1.温度检测及仪表
1.1 温度的表示方法
1.温度
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工
参数之一。 物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。任何一种化工生产过程伴随着物
质的物理和化学性质的改变，必然会发生能量的变换和转化。因此，温度的测量是保证化工
生产正常进行，确保产品质量和安全生产的关键环节。
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性
质随冷热程度不同而变化的特征进行间接测量。 根据热平衡原理，任意两个冷热程度不同的
物体相接触，必然要发生热交换现象，当两者达到热平衡状态时，选择物体与被测物体温度
相等。通过对选择物体某一物理量（如液体的体积，导体的电量等）的测量，就可以定量地
得出被测物体的温度数值。这就是接触测温法，也可以利用热幅射原理和光学原理等进行非
接触测温。
2.温标
为了保证温度量值的统一和准确，应该建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称温标。
它规定了读数的起点 （零点）和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。
目前国际上采用较多的温标是摄氏温标和国际温标。我国法定温度测量单位也采用这两种温
标。在有一些国家还采用华氏温标和热力学温标。
（1）摄氏温标。摄氏温标是将标准大气压下水的冰点定为零度，水的沸点定为 100 度。
在 0～100 间分成 100 等份，每一等份为 1 摄氏度，单位为℃。
（2）华氏温标。华氏温标规定在标准大气压下，纯水的冰点为 32 度，沸点为 212度，
中间划分 180 等份，每一等份为 1 华氏度，单位为℉。
（3）热力学温标。热力学温标又称开氏温标，是一种纯理论性温标。它规定分子运动
停止时的温度为绝对零度， 它是以热力学第二定律为基础，与测温物体的任何物理性质无关
的一种温标。
（4）国际温标。国际温标是一种能够用计算公式表示的既紧密接近热力学温标，使用
又简便的温标。它是一个国际协议性温标。
根据国际温标规定，热力学温度是基本温度，用符号 T 表示，单位为开（K） 。 它规定水
的三相点热力学温度（固态、液态、气态三相共存时的平衡温度）为 273.16K。通常将比水
的三相点温度低 0.01K的温度值定为摄氏 0℃。
（5）主要关系。
1℃=5/9 (℉-32)
1℃=K-273.15
1.2 温度的检测方法
前面已经讲过，温度是不能直接测量的，一般只能根据
物质的某些特性值与温度之间的函数关系，实现间接测量。
温度检测的基本原理是与这些特性值的选择密切相关的。
图1 双金属湿度计原理图
1.应用热膨胀原理测温
利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理，可以制成膨
胀式温度计。 玻璃温度计属于液体膨胀式温度计；双金属温
度计属于固体膨胀式温度计。
双金属温度计中的感温元件采用两片线膨胀系数不同
仪 表 基础知识
的金属片叠焊在一起并将一端固定而制成的。当双金属片受热后，由于两金属片的膨胀长度
不同而产生弯曲，如图 1 所示。温度越高，产生的线膨胀长度差越大，因而引起弯曲的角度
就越大。利用弯曲变形的大小不同，可以表示出温度的高低不同。
2.应用压力随温度变化的原理测温
利用封闭的气体、液体或某种液体的饱和蒸汽受热时，其压力（或体积）会随着温度变
化而变化的性质，可以制成压力计式温度计。
由于一般称充以气体、液体或饱和蒸汽的固定体积的容器为温包，所以这种温度计又称
温包式温度计。
压力式温度计的测温系统是一个由温包、连接毛细管和弹簧管组成的、内部充有感温介
质的封闭系统。温包受热后，所增加的压力（或体积）沿着毛细管传导到弹簧管，而弹簧管
的弹性变形经过传动机构使指针发生偏转，从而显示温度。
