第五章溫度測(cè)量

1、 第五章 溫度測(cè)量 第一節(jié) 概 述溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度是表征物體冷熱程度的物理量。測(cè)溫物質(zhì)：與被測(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡后，測(cè)溫物質(zhì)：與被測(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡后，再利用這種物質(zhì)的某些物理性質(zhì)再利用這種物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如幾何尺寸、如幾何尺寸、密度、粘度、導(dǎo)率、電阻、熱電勢(shì)、幅射能密度、粘度、導(dǎo)率、電阻、熱電勢(shì)、幅射能等等)隨著溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量。隨著溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量。 液體膨脹式液體膨脹式 水銀水銀(玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)) 膨脹式膨脹式 有機(jī)溶濟(jì)（酒精溫度計(jì)）有機(jī)溶濟(jì)（酒精溫度計(jì)） 固體膨脹式固體膨脹式 雙金屬雙金屬 桿式桿式 液體液體 壓力式壓力式 氣體氣體

2、蒸汽蒸汽 熱電式熱電式 熱電偶熱電偶 熱電阻熱電阻 輻射式輻射式 光學(xué)式光學(xué)式 3、測(cè)溫儀表分類：、測(cè)溫儀表分類：接接觸觸式式非接非接觸式觸式4、溫標(biāo)、溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。 攝氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為零度攝氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為零度(0)，水的沸點(diǎn)為水的沸點(diǎn)為100，在，在0至至100之間劃分成之間劃分成一百等分，每一等分為攝氏一度。一百等分，每一等分為攝氏一度。 華氏溫標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為華氏溫標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32F，水的沸點(diǎn)為水的沸點(diǎn)為212F，中間劃分為，中間劃分為180等分，每等分，每一等分稱為華氏一度。一等分稱為華氏一

3、度。 熱力學(xué)溫標(biāo)：分子停運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度為絕對(duì)零度熱力學(xué)溫標(biāo)：分子停運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度為絕對(duì)零度 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)：國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)： T=t+273.16 第二節(jié) 常用溫度計(jì) 一、膨脹式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)1.液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)(玻璃溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)) 結(jié)構(gòu)：玻璃溫包、毛細(xì)管和刻度標(biāo)尺三部分組成，結(jié)構(gòu)：玻璃溫包、毛細(xì)管和刻度標(biāo)尺三部分組成， 原理：溫包內(nèi)液體受熱后體積膨脹在毛細(xì)管內(nèi)上升原理：溫包內(nèi)液體受熱后體積膨脹在毛細(xì)管內(nèi)上升 線性關(guān)系線性關(guān)系 Vt00時(shí)體體積；時(shí)體體積； 液體體積膨脹系數(shù)液體體積膨脹系數(shù) Vt1、Vt2液體在液體在t1、t2時(shí)的體積；時(shí)的體積；玻璃的積膨脹系玻璃的積膨脹系

4、數(shù)數(shù) 特點(diǎn)：易碎，不能遠(yuǎn)傳特點(diǎn)：易碎，不能遠(yuǎn)傳 水銀溫度計(jì)：水銀溫度計(jì)：-30600 灑精溫度計(jì)：灑精溫度計(jì)：-8070)(12012ttVVVttt2.固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì) 桿式溫度計(jì)：外殼與傳遞桿固定連接，桿式溫度計(jì)：外殼與傳遞桿固定連接，遇熱，外殼膨脹系數(shù)大，伸長(zhǎng)；桿膨脹遇熱，外殼膨脹系數(shù)大，伸長(zhǎng)；桿膨脹系數(shù)小，相對(duì)縮短，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。系數(shù)小，相對(duì)縮短，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。 雙金屬溫度計(jì)：迭焊在一起的兩個(gè)金雙金屬溫度計(jì)：迭焊在一起的兩個(gè)金屬片，受熱后，由于兩金屬片的膨脹系屬片，受熱后，由于兩金屬片的膨脹系數(shù)不相同而發(fā)生彎曲，溫度越高，產(chǎn)生數(shù)不相同而發(fā)生彎曲，溫度越高，產(chǎn)生的線膨脹長(zhǎng)

