2.1　传感器与温度计

2.1.1　热电偶

热电偶是应用广泛的接触式传感器，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、操作方便和用途广泛等优点。

（1）普通热电偶（简称热电偶）　它由两根不同成分均匀的金属丝组成。它们一端焊接在一起，称测量端（热端）；另一端分别接到测量仪表的电路上，称参与端（冷端）。测量端随温度的变化产生不同的热电势，以mV信号输出，其值正比测量端与参比端的温差。mV值与电偶丝的材料有关，与丝的直径及长度无关。

热电偶通常由热电极、绝缘子、保护套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。热电偶常用长度在1000mm以下，常用热电偶的基本特性如表2-1所示。

（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套中，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2-2所示。

（3）热电偶补偿　热电偶的分度表是热电偶自由端温度为0℃时分度的。一般情况下，热电偶自由端的环境温度总是有波动的，因而使测量的结果有一定的误差。为了消除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，求得测温准确。

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，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2-3所示。

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2-4所示。

（4）使用热电偶的注意事项　生产中应注意以下几点。

①根据被测量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，应是炉中温度有代表性的地方，其温度能代表炉内的实际温度。

③热电偶插入炉内的深度应不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，伸出部分长度大于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，影响测温的准确性。

⑤热电偶的接线盒与炉壁应有适当的距离，一般不小于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，应采用直角线热电偶。

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

⑦热电偶正、负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应该用石棉绳堵塞，以防昆虫侵入。

⑩装炉或出炉时应小心谨慎，不得碰撞热电偶。

由于热电偶在高温下会氧化、腐蚀及再结晶等，使其热电特性发生变化，所以应定期校验；新热电偶或存放一段时间的热电偶在使用前，都必须进行校验。

在使用中应关注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。

2.1.2　热电阻

热电阻是根据其电阻随温度变化的原理来测温的传感器，它通常与显示仪、记录仪、调节仪等配套形成温度测量控制系统。常用的热电阻有：铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻、铑铁热电阻等，可制成配套式热电阻和铠装热电阻，使用温度范围为-200～600℃。热电阻主要用于热处理的冷处理设备、低温烘箱、液体介质和固体表面的测温，其温度精度高，稳定性好，但热响应速度较慢。工业用热电阻的品种及测温范围见表2-5；WZ系列热电阻的主要技术参数见表2-6。

2.1.3　辐射感温器

辐射感温器是以绝对黑体作为分度标准的，它与水冷保护装置、连接电缆、显示仪表等组成一个温度测量系统，主要用于测量一般物体的表面温度。在热处理生产中，辐射感温器一般用于高温电阻炉、高温盐浴炉及高频、中频加热元件等温度的非接触测量，因受环境和烟雾的影响，测量精度不高。辐射感温器可分为反射镜式（如WFT-101型）和透镜式（如WFT-201型、202型），如按加热元件的类型来分，则有热电堆式、热敏电阻式和双金属片式。型号和规格见表2-7。

由于辐射感温计是根据受热物体的热能与温度之间的对应关系来测量温度的，被测物体的热能经感温器的物镜聚焦到热电偶的工作端，将热能转变为热电动势。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。在实际使用中应注意以下几点。

①保持感温镜头的清洁。

②感温器与被测物体的距离一般为0.8～1.1m，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℃，当超过40℃时应采取降温措施。

④在使用时，被测物体的影像必须充满目镜的整个视场，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，就会出现图像太小的现象，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时，则会出现被测物体影像歪斜现象，所测得的温度也会低于实际温度。应特别注意的是：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，为保证测量准确，应排除盐浴面上烟雾和浮渣的影响，必须排风良好，浴面不得有浮渣。操作时，工具、工装夹具不能挡到镜头。

2.1.4　光学高温计

光学高温计是以灯丝的辐射亮度与被测物体的辐射亮度作比较来测量温度的。灯丝亮度所对应的温度也是以绝对黑体作分度的，进行温度测量时必须用该物体的单色黑度作一定的修正。光学高温计常用于高温盐浴炉、感应加热工件等表面温度的测量，光学高温计的型号及技术参数如表2-8所示。

光学高温计的使用及维护。在使用前，应先检查仪表指针是否指在“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的平面上，对二者进行比较。将红色滤光片移入视场，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。从指示仪表刻盘上读出温度数值。

光学高温计与被测物体的距离一般为1～2m，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。

2.1.5　光电高温计

光电高温计是利用光电转换元件来测量温度的，灵敏度高，但测量精度不高。国产的光电高温计的主要技术规格见表2-9。

2.1.6　红外光电高温计

红外光电高温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、滤色片及检验元件等组成。红外光电高温计的光学系统将发光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。红外光电高温计具有测量精度高、响应速度快、性能稳定、测量温度范围广等特点。表2-10所列为部分Q系列和R系列红外探测器及配套控制器的主要技术参数。

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。它将红外温度计的探头和机身集成于一体，液晶屏数字显示，读数直观，操作方便，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20～200μs，具有视场瞄准聚焦和激光辅助定位等功能。