压力式温度计的测温原理有三种，即：应用热阻效应测温，利用导体或半导体的电阻随
温度变化的性质，可以制成电阻式温度计；应用热电效应测温，利用金属的热电性质可以制
成热电偶温度计；应用热幅射原理测温，利用物体的幅射强度能随温度而变化的性质可以制
成幅射高温计。它是非接触测温仪表之一，由幅射感温器和其它配套的显示仪表组成。
1.3 测温仪表的分类
温度参数是不能直接测量的，一般只能根据物质的某些特性值与温度之间的函数关系，
通过对这些特性参数的测量间接地获得。
温度测量范围很广，测温元件种类很多。按工作原理分，有膨胀式、热电阻式、热电偶
式和幅射式等。按测量方式分，有接触式和非接触式两类。
接触式测温可以直接测被测物体的温度。因而简单、可靠、测量精度高。但由于测温元
件与被测介质需要进行充分的热交换，因而产生了测温的滞后现象。由于受到耐高温材料的
限制，因此不能应用于很高的温度测量。
非接触式测温只能测得被测物体的表观温度（光亮温度、幅射温度、比色温度等） ，一
般情况下，都要通过对被测物体表面发射率修正后才能得到真实温度。从原理上讲非接触法
测温不受温度上限的限制，因而测温范围很广、反应速度一般也比较快。由于受到被测物体
与仪表之间的距离及幅射通道上的烟雾、水气、尘埃等其它介质的影响，因此测量精度较低。
各种测温仪表的测温原理，基本特性见表 1。
表 1 常用测温仪表的分类及性能
测量
方式
仪表名称 测温原理
精度
范围
特 点 测量范围/℃
双金属温度计
金属热膨胀变形量随温
度变化
1～2.5
结构简单，读数方便，
精度较低，不能远传
-100～600
一般-80～600
压力式温度计
气（汽）体、液体在定
容条件下，压力随温度
变化
1～2.5
结构简单可靠，可较远距
离传送（＜50m） ，精度较
低，受环境温度影响大
0～600
一般0～300
玻璃管液体温
度计
液体热膨胀体积量随温
度变化
0.1～
2.5
结构简单，精度高，读
数不便，不能远传
-200～600一
般-100～600
热电阻
金属或半导体电阻随温
度变化
0.5～
3.0
精度高，便于远传
-258～1200
一般
-200～650
接
触
式
热电偶 热电效应
0.5～
1.0
测温范围大，精度高，
便于远传，低温精度差
-269～2800
一般
-200～1800
光学高温计
物体单色辐射强度及亮
度随温度变化
1.0～
1.5
结构简单，携带方便，
不破坏对象温度场；易
产生目测误差，外界反
射、辐射会引起测量误
差
200～3200
一般
600～2400
非
接
触
式
辐射高温计 物体辐射随温度变化 1.5
结构简单，稳定性好，
光路上环境介质吸收辐
射，易产生测量误差
100～3200
一般
700～2000
1.4 热电偶温度计
热电偶温度计是以热电效应为基础，将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪
表。它测量精度高，灵敏度高，稳定性和复现性较好，响应时间少，结构简单，使用方便，
可用于-200℃～1600℃范围内的测温。因此它是目前使用最广泛的温度传感器。
1．热电偶
热电偶是测温元件。它是由两种不同材料的导体焊接而成的。焊接的一端插入被测介质
中感受被测温度，称为热电偶的工作端（习惯上称为热端），另一端与导线相连，称为自由
端（习惯上称为冷端） 。
热电偶测温范围大，适用范围广，因此种类繁多。大致可分为标准化热偶和非标准化热
偶二大类。标准化热偶就是在工业生产上广泛使用的，国际电工委员会推荐的 8 种标准化热
偶；非标准化热偶则是在超高温、超低温等特殊测温条件下应用的一些热电偶。表 2 为我国
已定型生产的几种常用热电偶及其主要特性。
表 2 常用热电偶
分 度 号 热电极材料 测温范围/℃
热电偶名称 代号
新 旧 正热电极 负热电极 长期使用 短期使用
铂铑 30-铂铑 6
铂铑 10-铂
镍铬-镍硅
镍铬-铜镍
铁-铜镍
铜-铜镍
WRR
WRP
WRN
WRE
WRF
WRC
B
S
K
E
J
T
LL-2
LB-3
EU-2
