8.14.1 温度传感器与温度计

1.热电偶

热电偶是一种发电型感温元件，一般用于测量500℃以上的温度。热电偶测温具有精度高、结构简单和用途广泛等特点。

（1）普通热电偶（简称热电偶） 热电偶通常由热电极、绝缘子、保护套管和接线盒等部分构成。普通金属热电极的直径一般为0.5～3.2mm，热电极的长度通常为350～2000mm。热处理常用的热电偶长度一般在1000mm以下。常用热电偶的基本特性如表8-103所示。

表8-103 常用热电偶的基本特性

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（2）铠装热电偶 铠装热电偶是将热电偶电极丝包裹在金属保护管中，以MgO等作为绝缘材料，可自由弯曲的一种热电偶，其特点是反应速度快，耐压、耐冲击。不同套管材料的铠装热电偶及其使用温度如表8-104所示。

表8-104 不同套管材料的铠装热电偶及其使用温度

（3）热电偶补偿 热电偶的分度表是在热电偶自由端温度为0℃时分度的。一般情况下，热电偶自由端所处的环境温度总是有波动的，因而使测量结果有一定的误差。为了消除由于自由端温度不恒定而产生的测量误差，应采取必要的补偿措施。

1）热电偶补偿导线。与热电偶一样，补偿导线也有正、负极之分。在与热电偶连接时，要注意正、负极性，不可接错，否则将会造成更大的测量误差。热电偶所配补偿导线的材料及其性能如表8-105所示。

表8-105 热电偶补偿导线的材料及性能

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2）冷端温度补偿器。在温度变化较大的环境下，温度自动控制仪表与热电偶配套使用时，配用冷端温度补偿器和补偿导线，常选用20℃为平衡点。冷端温度补偿器的型号与所配用的热电偶必须为同一分度号。WBJ系列冷端温度补偿器的主要技术参数如表8-106所示。

表8-106 WBJ系列冷端温度补偿器的主要技术参数

（4）使用热电偶注意事项 在使用热电偶时，应注意以下几点：

1）根据被测温度上限正确选用热电偶的热电极及保护套管，根据被测对象的结构及安装特点选择热电偶的规格及尺寸。

2）热电偶插入炉中的位置，应是炉内有代表性的位置，其温度能代表炉内的实际温度。

3）热电偶插入炉膛内的深度不应小于热电偶保护管外径的8～10倍。应尽可能保持垂直安放，以防高温下产生变形。如果必须水平放置，伸出部分大于500mm时，必须对保护管加以支撑。

4）热电偶与炉壁之间的空隙必须用石棉绳或耐火泥堵塞，以防由于空气的对流，影响测量的准确性。

5）热电偶的接线盒与炉壁应有适当距离，一般应不小于200mm。否则，会使热电偶自由端的温度过高。在测量盐浴炉温度时，应采用直角形热电偶。

6）热电偶的安装位置和方向应避开强磁场和强电场的干扰，金属外壳应良好接地，以免影响测量的准确性。如在电极盐浴中使用时，应注意不要靠近电极。

7）热电偶正、负热电极工作端的焊接方式可采用对焊或绞缠后再焊的方式，但绞缠圈数不宜超过3圈。

8）正确选用补偿导线，连接补偿导线时，注意不得将导线接反。补偿导线最好装入铁管内，并将铁管接地，以免机械损伤和电磁干扰。

9）补偿导线与接线盒出线孔之间的空隙也应用石棉绳堵塞，以免昆虫侵入。

10）装炉或出炉时，不要碰撞热电偶，以免其受到损伤。

11）由于热电极在高温下会氧化、腐蚀及再结晶等，使其热电特性发生变化，所以热电偶应定期校验；新热电偶或存放过一段时间的热电偶在使用前，都必须进行校验。

12）在使用中应经常注意热电偶保护管的状况。如发现保护管表面有麻点、泡沫、腐蚀、变细、开裂等现象，应立即更换。

2.热电阻

热电阻是接触式温度传感器，它是利用金属材料的电阻随温度的改变而变化的特性制成的，使用温度为200～600℃，用于液体、气体及固体表面温度的测量。热电阻材料主要是铂和铜。WZ系列热电阻的主要技术参数如表8-107所示。

表8-107 WZ系列热电阻的主要技术参数

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注：t为被测温度。

热电阻的安装和使用注意事项与热电偶基本相同，热电阻与显示仪表的连接应采用带有屏蔽的铜线，铜线截面积不小于1.5mm²。

3.辐射感温器

辐射感温器是一种非接触式感温器。辐射感温器是根据受热物体的辐射热能与温度之间的对应关系来测量温度的。被测物体辐射的热能经感温器的物镜聚焦到热电偶的工作端上，将热能转换为热电动势。然后将热电动势通过显示仪表测量，并显示出被测物体的温度。

