《建筑环境测试技术 教学课件 ppt 作者 陈友明 第3章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑环境测试技术 教学课件 ppt 作者 陈友明 第3章（193页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章,3.1 概述 3.1.1 温度和温标 3.1.2 温度测量及测温仪表的分类 3.2 膨胀式温度计 3.2.1 概述 3.2.2 玻璃液体温度计 3.2.3 固体膨胀式温度计 3.2.4 压力式温度计 3.3 热电偶温度计 3.3.1 热电偶测温原理 3.3.2 热电偶的基本定律及其应用 3.3.3 热电偶的冷端温度处理,第3章,3.3.4 热电偶的材料和种类 3.3.5 热电偶的结构 3.3.6 热电偶的实用测温电路 3.3.7 热电偶测温误差分析 3.3.8 热电偶的检定和分度 3.3.9 热电偶的选择、使用和安装 3.4 电阻式温度计 3.4.1 电阻式温度计的测温原理 3.4.2
2、 金属热电阻温度计 3.4.3 半导体电阻温度计 3.4.4 热电阻温度计的使用和误差分析,3.5 非接触温度测量 3.5.1 概述 3.5.2 红外测温仪 3.5.3 红外热像仪测温 3.6 气流温度测量 3.6.1 概述 3.6.2 低速气流的温度测量,第3章,3.1 概述,3.1.1 温度和温标 3.1.2 温度测量及测温仪表的分类,3.1.1 温度和温标,1.经验温标 2.热力学温标 3.国际实用温标 4.温标的传递,1.经验温标,(1)华氏温标() 华氏温标的建立与摄氏温标类似，所不同的是规定在1.01325105Pa下水的冰点为32，水的沸点为212，中间划分为180等份，每一等份
3、为一华氏度，单位符号为。 (2)摄氏温标() 原始摄氏温标的建立就是选择装在玻璃毛细管中的液体作为测温物质。,(1)华氏温标() 华氏温标的建立与摄氏温标类似，所不同的是规定在1.01325105Pa下水的冰点为32，水的沸点为212，中间划分为180等份，每一等份为一华氏度，单位符号为。,(2)摄氏温标(),1)温度测量依赖于选用的测温物质，且应用范围受制作温度计的材料和工作物质的限制。 2)温标的定义具有较大的随机性。 3)假设温度与工作物质的关系为线性，而实际情况并非如此，从而造成中间温度的测量差异。,2.热力学温标,热力学温标又称绝对温标或开尔文温标，单位符号为K。热力学温标是以热力学
4、第二定律为基础的一种理论温标，已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。它有一个绝对零度，低于零度的温度不可能存在。其特点是不与某一特定的温度计相联系，且与测温物质无关，是由卡诺定理推导出来的，所以热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。在热力学中从理论上证明，热力学温标与理想气体温标完全一致。所以通常借助于气体温度计经示值修正后来复现热力学温标，但设备复杂、价格昂贵，不适于实际应用。,3.国际实用温标,为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度(即具有较高准确度)的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。,表3-1 ITS90定义的固定点,4.温
5、标的传递,国际上为了统一温度测量标准，相应建立自己国家的温度标准作为本国的温度测量的最高依据国家基准。我国的国家基准建立在中国计量科学研究院。各地区、省、市建立的为次级标准，须定期由国家基准检定。,3.1.2 温度测量及测温仪表的分类,1.温度的测量 2.测温仪表的分类,1.温度的测量,(1)测温依据和数学物理基础 当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，二者就具有相同的温度。 (2)测温物质,(1)测温依据和数学物理基础 当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，二者就具有相同的温度。,(2)测温物质,1)物质的某一属性G仅与温度T有关，即G=G(T)，其函数关系必须是单调的，且最好是线性