5、度差越大，因而引起彎曲的的線膨脹長(zhǎng)度差越大，因而引起彎曲的角度也越大。角度也越大。雙金屬片刻做成螺旋形狀或螺旋雙金屬片刻做成螺旋形狀或螺旋錐體形狀錐體形狀 特點(diǎn)：強(qiáng)度好、防震，可做成雙金屬信號(hào)器特點(diǎn)：強(qiáng)度好、防震，可做成雙金屬信號(hào)器 第四節(jié) 熱電阻溫度計(jì)一、熱電阻的測(cè)溫原理一、熱電阻的測(cè)溫原理利用導(dǎo)體利用導(dǎo)體(或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體)的電阻值隨溫度變化而變化的電阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。導(dǎo)體的溫度導(dǎo)體的溫度電阻特性：溫度越高，電阻越大，電阻特性：溫度越高，電阻越大， RtRo1(tto) 1. 3. 半導(dǎo)體的溫度半導(dǎo)體的溫度電阻特性：溫度越高，電阻越電阻特性

6、：溫度越高，電阻越小，常為指數(shù)關(guān)系，又稱熱敏電阻，可測(cè)點(diǎn)溫、小，常為指數(shù)關(guān)系，又稱熱敏電阻，可測(cè)點(diǎn)溫、面溫面溫二、常用熱電阻的種類及結(jié)構(gòu)二、常用熱電阻的種類及結(jié)構(gòu)1.常用的熱電阻常用的熱電阻 銅電阻：銅電阻：Cu50和和Cu100，測(cè)溫范圍，測(cè)溫范圍 （-50+150oC） Cu50指溫度為指溫度為0時(shí)，電阻為時(shí)，電阻為50； Cu100指溫度為指溫度為0時(shí)，電阻為時(shí)，電阻為100； 特點(diǎn)：價(jià)格便宜，易提純，易加工，易氧化，電特點(diǎn)：價(jià)格便宜，易提純，易加工，易氧化，電阻阻溫度特性為線性，不能測(cè)高溫溫度特性為線性，不能測(cè)高溫 鉑電阻：鉑電阻： Pt10和和Pt100， 特點(diǎn)：價(jià)格高，不易加工（易

7、碎），精度高，復(fù)特點(diǎn)：價(jià)格高，不易加工（易碎），精度高，復(fù)現(xiàn)性好（在同一溫度下，不論什么情況下，電阻現(xiàn)性好（在同一溫度下，不論什么情況下，電阻值為同一數(shù)值），可作值為同一數(shù)值），可作級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)器，不易氧級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)器，不易氧化，測(cè)溫（化，測(cè)溫（200630）范圍大）范圍大 2、熱電阻的結(jié)構(gòu)組成、熱電阻的結(jié)構(gòu)組成 電阻體電阻體 絕緣子絕緣子 保護(hù)套管保護(hù)套管 接線盒接線盒三、熱電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)三、熱電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)測(cè)溫范圍廣（測(cè)溫范圍廣（-200650oC）可測(cè)氣、液、蒸汽及固體表面溫度可測(cè)氣、液、蒸汽及固體表面溫度精度高精度高1. 信號(hào)可遠(yuǎn)傳，與計(jì)算機(jī)接口方便信號(hào)可遠(yuǎn)傳，與計(jì)算機(jī)接口方便第五節(jié)

8、電動(dòng)溫度變送器(DDZ-型) 一、一、DBW溫度變送器的作用溫度變送器的作用與熱電偶、熱電阻配套使用，將溫度或兩點(diǎn)與熱電偶、熱電阻配套使用，將溫度或兩點(diǎn)間的溫差轉(zhuǎn)換成間的溫差轉(zhuǎn)換成420mA和和15V的統(tǒng)一標(biāo)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；準(zhǔn)信號(hào)；1. 與顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或與顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或溫差及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制溫差及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制 二、熱電阻溫度變送器二、熱電阻溫度變送器原理：與熱電阻配套使用，將溫度轉(zhuǎn)換成原理：與熱電阻配套使用，將溫度轉(zhuǎn)換成420mA和和15V的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。然后與顯示的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。然后與顯示儀表或控制儀表配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示

9、或儀表或控制儀表配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示或控制。控制。2組成組成 熱電阻熱電阻 輸入電橋輸入電橋 放大電路放大電路 反饋電路反饋電路3. 各部分功能各部分功能（1）熱電阻）熱電阻將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電阻值。將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電阻值。tRt（2）不平衡電橋（輸入電橋）不平衡電橋（輸入電橋）將電阻值將電阻值Rt轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電勢(shì)值。換為電勢(shì)值。RtUAD（3）正反饋回路）正反饋回路使輸出電流使輸出電流Io與與t關(guān)系線性化。關(guān)系線性化。UAf=UAD+UDf，tUAf。（4）放大單元）放大單元將不平衡電橋輸出電勢(shì)將不平衡電橋輸出電勢(shì)UAf轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為換為420mADC電流信號(hào)輸出。電流信號(hào)輸出。 UAfIo 4. 溫

