熱工基礎(chǔ)培訓(xùn)講義

1、第一章 溫度計(jì)量第一節(jié) 溫度和溫標(biāo)溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是描述系統(tǒng)不同自由度之間能量分布狀況的基本物理量，它是決定一系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于平衡的宏觀性質(zhì)。溫度概念的建立和溫度的測(cè)量都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。為了判斷溫度的高低，只能借助于某種物質(zhì)的某種特性（如體積、長(zhǎng)度和電阻等）隨溫度變化的規(guī)律來(lái)測(cè)量，于是就會(huì)有形形色色的溫度計(jì)。但是，迄今為止，還沒(méi)有適應(yīng)整個(gè)溫度范圍用的溫度計(jì)（或物質(zhì)）。比較理想的物質(zhì)及相應(yīng)的物理性質(zhì)有：固體、液體、氣體的熱膨脹性質(zhì)；導(dǎo)體或半導(dǎo)體受熱后電阻值變化的性質(zhì)；熱電偶的熱電勢(shì)和物體的熱輻射。利用這些物理性質(zhì)制成的測(cè)溫儀表被廣泛的應(yīng)用著。此外，也應(yīng)用了一些新的測(cè)

2、溫原理，如射流測(cè)溫、渦流測(cè)溫、激光測(cè)溫等。 溫度是一個(gè)很重要的物理量，是國(guó)際單位制中7個(gè)基本單位之一。（長(zhǎng)度米（m）、質(zhì)量千克（kg）、時(shí)間秒（s）、電流安培（a）、熱力學(xué)溫度開(kāi)爾文（k）、物質(zhì)的量摩爾（mol）、發(fā)光強(qiáng)度坎德拉（cd）七個(gè)國(guó)際制基本單位。） 在自然界任何物體的物理和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有著密切的聯(lián)系，如，水因溫度降低而變成冰，又因溫度升高而變?yōu)樗魵?，至于水的溫度降低到什么程度才?huì)結(jié)冰，什么程度才會(huì)變?yōu)樗魵?，這都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。許多物理性質(zhì)均與溫度有密切的關(guān)系。如物質(zhì)的電阻率、電導(dǎo)率、磁化率、比容率、膨脹系數(shù)、熱電動(dòng)勢(shì)等都與溫度有關(guān)；其他如各種氣體的壓強(qiáng)、聲波在氣體中的傳播

3、速度，以及各種液體、流體的密度、海水的鹽度和空氣的濕度等都隨溫度而變化。因而在科研和生產(chǎn)活動(dòng)，甚至人們的日常生活中，都離不開(kāi)溫度。溫度的特殊之處還在于必須有一個(gè)溫標(biāo)，給溫度以數(shù)字表示。有了溫標(biāo)以后，人們就能比較不同時(shí)間、空間的各種溫度量值。1.1 溫標(biāo)溫標(biāo)是溫度的數(shù)值表示方法，是用來(lái)衡量物體溫度的尺度。它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn)(零點(diǎn))和測(cè)量溫度的單位，各種溫度計(jì)的刻度值均由溫標(biāo)確定。常用的有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際溫標(biāo)等。一、攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)之一，亦稱(chēng)“百分溫標(biāo)”。溫度符號(hào)為t，單位是攝氏度，國(guó)際代號(hào)是“”。分度方法是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為零度（0），把水的沸

4、點(diǎn)定為100度（100），用這兩個(gè)固定點(diǎn)分度玻璃水銀溫度計(jì)，在這兩固定點(diǎn)間劃分100等分，每一等分為攝氏一度，計(jì)為1。華氏溫標(biāo)是目前歐美一些國(guó)家采用的一種溫度表示方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)為32 ，沸點(diǎn)為212 。華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的換算公式是：二、熱力學(xué)溫標(biāo)(k)熱力學(xué)溫標(biāo)是一種與工質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，它以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，已由國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納作為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)所確定的溫度數(shù)值稱(chēng)為熱力學(xué)溫度（單位為k）。三、國(guó)際溫標(biāo)第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)是1927年第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用的溫標(biāo)，稱(chēng)為“1927年國(guó)際溫標(biāo)”，記為its-27。此后大約每隔20年進(jìn)行一次大修改。1954年國(guó)際計(jì)量

5、大會(huì)決定把水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度規(guī)定為273.16k，其單位為開(kāi)爾文，符號(hào)為k。為了統(tǒng)一攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，1960年國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)攝氏溫標(biāo)予以新的定義，規(guī)定它應(yīng)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出，即t=t-273.15例如水的三相點(diǎn)溫度，用國(guó)際實(shí)用攝氏度表示為0.01 ，用國(guó)際實(shí)用開(kāi)爾文溫度表示為0.01+273.15273.16k。目前，國(guó)際上通用的國(guó)際溫標(biāo)是1989年7月第77屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)（cipm）批準(zhǔn)的新溫標(biāo)its-90，我國(guó)從1994年1月1日起實(shí)行新溫標(biāo)。its-90的熱力學(xué)溫度仍記作t，為了區(qū)別以前的溫標(biāo)，用“t90”代表新溫標(biāo)的熱力學(xué)溫度，其單位仍然是k。與此同時(shí)的攝氏溫度記為t90，其單

6、位是“”。t90與t90的關(guān)系是t90=t90 - 273.151.1.3 溫標(biāo)的建立 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的三要素 必須有在溫度固定點(diǎn)上分度的標(biāo)準(zhǔn)器 必須有復(fù)現(xiàn)固定點(diǎn)的溫度 必須確定各定義固定點(diǎn)溫度間的內(nèi)插公式一、固定點(diǎn) 物質(zhì)有三種不同的狀態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。這三種狀態(tài)也被稱(chēng)為三相。相是系統(tǒng)中物理性質(zhì)均勻的部分，這是物質(zhì)分子集結(jié)的特定形態(tài)。在特定的溫度和壓力下，一種相可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相，即相變。物質(zhì)在相變的過(guò)程中，會(huì)呈現(xiàn)二態(tài)和三態(tài)共存，而溫度是恒定不變的。物質(zhì)不同相之間的可復(fù)現(xiàn)的平衡溫度稱(chēng)為固定溫度點(diǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)固定點(diǎn)。二、測(cè)溫儀器 固定點(diǎn)被確定后，要選定一種測(cè)溫物質(zhì)制成測(cè)溫儀器，即溫度計(jì)，作為實(shí)現(xiàn)溫

