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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1建筑环境测试仪表二.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，纯水冰点为32F ，沸点
2、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） 5/93.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。2建筑环境测试仪表测量温度的方法玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计固体膨胀式固体膨胀式压力式温度计压力式温度计膨胀式温度计测温膨胀式温度计测温热电偶测温热电偶测温热电阻测温热电阻测温接触法接触法非接触法非接触法测温方法测温方法玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计固体膨胀式固体
3、膨胀式压力式温度计压力式温度计膨胀式温度计测温膨胀式温度计测温热电偶测温热电偶测温热电阻测温热电阻测温接触法接触法非接触法非接触法测温方法测温方法3建筑环境测试仪表常用温度测量仪表1.热膨胀式温度计2.热电偶温度计3.热电阻测温仪表4. 非接触式测温4建筑环境测试仪表三.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5建筑环境测试仪表四
4、.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6建筑环境测试仪表五.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）工作液体 3）结构 毛细管 4）特点7建筑环境测试仪表第五讲 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( ，
5、0 )和珀尔贴电势EAB。0ABEA(, 0)EB(, 0 )EAB()EAB(0)8建筑环境测试仪表表面热电偶9建筑环境测试仪表热电偶10建筑环境测试仪表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+-高温高温低温低温电子密电子密度大度大电子密电子密度小度小接触电动势 温差电动势11建筑环境测试仪表三.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
6、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。12建筑环境测试仪表四.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S01300(1600 ）0.5mm物理化学性能稳定，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E0600(900)还原性中性介质0.33.2mm热电势大灵敏
7、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13建筑环境测试仪表T型（铜-康铜）热电偶温度范围温度范围 -200400型号型号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）14建筑环境测试仪表五结构型式1.普通型工业用热电偶
8、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。3.小惯性热电偶？快速薄膜热电偶特点4.其它热电偶15建筑环境测试仪表六.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
9、,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 16建筑环境测试仪表七.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 +- +_+17建筑环境测试仪表八.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
10、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 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。18建筑环境测试仪表第六讲 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
11、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。19建筑环境测试仪表二.分类1.金属热电阻 1)铂电阻 ，为标准化热电阻，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
12、.7 10-31/ 。20建筑环境测试仪表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。21建筑环境测试仪表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。
13、？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。22建筑环境测试仪表三构造与误差分析 （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，但不完全一样。23建筑环境测试仪表铂热电阻测温范围测温范围 -200650 工业应用工业应用 W(100)=1.3871.390，标准铂热标准铂热电阻电阻 W(100) 1.3925命名命名 Pt10、 Pt100、Pt500性能稳定，重复性好，精度高性能稳定，重复性好，精度高阻值与温度的关系近似线性阻值与温度的关系近似线性较贵较贵24建筑环境测试仪表铜热电阻测温范围 -50150 性能稳定