—
—
CK
铂铑 30合金
铂铑 10合金
镍铬合金
镍铬合金
铁
铜
铂铑 6合金
纯铂
镍硅合金
铜镍合金
铜镍合金
铜镍合金
300～1600
-20～1300
-50～1000
-40～800
-40～700
-40～300
1800
1600
1200
900
750
350
2．热电偶的结构
热电偶结构类型较多，应用最广泛的主要有普通型热电偶和铠装热电偶。为适用各种测
温需要，各种热电偶的外型常常是极不相同的。但其基本结构都是由热电极，绝缘子，保护
套管和接线盒四部分组成。
（1）热电极。组成热电偶的两根热偶丝称热电极。热电极的直经由材料的价格，机械
强度，电导率，热电偶的使用条件和测量范围等决定。贵金属热电极丝的直径一般为 0.3～
0.65mm， 普通金属热电极一般为 0.5～3.2mm。 长度由安装条件及插入深度而定， 一般为350～
2000mm。
（2）绝缘子。用于保证热电偶两极之间及热电极与保护套管之间的电气绝缘。
（3）保护套管。作用是保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。
（4）接线盒。热电偶接线盒的主要作用是将热电偶的参考端引出，供热电偶和导线连
接。
铠装热电偶与普通热电偶不同的是热电极与金属保护管之间被氧化镁材料填实，三者成
为一体，经整体复合拉伸工艺加工而成的。热电偶具有一定的可挠性。其突出的优点是动态
特性好，体积小。
3．热电现象及测温原理
将两种不同的金属或半导体连接成图 2 所示的闭合电路，如果两个接点的温度不同（t
＞t 0）则在回路内会产生电动势，这种现象称为热电现象，这个电动势称为热电势，它由接
触电势和温差电势两部分组成。
二种不同的金属，由于导体材料不同，它
们的自由电子密度是不同的。因此当两种不同
的金属导体 A 和B 接触时，在它们的交界处，
就会形成电动势。这就是接触电势。接触电势
的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
温度越高，接触电势越大，两种导体电子密度
的比值越大，接触电势也越大。
测量端
参考端
A
B
tt
0
图2 热电偶测温原理
对于同一导体由于两端的温度不同，自由电子的密度也不同，就会在导体的两端形成电
动势，这就是温差电势。温差电势的大小与导体两端的温度差及导体材料的性质有关。温差
越大，温差电势就越大。
对于 A、B 两种导体构成的热电偶回路中，总热电势包括两个接触电势和两个温差电势。
EAB(t，t 0)=EAB(t)-EAB(t0)＋E B(t，t 0)＋E A(t，t 0) （1）
式中，E AB(t)，E AB(t0)——温度为t，t 0时，AB导体的接触电势
EA(t，t 0)——A导线二端温度为t，t 0时的温差电势
EB(t，t 0)——B导线二端温度为t，t 0时的温差电势
由于温差电势远小于接触电势，因此常常把它忽略不计，这样闭合回路中的总的热电势
EAB(t，t 0）为
EAB(t，t 0)= EAB(t)+ EAB(t0)
或 E AB(t，t 0)= EAB(t)- EAB(t0) （2）
由此说明热电势E AB(t，t 0)等于热电偶两接点热电势的代数和。当A、B导体材料确定后，
热电势是接点温度t， t0的函数差。如果一端温度t 0保持不变，即E AB(t0)为常数， 则热电势E AB(t，
t0)就成为另一端温度t的单值函数了，而和热电偶的结构无关。这样，如果t就是被测温度，
那么只要测出热电势的大小，就能判断测温点的温度。这就是利用热电现象测量温度的原理。
从以上的分析可以看出：相同材料组成的热电偶回路，无论两端温度如何，回路的总热
电势为零；热电偶两端温度相等，尽管两导体材料不同，热电偶回路内的总热电势也为零。
热电偶一般都是在自由端温度为 0℃时进行分度的，因此，当自由端温度不为 0℃而为t 0
时，则热电势与温度之间的关系为：
EAB(t，t 0)= EAB(t，0)- E AB(t0，0) （3）
