常用测温仪表传感器及测量范围

常用的温度计或温度传感器见表3-1。

表3-1 常用测温仪表的分类及性能

1.膨胀式温度传感器

1）玻璃管温度计：它是一种液体膨胀式温度计，在温度计毛细管内充有液体，常用水银、甲苯、酒精、煤油等，可测范围是-200～600℃，也可以做成带电接点的玻璃温度计，用于恒温控制、信号报警等自动装置。

2）固体膨胀式温度计：固体膨胀式温度计（即双金属片温度计）的感温元件由叠在一起的双金属片A、B组成，当被测温度变化时，如果金属A、B的线膨胀系数不同，那么双金属片将产生弯曲，其弯曲程度与温度高低有关。

3）压力温度计：压力温度计是根据封闭系统中的液体、气体或蒸汽受热后体积膨胀或压力变化的原理制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测量温度的高低。通常充氧气、二甲苯、氯甲烷气体于温包内。

2.热电偶温度传感器

（1）热电偶测温的原理

把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果把它们的两个接点分别置于温度不同的热源中，则在该回路内就会产生热电势，这种现象称为热电效应或Seeback效应。

热电偶测温的原理图如图3-10所示，当热电偶的冷端温度（即测温仪表端）保持不变时，热电势是被测温度的单值函数。因此，在实际测量中需要采取一定的冷端温度补偿方法，常用的补偿方法有：

图3-10 热电偶测温原理图

1）补偿导线法。测量高温的铂铑热电偶采用铜-镍铜导线补偿；测量中温的镍铬热电偶采用铜-康铜导线补偿；测量低温的镍铬热电偶采用铜-康铜、铁_-考铜导线补偿。

2）冷端温度校正法。将冷端放置在恒温处，如冰水混合物中，保持在0℃。

（2）热电偶材料的性能要求和常用材料

热电偶材料的性能要求有：

1）物理、化学稳定性高。

2）互换性好。

3）电阻温度系数小、电导率高、能产生较大的热电势，保证有足够的灵敏度。

4）热电势与温度有线性关系。

5）耐高温、耐氧化、抗腐蚀。

常用的热电偶材料有：

P：铂铑10-铂（分度号S）。(www.xing528.com)

R：铂铑13-铂（分度号R）。

Q：铂铑30-铂铑6（分度号B）。

N：镍铬-镍硅（分度号K）。

M：镍铬硅-镍硅（分度号N）。

E：镍铬-铜镍（分度号E）。

F：铁-铜镍（分度号J）。

C：铜-铜镍（分度号T）。

（3）热电偶的结构

热电偶的主要组成部分有接线盒、保护套管、绝缘子、热电极等。其中，保护套管的作用是保护热电偶不受化学腐蚀和机械损伤，其性能要求有耐高温、耐腐蚀、不透气，具有较高的导热系数。常用的金属材质有20#碳钢和不锈钢（Cr₂₅Ti，1Cr₁₈Ni₉Ti），非金属的材质有刚玉管和高铝管等。

3.热电阻温度传感器

（1）测温原理

根据物质在温度变化的同时，本身电阻也随之变化的特性来测量温度。热电阻的受热部分（感温元件）用细金属丝均匀地双绕在绝缘的骨架上，当被测量介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在介质层中的平均温度。

热电阻测温传感器的优点是精确度高，不需要冷端补偿，适合应用于-200～500℃之间的温度测量，低温测量比热电偶准确；其缺点是不能进行高温测量，体积大，具有热惰性，连接导线随环境温度的变化而变化，影响测量的准确度。

（2）常用的热电阻材料

1）铜电阻。铜电阻的优点是价格便宜，制作容易，线性好；其缺点是易于氧化，有滞后现象，不适宜快速变化的温度测量。

铜电阻的输出特性为：

R_t=R₀（1+aΔt） （3-5）

式中，R_t为温度t℃时的电阻值；R₀为温度0℃时的电阻值；a为电阻的平均温度系数；Δt为温度变化值。

常用的铜电阻有Cu50（0℃时电阻为50Ω）和Cu100（0℃时电阻为100Ω）两种，其性能参数为：①测温范围为-50～100℃；②精度等级和允差为±（0.3+0.006t）；③响应时间＜180s；④绝缘电阻≥50MΩ。

2）铂电阻。铂电阻的优点是能够耐受较高的温度、化学稳定性好、容易提纯、比电阻大；其缺点是高温时容易被还原性气体破坏。

铂电阻的输出特性为：

R_t=R₀（1+3.95×10^-3t+5.85×10^-7t²-4.22×10^-22t³） （3-6）

常用铂电阻有Pt10（0℃时电阻为10Ω）和Pt100（0℃时电阻为100Ω）两种，其性能参数为：①测温范围为-200～600℃；②精度等级和允差为A级±（0.15+0.2t）、B级±（0.3+0.5t）；③响应时间为ϕ12、ϕ16保护管30～90ms，锥型不锈钢为90～180ms；④绝缘电阻≥100MΩ。