仪表的分类——常规仪表之温度计

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夏天不但生机勃勃而且大家感觉身处火炉一般，热得要命。

冬天不但白雪飘飘而且大家感觉犹如处在冰窖，冻得哆嗦。

感冒的时候用手触摸额头会发现烫手。

这三个情景都涉及到一个物理变量——温度。那么温度是什么？我们通过什么设备来检测温度？检测温度的设备又分为哪些？今天就为大家讲一讲。

温度（temperature）的定义：

描述系统不同自由度之间能量分布状况的基本物理量，是决定一系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质，反映物质的冷热程度。

当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。

所以温度概念建立与热平衡的基础之上

温度的表示方法：

摄氏温标：是把标准大气压下纯水的冰融点定为0度，纯水的沸点定为100度是一种温标。在0度和100度之间分成100等分，每一分为一摄氏度，符号为℃。

华氏温标：规定在标准大气压下，纯水的冰融点定为32度，纯水的沸点定为212度是一种温标。中间分成180等分，每一分为一华氏度，符号为℉。

与摄氏温标换算：C=(F-32)*5/9 F=(C*9/5)+32

热力学温标：又称开尔文温标，规定分子运动停止时的温度为绝对零度，符号为K。

与摄氏温标换算：K=C+273.16

温度检测方式：

①接触式测温

温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相同

（1）膨胀式温度计 （ 2）热电效应测量

（3）热电阻温度计 （ 4）其他原理的温度计

②非接触式测温

温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行换热，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。

（1）辐射式温度计 （ 2）光电式温度计

（3）比色温度计 （ 4）红外温度计

一、接触式测温

1、膨胀式温度计（双金属温度计）是利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件。可用于气体、液体及蒸汽的温度测量。

双金属温度计

双金属温度计

测量原理：双金属片的一端为固定端，另一端为自由端。

当t=t。时，两金属片A和B保持平行使整个金属都处于水平位置；

当t﹥t。时，两金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使自由端产生弯曲变形，弯曲的程度与温度的高低成正比。A金属变形较大，B金属变形较小，使整个金属呈弧形。

双金属片的自由端发生转动，带动细轴上的指针产生角度变化，在标度盘上指示对应的温度。

根据双金属温度计原理，双金属温度计的感温元件的形状又可以分为有平面螺旋型和直线螺旋型两大类。

双金属的形状

双金属的形状

原理图

双金属温度计特点：

①响应速度快、 体积小、线性度好、较稳定；

②现场显示温度，直观方便，安全可靠，无需供电；

③有轴向，径向，万向等多种结构形式，可满足不同安装要求；

④抽芯式温度计可不停机短时间维护或更换温度探头。

⑤安装方便，价格便宜，使用寿命长。

1. 热电效应测量通俗来讲也叫热电偶测量

测量原理：热电偶温度计由两种不同导体或半导体的组合，两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这种现象称为热电效应。注：热电偶温度计测量范围广，能测量从-270 ℃～1800 ℃介质温度。

热电偶温度计原理

双金属温度计

根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表。分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。不同材质的热电偶分度表也不相同，下图是K型热电偶的分度表。

热电偶的相关知识后期会专门一篇文章进行讲解。

K型热电偶分度表

1. 热电阻温度计

利用物质在温度变化时，其阻值也随着发生变化的特征来测量温度的。T变化→R变化

注：热电阻温度计一般适应于测量-200~600 ℃范围内的物质的温度。

热电阻温度计 大多数具有正的热电阻温度系数，温度T↑，电阻值R也随着↑（常用的金属材料一般为铂电阻和铜电阻）。

3.1 铂（Pt）电阻

电阻率较大，R-T关系呈非线性，但测量范围广，精度高。铂电阻的分度号有：Pt10、Pt100、Pt1000，其中最常用的是Pt100。计算公式： Rt=R*(1+∈*△t)

注： Rt–热电阻在温度t环境内的电阻值；R—热电阻在0度环境内的电阻值

∈–热电阻的电阻温度系数（Pt100的∈ 约为0.00385）；△t—温度差t-0℃.

3.2 铜（Cu）电阻

电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻系数也较大；其材料易提纯，价格比较便宜；测量范围为-50~150℃，具有较好的稳定性；在测量150 ℃以上易发生氧化；工业常用铜电阻的分度号为Cu50和Cu100

电阻与温度的关系

3.3半导体热敏电阻 大多数具有负的温度系数，温度每升1℃，电阻约减少2%-6%。

热敏电阻是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC thermistor，即 Positive Temperature Coefficient thermistor）和负温度系数热敏电阻（NTC thermistor，即 Negative Temperature Coefficient thermistor）。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小，它们同属于半导体器件。

1. 非接触式温度计

1. 辐射温度计和红外温度计原理差不多，这个温度计见到实物大家都认识。我们平时用的测温枪和电子体温计都是这种。

测温计

测量原理：任何物体，其温度超过绝对零度，都会以电磁波的 形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部带电粒子在分子和原子内振动产生的，其中与物体本身温度有关传播热能的那部分辐射，称为热辐射。而把能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。

热辐射的最大热效应出现在红外波段。红外线，它是一种人眼看不见的光线，位于可见光中红光以外，故称为红外线。它的波长范围大致在0.75~1000μm的频谱范围之内。

2、光电式温度计

光电高温计通俗地认识就是利用光敏传感器配以电子电路自动进行亮度比对，是在光学高温计基础上发展起来的能自动连续工作的测温仪表。

光电高温计依据的是光谱辐射亮度的原理,采用光电器件作为仪表的感受件，替代人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，该信号对应于被测物体的温度。随着光电检测元器件及光谱滤光片、单色器等材料性能的提高与技术的进步，光电高温计已能做得很准确。

3、比色温度计

通过测量被测物体在两个不同指定波长下的光谱辐射亮度 之比来实现测温的仪表。也称颜色温度计。因为实际物体的光谱发射率λ受环境的影响较大，但对同 一种物体见Eλ1与E2比值的变化却很小，因而可以减小黑度变化、尘埃吸收及散射所产生的影响。此外用比色温度计测得的温度较全辐射温度计和亮度温度计更接近于真实温度，且测温准确度高，响应快、可用于测量小目标的温度。目前比色温度计已广泛应用于治金、水泥、玻璃等工业部门，用来测量铁液、钢水、熔渣及回转窑中水泥等温度

比色温度计

当然还有其他一些温度计如水银温度计，这样比较简单的我们就不介绍了。

仪表的知识是庞大的，我有可能没有讲到的地方，请大家多多指教。各位仪表的视频我会继续给大家奉上，敬请期待。

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