柴油机测试技术02

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1、第二章 温度测量一基本概念(温度、温标)二膨胀式温度计三电阻式温度计四热电偶温度计五接触式测温技术六非接触式温度测量1柴油机温度测量三种类型三种类型：1)稳定温度测量稳定温度测量： 温度稳定或变化缓慢. 如冷却水进出口、机油进出口、燃油和环境温度等.2)零部件表面温度测量：零部件表面温度测量： 如活塞、活塞环、气缸壁、气缸盖、排气阀及阀座等表面温度. 3)瞬时温度测量瞬时温度测量： 如燃气温度、排气温度等，温度周期性变化。2常用温度计常用温度计：3第一节 概述一、温度一、温度 表征物体冷热程度的物理量。宏观概念宏观概念: 是建立在热平衡的基础上的,它是标志两个物体(系统)是否处于热平衡状态的一

2、个宏观物理量.微观概念微观概念: 是建立在统计物理学基础之上的,即从分子运动论的观点看,物体温度的高低反映了组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度,是物体内部分子平均动能大小的一个量度标志.4二、温标二、温标 用来量度温度高低的尺度称为温标温标,它规定了温度的零点和基本测量单位. 牛顿牛顿提出以一种(或两种)单纯物质的两个相变点之间的温度作为1,即作为温标的分度依据.目前用得较多温标温标: 华氏温标、摄氏温标、热力学温标、国际温标华氏温标、摄氏温标、热力学温标、国际温标.1 1、华氏温标、华氏温标 1714年,法国华伦海特华伦海特制成第1支玻璃水银温度计.规定冰水混合物的温度为32,以水的沸点

3、为212,中间温度间隔分为180等分,每一等分代表温度为1度,是华氏华氏温标温标, ,用表示.52、摄氏温标、摄氏温标 1742年,瑞士 摄休斯摄休斯提出,把冰的融点定为零度,水的沸点定为100度,称为摄氏百度温标摄氏百度温标, ,用表示.摄氏温标与摄氏温标与华氏温标华氏温标之间的关系为:63 3、热力学温标、热力学温标 1848年,英国开尔文开尔文根据卡诺循环工作的热机中工质在温度T1时吸收热量Q1,在温度T2时放出热量Q2,得出, 以此式建立只用一个温度为基准点而能确定其他温度的热力学温标热力学温标, ,或称开尔文温标开尔文温标, ,单位单位为开尔文开尔文(K). 规定水的三相点(固液气共

4、存)的温度为273.16K,即1K等于水的三相点热力学温度的1/273.16,热力学温标也叫绝对温标. 另外,由于水的冰点与三相点的热力学温度相差0.01K,因此,绝对温标T与摄氏温标t的关系为:74 4、国际温标、国际温标 为了使温标得以实施和复现,1927年采用国际实用温标.经多次修改,1989年国际计量委员会通过了”1990国际温标”(ITS-90). 国际温标同时使用国际开尔文温度和国际摄氏温度,有17个定义基准点.85、温标的传递、温标的传递 国际温标有关的基准仪器由国家规定机构保存,省市各级计量机构起传递作用. 国际温标中温度的正确数值传递到实用的测温仪表,需要一个温度传递系统温度

5、传递系统,传递过程为:测温仪表分为三类测温仪表分为三类: 基准器(国家计量机构保存); 标准器(省市计量机构保存); 工作仪表(直接用于测量,应定期校验).一等标准温度计二等标准温度计 ITS-90定义基准点 基准温度计工业用温度计实验室用温度计9三、温度测量的基本原理三、温度测量的基本原理热力学第零定律： “如果两个系统中每一个系统都与第三个系统处于热平衡,则该两个系统彼此也处于热平衡。”感温特性： 一些物质的某些物理属性(如压力、体积、电阻和电势等)具有随温度变化而相应发生改变的性质,称为感温特性。 利用这些物质的不同感温特性可以制成不同类型的温度计.当它与被测物体(或介质)处于同一系统而

6、达到热平衡时,温度计上所显示的数值就是被测物体(或介质)的温度值。10温度计种类使用温度范围接触式膨胀式水银温度计有机液体温度计压力式温度计双金属温度计-38356-100100-80550-100600电阻式铂电阻温度计铜电阻温度计铑铁电阻温度计锗电阻温度计镍电阻温度计碳电阻温度计热敏电阻温度计13.81961.78 K-501500.173K0.015100K-6018030K以下至 mK-40150热电偶式铜康铜铂铑铂镍铬考铜镍铬镍硅（镍铝）-20040001800080001300非接触式辐射式全辐射高温计单色光学高温计比色光学高温计红外温度计700200080020008002000