6、的。 2)随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量的准确度。 3)应有较宽的测量范围。 4)应有较好的复现性和稳定性。,2.测温仪表的分类,(1)接触式测温仪表 由热平衡原理可知，两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡，则它们的温度必然相等。 (2)非接触式测温仪表 非接触式测温仪表是基于物体的热辐射原理设计而成的。,(1)接触式测温仪表,1)测温准确度相对较高，直观可靠。 2)系统结构相对简单，测温仪表价格较低。 3)可测量任何部位的温度。 4)便于多点集中测量和自动控制。,(2)非接触式测温仪表,1)测温范围广(理论上讲没有上限限制)，适于高温测量。 2
7、)测温过程中不破坏被测对象的温度场，不影响原温度场分布。 3)能测运动物体的温度。 4)热惯性小，探测器的响应时间短，测温响应速度快，约23s，易于实现快速与动态温度测量。,3.2 膨胀式温度计,3.2.1 概述 3.2.2 玻璃液体温度计 3.2.3 固体膨胀式温度计 3.2.4 压力式温度计,3.2.1 概述,利用物质的热膨胀(体膨胀或线膨胀)性质与温度的物理关系制作的温度计称为膨胀式温度计。 膨胀式温度计具有结构简单、使用方便、测温范围广(-200600)，测温准确度较高、成本低廉等优点。因此，在石油、化工、医疗卫生、制药、农业、气象和人工环境等工农业生产和科学研究的各个领域中有着广泛的
8、应用。,3.2.2 玻璃液体温度计,1.结构 2.测温原理 3.分类 4.误差分析,1.结构,(1)感温泡 感温泡位于温度计的下端，是玻璃液体温度计的感温部分，可容纳绝大部分的感温液，所以也称为贮液泡。 (2)玻璃毛细管 玻璃毛细管是连接在感温泡上的中空细玻璃管，感温液体随温度变化在其内上下移动。 (3)标尺 标尺用来表明所测温度的高低，其上标有数字和温度单位符号。 (4)安全泡 安全泡是指位于玻璃毛细管顶端的扩大泡，其容积大约为毛细管容积的三分之一。 (5)中间泡 中间泡是为了提高示值的准确度，在感温泡和标尺下限刻度之间制作的一个贮液泡。 (6)感温液 感温液是封装在温度计感温泡内的测温物质
9、。,1.结构,图3-1 玻璃液体温度计 a)棒式温度计 1安全泡 2标尺 3毛细管 4中间泡 5辅助标尺 6感温泡 b)内标式温度计 1标尺板 2安全泡 3毛细管 4辅助标尺 5感温泡 c)外标式温度计 1毛细管 2标尺,(1)感温泡 感温泡位于温度计的下端，是玻璃液体温度计的感温部分，可容纳绝大部分的感温液，所以也称为贮液泡。,(2)玻璃毛细管 玻璃毛细管是连接在感温泡上的中空细玻璃管，感温液体随温度变化在其内上下移动。,(3)标尺 标尺用来表明所测温度的高低，其上标有数字和温度单位符号。,(4)安全泡,1)当被测温度超过测量上限时，防止由于温度过高而使玻璃管破裂和液体膨胀冲破温度计。 2)
10、便于接上中断的液柱。,(5)中间泡 中间泡是为了提高示值的准确度，在感温泡和标尺下限刻度之间制作的一个贮液泡。,(6)感温液 感温液是封装在温度计感温泡内的测温物质。,1)体膨胀系数大。 2)粘度小，表面张力大。 3)在较宽的温度范围内能保持液态。 4)在使用温度范围内，化学性能稳定。 5)在高温状态下蒸汽压低。 6)便于提纯，不变质，无沉淀现象。,2.测温原理,(1)体膨胀 物质受热后的热膨胀包括体积膨胀与压力膨胀，这里只考虑体积膨胀，简称体膨胀。 (2)视膨胀 当温度计受热时，感温液体受热膨胀，使感温液体在毛细管中上升。,(1)体膨胀 物质受热后的热膨胀包括体积膨胀与压力膨胀，这里只考虑体
11、积膨胀，简称体膨胀。,(2)视膨胀,表3-4 各种感温液的体膨胀系数,3.分类,(1)按结构分类 玻璃液体温度计按结构可分为棒式温度计、内标式温度计和外标式温度计三种。 (2)按准确度等级分类 玻璃液体温度计按准确度亦可分为：标准温度计、高精密温度计和工作用温度计。 (3)按使用方式分类 按玻璃液体温度计使用时的浸没方式基本可分为全浸式温度计和局浸式温度计两类。,(1)按结构分类,1)棒式温度计。 2)内标式温度计。 3)外标式温度计。,(2)按准确度等级分类,1)标准温度计。 2)高精密温度计。 3)工作用温度计。,(3)按使用方式分类,1)全浸式温度计。 2)局浸式温度计。,4.误差分析,