7、標(biāo)的儀器。 自然界許多物質(zhì)的物理性質(zhì)隨溫度的改變而發(fā)生變化，正確利用這些性質(zhì)，就可以制造出不同用途的溫度計(jì)。例如，利用水銀的體積隨溫度變化而相應(yīng)變化的特征，制造水銀溫度計(jì)；利用鉑絲的電阻值隨溫度變化的特性，制成鉑電阻溫度計(jì)等。三、內(nèi)插公式在固定點(diǎn)的溫度值確定后，用來(lái)確定任意點(diǎn)溫度值的數(shù)學(xué)關(guān)系式，稱(chēng)為內(nèi)插公式。例如：假定某一測(cè)溫變量y于溫度t的變化呈簡(jiǎn)單線(xiàn)性關(guān)系。有： ykt+c式中：k為比例系數(shù)，c為常數(shù)，即初始值。第二節(jié) 溫度的測(cè)量方法和儀器2.1 測(cè)量方法測(cè)量方法一般分兩大類(lèi)，即接觸式和非接觸式。 接觸式就是測(cè)溫的傳感器直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，使被測(cè)介質(zhì)與溫度傳感器充分進(jìn)行熱交換達(dá)到熱平衡完成

8、測(cè)量。儀器的種類(lèi)主要包括熱膨脹（固、液、氣），熱電阻，熱電偶。 非接觸式即溫度傳感器不直接與被測(cè)物體接觸，而是利用物體熱輻射，通過(guò)輻射能量（或亮度）的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。儀器的種類(lèi)包括輻射法，亮度法，比色法。2.2 接觸式測(cè)溫儀表接觸式測(cè)量方法所使用的測(cè)溫儀表主要分為膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱電偶。膨脹式溫度計(jì)是利用膨脹法來(lái)測(cè)量溫度的一種儀表。膨脹式溫度計(jì)按選用的物質(zhì)不同可分為液體膨脹式溫度計(jì)（水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)）、氣體膨脹式溫度計(jì)（壓力式溫度計(jì)）和固體膨脹式溫度計(jì)三大類(lèi)。對(duì)于液體膨脹式溫度計(jì)，根據(jù)填充的工作液體不同又可分為水銀溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)。固體膨脹溫度計(jì)，按結(jié)構(gòu)不同又可分為雙金屬溫

9、度計(jì)和桿式溫度計(jì)兩種。玻璃液體溫度計(jì)按結(jié)構(gòu)劃分，有棒式（桿狀）、內(nèi)標(biāo)式（雙套管）、外標(biāo)式。2.3 玻璃液體溫度計(jì) 玻璃液體溫度計(jì)按浸沒(méi)方式分為全浸式（要求液柱露出被測(cè)介質(zhì)表面不得大于15mm）、局浸式（使用時(shí)要求溫度計(jì)插入到溫度計(jì)局浸刻度線(xiàn)，或溫度計(jì)所標(biāo)志的固定點(diǎn)）兩大類(lèi)。玻璃液體溫度計(jì)是利用透明玻璃感溫泡和毛細(xì)管內(nèi)感溫液體的熱脹冷縮性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度。安全泡：毛細(xì)管頂部的擴(kuò)大部位，其作用是當(dāng)被測(cè)溫度超過(guò)溫度計(jì)上限一定溫度時(shí)，保護(hù)溫度計(jì)不致?lián)p壞 中間泡：毛細(xì)管內(nèi)徑的擴(kuò)大部位，其作用是容納部分感溫液，以縮短溫度計(jì)長(zhǎng)度。2.4 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)是把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。它

10、是一種固體膨脹溫度計(jì)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化，不僅用于測(cè)量溫度，而且還用于溫度控制裝置（尤其是開(kāi)關(guān)的“通斷”控制），使用范圍相當(dāng)廣泛。雙金屬溫度計(jì)的工作原理如圖8.2-1所示, 將其一端固定, 如果溫度升高, 下面的金屬b（例如黃銅）因熱膨脹而伸長(zhǎng)，上面的金屬a（例如因瓦合金）卻幾乎不變，致使雙金屬偏向上翹。溫度越高則產(chǎn)生的線(xiàn)膨脹差越大，引起的彎曲越大。圖8.2-2為雙金屬溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)。它的感溫元件通常繞成螺旋形，一端固定，另一端連接指針軸。溫度變化時(shí)，感溫元件的彎曲率發(fā)生變化，并通過(guò)指針軸帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，在刻度盤(pán)上顯示出溫度的變化。2.5 熱電偶熱電偶溫度計(jì)以熱電偶作為

11、測(cè)溫元件測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)由儀表顯示出溫度值。它廣泛用來(lái)測(cè)量-200 1300范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測(cè)至2800的高溫或4k的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、準(zhǔn)確度高、測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進(jìn)行檢測(cè)，使溫度的測(cè)量、控制以及對(duì)溫度信號(hào)的放大、變換都很方便，適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制。在接觸式測(cè)溫法中，熱電溫度計(jì)的應(yīng)用最普遍。2.5.1 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體a和b串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)電1和2的溫度不同時(shí)，如果tt0 （如圖1-1熱電效應(yīng)），在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效

12、應(yīng)。該電動(dòng)勢(shì)就是著名的“塞貝克溫差電動(dòng)勢(shì)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“熱電動(dòng)勢(shì)”，記為eab，導(dǎo)體a，b稱(chēng)為熱電極。接點(diǎn)1通常是焊接在一起的，測(cè)量時(shí)將它置于測(cè)溫場(chǎng)所感受被測(cè)溫度，故稱(chēng)為測(cè)量端(或工作端熱端)。接點(diǎn)2要求溫度恒定，稱(chēng)為參考端（或冷端）。由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動(dòng)勢(shì)的傳感器叫做熱電偶。熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。熱電動(dòng)勢(shì)的大小與兩種導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接點(diǎn)溫度有關(guān)。導(dǎo)體內(nèi)部的電子密度是不同的，當(dāng)兩種電子密度不同的導(dǎo)體a與b接觸時(shí)，接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，電子從電子密度高的導(dǎo)體流向密度低的導(dǎo)體。電子擴(kuò)散的速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸

13、區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體a和b的自由電子密度為na和nb，且nanb，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體a失去電子而帶正電，導(dǎo)體b則獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)阻礙了電子的擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)，其大小為式中k玻耳茲曼常數(shù)，k=1.3810-23j/k；e電子電荷量，e1.610-19 c；t接觸處的溫度，k；na，nb分別為導(dǎo)體a和b的自由電子密度。因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)。由于溫度梯度的存在，改變了電子的能量分布，高溫端（t）電子將向低溫端（t0）擴(kuò)散，致使高溫端因失去電子帶正電，低溫端因獲電子而帶負(fù)電。因而在同一導(dǎo)體兩端也產(chǎn)生電位