式中，E AB (t，0)和 E AB (t0，0)相当于热电偶的工作端分
别为t和t 0，而自由端为 0℃时产生的热电势。
4.中间导体定律
利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热
电势的数值，而检测仪表往往会远离测温点，这时就需要
将热电偶的两极延长到检测仪表或者将热电偶回路的自
由端t 0断开，接入连接导线C，如图3所示，将热电势引到
检测仪表处。
由于热电极本身不便于敷设，对于贵金属热电偶也很
不经济，因此往往采用引入第三导线 C 的方法，第三种导
体的接入又构成了新的接点，是否会影响热电偶的热电势呢？
3
t
t
0
t
0
A
B
C
C
1
2
图3 热电偶测温系统连接图
由图 3 所示的电路可知，假设在这电路中 2、3 接点温度相同且等于t 0，那么回路的总
热电势E t就等于：
Et=EAB(t)+EBC(t0)+ECA(t0) （4）
根据能量守恒原理可知：多种金属组成的闭合电路中，尽管它们的材料不同，但只要各
接点温度相等，则闭合回路中的总热电势等于零。若使图 3-21 所示的A、B、C三种导体组成
的封闭回路，各接点温度都等于t 0，则总热电势等于零。即：
EAB(t0)+EBC(t0)+ECA(t0)=０ （5）
将（4）代入（3）得：
Et =EAB(t) -EAB(t0) （6）
式（6）和式（2）一样，这就说明在热电偶回路中接入第三种导体，只要保证引入导体
的两端温度相同，则对原热电偶所产生的热电势数值无影响，这就是中间导体定律。
根据中间导体定律，我们就可以用廉价的导体将热电偶的自由端引到检测仪表以保证温
度测量的准确性。
5．补偿导线与冷端温度补偿
由热电偶测温原理可知，只有当热电偶的冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的
单值函数。在实际使用过程中，由于热电偶的冷端靠近设备或管道，因此冷端温度不仅受环
境温度的影响，而且还受设备或管道中物料温度的影响，因此冷端温度难以保持恒定。为了
准确地测量温度，就应当把热电偶的冷端延伸到温度比较稳定的地方。人们发现，某些贱金
属组成的热电偶在一定的温度范围内（100℃以下） ，其热电特性与热电偶非常接近。我们将
这种由廉价金属做成的，热电特性与所配用的热电偶非常接近的，使用目的是为了延伸测温
热电偶热电极的导体，称作补偿导线。
根据热电偶补偿导线标准，不同热电偶所配用的补偿导线也不同，而且补偿导线有正、
负极之分，各种补偿导线的正极均为红色，负极的不同颜色代表不同的金属。常见的热电偶
补偿导线见表 3。
表 3 常用的热电偶补偿导线
线 芯 材 料 绝 缘 层 颜 色
型 号 热电偶分度号
正 极 负 极 正极 负极
SC S（铂铑 10-铂） SPC（铜） SNC（铜镍） 红 绿
KC K（镍铬-镍硅） KPC（铜） KNC（康铜） 红 蓝
KX K（镍铬-镍硅） KPX（镍铬） KNX（镍硅） 红 黑
EX F（镍铬-康铜） EPX（镍铬） ENX（铜镍） 红 棕
JX J（铁-康铜） JPX（铁） JNX（铜镍） 红 紫
TX T（铜-康铜） TPX（铜） TNX（铜镍） 红 白
将热电势转换为对应的温度数值来进行刻度的。各种热电偶的分度表都是在冷端温度t 0
为 0℃的条件下得到的热电势与温度之间的关系。因此，我们虽然可以采用补偿导线将热电
偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和稳定的地方，但此时冷端温度一般
还不是 0℃，这时热电偶的测量值常会随着冷端温度的变化而变化，测量结果就会产生较大
的误差。我们在应用热电偶测温时，必须考虑冷端温度对测量的影响，并加以修正或补偿，
这样才能得到准确的测量结果，一般冷端温度补偿可以采用以下几种方法：
（1）冰点法。把热电偶的冷端置于能保持温度为 0±0.02℃，冰水两相共存的冰点槽
内。则测得的热电势就代表被测的实际温度。由于冰点槽的设置条件十分苛刻，因此冰点法