12、1)玻璃液体温度计在分度或检定时由标准器和标准设备带来的误差。 2)玻璃液体温度计的特性及测试方法所引起的误差，又可分为： 零位变化对示值的影响。零位变化是由玻璃的热后效所引起的。热后效使感温泡的体积比使用前稍大了一些，进而造成此时的零值比使用前降低。热后效可以恢复，但需要相当长的时间。 标尺位移对示值的影响。由于温度计的玻璃受热后产生热膨胀，导致内标式温度计的标尺与毛细管的相对位置会产生微小的变化，从而影响示值准确度。一般而言，由热膨胀产生的标尺与毛细管的位移是可忽略不计的。 露出液柱对示值的影响。理论上讲，全浸式温度计与局浸式温度计使用的条件，应与分度的条件一致。但有时由于条件所限，全浸式
13、温度计要作局浸使用，其露出液柱与局浸式温度计的露出液柱一样，都会同周围环境进行热交换，从而造成测量误差，对于上述两种情况，都必须通过对露出液柱温度进行修正来消除这一影响。,4.误差分析, 时间滞后误差。一般均将其等效为一阶惯性系统来处理。玻璃液体温度计的时间常数与温度计的种类、长短、感温泡的形状及玻璃的厚薄有关，同时也与被测介质周围的情况、液体或气体的种类以及是否均匀有关。消除该项误差的最好方法是，等温度计与被测介质达到真正热平衡时再读数。 读数误差。在读取温度计示值时，如果眼睛的视线与温度计刻线不垂直，就会造成读数误差。当眼睛视线与温度计夹角大于90时，读取的示值就会偏高；当视线与温度计夹角
14、小于90时，读取的示值就会偏低；因此，在读取示值前一定要将读数望远镜调整到水平位置。对于一等水银温度计，可通过正、反两面读数并取其平均值，以消除或减小读数误差。,4.误差分析, 毛细管不均匀对示值的影响。玻璃液体温度计在标尺定点分度及检定时，通常假设毛细管是均匀的，而只在几个规定的点上进行。但实际情况并非如此，对于准确度不高的温度计，该项误差可以忽略不计，但对于一、二等标准水银温度计，必须通过修正消除由于毛细管不均匀造成的误差，常采用的方法为线性内插法。,3.2.3 固体膨胀式温度计,1.工作原理 2.结构,1.工作原理,图3-2 双金属片受热变形示意图 a)受热前 b)受热后 1固定端 2主
15、动层 3被动层 4自由端,2.结构,1)为提高感温元件的灵敏度，应使主动层材料的热膨胀系数尽量高，被动层材料的热膨胀系数尽量低，且热膨胀系数在使用范围内应保持稳定。 2)双金属片应有较高的弹性模量、较低的弹性模量温度系数，以便制作出的感温元件有较宽的工作温度范围。,2.结构,图3-3 双金属温度计 a)杆式双金属温度计 1拉簧 2杠杆 3指针 4基座 5弹簧 6自由端 7外套 8芯杆 9固定端 b)螺旋式双金属温度计 1指针 2双金属片 3自由端 4金属保护管 5刻度盘 6表壳 7传动机构 8固定端,3.2.4 压力式温度计,1.分类及特点 2.结构,1.分类及特点,1)结构简单，价格便宜。
16、2)抗振性好，防爆性好，除电接点式外，一般压力式温度计不带任何电源。 3)读数方便清晰，信号可以远传。 4)热惯性较大，动态性能差，示值的滞后较大，不易测量迅速变化的温度。 5)测量准确度不高，只适用于一般工业生产中的温度测量。,1.分类及特点,表3-5 常用压力式温度计的技术参数,2.结构,图3-4 压力式温度计 1指针 2刻度盘 3柱齿轮 4扇齿轮 5弹簧管 6拉杆 7基座 8毛细管 9温包,3.3 热电偶温度计,3.3.1 热电偶测温原理 3.3.2 热电偶的基本定律及其应用 3.3.3 热电偶的冷端温度处理 3.3.4 热电偶的材料和种类 3.3.5 热电偶的结构 3.3.6 热电偶的实用测温电路 3.3.7 热电偶测温误差分析 3.3.8 热电偶的检定和分度 3.3.9 热电偶的选择、使用和安装,3.3.1 热电偶测温原理,1.热电效应 2.两种导体的接触电势 3.单一导体中的温差电势 4.热电偶闭合回路的总电势 5.