14、差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，于是電子擴(kuò)散形成動(dòng)平衡，此時(shí)所建立的電位差稱(chēng)為溫差電勢(shì)即湯姆遜電勢(shì)，它與溫度的關(guān)系為式中為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。導(dǎo)體a和b組成的熱電偶閉合電路在兩個(gè)接點(diǎn)處有兩個(gè)接觸電勢(shì)eab(t)與eab(t0)，又因?yàn)閠t0，在導(dǎo)體a和b中還各有一個(gè)溫差電勢(shì)。所以閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)eab(t,t0)應(yīng)為接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即： 對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時(shí)，總熱電動(dòng)勢(shì)就變成測(cè)量端溫度t的單值函數(shù)，即eab(,t0)=f(t)。這就是熱電偶測(cè)量溫度的基本原理。在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導(dǎo)

15、線(xiàn)和儀表。2.5.2有關(guān)熱電偶測(cè)溫的基本原則一、 均質(zhì)導(dǎo)體定則。由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電偶的溫度分布無(wú)關(guān)；如果熱電極為非均質(zhì)電極，并處于具有溫度梯度的溫場(chǎng)時(shí)，將產(chǎn)生附加電勢(shì)，如果僅從熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)大小來(lái)判斷溫度的高低就會(huì)引起誤差。二、 中間導(dǎo)體定則。在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)這一定則，可以將熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)斷開(kāi)接入第三種導(dǎo)體，也可以將熱電偶的一種導(dǎo)體斷開(kāi)接入

16、第三種導(dǎo)體，只要每一種導(dǎo)體的兩端溫度相同，均不影響回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。在實(shí)際測(cè)溫電路中，必須有連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀器，若把連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀器看成第三種導(dǎo)體，只要他們的兩端溫度相同，則不影響總熱電動(dòng)勢(shì)。三、參考電極定則。兩種導(dǎo)體a, b分別與參考電極c(或稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，a和b兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：由此可見(jiàn)，只要知道兩種導(dǎo)體分別與參考電極組成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，就可以依據(jù)參考電極定則計(jì)算出兩導(dǎo)體組成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)。從而簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高、易提純，所以人們多采用高純鉑作為參考電極。2.5.3常用熱電偶適于制作熱

17、電偶的材料有300多種，其中廣泛應(yīng)用的有4050種。國(guó)際電工委員會(huì)向世界各國(guó)推薦8種熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也有8種。分別是：鉑銠10-鉑(分度號(hào)為s)、鉑銠13-鉑(r)、鉑銠30-鉑銠6(b)、鎳鉻-鎳硅(k)、鎳鉻-康銅(e)、鐵-康銅(j)、銅-康銅(t)和鎳鉻硅-鎳硅(n)。下面簡(jiǎn)要介紹其中幾種。一、鉑銠10-鉑熱電偶由0.5mm的純鉑絲和直徑相同的鉑銠絲制成，分度號(hào)為s。鉑銠絲為正極,純鉑絲為負(fù)極。它的特點(diǎn)是熱電性能好，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用。長(zhǎng)期適用的溫度為1400，超過(guò)此溫度時(shí)，即使在空氣中純鉑絲也將再結(jié)晶而使晶粒增大。短期使用溫度為1600

18、。在所有的熱電偶中，它的準(zhǔn)確度等級(jí)最高,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量高溫的熱電偶，其使用溫度范圍廣（01600），均質(zhì)性及互換性好；其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,熱電勢(shì)較小，需配靈敏度高的顯示儀表。二、鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，分度號(hào)為k。其特點(diǎn)是：使用溫度范圍寬（-501300），高溫下性能較穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)和溫度的關(guān)系近似線(xiàn)性，價(jià)格便宜，因此是目前用量最大的一種熱電偶。它適用于在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200，長(zhǎng)期使用溫度為1000。三、鎳鉻康銅熱電偶鎳鉻為正極，康銅為負(fù)極，分度號(hào)為e。它的最大特點(diǎn)是在常用熱電偶中熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高，適宜在250 870 范圍內(nèi)的

19、氧化性或惰性氣氛中使用,尤其適宜在0以下使用。在濕度大的情況下，較其它熱電偶耐腐蝕。四、銅-康銅熱電偶 純銅為正極，康銅為負(fù)極，分度號(hào)為t。其特點(diǎn)是：在賤金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高，熱電絲均勻性好，使用溫度范圍為-200 350。 此外，還有非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，有鎢錸系列（屬難融金屬），鉑銠系列，銥銠系列，鉑鉬系列及非金屬熱電偶等。2.5.4 熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理，只有當(dāng)熱電偶的參考端的溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。常用的分度表及顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為0為先決條件的。但是在實(shí)際使用中，因熱電偶長(zhǎng)度受到一定限制，參考端溫度直接受到被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響

20、，不僅難于保持0，而且往往是波動(dòng)的，無(wú)法進(jìn)行參考端溫度修正。因此，要使變化很大的參考端溫度恒定下來(lái)，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法和參考端溫度恒定法。通常，用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)將熱電偶的參考端引至顯示儀表，而顯示儀表放在恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方。采用某兩種導(dǎo)線(xiàn)組成的熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)（0100）具有與所連接的熱電偶相同的熱電性能。圖1-4為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)在回路中的連接示意。必須指出，不同的熱電偶要配不同的導(dǎo)線(xiàn)，不能用錯(cuò)。采用參考端溫度恒定法時(shí)，參考端的形式見(jiàn)表1-1所示。 表1-1參考端的形式和用途參考端形式用途冰點(diǎn)式常用的冰點(diǎn)瓶是在保溫瓶?jī)?nèi)盛滿(mǎn)冰水混合物用于校正標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等高精度溫度測(cè)量電子式利用半導(dǎo)體制

21、冷的原理, 冷卻密封的水槽,從而把參考端溫度保持在0,體積小,操作簡(jiǎn)單用于熱電溫度計(jì)的溫度測(cè)量恒溫槽式利用溫度調(diào)節(jié)器將溫度恒定。如果它的溫度不是0, 要用其它溫度計(jì)測(cè)出其溫度并進(jìn)行修正補(bǔ)償式利用不平衡電橋進(jìn)行補(bǔ)償,又稱(chēng)補(bǔ)償電橋法室溫式無(wú)參考端恒定裝置, 或?qū)⒖级酥糜谟椭欣糜偷亩栊允箙⒖级藴囟缺３忠恢录敖咏覝赜糜诰炔惶叩臏y(cè)量當(dāng)溫度恒定或變化很小又不為0時(shí)，還必須用熱電勢(shì)修正法修正。 接線(xiàn)盒引出線(xiàn)套管 固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護(hù)管 熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管等幾個(gè)主要部分組成，其常見(jiàn)外形結(jié)構(gòu)如圖所示。鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上

