热工仪表与自动控制2-3
第四讲温度测量的基本方法一.概述1.概念温度是表征物体冷热程度
及周边环境的物理量。
温度不能直接衡量(比较),只能借助于冷热不同的
物体之间的热交换以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性
来间接测量。
∴接触测温量物体的某一物理量(如液体体积、导体电阻)必
须是连续的、单值的、复现的。
非接触测温则需响应快速，不易受物质腐
蚀的某物体。
2.重要性3.直接测量与间接测量
二.温标1.摄氏温标定义为：水银体膨胀是线性的，标准大气压下纯
水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度。
标记为℃2.华氏温标同上，纯水冰点为32ºF,沸点
为212ºF,两点间等分180格，每等分格为华氏1度，标记为ºF可以
有：℃=(ºF32)某5/93.热力学温标又称绝对温标。
是一种理想温标4.国
际温标定义为：热力学温度(符号T)是基本的物理量，其单位为开尔文
(符号为K),定义为水三相点的热力学温度的1/273.15。
规定了17个温标
定义固定点，还有基准温度计和插补公式。
三.玻璃液体温度计1.原理2.结构和类型棒式、内标式、外标式3.
特点：1)测量范围广，为-200~600℃2)结构简单，使用方便，价格便宜，
精确3)观察、监测不便。
4)易损坏。
4.读数方法视线应与温标垂直，水
银温度计应在凸面最高点读数，水和无机液体温度计应在凹面最低点读数。
显示
刻度
变换棒式温度计
感温包
传感
四.固体膨胀式温度计1.双金属温度计1)感温元件2)测温原理3)定
义4)分类5)特点2.杆式温度计精度低，体积大
五.压力式温度计1.工作原理与结构形式2.蒸气压力表式温度计1)
原理2)工作液体3)结构毛细管4)特点
第五讲热电偶温度计一.热电偶的好处：结构简单、测温范围广、准
确度高、热惯性小、输出为电信号、便于远传与转换等二.测温原理由两
种不同导体(或半导体)组合成闭合回路，当两导体A与B相边处温度不同(θ>θ0)时，则回路中产生热电效应(也称之为塞贝克效应),所产生的电
势称热电势EAB(θ,θ0)。
它由两部分组成，即汤姆逊温差电势E(θ,θ0)和珀尔贴电势EAB。
EAB(θ0)
θ0
EB(θ,θ0)
A
B
EAB(θ)
θ
三.热电偶的三大定律1.均值导体定律一种导体组合成闭合回路，无论是否顾在温度梯度，均不能产生电势。
2.中间导体定律在热电偶回路中加入第三种
导体，只要插入导体的两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。
3.中间温度定律热电偶在接点温度A、B两点之间的电势等于该热电偶在
接点温度A、C与C、B时的热电势之和。
即
EAB(θ,θ0)=EAB(θ,θn)+EAB(θn,θ)由此有统一的热电偶分度表，可
用补偿导线代替贵重金属。
四.结构形式种类型等使用范号级围丝径特点缺点铂铑10-
SⅠ0~1300(0.5mm铂Ⅱ1600℃)正-负镍铬-镍KⅠ-
40~9000.3,0.5,0.8,1.0,1.2硅Ⅱ(1300)1.5,2.0Ⅲ氧化介2.5,3.2、质
mm镍铬-铜EⅠ0~600(90.3~镍Ⅱ00)还原3.2mmⅢ性中性介质铜-康铜TⅠ-200~非Ⅱ200℃标Ⅲ(300)0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm
物理化学性能稳定，热电势小，0.009mV/℃,测量精度高灵敏度低。
化学
稳定，抗氧化，无,0.04耐腐蚀，灵敏，线性好，复现性好，便宜。
热电
势大灵敏度高，测温上限不高，加工价格低廉工艺较差。
0.078灵敏度高，低温时精度高，价格低
康铜复制性差
五结构型式 1.普通型工业用热电偶它由热电极、绝缘瓷管、(接线盒、接线座、接线柱)和保护套管所组成。
材料2.铠装热电偶结构测量端形式
