热电偶测温原理

孚光精仪公司欧洲工厂采用全球专利一次成型技术的高纯度蓝宝石热电偶保护管成功下线，一期工程年产能力达到50万米，并被德国热电偶制造商批量订购，成为替代刚玉和陶瓷的热电偶保护套管新型材料。蓝宝石热电偶保护管和蓝宝石热电偶保护套管能够承受2000摄氏度的高温和3000bar的压力，非常适合环境恶劣的应用，比如化工，化学，石油精炼，玻璃工业等。蓝宝石热电偶保护管和蓝宝石热电偶保护套管相比于刚玉热电偶保护管和陶瓷热电偶保护管具有更好的材料稳定性，可用于重油燃烧反应器，冶金等诸多高温领域，是替代刚玉热电偶保护管的理想热电偶保护套管。详情浏览：http://www.f-opt.cn/lanbaoshi/lanbaoshiguan.html蓝宝石热电偶保护管已经取代了无法抵御金属扩散的热电偶陶瓷管，比如，铅玻璃的生产中,Pt热电偶套管会融入玻璃，导致重新生产。目前，蓝宝石热电偶保护管和蓝宝石热电偶保护套管已经成功用于如下领域：半导体制造：刚玉蓝宝石套管高达99.995%的纯度保证生产过程无污染。腐蚀环境制造：浓缩或沸腾的矿物酸，高温反应性氧化物。玻璃和陶瓷工业：替代Pt探针，保证无污染仪器制造：微波消解仪，高温反应炉，实验室测试仪器等光学应用：紫外灯，汽车灯重油反应器：石化等领域能源领域：去除NOx 等蓝宝石热电偶由外部密封刚玉保护套管和内部热电偶毛细管组成，又称为蓝宝石热电偶。由于蓝宝石套管,蓝宝石保护套管具有良好的光学透明性和单晶材料的非多孔性，这种蓝宝石套管,蓝宝石保护套管热电偶具有良好的耐高温性，并具有屏蔽环境温度对热电偶影响的能力。蓝宝石套管,蓝宝石保护套管能够承受2000摄氏度的高温和3000bar的压力，非常适合环境恶劣的应用，比如化工，化学，石油精炼，玻璃工业等。蓝宝石套管,蓝宝石保护套管保护套管相比于刚玉陶瓷管具有更好的材料稳定性，可用于重油燃烧反应器，冶金等诸多高温领域。蓝宝石套管,蓝宝石保护套管已经取代了无法抵御金属扩散的陶瓷管，比如，铅玻璃的生产中,Pt热电偶套管会融入玻璃，导致重新生产。目前，蓝宝石套管,蓝宝石保护套管已经成功用于如下领域：半导体制造：刚玉蓝宝石套管高达99.995%的纯度保证生产过程无污染。腐蚀环境制造：浓缩或沸腾的矿物酸，高温反应性氧化物。玻璃和陶瓷工业：替代Pt探针，保证无污染仪器制造：微波消解仪，高温反应炉，实验室测试仪器等光学应用：紫外灯，汽车灯重油反应器：石化等领域能源领域：去除NOx 等

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。在工业领域、在日常生活中，温度与我们息息相关。在医药、食品、电气、化工、航空、航天等领域中，温度都是一个重要参数。温度测量以及对这些温度传感器和测温仪的准确性的检定校准显得尤为重要。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，温度测量技术也在不断完善提高。随着温度测量范围越来越广，根据不同的要求生产出有所不同需求的温度测量仪器。小编特对测温技术与仪器进行盘点，以供读者参考。膨胀式温度计膨胀式温度计是利用物体受热膨胀原理制成的温度计，主要有液体膨胀式、固体膨胀式和压力式温度计三种。液体膨胀式温度计中最常见的液体膨胀式温度计是玻璃管式温度计。压力式温度计是利用密闭容积内工作介质的压力随温度变化的性质，通过测量工作介质的压力来判断温度值的一种机械式仪表。最常见的液体膨胀式温度计是玻璃管式温度计，主要由液体储存器、毛细管和标尺组成。根据所充填的液体介质不同能够测量-200~750℃范围的温度。玻璃管液体温度计由于其直观、测量准确、结构简单、造价低廉等优点，被广泛应用于工业、实验室和医院等各个领域及日常生活中。但其不能自动记录、不能远传、易碎，且测温有一定延迟。压力式温度计压力式温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值。这种温度计具有温包体积小，反应速度快、灵敏度高、读数直观等特点，几乎集合了玻璃棒温度计、双金属温度计、气体压力温度计的所有优点，它可以制造成防震、防腐型，并且可以实现远传触点信号、热电阻信号、0-10mA或4-20mA信号。是目前使用范围最广、性能最全面的一种机械式测温仪表。