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1、第四讲 温度测量 的基本方法,一.概述 1.概念 温度是表征物体冷热程度及周边环境的物理量。 温度不能直接衡量（比较），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 不同而变化的特性来间接测量。 接触测温量物体的某一物理量（如液体体积、导体电阻）必须是连续的、单值 的、复现的。非接触测温则需响应快速，不易受物质腐蚀的某物体。 2.重要性 3.直接测量 与间接测量,二.温标,1.摄氏温标 定义为：水银体膨胀是线性的，标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等 分格为摄氏1度。标记为 。 2.华氏温标 同上，纯水冰点为32F ，
2、沸点为212F ，两点间等分180格，每等分格为华氏1 度，标记为F 。可以有： =（F-32） 5/9 3.热力学温标 又称绝对温标。是一种理想温标 4.国际温标 定义为：热力学温度（符号T）是基本的物理量，其单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热 力学温度的1/273.15。规定 了17个温标定义固定点，还有基准温度计和插补公式。,测量温度的方法,常用温度测量仪表,热膨胀式温度计 热电偶温度计 热电阻测温仪表 非接触式测温,三.玻璃液体温度计,1.原理 2.结构和类型 棒式、内标式、外标式 3.特点： 1）测量范围广，为-200 600 2)结构简单，使用方便，价格便宜，精确 3）观
3、察、监测不便。 4）易损坏。 4.读数方法 视线应与温标垂直，水银温度计应在凸面最高点读数，水和无机液体温度计应在凹面最低点读数。,感温包,显示,变换,传感,四.固体膨胀式温度计,1.双金属温度计 1）感温元件 2）测温原理 3）定义 4）分类 5）特点 2.杆式温度计 精度低，体积大,五.压力式温度计,1.工作原理与结构形式 2.蒸气压力表式温度计 1）原理 2）工作液体 3）结构 毛细管 4）特点,第五讲 热电偶温度计,一.热电偶的好处： 结构简单、测温范围广、准确度高、热惯性小、输出为电信号、便 于远传与转换等 二.测温原理 由两 种不同导体（或半导体）组合成闭合 回路，当两 导体A与B
4、相边处温度不同（ 0）时，则回路中产生热电效应（也称之为塞贝克效应），所产生的电势称热 电势EAB（， 0 ）。它由两部分组成，即汤姆逊温差电势E( ， 0 )和珀尔贴电势EAB。,0,A,B,EA(, 0),EB(, 0 ),EAB(),EAB(0),表面热电偶,热电偶,接触电动势与温差电动势,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,一,+,-,一,一,一,+,-,高温,低温,电子密度大,电子密度小,接触电动势,温差电动势,三.热电偶的三大定律,1.均值导体定律 一种导体组合成闭合回路，无论是否顾在温度梯度，均不能产生电势。 2.中间导体定律 在热 电偶回路中加入
5、第三种导体，只要插入导体的两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。 3.中间温度定律 热电偶在接点温度A、B两点之间的电势等于该热电偶在接点温度A、C与C、B 时的热电势之和。即EAB(, 0)=EAB(, n) +EAB(n, ) 由此有统一的热电偶分度表，可用补偿导线代替贵重金属。,四.结构形式,T型（铜-康铜）热电偶,温度范围 -200400 型号 I型 -40350，0.5 或者0.4% II型 -40350，1 或者0.75% III型 -20040，0.5 或者1.5% 如果参考端为0，则测量端为100时，热电势值为4.26mV。作为粗略估算，可以认为在0100范围内，电势值随测量
