《自动检测技术》课程授课教案（过程检测与仪表）第2章 温度测量

第2章温度测量温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。通常把长度、时间、质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不再适用，例如把两瓶90℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为180℃。从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内部分子的平均动能亦小。热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处手热平衡状态，则这两个物体也处手热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。$2.1概述2.1.1温标现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些物性（诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等）随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。1.经验温标根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。(1)华氏温标1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1F”。按照华氏温标，则水的冰点为32F，沸点为212F。(2)摄氏温标1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分每一份称为1摄氏度。记作1℃。摄氏温度和华氏温度的关系T F =t℃ +32 (2-1)式中T一一华氏温度值；t一摄氏温度值。除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不再一一列举。经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限（如摄氏为0℃、100℃）。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。另外，经验温标主观地认为其规定的温标具有很大的局限性，很快就不能适应工业和科技等领域的测温需要。2.热力学温标

第 2 章 温度测量 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量 和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。通常把长度、时间、 质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来， 其总长度为原来的单个物体长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不 再适用，例如把两瓶 90℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为 180℃。 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温度高 的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内部分子的平均动能亦小。热力学的第零 定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个 物体处于热平衡状态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。 据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待测物体的温度和这 些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。 §2.1 概述 2．1．1 温标 现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量 物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模 量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量 值的准 确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。 从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具 有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。 1.经验温标 根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温 标。 (1)华氏温标 1714 年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯 化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的 100 度，把水银温度计从 0 度到 l00 度按水银的体积膨胀距离分成 100 份，每一份为 1 华氏度，记作“1℉”。按照华 氏温标，则水的冰点为 32℉，沸点为 212℉。 (2)摄氏温标 1740 年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为 0 度，水的沸点规 定为 100 度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作 100 等分， 每一份称为 1 摄氏度。记作 1℃。 摄氏温度和华氏温度的关系 T ℉ = t℃ + 32 (2-1) 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。 除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不再一一列举。 经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限(如摄氏为 0℃、 l00℃)。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。另外，经验温标主观地认为其规定的 温标具有很大的局限性，很快就不能适应工业和科技等领域的测温需要。 2.热力学温标

1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnotcycle)为基础建立的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度一一绝对零度（是在实验中无法达到的理论温度，而低于0K的温度不可能存在）与水的三相点温度分为273.16份，每份为1K（Kelvin）。热力学温度的单位为“K”。3.绝对气体温标从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律：PV=RT (2-2)式中P一一一定质量的气体的压强：V一一该气体的体积：R——普适常数；T——热力学温度。当气体的体积为恒定（定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有：T2/Ti=P2/P1这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点（水的三相点）来作参考点，则两种温标在数值上将完全相同。理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。由手在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正（诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难：因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标。4.国际实用温标和国际温标经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值的统一。第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。为和IPTS一68温标相区别，用表示ITS一90温标。ITS一90基本内容为：（1）重申国际实用温标单位仍为K，1K等于水的三相点时温度值的1/273.16：（2）把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为-273.15℃：这样国际摄氏温度（℃）和国际实用温度（K）在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；（3）规定把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器如下：?0.65一5.0K，用3He和4He蒸汽温度计②3.0一24.5561K，用3He和4He定容气体温度计③13.803K一961.78℃，用铂电阻温度计：961.78℃以上，用光学或光电高温计；我国从1991年7月1日起开始对各级标准温度计进行改值，整个工业测温仪表的改值在1993年年底前全部完成，并从1994年元旦开始全面推行ITS一90新温标。2.1.2标定对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点（恒温）作标准值，把被标定温度计（或传感器）依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值（或传感器的输出），并根据国际温标规定的内

1848 年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立的热力学温标，是 一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为 了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度（是在实验 中无法达到的理论温度，而低于 0 K 的温度不可能存在）与水的三相点温度分为 273．16 份，每份为 1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。 3. 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律： PV=RT (2-2) 式中 P——一定质量的气体的压强； V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。 当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有： T2 /T1 =P2 /P1 这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若 选用同一固定点(水的三相点)来作参考点，则两种温标在数值上将完全相同。 理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。 由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正(诸如真实气体与理想气体之偏 差修正，容器的膨胀系数修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体 温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因而在 各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标。 4.国际实用温标和国际温标 经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标，复现精 度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国 均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值的统一。 第一个国际温标是 1927 年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在 1948、 1960、1968 年经多次修订，形成了近 20 多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS 一 68)。 1989 年 7 月第 77 届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称 ITS 一 90。为和 IPTS 一 68 温标相区别，用表示 ITS 一 90 温标。ITS 一 90 基本内容为： （1） 重申国际实用温标单位仍为 K，1 K 等于水的三相点时温度值的 1/273.16； （2） 把水的三相点时温度值定义为 0.01℃（摄氏度）， 同时相应把绝对零度修订为 -273.15℃；这样国际摄氏温度（℃）和国际实用温度（K）在实际应用中，为书写方便，通 常直接用分别代表和； （3） 规定把整个温标分成 4 个温区，其相应的标准仪器如下； ①0.65—5.0K，用 3He 和 4He 蒸汽温度计； ②3.0—24.5561K，用 3He 和 4He 定容气体温度计； ③13.803K—961.78℃，用铂电阻温度计； ④961.78℃以上，用光学或光电高温计； 我国从 1991 年 7 月 1 日起开始对各级标准温度计进行改值，整个工业测温仪表的改值 在 1993 年年底前全部完成，并从 1994 年元旦开始全面推行 ITS 一 90 新温标。 2.1.2 标定 对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起 一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值，把被标定温度计(或传感器)依次置于这 些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出)，并根据国际温标规定的内