7、100700四、四、温度计种类温度计种类按测头的测温原理、测头材料、测头是否必须与被测介质接触分类.11第二节、膨胀式温度计第二节、膨胀式温度计 利用物质的体积随温度升高而膨胀的特性制作温度计,称膨胀式温度计。一.一.玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计组成组成：感温包+毛细管由于液体膨胀系数比玻璃大得多,当温度增高时,温包里的液体膨胀而沿毛细管上升,为防温度过高时液体胀裂玻璃管,在毛细管顶端留有一膨胀室。特点: 测量准确、读数直观、结构简单、价格低廉、使用方便,因此应用广泛；缺点: 易碎、信号不能远传,不能自动记录等.121 1、按所填充工作液体的不同、按所填充工作液体的不同,分为: 水银温度计

8、、有机液体温度计两种。 前者不粘玻璃,不易氧化,容易获得很高的精度,在相当大的温度范围内(-38356)保持液态,在200200以下以下,其膨胀系数几乎和温度成线性关系,所以普通水银温度计常用于常用于-30-30300300。 如果在水银面上充以惰性气体,测温上限可以高达750。 如果需测-30以下温度,可用酒精、甲苯等作为工作介质。132 2、按用途分类、按用途分类： 标准、实验室用、工业用、特殊用途等4类。1)1)标准水银温度计标准水银温度计: 用于精密测量或校准,分为一等、二等两个等级. 一等一等标准每组13支,每支刻度范围2735不等,最小分度0.05. 二二等等标准每组7支,每支刻度

9、范围为50左右,最小分度0.1. 均为全浸入式(测值以下全部刻度浸入被测介质中).2)2)实验室用温度计实验室用温度计: 通常做成全浸入式、部分浸入两种形式. 部分浸入式使用时只插入一定深度,外露部分处于规定温度条件下.实验室用温度计要定期校验.3)3)工业用温度计工业用温度计: 分为直形、900 角形、 1350角形, 误差较大.143、误差和校正误差和校正 水银温度计使用前检查液柱有无断开现象,如有,修复后使用. 玻璃温包受热变形会增加附加误差,使用玻璃管液体使用玻璃管液体温度计应注意温度计应注意: : 1)1)零点漂移零点漂移: 玻璃热胀冷缩引起零点位置的移动,定期校验零点位置.2)2)

10、露出液柱的校正露出液柱的校正: 使用时严格掌握温度计插入深度.温度标定时是液柱全部浸入介质中,部分浸入测量时,外露部分处于环境温度中,对露出液柱进行修正,修正值：n为露出液柱所占的度数; r为工作液体的膨胀系数; t为温度计指示值; t0为露出液柱的平均温度。15二、压力式温度计二、压力式温度计 1 1、工作原理、工作原理 根据在密封容器中的工作介质受热后压力发生变化的原理。组成：组成： 感温包感温包、传压毛细管传压毛细管、表头表头; ; 工作介质：工作介质： 液体、气体、 低沸点液体饱和蒸汽。162 2、压力式温度计的分类：、压力式温度计的分类： 按充入按充入工作介质工作介质的不同分为三类：

11、的不同分为三类：1)1)充充气体气体压力式温度计压力式温度计 : : 常用惰性气体(氮气、氦气),刻度均匀,测温范围-80550; 缺点：热惯性大。2)2)充充液体液体压力式温度计压力式温度计 : : 常用水银、二甲苯、甲醇等,刻度均匀,测温范围-40200；缺点:液体膨胀系数小,灵敏度低;精度易受环境影响.3)3)充充蒸汽蒸汽压力式温度计压力式温度计: : 利用低沸点液体饱和蒸汽压力的变化. 常用低沸点液体:氯甲烷,氯乙烷,丙酮,乙醚等,灵敏度高(感温包小),测温范围-20200. 缺点:测温范围小,刻度不均匀,易受环境影响 。17注意注意: : 使用压力式温度计时,将感温包全部浸入被测介质

12、中,毛细管最常不超过6米.为保护毛细管,外部套金属编织网. 毛细管所处的环境温度有较大波动时会对示值带来 误差,大气压的变化或安装位置不当,会增加测量误差. 这种仪表精度低.但使用简便,且抗振动. 常用在柴油机和其它动力系统上测量油温、水温.183 3、压力式温度计的选用、压力式温度计的选用1)1)测量范围测量范围 选在满量程的1/33/4.尤其充蒸汽温度计,刻度不均匀,小于满量程1/3以下时刻度误差较大;上限留一定裕度,以免过载。2)2)充蒸汽的充蒸汽的压力式压力式温度计安装温度计安装 感温包须立装,表头位置高于感温包,以免产生测量误差(液体静差)。 3)3)毛细管的保护毛细管的保护, ,保

