温度检测

温度与测温的基本问题

温度是表征物体冷热程度的物理量。它不能像长度、质量那样直接与标准量比对，只能借助冷热不同的物体之间的热交换，或借助物体某些物理性质随冷热程度变化的特性，进行间接测量。对于把温度转换为电信号的测温系统，通常包含两个环节：一是敏感元件与被测对象之间建立热交换通道，二是把敏感元件的某种物理性质变化转换成电信号。但并非所有测温系统都如此：玻璃管液体温度计依靠液体体积膨胀直接机械示值，不输出电信号；非接触式光学、光谱或辐射测温也不要求敏感元件与被测对象达到热平衡。

接触式测温

接触式测温要求温度敏感元件与被测对象接触，依靠热传导进行热交换。当被测介质与感温元件达到热平衡时，温度敏感元件与被测介质的温度相等，此时敏感元件的输出就代表被测温度。

按所利用的物理效应，接触式测温可细分为：体积变化（固体热膨胀——双金属温度计；液体热膨胀——玻璃管液体温度计；气体热膨胀——气体温度计、充气式压力温度计）、电阻变化（金属热电阻、半导体热敏电阻）、热电效应（热电偶）、频率变化（石英晶体温度传感器）、光学特性（光纤温度传感器、液晶温度传感器）、声学特性（超声波温度传感器）。

接触式测温的优点是结构简单、工作可靠、测量精度高、稳定性好、价格低廉。其代价是：

• 存在较大的滞后现象，因为敏感元件本身有热容量，达到热平衡需要时间；
• 不适宜测量运动物体；
• 测温范围受感温元件材料性质的限制；
• 被测对象的温度场受接触传感器的影响——敏感元件从被测对象吸热或放热，会改变被测对象原有的温度分布。

课件进一步指出，接触式测温中敏感元件会从被测物吸热或向被测物放热，扰动方向取决于两者初始温度及换热条件，不一定降低被测物温度；为减小这种扰动，要求被测物热容量足够大。同时还要考虑被测物可能具有腐蚀性的风险。典型应用是体温计。

非接触式测温

非接触式测温时温度敏感元件不与被测对象接触，通过热辐射实现热交换。物体辐射能的大小与温度高低有关，辐射以电磁波形式向四周散发；选择合适的接收检测装置，便可测得被测对象发出的热辐射能量，并转换成可显示的各种信号，从而实现对温度的测量。

按热辐射的利用方式，非接触式测温可分为亮度法（光学温度计、光电亮度温度计）、全辐射法（全辐射温度计）、比色法（比色温度计）、红外法（红外温度传感器）；此外还有利用气流变化的射流温度传感器。课件把非接触式测温归纳为热辐射、光辐射、比色、光电及热电式等模块，并指出其适用于高温测量，1800℃以上的高温测量较常用。

非接触式测温的优点是：不接触被测物体、对被测温度场扰动很小（辐射接收仍会接收能量，并非严格零扰动）、连续测量无消耗、反应快；可测高温、腐蚀、有毒、运动物体以及固体或液体表面的温度。缺点是测量精度较低，使用中测量距离和中间介质对测量结果有影响。

光纤温度检测

光纤温度传感器既可用于接触式，也可用于非接触式。课件指出，光纤式温度计利用光纤的温度特性及传光介质实现测温，典型形式包括光纤温度传感器和光纤辐射温度计。光纤辐射温度计属于非接触式，它把被测对象的热辐射经光纤传输到检测器，从而把辐射测温的探头与信号处理部分分离，适合在空间受限或环境恶劣的场合使用。

两类方法的比较

符号与单位

温度的基本单位是开尔文（K），工程中常用摄氏度（℃）。热力学温度 T 与摄氏温度 t 的关系为 t = T - 273.15，式中 t 的单位为 ℃，T 的单位为 K。热辐射能量、辐射功率等量在辐射测温中作为中间被测量，其单位依具体检测方式而定。