温度检测传感器及仪表
仪器仪表基础知识-第二节温度检测仪表
仪器仪表基础知识
补偿导线法： 补偿导线的作用是将热电偶的冷端延长，使之 延长至距离热源较远的地方或温度比较稳定的地方。 A t0‘ A’ t0
t B t0‘ B’ t0
仪器仪表基础知识
例：用镍铬—镍硅热电偶测量某一实际为 1000℃的对象温度。所配用仪表在温度为 20℃的控制室里，设热电偶冷端温度为50℃。 当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线 连接时，测得温度各为多少?又与实际温度相差 多少?
仪器仪表基础知识
温度检测仪表
仪器仪表基础知识
常见的检测仪表
温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 物位检测仪表 机械量的测量
仪器仪表基础知识
温度的概念
温度是表示物质冷热程度的一个量，它反映 物质内部热运动的状况，任何一种物质都是由 大量的分子组成的，这些分子总是处于热运动 的状态，分子热运动越快，物质的温度越高， 相反分子的热运动越慢，物质的温度越低。
仪器仪表基础知识
总电动势
△EAB（t，t0）=△ EAB（t）+△ EB （t，t0）- △ EAB（t0） - △ EA （t，t0） 温差电动势与接触电动势相比要小的多，因此在总电动势中， 接触电动势起决定性的作用，一般会忽略温差电动势的影响， 则总电动势为： △EAB（t，t0）=△ EAB（t）- △ EAB（t0）
压力式温度计是利用感温物质的压力随温度而 变化的特性工作的。当温包内的感温物质受到温 度的作用后，密闭系统内的压力发生变化，使弹 簧管的自由端产生位移。
仪器仪表基础知识
压力式温度计组成
1.温包：温包是感受被测介质温度变化的敏感元件。
2.毛细管：毛细管是由铜或钢的无缝管冷拉而成， 其作用是传递压力
3.压力计：它是用来测量压力的变化并指示被测温 度。
温度检测仪表的应用与作用
温度检测仪表的应用与作用一、温度测量的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。
它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。
目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
华氏温标(oF)规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报氏1度，符号为oF。
摄氏温度(℃)规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报氏1度，符号为℃。
热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。
国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。
目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68(Rev-75)。
但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。
我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。
1990年国际温标(ITS-90)简介如下。
1.温度单位热力学温度(符号为T)是基本功手物理量，它的单位为开尔文(符号为K)，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。
由于以前的温标定义中，使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。
根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。
国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)2.国际温标ITS-90的通则ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。
ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。
简述仪表的分类
简述仪表的分类一、按照测量物理量的类型分类1. 电气仪表：用于测量电流、电压、电阻、功率等电气物理量的仪表。
常见的电气仪表有电压表、电流表、电能表等。
2. 液位仪表：用于测量液体的液位高度，常见的液位仪表有浮子液位计、电容液位计、压力式液位计等。
3. 温度仪表：用于测量温度的仪表，常见的温度仪表有温度计、温度传感器等。
4. 压力仪表：用于测量气体或液体的压力，常见的压力仪表有压力计、压力传感器等。
5. 流量仪表：用于测量流体的流量，常见的流量仪表有流量计、涡街流量计等。
6. 频率仪表：用于测量频率的仪表，常见的频率仪表有频率计、频率传感器等。
二、按照工作原理分类1. 机械仪表：采用机械结构和机械运动来测量物理量的仪表，如指针式仪表、机械计时器等。
2. 电子仪表：采用电子元器件和电子技术来测量物理量的仪表，如数字仪表、电子计时器等。
3. 光学仪表：采用光学原理来测量物理量的仪表，如光电测距仪、光谱仪等。
4. 气动仪表：采用气体流动原理来测量物理量的仪表，如气动控制仪表、气动计量仪表等。
