PDF《Keysight Technologies》

32 k = °C + 273.15 °R = °F + 459.67 Rankine温度刻度(°R)是Kelvin温度 刻度的华氏温度等量,以热力学先驱 W.J.M. Rankine的名字命名.请注意, 正式的Kelvin刻度并没有度数符号.其 单位以kelvins表示,而Kelvin度. 参考温度 我们无法像设置分压器一样设置温度分 离器,也无法以量测距离时增加长度的 方式来增加温度.我们必须根锢硐 象来确认温度.我们可在自然界中轻易 观察到这些一致的物理现象. 国际温度刻度(ITS)即基於这些现 象.1990年修订的国际温度刻度,确 立了17个定点和相对应的温度.取样 请见表1. T 图1 : 四种常见的温度量测感测器 优点 C 自我供电 C 最稳定 C 高输出 C 最线性 C 简单 C 最准确 C 快速 C 最高输出 C 坚固 C 比热电耦更具 线性 C 双线欧姆量测 C 经济实惠 C 经济实惠 C 各种实体形式 C 温度围广 缺点 C 非线性 C 价格高昂 C 非线性 C T<

250 ?C C 低电压 C 速度慢 C 温度围受限 C 需要电源供应器 C 需要参考 C 需要电流源 C 易碎 C 速度慢 C 最不稳定 C 电阻值变化小 C 需要电流源 C 自热 C 最不敏感 C 四线式量测 C 自热 C 配置有限

3 | Keysight | 实际温度量测―应用说明 由於只有这些固定温度可作为参考,我 们必须使用仪器在固定温度之间插入补 充.如欲精准插入补充,则需使用较 独特的传感器,它们多半昂贵且操作 复杂.我们将仅讨论四种最常见的温 度传感器:热电耦、电阻温度检测器 (RTD)、热敏电阻和IC感测器. 图2:Seebeck效应 图:Seebeck电压与温度变化成正比 图4:使用数位电压表量测连接点电压 热电耦 当由不同金属组成的两根线路两端相 连,且其中一端被加热时,热电电路 中会出现持续流动的 电流.Thomas Seebeck於1821年发现 了此现象(参见图2). 如果此电路在中间断开,则净开路电 压(Seebeck电压)为连接处温度和两 种金属构成(参见图3)的函数. 所有不同的金属之间均存在此效应. 最常见的两种金属组成清单见本文第 32页,同时还有其关键特性.当温度 变化较小,Seebeck电压与电压成线性 比例关系:在eAB = αT 公式中α,Seebeck系数是比例常数. (对於现实中的热电耦,α非常数, 而是随著温度变化而异.此系数在第9 页的「电压温度转换」中有论述.) 量测热电耦电压 Seebeck电压无法直接量测,因为我们 必须先将电压表连接至热电耦,而电 压表的导线本身会形成一个新的热电 电路. 所以应跨铜对康铜(T型)热电耦连接 电压表,并查看电压输出值(参见图 4). 我们只需读取电压表V1的值,并藉由 连接 电压表来尝试量测接面J1的输出值, 因而形成了另外两个金属接面:J2和J3.由於J3是铜对铜连接,因此不会 形成热电动势.(V3 = 0) 但J2是铜对康 铜连接,因此会产生电动势 (V2) 与V1 相反.电压表上最终的读数结果V将与 J1和J2的差值成正比.这说明了如果 我们想知道J1处的温度,我们必须先 知道J2的温度.

4 | Keysight | 实际温度量测―应用说明 参考连接点 有一个方法可以确定J2处温度,就是 将接面放入冰浴中,使其温度下降至 0°C,如此可确定J2为参考接面.由於 两个电压表的终端接面现在都是铜对 铜连接,因此不会形成热电动势而且电 压表上的读数V与J1和J2之间的温度 差值成正比. 现在电压表上的读数为(参见图5) : V = (V1 C V2) α(tJ1 C tJ2) 如果指定TJ1的摄氏温度: TJ1(°C) + 273.15 = tJ1(K) 那麽V变为: V = V1 C V2 = α[(TJ1 + 273.15) C (TJ2 + 273.15)] = α(TJ1 C TJ2 ) = (TJ1 C 0) V = αTJ1 我们透过此延伸,推导出冰浴中的接 面输出V2不为零.这是一个绝对温度 函数. 藉由提高冰点参考接面的电压,我们 可获得0°C的V值读数.此方法非常 准确,因为冰点的温度是精确可控制 的.冰点是美国国家标准与技术研究 院(NIST) 选用的热电耦表格基本参考 点,因此我们可参考NIST表并直接从 电压V转为温度TJ1. 图5显示的铜对康铜热电耦是特殊 例,因为其铜线与电压表端的金属材 质一致.现在我们选择铁 对康 铜(J 型)热电耦,来代替铜对康铜热电耦. 铁丝(参见图6)增加了电路中不同金 属接面的数量,因为两个电压表终端 也变成了铜对铁热电耦接面. 图5:外部参考接面 图6:铁对康铜电耦 = ~