插公式对温度计（传感器）的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定：被定后的温度计可作为标准温度计来测温度。更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计（传感器）与已被标定好的更高-级精度的温度计（传感器），紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若于温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被标定温度计的标定。世界各国根据国际温标规定建立自已国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省（直辖市、自治区）市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比（修正）、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一。2.1.3测温方法分类及其特点根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测对象的温度。因此，接触式测温一方面有测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低等优点，另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差：被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀式、热阻式、热电式等多种形式。非接触式温度测量特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。因此，非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。两类测温方法的主要特点如表所示。方式接触式非接触式测量感温元件要与被测对象良好接触：感温元件需准确知道被测对象表面发射率：被测对条件象的辐射能充分照射到检测元件上的加入几乎不改变对象的温度：被测温度不超过感温元件能承受的上限温度；被测对象不对感温元件产生腐蚀测量特别适合1200C以下、热容大、无腐蚀性原理上测量范围可以从超低温到极高温，范围对象的连续在线测温，对高于1300℃以上但1000℃以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度的温度测量较困难精度工业用表通常带为1.0、0.5、0.2及0.1级，通带为1.0、1.5、2.5级实验室用表可达0.01级响应慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为2～3秒钟速度其它整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻特点护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被烦、价格品贵：仪表读数通常只反映被测测物体实际温度：可方便地组成多路集中物体表现温度（需进一步转换）：不易组成测量与控制系统测温、控温一体化的温度控制装置32.2热膨胀式温度计根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀（包括液体和固体膨胀）式，热阻（包括金属热电阻和半导体热电阻）式、热电（包括热电偶和PN结）式等多种形式

插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定；被定后的温度计 可作为标准温度计来测温度。 更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一 级精度的温度计(传感器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所 选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重 复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被 标定温度计的标定。 世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其 精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自治区)市县计 量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比(修正)、标定，据此进行温度标准的传递， 从而保证温度标准的准确与统一。 2.1.3 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最 后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测 对象的温度。因此，接触式测温一方面有测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对 较低等优点，另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平 衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温 元件性能和寿命等缺点。根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀式、热阻式、热电 式等多种形式。 非接触式温度测量特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热 辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。因此，非接触式测温具有不改变被测物体的 温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度 等优点。两类测温方法的主要特点如表所示。 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 §2.2 热膨胀式温度计 根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀 (包括液体和固体膨胀) 式，热阻 (包 括金属热电阻和半导体热电阻) 式、热电(包括热电偶和 PN 结)式等多种形式

膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。一般膨胀式温度测量大都在-5℃0～550℃范围内，用于那些温度测量或控制精度要求较低，不需自动记录的场合。膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。2.2.1.玻璃温度计玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9℃、测温上限为538℃。对于较低温度测量，可以用其它有机液体（如酒精下限为-62℃，甲苯下限为-90℃，而戊烷则可达-201℃)。玻璃温度计具有结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测温值难自动远传记录等特点。玻璃温度计按使用方式又可分全浸式和局浸式两大类。全浸式即是把玻璃温度计液柱全部浸没在被测介质中。此种方式特点是测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸式为温度计液柱部分（固定长度）浸入被测介质中，部分暴露在空气中。此种方式特点是读数容易，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。2.2.2压力温度计压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意图如图所示。个一外壳L身C细管温包弹黄管它由充有感温介质的感温包、传递压力元件（毛细管）及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。测温时将其温包置入被测介质中，温包内的感温介质（为气体或液体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。这类压力温度计其毛细管细而长（规格为1一60m）它的作用主要是传递压力，长度愈长，则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐腐蚀性较差等特点。压力温度计测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达600℃，常用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。2.2.3双金属温度计固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即（2-4）式中L=L[1+k(4-10)] (2-4)

膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。一 般膨胀式温度测量大都在-5℃0～550℃范围内，用于那些温度测量或控制精度要求较低，不 需自动记录的场合。 膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式 压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。 2.2.1.玻璃温度计 玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体， 其凝固点为-38.9℃、测温上限为 538℃。对于较低温度测量，可以用其它有机液体(如酒精 下限为-62℃，甲苯下限为-90℃，而戊烷则可达-20l℃)。玻璃温度计具有结构简单，制作容 易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测 温值难自动远传记录等特点。 玻璃温度计按使用方式又可分全浸式和局浸式两大类。全浸式即是把玻璃温度计液柱全 部浸没在被测介质中。此种方式特点是测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸 式为温度计液柱部分(固定长度)浸入被测介质中，部分暴露在空气中。此种方式特点是读数 容易，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。 2.2.2 压力温度计 压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确 定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意图如图所示。 它由充有感温介质的感温包、传递压力元件(毛细管)及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机 构、指针和读数盘组成。测温时将其温包置入被测介质中，温包内的感温介质(为气体或液 体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经 毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。 这类压力温度计其毛细管细而长(规格为 1—60m)它的作用主要是传递压力，长度愈长， 则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。 压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐 腐蚀性较差等特点。压力温度计测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达 600℃，常用 于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。 2.2.3 双金属温度计 固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即 （2-4） 式中 （2-4）