13、持密封系统性能。保持密封系统性能。4)4)定期校验。定期校验。19三三. . 双金属温度计双金属温度计 将膨胀系数不同的两种金属片焊成一体,双金属片的一端固定,另一端自由,当温度升高时,双金属片会产生弯曲变形,其偏转角反映了被测温度的数值.测温范围测温范围: : -60500.特点特点: 抗振性能好,坚固,但精度低. 常用在柴油机、废气涡轮增压器、废气锅炉前后排气温度指示.20第三节、热电偶温度测量第三节、热电偶温度测量一、热电偶测温原理及特点一、热电偶测温原理及特点 利用不同导体(或半导体)间的热电效应热电效应现象： 两种不同导体(或半导体)组成闭合回路,结点温度不同,则回路产生热电流(热电

14、势),该现象称热电效应(Seeback效应). 电流与两导体的性质和温度有关.热电偶热电偶: :两种不同材料(热电极)构成的热电变换元件。 两结点两结点: :工作端工作端( (热端热端););自由端自由端( (冷端冷端) )1、热电势组成热电势组成: 1)两种导体的接触电势接触电势( (绿色箭头) 2)单一导体的温差电势温差电势（蓝色蓝色箭头） TT0211)1)接触电势接触电势 当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时,由于内部电子密度不同,如材料A的电子密度大于材料B,则一部分电子从A扩散到B,使A A失去电子而呈正电位,B获得电子而呈负电位,最终形成由A向B的静电场.静电场的作用又阻止

15、电子进一步地由A向B扩散. 当扩散力和电场力达到平衡时,材料A和B之间就建立起一个固定的接触电势接触电势. 接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质和接触面温度的高低。E:单位电荷,4.80210-10绝对静电单位.K:玻耳兹曼常数,1.3810-23J/.N:材料A和B在温度T时的电子密度. 222）温差电势温差电势 由于同一种导体或半导体材料其两端温度不同而产生的一种电动势.因材料两端温度两端温度不同,则两端的电子具有的能量不同,温度较高的一端电子有较高的能量温度较高的一端电子有较高的能量,其电子将向温度较低的一端运动,于是在材料两端之间形成一个由高温端 指向低温端的静电场. 电子的迁

16、移力和静电场力达到平衡时所形成的电位差称为温差电势温差电势. 温差电势温差电势的方向是由低温端指向高温端,其大小与材料两端温度和材料性质有关。导体两端温度为导体两端温度为T、T0, , 温差电势温差电势:N材料的电子密度,是温度的函数 t沿材料长度方向的温度分布 233)3)结论结论：(1) 1) 热电偶用两不同材料构成热电偶用两不同材料构成。如相同材料,虽两端温度不同,则总热电势仍为零。(2) (2) 两结点温度应不同。两结点温度应不同。如温度相同,则回路中总热电势等于零。(3)(3)热电势大小只与热电势大小只与材料材料和和两结点温度两结点温度有关。有关。 热电偶的材料确定后,若一结点温度已

17、知且恒定,则总热电势仅与另一结点温度有单值函数关系. 工程上,E(t)-t关系绘制成表格,即为热电偶分度表(冷端0).已知已知恒定温度接点恒定温度接点: 冷端、参考端冷端、参考端; 被测被测温度接点温度接点: 热端、测量端热端、测量端。 不同电极材料的热电偶具有不同的分度表,以不同的代号表示,这些代号称为分度号分度号. 与热电偶配套的仪表,必须根据分度号进行匹配分度号进行匹配. .24二、热电偶二、热电偶回路回路的性质的性质 实际测温时, ,热电偶热电偶回路回路要引入测量热电势的显示仪表热电势的显示仪表和和连接导线连接导线, ,掌握热电偶测温原理之后还要掌握热电偶热电偶的基本性质的基本性质.

