的特性进行温度测量，即电单值变化的特性进行温度测量，即电阻温度特性。阻温度特性。T T R R二、热电阻测温的物理根源（机理）二、热电阻测温的物理根源（机理）6/10/202428热工测试技术2-3电阻式温度计导体或半导体中，电子及其三、电阻式温度计的主要特点三、电阻式温度计的主要特点6 6、惰性较大，抗机械冲击与振动性能差、惰性较大，抗机械冲击与振动性能差 1 1、高灵敏度、高灵敏度2 2、高准确度，、高准确度，无冷端误差无冷端误差，由读取的电，由读取的电阻值可直接求得温度阻值可直接求得温度3 3、稳定性、复现性、线性较好、稳定性、复现性、线性较好4 4、体积较大、体积较大5 5、线路接法要求高（线路阻值影响）、线路接法要求高（线路阻值影响）6/10/202429热工测试技术三、电阻式温度计的主要特点6、惰性较大，抗机械冲击与振动性能四、金属导体电阻与温度关系四、金属导体电阻与温度关系 其中，其中，电阻温度系数。表明温度变化电阻温度系数。表明温度变化11时，电阻相对变化的数值时，电阻相对变化的数值 。（一）金属导体的电阻温度系数（一）金属导体的电阻温度系数电阻随温度变化的函数：电阻随温度变化的函数：电阻温度系数定义式为电阻温度系数定义式为 ：6/10/202430热工测试技术四、金属导体电阻与温度关系其中，电阻温度系数。表明温 电阻与温度非线性时，电阻与温度非线性时，非常数，随温度变非常数，随温度变化，通常只能用区域平均值表示。化，通常只能用区域平均值表示。通常取t=100,Rt=100,R100100；t t0 0=0,R=0,R0 0 的数值 2 2、非线性、非线性 实际上一般导体的电阻与温度的实际上一般导体的电阻与温度的关系并不一定是线性的，那么，欲知某一关系并不一定是线性的，那么，欲知某一温度下的温度下的 ，就应取极限。，就应取极限。1 1、理论定义：、理论定义：越大，电阻温度计灵敏度越高。越大，电阻温度计灵敏度越高。6/10/202431热工测试技术电阻与温度非线性时，非常数，随温度变化，通常通常：通常：46 46 、100 .100 .常用：常用：R R0 0=100=100 金属导体金属导体:0.4%0.4%0.6%/K0.6%/K；半导体：半导体：3%3%6%/K 6%/K 3 3、纯度：对于同一金属，纯度越高，、纯度：对于同一金属，纯度越高，越大。越大。通常以通常以 表示纯度，表示纯度，纯度纯度。（二）实用关联式（二）实用关联式RtR0(1+a1ta2 t2antn)（三）（三）R R0 0的选定：的选定：6/10/202432热工测试技术通常：46、100.常用：R0=100金属导体:五、热电阻材料及要求五、热电阻材料及要求（一）材料：（一）材料：金属导体：铂、铜、镍、铑铁合金、金属导体：铂、铜、镍、铑铁合金、铂钴合金等。铂钴合金等。半导体：锗、碳、铜、铁、镍、锰等半导体：锗、碳、铜、铁、镍、锰等 的氧化物，碳酸盐、硝酸盐的氧化物，碳酸盐、硝酸盐 等化合物高温烧结而成。等化合物高温烧结而成。6/10/202433热工测试技术五、热电阻材料及要求（一）材料：金属导体：铂、铜、镍、铑铁（二）对材料的要求：（二）对材料的要求：1 1、电阻温度系数、电阻温度系数大，稳定；大，稳定；2 2、电阻率、电阻率大，体积小；大，体积小；3 3、材料复现性、化学物理稳定性好；、材料复现性、化学物理稳定性好；4 4、容易加工制造，经济。、容易加工制造，经济。6/10/202434热工测试技术（二）对材料的要求：1、电阻温度系数大，稳定；2、电阻率六、热电阻常用形式六、热电阻常用形式 温标基准温度计：温标基准温度计：259.34259.34630.74 630.74（一）铂热电阻（一）铂热电阻性质稳定，纯度高，接近线性。性质稳定，纯度高，接近线性。铂电阻在还原气氛中容易被侵蚀变脆，铂电阻在还原气氛中容易被侵蚀变脆，因此一定要加保护套管。因此一定要加保护套管。工业温度计：工业温度计：2002008508506/10/202435热工测试技术六、热电阻常用形式温标基准温度计：259.3463在在08500850范围内铂电阻的电阻值与温度的关范围内铂电阻的电阻值与温度的关系表达式为系表达式为 ：在在-2000-2000范围内为：范围内为：6/10/202436热工测试技术在0850范围内铂电阻的电阻值与温度的关在-2000（二）铜热电阻（二）铜热电阻 工业用测温范围：工业用测温范围：5050150150优点：纯度高、经济好、线性。