IF一固体在温度美1时的长度：t.Lo0——固体在温度“0时的长度；tok-O一固体在温度1之间的平均线膨胀系数。基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。如图所示。td+Bx-在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A（例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下式表示：x= G(I / d)·N (2-5)式中X-一双金属片自由端的位移，mm；1—双金属片的长度，mm；d—双金属片的厚度，mm；△t—双金属片的温度变化，℃;G弯曲率(将长度为100mm，厚度为1mm的线状双金属片的一端固定，当温度变化1℃(1K)时，另一端的位移称为弯曲率)，取决于头金属片的材质，通常为(5～14)X10-6/K。目前实际采用的双金属材料及测温范围：100℃以下，通常采用黄铜与34%镍钢：150℃以下，通常采用黄铜与因瓦合金：250℃以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与34%~42%镍钢。双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度控制装置（尤其是开关的“通一断"控制)。双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80℃一600℃，精度等级通常为1.5级左右。由于其测温范围和前两种温度计大致相同，且可作恒温控制，可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问题。所以在测温和控温精度不高的场合，双金属温度计应用范围不断扩大。双金属片常制成

——固体在温度 时的长度； ——固体在温度 时的长度； ——固体在温度 ， 之间的平均线膨胀系数。 基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一 起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。当温度变化时，因双金属片的两种不同 材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。如图 所示。 在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属 B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的 金属 A（例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越 大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下式表示： (2-5) 式中 x——双金属片自由端的位移，mm； l——双金属片的长度，mm； d——双金属片的厚度，mm； ——双金属片的温度变化，℃； G——弯曲率(将长度为 100mm，厚度为 1mm 的线状双金属片的一端固定，当温度变化 1℃ (1K)时，另一端的位移称为弯曲率)，取决于头金属片的材质，通常为(5～14)×10-6／K 。 目前实际采用的双金属材料及测温范围：100℃以下，通常采用黄铜与 34％镍钢；150℃以 下，通常采用黄铜与因瓦合金；250℃以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与 34％~42％ 镍钢。双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度控制装置(尤其是 开关的“通—断”控制)。 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致 为-80℃—600℃，精度等级通常为 1.5 级左右。由于其测温范围和前两种温度计大致相同， 且可作恒温控制，可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问 题。所以在测温和控温精度不高的场合，双金属温度计应用范围不断扩大。双金属片常制成

螺旋管状来提高灵敏度。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。$2.3热电偶温度计热电隅温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表。是目前应用最为广泛的温度传的温度传感器。它测温的精度高和灵敏度好，稳定性及复现性较好，响应时间小，结构简单，使用方便，测温范围广，可以用来测量一200~1600℃，在特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K的低温。2.3.1测温原理热电偶的测温原理是基于1821年塞贝克（Seebeck）发现的热电现象。将两种不同的导体或半导体连接成如下图所示的闭回路，如果两个接点的温度不同（t>to），则在回路内就会产生热电动势，这种现象称为塞贝克热电效应。A图中闭合回路称之为热电偶。导体A和B称之为T,T热电偶的热电丝或热偶丝。热电偶两个接点李考档测纸端中置于温度为t的被测对象中的接点称为测量端：B又称工作端或热端，温度为参考温度to的另一端称之为参考端，又称自由端或冷端。图 2-1-1热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成。1接触电势接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处成的电动势。接触电势大小与温度高低及导体中的电子密度有关。温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的比值也越大，接触电势也越大。2温差电势温差电势是在同一根导体中。由于两端温度不同而产生的一种电势。3热电偶回路的热电势EA(t,fo)AFAB(OEAR(O)EAB(t.fo)BEg(f.fo)对于A、B两种导体构成的热电偶回路中，总热电势包括两个接触电势和两个温差电势。EAB（T,TO)=EAB（T)—EAB（TO)+EB(T,TO)—EA（T,To)KrIN-dt(2-1-5)、eJraNBt对于确定的材料A和B，NAt与NBt和温度t的关系已知，则：EAB(T,To) =f (T)-f (To)(2-1-6)如果参考端温度（To）保持恒定，则：EAB(T, To)=f(T)+C(2-1-7)从中可以看出：（1）热电偶两电极材料相同，无论热电偶两端温度如何，热电偶回路总热电偶为零。（2）如果热电偶两端温度相同（T=To），则尽管两电极材料不同，热电偶回路内的总热电势也为零

