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1、汽车试验学,哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院 264209 山东威海文化西路2号,第6章 温度测量,本章主要内容,基本概念 稳态温度的测量 瞬态温度测量 零部件温度的测量,6.1 基本概念,6.1.1 温度 温度的微观概念是表示构成物体的大量分子运动的平均强度。分子运动愈激烈其温度越高。温度的宏观概念是建立在热平衡的基础上，表示物体的冷热程度。温度是表征物体或系统达到热平衡状态的量度标志。 6.1.2 温标 1. 经验温标 经验温标的基础是利用物质体膨胀与温度的关系。 2热力学温标 热力学温标是建立在热力学第二定律的基础上。 3国际实用温标 为使温标更易于实施及准确复现，1927年国际计量大
2、会决定采用国际实用温标。,6.1 基本概念,6.1.3 测温方法分类 1.接触法 接触法是基于热平衡原理，测温敏感元件(传感器)直接与被测物体接触，在足够长时间内，使敏感元件与被测点达到热平衡，通过测量敏感元件与温度有关的特性(如热膨胀、电阻值、热电交换、热辐射等)参数，从而实现温度测量。 2 非接触法 测温敏感元件不直接与被测物体相接触，而利用物体的热辐射或其他特性(如声学特性)，通过对辐射能量的检测而实现温度测量。,6.2 稳态温度的测量,6.2.1 膨胀式温度计 1.玻璃管式液体温度计 玻璃管式温度计是最普通的膨胀式温度计。 2压力式温度计 压力式温度计是由温包、 毛细管和弹簧管所构成的
3、密闭系统和传动指示机构组成。密闭系统内充注的不可压缩流体或可挥发性液体。测量时，感温包置于被测流体中，当温度发生变化，密闭系统内流体体积膨胀或蒸汽压力变化，由于弹簧管的截面为椭圆形，其长轴和短轴方向截面受力不均，因而弹簧管发生变形，由连杆机构带动指针偏转，实现温度测量 。 3双金属温度计 双金属温度计是利用线胀系数不同的两种金属构成的金属片作为感温元件。当温度发生变化时，两种金属的膨胀不同，双金属片产生于被测温度成正比的变形，其偏转角即反应被测温度的大小。,6.2 稳态温度的测量,6.2.2 电阻式温度计 电阻式温度计又称热电式温度计，它是利用金属电阻或半导体热敏电阻随温度变化的特性来测量温度
4、。 1.金属丝温度计 由物理学可知，一般金属具有正的电阻温度系数，即电阻值随温度的升高而增加。 2热敏电阻温度计 热敏电阻是多种金属氧化物混合体(如锰、铜、铁、镍等)按一定比例混合熔烧而成。热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，即具有负的温度系数。,6.2 稳态温度的测量,6.2.3 热电偶式温度计 1.结构及型式 热电偶是由热电极、绝缘体、保护套管及接线盒组成。热电偶接点的安装型式有：露头型、绝缘型和接地型。 2安装要求 为了减小测量误差，热电偶在安装时，测温元件应与被测介质形成逆流。若不能采用逆流，可采用迎着被测介质流向斜插，至少与被测介质正交，尽量避免形成顺流。另外，在测温元件插入处附近的管
5、道或容器壁外要有足够的绝缘层。,6.2 稳态温度的测量,6.2.3 热电偶式温度计 3.特殊热电偶 1)高温热电偶 2)抽气式热电偶 3)快速消耗型热电偶,6.2 稳态温度的测量,6.2.3 热电偶式温度计 4.标定 1) 静态标定 2)动态标定,6.2 稳态温度的测量,6.2.4 温度测量误差分析 1.热辐射引起的误差 2.热传导引起的误差 3. 高速气流滞止引起的速度误差,6.3 瞬态温度测量,6.3.1 辐射测温的基本原理 任何高于绝对零度(-273.15)的物体总是以一定的电磁波波长向外辐射能量，能量的强度取决于物体的温度。通过计算已知波长上发射的辐射能，便可获取物体的温度。 1.普朗
