【正文】 溫度測(cè)量簡(jiǎn)介 李麗 一、溫度測(cè)量的基本概念 在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！ 溫度： 標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 的 劇烈程度 。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。 二、溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。 它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。 國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有： 攝氏溫標(biāo) 、 華氏溫標(biāo) 、 熱力學(xué)溫標(biāo) 等。 幾種溫標(biāo)的對(duì)比 熱力學(xué)溫標(biāo)（ K） 熱力學(xué)溫標(biāo) :建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的溫標(biāo) 開氏溫標(biāo) :由開爾文（ Kelvin）提出來 符號(hào) : T 單位 : 開爾文（ K） 。 威廉 湯姆遜 開爾文勛爵像 1990國(guó)際溫標(biāo) (ITS90) ITS90：從 1990年 1月 1日開始在全世界范圍采用 定義了：溫度的固定點(diǎn) 測(cè)量和重現(xiàn)固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器 計(jì)算公式 例如水的三相點(diǎn)為 （ ?C）。 攝氏溫標(biāo) 是工程上最通用的溫度標(biāo)尺 。 攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 (即 101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份 ， 每一等份稱為攝氏一度 (攝氏度 ， ℃ )， 一般用小寫字母 t表示 。 與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用 。 攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下： 華氏溫標(biāo) 目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為 212華氏度，中間等分為 180份，每一等份稱為華氏一度，符號(hào)用 ℉ ，它和攝氏溫度的關(guān)系如下： T=t+ K t= ℃ m=+32 ℉ n= 5/9 (m32) ℃ 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。 三、溫度檢測(cè)及儀表 （一）溫度檢測(cè)方法 一般利用物體的某些物理性質(zhì)隨溫度變化的特性來感知、測(cè)量溫度。 主要分為 2大類： ? 接觸式測(cè)溫 —— 通過測(cè)溫元件與被測(cè)物體的接觸而感知物體的溫度。 ? 非接觸式測(cè)溫 —— 通過接受被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射來感知溫度。 接觸式測(cè)溫儀表有： 膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。主要有： ? 液體 膨脹式溫度計(jì)： 利用液體（水銀、酒精）受熱時(shí)體積膨脹的特性測(cè)溫。 玻璃管溫度計(jì) 電接點(diǎn)式 玻璃管溫度計(jì) ? 氣體 熱膨脹式 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(xué)溫度成正比 雙金屬片 :兩片線脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起。 受熱后，由于兩金屬片的膨脹長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生彎曲。 若將雙金屬片制成螺旋形，當(dāng)溫度變化時(shí)，螺旋的自由端便圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)指針在刻度盤上指示出相應(yīng)溫度值。 ? 固體 膨脹式溫度計(jì) 雙金屬片 調(diào)節(jié)螺釘 絕緣柱 雙金屬片常用來做溫度報(bào)警或控制 隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點(diǎn)接觸到固定觸點(diǎn)時(shí)，報(bào)警燈和繼電器回路被接通。 調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固定觸點(diǎn)的位置，以調(diào)整報(bào)警溫度。 雙金屬溫控器 繼電器 原理：封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽，受熱后體積膨脹，壓力增大。 利用封閉容器中的 介質(zhì)壓力 隨溫度變化的現(xiàn)象來測(cè)溫。 壓力表指示溫度 壓力式溫度計(jì) 熱電偶溫度計(jì) 利用物體的熱電性質(zhì)： 熱電勢(shì) 熱電阻溫度計(jì) 利用金屬或半導(dǎo)體 電阻值 隨溫度而變化的性質(zhì) 半導(dǎo)體溫度計(jì) 利用半導(dǎo)體 PN結(jié)的 結(jié)電壓 隨溫度變化的特性 紅外線測(cè)溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì) 輻射式溫度計(jì)： 通過測(cè)量物體 熱輻射功率 來測(cè)量溫度。 紅外式溫度計(jì)： 通過測(cè)量物體 紅外波段 熱輻射功率 來測(cè)量溫度。 非接觸式測(cè)溫的具體方法有 紅外溫度計(jì) 集成溫度傳感器將 溫敏晶體管 和 外圍電路 集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè) 測(cè)溫器件 。 