温度测量的实用准则

  温度可通过各式各样的传感器来测量。 所有传感器都是通过感知物理特性的某 些变化来判断温度。工程师有可能碰到的6种传感器类型如下：热电偶、电阻温 度探测器（RTD与热敏电阻）、红外辐 射器、双金属器件、液体膨胀式器件以及相变器件。首先，我们对每种传感器进行简短回顾。

  热电偶主要由两种不同金属制成的金属 条或金属线组成，它们的一端连接在一 起。如后面所讨论的，该连接点处的温度变化会引起另外两端之间电动势(emf) 的变化。随着温度升高，热电偶的这一输出电动势emf也会增大，但不一定呈 线性关系

  电阻温度探测器利用了材料电阻随材料 温度而变化这一事实。两种主要类型为 金属测温器件（通常称为RTD）和热敏电阻。顾名思义，RTD依靠金属电阻的 变化，电阻的增加或多或少都与温度呈 线性关系。热敏电阻依据的是陶瓷半导体中的电阻变化；电阻下降与温度升高 之间存在着非线性关系。

  红外传感器是非接触式测温设备。如后 面所讨论的，它们通过测量材料放射出 的热辐射来判断温度。

  双金属器件利用了不同金属之间热膨胀率的差异。两条金属片联结在一起，受 热时，一侧金属片膨胀程度大于另一侧金属片，由此造成的弯曲通过与指针相 连的金属杆系转变成温度读数。这些器 件便于携带并且不需要任何电源，然而它们通常不如热电偶或RTD精确，并且不太适合温度记录。

  以家用温度计为代表的液体膨胀式器件通常分为两类：水银类和有机液体类。 还有利用气体而非液体的类型。水银被认为是一种对环境有害的物质，因而有 一些法规限制含水银器件的发运。液体膨胀式传感器无需电源，不存在爆炸隐患，并且即使多次重复使用也依然可靠。另一方面，它们产生的数据通常不易记录或传输，并且它们不能进行单点测量或点测。

  相变温度传感器由在达到一定温度时 外观会变化的标签、颗粒、颜料、油漆 或液晶构成。例如，它们可与汽阱配合使用，当汽阱超过一定温度时，附到汽 阱上的传感器片上的白色圆点将变成黑色。

  响应时间一般为几分钟，因而这类器件 通常不对温度瞬变做出响应，并且其精度低于使用其它类型传感器进行的测量。而且，相变是不可逆的，液晶显示器的情况例外。然而即便如此，如果在 产品运输过程中，例如由于技术或法律方面的原因，需要确认某件设备或材料的温度尚未超过一定数值，相变传感器 还是比较方便。

主力设备

  在化工行业，最常用的温度传感器是热 电偶、电阻温度探测器和红外器件。对 于这些器件如何工作以及应该如何使用它们，存在着一种普遍的误解。

热电偶： 首先看一下热电偶——也许是 三者中最常用但最缺乏了解的器件。本 质上，热电偶由两条一头连接在一起,另一头打开的合金组成。输出端的电动势emf是闭合 端温度 T 1的函数。在该温度增加时，电 动势emf也随之升高。

通常，热电偶带有金属或陶瓷护套，它 将热电偶与各种环境因素隔开。金属 护套热电偶还带有多种类型的涂层（例如，聚四氟乙烯），以便在腐蚀性溶液 中无故障地使用。

热电偶能够与传输路径中的"掺假"金 属一起使用，这种能力让我们能够使用 很多专用设备，如热电偶开关。尽管传输导线本身通常为热电偶合金的热电等 效材料，但若使热电偶开关正常工作， 它就必须由镀金或镀银铜合金制成并且带有适当的钢弹簧来确保良好接触。 只要开关输入和输出连接点处的温度相同，其成份变化就不会造成任何影响。

红外传感器：红外传感器测量表面放射 出的辐射量。所有物质不考虑其温度， 都会放射出电磁能量。在许多加工过 程中，能量都属于红外区。随着温度

红外传感器：红外传感器测量表面放射 出的辐射量。所有物质不考虑其温度， 都会放射出电磁能量。在许多加工过程中，能量都属于红外区。随着温度 升高，红外辐射量及其平均频率都在增加。

不同材料以不同效率放射。这种效率被量 化成放射率，一个介于0和1之间的小数或者介于0%与100%之间的百分数。包括皮肤在内的大多数有机材料效率极高， 其放射率经常为0.95。另一方面， 大部分抛光金属在室温下往往是效率低下的放射体，其放射率或效率通常为20% 或更低。

要正确发挥其功能，红外测量设备必 须考虑被测量表面的放射率。通常可 以在参考表中查找到这种放射率。然而， 请记住，该表无 法 说 明 氧 化 和 表 面粗糙度等具体状况。当放射率大小 未知时，一种某些时候实用的温度测 量方法是"强行"使放射率达到 已 知 水平，具体做法是在表面贴上遮蔽胶 带（放射率为95%）或者涂上放射性 很强的油漆。

一些传感器输入中可能确实包括一些并非 由测量面所在的设备或材料放射的能量， 相反，这些能量是测量表面反射的其它设备或材料放射的能量。放射率与表面 放射出的能量有关，而"反射率"则与 另一源头反射的的能量有关。不透明材料的放射率是其反射率的反指标，属于 优良放射体的物质不会反射过多入射能 量，因而不会给传感器确定表面温度造成太大问题。相反，当测量放射率很低 （例如只有20%）的目标表面时，到达 传感器的很多能量可能是反射能量，例如反射附近另一温度的炉子放射的能量。 简言之，是由高温的、伪反射目标放射 的能量。

红外器件像照相机，因此具备一定的视 场。例如，红外器件可以"看到"1度的 视锥或100度的视锥。测量某一表面时，确保该表面完全占满视场。如果目标表 面起初没有占满视场，请向近移动或者 使用视场更窄的仪器。或者在读取该仪 器时，将背景 温度考虑在内就行了，即根据背景温度来调整。