6、端温度线性变化。 测量仪器 毫伏表（电位差计）,五结构型式,1.普通型工业用热电偶 它由热电极、绝缘瓷管、（接线盒、接线座、接线柱）和保护套管所组成。 ？材料 2.铠装热电偶 ?结构 ？测量端形式 ？材料 ？优点：热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐 冲击，搞振动，寿命长，适用于各种工业测量。 3.小惯性热电偶 ？快速薄膜热电偶 特点 4.其它热电偶,六.冷端补偿方法,1.冰浴法 实验室用 ?广口保温瓶，(内有冰块混合，有两只试管（试管直径15mm，内盛变压器油)插入深度 100mm，有盖密封。 结构，系统原理图 2.计算法 在常温下测量，测出热电势，用分度表查出常温下的热电势
7、，二者相加，用分度表扫求出温度数值来。 例3-1：用镍铬镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度n = 25 ,EAB（, n） = 40.347mV，由分度表查得EAB( n，0 )=1.00mV，则： EAB(,0) = EAB（,n)+ EAB( n,0 )= 40.347+1.00 = 41.347mV 同样，用分度表查得=1002 。 3. 校正仪表机械零点法 EAB（,n)+ EAB( n,0 )= EAB(,0) 4.补偿电桥法 ？不平衡电桥 ？原理,七.应用,1.热电偶串联 提高测量精度，求微小温度 2.并联 求平均温度 3.反接 直接求温差，可间接求其它有关温差的量值 。,八.误差,对
8、热电偶仪表系统进行误差分析 ?1.系统误差 1）.工具误差与环境影响方面： 2）.方法误差方面： 3）.测试人员误差方面： ?2.随机误差方面，不可消除的误差因素： ?3.粗大误差方面： 我们应该合理地配置仪器设备进行必要的测试、调试工作，还要注意合适的测量 方法 ，配备合适的测量人员，一般应该做到多次测量取平均值 ，同时应注意保养和校验工作。 当然对于非精确测量，可以适当放宽要求。,第六讲 热 电 阻,一.概述 1.优点 是结构简单、精度高、使用方便等尤其是功率大，无冷端补偿问题 ，对于热敏半导体温度计，又没有热惰性大的缺点 。 2.原理 是金属（或半导体）的电阻随着温度的升高而升高（或降低
9、），用显示仪表测出热电阻的电阻值 ，从而可得到与电阻值相应的温度值来。 3.条件： （1）电阻温度系数大； （2）复现性好，复制性强，互换性好； （3）电阻率大； （4）价格便宜，工艺性好。,二.分类,1.金属热电阻 1)铂电阻 ，为标准化热电阻，性质稳定，常做基准温度计使用。测温范围为-200 500 ，电阻丝直径d=0.050.07mm，电阻温度系数小，为3.83.9 10-3，近线性，价格贵。 R =R0（1+A +B2） 2)铜热电阻 -5050 ,丝径为0.1mm,线性，电阻温度系数大，为434310-3，价格廉。也容易制造。 3)镍热电阻，-50100 ，丝径为0.5mm，线性较差
10、，常用于空调系统中，其电阻温度系数为6.36.7 10-31/ 。,2).半导体温度计 1.半导体热敏电阻温度计 测量范围为-100300 。 有较大的负温度系数，约为-26*10-2(1/ ),配用的二次仪表简单，灵敏度高，传6感器体积小，构造简单，可以测量点温度和动态温度。 缺点：测温范围较窄，温度系数电阻变化呈非线性，复现性差，稳定性差。 结构：珠形、杆形、片形等 ，测量线路彩不平衡电桥。,2.热敏二极管温度计 原理 ：当流过晶体管的电流恒定量，二极管P-N结因温度变化而电压随着变化，由此可测温。 与热敏电阻相比：有温度与电压的线性关系，更有-2.4mV/的灵敏和0.1的灵敏限，又成本低
11、，重复性与稳定性好。 ？若给予硅电压不整流器来恒定电流，或自制恒流源，则温度的精度可达0.1，且易实现数字化。,三构造与误差分析 （略）,1.构造大部同热电偶 ？ 也有不同之处 2.误差分析方法一致 内容大部相同，但不完全一样。,铂热电阻,测温范围 -200650 工业应用 W(100)=1.3871.390，标准铂热电阻 W(100) 1.3925 命名 Pt10、 Pt100、Pt500 性能稳定，重复性好，精度高 阻值与温度的关系近似线性 较贵,铜热电阻,测温范围 -50150 性能稳定 阻值与温度的关系呈线性关系 较便宜铜容易加工提纯,半导体热敏电阻,电阻温度系数为负值 测温范围-40