18、.热电偶的基本性质热电偶的基本性质可归纳为几条基本基本定律. .1.1.均质材料定律均质材料定律2.2.中间导体定律中间导体定律3.3.标准电极定律标准电极定律4.4.中间温度定律中间温度定律5.5.连接导体定律连接导体定律251.1.均质材料定律均质材料定律： 由一种均质材料一种均质材料组成的闭合回路,不论各处温度如何分布,回路中不产生热电势不产生热电势; 反之,若回路有热电势,则材料必为非均质的. 该定律该定律用于检验热电极材料的均匀性. 该定律该定律要求组成热电偶的两种材料必须都是均质的;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引入误差.262.2.中

19、间导体定律中间导体定律： 热电偶回路中插入第三种(或多种)均质材料均质材料,只要所插入材料的插入材料的两端连接点温度两端连接点温度相同相同, ,则不影响原回路的热电势。该定律表明该定律表明: 热电偶回路中可接入测量仪表,只要仪表处于稳定的环境温度,则不影响原回路的热电势; 热电偶的接点可以焊接而成,也可借助均质等温的导体加以连接; 可采用开路热电偶对金属壁面进行温度测量,只要保证两热电极插入处的温度一致.273.3.标准电极定律标准电极定律： 不同材料导体A、B分别与另一种导体C组成热电偶的热电势 和 均已知,则导体A、B组成热电偶的热电势 为两者代数和。 按该定律该定律可找一个公用材质导体C

20、,如测出导体C与其它各种材料分别组成热电偶的热电势,即可得知其它材料相互组成热电偶的热电势. 利用此结论可以建立通用分度关系建立通用分度关系,简化了热电简化了热电偶的选配偶的选配。 金属金属C C称为称为标准电极标准电极,通常用纯铂丝纯铂丝制成(理化性能稳定,易提纯，熔点高)。 284.4.中间温度定律中间温度定律： A和B组成的热电偶回路,其接点温度为T、T0时的总总热电势热电势等于以中间温度中间温度(T(Tn) )分别作为分别作为两个热电偶的两个热电偶的冷端冷端和和热端热端, ,以原热端温度和原冷端温度作为这两个热电偶的热端热端和冷端冷端温度所产生的两个热电势之代数和.TT0TnT0 该定

21、律是制定和使用热电偶分度表热电偶分度表的理论基础. 若冷端温度不为0,只要测得E(T,T0),且T0已知,仍可采用热电偶分度表,求得被测温度.TTn295.连接导体定律连接导体定律： 热电偶两电极A和B分别与另外两连接导线A和B相连接,则回路的总热电势总热电势等于热电偶(A和B)两端处于温度T和Tn的热电势与连接导线(A和B)两端处于温度Tn和T0的热电势的代数和. 中间温度定律和连接导体定律中间温度定律和连接导体定律是工业上应用补偿导线补偿导线的理论依据。 热电偶与补偿导线热电偶与补偿导线所形成的热电势可以求代数和叠加.TnTnTT030三、热电偶材料要求三、热电偶材料要求为保证测温的可靠性

22、和测量精度,材料要求材料要求: :1)测温范围内热电性能稳定热电性能稳定,不随时间而变化。2)测温范围内有足够的理化稳定性理化稳定性,不易氧化或腐蚀。3)电阻温度系数小,导电率高。4)输出热电势要大热电势要大,与温度成单值线性或近于线性单值线性或近于线性的关系。 5)材料复制性好复制性好,可制成标准分度,机械强度高,制造工艺简单,价格便宜。31指出指出: : 不论是纯金属、合金、半导体,都难以满足全部要求. 纯金属易复制复制, ,但热电势小但热电势小; ; 合金的热电势不大且复制困难热电势不大且复制困难; ; 半导体的热电势很大热电势很大, ,但其但其电阻温度系数太小,复制较复制较难难. .

23、目前常用热电偶是纯金属与合金相配,或合金与合金相配. 我国从我国从19881988年年1 1月月1 1日日起全部按起全部按IECIEC国际标准生产标准国际标准生产标准化热电偶化热电偶, ,并指定并指定S S、B B、K K、T T、E E、R R、J J七种七种标准标准热电偶为统一设计型热电偶热电偶. .32四、四、常用常用热电偶热电偶1）铂铑铂铑10-10-铂铂 热电偶分度号分度号：S优点优点:精度高、理化性能稳定、测温上限高,适于适于氧 化或中性介质.缺点缺点：不适于高温还原性介质,热电势小、灵敏度 低、价格高.直径直径0.350.350.350.35的金属丝制成.用于工业或实验室，以及各

24、等级标准热电偶.2）铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6 热电偶热电偶分度号分度号：B优点优点：测温上限高(1800),精度高,适于适于氧化介质或中性介质.缺点缺点：灵敏度低、价格高直径0.30.5mm的金属丝制成，用于工业或实验室.333 3）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅 热电偶热电偶分度号分度号：K特点特点： 价低、灵敏度高、复现性好、高温抗氧化能力强,在还原性介质或硫化物介质易被侵蚀.直径一般0.53mm或更细的金属丝制成多用于多用于工业或实验室4 4）镍铬）镍铬- -康铜康铜 热电偶热电偶分度号分度号：E特点特点： 在常用热电偶中灵敏度最高灵敏度最高、价格最低、价格最低, ,适于适于中性或

