思考题 请举例说明减小或消除仪表非线性的方法，要求三种以上。

作业

3.2温度检测仪表

温度的定义 冷热程度 描述系统不同自由度之间能量分布状况的基本物理量 与大量分子的平均动能相联系，反映内部分子运动的剧烈程度 http://baike.sogou.com/v433766.htm 能量均分定理 http://baike.sogou.com/v7612991.htm自由度 - 二、物理学

温 标 温度的数值表示方法 温度数值化的一套规则和方法 给出温度的测量单位 常用温标 经验温标（摄氏度t，℃ ；华氏度t,F） 温 标 温度的数值表示方法 温度数值化的一套规则和方法 给出温度的测量单位 常用温标 经验温标（摄氏度t，℃ ；华氏度t,F） 热力学温标（开尔文温标T,K） 国际实用温标（T,K）

经验温标 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标； 摄氏温标 华氏温标 把在标准大气压下水的冰点定为零度，把水的沸点定为100度的一种温标。中间100等分，单位符号为℃ 华氏温标 规定在标准大气压下水的冰点为32度，水的沸点为212度，中间划分为180等分，单位符号为 0F。在我国已淘汰。

热力学温标 又称开尔文温标，符号为T，单位为Ｋ。 热力学温标是以热力学第二定律为基础的一种理论温标，由卡诺定理推导出来的，被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。 有一个绝对零度，低于零度的温度不可能存在。 热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。

国际实用温标 是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。 规定了固定点温度；标准仪器；内插公式。 国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90。 ITS—90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。

ITS-90定义固定点 三相点：http://baike.sogou.com/v3594532.htm 三相点是指在热力学里，可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。

ITS-90 标准仪器 第一温区为0.65K到5.00K之间，T90由3He和4He的蒸汽压与温度的关系式来定义。 内插公式 每种内插标准仪器在n个固定点温度下分度，以此求得相应温度区内插公式中的常数。

温度检测仪表的分类 接触式和非接触式两大类； 接触式检测仪表： 非接触式检测仪表 膨胀式温度检测仪表：基于物体受热体积膨胀或长度伸缩性质的（如玻璃管水银温度计、双金属温度计）； 热电阻温度检测仪表：基于导体或半导体电阻值随温度变化的（铂电阻、铜电阻）； 热电偶温度检测仪表：基于热电效应； 非接触式检测仪表 利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，主要有亮度法、全辐射法和比色法等

一、 热电偶温度计 Thermocouple 热电效应 热电偶 A B t1 t2 热端（工作端） 冷端（自由端） EAB(t1,t2)

接触电势 两种导体电子密度不同，在接触面上的扩散速度不同 接触电势原理图（NA>NB）

温差电势 单一导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散 ，形成静电场 达到动态平衡时，在导体的两端便产生一个相应的电位差－－温差电势 表示为：

热电偶回路热电势 由导体A、B组成的热电偶闭合回路，当温度为 T＞T0，NA ＞ NB 时，闭合回路总的热电势为

EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0) 热电偶正常工作的两个必要条件 两种导体 两个温度 A B t t0 与材料的粗细无关 与材料的长度无关 与温度的分布无关 EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)

热电偶的材料 理论上任何两种导体都可组成热电偶，但作为测温的热电偶需满足： 物理、化学性稳定 电极的电阻小，电阻的温度系数小 电势值大，随温度单调上升，最好线性 材料易获得，复制性好，价格低 热电偶丝

热电偶的基本定律 1、均质导体定律 ：同一导体闭合回路E=0 2、中间导体定律 在A、B构成的热电偶接入第三种导体C，并使AC和BC接触的温度均为T0

热电势的测量(讨论) A B t C t2 t1 t0 EAB(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCA(t2)=eAB(t)+eBA(t0)

热电偶的基本定律 3、中间温度定律 E(t,0)=E(t,t0) + E(t0,0) 热电偶A、B在接点温度为T，T0时的热电势等于热电偶A、B在接点温度为T、TC 和Tc、T0的热电势EAB（T，TC）和EAB（TC，T0）的代数和，即： A B t t0 A B t E(t0,0) E(t,t0) E(t,0)=E(t,t0) + E(t0,0)

EAC(t,t0) EBC(t,t0) EAB(t,t0)=?