优点：纯度高、经济好、线性。缺点：缺点：1 1、铜的电阻率较小，所以要制造一定电、铜的电阻率较小，所以要制造一定电阻值的热电阻其铜丝的直径很细，影响阻值的热电阻其铜丝的直径很细，影响机械强度机械强度2 2、长度较长，热电阻体积较大、长度较长，热电阻体积较大6/10/202437热工测试技术（二）铜热电阻工业用测温范围：50150优点：纯3 3、铜易氧化，测温范围不能超过、铜易氧化，测温范围不能超过150150一般使用温度在一般使用温度在100100以下以下4 4、不能在有浸蚀性介质中使用、不能在有浸蚀性介质中使用6/10/202438热工测试技术3、铜易氧化，测温范围不能超过1504、不能在有浸蚀性介质 大，低温域灵敏度高，稳定性差，大，低温域灵敏度高，稳定性差，不稳定，非线性不稳定，非线性（三）镍热电阻（三）镍热电阻 军用温度传感器：军用温度传感器：5050300 300（、大，体积小，灵敏度高大，体积小，灵敏度高 ）6/10/202439热工测试技术大，低温域灵敏度高，稳定性差，（三）镍热电阻（四）深低温热电阻（四）深低温热电阻成功应用：铑铁电阻温度计成功应用：铑铁电阻温度计 日本的铂钴电阻温度计日本的铂钴电阻温度计 主要采用合金材料：铑铁热电阻、铂钴热主要采用合金材料：铑铁热电阻、铂钴热电阻，电阻，3030K K以下温度。以下温度。6/10/202440热工测试技术（四）深低温热电阻成功应用：铑铁电阻温度计主要采用合金材料：七、标准热电阻温度计的主体结构七、标准热电阻温度计的主体结构 5 5、接线盒、接线盒1 1、感温元件、感温元件 （热电阻丝、骨架）（热电阻丝、骨架）2 2、内引线、内引线3 3、绝缘管、绝缘管4 4、保护管、保护管6/10/202441热工测试技术七、标准热电阻温度计的主体结构5、接线盒1、感温元件2、内1 1、电阻丝应具备的条件：、电阻丝应具备的条件：在使用温度范围内，电阻与温度的关在使用温度范围内，电阻与温度的关系是连续固定的，最好呈线性关系，系是连续固定的，最好呈线性关系，便于分度便于分度在使用温度范围内，化学及物理性能稳定在使用温度范围内，化学及物理性能稳定尽可能大而稳定的电阻温度系数尽可能大而稳定的电阻温度系数互换性好，复制性强互换性好，复制性强 6/10/202442热工测试技术1、电阻丝应具备的条件：在使用温度范围内，电阻与温度的关系最好的是纯铂丝最好的是纯铂丝 固有电阻要大，因此，选用铂与镍丝有利固有电阻要大，因此，选用铂与镍丝有利容易加工，为了使其具有较大的电阻值，容易加工，为了使其具有较大的电阻值，加工成细丝是有效的加工成细丝是有效的6/10/202443热工测试技术最好的是纯铂丝固有电阻要大，因此，选用铂与镍丝有利容易加工2 2、骨架（绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定、骨架（绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定热电阻丝的支架）热电阻丝的支架）骨架材料：云母、玻璃、石英、陶瓷骨架材料：云母、玻璃、石英、陶瓷 要求：要求：（1 1）绝缘性好，比热小，导热好）绝缘性好，比热小，导热好（2 2）膨胀系数接近于热电阻丝）膨胀系数接近于热电阻丝（3 3）稳定性好，不沾污电）稳定性好，不沾污电（4 4）机械强度、工艺性好）机械强度、工艺性好6/10/202444热工测试技术2、骨架（绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定热电阻丝的支架）骨架3 3、内引线、内引线 纯度高、不产生热电势的材料，而纯度高、不产生热电势的材料，而且，在最高使用温度下时，必须是难蒸且，在最高使用温度下时，必须是难蒸发、抗氧化、不质变的材料。发、抗氧化、不质变的材料。