第二节  温度检测

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度检测就是借助各种物体的热交换及冷热程度变化的物理特性加以间接检测。

一.温度检测仪表的分类

温度检测仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类，接触式测温仪表一般分为膨胀式、压力式、热电偶和热电阻。通常来说，接触式测温仪表比较简单、可靠，测温精度较高。但由于受到耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度检测。非接触式测温仪表分为辐射式和红外线式。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测温的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏物体的温度场，反应速度也比较快，但受到物体的发射率、检测距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，检测误差较大。工业上常用的温度检测仪表分类如表9-1。

表9-1  工业上常用的温度检测仪表分类

二.热电阻

(1)热电阻的测温原理  热电阻是中低温区常yong的一种温度检测器。它的主要特点是检测精度高，性能稳定。其中铂热电阻的检测精度是gao的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准温度计。

从微观上考虑，当导体温度上升时，内部电子热运动加剧，其外在体现是导体的电阻值增加；反之则电限值减小，所以金属导体具有正的温度系数。热电阻测温就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检测的。

(2)热电阻的结构

①普通型热电阻  工业常用感温元件(电阻体)的结构见图9-2。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检测的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度检测带来影响。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。

图9-2 普通型热电阻结构图

②铠装式热电阻  铠装式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，如图9-3所示，它的外径一般为Φ2~8mm，小可达Φ1mm。与普通型相比，它有下列优点，体积小，内部无空气隙．检测滞后小；机械性能好、耐震，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。

图9-3 铠装热电阻结构

1-金属套管；2-感温元件；3-绝缘材料；4-引出线

③端面热电阻  端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材料绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图9-4所示。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于检测轴瓦和其他机件的端面温度。

图9-4 端面热电阻结构

1-保护管；2-感温元件；3-安装固定装置；4-屏蔽线

④隔爆型热电阻  隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发作的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。

三.热电偶

热电偶是工业上常用的温度检测元件之一。其优点是：①检测精度高。热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；②检测范围广，常用的热电偶从-50~1600℃均可连续检测，某些特殊热电偶低可测到-269℃(如金铁-镍铬)，可达2800℃(如钨-铼)；③构造简单，使用方便。

(1)热电偶的测温原理  如图9-5所示，将两种不同材料的导体或半导体A和B端点焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A、B两个接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势。因而在回路中形成—定大小的电流，把这种效应称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

热电偶温度计由热电偶、显示仪表和连接导线组成，如图9-6所示。

图9-5 热电偶回路                        图9-6 热电偶与显示仪表的连接

(2)热电偶的结构  对热电偶的结构要求有：

①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

②两个热电极之间应很好的绝缘，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。

热电偶按结构分主要有以下几种。

①普通型热电偶，应用广泛，用来检测气体、蒸汽、液体等介质的温度。因使用条件基本类似，这类热电偶已标准化、系统化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接两种。

图9-7为普通型热电偶结构示意图，采用螺纹连接。

图9-7 普通型热电偶结构图

1-热电偶的测量端；2-热电极；3-绝缘管；4-保护管；5-接线盒

②铠装热电偶，又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实的整体。铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分，其检测端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。铠装热电偶具有体积小、精度高、动态响应快、耐振动、耐冲击、机械强度高、可挠性好、便于安装等优点，已广泛应用在航空、原子能、电力、冶金、石油化工等部门。铠装热电偶结构及特点见表9-2所示。

③表面热电偶  主要用来检测圆弧形表面温度。按结构分为凸形、弓形和针形。图9-8为弓形表面热电偶。

④薄膜式热电偶  用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。这种热电偶做得很薄，而且尺寸也很小。它的特点是热容量小．响应速度快．适用于检测微小面积上的瞬变温度。如图9-9所示。

表9-2 铠装热电偶的结构形式及特点

图9-8 直柄式弓形表面热电偶图                 

9-9  薄膜式热电偶

1-热电偶；2-热接点；3-绝缘基片；4-引出线

⑤快速消耗式热电偶  是一种专为测量钢水及熔融金属温度而设计的特殊热电偶（如图9-10），其结构如图9-10所示，热电极由直径为0.05~0.1mm的铂铑₁₀-铂铑₃₀或钨铼₀-钨铼₂₀等材料制成。把它装在外径为1mm的U形石英管内，构成测温的敏感元件。其外部有绝缘良好的纸管、保护管及高温绝热水泥加以保护和固定。它的特点是：插入钢水后，保护帽瞬即熔化，热电偶工作端即刻暴露于钢水中，由于石英管和热电偶的热容量都很小，

图9-10 快速消耗式热电偶

1-保护帽；2-感温元件；3-石英管；4-耐火水泥；

5-纸管；6-补偿导线；7塑料插座；8-棉花

因此能很快反映出钢水的温度，反随时间一般为4~6s。在测出温度后，热电偶和石英保护管都被烧坏，因此它只能被一次性使用。这种热电偶可直接用补偿导线接到的快速电子电位差计上。直接读取钢水温度。如图9-10所示。

(3)热电偶的故障处理  热电偶的常见故障、原因及处理方法见表9-3。

表9-3 热电偶的常见故障、可能原因及处理