压力式温度计适用于工业场合测量各种对铜无腐蚀作用的介质温度，若介质有腐蚀作用应选用防腐型。压力式温度计广泛应用于机械、轻纺、化工、制药、食品行业对生产过程中的温度测量和控制。防腐型压力式温度计采用全不锈钢材料，适用于中性腐蚀的液体和气体介质的温度测量。电阻温度计电阻温度计，也称为电阻温度探测器（RTDs），其是一种根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。铂是一种贵金属，在最大温度范围内具有最稳定的电阻—温度关系。镍元素的温度范围有限，因为在温度超过300°C时，每个温度变化的电阻变化量变得非常非线性。铜具有非常线性的电阻—温度关系 然而，铜在中等温度下会氧化，不能在低于150°C的温度下使用。因此，电阻温度计几乎无一例外地由铂制造而成，电阻温度计也常被称为铂电阻温度计。精密的铂电阻温度计是最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。如今，在许多低于600℃的工业应用场合，铂电阻温度计正逐渐地取代热电偶。热敏电阻温度计热敏电阻温度计是一种可量度体温和室温的温度计，它有一个安培计/电流计和电源。当温度升高时，电热调节器（温度计的探测器）所探测到的电流会增加，电阻会减少。电流增加表明温度在升高；而电阻增加则表示温度在降低。不同于电阻温度计使用纯金属，在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。两者也有不同的温度响应性质，电阻温度计适用于较大的温度范围；而热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度，通常是-90~130℃。铂电阻温度计的优点是线性好，其分度表很容易计算出来。但是其温度系数较小。热敏电阻器温度系数大，但曲线是非线性的，需要拟合。热敏电阻的材料决定了其一致性差，但是温度灵敏度高，可对微小的温度变化产生灵敏的反应，可以小型化，加工性强，测量一般热电偶和RTD无法测量的位置，如生物医药应用。热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。由于其结构简单、测量范围宽、使用方便、测温准确可靠，信号便于远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产中应用极为普遍。热电偶温度计由三部分组成：热电偶（感温元件）；测量仪表（动圈仪表或电位差计）；连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线）。热电偶是工业上最常用的一种测温元件，它是由两种不同材料的导体焊接而成。两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。液晶温度计液晶是一类有机化合物，在一定的温度范围内，它呈现出介于液体和晶体之间的状态，它既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，其光学上的特异性能尤其引人注目。可利用液晶材料的温一色效应，根据液晶颜色变化来测定物体表面的温度分布。这种方法已成功地用于医学上的肿瘤部位诊断、末梢血管的功能检查和体温测量工业中的无损探伤、微波场及超声波场的测试，生化、微生物实验研究等众多领域。对于某些特殊的应用场合，例如，对只产生微量热效应的生化、微生物反应的观察和测定，对于不允许测温元件对被测对象的温度场造成干扰和希望测温元件的热容量降至最小的场合，以及只允许测温元件与其表面接触的生物体温度的测量等，液晶测温有其明显的优点 。液晶温度计可用于多种应用，从读取患者的体温到化学实验室或啤酒厂中精确测量液体和空气温度范围。液晶温度计的低成本以及精确测量各种温度范围的能力，使该温度计成为许多制造和医疗过程不可或缺的一部分。随着环境温度的升高和降低，基于类胆固醇的胆甾醇型液体的颜色会沿着试纸条变化。要读取液晶温度计，用户只需注意温度计的颜色变化即可。在某些情况下，温度计还会在温度上标出数字标记，以提高读数的准确性。当今使用的一种最常见的液晶温度计类型是一条胶粘带，该胶粘带附着在瓶子或实验室设备的外表面上，可以准确地读取容器的温度。对于啤酒的微酿造等操作，液晶温度计可精确测量酿造容器中的温度范围。