由热电阻感温元件至接线端子的连接导线由热电阻感温元件至接线端子的连接导线由于保护管内温度梯度大由于保护管内温度梯度大内引线的要选用要求：内引线的要选用要求：6/10/202445热工测试技术3、内引线纯度高、不产生热电势的材料，而且，在制作主要注意事项：制作主要注意事项：1 1、双线绕制、双线绕制2 2、避免产生机械应力、避免产生机械应力3 3、热处理，消除内应力、热处理，消除内应力 6/10/202446热工测试技术制作主要注意事项：1、双线绕制2、避免产生机械应力3、热处常用的内引线方法：常用的内引线方法：两线制两线制三线制三线制（消除内引线电阻的影响）（消除内引线电阻的影响）四线制四线制（高精度测量）（高精度测量）6/10/202447热工测试技术常用的内引线方法：两线制三线制四线制8/1/202347热工4 4、热电阻的保护管与绝缘管、热电阻的保护管与绝缘管 保护管应具有较高的气密性，能够保保护管应具有较高的气密性，能够保护感温元件及内引线不受介质腐蚀，并具护感温元件及内引线不受介质腐蚀，并具有较高的耐热、耐寒性和使用寿命。有较高的耐热、耐寒性和使用寿命。（1 1）保护管）保护管6/10/202448热工测试技术4、热电阻的保护管与绝缘管保护管应具有较高的气对保护管的要求对保护管的要求长长 度度 保护管长好保护管长好 保护管短好保护管短好1 1、热传导误差小、热传导误差小 2 2、感温元件可以、感温元件可以插入被测对象的中插入被测对象的中心部位心部位 1 1、抗冲击性能强、抗冲击性能强 2 2、液体对保护管、液体对保护管的阻力小的阻力小 3 3、固有振动频率、固有振动频率高高 6/10/202449热工测试技术对保护管的要求长度保护管长好保护管短好1、热传导厚厚 度度 壁薄好壁薄好 1 1、导热误差小、导热误差小 2 2、响应速度快、响应速度快 壁厚好壁厚好 1 1、固有振动频率、固有振动频率高高 2 2、耐高压、耐高压流流 体体速速 度度 速度快好速度快好 速度慢好速度慢好 1 1、热传导快、热传导快 2 2、响应速度高、响应速度高 1 1、冲击力小、冲击力小 2 2、卡门涡旋引、卡门涡旋引起的振动频率低起的振动频率低6/10/202450热工测试技术厚度壁薄好1、导热误差小2、响应速度快壁厚好1(2)(2)绝缘管绝缘管 热电阻在用于高温或低温测量时，常热电阻在用于高温或低温测量时，常常由于绝缘问题使输出电阻值出现异常现常由于绝缘问题使输出电阻值出现异常现象。此种事故往往是由于绝缘不良引起的。象。此种事故往往是由于绝缘不良引起的。其原因有：其原因有：1 1、水蒸气进入保护管内，随着温度的降低，、水蒸气进入保护管内，随着温度的降低，将在绝缘管、内引线及感温元件的表面凝结，将在绝缘管、内引线及感温元件的表面凝结，使其绝缘下降，指示温度偏低使其绝缘下降，指示温度偏低6/10/202451热工测试技术(2)绝缘管热电阻在用于高温或低温测量时，常其原因3 3、通常用银作铂热电阻的内引线，但是、通常用银作铂热电阻的内引线，但是300300左右的温度下，银丝表面的氧化银将蒸发，左右的温度下，银丝表面的氧化银将蒸发，因此，采有银蒸汽镀在绝缘管的表面上，降因此，采有银蒸汽镀在绝缘管的表面上，降低绝缘电阻。在低绝缘电阻。在1212个月内，绝缘电阻要降个月内，绝缘电阻要降低低5K5K左右左右 2 2、采用氧化镁作绝缘管，则易吸潮并且、采用氧化镁作绝缘管，则易吸潮并且它的绝缘电阻将随温度升高而降低它的绝缘电阻将随温度升高而降低6/10/202452热工测试技术3、通常用银作铂热电阻的内引线，但是300左右的温度下，银八、热敏电阻介绍八、热敏电阻介绍 CTRCTR临界温度热敏电阻临界温度热敏电阻 （一）热敏电阻三种形式（一）热敏电阻三种形式NTCNTC负温系数热敏电阻负温系数热敏电阻PTCPTC正温系数热敏电阻正温系数热敏电阻NTCNTCPTCPTCPTCPTCCTRCTR6/10/202453热工测试技术八、热敏电阻介绍CTR临界温度热敏电阻（一）热敏电阻三种（二）热敏电阻温度计的特点（二）热敏电阻温度计的特点 5 5、总阻值较大，线路阻值变化带来的误、总阻值较大，线路阻值变化带来的误差相对较小，可忽略差相对较小，可忽略 1 1、电阻温度系数高、电阻温度系数高 2 2、电阻率大，体积小、电阻率大，体积小3 3、互换性差，分散性大，性能不稳定，、互换性差，分散性大，性能不稳定，非线性非线性4 4、高温性能差、高温性能差6/10/202454热工测试技术（二）热敏电阻温度计的特点5、总阻值较大，线路阻值变化带来九、热电阻测量的二次仪表九、热电阻测量的二次仪表（一）平衡电桥一）平衡电桥：.