热电偶的基本定律 标准化热电偶 4、标准导体（电极）定律 已知 和 则 已知 和 则 铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，通常选用高纯铂丝作为标准电极 标准化热电偶

热电偶的使用——标准化热电偶

常见热电偶热电特性曲线 EAB(t,t0)= eAB(t)-eAB(t0) =eAB(t)-C t0=0℃，EAB(t,0) 分度表 A t

热电偶自由端温度的处理 用热电偶测温时，要求热电偶的自由端的温度保持恒定（最好为0℃）； 热电偶安装位置与集中控制室距离较长。由于热电偶一般是贵金属做成，直接把电极拉长引至控制室成本太高； 一般选用一种价格比较便宜，而热电势与热电偶的电势相近的特殊导线来代替。这种导线为“补偿导线”。

热电偶的使用——补偿导线 现场 控制室 E=EAB(t,t0’)+EA’B’(t0’,t0)= EAB(t,t0’)+EAB(t0’,t0)=EAB(t,t0)

使用补偿导线的注意事项 补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为0～100℃）与热电偶的热电势相等或相近； 不同型号的热电偶需要用不同的补偿导线； 热电偶和补偿导线的二个接点要保持同温； 补偿导线有正负极，分别与热电偶的正负极相连 补偿导线合金丝

热电偶温度计 E=EK(t,tc)+EK(tc,t0)

1、计算修正 热电偶的使用——自由端温度补偿 定律3：中间温度定律—E(t,0)=E(t,t0) + E(t0,0) E(t0,0) A B t t0 A B t E(t0,0) E(t,t0) 例：S型热电偶在工作时自由端温度t0=30 ℃,现测得热电势为7.5mV,求被测介质实际温度t。 E(t,30) = 7.5mV E(t,0) = E(t,30)+E(30,0) = 7.5+0.173=7.673mV 查分度表得，t = 830 ℃

热电偶分度表的使用？ 例：用K型热电偶测炉温时，测得参比端温度t1＝38℃；测得测量端和参比端间的热电动势E(t, t1)＝29.90 mV，试求实际炉温。 解：由K型分度表查得E(38，0)＝1.53 mV，根据中间温度定律，可得到： E(t，0)＝E(t, t1 ) + E(t1, 0 )＝29.90 +1.53= 31.43 mV 再查K型分度表，得到实际炉温755℃ 。 (1)若参比端不作修正，直接查表测量误差有多大？ (2)如果直接将查表所得加上参比端温度是否可以，为什么？

利用中间温度定律测温 以冷端为0 ℃，建立热端温度与热电动势之间的关系表E(t,0) 测量工作时的热电动势值E(t,t1) 利用中间温度定律计算E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0) 查表得到被测温度t

2、恒温法t0=0 ℃ 热电偶的使用——自由端温度补偿 在工业应用时，一般把补偿导线的末端(即热电偶的自由端)引至恒温器中，使其维持在某一恒定的温度。 通常一个恒温器可供多支热电偶同时使用。 在实验室及精密测量中，通常把自由端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的容器中，以使自由端温度保持为0℃，这种方法称为冰浴法

热电偶的使用——自由端温度补偿 3、电桥自动补偿法 E(t,0)=E(t,t0) + Uab =E(t,t0) + E(t0,0)

热电偶的使用——检测系统 E=EK(t,tc)+EK(tc,t0)+EK(t0,0)= EK(t,t0)+EK(t0,0)=EK(t,0) 热电偶、补偿导线、补偿器和变送器（显示仪表）配套使用

热电偶的结构

铠装热电偶 铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者结合而成一个坚实的整体。 露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。

薄膜热电偶 薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。其结构如上图所示。采用蒸镀工镀工艺，热电偶做得很薄，而且尺寸可做得很小。 它的特点是热容量小，响应速度快，适合于测量微小面积上的瞬变温度 。

思考题、作业题 t Q t0 2、作业：p251,No.14（新书） 1、根据热电偶的基本定律，在图2.32(原书31)所示的热电偶回路中，当发生下列情况时，该回路中总电势如何变化（增大，减少，不变，不确定）？ ①t升高，t0不变； ② t不变，t0升高； ③ t和t0同时升高相同的温度； ④ t和t0同时降低相同的温度； ⑤ t0端断开，接入另一均质导体，两联结点温度都为t0 ； ⑥ t0端断开，接入一小电阻，两联结点温度都为t0 ； ⑦如图所示，A’和B’为同一均质导线，Q端的温度不等于t0 ； ⑧如图所示，A’和B’为不同导线，Q端的温度等于t0 ； ⑨如图所示，A’和B’为不同导线，Q端的温度不等于t0 。 A’ B’ t Q t0 2、作业：p251,No.14（新书）