14、阻值与温度的关系呈线性关系较便宜铜容易加工提纯25建筑环境测试仪表半导体热敏电阻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，Rt= Rt0exp(B/T)稳定性及互换性差较便宜26建筑环境测试仪表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27建筑环境测试仪表四显示仪表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
15、测量电桥三线制热敏电阻动圈仪表28建筑环境测试仪表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29建筑环境测试仪表2.电桥法1.平衡电桥二线制 三线制G被测电阻G30建筑环境测试仪表2.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31建筑环境测试仪表平衡电桥二线法平衡电桥二线法GR1R2R3RW2RW1Rtabcd电源电压和稳定性一般电源电压和稳定性一般不影响测量结果不影响测量结果如果不计如果不计RW随温度的变随温度的变化化，Rt与与r1成线性关系
16、成线性关系RW随温度变化会引起随温度变化会引起测量误差测量误差R032建筑环境测试仪表不平衡电桥法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI连续自动显示，结构简单，价连续自动显示，结构简单，价格便宜格便宜RtRt与与I I成非线性关系成非线性关系电源电压的稳定性对测量结果电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源有影响，应该使用稳压电源连接导线电阻随温度变化会引连接导线电阻随温度变化会引起测量误差，三线接法可以削起测量误差，三线接法可以削弱弱33建筑环境测试仪表4 4 非接触式测温非接触式测温普朗克定律，即普朗克定律，即波长，mT黑体的绝对温度，Ke自然对数的底数C1第一辐射常数，其值为
17、3.74310-16WC2第二辐射常数，其值为1.438710-2mK34建筑环境测试仪表在3000K以下，波长较短的可见光范围内，可用维恩公式，其误差不超过1%。单色辐射强度峰值处的波长和温度T之间的关系 35建筑环境测试仪表绝对黑体的全辐射定律若要得到波长从0之间全部辐射能量的总和，可把Eb对 (0)进行积分即全辐射能量为 斯蒂芬玻尔兹曼常数，等于4.9610-8绝对黑体的全辐射能量和绝对温度的四次方成正比。 36建筑环境测试仪表实际物体的光谱辐射出射度于温度、波长的关系为 波长下实际物体的光谱辐射强度 实际物体在波长下的光谱发射率（黑度）。把公式代入，即：实际物体全部光谱辐射强度总和为3
18、7建筑环境测试仪表光学高温计光学高温计就是利用受热物体的单色辐射强度（在可见光范围）随温度升高而增长的原理来进行高温测量的仪表。当物体的黑度系数越小，则亮度温度与真实温度间的差别也就越大。因为01，因此测得物体的亮度温度始终低于其真实温度。缺缺：测温准确度比热电偶热电阻低，构造复杂、测温准确度比热电偶热电阻低，构造复杂、价格昂贵、不能测内部温度价格昂贵、不能测内部温度38建筑环境测试仪表光学温度计的结构光学温度计的结构和影响因素和影响因素 （1）光学温度计的结构 光学系统 电测系统 （2）光学高温计的影响因素非黑体的影响 中间介质的影响 应尽量做到不在反射光很强的地方进行测量，否则要产生误差。
19、39建筑环境测试仪表全辐射高温计构造和原理构造和原理 全辐射高温计是根据全辐射定律制作的温度计。使用全辐射高温计的注意事项使用全辐射高温计的注意事项1.全辐射体的发射率随物体的成分、表面状态、辐射条件和温度的不同而不同，因此应尽可能准确地确定被测物体的，以提高测量的准确度。2.被测物体与高温计之间的距离L和被测物体的直径D之比（L/D）有一定的限制。3.使用时环境温度不宜太高，否则会引起热电堆参比端温度升高而增加测量误差。40建筑环境测试仪表光电高温计光电高温计光电高温计依据的是光谱辐射亮度的原理，采用光电器件作为仪表的感受元件，替代人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，该
20、信号对应于被测物体的温度。 优：可以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值 缺：更换反馈灯或光电器件时，必须对整个仪表进行 重新调整和刻度41建筑环境测试仪表红外测温仪红外测温仪红外测温仪表是一种测温上限较低的仪表，可测量0400范围的温度。 红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表等部分组成。42建筑环境测试仪表3.3 温度测量仪表的选用和校验温度仪表的选用温度仪表的选用1.根据生产或实验所要求的测量范围、允许的误差， 2.根据现场对仪表功能的要求3.根据仪表的工作条件正确安装测温元件 正确选择具有代表性的测温点，测温元件应插入被测物的足够深度；要有合适的保护措施 43建
21、筑环境测试仪表3.4测温仪表的应用实例3.4.1室内采暖温度的测量1）检测地点的确定和要求2）检测地点的选择要求3）仪器的选择4）检测步骤5）数字温度计校正方法6）测量结果计算44建筑环境测试仪表五温度计的选择和安装1.选择实际可行，经济可行品种和规格尽量少被测参数与仪表的兼容性（测量范围、测量精度，耐腐蚀，环境温度、压力和介质、传感器的滞后时间和惯性时间）考虑就地读数还是远方读数等读数方式。 45建筑环境测试仪表2.安装测点布置。？与介质有良好的换热条件，插入管道深度一般是（1/22/3)D，应迎着介质流动方向。与周围环境有少的热交换便于仪表工作人员的检修。46建筑环境测试仪表误差分析1.1
22、）热电偶的分度误差 ，是由电极材料非严格均值或复现；补偿导线与热电偶的热电特性不完全匹配；热电极变质；绝缘不良而漏电；环境温度改变而引起冷端温度的变化等。2）测点不当，被 测参数不能反映实际参数；仪器测量方法不甚合理，引起的静态、动态用负载效应；未能满足仪表、仪器的 使用环境条件等。3）测试人员的读数有滞后超前等现象偏离正确值；技术不高，未能按要求做作。2.选用热电偶的类型或型号有点不符；测量条件（环境温度、测量地点、被测对象参数波动）微微改变；仪表本身的设计、制造、材料、间隙与摩擦等无规律作用；系统产生的有效数字不完全同步等 。3.仪表损坏或有严重缺陷；人员读数水平低；人员设计方法严重不当等 。47建筑环境测试仪表作业补充4:在恒温室内有风道送风，结合专业知识，温度计或温度传感器应放在何处，给出注意事项；在纺织厂房里温度计该如何放置。48建筑环境测试仪表