两线制热电阻接法两线制热电阻接法1 1、两线接法、两线接法平衡条件：平衡条件：若若6/10/202455热工测试技术九、热电阻测量的二次仪表（一）平衡电桥：.两线制热电阻接消除外接线影响，内引线消除外接线影响，内引线无法消除。无法消除。2 2、三线接法、三线接法若若 R R2 2=R=R3 3，Rwa=Rwb(Rwa=Rwb(通常可以保证通常可以保证)6/10/202456热工测试技术消除外接线影响，内引线2、三线接法若R2=R3，8/1/.三线制热电阻接法三线制热电阻接法消除部分内引线及外导线的影响。消除部分内引线及外导线的影响。若若 R R2 2=R=R3 3，RRLaLa=R=RLbLb(通常可以保通常可以保证证)若若R Rwa a=R=Rwb b，则，则R R1 1=R=Rt t6/10/202457热工测试技术.三线制热电阻接法消除部分内引线及外导线的影响。若R2=接通接通C C点：点：.四线制热电阻接法四线制热电阻接法若若6/10/202458热工测试技术接通C点：.四线制热电阻接法若8/1/20235若若 则则接通接通D D点：点：（加（加R4R4标准电阻）标准电阻）6/10/202459热工测试技术若则接通D点：（1 1）(2)(2)得：得：完全消除内引线及外导线的影响完全消除内引线及外导线的影响6/10/202460热工测试技术（1）(2)得：完全消除内引线及外导线的影响8/1/（二）电位差计测量（二）电位差计测量接通接通RN端端：6/10/202461热工测试技术（二）电位差计测量接通RN端：8/1/202361热工测试技接通接通Rt端：端：所以，所以，6/10/202462热工测试技术接通Rt端：所以，8/1/202362热工测试技术总结：总结：四线制热电阻，可完全消除内、外四线制热电阻，可完全消除内、外接导线的影响。接导线的影响。二线制热电阻，可消除外导线影响，二线制热电阻，可消除外导线影响，不消除内导线影响。不消除内导线影响。三线制热电阻，可消除外导线影响，三线制热电阻，可消除外导线影响，以及部分内导线影响。以及部分内导线影响。6/10/202463热工测试技术总结：四线制热电阻，可完全消除内、外接导线的十、热电阻温度计测量误差十、热电阻温度计测量误差（1 1）接线电阻；）接线电阻；（2 2）附加热电势误差；）附加热电势误差；（3 3）绝缘电阻误差；）绝缘电阻误差；1.1.热电阻自热效应误差；热电阻自热效应误差；2.R2.R0 0引入误差；引入误差；3.3.分度误差；分度误差；4.4.稳定性误差；（劣化、机械应力、稳定性误差；（劣化、机械应力、弯曲变形等）弯曲变形等）5.5.引线误差；引线误差；6/10/202464热工测试技术十、热电阻温度计测量误差（1）接线电阻；1.热电阻自热效应6.6.动态响应误差；动态响应误差；7.7.安装方法误差；安装方法误差；（1 1）安装深度误差；）安装深度误差；（2 2）插入区域响应速度误差；）插入区域响应速度误差；（3 3）高速流体误差；）高速流体误差；8.8.二次仪表误差。二次仪表误差。6/10/202465热工测试技术6.动态响应误差；8/1/202365热工测试技术2-4 2-4 热电偶温度计热电偶温度计 一、特点：一、特点：优点：优点：1.1.电信号输出，便于远传、调节、控制；电信号输出，便于远传、调节、控制；2.2.结构简单，制造方便；结构简单，制造方便；3.3.范围广、体积小、便于动态测量的范围广、体积小、便于动态测量的点测温点测温；（20020020002000）4.4.测量精度较高，稳定性好，复现性好测量精度较高，稳定性好，复现性好 5.5.便于测量流体温度、固体温度便于测量流体温度、固体温度6/10/202466热工测试技术2-4热电偶温度计一、特点：8/1/202366热工缺点：缺点：测量准确度难以超过测量准确度难以超过0.20.2；必须有基准接点并使其温度保持恒定，因此必须有基准接点并使其温度保持恒定，因此须将热电偶延长或者采用补偿导线须将热电偶延长或者采用补偿导线在高温或长期使用时，易受被测介质或气氛在高温或长期使用时，易受被测介质或气氛的作用的作用(如氧化、还原等如氧化、还原等)而发生劣化而发生劣化热点偶存在冷端问题，精确测量过程复杂。热点偶存在冷端问题，精确测量过程复杂。