一般只在实验室或热电偶标定时作精密测量时使用。
（2）计算修正法。在实际使用中，冷端温度不是 0℃而是t 0 时，测得热电偶回路中的
热电势为E(t，t 0），可采用下式进行修正：
E(t，0)=E(t，t 0)+ E(t0，0) （7）
式中，E(t，0)——冷端为 0℃时，测量端为 t 时的热电势
E(t，t 0)——冷端为t 0，测量端为t时的热电势
E(t0，0)——冷端为 0℃测量端为t 0时的热电势，即冷端温度不为 0℃时热电势校正值
用计算补偿法来补偿冷端温度变化的影响，适用于实验室或临时测温，对于工业生产的
连续测量是不实用的。
（3）仪表零点校正法。当热电偶冷端温度比较恒定，配用的显示仪表零点调整又较方
便时，就可以采用调整显示仪表机械零点的方法来实现冷端温度补偿。此方法简单实用，工
业生产中经常应用，不过这种方法有一定的误差，特别是当热电偶的热电势与温度关系的非
线性程度严重，或者室温经常变化时，误差更大。
（4）补偿电桥法。补偿电桥法是采用不平衡电桥产生的直流毫伏信号，来补偿热电偶
因冷端温度变化而引起的热电势变化，又称为冷端补偿器，这种方法补偿精度较高。
对于温度变送器、温度数显仪等许多温度仪表，由于其线路本身已具有自动补偿功能，
因此不需要再外加冷端温度补偿器。
6.热电偶常见故障的分析
热电偶温度计虽然种类多，使用范围广，但由于结构简单，发生故障后主要表现为：温
度信号发生“漂移”及温度示值偏低。
当热电偶或补偿导线发生断路时，热电偶热端的热电势就不能传送到显示仪表处，使显
示仪表的示值会产生漫无目的的“漂移”。
从热电偶温度计的测温原理可以知道，热电偶温度计温度测量的准确性，取决于热端温
度产生的热电势及冷端温度产生的热电势。即：
E(t，0)=E(t，t 0)-E(t0，0) （8）
由上式可知，当热端温度产生的热电势减少或冷端温度产生的热电势增加，都会使显示
仪表的示值较实际温度值偏低。
当热电偶发生轻度或中度
损坏时 （见表4） ，在相同温度下，
产生的热电势往往偏小。
当热电偶的插入深度不够
时，热电偶的热端所感受到的温
度，就不是被测点温度，仪表的
示值往往会偏低。
当热电偶套管在介质的冲
刷下，发生磨损，出现裂缝产生
渗漏时，介质与热电偶直接接
触，加快热电偶的腐蚀、变质与
损坏。有的介质会在热电偶的热端产生结垢，使得仪表示值偏低或滞后。
表 4 补偿导线损坏情况一览
从颜色观察电极
损坏程度
铂铑-铂
镍铬-镍铝/镍铬-考
铜
轻 度
呈灰白色,有少量光
泽
有白色泡沫
中 度 呈乳白色,没有光泽 有黄色泡沫
较严重 呈黄色,硬化 有绿色泡沫
严 重 呈黄色,脆,有麻面 碳化,成糟渣
当导电介质渗入保护套管，使热电偶发生短路，就相当于产生了一个新的热端，仪表的
示值，只能反映该热端的温度；由于导电介质使热电偶发生短路，其稳定性较差，因此仪表
示值就呈现出不稳定状。
补偿导线若发生短路，也即产生了一个新的热端，显示仪表只能显示此热端的温度，当
然由于这个热端不在被测设备或管道内，因此所测得的温度必然远远小于实际温度。
当冷端温度发生变化，而补偿过度或补偿不力时，都会产生测量误差。
使用热电偶测温时，必须要选用与热电偶的热电性能相近的补偿导线，将热电偶的冷端
延伸到远离热端，且温度变化小的地方，以保证测量的准确性。如果补偿导线与热电偶不匹
配，或用普通导线代替补偿导线，这就起不到延伸冷端的作用，冷端温度的变化必然会影响
到仪表的示值。
当补偿导线与热电偶的正负端接反时，在接触处就会产生新的接触电势，这个接触电势
会随着环境温度等变化，它会抵消热端的接触电势，使指示偏低。其偏低的程度应视每种型
号的热电偶而不同。
当热电偶与补偿导线在接线盒内接触不良，如接线松动，接触面产生氧化层等，也就相
当于在热电偶的冷端产生了一个随环境温度等变化的新的不稳定的接触电势，由于这个接触
电势的存在，使显示仪表的示值不稳定。
1.5 热电阻温度计
在中低温区，一般是使用热电阻温度计进行温度测量的。
1.热电阻测温原理