22、百米薄壁金屬 保護(hù)套管（鎧體） ba絕緣 材料鎧裝型熱電偶橫截面2.6 電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化來(lái)測(cè)量溫度的元件，它由熱電阻體（感溫元件）、連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示或紀(jì)錄儀表構(gòu)成。習(xí)慣上將用作標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻體稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),而將工作用的熱電阻體直接稱(chēng)為熱電阻。它們廣泛用于測(cè)量-200850范圍內(nèi)的溫度。在常用的電阻溫度計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的準(zhǔn)確度最高，并作為國(guó)際溫標(biāo)中961.78以下內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。同熱電偶相比，具有準(zhǔn)確度高，輸出信號(hào)大，靈敏度高，測(cè)溫范圍廣，穩(wěn)定性好,輸出線(xiàn)性好等特性；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，因此熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不適于測(cè)量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。熱電阻按

23、感溫元件的材質(zhì)分金屬與半導(dǎo)體兩類(lèi)。金屬導(dǎo)體有鉑、銅、鎳、銠鐵及鉑鈷合金等，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的有鉑、銅兩種熱電阻；半導(dǎo)體有鍺、碳和熱敏電阻等。按準(zhǔn)確度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)和工業(yè)熱電阻。按結(jié)構(gòu)分為繞線(xiàn)型、薄膜型和厚膜型等。2.6.1鉑、銅熱電阻鉑的物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并有良好的工藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，其使用范圍是200850。除作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測(cè)量。常用的標(biāo)準(zhǔn)化鉑電阻（ pt10和pt100，前者鉑絲粗，可靠用于600 0c以上的測(cè)溫，后者用的較多）由熱電阻體至接線(xiàn)端子的連接導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為引出線(xiàn)。內(nèi)引出線(xiàn)要選用純度高，與電阻絲、接線(xiàn)端子之間

24、產(chǎn)生的熱電勢(shì)小，而且在最高使用溫度下不揮發(fā)、抗氧化、不變質(zhì)的材料。工業(yè)用鉑電阻用銀絲作引出線(xiàn)，高溫下用鎳絲作引出線(xiàn)。銅和鎳電阻可用銅絲和鎳絲作引出線(xiàn)。引出線(xiàn)的直徑比電阻絲的直徑大得多，這樣可減少引出線(xiàn)電阻。熱電阻引出線(xiàn)有兩線(xiàn)制，三線(xiàn)制，四線(xiàn)制三種。（1）兩線(xiàn)制：在熱電阻的電阻絲兩端各連接一根導(dǎo)線(xiàn)的引出線(xiàn)方式。這種熱電阻測(cè)溫時(shí)都存在引出線(xiàn)電阻變化產(chǎn)生的附加誤差。（2）三線(xiàn)制：在熱電阻體的電阻絲的一端連接兩根引出線(xiàn)，另一端連接一根引出銅熱電阻的使用范圍是-50150，具有電阻溫度系數(shù)大，價(jià)格便宜，互換性好等優(yōu)點(diǎn)，但它固有電阻太小，另外銅在250以上易氧化。銅熱電阻在工業(yè)中的應(yīng)有逐漸減少。線(xiàn)。測(cè)溫時(shí)

25、它可以消除引出線(xiàn)電阻的影響，故測(cè)溫準(zhǔn)確度高于兩線(xiàn)制電阻。（3）四線(xiàn)制：在熱電阻體的電阻絲兩端各連出兩根引出線(xiàn)。測(cè)溫時(shí)，它不僅可以消除引出線(xiàn)電阻的影響，還可以消除連接導(dǎo)線(xiàn)間接觸電阻及其阻值變化的影響。四線(xiàn)制多用在標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的引出線(xiàn)上。工業(yè)應(yīng)用中提高溫度測(cè)量精度，一般采用三線(xiàn)制，來(lái)消除線(xiàn)路電阻的影響薄膜型鉑熱電阻 普通型鎧裝鉑熱電阻汽車(chē)水溫表銅熱電阻2.6.2熱敏電阻熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度成指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件。廣泛應(yīng)用于家電、汽車(chē)、測(cè)量?jī)x器等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)如下：(1)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10100倍；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量“點(diǎn)”溫度；(3)電阻率高，熱慣性小

26、，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；(4)功耗小，不需要參考端補(bǔ)償，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量與控制。缺點(diǎn)是阻值與溫度的關(guān)系呈非線(xiàn)性，元件的穩(wěn)定性和互換性較差。除高溫?zé)崦綦娮柰?，不能用?50以上的高溫。熱敏電阻是由兩種以上的過(guò)渡金屬mn、co、n、fe等復(fù)合氧化物構(gòu)成的燒結(jié)體，根據(jù)組成的不同，可以調(diào)整它的常溫電阻及溫度特性。多數(shù)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，即當(dāng)溫度升高時(shí)電阻值下降，同時(shí)靈敏度也下降。此外，還有正溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻-溫度特性曲線(xiàn)可用如下經(jīng)驗(yàn)公式描述式中rt ，rt0溫度為t、t0時(shí)熱敏電阻的阻值； b熱敏指數(shù)。 熱敏電阻由熱敏探頭，引線(xiàn)和殼體等構(gòu)成，見(jiàn)圖。根據(jù)不同的使用

27、需求，熱敏電阻可制成不同的結(jié)構(gòu)形式。2.7 非接觸測(cè)溫儀表2.7.1 全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)由輻射感溫器、顯示儀表及輔助裝置構(gòu)成。其工作原理如圖所示。被測(cè)物體的熱輻射能量，經(jīng)物鏡聚集在熱電堆（由一組微細(xì)的熱電偶串聯(lián)而成）上并轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)輸出，其值與被測(cè)物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進(jìn)行指示記錄。圖中補(bǔ)償光欄由雙金屬片控制，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光欄相應(yīng)調(diào)節(jié)照射在熱電堆上的熱輻射能量，以補(bǔ)償因溫度變化影響熱電勢(shì)數(shù)值而引起的誤差。絕對(duì)黑體的熱輻射能量與溫度之間的關(guān)系為e0=t 4(w/m)。但所有物體的全發(fā)射率t均小于1，則其輻射能量與溫度之間的關(guān)系表示為e0=tt 4(w/m)。一般全輻射溫度計(jì)

28、選擇黑體作為標(biāo)準(zhǔn)體來(lái)分度儀表，此時(shí)所測(cè)的是物體的輻射溫度，即相當(dāng)于黑體的某一溫度tp。在輻射感溫器的工作譜段內(nèi)，當(dāng)表面溫度為tp的黑體之積分輻射能量和表面溫度為t的物體之積分輻射能量相等時(shí)，即tp4=tt 4，則物體的真實(shí)溫度為因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率t和輻射溫度計(jì)指示的輻射溫度tp時(shí)，就可算出被測(cè)物體的真實(shí)表面溫度。2.7.2光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍廣（7003200），一般可滿(mǎn)足工業(yè)測(cè)溫的準(zhǔn)確度要求。目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測(cè)量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門(mén)十分重要的高溫儀表。光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單色

