《建筑热工测量》ppt课件

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1、1,第三章 建筑热工测量,兰州理工大学 土木工程学院 建环教研室 2012年,2,1. 温度测量 : 温度及其温标；温度的测量 方法 ；常用的温度测量仪表的测温(或工作) 机理，选型与使用。 2. 湿度测量 : 湿度的表示方法；湿度的测 量方法；常用的湿度测量仪表的测湿(或工作) 机理，选型与使用。 3. 热量测量: 热流密度；热流计、热水(蒸 汽)热量计的测量(或工作)机理，组成环节， 应用。,学习和掌握的内容 ( Keys),3,一、温度(temperature)和温标 (temperature scale) 温度: 宏观上，表征物体(或系统、或环境) 冷、热 程度的物理量(或参数)，t

2、高(低)，谓之热(冷)。微 观上，则是表征组成物质的分子运动平均动能大小， 反映物质内部的分子，做无规则热运动的剧烈程度。 温标: 衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的 读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由 温标确定。温度计、固定点、内插方程称为温标 (TS)的三要素。 分为：摄氏温标、华氏温标、热力 学温标、国际(实用)温标等。,3.1 温度测量,4,1. 摄氏温标 在一个标准大气压下，将水的冰点定为 0 摄氏 度，将水的沸点定为 100 摄氏度；0 摄氏度到100 摄氏度之间分成 100 等分，每一等称为一摄氏度。 常用 t 表示，单位符号为 。 2. 华氏温标 在一个标准大气压下

3、，将纯水的冰点温度定为 32华氏度，将水的沸点温度定为 212华氏度，中 间划分180 等分。每一等分称为一华氏度。常用 F表示，单位符号为0F 。摄氏度与华氏度的换算 关系为： * 摄氏温标，华氏温标都是依据液体受热膨胀的 原理来建立温标和制造温度计的，用水银作为温度 计的测温介质，称为经验温标。,5,3. 热力学温标 基于卡诺热机循环建立起来。 是仅与热量有关而与测温物质无关的温标，又称为 开尔文温标，用符号K 表示。它规定物质的分子运 动停止时的温度为绝对零度，0 K。 * 热力学温标是一种理想温标，是不可能“实现”的。 4. 国际实用温标( international practice

4、 temperature scale, IPTS )， 又称国际温标 ITS ，用 T 表示，单位为 K。 它规定水三相点(气、液、固态共存)的热力学温度 为 273.16 K ，1K 定义为水三相点热力学温度的 1273.16。 现行国际实用温标是国际计量委员会在1990年 通过的，简称 ITS -1990。,6,二、温度测量的主要方法及分类 接触式测量法 测温敏感元件直接与被测介质接触，被测介质与 测温敏感元件进行充分的热交换 ( 热传导和热对流 )， 当建立热平衡时，Tx = Tc，从而达到温度测量的 目的。 非接触式测量法 当Tx 极高，超过了测温物质的耐温上限(熔点温度)时， 测温元

5、件会溶化。基于高温物质的热辐射原理，通过测量 出其辐射能量 E入，进而计算出其温度大小。 或者被测物体距离太远，无法实施接触式测温。 本专业所涉及的测温方式(如空气、水等介质的温度) 为接触式测温,7,常用测温方法、类型及特点,8,接触式测温法 ( 1 ) 基于物质热胀冷缩效应 的温度测量 利用液体，气体或固体热胀冷缩的性质，将其制 作成测温敏感元件，感知被测温度的变化，发生热 交换，其几何尺寸(长度或体积)将发生变化，然后直 接测出此变化，进而得知被测温度的大小。由此制成 的温度计叫 膨胀式温度计。 * 膨胀式温度计分为 液体膨胀式温度计、固体膨胀 式温度计和(气体) 压力式温度计三类。,3

6、.1 温度测量,9,1. 液体膨胀式 (玻璃液柱式)温度计 *(垂直管段) (水平管段) 其特点为结构简单，测量准确，价格低廉， 线性刻度，读数和使用方便，得到广泛应用。 其缺点为易损坏，热惯性大，具有一定的时滞， 不能远传信号和自动记录 ( 现场指示)。,10,常用测温液体及其性能,玻璃液体膨胀式温度计的玻璃管均采用优质玻 璃，对测温上限超过 300的采用硅硼玻璃，超 过 500 的采用石英玻璃。,11,电接点水银温度计 电接点水银玻璃温度计不仅用于显 示温度，还可用来控制温度和信号报警。 如图所示的为一种固定电接点玻璃 温度计的结构。由图可见两个金属接点 熔封入毛细管中，再通过导线与终端接

7、 头相连。当工作液体水银上升到与两个 接点接触时，电路接通，并输出信号进 行温度调节或报警。电接点玻璃温度计 也可制成可调的；在这种温度计中，下 端接点制成固定的，上端接点制成可动 的，这样可根据需要调节控制温度点。,12,电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电

8、路中的导通、切断的目的。,KA （继电器）,L,N,KA-1,加热元件,KA-2,温度的双位 ( T = Tg ) 控制电路,T,R1,R2,13,2. 固体膨胀(双金属)式温度计 图中所示就是双金属温度计。它是由两种热膨 胀系数不同的金属片组合而成。将两片粘贴在一起， 一端固定，另一端为自由端，自由端与指示系统相 联接。当温度由t0变化到 t 时，由于两种不同的金属 片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由t0 时初始位置变化到 t 时的相应位置，最后导致自由端 产生一定的角度变化 。,14,其突出特点是：抗震性能好，结构简单，牢固可 靠，读数方便，可以替代水银温度计(- 30600 )。