5. 磁性仪表：采用磁性原理来测量物理量的仪表，如磁流量计、磁力计等。
三、按照用途分类1. 检测仪表：用于检测和监测物理量的仪表，如检测仪、监测仪等。
2. 控制仪表：用于控制和调节物理量的仪表，如控制器、调节器等。
3. 计量仪表：用于计量和统计物理量的仪表，如计量仪、统计仪等。
4. 分析仪表：用于分析和测试物理量的仪表，如分析仪、测试仪等。
四、按照使用环境分类1. 室内仪表：适用于室内环境使用的仪表，如室内温湿度计、室内气体检测仪等。
2. 室外仪表：适用于室外环境使用的仪表，如室外温度计、室外风速仪等。
3. 特殊环境仪表：适用于特殊环境使用的仪表，如高温仪表、防爆仪表等。
以上是仪表的常见分类，不同的分类具有不同的特点和应用领域。
通过对仪表的分类了解，可以更好地选择和使用适合的仪表。
仪表的发展和应用将继续推动各行各业的进步和发展。
温度传感器检测标准和测试项目
温度传感器检测标准和测试项目
温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
温度传感器检测项目：
温度传感器检测报告，温度传感器耐压检测，高温低温、温度冲击、浸渍、温度循环、低气压、高低温低气压、恒定湿热、交变湿热、高压蒸煮、砂尘、耐爆炸、盐雾腐蚀、气体腐蚀、霉菌、淋雨、太阳辐射、老化等。
温度传感器检测标准：
JB/T 7486-2008温度传感器系列型谱
JB/T 12599-2016一体化温度传感器
JB/T 13142-2017拖拉机用温度传感器
JG/T 421-2013土木工程用光纤光栅温度传感器
MT/T 381-2007煤矿用温度传感器通用技术条件
QC/T 821-2009汽车用发动机冷却水及润滑油温度传感器
QJ 1088A-1996火箭发动机试验用热电偶温度传感器技术条件
QJ 1457-1988铂电阻型温度传感器通用技术条件
QJ 1694-1989热敏电阻温度传感器通用技术条件
SJ 20832-2002光纤温度传感器通用规范
办理温度传感器检测流程：
1、项目申请——向检测机构监管递交申请。
2、资料准备——根据要求，企业准备好相关的认证文件。
3、产品测试——企业将待测样品寄到实验室进行测试。
4、编制报告——认证工程师根据合格的检测数据，编写报告。
5、递交审核——工程师将完整的报告进行审核。
6、签发证书——报告审核无误后，颁发报告。
Pt100温度传感器详解
Pt100就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器。
是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），B 级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。
另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
PT100温度传感器三根芯线的接法：PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C（或黑、红、黄）来代表三根线,三根线之间有如下规律：A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右,B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别。
仪表上接传感器的固定端子有三个：A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上的另外两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得接上。
如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相同。
热电阻的3线和4线接法：是采用2线、3线、4线，主要由使（选）用的二次仪表来决定。
一般显示仪表提供三线接法，PT100一端出一颗线，另一端出两颗线，都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。
一般PLC为四线，每端出两颗线，两颗接PLC输出恒流源，PLC通过另两颗测量PT100上的电压，也是为了抵消导线电阻，四线精确度最高，三线也可以，两线最低，具体用法要考虑精度要求和成本。
PT100温度传感器产品特征：1、不锈钢套管封装，经久耐用；2、活动螺丝固定，使用方便；3、按照国际IEC751国际标准制造，即插即用；4、多种探头尺寸可选、适应面广；5、高精度、高稳定、高灵敏；6、外形小巧，经济实用。
特性指标：●测温范围:-200-400℃●探头长度:5cm/10cm/15cm/20cm●探头直径:Φ5mm●电阻变化:0.3851Ω/℃●安装方式:活动螺丝固定●螺丝规格:M8*1.0●引线长度:一般2米，可订制长度（专用引线）●引线接法:三线式●接线方式:接线叉●套管材质:不锈钢●传感器件:PT（铂）PT100温度传感器采用三线式接法的原因：PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。
第3章第5节温度检测及仪表
热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
7
热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
8
或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