25、还原性介质,不适于不适于氧化或硫化物介质.341)工业工业热电偶热电偶： 主要用于测量测量液体液体和和气体气体温度温度。 由于使用条件基本相似,此类热电偶已制成标准形式。组成组成: 热电极热电极+ +绝缘套管绝缘套管+ +保护套管保护套管+ +接线盒接线盒; 绝缘体一般用氧化铝氧化铝或工业陶瓷工业陶瓷管管. 保护套管管根据测温条件测温条件来确定：测量量10001000以下温度以下温度一般用金属金属套管套管；测量量10001000以上温度以上温度用工业陶瓷工业陶瓷套管套管.五、五、热电偶的热电偶的结构形式：结构形式：352)2)铠装热电偶铠装热电偶( (缆式热电偶缆式热电偶) )： 由热电极、绝

26、缘体和金属保护套热电极、绝缘体和金属保护套组成一体。可制成双芯双芯或或单芯单芯,保护管与热电极之间的绝缘保护管与热电极之间的绝缘是用金属氧化物粉末如氧化镁、三氧化二铝或氧化铍等填料实现的。特点特点： 结够紧凑,热容量小，热惯性小,动态响应快,揉性好,强度高，抗震性好,适于普通适于普通热电偶不能测量的空间温度热电偶不能测量的空间温度。36六、热电偶的测温接点的三种安装形式六、热电偶的测温接点的三种安装形式1. 露头型：露头型： 用于要求响应快而灵敏,又有一定强度的场合；2. 绝缘型：绝缘型： 用于高温高温及防止热电偶与介防止热电偶与介质接触质接触而质变的场合；3. 接地型：接地型： 用于热电偶不

27、能与介质直接不能与介质直接作用作用而又要求响应快而灵敏的场合; 当壳本身是热电偶一极壳本身是热电偶一极或需需要减小外部电磁干扰要减小外部电磁干扰的情况下,也用这种型式。37七、热电偶冷端温度补偿七、热电偶冷端温度补偿热电偶测温基本方程式热电偶测温基本方程式: EAB(t,t0)=f(t)-f(t0) 为便于使用,使热电势为温度使热电势为温度t t的单值函数的单值函数.需要冷端冷端温度为温度为00或某一定值或某一定值,使热电势只随被测温度t变化； 但由于冷端冷端受周围环境温度影响而难以自行保持为0或某一定值,为减小测量误差减小测量误差, ,须采取措施将冷端须采取措施将冷端温度恒定温度恒定, ,或

28、进行校正和补偿或进行校正和补偿。 4 4种处理方法种处理方法： 1) 1)冷端恒温法冷端恒温法 2) 2)热电势修正法热电势修正法 3) 3)补偿导线法补偿导线法 4) 4)冷端补偿器法冷端补偿器法381)1)冷端恒温法冷端恒温法： 实验室试验中,通常将冷端接点置于保温容器的冰水混合物中,保持0恒定.该方法精度最高。 也可将冷端接点置于放油的容器内,利用油的热惰性保持冷端近似于室温。392)2)热电势修正法热电势修正法( (冷端温度校正法冷端温度校正法) ) 热电偶的分度是在冷端为0时进行的.实际使用条件下若冷端温度t0不为0,则工作状态和分度时产生的热电势不同。 需要实测实测EAB(t,t0

29、),已知冷端温度t0用分度表查得分度表查得EAB (t0,0),求和后,得到EAB (t,0),再反查分度表再反查分度表,得得到到被测量温度被测量温度t t。40 例例 用镍铬-镍硅热电偶测量温度,参考端温度t0=25,仪表测得热电势E(t,t0)=28.55mV,求实际被测温度t. 解解 先查镍铬-镍硅热电偶分度表,得 E(t0,0)=1.00mV 则: E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=28.55+1.00=29.55mV 所得29.55mV正是热电偶工作端温度t,参考端温度为0的热电势,再查热电偶分度表,得到工作端温度得到工作端温度t=710t=710.413)3)补偿导线法