热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度成一定函数关系的原理实现温度
测量的。其关系式为：
Rt=R0[1+α(t-t 0)] （9）
式中，R t—温度为t时的电阻值
R0—温度为t 0（通常为 0℃）时的电阻值
α—电阻温度系数
由上式可知：温度的变化，导致了导体电阻的变化。电阻温度计就是把由于温度变化所
引起的导体电阻的变化，通过测量电路测量出来，然后由显示仪表给予显示。
2.热电阻的种类及特性
按照热电阻温量原理，各种金属导体都可以作为热电阻材料用于温度测量，但在实际中
应用最广的是铂、铜两种金属材料。工业上已定型生产的常用热电阻有铂电阻和铜电阻。
铂热电阻由纯铂丝绕制而成，其使用温度范围为-200～850℃。铂电阻的特点是精度高、
性能可靠、抗氧化性能好，物理化学性能稳定，且有良好的工艺性。工业上使用的铂电阻主
要有分度号为Pt100，它的R 0=100Ω。
铜热电阻一般用于-50～150℃范围的温度测量。它的特点是电阻温度系数大，电阻值与
温度之间基本为线性关系，其缺点是体积较大，电阻率低，易氧化，工业上使用的铜电阻有
分度号为Cu50 和Cu100 两种。其R 0分别为 50Ω和 100Ω。
3.热电阻的结构
热电阻按结构可以分成普通热电阻和铠装热电阻两大类。
普通热电阻是由电阻体、保护套管、引线和接线盒组成。电阻体就是将电阻丝双线无感
缠制在绝缘骨架上，然后进行绝缘密封；引线就是将感温元件引到接线盒；保护管的作用与
热电偶保护管相同。
铠装热电阻由电阻体，引线、绝缘粉末及保护套管整体拉制而成。其特点是：外型尺寸
小、响应速度快、抗振、可挠，使用方便。
4.热电阻常见故障的分析
电阻体温度计是基于热电阻的电阻值随温度而变化的原理测量温度的。因此电阻体温度
计的种种故障都可以归结到电阻体温度计的断路和短路两大问题上。
当热电阻体或保护套管损坏，热电阻体的电阻丝断路时，整个测量回路开路，使得显示
仪表的测量桥路不能平衡，显示仪表将指示最大值。
当热电阻的保护套管损坏，介质进入保护套管，使热电阻发生了局部短路时，对于显示
仪表的测量回路而言，就是电阻值的减少，因此仪表的示值会偏低，甚至指示零下。
当热电阻的接线盒内由于尘埃、震动等使热电阻的引线与连接电缆接触不良时，就会使
测量回路的电阻值发生变化，且往往是不稳定。因此显示仪表的示值也常常是不稳定。
热电阻是通过连接电缆采用三线制或四线制与显示仪表相连接的，因此连接电缆的故障
也会使显示仪表工作不正常。
1.6 温度变送器
热电偶、热电阻是用于温度检测的一次元件，它将温度信号转换成热电势及电阻值信号。
温度变送器就是实现将热电势及电阻值信号转换为统一标准信号的装置。
温度测量是化工生产装量最重要的测量之一。由于电子技术的飞速发展，温度变送器的
种类，结构甚至工作原理都发生了较大的变化。根据安装位置的不同可分为盘装式温度变送
器和一体化温度变送器。根据性能的不同可分成模拟温度变送器和智能温度变送器。
1.模拟温度变送器
电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种，模拟式温度变送器，可以和常用
的各种热电偶，热电阻配合使用，将热电势或热电阻值转换成 4～20mADC、1～5VDC 的统一
标准信号输出。
电动温度变送器的结构大体上可分为输入电路、放大电路和反馈电路，其原理框图如图
4 所示。
输入电路的功能主要是
将温度检测元件的电势或电
阻值转换成毫伏信号。热电
偶温度变送器的输入电路主
要是一个冷端温度补偿电
桥，它的作用是实现热电偶
冷端温度补偿和零点调整。
热电阻温度变送器的输入电
路包含线性化功能，用以补偿热电阻阻值变化与被测温度之间的非线性关系。
温度检测
元件
被测温度
输入电路 放大电路
反馈电路
输出电流
I
0
-
图4 温度变送器原理框图
放大电路的功能是将由输入电路来的毫伏信号进行多级放大，将放大后的输出电压信号
转换成具有一定负载能力的 4～20mADC 的标准电流输出信号。
反馈电路的作用是使变送器的输出信号与被测温度有一对应关系。放大路与反馈电路组