6/10/202467热工测试技术缺点：测量准确度难以超过0.2；8/1/202367热工二、热电偶测温基本原理二、热电偶测温基本原理（一）热电效应（西拜克效应）（一）热电效应（西拜克效应）6/10/202468热工测试技术二、热电偶测温基本原理（一）热电效应（西拜克效应）8/1/（二）两种热电势形式：（二）两种热电势形式：接触电势接触电势 ：6/10/202469热工测试技术（二）两种热电势形式：接触电势：8/1/202369热工测 温差电势温差电势 6/10/202470热工测试技术温差电势8/1/202370热工测试技术（三）热电偶回路热电势：（三）热电偶回路热电势：6/10/202471热工测试技术（三）热电偶回路热电势：8/1/202371热工测试技术1.1.只与材料性质、两端温度有关，与长度、只与材料性质、两端温度有关，与长度、粗细、形状无关；粗细、形状无关；2.2.不同材料，才能组成热电偶；不同材料，才能组成热电偶；3.3.只有两端温度不同时，热电偶才存在热只有两端温度不同时，热电偶才存在热电势电势;回路热电势的性质：回路热电势的性质：则热电势与温度则热电势与温度T T为单值函数关系为：为单值函数关系为：则有：则有：只有热电偶的一端温度确定，如只有热电偶的一端温度确定，如:6/10/202472热工测试技术1.只与材料性质、两端温度有关，与长度、粗细、形状无关；回路（四）热端与冷端（四）热端与冷端 通常热电偶的两接点称热端和冷端，通常热电偶的两接点称热端和冷端，也可称测量端和参考端。只有冷端（参考也可称测量端和参考端。只有冷端（参考端）温度确定，才可以进行温度测量。端）温度确定，才可以进行温度测量。6/10/202473热工测试技术（四）热端与冷端通常热电偶的两接点称热端三、热电偶测温的基本定律三、热电偶测温的基本定律（一）均质导体定律（一）均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面、长度，以及各处的温度分论导体的截面、长度，以及各处的温度分布如何，都不产生热电势。布如何，都不产生热电势。6/10/202474热工测试技术三、热电偶测温的基本定律（一）均质导体定律8/1/2023（二）中间导体定律（二）中间导体定律 6/10/202475热工测试技术（二）中间导体定律8/1/202375热工测试技术图（图（a a），此时的回路总电势为：此时的回路总电势为：见图（见图（b b），则有：），则有：由此可得：由此可得：6/10/202476热工测试技术图（a），此时的回路总电势为：见图（b），则有：由此可得：8将将(2)(2)代入代入(1)(1)得：得：与公式与公式比较得比较得6/10/202477热工测试技术将(2)代入(1)得：与公式比较得8/1/202377热工测结论：结论：在热电偶回路中，串接若干种导体，只在热电偶回路中，串接若干种导体，只要串入导体的两端温度相同，则热电偶的热要串入导体的两端温度相同，则热电偶的热电势与中间导体无关。电势与中间导体无关。6/10/202478热工测试技术结论：8/1/202378热工测试技术（三）中间温度定律（三）中间温度定律 6/10/202479热工测试技术（三）中间温度定律8/1/202379热工测试技术（五）基本定律应用练习（五）基本定律应用练习1 1证明证明 6/10/202480热工测试技术（五）基本定律应用练习1证明8/1/202380热工测试 2 2证明证明 6/10/202481热工测试技术2证明8/1/202381热工测试技术四、热电偶冷端温度的处理四、热电偶冷端温度的处理6/10/202482热工测试技术四、热电偶冷端温度的处理8/1/202382热工测试技术（一）冷端恒温法（一）冷端恒温法1 1、冰点恒温法、冰点恒温法 tt0=0CABBt0=0ABCt6/10/202483热工测试技术（一）冷端恒温法1、冰点恒温法tt0=0CABBt06/10/202484热工测试技术8/1/202384热工测试技术2 2、t t0 0恒温器法恒温器法(热电势修正法热电势修正法)：此时测值为此时测值为 6/10/202485热工测试技术2、t0恒温器法(热电势修正法)：此时测值为8/1/202(二二)补偿导线法补偿导线法.特点：特点：1.1.改善线路机械性能；改善线路机械性能；2.2.