溫度測量

日期：2025-08-30 14:01

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摘要：

溫度測量

介紹

溫度測量是測量領域*重要的功能之一，頻繁應用于氣象觀測，環境研究，實驗室以及其他各種生產過程。在特定條件下的產品制造與工業質量保持穩定方面，溫度測量是基礎且十分重要。因此，本文將描述工業領域溫度測量中廣泛使用的溫度傳感器的熱電偶和電阻溫度傳感器(RTD)的測量原理。

1.什么是熱電偶？

熱電偶是溫度傳感器，其工作原理是:當熱電偶的兩個末端處于不同溫度時，兩種異金屬(構成一個閉合電路)的接點就產生一個可測量電壓(電動勢)(見圖1)。
由于熱電偶結構簡單且可靠性較高，作為工業溫度傳感器廣泛應用于多個領域。此外，將測量儀表(記錄器等)連接到電路的一端時，可以測量勢差(電磁勢)(見圖2)。

各種類型的熱電偶用于測量不同的溫度范圍。JIS,IEC及其他標準規定了一些特性優異的常用熱電偶。下表總結了典型的熱電偶類型(通常用符號表示)及其特征(優缺點)。

類型	優點	缺點
B	適用于1000℃或以上的高溫測量。室溫下具有非常低的導熱性，無需補償導線。極好的耐酸性和耐化學性。	中低溫范圍內導熱性低，600℃或600℃以下時無法進行測量。低靈敏度。低溫差電動勢線性。價格昂貴。
R/S	高**性和低變更、低退化性。極好的耐酸性和耐化學性。可作為標準使用。	低靈敏度。易受還原氣氛影響(尤其是氫氣或金屬蒸氣)。導致重大的補償導線錯誤。價格昂貴。
N	具有極好的溫差電動勢線性。在1200℃或1200℃以下具有極好的耐酸性。不受短程排序影響。	不適于還原氣氛。與貴金屬熱電偶相比，易遭受大的長期的改變。
K	具有極好的溫差電動勢線性。在1000℃或1000℃以下具有極好的耐酸性。在賤金屬熱電偶中具有極好的穩定性。	不適于還原氣氛。與貴金屬熱電偶相比，易遭受大的長期的改變。易受短程排序導致的錯誤影響。
E	是當前*靈敏的熱電偶。具備比J類型更好的耐熱性。兩個支架都是無磁的。	不適于還原氣氛。有輕微磁滯現象。
J	可用于還原氣氛。導熱性高出K類型約20％。	正極(“+”)鐵支架易生銹。特性不穩定。
T	具有極好的溫差電動勢線性。在低溫下仍有很好的特性。質量變化小。可用于還原氣氛。	低使用限制。正極(“+”)銅支架易氧化。導致重大的熱傳導錯誤。

資料來源: 日本電氣計測器工業會；正確使用溫度計－新，日本工業出版有限公司。

2.什么是電阻溫度傳感器？

電阻溫度傳感器(RTD)是溫度傳感器，其工作原理是金屬電阻系數與其溫度同比例增加。鉑RTD使用鉑(Pt)作為電阻溫度傳感元件，鉑具有優良的溫度特性、線性以及穩定性。

在各種溫度傳感器中，具有高**性的鉑RTD得到廣泛應用。特別是Pt100(0℃時電阻值為100ohm)更是在全球深受歡迎。鎳和銅也被用于RTD，熱敏電阻被用作電阻器。

三種接線技術可供使用: 兩線，三線和四線。

此外，取決于各種接線技術，測量儀表側的測量電路有所不同。下圖說明了工業測量常用的三線技術以及**測量使用的四線技術的原理。

a) 三線技術原理

r1和r2的引線電阻完全匹配，從而在橋接電路中抵消。因此，保持三根引線的電阻一致且較低，即使Rt和測量儀表之間的引線較長，也可以無誤地進行溫度測量。

b)四線技術原理

恒定電流通過r1和r4，在RTD的端子測量電壓，電壓在測量中不受引線電阻的影響。因此，這個系統可以進行**的溫度測量。

如果一個四線技術的RTD與一個三線技術的測量儀表連接，通過取消一根四線技術的RTD引線，即可提供一個簡單的溫度測量結構。在這種情況下，與三線技術一樣要求保持三根引線電阻較低而且統一，不使用的引線必須斷開(隔離)以避免噪音及其他因素的影響。

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