材料优点：热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐冲击，搞振动，寿命长，适用于各种工业测量。
3.小惯性热电偶快速薄膜热
电偶特点4.其它热电偶
六.冷端补偿方法1.冰浴法实验室用广口保温瓶，(内有冰块混合，
有两只试管(试管直径15mm,内盛变压器油)插入深度≤100mm,有盖密封。
结构，系统原理图2.计算法在常温下测量，测出热电势，用分度表查出
常温下的热电势，二者相加，用分度表扫求出温度数值来。
例3-1:用镍
铬—镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度θn=25℃,EAB(θ,θn)=40.347mV,由分度表查得EAB(θn,0℃)=1.00mV,则：
EAB(θ,0)=EAB(θ,θn)+EAB(θn,0℃)=40.347+1.00=41.347mV同样，用分度表查得θ=1002℃3.校正仪表机械零点法
EAB(θ,θn)+EAB(θn,0℃)=EAB(θ,0)4.补偿电桥法？不平衡电桥？原理
七.应用1.热电偶串联提高测量精度，求微小温度2.并联求平均温度
3.反接直接求温差，可间接求其它有关温差的量值主一_
+-+
①+++
②
主一+++
③
八.误差对热电偶仪表系统进行误差分析1.系统误差1).工具误差与
环境影响方面：2).方法误差方面：3).测试人员误差方面：2.随机误差方面，不可消除的误差因素：3.粗大误差方面：∴我们应该合理地配置仪器设备进
行必要的测试、调试工作，还要注意合适的测量方法，配备合适的测量人员，一般应该做到多次测量取平均值，同时应注意保养和校验工作。
当然对于非精确测量，可以适当放宽要求。
第六讲热电阻一.概述1.优点是结构简单、精度高、使用方便等尤其是功率大，无冷端补偿问题，对于热敏半导体温度计，又没有热惰性大的缺点2.原理是金属(或半导体)的电阻随着温度的升高而升高(或降低),用
显示仪表测出热电阻的电阻值，从而可得到与电阻值相应的温度值来。
3.
条件：(1)电阻温度系数大；(2)复现性好，复制性强，互换性好；(3)电
阻率大；(4)价格便宜，工艺性好。
二.分类1.金属热电阻1)铂电阻，为标准化热电阻，性质稳定，常做
基准温度计使用。
测温范围为-200~500,电阻丝直径d=0.05~0.07mm,电阻
温度系数小，为3.8~3.9某10-3,近线性，价格贵。
Rθ=R0(1+Aθ+Bθ2)2)铜热电阻-50~50℃,丝径为0.1mm,线性，电阻温度
系数大，为43~43某10-3,价格廉。
也容易制造。
3)镍热电阻，-
50~100℃,丝径为0.5mm,线性较差，常用于空调系统中，其电阻温度系数
为6.3~6.7某10-31/℃。
2).半导体温度计1.半导体热敏电阻温度计测量范围为-100~300℃。
有较大的负温度系数，约为-2~6某10-2(1/℃),配用的二次仪表简单，灵
敏度高，传6感器体积小，构造简单，可以测量点温度和动态温度。
缺点：测温范围较窄，温度系数电阻变化呈非线性，复现性差，稳定性差。
结构：珠形、杆形、片形等，测量线路彩不平衡电桥。
2.热敏二极管温度计原理：当流过晶体管的电流恒定量，二极管P-N
结因温度变化而电压随着变化，由此可测温。
与热敏电阻相比：有温度与
电压的线性关系，更有-2.4mV/℃的灵敏和0.1℃的灵敏限，又成本低，
重复性与稳定性好。
若给予硅电压不整流器来恒定电流，或自制恒流源，
则温度的精度可达0.1℃,且易实现数字化。
三构造与误差分析1.构造大部同热电偶也有不同之处2.误差分析方
法一致内容大部相同，但不完全一样。
(略)
四显示仪表1.动圈式指示仪表(配热电阻，要求线路电阻5或2.5) 33VAC变压器
硅整流器
三线制
测量电桥
热敏电阻动圈仪表
配热电偶的动圈式仪表外线路总电阻为15限流电阻量程调整电阻冷端补偿电桥热电偶
N
S刻度表。
