热电偶与红外测温仪研究比较

测试和认证在北美市场占有重要地位。经认证并具备权威认证标志的产品将受到消费者的青睐。在北美市场出售的众多工控、电源以及电气产品等都要求进行温度测量，确保产品的安全。本文将着重介绍两种测量方法，即热电偶与红外测温，并对这两种方法进行比较和概括。通过对北美标准对测温方法要求的要求，来更多的帮助国内厂商了解相关规范，为其产品的生产和出口提供建议。
一、温度测量的基本概念
温度是度量物体冷热程度的物理量，在生产和科学试验中占有极其重要的地位，是国际单位制（SI）中7个基本物理量之一。从能量角度来看，温度是描述系统不同自由度间能量发布状况的物理量；从热平衡观点来看，温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量；从微观上看，温度标志着系统内部分子无规则运动的剧烈程度，温度高的物体，分子平均动能大，温度低的物体，分子平均动能小。
早期人们以人的器官感觉出发，凭感觉到的或接触到的冷热程度区别温度的高低。这样得出的结果往往不可靠、不准确。研究表明，几乎所有物质的性质都与温度有关，例如尺寸、体积、密度、硬度、弹性横量、破坏性强度、电导率、导磁率、光辐射强度等，利用这些性质及其随温度变化规律可进行温度测量。也就是说，温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
二、主要测温方法介绍
温度测量方式有接触式和非接触式两大类。
1．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法，即为接触式测温法。例如利用介质受热膨胀的原理的水银温度计、压力式温度计和双金属温度计等。还有利用物体电气参数随温度变化的特性来检测温度。例如热电阻、热敏电阻、电子式温度传感器和热电偶等。
接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测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，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。
2. 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触。实现这种测温方法可利用物体的表面热辐射强度与温度的关系来检测温度。有全辐射法、部分辐射法、单一波长辐射功率的亮度法及比较两个波长辐射功率的比色法等。非接触式仪表测温的测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。
三、标准要求
基本上所有的CSA和UL电气产品标准都要求进行温升测试，而且会详细要求测试条件，例如产品的输入电源、负载要求和测试环境等；测试方法，例如安装位置和使用测温方法等；测试时间；判断准则，温升的最大值和附带测试等。在测试方法中，会对测温的方法进行规定，通常有对热电偶的要求是30AWG（0.51平方厘米）,铁－康铜（分度号J）或铜－康铜（分度号T）和相配合的记录仪器
例如标准CSA C22.2 No 0 General Requirements –Canadian Electrical Code, Part II., 6.2。5 条款有如下要求：
“Thermocouples shall have No. 30 AWG conductors,… If referee temperature measurements are necessary, thermocouples having No. 30 AWG conductors shall be used. Thermocouples with gauge sizes smaller than No. 30 AWG may be used for measurement of miniature circuitry and components.”
例如标准UL1492 Audio-Video Products and Accessories，68.6条款就有如下要求：
“…When thermocouples are used in the determination of temperatures, it is common practice to use thermocouples consisting of No. 30 AWG iron and constantan wires and a potentiometer-type instrument…”
四、热电偶测温原理，方法和适用范围
1．热电偶测温基本原理 ：
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，如图所示。当导体和的两个接点T1和T2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。


热电偶原理图
2．热电偶的种类
热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶。我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
3．热电偶的结构形式
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
4．优点：
热电偶是实验室最常用的温度检测元件之一，为接触式。其优点是：
a 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
b 测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）
c 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。．
五、红外测温原理，方法和适用范围

1．红外测温原理
物体处于绝对零度以上时，因为其内部带电粒子的运动，以不同波长的电磁波形式，向外辐射能量，波长涉及紫外、可见、红外光区，但主要处于0.8-0.15µm的近、中、外红外区。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
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