（1）辐射感温器的型号与规格 辐射感温器的型号与技术参数如表8-108所示。

表8-108 辐射感温器的型号与技术参数

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（2）辐射感温器的使用注意事项

1）保持感温器镜头的清洁。

2）感温器与被测物体距离一般为0.7～1.1m，与被测物体形成的角度为30°～60°。

3）感温器周围的温度不应超过40℃。当温度在40℃以上时，应采取降温措施。

4）在使用时，被测物体的影像必须全部充满目镜的整个视场（见图8-38a），以保证热电偶能充分地吸收来自被测物体辐射的热能，使显示仪表能正确地显示实际温度。如果被测物体较小，或感温器离被测物体太远，就会出现影像太小的现象（见图8-38b），从而使测量值低于实际温度。当感温器不能正确对准被测物体时，则会出现被测物体影像歪斜的现象（见图8-38c），所测量的温度也会低于实际温度。特别应注意的是，当感温器偏向补偿光栅一方时，被遮挡的部分不易发现，也会造成测量值偏低的现象。

5）辐射感温器用于盐浴炉的测温时，为保证测温准确，应排除盐浴炉烟雾和浮渣的影响，必须排风良好，浴面不得有浮渣。操作时，工具、工装等不得遮挡感温器的视场。

4.光学高温计

（1）光学高温计的组成 光学高温计是一种非接触式测温仪表，主要由光学系统和电测系统组成。

图8-38 感温器中的影像

a）影像正确 b）影像太小 c）影像歪斜

光学系统由物镜和目镜组成望远系统，灯泡的灯丝位置恰好在光学系统的物镜成像部位。调节目镜与灯丝的距离，可以从目镜中清楚地看到灯丝的影像；调节物镜的位置可以使被测物体清晰地成像在灯丝所在平面上，以便对二者进行比较。

电测系统由灯泡的灯丝、直流电源、调节电流的滑线电阻、开关及显示仪表组成。调节滑线电阻，可使灯丝亮度与被测物体的亮度均衡。显示仪表可以直接读出被测物体的温度。

光学高温计多用于测量1100℃以上高温（如高温盐浴炉）或感应加热工件表面温度等不宜使用热电偶测温的地方。

光学高温计的型号及技术参数如表8-109所示。

表8-109 光学高温计的型号及技术参数

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（2）光学高温计的使用 光学高温计在使用前，应先检查仪表指针是否指为“0”位，如指针不在“0”位，应旋转零位调整器进行调零；调节目镜的位置至清楚地看到灯丝的影像。

测量物体温度时，调节物镜，使被测物体清晰地成像在灯丝所在平面上，对二者进行比较。将红色滤光片移入视场，如果要测量的物体的温度在1400℃以上（第二量程）时，还要放入吸收玻璃。按下按钮开关，转动滑线电阻，直到灯丝顶部的影像隐灭在被测物体的影像中为止（见图8-39a），从指示仪表刻度盘上读出温度数值。在测量过程中，若出现图8-39b所示的情况，灯丝的亮度相对于被测物体的亮度较暗时，说明指示温度比实际温度低，应当顺时针方向调节滑线电阻，使灯丝变亮，直到灯丝亮度与被测物体的亮度一致。当出现图8-39c的情况，灯丝亮度高于被测物体的亮度时，说明指示温度高于被测温度，应当逆时针方向旋转滑线电阻，使灯丝亮度降低，直到灯丝像隐灭在被测物体的影像之中。

光学高温计与被测物体之间的距离一般为1～2m，最好不要超过3m。

光学高温计用完后，应切断电源，擦净后放入专用包内保存。长期不用时，应将电池取出。

5.光电温度计

光电温度计是利用光敏元件（硅光电池、光敏电阻）对可见光谱（波长为0.4～0.8μm）产生的电信号进行检测，经处理后输出给二次仪表，可实现自动控制。表8-110列出了部分光电温度计的技术参数。

图8-39 光学高温计调整灯丝亮度时的情形

a）灯丝隐灭（正确） b）灯丝暗c）灯丝亮

表8-110 光电温度计的技术参数

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6.红外光电温度计

红外光电温度计是利用物体表面发出的红外光谱（波长为0.8～40μm）辐射线进行测温的，它由保护窗、透镜、光栏、滤色片及检测元件等组成。红外光电温度计的光学系统将发光物体表面某一波段的红外辐射聚焦到检测元件表面，并将其转换成电信号，经放大后输出给显示仪表。红外光电温度计具有测量精度高、响应速度快、性能稳定、测温范围广等特点。表8-111所列为部分红外探测器及配套控制器的主要技术参数。

表8-111 部分红外探测器及配套控制器的主要技术参数

注：工作波长为0.5～1.1μm，检测精度为0.6%，达到98%时响应时间为5ms。

此外，还有功能更多、性能更先进的红外温度计，如WF—HX—63便携式红外温度计。它将红外温度计探头和机身集成于一体，液晶屏数字显示，读数直观，操作简便，便于携带，是一种适合现场测温的高精度非接触式测温仪表。有的红外温度计还具有智能编程测温功能，测温范围为300～3000℃，响应时间为20～200ms，具有视场瞄准聚焦和激光辅助定位等功能。