30、补偿导线法( (延引热电极法延引热电极法) 热电偶直径和长度一定,结构固定.在生产现场若需要将热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度较稳定处,维持维持冷端温度恒冷端温度恒定定. 采用补偿导线代替部分热电偶丝作为热电偶的延长.42该方法须满足两条件该方法须满足两条件：1)在0100范围内,延引热电极与热电偶的热电极 有相同或相近的热电特性有相同或相近的热电特性; 2)延引热电极与热电偶的两结点有相等的温度两结点有相等的温度。 使用延引热电极时注意使用延引热电极时注意： 1)不同的热电偶所配用的延引热电极导线延引热电极导线不能用错不能用错。2)使用时注意注意电极的色标电极的色标,不要接错极性。 3)

31、热电偶与延引线连接端所处的温度不超过连接端所处的温度不超过100100, 以免产生测量误差. 434)4)冷端补偿器法冷端补偿器法(补偿电桥法补偿电桥法) 很多工业生产过程没有长期保持0或冷端恒温的条件,热电偶参考端温度t0随时间和所处环境而变化. 这种情况下采用冷端补偿器来自动补偿t0的变化。 冷端补偿器冷端补偿器是一个不平衡电桥,桥臂电阻R1=R2=R3=1 用锰铜丝无感绕制,其电阻温度系数趋于零;桥臂电阻R4(补偿电阻)用铜或镍丝绕制,其电阻温度系数较大,在20,R4=1 ;44 Rg为调整电阻(限流电阻),其阻值因热电偶不同而不同,用来调整桥压以改变补偿量的大小. 桥臂电阻与冷端处于相

32、同环境温度,当周围温度为20时,电桥处于平衡状态,a、b两点电位相等,则补偿电桥对温度计的读数无影响；45 当冷端温度t0和周围环境温度改变时,由于电阻R4随温度而变,因此电桥失去平衡,a、b两点出现电位差E1; 补偿导线冷端温度t0相同变化引起的附加电动势E2与E1大小相等、方向相反,冷端温度变化造成的影响被抵消. 使用不同分度号不同分度号的热电偶要配用不同型号的补偿器,并在使用中保持电桥电源电压的恒定,以减小输出电压随电桥电源电压波动的影响.46八、热电偶测温系统的误差分析八、热电偶测温系统的误差分析 由热电偶、补偿导线、冷端补偿器、动圈式温度指示仪等组成的测温系统的测量误差有：1 1、传

33、热误差、传热误差 测温时,被测介质被测介质高于或低于环境温度环境温度,会通过热电偶进行热量交换,则热电偶感受的温度就不能正确反映被测介质温度,引起测量误差.温差越大,误差越大. 测点布置和测温方法也是导致传热误差的重要原因. 为了减小这个误差,采取适当措施减少测温元件与周围环境的热量传递.472 2、分度误差、分度误差 任何一种热电偶的通用分度表都是统计结果,由于热电极材料成分不符合要求或材料均匀性差等原因,某一具体热电偶的数据与通用分度表会存在一定偏差.这个误差有规定值, 例如铂铑铂热电偶在600以上使用时允许误差为0.25； 镍铬镍硅热电偶为0.75。 因此,每个热电偶在使用前要进行校验,

34、长期使用后也应定期校验.483 3、补偿导线误差、补偿导线误差 多数热电偶的补偿导线材料并非热电偶本体材料,热电特性不完全相同,因此存在误差. 各种热电偶补偿导线的允许误差也不一样, 对于铂铑铂热电偶在0100补偿范围内,误差为0.023mV； 对于镍铬镍硅热电偶为0.15mV; 镍铬康铜热电偶为0.30mV.494、参考端误差、参考端误差 对于应用补偿电桥法补偿的参考端温度,除平衡点和计算点两个温度值得以完全补偿外,冷端补偿器在其他各温度值均不能完全得到补偿,其偏差如下： 铂铑铂热电偶为0.04mV; 镍铬镍硅热电偶为0.16mV; 镍铬康铜热电偶为0.18mV. 对于应用定点法补偿的，由于

35、各参考端温度的测量不准确也会导致工作端测温误差。505、显示仪表的基本误差、显示仪表的基本误差 该误差由仪表的精度等级确定.如果显示仪表没有在规定工况下工作,还会产生附加误差.6、热线电阻误差、热线电阻误差 热电偶与动圈式显示仪表配套测温时,两者之间连接导线的电阻都有规定的数值,线路电阻不完全符合这一规定数值时会引起测温误差.51第四节、热电阻温度计第四节、热电阻温度计 1、热电阻测温原理热电阻测温原理 利用导体或半导体电阻随温度变化电阻随温度变化的特性做成测温敏感元件,即热电阻温度计或半导体热敏电阻温度计. 多数导体导体的电阻值电阻值与温度的关系： R0:0 时的电阻值; a，b，c是与金属

