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1、上次课的内容：一次风测量,压力计种类 平均流速测量 一次风量计算 （温度测定）,二次风的温度 7001250,一次风的温度 0150C,第四讲二次空气量测量与计算,之温度测量,测温方法与测温仪表,温度不能直接测量，而是借助于物质的某些物理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变化量的测量间接地获得温度值。 根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触法与非接触法两大类。,一.测温方法,1.接触法 当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。 特点：温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达
2、到热平衡。,(一)、温度所能引起的变化,热的机械效应：,固体热膨胀,气体的热效应,流体热膨胀,热的幅射效应：,可见光,红外光,弹性系数变化,二测温仪表,热的电效应：,金属的热电效应,半导体的热电(赛贝克)效应,热释电效应,热的化学效应,化学平衡的影响,传递过程的影响,相平衡的影响,化学反应速度,热的其它效应: 电阻的热效应、热磁效应、介电常数的温度效应、 PN结的温度效应、温度对液晶的选择透光性、温度对吸收系数的影响等。,2.非接触法 利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法。 (1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计： 特点：不与被测物体接触，也不改变被测物
3、体的温度分布，热惯性小，便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度。 。 通常用来测定1000以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。,（二）、膨胀式温度计,膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计，主要有液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计三种。,1液体膨胀式温度计 . 测温原理 . 主要特点 . 分类,.使用前必须经过校正，尤其是用了较久的温度计。零点漂移和小泡等原因会造成测量误差。 . 温度计保存和安装时都应使温度计直立，且温包应在下面。 . 使用时检查液柱是否脱离，测温包内是否含有气泡。液柱脱离:缓慢加热或轻微振动来消除。测温包进入气泡:将温度计置于低温，使液体进
4、入温包，然后轻轻抖动使气泡逸出。,温度计的使用,. 测量流体温度时，温度计应逆流向安装或与流向垂直或有一定倾斜角，不能顺向安置，而且测温套管的插入深度要达到中心线。它一般用来测量0-500的温度，如环境温度，蒸汽温度，生料、煤粉、油及煤气等温度。,对玻璃温度计浸入方式的修正,大多数玻璃液体温度计都是按全浸入方式校准的，因为半浸入方式校准的温度计会由于环境温度的变化引起较大的测量误差。但是，全浸入型温度计全浸入测量时读数困难，于是，往往采用全浸入型温度计半浸入测量，然后加以修正的方法来解决这个问题。,2固体膨胀式温度计,它是利用两种线膨胀系数不同的材料制成，有杆式和双金属片式两种。,1）杆式温度
5、计： 杆式温度计是利用金属材料做感温元件，靠材料随温度的变化而伸缩的原理制成测温仪表，其仪表结构如图 2）双金属片式温度计： 这是一种利用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起构成的一种温度计。如图所示：,3、压力式温度计,它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。,感温元件（温包和接头管）、毛细管和盘簧管（或弹簧管）等元件构成一个封闭系统，系统内充填的工作物质：气体、液体或低佛点液体的饱和蒸气等。 测量时温包被置于被测介质中，温包内的工作物质（如气体）因温度升高而压力增大，该压力变化经毛细管传给盘簧管并使其产生一定的变形，然后借
6、助于指示机构指示出被测的温度数值。,温包,毛细管,盘簧管,指示机构,压力表式温度计构造,温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件，因此要求它具有高的强度、小的膨胀系数、高的热导率以及抗腐蚀等性能。温包常用黄铜或钢来制造，如用于测量腐蚀性介质的温度，则温包也可用不锈钢来制造。 毛细管是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管,用来传递压力的变化。如果它的直径愈细、长度愈长,则传递压力的滞后现象就愈严重,即温度计对被测的反应越迟钝。然而,在同样的长度下毛细管越细,仪表的精度就越高。 盘簧管或弹簧管就是一般压力表用的弹性元件如磷青铜等。,压力表式温度计,1. 温包的安装 压力式温度计的温包应全部插入被测
7、介质中，如果安装在管道上，应将温包长度的一半处于管道中心线，而且应是自上而下垂直安装。若被测介质对温包材料有强烈腐蚀性，则应将温包装在护套管中。 2. 毛细管安装 毛细管应远离热源或冷源安装，且安装时应引直不应打折。,压力表式温度计的安装,3. 指示部分安装 指示部分高度位置应与温包一致，否则应调零修正； 周围环境温度应较稳定，不低于5和高于60； 周围环境不应有大量粉尘和对仪表有腐蚀性气氛； 不应安装在强烈振动场合，否则应加减震装置。 压力表式温度计结构简单，防震，可远距离测量，但损坏后难修理，不能测点的温度和表面温度。它一般可用来指示或记录热工设备中的各种流体介质温度。,工作介质是气体、液
8、体或蒸气 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度,二、 热电偶温度计,热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。 它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。,1. 热电偶结构 （1）热电极 （2）绝缘套管 （3）保护套管 （4）接线盒,两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应(塞贝克效