螺旋管状来提高灵敏度。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般 的工业用仪表。 §2.3 热电偶温度计 热电隅温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表。 是目前应用最为广泛的温度传的温度传感器。它测温的精度高和灵敏度好，稳定性及复现性 较好，响应时间小，结构简单，使用方便，测温范围广，可以用来测量－200~1600℃，在特 殊情况下，可测至 2800℃的高温或 4K 的低温。 2.3.1 测温原理 热电偶的测温原理是基于 1821 年塞贝克（Seebeck）发现的热电现象。将两种不同的导 体或半导体连接成如下图所示的闭回路，如果两个接点的温度不同（t＞t0），则在回路内就 会产生热电动势，这种现象称为塞贝克热电效应。 图中闭合回路称之为热电偶。导体 A 和 B 称之为 热电偶的热电丝或热偶丝。热电偶两个接点 中置于温度为t的被测对象中的接点称为测量端； 又称工作端或热端，温度为参考温度 t0 的另一端 称之为参考端，又称自由端或冷端。 图 2-1-1 热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成。 1 接触电势 接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处成的电动势。接触电势 大小与温度高低及导体中的电子密度有关。温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的 比值也越大，接触电势也越大。 2 温差电势 温差电势是在同一根导体中。由于两端温度不同而产生的一种电势。 3 热电偶回路的热电势 对于 A、B 两种导体构成的热电偶回路中，总热电势包括两个接触电势和两个温差电势。 EAB（T，T0）=EAB（T）—EAB（T0）+EB（T，T0）—EA（T，T0） =   T T e K 0 ln Bt At N N dt (2-1-5) 对于确定的材料 A 和 B，NAt 与 NBt 和温度 t 的关系已知，则： EAB（T，T0）=f（T）—f（T0） (2-1-6) 如果参考端温度（T0）保持恒定，则： EAB（T，T0）=f（T）+C (2-1-7) 从中可以看出： （1） 热电偶两电极材料相同，无论热电偶两端温度如何，热电偶回路总热电偶为零。 （2） 如果热电偶两端温度相同（T=T0），则尽管两电极材料不同，热电偶回路内的 总热电势也为零

一般情况下，热电偶的接触电势远大于温差电势，故其热电势的级性取决于接触电势的极性。在两个热电极当中，电子密度大的导体A总是正极，而电子密度小的导体B总是负极。2.3.2基本定律1均质导体定律由同一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，不论其各处的温度分布如何都不能产生热电势。如果，热电势本身材质不均匀，由手温度梯度的存在，将会产生附加热电势。2中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体C后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。3中间温度定律在热电偶测温回路中，常会遇到热电极的中间连接，如果连接导体A或B的热电特性相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。根据这个定律，在实际测温中的安装情况，可以用热电特性相同的导体，起到延伸加长热电极的作用，以适用不同的安装要求。4标准电极定律如果导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，其测量端温度为t，参考端温度均为to.产生的热电势分别为EAc（t，to）和EBc（t，to），则由导体A、B组成的势电偶产生的热电势为：EAB(t,to)=EAc(t，to)-EAc(t,to)=EAc(t,to)+EAc(t,to)(2-1-8)其中导体C称为标准电极，一般用纯铂。因为铂容易提纯，物理化学性质稳宣，熔点较高。方便了热电偶的选配。只要知道某些材料与标准电极相配的热电势，就可以由上述定律求出任何两种材料组成的热电偶的热电势。2.3.3热电偶材料与结构1热电偶材料根据热电偶测温原理，理论上任意两种导体都可以组成热电偶。但为了保证一定的测量精度，对组成电极材料必须进行严格选择。工业用热电极材料应满足以下要求：（1）热电极的物理性质和化学性能稳定性较高，即在测温范围内热电特性不随时间变。(2)电阻温度系数小，导电率高。(3)温度每升高1℃所产生的热电势要大，而且热电势与温度之间尽可能为线性关系。（4）材料组织要均匀，有韧性，复现性好，便于成批生产及互换。(1)标准化热电偶目前中国已采用国际电工委员会推荐的8种标准化热电偶。8种标准化热电偶的主要性能见表：标准化热电偶的主要性能允许偏差点/C景高使用温度℃（长期-短分度号热电偶名称1级Ⅱ级Ⅱ级期)S铂佬10一铂0~1100±10~600± 1.50.5 1300~16001100-1600600~1100±0.25%tR铂13一铂

一般情况下，热电偶的接触电势远大于温差电势，故其热电势的级性取决于接触电势 的极性。在两个热电极当中，电子密度大的导体 A 总是正极，而电子密度小的导体 B 总是 负极。 2.3.2 基本定律 1 均质导体定律 由同一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，不论其各处的 温度分布如何都不能产生热电势。如果，热电势本身材质不均匀，由于温度梯度的存在，将 会产生附加热电势。 2 中间导体定律 在热电偶回路中接入中间导体 C 后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对 热电偶回路的总电势没有影响。 3 中间温度定律 在热电偶测温回路中，常会遇到热电极的中间连接，如果连接导体 A′或 B′的热电特 性相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。 根据这个定律，在实际测温中的安装情况，可以用热电特性相同的导体，起到延伸加 长热电极的作用，以适用不同的安装要求。 4 标准电极定律 如果导体 A、B 分别与第三种导体 C 组成热电偶，其测量端温度为 t，参考端温度均为 t0，产生的热电势分别为 EAC（t，t0）和 EBC（t，t0），则由导体 A、B 组成的势电偶产生的热 电势为： EAB（t，t0）= EAC（t，t0）－EAC（t，t0） = EAC（t，t0）+EAC（t，t0） (2-1-8) 其中导体 C 称为标准电极，一般用纯铂。因为铂容易提纯，物理化学性质稳宣，熔点 较高。方便了热电偶的选配。只要知道某些材料与标准电极相配的热电势，就可以由上述定 律求出任何两种材料组成的热电偶的热电势。 2.3.3 热电偶材料与结构 1 热电偶材料 根据热电偶测温原理，理论上任意两种导体都可以组成热电偶。但为了保证一定的测量 精度，对组成电极材料必须进行严格选择。工业用热电极材料应满足以下要求： （1） 热电极的物理性质和化学性能稳定性较高，即在测温范围内热电特性不随时间变。 （2） 电阻温度系数小，导电率高。 （3） 温度每升高1℃所产生的热电势要大，而且热电势与温度之间尽可能为线性关系。 （4） 材料组织要均匀，有韧性，复现性好，便于成批生产及互换。 (1)标准化热电偶 目前中国已采用国际电工委员会推荐的 8 种标准化热电偶。8 种标准化热电偶的主要性 能见表： 标准化热电偶的主要性能 分度号 热电偶名称 允许偏差点/℃ 最高使用温度℃（长期~短 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 期） S R 铂铑 10—铂 铂铑 13—铂 0~1100±1 1100~1600 0~600±1.5 600~1100±0.25%t ￠0.5 1300~1600