10、度變送器的使用溫度變送器的使用 （1）用于被測(cè)溫度信號(hào)需遠(yuǎn)傳時(shí)并進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理；）用于被測(cè)溫度信號(hào)需遠(yuǎn)傳時(shí)并進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理；（2）確定量程，選好熱電阻）確定量程，選好熱電阻Rt分度號(hào)，并與變送器配套；分度號(hào)，并與變送器配套；（3）熱電阻）熱電阻“三線制三線制”連接，且連接，且3R1=31；（4）零點(diǎn)（下限值）調(diào)整）零點(diǎn)（下限值）調(diào)整 由熱電阻分度表查出該熱電阻在溫度下限值的電阻由熱電阻分度表查出該熱電阻在溫度下限值的電阻Rt下，用精密下，用精密電阻箱調(diào)到該阻值代替電阻箱調(diào)到該阻值代替Rt下，調(diào)節(jié)零位電位器下，調(diào)節(jié)零位電位器W，Io=4mADC；（5）量程（上限值）調(diào)整）量程（上限值）調(diào)整 由分

11、度表查該熱電阻在溫度上限值的電阻值由分度表查該熱電阻在溫度上限值的電阻值Rt上，用精密電阻上，用精密電阻箱調(diào)到該阻值代替箱調(diào)到該阻值代替Rt上，調(diào)量程電位器上，調(diào)量程電位器Wf，使，使Io=20mADC。 零點(diǎn)和量程反復(fù)調(diào)整多次。零點(diǎn)和量程反復(fù)調(diào)整多次。 第六節(jié) 動(dòng)圈式溫度顯示儀表 溫度顯示儀表分類溫度顯示儀表分類 動(dòng)圈式動(dòng)圈式 XCZ-101型（配熱電偶）型（配熱電偶） XCZ-102型（配熱電阻）型（配熱電阻） 自動(dòng)平衡式自動(dòng)平衡式 自動(dòng)電位差計(jì)（配熱電偶）自動(dòng)電位差計(jì)（配熱電偶） 自動(dòng)平衡電橋（配熱電阻）自動(dòng)平衡電橋（配熱電阻） 數(shù)字式數(shù)字式 指示指示動(dòng)圈式溫度儀表是與熱電偶、熱電阻配合

12、使用于動(dòng)圈式溫度儀表是與熱電偶、熱電阻配合使用于溫度測(cè)量和控制的一種磁電式顯示儀表。溫度測(cè)量和控制的一種磁電式顯示儀表。一、動(dòng)圈式溫度顯示儀表結(jié)構(gòu)一、動(dòng)圈式溫度顯示儀表結(jié)構(gòu)溫度溫度t 熱電阻熱電阻 不平衡電橋不平衡電橋 毫伏表毫伏表 被測(cè)溫度被測(cè)溫度 不平衡電橋：將熱電阻電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的變不平衡電橋：將熱電阻電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的變化?；?。 毫伏表：將電勢(shì)的變化轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)，從而顯示毫伏表：將電勢(shì)的變化轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)，從而顯示被測(cè)溫度值被測(cè)溫度值 連接導(dǎo)線：將熱電阻引入電橋，便于遠(yuǎn)傳連接導(dǎo)線：將熱電阻引入電橋，便于遠(yuǎn)傳XCZ-102RE連接連接導(dǎo)線導(dǎo)線二、二、XCZ-102型表

13、配熱電阻的測(cè)溫線路型表配熱電阻的測(cè)溫線路RBR動(dòng)R2R3R4RtRoRTR串a(chǎn)R1R1R1bcdI1I2穩(wěn)壓電源三、不平衡電橋的工作原理三、不平衡電橋的工作原理電橋的四個(gè)橋臂為：電橋的四個(gè)橋臂為： R3， R4，R2 +2R1 ，R0+ 2R1+ Rt1、當(dāng)、當(dāng)t=xF(起始值為起始值為t0)，電橋平衡，電橋平衡，E=0，則，則 R3（ R0+ 2R1+ Rt0）=R4 （R2 +2R1 ） 其中，其中， R3= R4恒定，恒定， Rt隨隨t變化，變化， R2 恒定，恒定，R1為導(dǎo)線，為導(dǎo)線， 可通過(guò)調(diào)節(jié)可通過(guò)調(diào)節(jié)R0，使，使 R0+ Rt0=R2 此時(shí)電橋平衡，此時(shí)電橋平衡，Uab=0，毫伏