9、应)，而这种电动势称为热电势。 热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。,2热电偶的工作原理,参考端 冷端,工作端 热端,B,A,T,T0,热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数； 2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端
10、的温差有关； 3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，则热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。,3接触电势（Peltier效应）,接触电势用EAB(T)表示，其数值可用下式表示 式中 e 单位电荷，4.802X10-10静电单位； K波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K； NA(T)、NB(T)材料A、B在温度为T时的自由电子密度； TA、B接触点的温度，K。,从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低。 温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势
11、也越大。,4温差电势（Thomson效应） 温差电势可表示为 式中符号同前式。,5热电偶闭合回路的总热电势 对于由A和B两种导体组成的热电偶闭合回路，设两端温度接点温度分别为T和T0，且TT0，NANB；那么回路中存在两个接触电势EAB(T)和EAB(T0)，两个温差电势EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的总热电势为,进行推导整理后，可得 对于确定的材料A和B，NA和NB与T的关系已知，则上式可简写成下面的形式 EAB(T,T0)= f(T) f(T0) 如果冷端温度T0保持恒定，这个热电势就是热端温度T的单值函数，即 EAB(T,T0)= f(T) C,从以上式子可以得到如下结论：
12、,热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。 只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。 热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则f（T0）为常数，回路总热电势EAB（T，T0）只是温度T的单值函数。,三、热电偶的基本定律,1均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。,这条规律还要求热电偶的两种材料必须各自
13、都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均匀性引入误差。,2中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。 同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。,该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。 该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。,3中间温度定律 热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的热电势，等
14、于接点温度为T、TN和TN、T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0),该定律说明当热电偶参比端温度t00时，只要能测得热电势E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。,4.连接导体定律,在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导体A和B相连接，各有关接点温度为t，tn和t0，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A和B两端处于tn和t0温度条件下的热电势EAB(tn,t0)的代数和。 EABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB
15、(tn,t0),中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。,四、常用热电偶的材料、结构和分类,1热电偶的材料 虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求却是多方面的。 （1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线性的函数关系。,（2）能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。 （3）要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数。 （4）具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。,
16、常用的热电偶材料,2. 标准化热电偶,13.155,15,850,20,59.304,30.306,工程上所使用的各种类型的热电偶均把E(t)和t的关系制成易于查找的表格形式，这种表格称为热电偶的分度表。,3热电偶的类型 （1）S型（铂铑10铂）热电偶,（2）B型（铂铑30铂铑6）热电偶,（3）K型（镍铬镍硅）热电偶,（4）T型（铜康铜）热电偶,（5）E型（镍铬康铜）热电偶,3.非标准化热电偶 （1）钨铼系热电偶 （2）钨铱系热电偶 （3）其他非标准化热电偶,常用工业热电偶比较 ：,（一）热电偶参考端的温度处理,1. 补偿导线法 原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。,补偿导线,补偿导线,回路总热电势为 E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0),E=EAB(T,T0),EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0),常用补偿导线的结构分为普通型和带屏蔽层型两种 按照补偿原理分为补偿型及延伸型两种补偿导线 按使用温度可