(1+(t-1100)X0.3%铂13一铂6B600~1700±0.25%t600~800±40.516~1800800~1700±0.5%tK镍铬一镍硅-40~1100±1.5-200~40±2.5@ 0.3 700~800-40~900±2.5或 0.4%t或0.75%t或 1.5%t 3.2 1200~1300E镍铬一康铜40~800 ±1.540-900±2.5或-200-40±2.5或0.3 0.5 350-4500.75%t1.5%t或0.4% 3.2 750~900J铁一康铜40~750±1.5-40~750 ± 2.5或α0.3/0.5300~4000.75%t或0.4%t± 2.5/3.2 600~750T铜一康铜40~350±0.5-40-350±1或-200~40±1或α0.2 150~2000.75%t1.5%t或0.4%tα 1.6 350~400N镍铬硅一镍硅-40~1100±1.5-40~1300±2.5或-200~40±2.5或α0.3700~8000.75%t1.5%t或0.4%α3.2 1200~1300(2)非标准化热电偶在超高温、低温等这些特殊测温条件下，应用一些特殊的热电偶。①镍铬一金铁热电偶标准热电偶材料，在常温附近具有很高的灵敏度，而在低温酸灵敏度却迅速下降，从而无法在液氢、液氨等介质中使用，附着低温科学和低温技术的研究与应用，低温、超低温测量问题成迫切需要解决的重要问题，镍铬一金铁热电偶能在液氢温度范围，保持大于10uV/℃的灵敏度，适用于0~273K的低温范围，测量误差可达到土0.5℃，是一种较理想的低温测量热电偶。②非金属热电偶传统热电偶是由单一金属或合金导体材料制成的，在某些特殊场合下，金属材料有一定的局限性。如：金属中钨的熔点最高，也只有3422℃，并且3000℃以上的绝缘材料也不易解决：金属热电偶在1500℃以上均与碳起化学反应，而铂金属其性能较好，但价格昂贵，因此在使用上受到一定的限制，且难以解决高温含碳气氛下的测温问题。人们通过非金属材料的研究，它具有以下的特点：热电势远大于金属热电偶材料；熔点高，且在熔点以下均很稳定，有可能在某些范围内代替贵金属热电偶材料；在含碳气氛中也很稳定，可在极恶劣的条件下工作。缺点：复现性差；机械强度低。在实际使用中受到很大限制。国外已定型并投入生产的有如下。（1）石墨一碳化钛热电偶在含碳和中性气氛中可测至2000℃的高温国，允许温差为土（0.1%~1.5%t）℃（2）WSi2一MoSiz热电偶在含碳中性和还原性气氛中，可测到2500℃。（3）碳化硼一石墨热电偶特点是硬度大、耐磨、耐高温、抗氧化；化学性能稳定，与酸碱均不起作用；在600~2000℃范围内线性好，热电势大，为钨热电偶的19倍。2.热电偶结构

