热电阻与非接触温度测量.ppt
2-3 热电阻温度计,常用热电阻种类,热电阻的结构,半导体热敏电阻,热电阻测温原理,用热电偶测量500以下温度时，热电势小，测量精度低；且使用中经常需要进行冷端温度补偿。故工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围为200500。,热电阻测温原理及特点,优点：1）输出信号大、测温精度高；2）电阻信号便于远传；3）无需冷端补偿；4）可以实现多点切换测量。,缺点：1）感温部分体积大，热惯性大；2）不能测取某一点的温度，只能测量 一个区域的平均温度；3）在使用时需要外供电源；4）连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量误差。,热电阻温度计的组成：热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管）连接导线显示仪表,测温原理 金属导体或半导体:电阻值R=f(温度t)电阻温度系数（）温度变化1时，导体电阻值的相对 变化量，单位为1/。,灵敏度。金属导体:tRt，为正值；而半导体:tRt，为负值。金属纯度。有些合金材料，如锰铜 0。,常用热电阻材料的电阻与温度关系,根据感温元件的材质可分为金属导体和半导体两大类。金属热电阻目前大量使用的有铂、铜和镍三种。按准确度等级可分为标准电阻温度计和工业电阻温度计。,常用热电阻种类,热电阻材料要求：（1）物理及化学性质稳定；（2）电阻温度系数大；（3）电阻率大；（4）电阻值与温度近似为线性关系；（5）复现性好；（6）价格便宜。,特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。ITS90规定以铂电阻温度计作为13.8033K961.78温域的标准内插仪器,（1）铂热电阻（Pt）,铂的电阻值与温度的关系在2000范围内：在0850 范围内：,铂电阻的纯度 通常用R100/R0表示。铂电阻的分度号:Pt 10、Pt 100、Pt 50Pt10表示铂电阻在0时的电阻值为R010,铜电阻与温度的关系在50150范围内：在0100范围内，电阻温度关系是线性的：Rt=R0(1+t)式中，4.28103/,（2）铜热电阻（Cu）,优点：R-t关系近似线性；较大；材料易提纯；价格便宜，互换性好。缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要细而长的铜丝，使体积热惯性；测温上限低，因为铜在100以上易氧化且抗腐蚀性差。铜电阻的分度号 Cu50 和 Cu100,特点：电阻温度系数大，灵敏度高。测温范围是60180，主要用于较低温域。镍电阻的分度号有Ni100、Ni300和Ni500,（3）镍热电阻（Ni）,例：用分度号Cu100的铜电阻温度计测得发电机冷却水温度为56，但检定时确知铜热电阻的R0100.8，电阻温度系数4.2910-3/，试求冷却水的实际温度。,解：测温时显示仪表按R0=100,4.2810-3/分度的，Rt=R0(1+t)，故 100(1十0.0042856)=100.8(1十0.00429t)由此求得冷却水实际温度 t=53.6。,热电阻的结构,（1）普通热电阻,（2）铠装热电阻,热电阻的接线方法：引出线由热电阻体至接线端子的连接导线,（1）两线制 存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；（2）三线制 可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。（3）四线制 不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标准铂热电阻的引出线上。,热电阻在使用中的注意事项：为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用三线制连接，也可以采用四线制连接。热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，否则将产生系统误差。热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造成自热效应，产生附加误差。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。,半导体热敏电阻,工作原理：是利用半导体材料的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。由某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。,负温度系数(NTC)热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少）采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造；正温度系数(PTC)热敏电阻 采用NiO2、ZrO2等化合物制造；临界温度(CTR)热敏电阻 当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。,热敏热电阻温度特性,电阻与温度的关系（非线性的）：,T为热力学温度；e2.71828；A、B为常数。,在温度T0时的电阻值为,两式整理得:,例 已知某半导体热敏电阻在20时的阻值为100，其电阻与温度斜率为dR/dt=5.0/K。试求：该热敏电阻在50时的阻值。提示 利用公式,解 代入已知数据，即可求得A和B的值 A=0.000043092();B=4296.8(K)再利用公式求得，RT在50(即50273.15K)时的阻值为25.64。