降低线路成本，采用贱金属导线；降低线路成本，采用贱金属导线；3.3.迁移冷端。迁移冷端。6/10/202486热工测试技术(二)补偿导线法.特点：1.改善线路机械性能；2.降低线AAABBBt0BAABttt0tt0tntn6/10/202487热工测试技术AAABBBt0BAABttt0tt0tntn8/1/2.补偿导线的条件：补偿导线的条件：在在0 0100 100 6/10/202488热工测试技术.补偿导线的条件：在01008/1/202388热工.补偿导线的要求：补偿导线的要求：在一定的温度范围内与相应热电偶有基本在一定的温度范围内与相应热电偶有基本一致的热电特性一致的热电特性,且电阻率低，价格也必须且电阻率低，价格也必须比主热电偶丝便宜。比主热电偶丝便宜。6/10/202489热工测试技术.补偿导线的要求：在一定的温度范围内与相应热电偶有基本8(三三)冷端温度补偿器冷端温度补偿器6/10/202490热工测试技术(三)冷端温度补偿器8/1/202390热工测试技术指示仪表所测电势：指示仪表所测电势：当热电偶的参比端和补偿器的温度为定值当热电偶的参比端和补偿器的温度为定值 即即t t0 0=C,=C,一般为一般为20 20 R1=R2=R3=R4 U R1=R2=R3=R4 Ubaba=0=06/10/202491热工测试技术指示仪表所测电势：8/1/202391热工测试技术当当t t0 0改变，改变，R4R4改变，通过限流电阻改变，通过限流电阻RgRg，使，使U Ubaba的增加值为的增加值为则则6/10/202492热工测试技术当t0改变，R4改变，通过限流电阻Rg，使Uba的增加值为8五、热电偶的种类及其特性五、热电偶的种类及其特性（一）热电偶电极材料要求（一）热电偶电极材料要求 1 1、足够大的热电势，线性或线性关系，单、足够大的热电势，线性或线性关系，单 值函数。值函数。2 2、好的物理及化学稳定性；、好的物理及化学稳定性；3 3、热电性能稳定，复现性好，互换性好；、热电性能稳定，复现性好，互换性好；4 4、电导率高（或电阻率小），比热、电阻、电导率高（或电阻率小），比热、电阻 温度系数小；温度系数小；5 5、制造工艺性好，经济性好；、制造工艺性好，经济性好；6 6、容易冷端处理。、容易冷端处理。6/10/202493热工测试技术五、热电偶的种类及其特性（一）热电偶电极材料要求8/1/（二）常用热电偶（二）常用热电偶 热电偶习惯上可分为贵金属热电偶和热电偶习惯上可分为贵金属热电偶和贱金属热电偶贱金属热电偶 6/10/202494热工测试技术（二）常用热电偶热电偶习惯上可分为贵金属热电偶 标准型热电偶标准型热电偶（1 1）铂铑）铂铑1010铂铂（分度号：（分度号：S S型，标准热电偶，铂铑型，标准热电偶，铂铑铂热电铂热电偶）：偶）：0 01600 1600（2 2）铂铑）铂铑1313铂（铂（R R）：）：0 01600 1600（3 3）铂铑）铂铑3030铂铂6 6（B B）：）：0 01800 1800（4 4）镍铬）镍铬镍硅（镍硅（K K）：）：0 01300 1300（5 5）铜）铜康铜（康铜（T T）：）：-200-200400 400（6 6）镍铬）镍铬康铜（康铜（E E）：）：-200-200900 900（7 7）铁）铁康铜（康铜（J J）：）：-200-200750 750 6/10/202495热工测试技术标准型热电偶（1）铂铑10铂8/1/202395热工 非标准型热电偶非标准型热电偶 金属热电偶金属热电偶 钨钨-铼系列热电偶：铼系列热电偶：24002400（30003000）钨钨-铱系列热电偶：铱系列热电偶：22002200 镍铬镍铬金铁（金铁（NiCr-AuFe0.07NiCr-AuFe0.07）：）：-270-2700 0 镍钴镍钴镍铝：镍铝：30030010001000（5050以下，以下，E=0,E=0,不用冷端补偿）不用冷端补偿）6/10/202496热工测试技术非标准型热电偶金属热电偶8/1/202396热工测试技非金属热电偶非金属热电偶 起因：起因：1 1、金属的局限性：氧化、碳化（渗透）、熔、金属的局限性：氧化、碳化（渗透）、熔 点低、热电势低、价格高，高温限制点低、热电势低、价格高，高温限制 2 2、非金属特点：测温上限可达、非金属特点：测温上限可达30003000，热电，热电 势高、熔点高、碳化气氛稳定，耐腐蚀、势高、熔点高、碳化气氛稳定，耐腐蚀、复现性差，机械强度低，互换性差、没有复现性差，机械强度低，互换性差、没有 统一分度。