温度测量方法汇总

温度测量方法温度是度量物体热平衡条件下冷热程度的物理量，它反映了物体内部微粒无规则运动的平均动能，是国际单位制中的7个基本物理量之一。由于在很多情况下，不能直接测量，故是种特殊量。自然界中，很多物质的物理属性以及众多的物理效应均与温度有关，因此人们利用他们随温度的变化规律来间接测量温度。根据感温元件与被测介质接触与否，温度测量方法可分为：接触式和非接触式。接触式测温方法是通过传导、对流和辐射等传热方式感受被测介质的温度。此方法虽然简单、方便，但其间的热阻及感温元件的热惯性都会影响测温的迅速、准确。非接触式测温法的感温元件不与被测物体相接处，目前最常用的是辐射法，它直接利用被测对象的辐射能与温度的对应关系来测量其温度。与接触式测温方法相比，非接触式测温法具有如下优点：1、动态响应快。2、适合特殊场合。3、测温范围理论上无上限，其下线也随技术发展在向中低温扩展。由于非接触式测温法必须获得被测量对象的热辐射强度，因此存在以下缺点：1、受中间介质影响大。2、接收到的辐射能常常不能直接得出被测对象的实际温度，需要进行修正。对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类：接触式仪器又可分为：膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。非接触式温度计又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也按统称为辐射温度计。热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。1、热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。2、热电偶的种类及结构形成（1）热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。3、热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。4、热电偶类型：铂铑10-铂热电偶（S型）铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铂90%，含铑10%，负极（SN）为纯铂。它的长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。S型热电偶在热电偶系列中准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长，它的物理、化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适于氧化和惰性气氛中。它的不足之处是热电势、热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度差，对污染很敏感，材料昂贵。铂铑13-铂热电偶（R型）铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铂为87%，含铑为13%，负极（RN）为纯铂，长期使用最高温度为1300℃，短期使用最高温度为1600℃，R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，国外英、美等国研究发现R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶好，R型热电偶不足之处与S型热电偶类似。铂铑30-铂铑6热电偶（B型）铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑量30%，负极（BN）也为铂铑合金，含铑量为6%，该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。B型热电偶的准确度高，稳定性能好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高，它适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶的参考端一般不须用补偿导线进行补偿，这是因为在0～50℃范围内其热电势小于3μm。B型热电偶不足之处是热电势率更小，灵敏度更低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵等。镍铬-镍硅热电偶（K）型镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，正极（KP）的名义化学成分为：Ni∶Cr=90∶10，负极(KN)的名义化学成分为：Ni∶Si=97∶3，其使用温度范围为-200～1300℃。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中，但是它不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。镍铬硅-镍硅热电偶（N型）镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，正极（NP）的名义化学成分：Ni∶Cr∶Si=84.4∶14.2∶1.4，负极（NN）的名义化学成分为：Ni∶Si∶Mg=95.5∶4.4∶0.1，其使用温度范围为-200～1300℃。N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点，其综合性能优于K型热电偶，缺点是在高温下不能直接用于硫，还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。镍铬-铜镍（康铜）热电偶（E型）镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，是一种廉金属热电偶，其正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名称化学成分为55%铜，45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素，该热电偶的使用温度为-200～900℃。E型热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜于湿度较高的环境。E型热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中，缺点是不能直接在高温下用于硫或其他还原性气氛中，热电均匀性较差。铁-铜镍（康铜）热电偶（J型）铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又叫铁-康铜热电偶，是一种价格低廉的廉金属热电偶，它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）是铜镍合金，其名义化学成份为55%的铜和45%的镍以及少量但却十分重要的钴、铁、锰等元素，尽管它也叫康铜，但却不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN或TN来替换。铁-康铜热电偶覆盖测量温区为-210℃～1200℃，但常用的温度范围为0℃～750℃。J型热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜，它可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，不能无保护直接在高温下用于硫化气氛中。铜-铜镍（康铜）热电偶（T型）铜-铜镍热电偶（T型热电偶），又叫铜-康铜热电偶，是一种最佳的测量低温的廉金属热电偶，正极（TP）是纯铜，负极（TN）是铜镍合金，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用。铜—康铜热电偶测量温区为-200～350℃。T型热电偶具有线性度好，热电动势大，灵敏度高，稳定性和均匀性好，价格便宜等优点，特别是在-200～0℃温区使用，稳定性更好，年稳定性小于±3μv,在低温可作标准进行低温量值传递。缺点是正极铜在高温下抗氧化性能差，上限温度受到限制。其他非标准分度热电偶（1）钨铼系热电偶钨铼热电偶是在20世纪60～70年代发展起来的难熔金属热电偶。钨铼系热电偶有WRe5-WRe20、W-WRe26、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26几种，美国ASTME230-2002标准中已正式将钨铼5-钨铼26热电偶定为标准分度热电偶，分度号为C。我国目前可以提供商品化的WRe3-WRe25、WRe5-WRe26热电偶。与铂铑等贵金属热电偶相比，钨铼热电偶价格低廉，因此近几年来发展很快。为解决氧化气氛下的使用问题，抗氧化钨铼热电偶受到了普遍关注，主要是采用热电偶丝材料镀膜或采用高致密保护套管隔绝等技术，可以延长钨铼热电偶在氧化气氛下的使用时间，在一定程度上取代铂铑等贵金属热电偶，这将使将使钨铼热电偶得到更广泛的应用。钨铼热电偶使用时要注意以下几点：z热电动势：在800℃以下，其微分电势随温度的升高而降低，但是在1500℃以上，其微分电势均比S型热电偶高；z使用温度：它的最高使用温度达2800℃，但是在高于2300℃时，一致性较差，一般使用在2000℃以下；z使用气氛：由于钨铼热电偶电极易发生氧化，因此适用于惰性或干燥空气中使用。另外在含碳气氛中易生成稳定的碳化物，会降低其灵敏度并引起脆断，并且在有氢气存在的情况下，会加速碳化；z绝缘与保护套管：为避免高温下因化学反应引起热电动势变化，可采用Y2O3或BN作绝缘材料。保护管采用氧化钇（Y2O3）管、钨管、钼管、钽管或铌管等。（2）铂铑系和铱铑系非标准分度热电偶由于在航空航天或一些其他领域，需要测量的温度超过了B型热电偶的最高使用温度，而这些场合或需要长时间测量，或需要在氧化气氛下快速测量，提出了用PtRh40-PtRh20或铱铑热电偶进行测温。在铂铑系热电偶中，PtRh40-PtRh20热电偶稳定性最高，最高使用温度可达到1850℃。美国标准局(NBS)给出铱60铑-铱的极限使用温度为2100℃，铱50铑-铱和铱40铑-铱热电偶的极限使用温度为2150℃，但由于铱在氧化气氛中容易被氧化蒸发，因此在空气中只能短期使用到极限温度。热电阻测温的应用原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。1、热电阻测温原理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的特点：测量精度高；有较大的测量范围；易于使用在自动测量和远距离测量中。3、热电阻材料的特点：高且稳定的温度系数和大的电阻率；良好的输出特性（近似线性）；使用范围内物理化学性能稳定；良好的工艺性。4、热电阻的结构（1）精通型热电阻从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节.（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相