29、輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長(zhǎng)進(jìn)行亮度比較，因而也稱(chēng)單色輻射溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就具有一定的亮度。物體的亮度b與其輻射強(qiáng)度e成正比，即：b=ce，式中c為比例系數(shù)。所以受熱物體的亮度大小反映了物體的溫度數(shù)值。通常先得到被測(cè)物體的亮度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需用手動(dòng)平衡，因此不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量和自動(dòng)記錄，且測(cè)量結(jié)果帶有主觀性。最近，由于光電探測(cè)器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計(jì)在工業(yè)測(cè)量中的地位逐漸下降，正在被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計(jì)所代替。在光學(xué)高溫計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的光電高溫計(jì)用光敏元件代替人眼，實(shí)現(xiàn)了光電自動(dòng)測(cè)量

30、。特點(diǎn)如下：(1)靈敏度和準(zhǔn)確度高；(2)波長(zhǎng)范圍不受限制，可見(jiàn)光與紅外范圍均可，測(cè)溫下限可向低溫?cái)U(kuò)展；(3)響應(yīng)時(shí)間短；(4)便于自動(dòng)測(cè)量和控制，能自動(dòng)記錄和遠(yuǎn)距離傳送。比色溫度計(jì)通過(guò)測(cè)量熱輻射體在兩個(gè)以上波長(zhǎng)的光譜輻射亮度之比來(lái)測(cè)量溫度的儀表，稱(chēng)為比色溫度計(jì)。圖8.2-8為光電高溫比色計(jì)的工作原理。被測(cè)對(duì)象經(jīng)物鏡1成像經(jīng)光欄3與光導(dǎo)棒4投射到分光鏡6上，它使長(zhǎng)波（紅外線(xiàn)）輻射線(xiàn)透過(guò)，而使短波（可見(jiàn)光）部分反射。透過(guò)分光鏡的輻射線(xiàn)再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去，爾后被紅外光電元件硅光電池10接收，轉(zhuǎn)換成電量輸出；由分光鏡反射的短波輻射線(xiàn)經(jīng)濾波片7將長(zhǎng)波濾去，而被可見(jiàn)光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波

31、長(zhǎng)亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。將這兩個(gè)電信號(hào)輸入自動(dòng)平衡顯示紀(jì)錄儀進(jìn)行比較得出光電信號(hào)比，即可讀出被測(cè)對(duì)象的溫度值。光欄3前的平行平面玻璃2將一部分光線(xiàn)反射到瞄準(zhǔn)反射鏡5上，在經(jīng)反射鏡11、目鏡12和棱鏡13，便能從觀察系統(tǒng)中看到被觀測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，以便校準(zhǔn)儀器的位置。這種高溫計(jì)屬非接觸測(cè)量，量程為8002000，精度為0.5，響應(yīng)速度由光電元件及二次儀表記錄速度而定。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫準(zhǔn)確度高，反應(yīng)速度快，測(cè)量范圍寬，可測(cè)目標(biāo)小，測(cè)量溫度更接近真實(shí)溫度，環(huán)境的粉塵、水氣、煙霧等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響小。可用于冶金、水泥、玻璃等工業(yè)部門(mén)。2.7.3紅外溫測(cè)紅外測(cè)測(cè)溫也是基于輻射原理來(lái)測(cè)溫的。一、紅外探測(cè)器紅外

32、探測(cè)器是紅外探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。目前已研制出幾十種性能良好的探測(cè)器，大體可分為兩類(lèi)：熱探測(cè)器。它基于熱電效應(yīng)，即入射輻射與探測(cè)器相互作用時(shí)引起探測(cè)元件的溫度變化，進(jìn)而引起探測(cè)器中與溫度有關(guān)的電學(xué)性質(zhì)變化。常用的熱探測(cè)器有熱電堆型、熱釋電型及熱敏電阻型。光探測(cè)器（量子型）。它的工作原理基于光電效應(yīng),即入射輻射與探測(cè)器相互作用時(shí)激發(fā)電子。光探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間比熱探測(cè)器短得多。常用的光探測(cè)器有光導(dǎo)型（即光敏電阻型，常用的光敏電阻有pbs，pbte及hgcdte等）及光生伏特型（即光電池）。目前用于輻射測(cè)溫的探測(cè)器已有長(zhǎng)足進(jìn)展。我國(guó)許多單位可生產(chǎn)硅光電池，鉭酸鉀熱釋電元件，薄膜熱電堆熱敏電阻及光敏電阻等

33、。二、紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀的工作原理如圖8.2-9所示。被測(cè)物體的熱輻射線(xiàn)由光學(xué)系統(tǒng)聚焦，經(jīng)光柵盤(pán)調(diào)制為一定頻率的光能，落在熱敏電阻探測(cè)器上，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，放大后輸出顯示或記錄。光柵盤(pán)由兩片扇型光柵板組成，一塊固定，一塊可動(dòng)，可動(dòng)板受光柵調(diào)制電路控制，并按一定頻率正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)(透光)、關(guān)(不透光)，使入射線(xiàn)變?yōu)橐欢l率的能量作用在探測(cè)器上。表面溫度測(cè)量范圍為0600，時(shí)間常數(shù)為410ms。三、紅外熱像儀紅外熱像儀測(cè)溫基于被測(cè)物體的紅外熱輻射。它能在一定寬溫域做不接觸、無(wú)害、實(shí)時(shí)、連續(xù)的溫度測(cè)量。被測(cè)物體的溫度分布形成肉眼看不見(jiàn)的紅外熱能輻射，經(jīng)紅外熱像儀轉(zhuǎn)化為電視圖像或照片

34、，其工作原理如圖8.2-10所示。光學(xué)系統(tǒng)收集輻射線(xiàn)，經(jīng)濾波處理后將景物圖形聚集在探測(cè)器上，光學(xué)機(jī)械掃描包括兩個(gè)掃描鏡組：垂直掃描和水平掃描。掃描器位于光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器之間，當(dāng)鏡子擺動(dòng)時(shí)，從物體到達(dá)探測(cè)器的光束也隨之移動(dòng)，形成物點(diǎn)與物象互相對(duì)應(yīng)。然后探測(cè)器將光學(xué)系統(tǒng)逐點(diǎn)掃描所依次搜集的景物溫度空間分布信息，變?yōu)榘磿r(shí)序排列的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，由顯示器顯示出可見(jiàn)圖象物體溫度的空間分布情況。目前許多國(guó)家都已有熱像儀的產(chǎn)品出售。如日本的jtg-ja型熱像儀，其測(cè)溫范圍為01500，并分為三個(gè)測(cè)量段。0180，適于測(cè)量機(jī)床溫度場(chǎng)；100500和3001500，適于測(cè)量工件或刀具的溫度場(chǎng)第二章 流體