虽然测量的精度不如浸入液体中的激光温度计或传统温度计，但液晶温度计产生的结果对于必须保持在特定温度范围内而不是特定目标的反应具有足够的精度温度。饲养热带鱼或外来宠物（如爬行动物和两栖动物）的爱好者也将液晶温度计安装在水族箱的外表面，以准确测量内部水或空气的温度范围。这些温度计易于更换且成本低廉，与传统的水银温度计可能会对水箱中的动物或鱼类造成伤害不同，液晶式温度计不易破裂和释放有害化学物质。在实验室中，液晶温度计可用于测量温度变化和传输模式。液晶温度计的基于类胆固醇的液体可用于通过对流，辐射和传导有效地跟踪热量的传递。通过加热温度计，然后跟踪液体通过蒸发或浸入降低温度计温度的速度，也可以使用相同的原理来显示液体的冷却特性。辐射温度计辐射温度计属非接触式测温仪表，是基于物体的热辐射特性与温度之间的对应关系设计而成，主要涉及到的理论定律是黑体辐射定律，更为具体一点说则是运用了普朗克定律。其特点为：测温范围广，原理结构复杂；测量时，感温元件不与被测对象直接接触，不破坏被测对象的温度场；通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度或表面温度；但不能直接测被测对象的真实温度，且所测温度受物体发射率、中间介质和测量距离等因素影响。辐射温度计主要包括三个种类：光学高温计、辐射高温计、色比温度计。这三种温度计都能够做到不直接接触被测物体，弥补因高温而造成的人工测温的局限性，是我国目前最广泛应用的温度计种类。在传统的观念中，对于物体温度的概念就是其热辐射的情况，然而实际上对于一定量的热辐射来说，其温度并不是固定值，所以依据热辐射来判断物体温度是极为不准确的。在辐射测温学说当中，为弥补热辐射测温的漏洞，就有了表观温度的概念，其主要包括亮度温度、辐射温度和颜色温度，三种辐射温度计也是依据这一概念产生的。（1）光学高温计，也称光学高温计，是根据物体单色辐射亮度跟随温度变化原理而制成的非接触式温度测量仪表。光学高温计运用的主要原理是普朗克公式。一般情况下，对于亮度的测量会使用平衡法来完成，就是用人的肉眼来比较被测主体的在一定温度下的灯泡亮度来判定被测主体当前的温度，灯丝的电流即是测量结果的主要参数，再将电流与温度上的刻度表进行对应比较，就是光学高温计的传统工作方式。这种传统的光学高温计的优势在于其结构简单、便于使用，可测量的范围较为宽泛，精度也较为准确，但是其缺点在于仅靠人的肉眼来进行比较，就容易造成测量数据的误差，所以新型的光学高温计采用光电敏感元件来代替人眼，数据准确性大大提高。（2）辐射高温计是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系设计制造的。辐射高温计属于透镜聚焦式的感温器，运用热辐射效应的原理，聚焦在热敏元件上，继而转变成电参数，它可以依据测温的实际需要进行拆卸，并可形成被测物体的影像。辐射高温计属于相对简易的非接触性测温仪表，由于其运用热辐射原理工作，被广泛运用于冶金、机械、化学工业等领域，主要用于显示和自动调节被测温度。（3）色比温度计是一种非接触式的红外温度计，主要根据被测物体发射出的颜色温度的红外辐射来进行测量。色比温度计测温的主要依据是被测主体发射的红外能量之比来实现温度测量的，其是将红外能量通过滤波器送到探头，再由探头转换成电信号，最后由温度计刻度显出。其常用的测温环境为 600-3000 摄氏度，常搭配观测管使用，有效减少周遭环境的干扰而获得较为精准的数据。我国的工业生产水平越来越高，发展脚步也越来越快，这对工业生产的各个环节提出的要求也就随之越来越高，尤其是在对生产设备的温度控制上，将温度控制在一个合理的范围之内，对于生产的产品质量和提高生产效率来说都是十分重要的，测温仪器的重要性正日益凸显。