,半导体热敏电阻的结构图：,a：珠形热敏电阻；b：涂敷玻璃的热敏电阻,1：电阻（金属氧化物烧结体）；2：引出线（铂丝）；3：玻璃；4：杜美丝,C:带玻璃保护套管的热敏电阻,1：金属氧化物烧结体；2：铂丝；5：玻璃管,优点：1）电阻温度系数大，灵敏度高；2）电阻率很大，体积可做的很小，热惯性小，响应快,可用来测量点的温度。3）电阻值很大，连接导线电阻变化的影响可忽略；缺点：1）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散性很大，互换性差；2）电阻温度关系不稳定，随时间而变,需及时标定。,课外作业：,1、某铜电阻在20时的阻值R20=16.28,其电阻温度系数04.2510-3-1，求该电阻在100时的阻值。2、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值R0=100、电阻温度系数04.2810-3-1分度的；但实际的R0=98.6、电阻温度系数04.2510-3-1，求仪表示值为164.27 时的测温绝对误差为多少。提示 利用 R=R0(1+0t),2-4 非接触式测温方法和仪表,辐射测温基本原理,单色辐射高温计,全辐射高温计,比色高温计,概 述,非接触式测温方法：利用物体辐射能随温度变化的性质，通过测量物体的辐射能或与辐射能有关的信号来实现温度测量。用这种方法测温时，感受件不需与被测介质相接触。,非接触式测温方法的优点：1）感受件不需与被测介质相接触，仪表不会破坏被测介质的温度场；2）从理论上讲仪表的测温上限不受限制，可达2000 以上；3）测温过程中，仪表的滞后小，动态性能好，反应快；4）输出信号大、灵敏度和准确度高。,通常用来测量高于700的温度。辐射式测温仪表分类：普朗克定律 光学、光电、比色高温计 和红外测温仪 全辐射定律 全辐射高温计,辐射测温过程：热辐射源（被测介质）传输通道（空气、真空、光纤）热辐射接收和处理装置,一、辐射测温基本原理,热辐射：任何物体的温度高于绝对零度（0 K）时就有能量释出，其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射。,全辐射体热辐射与温度的关系（1）普朗克定律：全辐射体（黑体）的光谱辐射出射度M0与其波长和温度T的关系：,一种在任何温度下对投射到其上的任何波长的热辐射均能全部吸收的物体,单位表面积、单位时间内所辐射的能量,普朗克函数曲线图：,当 T 3000K 时，可用维恩公式代替，误差在1%以内。维恩公式：,单色辐射（光学、光电）高温计 的理论依据,（2）全辐射体辐射定律（斯忒藩波尔兹曼定律）,全色辐射高温计的理论依据,波长从0之间的全部光谱辐射出射度的总和M0,实际物体的热辐射特性,（同一 T、下）,（2）实际物体的发射率：,（同一 T 下）,（1）实际物体的光谱发射率：,实际物体的随波长而变化，但总小于1。多数非金属；而多数金属；若某物体的不随波长而变化灰体,二、单色辐射高温计,1、测温原理：物体在高温状态下会发光，具有一定的亮度。物体在波长下的亮度L和它的光谱辐射出射度M成正比。,全辐射体：,实际物体：,不同使得仪表无法统一分度；故仪表按全辐射体亮度与温度的关系式来分度。,2、亮度温度,在波长为的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度L和全辐射体在温度Ts时的亮度L0相等，则把Ts称为被测物体在波长时的亮度温度。,被测物体实际温度T和亮度温度Ts之间的关系：,0 1，测到的亮度温度总是低于物体真实温度的，即 Ts T。,3、灯丝隐灭式光学高温计（亮度对比法）,1-物镜(接受热源);2-吸收玻璃;3-高温计标准灯;4-目镜;5-红色滤光片;6-测量电表;7-滑线电阻,4、使用注意事项：（1）非全辐射体（）的影响。物体不是常数，它和波长、物体表面情况及温度高低有关，是最大误差源。为消除其影响，可人为创造全辐射体的条件。（2）中间介质的影响。（3）反射光的影响。,五、光电高温计（1）既可使用可见光，又可使用红外光谱，有利于测低温。（2）准确度高、灵敏度高。（3）可以连续、自动测量和记录，信号可以远传。ITS90规定：从961.78以上温度用光电代替光学高温计作为标准仪器。,三、全辐射高温计,1、测温原理：依据全辐射定律，,若物体在温度为T时的总辐射出射度与全辐射体在温度为Tp时的总辐射出射度相等，则把Tp称为实际物体的辐射温度。,2、辐射温度,被测物体实际温度T和辐射温度Tp之间的关系：,0 1，测到的辐射温度总是低于物体真实温度的，即 Tp T。,3、全辐射高温计的结构：,4、影响测量准确度的主要因素：（1）非全辐射体（）的影响。（2）中间介质的影响。（3）热电堆冷端温度的影响。,四、比色高温计,1、测温原理：当温度变化时，物体的最大单色辐射出射度将向波长增大或减小的方向移动。使两个固定波长1和2下的光谱辐射出射度比值变化。因此，测出两者比值即可知被测温度。,若物体的温度为T，则,求得：,若温度为T的实际物体在两个波长下的光谱辐射出射度的比值与温度为Tc的全辐射体在同样两波长下的光谱辐射出射度的比值相等，则把Tc称为实际物体的比色温度。,2、比色温度,实际温度T和比色温度Tc的关系：,对于黑体和灰体，TTc；对于一般物体，TTc。（多数金属：TcT；非金属：TcT）,3、双通道比色高温计,1-物镜;2-反射镜;3-倒像镜;4-目镜;5-人眼;7-分光镜;9-场镜;10-视场光栏;6-红外滤光片硅光电池E1;8-可见光滤光片硅光电池E2;,复习思考题,1、光学、辐射、比色高温计的测温原理（理论依据）？2、什么是亮度、辐射、比色温度？与物体真实温度的关系？3、各高温计使用注意事项？,