6、克定律与维恩公式 普朗克定律表示出不同温度下，黑体的单色辐射强度与波长之间的关系. 2.斯蒂芬波尔兹曼公式(四次方定律) 普朗克公式仅表示出黑体单色辐射强度随温度变化的规律，而关于黑体的全辐射强度与温度的关系，可由斯蒂芬玻尔兹曼定律确定，即单色辐射强度在热辐射全部波长范围内积分。,6.3 瞬态温度测量,6.3.2 部分辐射温度计 部分辐射温度计是通过滤光片及传感元件有选择的测试物体在某狭窄波段范围内发出的单色辐射能，并由此来确定物体的表面温度 1.单色亮度温度计 单色亮度温度计是利用亮度比较取代辐射强度。当物体的温度高于700时就会明显发出可见光，并具一定亮度，其单色亮度与单色辐射强度成正比。
7、 2.比色式温度计 比色温度计是利用两种不同波长的辐射强度的比值来测量温度，故又称双色高温计。,6.3 瞬态温度测量,6.3.2 部分辐射温度计,6.3 瞬态温度测量,6.3.3 全辐射温度计 全辐射温度计是在整个光谱范围内测量被测表面的辐射量。根据四次方定律，对于发射率为 的物体其全辐射强度为 只要测量出被测物体的全部辐射能，就可得到物体的温度。,6.3 瞬态温度测量,6.3.4 红外测温仪 辐射式温度计在(0-700)此温度段内，物体所发出的辐射能不再是可见光而全是红外辐射，故需要利用个红外探测器(热敏电阻、热电偶或光电池等)来检测。图6.22为红外测温仪的典型系统框图。当被测物体发出的红
8、外辐射经光学系统聚焦后照射到红外探测器上 ,并转换成电信号 ,再通过放大电路、补偿电路及线性处理后，在显示终端显示被测温度值。,6.4 零部件温度的测量,6.4.1电测法 1热电偶法 根据温度信号的引出方式不同，热电偶法又可以分为接触法和引线法两种。 1)引线法 引线法是在连杆的基础上采用附属机构将热电偶导线引出缸体外， 并与数据采集电路相连接。,6.4 零部件温度的测量,6.4.1电测法 2) 接触法 对于高转速的发动机若采用引线法测量，难以保证热电偶导线长期工作的可靠性，因而通常采用接触法。触点是接触法的关键元件，其好坏及使用寿命直接影响测量结果的正确与否。图6.25示出了该三种触点装置的
9、安装示意图。,6.4 零部件温度的测量,6.4.1电测法 2红外遥感法 红外遥感测量系统是一种将热电偶信号转换成电信号通过红外遥感装置输出缸外的测试系统。该系统精度高、抗干扰能力强,，是比较理想的内燃机活塞温度测试系统。工作原理是，在活塞预测部位布置好热电偶，通过热电偶将测点的温度信号转变成电压信号,再用电压/频率转换器使之转变成为频率信号，频率信号驱动红外发光二极管发送红外光脉冲。接收端的光敏三极管接收红外光脉冲，经反变换之后，通过接收器记录的电压值反映出测点的温度值，并与数据采集电路相连接。,6.4 零部件温度的测量,6.4.2 非电测法 1易熔合金法 该方法是利用某种给定成分的合金其熔点
10、一定的特性实现零部件的温度测量。该方法操作简便，但由于需要事先估计被测零件的温度，因而往往需要多次才能测得温度。另外，易熔合金法需要在被测零件上钻若干小孔，从而影响了零件的强度和温度变化。 2 硬度塞法 该方法是利用金属材料的硬度变化来确定对应温度的方法。即运用淬火后金属材料的硬度随回火温度的升高、硬度值降低这一特性。硬度塞法是测量发动机温度场是一种方便实用的方法,硬度塞加工容易、安装简便、成本较低。缺点是只限定于某一工况下的温度，且测温时间较长，精度不高。但在只需了解零件温度的粗略值时，尤其在活塞温度场的测量中，该方法经常采用。,6.4 零部件温度的测量,6.4.2 非电测法 3示温涂料法 该方法是利用示温涂料的颜色随温度变化的特性进行测温。示温涂料是由粘结剂和变色剂组成。粘结剂起固定作用。变色剂起检测作用，其颜色随温度变化显著。测量时，通常在被测部件的表面涂上厚度为0.020.06mm的涂料层 ，在规定工况下运转15min后，拆下被测零件得示温涂料，并于标准试片进行对比，从而确定被测温度值。标准试片是将涂有示温涂料的一组试片分别加热到各已知温度，是试片呈现的颜色作为测定温度的标准。,END,