35、靜力學(xué)一、壓力垂直作用在物體表面上的力叫做壓力。當(dāng)受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓力作用效果越明顯。當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力作用效果越明顯。二、壓強(qiáng)的計(jì)算單位面積上所受到的壓力大小叫做壓強(qiáng)。m2=1pa 表示1米2面積上受到的壓力是1牛。三、壓強(qiáng)的增大與減小增大壓強(qiáng)：壓力一定時(shí)，減小受力面積 受力面積一定時(shí)，增大壓力減小壓強(qiáng)：壓力一定時(shí)，增大受力面積 受力面積一定時(shí)，減小壓力2.1 流體靜壓強(qiáng)及其特性一、流體靜壓強(qiáng)液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，同種液體在同一深度的各處，各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小相等。不同的液體在同一深度產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小與液體的密度有關(guān)，密度越大，液體的壓強(qiáng)越大

36、。二、液體壓強(qiáng)的應(yīng)用連通器：靜止在連通器內(nèi)的同一種液體，各部分直接與大氣接觸的液面總保持在同一高度。三、液體壓強(qiáng)的傳遞加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞。如圖2.2.1，在均質(zhì)的靜止流體中任取一分離體，將此分離體用一平面切成、兩部分,并取走部分。去掉后，要保持部分的平衡，在面上必須加上原來(lái)部分流體對(duì)部分的作用力。設(shè)作用在m點(diǎn)周?chē)⑿∶娣e上的合力為，根據(jù)壓強(qiáng)的定義，其平均壓強(qiáng)為 （n/m） 當(dāng)面積無(wú)限縮小到點(diǎn)時(shí)，則得 （n/m或） 外部流體作用在流體內(nèi)部點(diǎn)上而產(chǎn)生的壓力，稱(chēng)流體靜壓力。流體靜壓強(qiáng)作用在單位面積上的力。 四、流體靜壓強(qiáng)的特性流體靜壓強(qiáng)有兩個(gè)重要特性： (1)

37、流體靜壓強(qiáng)的方向必然重合于受力面的內(nèi)法線(xiàn)方向。 (2) 平衡流體中任意點(diǎn)的靜壓強(qiáng)值只能由該點(diǎn)的坐標(biāo)位置來(lái)決定，而與該壓強(qiáng)的作用方向無(wú)關(guān)。即：平衡流體中各點(diǎn)的壓強(qiáng)只是位置坐標(biāo)()的連續(xù)函數(shù),與作用方向無(wú)關(guān)。 證明略 2.2 流體的平衡微分方程一、流體平衡微分方程在平衡流體中取六面體流體微團(tuán)，如圖示。該微團(tuán)在質(zhì)量力和表面力的作用下處于平衡狀態(tài)。質(zhì)量力在、坐標(biāo)軸方向的分量為=；=； = 1-2 面及3-4面的重心、處的壓強(qiáng)分別為為 = 該微團(tuán)在質(zhì)量力和表面力的作用下處于平衡狀態(tài)。 沿軸方向 即 得 -0 （） 圖2.2.1 微小平行六面體同理，沿軸得 -=0 （） 沿軸得 -=0 （） 歐拉平衡微分

38、方程式（1755）。表明了單位質(zhì)量流體所承受的質(zhì)量力和表面力沿各軸的平衡關(guān)系，平衡流體微團(tuán)的質(zhì)量力與表面力無(wú)論在任何方向上都應(yīng)保持平衡，即質(zhì)量力與該方向上表面力的合力應(yīng)該大小相等，方向相反。二、流體平衡微分方程的積分求在給定質(zhì)量力作用下，平衡流體中壓強(qiáng)的分布規(guī)律，將歐拉平衡微分方程各式依次乘以、，整理相加得在一般情況下，流體靜壓強(qiáng)只是坐標(biāo)的函數(shù)，由數(shù)學(xué)知，這一多變量函數(shù)的全微分為 d=它表明：壓強(qiáng)值在空間上的變化是由質(zhì)量力引起并決定的。對(duì)不可壓縮流體。=常量，上式的左邊是壓強(qiáng)的全微分，其右邊亦應(yīng)是該壓強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的某一坐標(biāo)函數(shù)的全微分，若此函數(shù)以表示，則 即 由此可以看出 這里，函數(shù)是一個(gè)決定流體

39、質(zhì)量力的函數(shù)力的勢(shì)函數(shù)。當(dāng)質(zhì)量力用這樣的函數(shù)來(lái)表示時(shí)有勢(shì)的質(zhì)量力，簡(jiǎn)稱(chēng)為有勢(shì)力。例如，重力、慣性力等都是有勢(shì)力。對(duì)式積分得 積分常數(shù)，代入上式得 平衡流體中壓強(qiáng)的分布規(guī)律。已知=f（），可求任意點(diǎn)的。三、帕斯卡定律（自學(xué)）要點(diǎn)：1什么是帕斯卡定律？2、帕斯卡定律的適用條件？3、帕斯卡定律有哪些應(yīng)用？四、等壓面在平衡流體中，壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所組成的面稱(chēng)為等壓面。 特征：（1）等壓面為等勢(shì)面。 （2）等壓面是一個(gè)垂直于質(zhì)量力的面。2.3 流體靜力學(xué)基本方程 研究質(zhì)量力只有重力，即絕對(duì)平衡流體中的壓強(qiáng)分布規(guī)律及其計(jì)算等問(wèn)題。一、 靜止液體中壓強(qiáng)分布規(guī)律如圖示。單位質(zhì)量力在各軸上的投影為 代入式 或 積

40、分得 （常數(shù)） 靜止液體中壓強(qiáng)的分布規(guī)律，稱(chēng)流體靜力學(xué)基本方程。 圖2.3.1 重力平衡液體 對(duì)靜止流體中1、2兩點(diǎn)，可寫(xiě)成如下形式 由上式看出： （1） 當(dāng)時(shí)，則，即等壓面為水平面。（2） 當(dāng)時(shí)，則，即位置較低點(diǎn)處的壓強(qiáng)恒大于位置較高點(diǎn)處的壓強(qiáng)。（3） 當(dāng)已知任一點(diǎn)的壓強(qiáng)及其位置標(biāo)高時(shí),便可求得液體內(nèi)其它點(diǎn)的壓強(qiáng)。二、靜止液體中的壓強(qiáng)計(jì)算 積分常數(shù)， 因此 式中表示液體質(zhì)點(diǎn)在自由表面以下的深度，若用表示，上式可寫(xiě)成 為靜止液體中的壓強(qiáng)計(jì)算公式。該式表明：任意位置處，h、p意義：靜止流體中任一點(diǎn)c處的壓強(qiáng)p等于表面壓強(qiáng)與液柱重量之和：三、靜止液體中的等壓面（自學(xué)） 要點(diǎn)：1、靜止液體中等壓面的

