建筑环境测试仪表3-6

《建筑环境测试仪表3-6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑环境测试仪表3-6（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

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

2、冰点为32F ，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。测量温度的方法玻璃管液体温度计固体膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法玻璃管液体温度计固体膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法常用温度测量仪表 热膨胀式温

3、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。棒式温 度计刻度感温 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

4、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。0ABEA(, 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

5、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.结构形式种类型 号等 级使用范 围丝径特点缺点铂铑10 -铂 正-负S 01300( 1600 ）0.5mm物理

6、化学性能稳定 ，测量精度高热电势 小，0.009mV/ ,灵敏度低。镍铬 - 镍硅K -40900 (1300) 氧化介 质0.3,0.5,0. 8,1.0 ,1.2 1.5 ,2.0 2.5 ,3.2 、 mm化学稳定，抗氧化 ，耐腐蚀，灵敏， 线性好，复现性好 ，便宜。无,0.04镍铬 - 铜镍E 0600(9 00)还原 性中性 介质0.3 3.2mm热电势 大灵敏度高 ，价格低廉测温上限不高，加工 工艺较 差。0.078铜-康 铜T非 标 -200 200 (300)0.5、0.8、 1.2、1.6、 2.0、 3.2mm灵敏度高，低温时 精度高，价格低康铜复制性差T型（铜-康铜）热电

7、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。

8、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，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

9、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 。主一 + -+ 主一 + - +_+ +八.误差 对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

10、 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），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

11、，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，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

12、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，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

13、，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-40350 ，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，R

14、t= 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 阻2.电桥法 1.平衡电桥二线制 三线制G被 测 电 阻G2.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GR1R2R3RW2RW1Rtabcd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RW2RW1RtdIR1R2R3abcI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 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