溫度測量實用和準則

溫度可通過各式各樣的傳感器來測量。 所有傳感器都是通過感知物理特性的某 些變化來判斷溫度。工程師有可能碰到 的6種傳感器類型如下：熱電偶、電阻溫 度探測器（RTD與熱敏電阻）、紅外輻 射器、雙金屬器件、液體膨脹式器件以 及相變器件。首先，我們對每種傳感器 進行簡短回顧。
熱電偶主要由兩種不同金屬制成的金屬 條或金屬線組成，它們的一端連接在一 起。如后面所討論的，該連接點處的溫 度變化會引起另外兩端之間電動勢(emf) 的變化。隨著溫度升高，熱電偶的這一輸出電動勢emf也會增大，但不一定呈 線性關(guān)系
電阻溫度探測器利用了材料電阻隨材料 溫度而變化這一事實。兩種主要類型為 金屬測溫器件（通常稱為RTD）和熱敏 電阻。顧名思義，RTD依靠金屬電阻的 變化，電阻的增加或多或少都與溫度呈 線性關(guān)系。熱敏電阻依據(jù)的是陶瓷半導(dǎo) 體中的電阻變化；電阻下降與溫度升高 之間存在著非線性關(guān)系。
紅外傳感器是非接觸式測溫設(shè)備。如后 面所討論的，它們通過測量材料放射出 的熱輻射來判斷溫度。
雙金屬器件利用了不同金屬之間熱膨脹 率的差異。兩條金屬片聯(lián)結(jié)在一起，受 熱時，一側(cè)金屬片膨脹程度大于另一側(cè) 金屬片，由此造成的彎曲通過與指針相 連的金屬桿系轉(zhuǎn)變成溫度讀數(shù)。這些器 件便于攜帶并且不需要任何電源，然而 它們通常不如熱電偶或RTD，并且 不太適合溫度記錄。
以家用溫度計為代表的液體膨脹式器件 通常分為兩類：水銀類和有機液體類。 還有利用氣體而非液體的類型。水銀被 認為是一種對環(huán)境有害的物質(zhì)，因而有 一些法規(guī)限制含水銀器件的發(fā)運。液體 膨脹式傳感器無需電源，不存在爆炸 隱患，并且即使多次重復(fù)使用也依然可 靠。另一方面，它們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通常不 易記錄或傳輸，并且它們不能進行單點 測量或點測。
相變溫度傳感器由在達到一定溫度時 外觀會變化的標簽、顆粒、顏料、油漆 或液晶構(gòu)成。例如，它們可與汽阱配合 使用，當(dāng)汽阱超過一定溫度時，附到汽 阱上的傳感器片上的白色圓點將變成 黑色。
響應(yīng)時間一般為幾分鐘，因而這類器件 通常不對溫度瞬變做出響應(yīng)，并且其 精度低于使用其它類型傳感器進行的測 量。而且，相變是不可逆的，液晶顯示 器的情況例外。然而即便如此，如果在 產(chǎn)品運輸過程中，例如由于技術(shù)或法律 方面的原因，需要確認某件設(shè)備或材料 的溫度尚未超過一定數(shù)值，相變傳感器 還是比較方便。
主力設(shè)備
在化工行業(yè)，常用的溫度傳感器是熱 電偶、電阻溫度探測器和紅外器件。對 于這些器件如何工作以及應(yīng)該如何使用 它們，存在著一種普遍的誤解。
熱電偶： 首先看一下熱電偶——也許是 三者中常用但缺乏了解的器件。本 質(zhì)上，熱電偶由兩條一頭連接在一起， 另一頭打開的合金組成。輸出端（開口端；圖1a中的V 1）的電動勢emf是閉合 端溫度 T 1的函數(shù)。在該溫度增加時，電 動勢emf也隨之升高。
通常，熱電偶帶有金屬或陶瓷護套，它 將熱電偶與各種環(huán)境因素隔開。金屬 護套熱電偶還帶有多種類型的涂層（例 如，聚四氟乙烯），以便在腐蝕性溶液 中*地使用。
開口端電動勢不但是閉合端溫度（即 測量點處的溫度）的函數(shù)，它也是開 口端溫度（圖1a中的T2 ）的函數(shù)。只 有使T2一直處于標準溫度，測量的電 1變化的正函數(shù)。對 于T2，行業(yè)認可的標準是0°C；因此 大多數(shù)表和圖表都假定T 2為這一數(shù)值。在工業(yè)儀表中，T2實際溫度與0°C之間 的差異通常在儀表內(nèi)部以電子方式校 正。這種電動勢emf調(diào)整稱為冷端或CJ 校正。
輸入端與輸出端之間導(dǎo)線的溫度變化不 影響輸出電壓，前提是導(dǎo)線為熱電偶合 金或熱電等效材料（圖1a）。例如，如 果熱電偶正在測量爐中溫度，而且顯示 讀數(shù)的儀表在一段距離以外，兩者之間 的導(dǎo)線可以從另一爐子附近經(jīng)過并且不 受爐子溫度的影響，除非爐子變得足夠 熱而使導(dǎo)線熔化或者會*地改變導(dǎo)線 的電熱行為。
只要溫度T1在整個連接點處保持不變并 且連接點材料導(dǎo)電，連接點自身的成份 就不會對熱電偶行為產(chǎn)生任何影響（圖 1b）。同樣，在任一條或者兩條導(dǎo)線中 添加非熱電偶合金也不會影響讀數(shù)，條 件是這種"摻假"金屬兩端的溫度相同 。

以上產(chǎn)品類別：紅外測溫儀器 電力電工儀器