41、形狀2、各種復(fù)雜情況下等壓面的判斷？四、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度壓強(qiáng)值的大小 ，從不同基準(zhǔn)計(jì)算就有不同的表達(dá)方法。 (1) 絕對(duì)壓強(qiáng)以設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空狀態(tài)作為零點(diǎn)（起量點(diǎn)）計(jì)量的壓強(qiáng)，它表示該點(diǎn)壓強(qiáng)的全部值 (2) 相對(duì)壓強(qiáng) 以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)作為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)，也稱(chēng)為表壓強(qiáng)。 (3) 真空度 真空度是該點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的數(shù)值。 因?yàn)?所以 可見(jiàn)，有真空存在的點(diǎn)，相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，真空度為正值。因而真空有時(shí)也稱(chēng)為負(fù)壓。 真空原理在日常生活中的應(yīng)用：滴管抽取液體、深井抽水等。 第三章 壓力測(cè)量壓力的定義為作用在單位面積上的力，壓力的測(cè)試一般都是根據(jù)帕斯卡定律密閉容器（管路）中

42、的靜壓平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。物理中液體壓強(qiáng)部分有一條很有用的定律，叫做帕斯卡定律，是法國(guó)科學(xué)家帕斯卡提出來(lái)的。這個(gè)定律指出：加在密閉液體任一部分的壓強(qiáng)，必然按其原來(lái)的大小，由液體向各個(gè)方向傳遞。3.1 壓力標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)壓力標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其工作的原理可以分為兩大類(lèi)n 一類(lèi)為通過(guò)平衡法來(lái)產(chǎn)生壓力的標(biāo)準(zhǔn)裝置機(jī)械式的壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置n 另一類(lèi)為通過(guò)傳感器技術(shù)和測(cè)控技術(shù)來(lái)進(jìn)行壓力測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)裝置數(shù)字式的壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置。一、機(jī)械式壓力標(biāo)準(zhǔn)工作原理 機(jī)械式的壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)平衡法和帕斯卡定律來(lái)產(chǎn)生/測(cè)量壓力，具體又可以分為活塞式和浮球式雙活塞式壓力真空計(jì)。這類(lèi)壓力標(biāo)準(zhǔn)從壓力的定義出發(fā)，通過(guò)砝碼的重力來(lái)產(chǎn)生壓力，當(dāng)活塞處于工作狀態(tài)時(shí)，

43、壓力計(jì)輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓力值。aef1f2傳壓介質(zhì)二等活塞式壓力計(jì)一等活塞式壓力計(jì)活塞式/浮球式壓力標(biāo)準(zhǔn)具有操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。由于活塞或浮球的受力面積可以測(cè)量的非常準(zhǔn)確，砝碼的自重也可以測(cè)量的非常準(zhǔn)確，所以機(jī)械式的壓力標(biāo)準(zhǔn)一般精度都非常高，而且穩(wěn)定性也非常好。浮球式壓力計(jì)浮球式壓力計(jì)是以壓縮空氣或氮?dú)庾鳛閴毫υ矗跃芨∏蛱幱诠ぷ鳡顟B(tài)時(shí)的球體下部的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動(dòng)負(fù)荷式壓力計(jì)。如圖所示，精密浮球置于筒形的噴嘴內(nèi)部，專(zhuān)用砝碼通過(guò)砝碼架作用在球體的頂端，噴嘴內(nèi)的氣壓作用在球體下部，使浮球在噴嘴內(nèi)飄浮起來(lái)。當(dāng)已知質(zhì)量的專(zhuān)用砝碼所產(chǎn)生的重力與氣壓的作用力相平衡時(shí)，浮

44、球式壓力計(jì)便輸出一個(gè)穩(wěn)定而精確的壓力值。3.2 一般壓力表、壓力真空表和真空表彈性式壓力計(jì)是利用彈簧等元件的彈性力來(lái)測(cè)量壓力，它是測(cè)壓儀表（如氧氣表）中常用的壓力計(jì)。由于彈性元件的結(jié)構(gòu)和材料不同，因此各壓力計(jì)的彈性位移與被測(cè)壓力的關(guān)系不盡相同。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用的是單管彈簧式壓力計(jì)（如圖所示）。被測(cè)壓力系統(tǒng)的氣體從彈簧管固定端進(jìn)入，通過(guò)彈簧管自由端的位移帶動(dòng)指針運(yùn)動(dòng)，指示壓力值。1.接頭5.彈簧管2.襯盤(pán)6.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（機(jī)芯）3.度盤(pán)7.連桿4.指針8.表殼常見(jiàn)壓力表一、普通表一般壓力表適用于測(cè)量無(wú)爆炸危險(xiǎn)，不結(jié)晶，不凝固及對(duì)鋼合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力二、耐震壓力表和膜盒壓

45、力表耐震壓力表用于環(huán)境震動(dòng)劇烈的場(chǎng)所，測(cè)量對(duì)銅和鋼及其合金不起腐蝕作用的液體、氣體和蒸汽壓力，并可測(cè)量脈動(dòng)、沖擊、突然卸荷介質(zhì)的壓力。膜盒壓力表用于測(cè)量對(duì)銅合金不起腐蝕作用，無(wú)爆炸危險(xiǎn)的微壓或負(fù)壓。廣泛應(yīng)用于鍋爐通風(fēng)和氣體等設(shè)備上。三、隔膜壓力表適用于測(cè)量強(qiáng)腐蝕、高溫、高粘度、易結(jié)晶、易凝固和有固體浮游物介質(zhì)的壓力，以及對(duì)某些測(cè)量介質(zhì)不能直接進(jìn)入通用型儀表內(nèi)和便于清洗防止沉淀物質(zhì)積聚的場(chǎng)合的壓力檢測(cè)時(shí)，采用由隔膜隔離器與通用型壓力儀表組成一個(gè)系統(tǒng)的隔膜表。隔膜壓力表由各種通用型壓力儀表和不同結(jié)構(gòu)的隔膜隔離器組成一個(gè)封閉系統(tǒng)，內(nèi)充密封液。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的壓力作用于隔膜時(shí)，則隔膜產(chǎn)生變形，壓縮封閉系統(tǒng)

