关于先进测温技术的调研

叶欣然

摘 要：温度是我们日常生活中所离不开的参数之一，而在研究领域上，如何更准确地进行温度测量更是我们无法逃避的问题，不论是在科学研究还是工农业生产上，而在动力工程的系统之中，测温的意义更是非凡。目前我们的测温时使用的温度计主要分为两种：接触式和非接触式。前者是依据.不同温度的物体相互接触时必然会发生由高温侧向低温侧的热交换，而后者则是依据物体辐射能量的大小来测温。本文主要对于接触式温度计中的热电偶测温和非接触式测温计中的红外线测温进行了调研。

关键词：接触式测温;非接触式测温;热电偶测温;冷端补偿;红外测温技术;热成像

温度的定义很难具体被描述，人们广为接受的是温度是物体冷热程度的标志。热力学中，温度宏观概念的定义是以热平衡为基础的，表征两个物体或系统的冷热程度，两个冷热温度不同的物体相互接触时，热量会从高温物体传到低温物体，当二者冷热平衡时，不再有净能量交换，温度相同。微观上看来，温度反映了物质分子热运动的激烈程度。由于物体的物性参数与温度密不可分，温度的准确测量就显得至关重要。而温度的测量主要有接触式测温和非接触式测温，热电偶测温技术属于接触式测温技术，而红外线测温技术则属于非接触式测温。文中主要对于这两种测温技术展开了调研，对于其测温原理等进行了研究。

1热电偶测温技术

1.1接触式测温

接触式测温法是将传感器置于与物体相同的热平衡状态中，使传感器与物体保持同一温度的测温方法，它比较简单但是可靠，它的测量精度较高;但是测温元件与介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时由于目前测温材料的限制，接触式测温在高温范围上的测量受到限制，不能应用于很高的温度测量。热电偶就是接触式测温的代表。

1.2热电偶测温的原理

热电偶测温是基于热电效应工作的热电效应是指将两种不同材料的导体或半导体A和 B 焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，从而在回路中形成一个大小的电流。

1.3热电偶的冷端补偿

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，出于材料和成本角度的考虑，采用补偿导线把热电偶的冷端 （自由端） 延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上，是最经常采取的手段。

热电偶补偿导线只起延伸热电极的作用，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其它修正方法来补偿冷端温度变化对测温的影响。除此之外，型号相配是在使用热电偶时所必须注意到的问题，极性不能接错也是必须要被注意的，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过 100℃。

1.4火电厂中热电偶的应用

火电厂的各项生产过程中都伴有温度的变化，热电偶温度计一般用于测量 500℃ 以上的温度。电厂热力过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、汽轮机高压汽缸壁温度以及高温烟气温度等，都离不开热电偶测温。K型和N型热电偶主要在电场中得到了广泛的应用。

我国火电厂主蒸汽温度的测量大都采用 K 型热电偶作为一次元件，目前存在着测温精度不高的问题。为了提高主蒸汽温度测量的准确性，用 N 型热电偶替换 K 型热电偶是一个有效的技术措施。目前，N 型热电偶已在火电厂主蒸汽温度测量中应用。N 型热电偶具有热电特性稳定，使用寿命长和非线性误差小等优点，提高主蒸汽温度测量的精度，满足了火电机组运行规程的要求。在用 N 型热电偶测量主蒸汽温度成功应用的基础上，也可以用 N 型热电偶测量过热器和汽缸等金属壁的温度。

2红外线测温技术

2.1非接触式测温

非接触式测温仪表，它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式温度传感器。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。非接触式测温具有测温上限不受敢问元件耐温程度的限制，因而在测量高温上具有极广泛的应用。红外热像仪可以探测物体表面的温度场，是一种被动的、非接触式的检测手段。该技术主要应用于军事领域。

2.2红外线测温技术原理

在自然界中，任何高于绝对零度的物体都会辐射出电磁波， 波长在2.0～1 000μm的部分称为热红外线。随着温度变化， 红外线的辐射强度也会随之变化。

紅外热成像测得的温度是以仪器收到的辐射能计算出来的， 但是被测表面的辐射率、测量距离、环境温湿度等都会对测温精度有所影响， 表面辐射率是对测量精度影响最大的因素。热成像原理为我们展现了它的工作原理——光学系统将红外辐射汇聚起来，经过光谱滤波和光机扫描，聚集到探测器的红外元件上，探测器将强弱不同的辐射信号转化成电信号，再经过放大和视频处理，形成视频信号，送至显示器。

2.3红外线测温的应用

相较于传统测温方式， 红外热成像测温具有精度高、范围大、快速和高灵敏度的优点。它的应用范围也是极其宽广，随着它的日益成熟，它广泛的出现在工业生产、农业发展、日常生活的方方面面。

如在石化行业中，红外测温仪被越来越多地应用于固体废物的装置生产过程里，为焚烧装置的安全提供了真实有效的测温手段。在固体废物的装置生产过程里，窑衬是安全上的关键因素，因此，装置运转中必须及时了解装置内部的温度变化情况，防止窑衬及相关设备损坏。红外测温技术在其中的应用为解决这一问题提供了便利：它的应用不仅提高了固体废物的焚烧效率，也大大地提高焚烧设备的安全系数。

又如在电力设备中，应用红外线测温技术对电力设备运行状态在线监测应用红外测温技术对电力设备运行状态在线监测，可以及时检测电力设备的过热缺陷和故障，又不影响其正常运行，提高了电网的可靠性和安全性。张义华等设计了电力设备热故障在线监测系统，他们的系统主要由红外测温单元、数据通讯系统和上位机综合管理平台等几部分组成。以 80C196KC 单片机为核心的红外测温单元，配置温度采集电路、存储电路、显示电路等外围接口电路，这使得整个系统具有运行稳定 可靠、测量准确、测量范围广、易于操作等特点，很好地配合我国电网发展的实际情况。

除此之外，红外线热成像技术也在畜牧业中发挥着作用，特别是早畜禽疾病检测方面的应用，它不仅精度高、范围大、快速和高灵敏度，而且作为非接触的测温方式，不会引起个体应激反应，可以帮助养殖者更好地对于个体进行判断，很大程度上减少了养殖场的损失。袁生等的研究就很大程度上展现了这一点。

3结束语

随着测温技术的不断发展，先进的测温技术不断应用在各个领域。随着它们的不断发展和进步，必将越来越便利我们的生活。

参考文献：

[1]谢清俊，热电偶测温技术相关特性研究，工程计量，2012，27（05）

[2]许东良，余有刚，探讨红外线成像测温技术在变电站设备中的应用，自动化应用，2018（02）

[3]张义华李爱峰，基于红外测温技术的电力设备热故障在线监测系统的设计，科技视界2016（20）

[4]袁生袁圣丹，红外热成像技术在畜禽疾病检测中的应用，湖北畜牧兽医，2019，40（01）