12、350 ，不能用于350以上 电阻温度系数的绝对值比金属热电阻大10100倍，电阻值比铂热电阻高14个数量级，可以采用精度 较低的显示仪表 电阻温度系数与温度成反比，=-B/T2，电阻值随温度按指数曲线变化，Rt= Rt0exp(B/T) 稳定性及互换性差 较便宜,热电阻测温电路,平衡电桥测温 不平衡电桥测温 有源电桥式热电阻数字仪表测温 有源四线制热电阻测温,四显示仪表,1.动圈式指示仪表(配热电阻，要求线路电阻5或2.5 ）,33VAC变压器,硅整流器,测量电桥,三线制,热敏电阻,动圈仪表,N S,配热电偶的动圈式仪表,外线路总电阻为15,热电偶,冷端补偿电桥,刻度表,量程调整电阻,限流电
13、阻,2.电桥法,1.平衡电桥,二线制 三线制,被测电阻,G,2.不平衡电桥,指示电桥不平衡时的电流对应值,电桥采用三线制，在下限值 （电桥平衡）得到全补偿，在其它点仅得到部分补偿，已经足够。 3.自动平衡电桥,被测热电阻,平衡电桥二线法,G,R1,R2,R3,RW2,RW1,Rt,a,b,c,d,电源电压和稳定性一般不影响测量结果 如果不计RW随温度的变化，Rt与r1成线性关系 RW随温度变化会引起测量误差,R0,不平衡电桥法,连续自动显示，结构简单，价格便宜 Rt与I成非线性关系 电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源 连接导线电阻随温度变化会引起测量误差，三线接法可以削弱,4
14、非接触式测温,普朗克定律，即,波长，m T黑体的绝对温度，K e自然对数的底数 C1第一辐射常数，其值为3.74310-16W C2第二辐射常数，其值为1.438710-2mK,在3000K以下，波长较短的可见光范围内，可用维恩公式，其误差不超过1%。 单色辐射强度峰值处的波长和温度T之间的关系,绝对黑体的全辐射定律,若要得到波长从0之间全部辐射能量的总和，可把Eb对 (0)进行积分即全辐射能量为 斯蒂芬玻尔兹曼常数，等于4.9610-8 绝对黑体的全辐射能量和绝对温度的四次方成正比。,实际物体的光谱辐射出射度于温度、波长的关系为 波长下实际物体的光谱辐射强度 实际物体在波长下的光谱发射率（黑
15、度）。 把公式代入，即： 实际物体全部光谱辐射强度总和为,光学高温计,光学高温计就是利用受热物体的单色辐射强度（在可见光范围）随温度升高而增长的原理来进行高温测量的仪表。当物体的黑度系数越小，则亮度温度与真实温度间的差别也就越大。因为01，因此测得物体的亮度温度始终低于其真实温度。 缺：测温准确度比热电偶热电阻低，构造复杂、价格昂贵、不能测内部温度,光学温度计的结构和影响因素,（1）光学温度计的结构 光学系统 电测系统 （2）光学高温计的影响因素 非黑体的影响 中间介质的影响 应尽量做到不在反射光很强的地方进行测量，否则要产生误差。,全辐射高温计,构造和原理 全辐射高温计是根据全辐射定律制作的
16、温度计。 使用全辐射高温计的注意事项 全辐射体的发射率随物体的成分、表面状态、辐射条件和温度的不同而不同，因此应尽可能准确地确定被测物体的，以提高测量的准确度。 被测物体与高温计之间的距离L和被测物体的直径D之比（L/D）有一定的限制。 使用时环境温度不宜太高，否则会引起热电堆参比端温度升高而增加测量误差。,光电高温计,光电高温计依据的是光谱辐射亮度的原理，采用光电器件作为仪表的感受元件，替代人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，该信号对应于被测物体的温度。 优：可以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值 缺：更换反馈灯或光电器件时，必须对整个仪表进行 重新调整和刻度,红外测温仪,红外测温仪表是一种测温上限较低的仪表，可测量0400范围的温度。 红外测温仪由光学系统、红外