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(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
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2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
5
双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
5
仪表分类及各类仪表工作原理
胀系数不同的金属牢固地粘合在一起，其 一端固定，另一端通过传动机构和指针相 连。当温度变化时，由于膨胀系数不同， 双金属片产生角位移，带动指针指示相应 温度，这便是双金属温度计的工作原理。
电感式、压电式、压阻式、电容式。常见 有压力表、压力变送器等。
3、流量检测仪表：分节流式流量计（孔板、 喷嘴、文丘里）、容积式流量计（转子式、 刮板式、活塞式）、流体振动式流量计、 电磁流量计、超声波流量计、转子流量计、 质量流量计。
4、液位计检测仪表：分恒浮力式（浮球式、 磁翻板、浮子钢带）和变浮力式液位计 （浮筒液位计）。差压式液位计（双法兰
的作用下上升，这时作用在转子上的力有 三个：流体对转子的动压力（向上）、转 子在流体中的浮力（向上）和转子自身的 重力（向下）。 流量计垂直安装时，转 子重心与锥管管轴会相重合，作用在转子 上的三个力都平行于管轴。当这三个力达 到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一 位置上。此时，重力=动压力+浮力。对于 给定的转子流量计，转子大小和形状己经 确定，因此它在流体中的浮力和自身重力 都是已知的常量，唯有流体对浮子的动压
按照检测测量功能的不同，可以分为温度 检测仪表、流量检测仪表、液位检测仪表 和压力检测仪表。
1、温度检测仪表：按工作原理分膨胀式、 热电阻、热电偶及辐射式；按测量方式分 接触（双金属温度计、压力式温度计、热 电阻、热电偶）和非接触（光学高温计、 辐射高温计、红外测温（硫磺制硫炉）两 类。
2、压力检测仪表：主要有应变式、霍尔式、
力是随来流流速的大小而变化的。因此当 来流流速变大或变小时，转子将作向上或 向下的移动，相应位置的流动截面积也发 生变化，直到流速变成平衡时对应的速度， 转子就在新的位置上稳定。
常用温度传感器解析,温度传感器的原理、分类及应用
常用温度传感器解析，温度传感器的原理、分类及应用温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
温度传感器的分类接触式接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。
一般测量精度较高。
在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。
但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。
它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。
在日常生活中人们也常常使用这些温度计。
随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。
低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。
利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 1.6～300K范围内的温度。
非接触式它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。
这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。
最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。
辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。
各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。
只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。
如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。
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(2)为了将它用于电子电路的检测装置，要具有检测便捷和易于处理的特性及一 定的量。随着半导体器件和信号处理技术的进步，对温度传感器所要求的输出特 性应能满足要求。
(3)特性的偏移和蠕变越小越好，互换性要好。
(4)对于温度以外的物理量不敏感。
(5)体积要小，安装要方便。为了能正确地测量温度，传感器的温度必须与被测 物体的温度相等。传感器体积越小，这个条件越能满足。
补偿导线，使用补偿导线时，补偿导线的正、负极必须与
热电偶的正、负极同名端对应相接。正、负两极的接点温
度t0应保持相同，延伸后的自由端温度应当恒定，这样应
用补偿导线才有意义。
①自由端温度校正法(公式修正法)。