(1+(t－1100)×0.3% B 铂铑 13—铂铑 6 600~1700±0.25%t 600~800±4 800~1700±0. 5%t ￠0.5 16~1800 K 镍铬—镍硅 -40~1100±1.5 或 0.4%t -40~900±2.5 或 0.75%t -200~40±2.5 或 1.5%t ￠0.3 700~800 ￠3.2 1200~1300 E 镍铬—康铜 -40~800±1.5 或 0.4%t -40~900 ± 2.5 或 0.75%t -200~40 ± 2.5 或 1.5%t ￠0.3 0.5 350~450 ￠3.2 750~900 J 铁—康铜 -40~750±1.5 或 0.4%t -40~750 ± 2.5 或 0.75%t ￠0.3 /0.5 300~400 ￠2.5/3.2 600~750 T 铜—康铜 -40~350±0.5 或 0.4%t -40~350 ± 1 或 0.75%t -200~40 ± 1 或 1.5%t ￠0.2 150~200 ￠1.6 350~400 N 镍铬硅—镍硅 -40~1100±1.5 或 0.4%t -40~1300 ± 2.5 或 0.75%t -200~40 ± 2.5 或 1.5%t ￠0.3 700~800 ￠3.2 1200~1300 (2)非标准化热电偶 在超高温、低温等这些特殊测温条件下，应用一些特殊的热电偶。 ① 镍铬—金铁热电偶 标准热电偶材料，在常温附近具有很高的灵敏度，而在低温酸灵敏度却迅速下降，从 而无法在液氢、液氦等介质中使用，附着低温科学和低温技术的研究与应用，低温、超低温 测量问题成迫切需要解决的重要问题，镍铬—金铁热电偶能在液氦温度范围，保持大于 10μV/℃的灵敏度，适用于 0~273K 的低温范围，测量误差可达到±0.5℃，是一种较理想的 低温测量热电偶。 ② 非金属热电偶 传统热电偶是由单一金属或合金导体材料制成的，在某些特殊场合下，金属材料有一 定的局限性。如：金属中钨的熔点最高，也只有 3422℃，并且 3000℃以上的绝缘材料也不 易解决；金属热电偶在 1500℃以上均与碳起化学反应，而铂金属其性能较好，但价格昂贵， 因此在使用上受到一定的限制，且难以解决高温含碳气氛下的测温问题。 人们通过非金属材料的研究，它具有以下的特点：热电势远大于金属热电偶材料；熔 点高，且在熔点以下均很稳定，有可能在某些范围内代替贵金属热电偶材料；在含碳气氛中 也很稳定，可在极恶劣的条件下工作。缺点：复现性差；机械强度低。在实际使用中受到很 大限制。国外已定型并投入生产的有如下。 （1） 石墨—碳化钛热电偶 在含碳和中性气氛中可测至 2000℃的高温国，允许温差为±（0.1%~1.5%t）℃ （2） WSi2—MoSi2 热电偶 在含碳中性和还原性气氛中，可测到 2500℃。 （3）碳化硼—石墨热电偶 特点是硬度大、耐磨、耐高温、抗氧化；化学性能稳定，与酸碱均不起作用；在 600~2000℃ 范围内线性好，热电势大，为钨铼热电偶的 19 倍。 2.热电偶结构

热电偶结构类型较多，应用最广泛的主要有普通型热电偶及铠装热电偶。（1）普通型热电偶普通型热电偶由热电极、绝缘子、保护套管及接线盒四部分组成。①热电偶是由两种不同材料的热电极组成。热电极的直径，是材料的价格、机械强度、导电率以及热电偶的测温范围等决定。贵金属的热电极大多采用直径为0.3~0.65mm的细丝普通金属热电极直径一般为0.5~3.2mm，长度由要安装条件及插入深度而定，一般为350~2000mm。②绝缘子用于保证热电偶两极之间及热电极与保仿套管之间的电气绝缘。材料的选择要考滤电气性能及对热电极的化学作用，常用的绝缘子材料是高温陶瓷管，其结构有单孔、双孔和四孔之分。通常采用的几种材料见表2-1-3：表2-1-3绝缘材料表长期使用长期使用温长期使用温名称温度上名称名称度上限℃度上限℃限℃玻璃和玻璃纤氧化铝天然橡胶60~804001600维聚乙烯石英氧化镁8011002000陶瓷聚四氟乙烯2501200③保护套管在热电极及绝缘子外边，作用是保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。材质般根据测温范围、插入深度：被测介质及测温时间常数等条件来决定。对材料的要求是：耐高温、耐腐蚀、气密性良好，有足够的机械强度，导热系数较高等等。常用的保护套管材料有金属、非金属和金属陶瓷三类。金属保护套管的特点是机械强度高韧性好，工业中1000℃以下使用较广：非金属保护套管主要用于1000℃以上的情况：金属陶瓷是由某种金属或合金同某种陶瓷或儿种陶瓷组成非均质的复合材料。集中了金属材料的坚韧和陶瓷材料的耐高温抗腐蚀等两者的优点。为了便于安装，保护套管可分为螺纹连接和法兰连接两种。常用的保护套管材料见表2-1-4。表2-1-4热电偶保护套管材料耐温℃耐温℃金属材料耐温℃非金属材料金属陶瓷铜石英35014001100AT203基金属陶瓷20#碳钢600高温陶瓷1300Zro2基金属陶瓷2200900高温氧化铝MgO基金属陶瓷20001Gr18Ni9Ti1800镍铬合金1200氧化镁碳化钛系基金属陶20001000瓷接线盒的主要作用是将热电偶的参考端引出，供热电偶和导线连接之用，兼有密封和保护接线端子等作用。一般由铝合金，不锈钢，工程塑料，胶木等制成，有防溅式，防水式，防爆式，插座式等等。为防止灰尘和有害气体进入热电偶保护套管内，接线盒的出线孔和面盖均用垫片和垫圈加以密封。用连接热电极与补偿导线的螺丝必须紧固，以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确性。（2）铠装热电偶铠装热电偶是将热电偶丝与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工艺加工而成的可弯曲的坚实组合体。它较好地解决了普通热电偶体积及热惯性大，对被测对象温度场影响较大

