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溫度測量實用準則

溫度測量實用準則
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，但不一定呈線性關系
電阻溫度探測器紅外線測溫儀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系。熱敏電阻依據的是陶瓷半導體中的電阻變化；電阻下降與溫度升高之間存在著非線性關系。
紅外傳感器是非接觸式測溫設備。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。兩條金屬片聯結在一起，受熱時，一側金屬片膨脹程度大于另一側金屬片，由此造成的彎曲通過與指針相連的金屬桿系轉變成溫度讀數。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境有害的物質，因而有一些法規限制含水銀器件的發運。液體膨脹式傳感器無需電源，不存在爆炸隱患，并且即使多次重復使用也依然可靠。另一方面，它們產生的數據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、油漆或液晶構成。例如，它們可與汽阱配合使用，當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，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，如果在產品運輸過程中，例如由于技術或法律方面的原因，需要確認某件設備或材料的溫度尚未超過一定數值，相變傳感器還是比較方便。
主力設備
在化工行業，*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。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無故障地使用。
輸入端溫濕度計與輸出端之間導線的溫度變化不影響輸出電壓，前提是導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，而且顯示讀數的儀表在一段距離以外，兩者之間的導線可以從另一爐子附近經過并且不受爐子溫度的影響，除非爐子變得足夠熱而使導線熔化或者會地改變導線的電熱行為。
只要溫度T1在整個連接點處保持不變并且連接點材料導電，連接點自身的成份就不會對熱電偶行為產生任何影響（圖 1b）。同樣，在任一條或者兩條導線中添加非熱電偶合金也不會影響讀數，條件是這種"摻假"金屬兩端的溫度相同。

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