36、材料有关的系数. 多数半导体半导体具有负温度系数,电阻值电阻值与热力学温度T的关系关系: : :T0时的电阻值; B:与半导体材料有关的系数注注：导体导体电阻随温度电阻随温度增加而增加增加而增加； 半导体半导体电阻随温度电阻随温度增加而降低增加而降低。522.热电阻材料要求热电阻材料要求 1)测温范围内,物理和化学特性稳定. 2)复现性好.3)电阻温度系数大,以提高灵敏度。4)电阻率大,可以得到小体积元件.5)电阻温度特性尽可能接近线性. 6)价格低.特点特点: : 测量精度高,响应快,整个测温范围内呈线性关系,不存在冷端补偿问题,可以实现远距离显示和自动记录. . 工业中在-200-2005

37、00500范围内广泛使用.53二、常用的热电阻二、常用的热电阻1.1.铂热电阻铂热电阻 采用高纯度铂丝绕制成的铂电阻具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化性强等优点。缺点：缺点：电阻率低,高温易氧化. 标准或实验室用的铂电阻,为10或30左右. 国产工业铂电阻温度计主要有3种,分别为Pt50、Ptl00、Pt300.（0时的电阻值R0分别为50 、100 、 300 ）. 2.2.铜热电阻铜热电阻 电阻值与温度近于呈线性关系,电阻温度系数也较大,且价格便宜,在一些测量准确度要求不是很高的场合应用. 我国统一生产的铜热电阻温度计有Cu50和Cu100两种。543.3.半导体热敏电阻半导体热敏

38、电阻: : 最大优点是具有大的负电阻温度系数-(36),因此灵敏度高灵敏度高. 半导体材料电阻率远比金属材料大得多,故可做成体积小而电阻值大的电阻元件,使得热惯性小热惯性小、可测量测量点点温度温度和动态温度动态温度.缺点：缺点： 同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大,非线性严重,元件性能不稳定,因此互换性差,精度较低。 热电偶热电偶温度计与热电阻热电阻温度计的表头外形常制成一种式样,易混淆.区别方法区别方法： 表盘上的标记符号有标记符号有两种金属两种金属(热电偶温度计); 表盘上的标记符号只有标记符号只有一种金属一种金属(热电阻温度计).55三、热电阻测温系统的误差分析三、热电阻测温系统的

39、误差分析 热电阻阻测温系统由热电阻阻、显示仪表或变送器、调节器、连接导线等组成, 测量误差有：1 1、传热误差、传热误差 测温时,被测介质被测介质高于或低于环境温度环境温度,会通过测温元件进行热量交换,则热电阻阻感受的温度就不能正确反映被测介质温度,引起测量误差.温差越大,误差越大. 测点布置和测温方法也是导致传热误差的重要原因. 为了减小这个误差,采取适当措施减少测温元件与周围环境的热量传递.562 2、分度误差、分度误差 标准化的热电阻分度表是对同一型号热电阻的电阻-温度特性统计分析的结果,而对具体所用的热电阻体因材料纯度、制造工艺而有所差异,这就形成了热电阻分形成了热电阻分度误差度误差.

40、 . 分度误差的大小不能超过技术指标规定的数值.3 3、自热误差、自热误差 测量热电阻阻值时要通过一定的电流,使电阻体产生温升而引起温度测量的附加误差.它与电流大小和传热介质有关. 我国工业用热电阻限制电流一般不超过限制电流一般不超过6mA6mA(一般为3mA),此时将热电阻置于冰点槽中,则热电阻的自热误差不超过0.1. 测量温度越低,自热误差越大,工作电流应取得更小.575、线路电阻变化带来的误差、线路电阻变化带来的误差 热电阻阻与显示仪表或变送器配套测温时,两者之间连接导线的电阻都有规定的数值,线路电阻不完全符合这一规定数值时会引起测温误差. 环境温度变化时,导线电阻发生变化,该误差必然存

41、在. 实际测量电路采取措施减小或消除这一影响,如附加调整电阻.6、显示仪表的基本误差、显示仪表的基本误差 该误差由仪表的精度等级确定.58四、热电阻温度计的选用四、热电阻温度计的选用 热电阻与显示仪表配套使用,为热电阻选用配套显示仪表时应考虑：1)显示仪表的分度号与热电阻的分度号一致分度号一致。2)为提高测量精度,使被测温度最大值接近显示仪表的被测温度最大值接近显示仪表的最大量程。最大量程。 3)根据实际测量要求,选择仪表的精度等级选择仪表的精度等级. 4)测量电路的总电阻值应等于显示仪表注明的外接电阻显示仪表注明的外接电阻值。值。59第五节、接触式测温技术第五节、接触式测温技术 一、测温元件