统一分度。6/10/202497热工测试技术非金属热电偶起因：8/1/202397热工测试技术六、热电偶的主要结构形式六、热电偶的主要结构形式（一）普遍热电偶（工业热电偶）（一）普遍热电偶（工业热电偶）热电偶，绝缘管，保护管，接线盒等构成。热电偶，绝缘管，保护管，接线盒等构成。6/10/202498热工测试技术六、热电偶的主要结构形式（一）普遍热电偶（工业热电偶）8/对其结构提出如下要求：对其结构提出如下要求：测量端的焊接要牢固；测量端的焊接要牢固；热电极间必须有良好的绝缘；热电极间必须有良好的绝缘；参考端与导线的连接要方便、可靠；参考端与导线的连接要方便、可靠；当用于对热电极有害的介质时，必须当用于对热电极有害的介质时，必须 采用保护管将有害介质隔开采用保护管将有害介质隔开 6/10/202499热工测试技术对其结构提出如下要求：测量端的焊接要牢固；8/1/202（二）铠装热电偶（二）铠装热电偶 露头型 接壳型 绝缘型6/10/2024100热工测试技术（二）铠装热电偶8/1/2023100热工测试技术主要优点主要优点 ：动动态态响响应应快快，露露头头型型的的时时间间常常数数只只有有0.01s0.01s，而普通热电偶要，而普通热电偶要l0180sl0180s；热热电电偶偶丝丝细细、体体轻轻，热热容容量量小小，对对被被测测对对象象的影响小；的影响小；挠挠性性好好，热热电电偶偶经经退退火火后后有有良良好好的的柔柔性性，弯弯曲曲半半径径可可为为其其直直径径的的两两倍倍，适适于于安安装装在在结结构构复杂的部位复杂的部位因为它是实体，具有良好的防爆结构因为它是实体，具有良好的防爆结构品品种种多多，根根据据需需要要可可以以制制成成不不同同长长度度、不不同同直直径径的的铠铠装装热热电电偶偶，最最长长可可达达l00l00米米，最最细细可达可达0.250.25 12mm12mm，还可制成双蕊、多蕊。，还可制成双蕊、多蕊。6/10/2024101热工测试技术主要优点：动态响应快，露头型的时间常数只有0.01s，而（三）快速反应薄膜热电偶 层薄、丝细，反应快，测温低（300 ）6/10/2024102热工测试技术（三）快速反应薄膜热电偶层薄、丝细，反应快，测温低（3（四）快速消耗微型热电偶（四）快速消耗微型热电偶 主要测量钢水、铁水及金属熔体温度，主要测量钢水、铁水及金属熔体温度，一次性测量。一次性测量。6/10/2024103热工测试技术（四）快速消耗微型热电偶主要测量钢水、铁水及金七、热电偶的选择、安装使用七、热电偶的选择、安装使用 热热电电偶偶的的选选用用应应该该根根据据被被测测介介质质的的温温度度压压力力、介介质质性性质质、测测温温时时间间长长短短来来选选择择热热电电偶偶和保护套管。和保护套管。6/10/2024104热工测试技术七、热电偶的选择、安装使用热电偶的选安装地点要有代表性，安装方法要正确。安装地点要有代表性，安装方法要正确。安装时感温元件应迎着被测介质的流安装时感温元件应迎着被测介质的流入向插入，当管道上倾斜安装时，保护入向插入，当管道上倾斜安装时，保护管顶端要高出管中心线管顶端要高出管中心线5 510mm10mm。6/10/2024105热工测试技术安装地点要有代表性，安装方法要正确。安装时感温元 6/10/2024106热工测试技术8/1/2023106热工测试技术八、热电偶主要测量二次仪表八、热电偶主要测量二次仪表（1 1）直流毫伏计（动圈式仪表）可以指示）直流毫伏计（动圈式仪表）可以指示温度，加上节点控制可以作为温度控制仪温度，加上节点控制可以作为温度控制仪表。表。6/10/2024107热工测试技术八、热电偶主要测量二次仪表（1）直流毫伏计（动圈式仪表）可.工作原理：工作原理：通过调整电阻通过调整电阻RcRc，使，使R1R1为恒定值，为恒定值，我国：取我国：取R1R11515/5/5若若R1R1、R2R2恒定，恒定，t tE EI I动圈指针偏角动圈指针偏角.R1.R1外电阻恒定途径：外电阻恒定途径：6/10/2024108热工测试技术.