温度测量仪表

过热辐射原理來测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广， 不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快； 但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较 大。

温度仪表通常分接触式测量仪表与非接触式测量仪表，接触式测量仪表通常 为：热电偶、热电阻、双金属温度计、就地温度显示仪等。非接触式测量仪表通 常为温度记录仪、温度巡检仪、温度显示仪、温度调节仪、温度变送器等。

3. 1温度测量仪表的构成

一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中， 这两部分是连成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪表中则分成两个独立的部 分，中间用导线联接，如热电偶或热电阻是检测部分，而与之相配的指示和记录 仪表是显示部分。

3. 2温度测量仪表的分类

按测量方式，温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类。按接触式温度 测量仪表一般有热电偶、热电阻、双金属温度计等，非接触式一般有远红外测温 仪等。具体分类如下：

液体膨胀式：水银温度计

（膨胀式*

I 固体膨胀式：双金属温度计

（接触式＜

压力表式

测温仪H 热电阻式:ptio、p“。。

'热电偶式:E、S、K、E、T

［光学高温计

i非接触式＜

辐射高温计

、比色高温计

测量时，其检测部分直接与被测介质相接触的为接触式温度测量仪表；非接 触温度测量仪表在测量时，温度测量仪表的检测部分不必与被测介质直接接触， 因此可测运动物体的温度。例如常用的光学高温计、辐射温度计和比色温度计， 都是利用物体发射的热辐射能随温度变化的原理制成的辐射式温度计。

按其工作原理可以分下列几种类型。（1）直读式物位仪表这类仪表主要有玻 璃管液位计、玻璃板液位计等。它们是利用连通器的原理工作的。（2）差压式物 位仪表这类仪表乂可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。它们是利用液柱或 物位堆积对某定点产生压力的原理而工作的。（3）浮力式物位仪表这类仪表乂可 分为浮子带钢丝绳或钢带的、浮球带杠杆的和沉筒 式的几种。它们是利用浮子的 高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子（或沉筒）的浮力随液位高度 而变化的原理來工作的。（4）电磁式物位仪表这类仪表可分为电阻式（即电极式）、 电容式和电感式等儿种。它们是把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出 这些电量的变化來测知物位的。另外，还有利用压磁效应工作的物位仪表。（5） 核辐射式物位仪表这类仪表是利用核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而 变化的原理而工作的，目前应用较多的是7射线。（6）声波式物位仪表这类仪表 可以根据它的工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式几种。它们的原理是： 由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这 些变化就可以测知物位。（7）光学式物位仪表这类仪表是利用物位对光波的遮断 和反射原理而工作的。它利用的光源可以是普通白炽灯光，也可以是激光。

由于电子器件的发展，便携式数字温度计已逐渐得到应用。它配有各种样式 的热电偶和热电阻探头，使用比较方便灵活。便携式红外辐射温度计的发展也很 迅速，装有微处理器的便携式红外辐射温度计具有存贮计算功能，能显示一个被 测表面的多处温度或一个点温度的多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等。

此外，现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表，如用晶体管测温元件和 光导纤维测温元件构成的仪表；釆用热象扫描方式的热象仪，可直接显示和拍摄 被测物体温度场的热象图，可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布，对 于节能非常有益；另外还有利用激光，测量物体温度分布的温度测量仪器等。

3. 3温度测量仪表的特点

特点：通常來说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温 元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡， 所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测 量。

非接触式仪表测温是通过热辐射原理來测量温度的，测温元件不需与被测介 质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反 应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素 的影响，其测量误差较大。

4. 1热电阻温度仪表

热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。热电阻温度 计的主要优点有：测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易 于使用在自动测量中，也便于远距离测量。同样，热电阻也有缺陷，在高温(大于850°C) 测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。

目前，用于热电阻的材料主要有钮、铜、線等，采用这些材料主要是它们在常用温 度段的温度与电阻的比值是线性关系，我们这里主要介绍钮电阻温度计。

钳是一种贵金属，它的物理化学性能很稳定，尤其是耐氧化能力很强，它易于提纯，有 良好的工艺性，可以制成极细的钳丝，与铜，線等金属相比，有较高的电阻率，复现性 高，是一种比较理想的热电阻材料，缺点是电阻温度系数较小，在还原介质中工作易变 脆，价格也较贵。钳的纯度通常用百度电阻比来表示：W(100)二R100/R0

R100表示100°C时的电阻值；R0表示0°C时的电阻值

根据IEC标准，釆用W(100) =1.3850初始电阻值为R0=100Q (R0二10Q)的钳电阻 为工业用标准钳电阻，R0二10Q的钳电阻温度计的阻幺幺较粗，主要应用于测量600°C以上 的温度。钮电阻的电阻与温度方程为一分段方程：

Rt=R0[l+At+Bt2 + C(t-100°C)t3] t 表示在一200〜0°C Rt=R0(l+At+Bt2) t 表示在 0〜850°C

解此方程，则可根据电阻值己知温度值，但实际工作中，我们可以查热电阻分度表來根 据电阻值确定温度值。

根据标准规定，钮热电阻分为A级和B级,A级测温允许误差±(0. 15°C+0. 002|t|), B级测温允许误差土 (0.3°C+0. 005|t|) o

现场使用的热电阻一般都是铠装热电阻，它是由热电阻体、绝缘材料、保护管组成, 热电阻体和保护管焊接一起，中间填充绝缘材料，这样能够很好的保护热电阻体，耐冲 击，耐震，耐腐蚀。

三线制钳热电阻测量方法：

钳热电阻有两线制，三线制，四线制几种，两线制在测量中误差较大，己不使用， 现在工业用一般是三线制的，实验室用一般为四线制。这里主要介绍下三线制钳热电阻 的接线。如下图2所示，三线制钳热电阻是在电阻的a端并联一个C端，从而实现电阻 引出a, b, c三个接线端子，这样，由b导线引入的测量导线本身的电阻，可以由c导 线來补偿，使引线电阻不随温度变化而引入的引线电阻误差的影响减小很多。在秦山二 期使用的三线制伯热电阻，在二次仪表中，均有可变阻值的电桥，根据所配合的钳热电 阻的量程不同，可以对二次仪表的电桥中的钮热电阻进行微调，能进行更精确的测量。

4. 2热电偶温度仪表

热电偶温度计是利用热电效应來测量温度的，热电效应：两种不同材料的导体组成 一个回路时，如果两端结点温度不同，则回路中就将产生一定大小的电流，这个电流的 大小与导体材料以及结点温度有关。两个结点一个为t端，测量端，一个为TO端，参 比端，在实际测量中，热电偶产生的毫伏信号要用较精密的毫伏表或I/O卡件测量。热 电偶工作原理如图所示：

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图4-2热电偶原理简图

当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结 点处的温度不同，一端温度为T,称为工作端或热端，另一端温度为TO,称为自由端（也 称参考端）或冷端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势。 这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有 两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量（取决 于电流的方向），称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时， 导体吸收或放出热量（取决于电流相对于温度梯度的方向），称为汤姆逊效应。两 种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB（T, TO）是由接触电 势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电 势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同 一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质 和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电 势，热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a, b之间便有 一电动势差AV,其极性和大小与回路中的热电势一致，并规定在冷端，当电流由 A流向B时，称A为正极，B为负极。

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