热电偶结构类型较多，应用最广泛的主要有普通型热电偶及铠装热电偶。 （1）普通型热电偶 普通型热电偶由热电极、绝缘子、保护套管及接线盒四部分组成。 ①热电偶是由两种不同材料的热电极组成。热电极的直径，是材料的价格、机械强度、 导电率以及热电偶的测温范围等决定。贵金属的热电极大多采用直径为 0.3~0.65mm 的细丝. 普通金属热电极直径一般为 0.5~3.2mm，长度由要安装条件及插入深度而定，一般为 350~2000mm。 ②绝缘子用于保证热电偶两极之间及热电极与保仿套管之间的电气绝缘。材料的选择要 考滤电气性能及对热电极的化学作用，常用的绝缘子材料是高温陶瓷管，其结构有单孔、双 孔和四孔之分。通常采用的几种材料见表 2-1-3： 表 2-1-3 绝缘材料表 名 称 长期使用 温度上 限℃ 名 称 长期使用温 度上限℃ 名 称 长期使用温 度上限℃ 天然橡胶 60~80 玻璃和玻璃纤 维 400 氧化铝 1600 聚乙烯 80 石英 1100 氧化镁 2000 聚四氟乙烯 250 陶瓷 1200 ③保护套管在热电极及绝缘子外边，作用是保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。材质 一般根据测温范围、插入深度；被测介质及测温时间常数等条件来决定。对材料的要求是： 耐高温、耐腐蚀、气密性良好，有足够的机械强度，导热系数较高等等。常用的保护套管材 料有金属、非金属和金属陶瓷三类。金属保护套管的特点是机械强度高韧性好，工业中 1000℃以下使用较广；非金属保护套管主要用于 1000℃以上的情况；金属陶瓷是由某种金 属或合金同某种陶瓷或几种陶瓷组成非均质的复合材料。集中了金属材料的坚韧和陶瓷材料 的耐高温抗腐蚀等两者的优点。为了便于安装，保护套管可分为螺纹连接和法兰连接两种。 常用的保护套管材料见表 2-1-4。 表 2-1-4 热电偶保护套管材料 金属材料 耐温℃ 非金属材料 耐温℃ 金属陶瓷 耐温℃ 铜 20#碳钢 1Gr18Ni9Ti 镍铬合金 350 600 900 1200 石英 高温陶瓷 高温氧化铝 氧化镁 1100 1300 1800 2000 AT203 基金属陶瓷 Zr02 基金属陶瓷 MgO 基金属陶瓷 碳化钛系基金属陶 瓷 1400 2200 2000 1000 ④接线盒的主要作用是将热电偶的参考端引出，供热电偶和导线连接之用，兼有密封和 保护接线端子等作用。一般由铝合金，不锈钢，工程塑料，胶木等制成，有防溅式，防水式， 防爆式，插座式等等。为防止灰尘和有害气体进入热电偶保护套管内，接线盒的出线孔和面 盖均用垫片和垫圈加以密封。用连接热电极与补偿导线的螺丝必须紧固，以免产生较大的接 触电阻而影响测量的准确性。 （2）铠装热电偶 铠装热电偶是将热电偶丝与绝缘材料及金属套管经整体复合拉伸工艺加工而成的可弯 曲的坚实组合体。它较好地解决了普通热电偶体积及热惯性大，对被测对象温度场影响较大

不易在热容量较小的对象中使用，在结构复杂弯曲的对象上不便安装等问题。与普通热电偶不同的是：①热电偶与金属保护套管之间被氧化镁材料填实，三者成为一体。②具有一定的可挠性，一般最小弯曲半径为其直径的5倍，这安装使用方便。铠装热电偶套管材料一般采用不锈钢或镍其高温合金，绝缘材料采用高纯度脱水氧化镁或氧化铝粉未。铠装热电偶的突出优点是动态特性好，适用于温度变化频繁以及热容量较小的对象的温度测量。由于其结构小型化，易于制成特殊用途的形式，性好，能弯曲，适应对象结构复杂测量场合，因此应用比较普遍。（3）高性能实体热电偶20世纪80年代日本研制出一种新型热电偶，这种热电偶是将热电极装入高温合金钢，或不锈钢等耐热耐腐蚀厚壁的保护套管内，用高纯氧化镁做绝缘材料，经加工形成一个厚壁粗偶丝的坚实组合体。它的特点是耐高温、寿命长、响应速度快。（4）其他热电偶由于某些特殊需要，出现了一些结构特殊的热电偶。如薄膜热电偶、热套式热电偶、高温耐磨热电偶等等。（1）薄膜热电偶是由两种非金属薄膜在绝缘基板上连接而成的一种特殊结构的热电偶，它的测量端又小又薄，主要用于表面温度测量，一般只适用于-200~300℃C的温度范围（2）热套式热电偶主要用在大容量火力发电厂的蒸汽的温度测量中。采用特殊的热套形式：保证了热电偶的插入深入；并且缩短了热电偶悬壁的长度。（3）高温耐磨热电偶主要用于水泥窑熟料及重油：粉煤混烧工酸预热温度测量等。要求保护管的材料要耐热冲击及高温固体颗粒的磨担忧，而且要有足够的机械强度而研制。采用耐磨合金电焊法或等离子喷涂法，制备保护套管。也可采用热喷涂法，喷涂Ni一Gr一Si一B合金，制备保护套管。2.3.4热电偶冷端温度补偿为了使用上的方便，与各种标准化热电偶配套的显示仪表，是根据所配用热电偶的分度表，将热电势转换为对应的温度数值来进行刻度的。各种热电偶的分度表均是在参考端即冷端温度（to）为0℃C的条件下，得到的热电势与温度之间的关系，因此，热电偶温度时，冷端温度必须为0℃，否则将产生测量误差。而在工业上使用时，要使冷端保持在0℃时是比较困难的，所以，必须根据不同的使用条件和要求的测量精度，对热电偶冷端温度采用一些不同的处理办法。常用的如下几种：1.补偿导线延伸法热电偶做的很长，使冷端延长到温度比较稳定的地方，由于热电极本身不便于敷设，对于贵金属热电偶也很不经济。因此，采用一种专用导线将热电偶的冷端延伸出来，而这种导线也是由两种不同金属材料制成：在一定温度范围内（100℃以下）与所连接的热电偶具有相同或干分相近的热电特性，其材料也是廉价金属，将这种导线为补偿导线，根据热电偶补偿导线标准GB4989一499850，不同热电偶所配用的补偿导线也不同，并且有正、负极性之分，各种补偿导线的正极均为红色，负极的不同颜色分别代表不同的分度号和导线：使用时注意与型号相匹配，并且极必不能接错，否则将产生较大的测量误差。常见的热电偶补偿导线见表2-1-5表2-1-5常用的热电偶补偿导线如下表线芯材料绝缘层颜色型号热电偶分度号正极负极正极负极绿红S（铂10一铂）SPC（铜）SNC（铜镍）SC红蓝KPC（铜）KCK（镍铬一镍硅）KNC（康1