成的负反馈电路，起着电压一电流转换器作用。
2.一体化温度变送器
一体化温度发送器是一种安装在现场的温度变送器。它分为整体式温度变送器和分体式
温度变送器二种。
整体式温度变送器将热电偶或热电阻等测温元件和温度转换模块制成一体，直接输出
4～20mA 电流信号，也有的一体化温度变送器还包括显示表头，实现了温度传感、变送和显
示一体化；分体式温度变送器可以根据需要将温度变送、显示和测温元件分开安装。
一体化温度变送器直接安装在现场，输出是具有恒流性能的 4～20mA 直流电流，因此不
仅可以省去了价格昂贵的补偿导线和线路电阻的配制，而且大大提高了测量回路的抗干扰能
力，减少了信号传递失真。一体化温度变送器的组件模块化，限压限流，因此更容易构成本
安测量回路。温度转换模块体积小，可以安装在热电偶或热电阻的接线盒内，维护的工作量
很小。
一体化温度变送器由测量电路、电压放大器、稳压电路、电压电流转换、非线性校正环
节和反极性保护等组成。图 5 为一体化温度变送器的原理框图。
被测热电阻 R 或 TC 的电势经测量电路被转换为相应的电压输出，此电压信号经过高性
能电压放大器的放大，最后经过电压
电流转换，输出 4～20mA 直流电流信
号。
24VDC
0
4～20mA
-
+
测
量
电
路
稳压
反极性
保护
电压
由于被测温度与热电偶的热电势
放大
电压电
流转换
非线性
校正
图5一体化温度变送器原理框图
是非线性关系，因此需要进行非线性补偿。补偿环节串接在电压放大器的反馈回路中，可以
改变电压放大器的放大倍数。
稳压电路是保证供给测量电路、放大器和转换器的电压稳定；反极性保护是一个二极管，
防止电源接反后会损坏仪表。
一体化温度变送器的校验非常简单。在现场进行校验时，可利用原信号电缆供给 24VDC
电流。在变送器的输入端接入相应的信号发生器，在输出端串接标准电流表。
然后，根据温度变送器的测量范围输入相应的信号，读取其输出电流，如偏差较大，可
以反复调整温度变送器的零点和量程电流器，直至符合变送器的精确度的要求。
3.智能温度变送器
智能温度变送器由于运用了计算机技术，采用了数字化电路，从而使变送器的功能更强，
精度更高，质量小，安装维护方便。
智能温度变送器主要由硬件和软件两部分组成，其硬件部分由输入板、主电路板和液晶
显示器构成，如图 6 所示。
输入板
信号输入
主电路板
液晶显示器
信号输出
图6 智能温度变送器基本构成框图
输入板包括多路转换器，信号调理电路，A/D
转换器和信号隔离部分组成，其作用是将由温度传
感器来的输入信号转换成二进制的数字信号，传送
到主电路板的 CPU 上，并实现输入板与主电路板的
信号隔离。
主电路板包括微处理器系统，通讯控制器，信
号整形电路，本机调整部分和电源部分。
液晶显示器是一个微功耗的显示器，可以显示四位半数字的五位数字，用于接收主电路
板中 CPU 的数据并加以显示。
软件部分由系统程序和功能模块两部分构成，系统程序使变送器的各硬件电路能够正常
工作并实现所规定的功能，同时完成各组成之间的管理。功能模块给用户提供了各种功能，
可以根据需要进行选择。
数字智能温度变送器的数字通信方式有符合 HART 协议的， 也还有采用 FF等协议的现场
总线通信方式的。
4.温度变送器的检验
温度测量是石化生产装置的重要检测项目，它与安全生产、节能、高效都有着密不可分
的关系，温度变送器担负着将检测信号转换为标准信号的任务。因此温度变送器的准确与否
将直接关系到温度测量的准确性。而温度变送器在长期的运行中，由于元器件的性能变化，
电源电压的波动及各种干扰的影响常常会造成温度变送器的零漂，超差等。为确保其测量的
准确，必须定期进行检验。
温度变送器的种类很多，但校验的方法大同小异。
一体化温度变送器的校验非常简单，在现场进行校验时可以利用原信号电缆，从控制室
供给 24V 直流电源，在变送器的信号端接入信号发生器，在输出端串接标准电流表。然后，
根据温度变送器的测量范围输入相应的测量信号，读取其输出电流。如偏差较大，可以反复