42、的传热情况测温元件的传热情况 测温元件的测温元件的接受热量接受热量来自来自两方面两方面: 1)被测介质传给测温元件的导热、辐射和对流换热； 2)由于测温元件阻挡了流动介质而在测温元件附近发生气流绝热压缩,使流体的动能转变为热能,这种现象在测量高速流体的温度时应当重视. 测温元件的测温元件的散热途径散热途径有有两种两种: : 1)由测温元件周围冷壁的辐射散热和传热; 2)沿测温元件向外部介质的传导散热(包括测温元件露在外部介质中的部分辐射散热),其在静态或低速流动介质中测量时引起误差较大. 60二、测温元件测温元件的的安装安装1、安装安装的基本要求的基本要求1)1)测温元件应逆逆被测介质被测介质

43、流向流向, ,若不能逆流插入若不能逆流插入, ,可采用可采用逆流斜插逆流斜插的方式的方式, ,至少至少与被测介质流向与被测介质流向垂直垂直, ,应应避免避免与被测介质与被测介质形成顺流形成顺流. .2)安装时,要使测温元件处于处于管道中心管道中心, ,即应使它处即应使它处于于流速最大处流速最大处. .在管道倾斜安装时,保护管顶端要高出管中心线510mm. 613)实践证明,插入深度增加,测量误差减小. 测温元件插入深度应符合国家有关试验规范或出厂使用说明的要求。 如不用保护管时,热电偶插入深度不应小于热电极直径的50倍. 测定液体温度时,插入深度应是保护管直径的912倍. 在直径小的管道上安装

44、测温元件时,可装置扩大管.4)测温元件插入处附近的管道或容器壁外要有足够的绝热层,以减少由于辐射和导热损失而引起的误差.622.2.热电偶与被测表面的接触方式热电偶与被测表面的接触方式： 热电偶测量表面温度具有热接点小、热损失少、测温范围大、精度高、使用方便等优点,因而被广泛应用.热电偶与被测表面的热电偶与被测表面的接触方式接触方式基本上有基本上有四种四种： 点接触式、 面接触式、 等温线接触式、 分立接触式. 等温线等温线接触式接触式: : 测量端接点固定在被测表面后沿表面沿表面等温线等温线绝缘敷设至绝缘敷设至少少2020倍线径的距离倍线径的距离,再引出.63 由于等温线接触式的热电偶丝沿等

45、温线敷设,热接点的导热损失最小； 面接触式次之,因为热电偶丝的热损失由导热良好的金属片补偿； 点接触式因导热损失全部集中在一个接触点上,热量不能得到充分的补偿,故测温误差最大测温误差最大。64三、测温仪表的标定方法三、测温仪表的标定方法 标定是为确定温度计的精度,包括新仪表的标定和旧仪表的校验. 测温仪表使用过程中的准确度会发生变化,需要校验以判断误差是否超过规定标准,以确定能否继续使用.校校验方法方法:1)比较法比较法： 使用被校温度计被校温度计和标准温度计标准温度计同时测定同一被测温度,用标准温度计的指示值为基准来确定被校温度计的基本误差基本误差。2)定点法定点法： 用被校温度计被校温度计

46、测量某些测量某些固定点温度固定点温度求得读数求得读数, ,以检定以检定仪表质量指标的方法仪表质量指标的方法. . 这些这些温度的固定点温度的固定点由国际温标规定由国际温标规定, ,是纯净物质的是纯净物质的凝固点、沸点、三相点凝固点、沸点、三相点的温度值的温度值。 65第六节、非接触式温度测量第六节、非接触式温度测量接触式测温方法是利用测温传感器与被测对象直接接触.传感器受被测介质的腐蚀、氧化、还原、污染甚至振动等的影响.对于小的被测对象插入测温元件后会较大的歪曲了温度的原始分布.对于运动着的物体,几乎无法用接触方式实现其温度的连续测量和监控.在高温的条件下接触式温度传感器不能承受. 因此基于热辐射原理的非接触式光学测温仪器得到了较快发展和应用。66 任何物体的温度高于绝对零度时就有能量释出,其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射.不同的温度范围其热辐射波段不同. 辐射式温度计利用受热物体的辐射能大小与温度有一定关系的原理,即利用热接收器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来确定被测物体的温度.辐射式温度测量仪大致分成两类： 一类是通常所谓的光学辐射式高温计,包括单色光学高温计、光电高温计、全辐射高温计、比色高温计等；另一类是红外辐射仪,包括全红外辐射型、单色红外辐射型、比色型等.67