14、表指針不動(dòng)，指在，毫伏表指針不動(dòng)，指在起始溫度上。起始溫度上。2、當(dāng)、當(dāng)tt0， Rt Rt0 故故 R3（ R0+ 2R1+ Rt）R4 （R2 +2R1 ）電橋不平衡，電橋不平衡，Uab0，t增大增大,則則U增大增大. I1=E/(R3+ R2+ 2R1） I2 =E/(R4+R0 +Rt+2R1) Uab= R4I1- R3I2 = (I1-I2) R3 t Rt Uab 四、連接導(dǎo)線四、連接導(dǎo)線1、熱電阻與不平衡電橋的連接采用、熱電阻與不平衡電橋的連接采用“三線制三線制”2、三線制的作用、三線制的作用 由于采用三線制連接，相鄰橋臂中都有由于采用三線制連接，相鄰橋臂中都有R1，I1和和I

15、2都會(huì)受都會(huì)受R1的影響，的影響，R1隨環(huán)境溫度變化，隨環(huán)境溫度變化，同時(shí)影響同時(shí)影響I1和和I2，可以抵消大部分的由于環(huán)境，可以抵消大部分的由于環(huán)境溫度變化引起的測(cè)量誤差。溫度變化引起的測(cè)量誤差。3、三線制的實(shí)現(xiàn)、三線制的實(shí)現(xiàn) 連接導(dǎo)線由于長(zhǎng)短、粗細(xì)不同，其電阻不恒定，連接導(dǎo)線由于長(zhǎng)短、粗細(xì)不同，其電阻不恒定，給測(cè)量帶來(lái)誤差，因此在三根連接導(dǎo)線中都串給測(cè)量帶來(lái)誤差，因此在三根連接導(dǎo)線中都串一一R調(diào)，即調(diào)，即R1=r1+R調(diào)，對(duì)于不同長(zhǎng)短、粗細(xì)調(diào)，對(duì)于不同長(zhǎng)短、粗細(xì)（即不同電阻的（即不同電阻的r1），都可調(diào)），都可調(diào)R調(diào)使調(diào)使R1恒為某恒為某一數(shù)值。一數(shù)值。 R1=r線線+r調(diào)調(diào) 5 4使用及

16、注意事項(xiàng)使用及注意事項(xiàng)（1）可測(cè)氣體、液體、蒸汽及固體表面溫度）可測(cè)氣體、液體、蒸汽及固體表面溫度（熱敏電阻），測(cè)溫范圍廣（熱敏電阻），測(cè)溫范圍廣（200650），信號(hào)可遠(yuǎn)傳，精度高；），信號(hào)可遠(yuǎn)傳，精度高；（2）熱電阻、）熱電阻、XCZ（T）102型表分度號(hào)必須型表分度號(hào)必須一致；一致； tRtUba，不同的熱電阻有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)，不同的熱電阻有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系，系，XCZ（T）102型表的表盤(pán)是按哪一種熱型表的表盤(pán)是按哪一種熱電阻對(duì)應(yīng)關(guān)系刻度的，就只能配該熱電阻。電阻對(duì)應(yīng)關(guān)系刻度的，就只能配該熱電阻。五、毫伏表的工作原理五、毫伏表的工作原理1、結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)組成 動(dòng)圈、永久磁鐵、電阻、指針、表盤(pán)、張絲等動(dòng)圈、永久磁鐵、電阻、指針、表盤(pán)、張絲等2、工作原理、工作原理 當(dāng)測(cè)量信號(hào)當(dāng)測(cè)量信號(hào)(即直流毫伏信號(hào)即直流毫伏信號(hào))加在動(dòng)圈上時(shí)，加在動(dòng)圈上時(shí)，便有電流流過(guò)線圈。電流與磁場(chǎng)相互作用形成便有電流流過(guò)線圈。電流與磁場(chǎng)相互作用形成力矩，使動(dòng)圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，懸掛動(dòng)圈的張絲力矩，使動(dòng)圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，懸掛動(dòng)圈的張絲產(chǎn)生