Temperature Measurement
在许多生产过程中，温度测量和控制直接和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大技术经济指标联系在一起。
一、温标转换
\text{摄氏度}^{\circ}C=[\;\text{华氏度}-32]^{\circ}F\times \dfrac{5}{9}=\;(\text{绝对温度}-273.16)K
\end{align}$$
$^{\circ}C$ 摄氏温度，$^{\circ}F$ 华氏度，$K$ 绝对温度/热力学温度
### 二、温度测量方法
温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及借助于物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性，来间接地加以测量。
#### 1. 接触式测温
**测温元件与被测对象接触，依靠==传热和对流==进行热交换。**
让两个冷热程度不同的物体相接触，使得热量从高温物体传到低温物体上，直到两个物体的冷热程度完全一致（热平衡）。
- 因必须与被测介质接触，容易影响被测温度场的分布，带来测量误差；
- 在受到限制不能与被测介质充分接触时，由于检测元件的温度与被测温度不一致而带来误差；
- 若被测介质为高温或有腐蚀性，对测温元件的寿命有很大影响。
- 存在滞后时间。
#### 2. 非接触式测温
**测温元件不与被测对象接触，依靠==热辐射==进行热交换。**
热辐射原理：凡温度高于绝对零度的物体，均会以热辐射的形式发射或吸收一定的能量。物体的热辐射能量随其温度的变化而变化。
如果接收物体是能够将热辐射能全部吸收的绝对黑体，则根据普朗克公式，辐射强度。
### 三、热电偶温度计
#### 热电偶的工作原理
**热电效应（Seebeck 效应）**：将**两种不同材料**的导体组成一个闭合回路，如果两端**接点的温度**不同，回路中就会产生一定大小的热电势。这种现象称为热电效应。
$$\begin{align}
E(\theta,0)=E(\theta,\theta_{0})+E(\theta_{0},0)
\end{align}$$
工作端/热端 $\theta$ ，参比端/冷端 $\theta_{0}$
- 中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导线 C 时，只要 C 的两个端点温度相同，回路中的总电势不变。--> 可以在回路中引入各种用以测量热电势的导线和仪表，而不会对测量产生影响。
- 均质导体定则：由一种均质导体组成的闭合回路, 不论导体的截面和长度以及其温度分布如何, 都不能产生热电势。 --> 一种均质导体不能构成热电偶。
- 中间温度定律：热电偶的热电势只与端点温度有关，而与 A、B 材料的中间温度无关。--> 该定律使热电偶与补偿导线的连接问题得以解决。
#### 热电偶常用分度号
**常用热电偶分度表**：**参比端温度**为 $0^{\circ}$ 时的热电偶**热电势和温度**一一对应的**非线性关系**曲线（加以分度后得出的。）
1. 铂铑 $_{10}$ -铂热电偶 **S 型**，**精度最高，测温范围最大**，长期 $0\sim 1300^{\circ}C$ ，短期 $0\sim 1600^{\circ}C$ (SC)
2. 镍铬-镍硅热电偶 **K 型**, $-200\sim 1200^{\circ}C$ (KC)
3. 镍铬-康铜热电偶 **E 型**，$-200\sim 900^{\circ}C$ (EX)
#### 热电偶实际测温
热电偶测温时**要求参比端温度恒定**
冷端处理：只有当冷端温度保持恒定时 $E_{AB}(t,t_{0})$ 才是 $t$ 的单值函数。
##### 补偿导线延伸
将热电偶的参比端延伸到温度较为恒定的地方。
补偿导线：在一定的温度范围内（ $0^{\circ}\sim 100^{^{\circ}}$ ）具有与所连接的热电偶有相同的热电性能。
##### 参比端温度补偿
$$\begin{align}
E(\theta,0)=E(\theta,\theta_{0})+E(\theta_{0},0)
\end{align}$$
- $E(\theta,\theta_{0})$：热电偶产生的电势
- $\theta$ 工作端温度，$\theta_{0}$ 参比端温度
测量某一温度时，如果参比端温度降低，则热电偶产生电势升高。
补偿方法：
1. 计算法：查分度表计算修正
2. 冰浴法：参比端保持 $0^{\circ}C$
3. 机械调零法：仪表指针调到参比温度处
4. 补偿电桥法：利用参比端温度补偿器产生的**不平衡电势**去补偿热电偶因温度变化而引起的热电势变化值。 [[显示仪表#1. 电子电位差计\|显示仪表#1. 电子电位差计]] [[变送器\|变送器]]
### 四、热电阻温度计
热电阻温度计利用金属导体的[[电阻\|电阻]]值随温度变化而变化的特性来测量温度。
#### 热电阻常用分度号
热电阻**分度号**数字下标指的是 $0^{\circ}$ 时的电阻值
1. 铂热电阻，分度号 $Pt_{10},Pt_{50},Pt_{100}$
2. 铜热电阻，分度号 $Cu_{50},Cu_{100}$
**三线制**：从现场的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导线，一根与电源负极相连，两根接入相邻两对抗桥臂中。
两根连接导线因阻值变化而引起**压降变化相互抵消**，不影响桥路输出电压大小。
### 选用、安装、使用
#### 选用
一般而言：
**热电偶**用于较高温度的测量
**热电阻**用于中低温区的测量
#### 安装
1. 选择有代表性的测温点，插入足够深度，处于管道中心位置
2. 接线盒出线口朝下，防止引入干扰信号
3. 避开热辐射影响，密封安装孔
#### 使用
热电偶：参比端温度补偿，分度号一致
热电阻：三线制