9、 -80600 范围内，精度可达0.51.0级。也可以 用于双位控制。,15,3. 气体膨胀式 (或称为压力表式) 温度计 压力式温度计主要由温包、毛细管 和压力敏感元件(如弹簧管)组成。 温包、毛细管和弹簧管三者的内腔 共同构成一个封闭容器, 其中充满 气态工作物质。,16,压力表式温度计虽然属于膨胀式温度计，但它不是 靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反映温度， 而是依据密闭容器中气体受热后压力的升高反映被 测温度，因此这种温度计的指示仪表实际上就是普 通的压力表，只不过是温度刻度标尺( ) 。 特点： 结构简单，强度较高，抗振性较好，测量精度 可以。测温范围 - 120 550 。类似

10、地，与 继电器配合使用，也可以用于温度的双位控制。 * 膨胀式温度计不能远传温度信号 和自动记录 ( 只能现场指示),17,接触式测温法 ( 2 ) 基于金属导体热电效 应的温度测量 热电偶测温原理: 又称为塞贝克效应( Seeback effect),在两种不同的导体(A和B组成的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常称这种现象为热电效应，该电势被称为热电势.,其中：置于温度为 T 的被测对象中的接点称为测量端，又称工作端或热端； 而温度为参考温度T0的接点称为参比端或参考端，又称自由端或冷端。,18,(1) 接触电势 接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度

11、不 同而在接触处形成的电动势，又称帕尔贴(Peltier) 电势。 产生 EAB (T) 和EAB (T0) e =1.610-9（C） k =1.3810-23（J/K） NA：材料A 在温度为T时的自由电子密度 NB：材料B 在温度为T时的自由电子密度,19,(2) 温差电势 温差电势是在同一导体的两端, 因其温度不同而 产生的一种热电势。又称汤姆孙( Thomson ) 电势。 有 EA (T,T0) 和 EB (T,T0)。,A，B 材料 A，B的汤姆孙系数， 与材料性质和两端温 度有关,20,(3) 热电偶回路的热电势 金属导体 A、B组成热电偶回路时，总的热电势 包括两个接触电势和

12、两个温差电势，即,21,由于温差电势远小于接触电势，所以，当热电偶 材料一定时，热电偶的总电势为温度T 和 T0的函数差。 * 若冷端温度 T0固定，则对一定材料的热电偶，其 总电势就只与热端温度 T 成单值函数关系，即： 一般，在固定温度T0 = 0条件下，通过实验， 将EAB (T,0) - T的数据列为表格，称为热电偶分度 表。 见 本书的附录 2，方便使用。,22,热电偶的基本定律 (目的便于制造、使用) 1. 均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论其截 面、长度如何以及各处的温度如何分布，都不会 产生热电势。即热电偶必须采用两种不同材料作 为电极。 热电偶制造厂家用于检验热

13、电极材质的均匀性 2. 中间导体定律 在热电偶回路中，接入第三种导体 C，如图所 示，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶 所产生的热电势保持不变。即第三种导体C 的引 入对热电偶回路的总电势没有影响。可推导出热 电偶回路接入中间导体C 后热电偶回路的总热电 势为,23,中间导体回路,同理，在热电偶回路中接入多种导体，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。 根据热电偶的这一性质，可以在热电偶的回路 中引入各种仪表和连接导线等。例如，在热电偶 的自由端接入一块测量电势的仪表，并保证两个 接点的温度相等，就可以对热电势进行测量，而 且不影响热电势的输出。,24,3

14、. 中间温度定律 在热电偶回路中，两接点温度为t，t0时的热电 势等于该热电偶在接点温度为t，tn和tn， t0 时热电势 的代数和，即：,根据这一定律，只要给出自由端为 0 时的热 电势和温度的关系，就可以求出冷端为任意温度 tn 的热电偶热电势。,25,4. 连接导体定律 (2)、(3)综合 在热电偶回路中，若热电极 A，B分别与连接 导线A，B相连，各接点温度为t，tn，t0，则 回路的总电势等于热电偶两端处于t 和 tn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条件下热电势的代数和。即：,26,热电偶的构造与分类 (分度号) (1) 热电偶的材料 理

15、论上任意两种导体或半导体都可以组成热电 偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够 的灵敏度、可互换性以及具有一定的机械强度等 性能，热电极的材料一般应满足如下要求： 在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和 被测介质变化，物理化学性能稳定，不易氧化或 腐蚀。导电率要高，并且电阻温度系数要小。 它们组成的热电偶中的热电势随温度的变化率 要大，并且希望该变化率在测温范围内接近常数 （即其反应曲线成线性）。 材料的机械强度要高，复制性要好，复制工艺 要简单，价格便宜。,27,(2) 热电偶的分类 热电偶分为标准热电偶和非标准热电偶。 国际电工委员会( 简称 IEC )对被公认性能较好的 材料，制定了

16、统一的技术标准，共有七种，我国使 用的标准热电偶均采用IEC标准，附录1为常用热电 偶简要技术数据. 不同材料的热电偶，EAB(T, 0)- T是不同的。热电 偶分度号是表示热电偶材料的标记符号，工程上常 用分度号来区别不同的热电偶。附录2中的第1个表 为铂铑10-铂热电偶(分度号为S)分度表。分度号S就 表明采用铂铑10- 铂热电偶，即正极采用90Pt(铂)， 10Rh(铑)制成，负极采用100Pt制成；铂铑13- 铂热电偶(分度号为R) ；铂铑13-铂铑6热电偶(分度 号为B)；镍铬-镍硅热电偶(分度号为)；镍铬-康铜 热电偶(分度号为)；铜-康铜热电偶(分度号为)； 铁-康铜热电偶(分度号为)。,28,（3）热电偶的结构 按照构造热电偶可分为普通型、铠装型和薄膜型等。 普通型热电偶由热电极、绝缘管、保护套管和接 线盒等组成，如图所示