不易在热容量较小的对象中使用，在结构复杂弯曲的对象上不便安装等问题。与普通热电偶 不同的是：①热电偶与金属保护套管之间被氧化镁材料填实，三者成为一体。②具有一定的 可挠性，一般最小弯曲半径为其直径的 5 倍，这安装使用方便。 铠装热电偶套管材料一般采用不锈钢或镍其高温合金，绝缘材料采用高纯度脱水氧化 镁或氧化铝粉未。 铠装热电偶的突出优点是动态特性好，适用于温度变化频繁以及热容量较小的对象的 温度测量。由于其结构小型化，易于制成特殊用途的形式，挠性好，能弯曲，适应对象结构 复杂测量场合，因此应用比较普遍。 （3）高性能实体热电偶 20 世纪 80 年代日本研制出一种新型热电偶，这种热电偶是将热电极装入高温合金钢， 或不锈钢等耐热耐腐蚀厚壁的保护套管内，用高纯氧化镁做绝缘材料，经加工形成一个厚壁 粗偶丝的坚实组合体。它的特点是耐高温、寿命长、响应速度快。 （4）其他热电偶 由于某些特殊需要，出现了一些结构特殊的热电偶。如薄膜热电偶、热套式热电偶、 高温耐磨热电偶等等。 （1）薄膜热电偶是由两种非金属薄膜在绝缘基板上连接而成的一种特殊结构的热电偶， 它的测量端又小又薄，主要用于表面温度测量，一般只适用于-200~300℃的温度范围。 （2）热套式热电偶主要用在大容量火力发电厂的蒸汽的温度测量中。采用特殊的热套 形式；保证了热电偶的插入深入；并且缩短了热电偶悬壁的长度。 （3）高温耐磨热电偶主要用于水泥窑熟料及重油；粉煤混烧工酸预热温度测量等。要 求保护管的材料要耐热冲击及高温固体颗粒的磨担忧，而且要有足够的机械强度而研制。采 用耐磨合金电焊法或等离子喷涂法，制备保护套管。也可采用热喷涂法，喷涂 Ni—Gr—Si —B 合金，制备保护套管。 2.3.4 热电偶冷端温度补偿 为了使用上的方便，与各种标准化热电偶配套的显示仪表，是根据所配用热电偶的分度 表，将热电势转换为对应的温度数值来进行刻度的。各种热电偶的分度表均是在参考端即冷 端温度（t0）为 0℃的条件下，得到的热电势与温度之间的关系，因此，热电偶温度时，冷 端温度必须为 0℃，否则将产生测量误差。而在工业上使用时，要使冷端保持在 0℃时是比 较困难的，所以，必须根据不同的使用条件和要求的测量精度，对热电偶冷端温度采用一些 不同的处理办法。常用的如下几种： 1．补偿导线延伸法 热电偶做的很长，使冷端延长到温度比较稳定的地方，由于热电极本身不便于敷设，对 于贵金属热电偶也很不经济。因此，采用一种专用导线将热电偶的冷端延伸出来，而这种导 线也是由两种不同金属材料制成；在一定温度范围内（100℃以下）与所连接的热电偶具有 相同或十分相近的热电特性，其材料也是廉价金属，将这种导线为补偿导线。 根据热电偶补偿导线标准 GB4989—499850，不同热电偶所配用的补偿导线也不同，并 且有正、负极性之分，各种补偿导线的正极均为红色，负极的不同颜色分别代表不同的分度 号和导线；使用时注意与型号相匹配，并且极必不能接错，否则将产生较大的测量误差。常 见的热电偶补偿导线见表 2-1-5 表 2-1-5 常用的热电偶补偿导线如下表 型号 热电偶分度号 线芯材料 绝缘层颜色 正极 负极 正极 负极 SC S（铂铑 10—铂） SPC（铜） SNC（铜镍） 红 绿 KC K（镍铬—镍硅） KPC（铜） KNC（康 红 蓝