【文章內(nèi)容簡介】 ? ? ? ? ? ?0,0, 00 TETTETE ABABAB ??測量儀表值 校正值 真實(shí)值 CT 00 0?CT 00 0?例： S型熱電偶在工作時(shí)自由端溫度 ，現(xiàn)測得熱電偶的電勢為 ，求被測介質(zhì)的實(shí)際溫度。 CT 00 30?已知，熱電偶測得的電勢為 即 其中 為被測介質(zhì)溫度。 由分度表可查得 則： ? ?30,TE ? ? mVTE , ?T? ? mVE ,30 ?? ? ? ? ? ? 6 7 7 ,3030,0, ????? ETETE由表 對應(yīng)的溫度為 ，則被測介質(zhì)的實(shí)際溫度為 。 ? ? 6 7 , ?TEC0830 C08306. 軟件處理法 對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為 0℃ 的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。 熱電偶材料應(yīng)滿足： ? 物理性能穩(wěn)定 ， 熱電特性不隨時(shí)間改變； ? 化學(xué)性能穩(wěn)定 ， 以保證在不同介質(zhì)中測量時(shí)不被腐蝕； ? 熱電勢高 ， 導(dǎo)電率高 ， 且電阻溫度系數(shù)小； ? 便于制造； ? 復(fù)現(xiàn)性好 ， 便于成批生產(chǎn) 。 一、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu) 常用熱電偶的特性 1． 鉑 — 鉑銠熱電偶 (S型 ) 分度號 LB— 3 工業(yè)用熱電偶絲： Φ ， 實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些 。 正極：鉑銠合金絲 ,用 90％ 鉑和 10％ 銠 (重量比 )冶煉而成 。 負(fù)極：鉑絲 。 測量溫度：長期： 1300℃ 、 短期： 1600℃ 。 特點(diǎn)： ? 材料性能穩(wěn)定 ， 測量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 或基準(zhǔn)熱電偶 。 用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶 。 ? 測量溫度較高 ， 一般用來測量 1000℃ 以上高溫 。 ? 在高溫還原性氣體中 （ 如氣體中含 Co、 H2等 ） 易被侵 蝕 ， 需要用保護(hù)套管 。 ? 材料屬貴金屬 ， 成本較高 。 ? 熱電勢較弱 。 （一）熱電偶常用材料 2． 鎳鉻 — 鎳硅 (鎳鋁 )熱電偶 (K型 ) 分度號 EU— 2 工業(yè)用熱電偶絲： Φ ～ ， 實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些 。 正極：鎳鉻合金 (用 ～ ％ 鎳 、 9～ 10％ 鉻 ， ％ 硅 ，％ 錳 ， ～ ％ 鈷冶煉而成 )。 負(fù)極：鎳硅合金 (用 ～ 97％ 鎳 ,2～ 3％ 硅 ,～ ％ 鈷冶煉而成 )。 測量溫度：長期 1000℃ ， 短期 1300℃ 。 特點(diǎn)： ? 價(jià)格比較便宜 ， 在工業(yè)上廣泛應(yīng)用 。 ? 高溫下抗氧化能力強(qiáng) ， 在還原性氣體和含有 SO2， H2S等氣體中易被侵蝕 。 ? 復(fù)現(xiàn)性好 ， 熱電勢大 ， 但精度不如 WRLB。 3． 鎳鉻 — 考銅熱電偶 (E型 ) 分度號為 EA— 2 工業(yè)用熱電偶絲 :Ф ～ 2mm， 實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些 。 正極：鎳鉻合金 負(fù)極：考銅合金 （ 用 56％ 銅 ， 44％ 鎳冶煉而成 ） 。 測量溫度：長期 600℃ ， 短期 800℃ 。 特點(diǎn)： ? 價(jià)格比較便宜 ， 工業(yè)上廣泛應(yīng)用 。 ? 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大 。 ? 氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用。考銅易氧化變 質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 4． 鉑銠 30— 鉑銠 6熱電偶 (B型 ) 分度號為 LL— 2 正極：鉑銠合金 （ 用 70％ 鉑 ， 30％ 銠冶煉而成 ） 。 負(fù)極：鉑銠合金 （ 用 94％ 鉑 ， 6％ 銠冶煉而成 ） 。 測量溫度：長期可到 1600℃ ， 短期可達(dá) 1800℃ 。 特點(diǎn)： ? 材料性能穩(wěn)定 ， 測量精度高 。 ? 還原性氣體中易被侵蝕 。 ? 低溫?zé)犭妱輼O小 ， 冷端溫度在 50℃ 以下可不加補(bǔ)償 。 ? 成本高。 幾種持殊用途的熱電偶 （ 1） 銥和銥合金熱電偶 如銥 50銠 — 銥 10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達(dá) 2100℃ 的高溫 。 （ 2） 鎢錸熱電偶 是 60年代發(fā)展起來的 ， 是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?， 可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中 ， 但高溫抗氧能力差 。 國產(chǎn)鎢錸 鎢錸 20熱電偶使用溫度范圍 300～ 2022℃ 分度精度為 1％ 。 （ 3） 金鐵 — 鎳鉻熱電偶 主要用在低溫測量 ， 可在 2～273K范圍內(nèi)使用 ， 靈敏度約為 10μV ／ ℃ 。 （ 4） 鈀 — 鉑銥 15熱電偶 是一種高輸出性能的熱電偶 ， 在1398℃ 時(shí)的熱電勢為 ， 比鉑 — 鉑銠 10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出 3倍 ， 因而可配用靈敏度較低的指示儀表， 常應(yīng)用于航空工業(yè) 。 （ 6）銅 — 康銅熱電偶，分度號 MK 熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻 鎳硅熱電偶，約為43μV/℃ 。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于 20K～ 473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。 （ 5）鐵 — 康銅熱電偶，分度號 TK 靈敏度高，約為 53μV/℃ ，線性度好，價(jià)格便宜，可在 800℃ 以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。 二、熱電偶分類 (按照結(jié)構(gòu) )： ? 普通型 ： 普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多 , 它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。測量 液體和氣體 的溫度。 ? 鎧裝（纜式） 熱電偶： 特點(diǎn)是測量結(jié)熱容量小，熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，撓性好，強(qiáng)度高，抗震性好。 適用于普通型不能測量的空間溫度。 ? 薄膜 熱電偶： 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料 , 用真空蒸鍍、 化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶 , 薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。杀〉?~ ）。 特點(diǎn)是熱容量小，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快 。主要用于測量 固體表面小面積瞬時(shí)變化 的溫度。 熱電偶的 并聯(lián) ： – 把幾個(gè)相同型號的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起，各個(gè)熱電偶的測量結(jié)處于不同溫度下，其 輸出電動(dòng)勢為各個(gè)熱電偶熱電動(dòng)勢的平均值。 – 可用于測量 平均溫度 。 熱電偶的連接形式： 串聯(lián) 熱電偶： ? 又稱 熱電堆 。把若干個(gè)相同型號的熱電偶串聯(lián)在一起，所有測量端處在同一溫度，所有參考端處在同一溫度， 輸出電動(dòng)勢是每個(gè)電動(dòng)勢之和 。 ? 如熱電偶正向串聯(lián) , 可獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度。 ? 在測量兩點(diǎn) 溫差 時(shí) , 可采用熱電偶 反向 串聯(lián)。 熱電偶測溫原理：熱電效應(yīng)。 測溫范圍： 271176。 C～ 2800176。 C 溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。 非線性； 熱電偶基本定律：均質(zhì)導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律。 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：補(bǔ)償導(dǎo)線法、計(jì)算法、補(bǔ)償電橋法、冰浴法、軟件處理法。 輻射式溫度傳感器 ? 輻射測溫的物理基礎(chǔ) 輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。 ? 一、熱輻射 :物體受熱，激勵(lì)了原子中帶電粒子，使一部分熱能以電磁波的形式向空間傳播，它不需要任何物質(zhì)作媒介（即在真空條件下也能傳播），將熱能傳遞給對方，這種能量的傳播方式稱為熱輻射（簡稱輻射），傳播的能量叫輻射能。輻射能量的大小與波長、溫度有關(guān)。 ? 二、黑體 :所謂黑體是指能對落在它上面的輻射能量全部吸收的物體。 ? 三、灰體 ： 能部分反射或吸收紅外輻射的物體稱為灰體。 ? 非接觸測溫 —利用光輻射來測量物體溫度 任何物體溫度高于絕對零度 （ ?C）時(shí) ， 都將有熱輻射 ， 溫度越高 ， 則發(fā)射到周圍空間的能量就越多 。 輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來 ， 其波長的范圍極廣 ， 從短波 、 x光 、 紫外光 、 可見光 、 紅外光一直到電磁波 。 溫度測量中主要是可見光和紅外光 ， 因?yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院?， 多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?， 使物體的溫度升高 ， 所以一般就稱為熱輻射 。 輻射測溫特點(diǎn)： – 非接觸測量 不影響被測溫度分布 – 響應(yīng)速度快：對高速運(yùn)動(dòng)物體測溫。 – 靈敏度高，能分辨微小的溫度變化； – 測量范圍廣 (10～ 1300?C)； – 抗干擾能力強(qiáng)，無需修正。 熱輻射測溫基本原理 ? ?2510 (),T 1cTcEe ??? ???式中， λ — 波長， m ； T — 黑體溫度， K ； c1 — 第一輻射常數(shù)， 1016 W?m2； c2 — 第二輻射常數(shù)， 102 W?K； ? ? 2 ()501,T cTE c e ??? ???普朗克定律： 揭示了各種不同溫度下黑體輻射能量按波長分布的規(guī)律，其關(guān)系式為 溫度升高： 單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加； 總輻射能量增加； 峰值波長減小 。 每一條曲線下的面積表示該溫度下物體輻射能量的總和 ， 與溫度的四次方成正比 。 2897m T m K????254100 00 dd 1cTcE E Te ??? ? ????? ? ???? 斯忒藩－玻耳茲曼定律： 確定了黑體全輻射與溫度的關(guān)系 。 斯忒藩－玻耳茲曼常數(shù)， ? ? 8 4= 5 .6 7 1 0 W / K? ? 2m?2．實(shí)際物體的熱輻射 0EE? ? ???TcecE???????2512 ()501 cTE c e ?? ? ???40E E T? ???? ? —黑度，它反映了物體接近黑體的程度。 0 1 2 3 4 5 )(TM?m)(??維恩位移 定律 每條曲線的峰值叫最大單色輻射強(qiáng)度，與峰值對應(yīng)的波長用 表示。 m?mT ???向短波方向移動(dòng)， 與 的關(guān)系如下： Tm?這些定律反映出熱輻射的量值隨溫度的升高而迅速增加 ,而且熱輻射的峰值波長也隨溫度的升高而向短波方向移動(dòng) 熱輻射的規(guī)律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用很廣泛，它是測高溫、遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。 bTm ?? mKbTm ????? 輻射測溫方法 ? :比較被測物體與參考源在同一波長下的光譜亮度，并使二者的亮度相等，從而確定被測物體的溫度，典型測溫傳感器是光學(xué)高溫計(jì)。 l一物鏡； 2—灰色吸收玻璃； 3一燈泡； 4一目鏡； 5一紅色濾光片； 6一顯示儀表 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 ， 使用方便 ， 測溫范圍廣（ 700~3200℃ ） ， 一般可滿足工業(yè)測溫的準(zhǔn)確度要求 。 缺點(diǎn)： 人眼觀察 ， 并需用手動(dòng)平衡 ， 因此不能實(shí)現(xiàn)快速 測量和自動(dòng)記錄 ， 且測量結(jié)果帶有主觀性 。 ? :全輻射法是指被測對象投射到檢測元件上的是對應(yīng)全波長范圍的輻射能量，而能量的大小與被測對象溫度之間的關(guān)系是由斯忒藩 波耳茲曼所描述的一種輻射測溫方法，典型測溫傳感器是輻射溫度計(jì)（熱電堆）。 輻射高溫計(jì)由輻射傳感器和顯示儀表組成，輻射傳感器又由光學(xué)系統(tǒng)與輻射變換器兩部分構(gòu)成。前者的作用是接收并聚集輻射能；后者把輻射能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號以便由顯示部分直接顯示溫度值。光學(xué)系統(tǒng)有透射式、反射式和混合式幾類。輻射變換器主要有熱電式和光電式兩種。 全輻射溫度計(jì) 部分輻射溫度計(jì) 為了提高儀表的靈敏度，有時(shí)熱敏元件不是采用熱電堆，而是采用光電池、光敏電阻以及其它的一些紅外探測元件，這些元件和熱電堆相比具有光譜選擇性，它們僅能對某一波長范圍的光譜產(chǎn)生效應(yīng)。因此它們對測量的要求是，只能使工作光譜僅限于一定的光譜范圍內(nèi)，稱此類輻射溫度計(jì)為部分輻射溫度計(jì)。 如：紅外溫度傳感器 :被測對象的兩個(gè)不同波長的光譜輻射能量投射到一個(gè)檢測元件上，或同時(shí)投射到兩個(gè)檢測元件上，根據(jù)它們的比值與被測對象溫度之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)輻射測溫的方法，比值與溫度之間的關(guān)系由兩個(gè)不同波長下普朗克公式之比表示，典型測溫