极材料必须进行严格选择。一般有以下要求：在
测温范围内，物理、化学稳定性要高；电阻温度
系数小；导电率高；组成热电偶后产生的热电势
要大；热电势与温度要有线性关系或简单的函数
关系；复现性好；便于加工成丝等。
(3)热电偶的结构。
热电偶通常由热电极、绝缘子、保护管、接线 盒四部分组成，其结构如图2-3所示。
t 0 ，0)
(2-1)
式中，E A B (t，0)和 E A B ( t 0 ，0)分别相当于该热电偶的工
作端温度为t和而自由端温度为0℃时的热电势。
(2)常用热电偶的种类。根据热电偶测温的
基本原理，理论上任意两种不同材料的导体或半
导体均可作为热电极组成热电偶，但实际上为保
证可靠地进行具有足够精度的温度测量，对热电
项目二温度检测传感器及仪表
项目二 温度检测传感器及仪表
在检测与控制过程中，检测与控制的对象常常是 温度、压力、物位、流量等各种非电量。这些非电量 往往要先利用传感器转换成电量，以便检测与控制。
为了实现检测与控制系统中传感器与其他装置的 兼容性和互换性，转换成的电量有必要采用统一的国 际标准。l973年4月国际电工委员会(IEC)第65次技术 委员会通过了这一标准，规定了传感器输出电量信号 的规格，即过程控制系统的模拟直流电流信号为0～ 10mADC或4mA～20mA DC，模拟直流电压信号为 lV～5V DC。变送器是一种将非标准电量信号转换为 统一的标准电量信号的装置。有些变送器将信号检测 与变送构成了一体，因此，变送器是输出标准信号的 传感器。
2.1 温度测量的基本概念
温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。日常使
用的材料及电子元件大部分都有随着温度而变化的特征，但作为实用传感器必须
满足如下一些条件：
(1)在使用温度范围内温度特性曲线要求达到的精度能符合要求。为了在较宽的 温度范围内进行检测，温度系数不宜过大，过大了就难以使用，但对于狭窄的温 度范围或仅仅定点的检测，其温度系数越大，检测电路也能越简单。
地方。如果把热电偶做得很长，则安装使用不方便，因热
电极多为贵金属，所以成本高。人们从实践中发现，某些
便宜金属组成的热电偶在0～100。C范围内的热电特性与
已经标准化的热电偶的热电特性非常接近。因此，可以用
这些导线来代替原有热电极，将热电偶的自由端延伸出来，
这种方法称为补偿导线法。不同的热电偶要求配用不同的
温差电势是同一材质导体因两端温度不同而产生 的电动势，又称汤姆逊电势。此电势与材质、温度有 关，表示为 E A (to)、t 0 (t1 )。t 0 E B
图2-1 最简单的热电偶测温系统 图2-2热电偶电路的构成
可用下式进行计算:
E (A B
t，t 0
)= E A B (
t，0)—
E
(
AB
(6)要有较好的机械、化学及热性能。这对于使用在振动和有害气体的环境中特 别重要。
(7)无毒、安全以及价廉，维修、更换方便等。
温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类。接触式是指传感器直接与被
测物体接触，从而进行温度测量，这是温度测量的基本形式。这种方式的特点是
通过接触方式把被测物体的热量传递给传感器，从而降低了被测物体的温度，特
由两种不同材料的导体(或半导体)A、B焊接而成。焊
接的一端为工作端(或热端)，与导线连接的一端为自
由端(或冷端)，导体A、B称为热电极，总称热电偶。
测量时将其工作端与被测介质相接触，测量仪表常为
动圈仪表或电位差计，用来测出热电偶的热电势，连
接导线为补偿导线及铜导线。
1．热电偶温度传感器
(1)热电偶的工作原理
在图2-2(a)中两种不同的导体(或半导体)A、B组
成 路闭中合产回生一路个，电两动接势点。温这度个分物别理为现t和象。
热电势的产生由接触电势与温差电势两部分组成。
接触电势是两种不同的导体因自由电子密度不同而 在接触处形成的电动势，又称帕尔帖电势。此电势与 材质、温度有关，表示为eAB(t)、eAB()，A为正极， B为负极。
图2-3热电偶的结构
图2-4冰浴法
(4)补偿导线的选用。
利用热电偶测温，必须保证自由端温度恒定。但在实
际工作中，由于热电偶的自由端靠近设备或管道，使得自
由端温度会受到环境温度及设备或管道中介质温度的影响。
因此，自由端温度难于保持恒定。为了准确测量温度，必
须设法使自由端延伸到远离被测对象且温度又比较稳定的
别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此，采用这种方式要测得物体的
真实温度，前提条件是被测物体的热容量要足够大且大于温度传感器。而非接触
式方式是测量物体热辐射发出的红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测，这
是接触式所做不到的。
2．1．1 温度传感器的分类与选型
温度传感器分类方法很多，可按工作方 式、测温范围、性能特点等多方面来分类。 根据传感器与被测介质是否接触可分为接触 式和非接触式；根据测量的工作原理可分为 膨胀式、压力式、热电阻、热电偶、辐射式 等。常用温度传感器的分类见表2-1。
下面介绍几种常用温度传感器的分类与 选型。
1．热电偶温度传感器
热电偶是目前应用最广泛的温度传感器。热电偶
的特点是结构简单，仅由两根不同的导体或半导体材
料焊接或绞接而成：测温的精确度和灵敏度足够高；
稳定性和复现性较好；动态响应快；测温范围广：电
动势信号便于传送。
最简单的热电偶测温系统如图2-1所示。热电偶是