工作原理：通过调整电阻Rc，使R1为恒定值，若R1、.R2.R2内电阻恒定途径：内电阻恒定途径：R RD D是动圈电阻由细铜丝是动圈电阻由细铜丝绕制成的线框，电阻值绕制成的线框，电阻值随仪表所处的环境温度随仪表所处的环境温度而近似呈线性变化。而近似呈线性变化。R RT T是具有负温度系数的是具有负温度系数的热敏电阻热敏电阻 R RB B是温度补偿电阻，多是温度补偿电阻，多为恒定值为恒定值6/10/2024109热工测试技术.R2内电阻恒定途径：RD是动圈电阻由细铜丝绕制成的R RD DR RT TR RB BR RZ ZR RZ Z+R+RD D6/10/2024110热工测试技术RDRTRBRZRZ+RD8/1/2023110热工测试技术 Rs Rs作用作用增大线路阻值、降低内线、外线阻值变增大线路阻值、降低内线、外线阻值变化的相对影响，化的相对影响，精度升高；精度升高；通过通过RsRs改变量程；改变量程；RsRs增加，增加，I I 降低降低 灵敏度增大灵敏度增大 由于所配用的热电偶型号和测温范围已由于所配用的热电偶型号和测温范围已定，仪表在出厂时就被确定。一般在定，仪表在出厂时就被确定。一般在2002001000 1000 直流毫伏计（动圈式仪表）特点直流毫伏计（动圈式仪表）特点:环境温度及测量温度变化环境温度及测量温度变化线路阻值变线路阻值变化化精度降低，通常高于精度降低，通常高于1.01.0级。级。6/10/2024111热工测试技术Rs作用增大线路阻值、降低内线、外线阻值变化的相对影响，（二）直流电位差计（二）直流电位差计 基本工作原理基本工作原理:测量回路电压方程：测量回路电压方程：通过调整通过调整RxRx保证测量精度的条件：保证测量精度的条件：I I、RxRx的准确测量；的准确测量；检流计检流计G G的高灵敏度；的高灵敏度；若若I I由毫安表已知，由毫安表已知，则则t Ex Rxt Ex Rx6/10/2024112热工测试技术（二）直流电位差计基本工作原理:测量回路电压方程：通过调 提高直流电位差计测量精度的实用措施提高直流电位差计测量精度的实用措施 所以，所以，,获得准确的工作电流获得准确的工作电流I I。1 1、准确的工作电流、准确的工作电流I I校校正正(引入校正电路，引入校正电路，替代电流表替代电流表mAmA）K K合合B B向：向：准确校正工作准确校正工作电流电流I.I.得到校正回路得到校正回路电压方程：电压方程：通过调整通过调整6/10/2024113热工测试技术提高直流电位差计测量精度的实用措施所以，.特点：特点：随动平衡式工作，热电偶无电流。随动平衡式工作，热电偶无电流。外线路电阻无影响。外线路电阻无影响。精度高精度高,一般在一般在0.00010.00010.20.2级。（级。（UJ-UJ-3636、DJ27DJ27型电位差计）型电位差计）6/10/2024114热工测试技术.特点：随动平衡式工作，热电偶无电流。8/1/202311八、热电偶测温典型线路八、热电偶测温典型线路（一）测量温差线路（一）测量温差线路.反串线路：反串线路：（两个相同热电偶）（两个相同热电偶）测量电势：测量电势：6/10/2024115热工测试技术八、热电偶测温典型线路（一）测量温差线路.反串线路：测量电.单只热电偶单只热电偶:（冷、热端分别两点温度）（冷、热端分别两点温度）6/10/2024116热工测试技术.单只热电偶:（冷、热端分别两点温度）8/1/202311特点：特点：线性热电偶，已知线性热电偶，已知E E，直接获得，直接获得EE。线性热电偶具有线性热电偶具有ttEE一一对应性。一一对应性。非线性热电偶，必须已知其中一点温度，非线性热电偶，必须已知其中一点温度，（t1t1或或t2t2）。）。6/10/2024117热工测试技术特点：8/1/2023117热工测试技术（二）测量平均温度线路（热电偶堆）（二）测量平均温度线路（热电偶堆）6/10/2024118热工测试技术（二）测量平均温度线路（热电偶堆）8/1/2023118热工要求：要求：1 1、相同热电偶组成；、相同热电偶组成；2 2、同一冷端温度、同一冷端温度t t0 0；3 3、线性热电偶。、线性热电偶。特点：特点：1 1、采用平均法测量，提高灵敏度；、采用平均法测量，提高灵敏度；2 2、有一热电偶损坏，线路短开，失效。、有一热电偶损坏，线路短开，失