p 　　常规的热分析仪器主要有热重分析仪(TGA)，差热分析仪(DTA)，差示扫描量热仪(DSC)，热机械分析仪(TMA)和动态热机械分析仪(DMA)。 /p p 　　热分析仪器测量各种各样的物理量需要靠其核心部件来实现。这些部件有电子天平、热电偶传感器、位移传感器等。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 电子天平 /strong /span /p p 　　电子天平是热重分析仪(TGA)和同步热分析仪(STA)的核心部件，是测量试样质量的关键。 /p p 　　电子天平采用了现代电子控制技术，利用电磁力平衡原理实现称重。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b44413c9-13e5-46ab-a916-78c021d42f3e.jpg" title=" 电压式微量热天平.png" / /p p style=" text-align: center " strong 电压式微量热天平 /strong /p p 　　天平的秤盘通过支架连杆与线圈连接，线圈置于磁场内，当向秤盘中加入试样或被测试样发生质量变化时，天平梁发生倾斜，用光学方法测定天平梁的倾斜度，光传感器产生信号以调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，线圈转动恢复天平梁的倾斜。在称量范围内时，磁场中若有电流通过，线圈将产生一个电磁力F，可用下式表示： /p p style=" text-align: center " F=KBLI /p p 　　其中K为常数(与使用单位有关)，B为磁感应强度，L为线圈导线的长度，I为通过线圈导线的电流强度。电磁力F和秤盘上被测物体重力的力矩大小相等、方向相反而达到平衡。即处在磁场中的通电线圈，流经其内部的电流I与被测物体的质量成正比，只要测出电流I即可知道物体的质量m。 /p p 　　无论采用何种控制方式和电路结构，其称量依据都是电磁力平衡原理。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 热电偶传感器 /strong /span /p p 　　热电偶传感器是所有热分析仪器均会用到的部件，用于测定不同部位(试样、炉体)的温度。 /p p 　　热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。这是因为热电偶具有性能稳定、测温范围大、信号可以远距离传输等特点，并且结构简单、使用方便。热电偶能够将热能直接转换为电信号，并且输出直流电压信号，使得显示、记录和传输都很容易。 /p p 　　热电偶测温的基本原理是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，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)，即热电效应。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。 /p p 　　热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数 热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关 当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关 若热电偶冷端的温度保持一定，热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个连接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 位移传感器 /strong /span /p p 　　位移传感器是热膨胀仪(DIL)、热机械分析仪(TMA)和动态热机械分析仪(DMA)中会用到的核心部件。通过测定直接放置于试样上或覆盖于试样的石英片上的探头的移动，来测定试样的尺寸变化。 /p p 　　LVDT位移传感器，LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写,属于直线位移传感器。LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为0 当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁心的位移量成线性关系。线圈系统内的铁磁芯与测量探头连接，产生与位移成正比的电信号。电磁线性马达可消除部件的重力，保证探头传输希望的力至试样。使用的力通常为0~1N。 /p