特點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快、線性較好、價(jià)格便宜，測(cè)溫范圍為 50~150℃ 。 集成溫度傳感器分為 電壓型 電流型 數(shù)字型 集成溫度傳感器 熱電偶、熱電阻的測(cè)溫信號(hào)，須經(jīng)后級(jí)儀表處理 將溫度顯示出來或記錄保存 。 100℃ 1. 動(dòng)圈式指示儀表 可直接與熱電偶、熱電阻配套顯示溫度，是最簡(jiǎn)單的 模擬 指示儀表。 （二） 溫度顯示儀表 動(dòng)圈式儀表實(shí)質(zhì)上是 測(cè)量電流 的儀表 核心部件是一個(gè)磁電式毫安表 通電線圈在磁場(chǎng)中受力矩的作用而偏轉(zhuǎn)，指針移動(dòng) 當(dāng)測(cè)量信號(hào)通過張絲加在動(dòng)圈上，電流流過動(dòng)圈，動(dòng)圈受 磁場(chǎng)力 作用而偏轉(zhuǎn)。 動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)使張絲扭轉(zhuǎn)并產(chǎn)生 反抗動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩 ，兩力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在某一位置上，指示被測(cè)參數(shù)值。 100℃ 動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)原理 RD RM R串 RT RL 熱電偶 由于熱敏電阻溫度系數(shù)太大，用一個(gè)錳銅電阻RM（ 50Ω）和熱敏電阻RT（ 68Ω20℃ ）并聯(lián)。R串 按量程大小調(diào)整。 熱電偶直接輸出毫伏信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈儀表。 但要解決動(dòng)圈電阻溫度補(bǔ)償和量程匹配問題。 ① 用熱敏電阻補(bǔ)償動(dòng)圈電阻的溫度誤差 1) 配熱電偶的動(dòng)圈儀表 ② 外接電阻和外接調(diào)整電阻 熱電偶和動(dòng)圈儀表相接后，流過動(dòng)圈的電流為： R外 = R熱 + R補(bǔ) + R連 + R調(diào) R內(nèi) = 表內(nèi)電阻之和 測(cè)量時(shí)要求回路： R總 =15Ω 通過調(diào)整 R調(diào)實(shí)現(xiàn)。 ( , 0 ) ( , 0 )E t E tIR R R?? ?總 外 內(nèi)一般用電橋?qū)?熱電阻 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電壓 信號(hào) 2) 配熱電阻的動(dòng)圈儀表 則 R1R3 =R2（ R0+RT0） 且 R1= R2 ， R3 = RT0 + R0 有： I1 = I2 = I 當(dāng) T ℃ 時(shí)，電橋輸出 Uab =R3 I –（ RT+R0） I =R3 I –（ RT0+?RT+R0） I = –?RT I ① 電橋工作原理 Rw Rm Rd R0 R2 R1 Rt R3 a b RT I2 I1 r r r 設(shè) T0℃ 時(shí)，電橋平衡。 可見三線制接法可以 消除接線電阻的影響 。一般規(guī)定每根連接導(dǎo)線的電阻值為 5Ω。 ② 三線制與外接調(diào)整電阻 在考慮接線電阻后，電橋輸出： Uab =（ R3+r) I –（ RT0 +?RT +R0+r） I = – ?RT I Rw Rm Rd R0 R2 R1 Rt R3 a b RT I2 I1 r r r 數(shù)字式指示儀表是以數(shù)字電壓表為主體而構(gòu)成的測(cè)量?jī)x表。其原理框圖如下： 檢測(cè)變送 寄存器 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 脈沖計(jì)數(shù) 脈沖信號(hào) 數(shù)字譯碼器 顯示器 2. 數(shù)字式指示儀表 例：配熱電偶的數(shù)字式測(cè) 溫儀表原理框圖 標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì) 濾波 放大 線性化 標(biāo)度變換 檢測(cè)信號(hào)要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。 變送器的任務(wù) 就是將 不標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)信號(hào) ，如熱電偶、熱電阻的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 輸出，并使能夠 遠(yuǎn)傳 。 數(shù)字控制系統(tǒng) 的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有： FF協(xié)議 、 HART協(xié)議等 模擬控制系統(tǒng) 的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是： Ⅱ 型： 0~10mA、 0～ 10V III型： 4～ 20mA、 1～ 5V （三）溫度變送器 1. 模擬式溫度變送器 模擬式溫度變送器有多個(gè)品種、規(guī)格，以配合不同的傳感元件和量程，但結(jié)構(gòu)相同 + 電量 傳感元件 被測(cè)溫度 輸入電路 放大電路 反饋電路 輸出電流 溫度變送器原理框圖 E1 以 DDZIII型熱電偶溫度變送器為例 : Et 反饋 反饋 放大電路 電源 輸入電路 輸出電路 DDZ－ Ⅲ 型電動(dòng)單元組合儀表中的變送單元之一 它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的電流（電壓）信號(hào)，供給顯示、控制儀表及計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測(cè)溫控制系統(tǒng)中。 軌裝式溫度變送器 傳感元件與測(cè)量電路一體化高度集成，自帶冷端補(bǔ)償功能， 24VDC供電。 智能變送器是采用微