调整温度变送器的零点和量程电位器，直至符合温度变送器的准确度要求。
1.7 测温仪表的安装
测温仪表应按以下工序安装：
（1）对工艺设备管道上的温度取源部件进行定位、开孔及取源部件的焊接；
（2）保护套管及感温元件的安装及接线；
（3）有些温度取源部件需要安装在砌体或浇注体内，必须在施工过程中与有关专业密
切配合。在砌筑或浇注时，及时将温度取源部件或温度计埋入；
（4）仪表安装（压力式温度计的安装还包括测温包安装，毛细管敷设等项） 。
1.测温元件的安装
接触式温度计测得的温度都是由测温元件决定的。在正确选择了测温元件和显示仪表之
后，若不注意测温元件的正确安装，测量精度将得不到保证。工业上，一般按下列要求进行
安装。
（1）正确选择测温点 由于接触式温度计的感温元件是与被测介质进行热交换而测量
温度的，因此，必须使感温元件与被测介质能进行充分的交换，感温元件放置的方式与位置
应有利于热交换的进行，不应把感温元件插至被测介质的死角区域。
（2）测温元件应与被测介质充分接触 应保证足够的插入深度，尽可能使受热部分增
加。对于管路测温，双金属温度计的插入长度必须大于敏感元件的长度；温包式温度计的温
包中心应与管中心线重合；热电偶温度计保护管的末端应超过管中心线 5～10mm；热电阻温
度计的插入深度在减去感温元件的长度后，应为金属保护管直径的 15～20 倍，非金属保护
管直径的 10～15 倍。为增加插入深度，可采用斜插安装，当管径较细时，应插在弯头处或
加装扩大管，如图 8-2 所示。根据生
产实践经验，无论多粗的管道，温度
计的插入深度为 300mm 已足够，但一
般不应小于温度计全长的 2/3。
图7 测温元件安装示意图之一
测温元件应迎着被测介质流向插
入，至少要与被测介质流向成正交（成
90
0
）安装，切勿与被测介质形成顺流，
如图7 所示。
（3）避免热辐射，减少热损失
在温度较高的场合，应尽量减小被测
介质与设备（或管壁）表面之间的温
差。必要时可在测温元件安装点加装
防辐射罩，以消除测温元件与器壁之
间的直接辐射作用，避免热辐射所产生的测温误差。
图7 测温元件安装示意图之二
如果器壁暴露于环境中，应在其表面加一层绝缘层（如石棉等），以减少热损失。为减
少感温元件外露部分的热损失，必要时也应对测温元件外露部分加装保温层进行适当保温。
（4）安装应确保正确、安全可靠 在高温下工作的热电偶，其安装位置应尽可能保持
垂直，以防止保护管在高温下产生变形，若必
须水平安装时，则插入深度不宜过长，且应装
有用耐火黏土或耐热合金制成的支架，如图 8
所示。
（a）弯曲情况 （b）用支架安装
图8热电偶水平安装情况
在介质具有较大流速的管道中，安装测温
元件时必须倾斜安装，以免受到过大的冲蚀，
若被测介质中有尘粒、粉物，为保护测温元件
不受磨损，应加装保护屏。
凡在有压设备上安装测温元件，均必须保证
其密封性，可采用螺纹连接或法兰连接，在选择
测温元件插入深度 z 时，还应考虑连接头 H 的长
度，如图9 所示，当介质工作压力超过 1OMPa 时，
还必须另外加装保护外套。薄壁管道上安装测温
图9 测温元件安装示意图之三
元件时，需在连接头处加装加强板。
热电偶、热电阻接线盒面盖应向上密封，以免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中而影
响测量。接线盒的温度应保持在 100℃以下，以免补偿导线超过规定温度范围。
在有色金属设备上安装时，凡与设备接触（电焊）以及与被测介质直接接触的部分，其
有关部件（如连接头、保护外套等）均需与工艺设备同材质，以符合生产要求。
2.压力温度计安装要求
对于充液体的压力式温度计，应使测温包与表计尽量处于一个水平面上，以减小由于静
压引起的误差；毛细管安装应引直，每相隔 300mm 用扎头固定，毛细管最小弯曲半径不小于
50mm；温包应完全插入被测介质中，以减少因导热引起的误差。
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