46、中的密封液。由于密封液的固有性質(zhì)，使壓力儀表中的彈性元件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形位移，經(jīng)指示裝置顯示壓力值。四、電接點(diǎn)壓力表儀表由測(cè)量系統(tǒng)、指示裝置、磁動(dòng)電接點(diǎn)裝置、外殼、調(diào)整裝置和接線(xiàn)盒(插頭座)等組成。工作原理是基于測(cè)量系統(tǒng)中的彈簧管在被測(cè)介質(zhì)的壓力作用下，迫使彈簧管之末端產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形-位移，借助連桿經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)并予放大，由固定于齒輪軸上的指示指針(連同觸頭)逐將被測(cè)值在度盤(pán)上指示出來(lái)。電接點(diǎn)壓力表與此同時(shí)，當(dāng)其與設(shè)定指針上的觸頭(上限或下限) 相接觸(動(dòng)斷或動(dòng)合)的瞬時(shí)，致使控制系統(tǒng)中的電路得以斷開(kāi)或接通，以達(dá)到自動(dòng)控制和發(fā)信報(bào)警的目的。五、電阻式遠(yuǎn)傳壓力表本儀表由一個(gè)彈簧管壓力

47、表和一個(gè)滑線(xiàn)電阻式發(fā)送器等的組成。 電阻發(fā)送器系設(shè)置在齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，當(dāng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，電阻發(fā)送器的轉(zhuǎn)臂(電刷)也相應(yīng)地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行，使得被測(cè)壓力值得變化變換為電阻值的變化。儀表除就地指示壓力值外，還能連續(xù)輸出與壓力值成線(xiàn)性的010ma或420ma直流信號(hào)，可與ddz-ii或ddz-iii型變送單元組合儀表配合應(yīng)用，組成顯示、記錄、調(diào)節(jié)、控制等自動(dòng)化系統(tǒng)。 適用于一般環(huán)境，測(cè)量對(duì)銅和銅合金無(wú)腐蝕性氣體、液體和蒸汽的壓力。3.3 壓力變送器變送器(傳感器)這一詞是指將被測(cè)的某一物理量按照一定轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種已知的物理量的一種轉(zhuǎn)換裝置。它是一個(gè)用于檢測(cè)

48、控制變量(信息)的器件, 它具有檢測(cè),轉(zhuǎn)換,傳輸信息的功能。壓力變送器是將壓力轉(zhuǎn)換為其他物理量，一般是（4-20）ma的電流值。它由壓力傳感器和變送器兩部分組成。yszk-100系列壓力變送器是一種固態(tài)壓力變送器。用先進(jìn)工藝制成的壓阻式敏器件，在激勵(lì)電壓的作下，將作用在膜片上的被惻力所性趁形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)。yszk-1003.4 真空的測(cè)量 熱偶真空規(guī)熱偶真空規(guī)的結(jié)構(gòu)示意如圖所示。當(dāng)氣體壓力低于某一定值時(shí)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)k與壓力p存在的正比關(guān)系（式中b為一比例系數(shù)），熱偶真空規(guī)就是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。測(cè)量時(shí)，將熱偶規(guī)連入真空系統(tǒng)內(nèi)，調(diào)節(jié)加熱絲上的加熱電流恒定不變，則熱電偶溫度將取決于真空

49、規(guī)內(nèi)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)；而熱電偶的熱電勢(shì)又是隨溫度而變化的。因此，當(dāng)與熱偶規(guī)相連的真空系統(tǒng)的壓力降低時(shí)，氣體導(dǎo)熱系數(shù)減小，加熱絲的溫度升高，熱電偶的熱電勢(shì)便隨之增高。由此可見(jiàn)，只要檢測(cè)熱電偶的熱電勢(shì)即可確定系統(tǒng)的真空度。補(bǔ)充材料:傳感器的作用用機(jī)械代替體力勞動(dòng)是第一次產(chǎn)業(yè)革命，在那次革命中，火車(chē)、汽車(chē)取代了人力車(chē)，各種動(dòng)力機(jī)械取代了繁重的體力勞動(dòng)。而用機(jī)械和電子裝置來(lái)代替部分腦力勞動(dòng)，可以說(shuō)是第二次或第三次產(chǎn)業(yè)革命，這也是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要課題之一。在這一課題中，傳感器的研究是一個(gè)不可忽視的內(nèi)容。人通過(guò)感官來(lái)接收外界的信號(hào)，并將所接收的信號(hào)送人大腦，進(jìn)行分析處理后獲取有用的信息。對(duì)現(xiàn)有的或者正

50、在發(fā)展中的機(jī)械電子裝置來(lái)說(shuō)，電子計(jì)算機(jī)(即常稱(chēng)電腦)相當(dāng)于人的大腦，而相應(yīng)于人的感官部分的裝置就是傳感器。所以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)感官的擴(kuò)展和延伸，借助傳感器，人類(lèi)可以去探測(cè)那些無(wú)法直接用感官獲取的信息。例如，用超聲波探測(cè)器可以探測(cè)海水的深度，用紅外遙感器可以從高空探測(cè)地球上的植被和污染信況等等。在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，自動(dòng)化程度越高，控制系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴(lài)性就越大，因此，傳感器對(duì)控制系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮起著決定性的作用。 傳感器是借助于檢測(cè)元件接收一種形式的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息可以為各種物理量、化學(xué)量和生物量，而轉(zhuǎn)換后的信息也可以有各種形式。但目前，傳感

51、器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。一般也稱(chēng)傳感器為變換器、換能器和探測(cè)器，其輸出的電信號(hào)陸續(xù)輸送給后續(xù)配套的測(cè)量電路及終端裝置，以便進(jìn)行電信號(hào)的調(diào)理、分析、記錄或顯示等。在一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，首先要能檢測(cè)到信息，才能去進(jìn)行自動(dòng)控制，因此傳感器是首當(dāng)其沖的裝置。 傳感器的組成傳感器一般由敏感器件與其它輔助器件組成。敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測(cè)物理量，并將信號(hào)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換輸出。如應(yīng)變式壓力傳感器的彈性膜片是敏感元件，它的作用是將壓力轉(zhuǎn)換為彈性膜片的形變，并將彈性膜片的形變轉(zhuǎn)換為電阻的變化而輸出。一般把信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路歸為

52、輔助器件，它們是一些能把敏感器件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理等有用的電信號(hào)的裝置。 隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)能把一些處理電路和傳感器集成在一起，構(gòu)成集成傳感器。進(jìn)一步的發(fā)展是將傳感器和微處理器相結(jié)合，裝在一個(gè)檢測(cè)器中形成一種新型的“智能傳感器”。它將具有一定的信號(hào)調(diào)理、信號(hào)分析、誤差校證、環(huán)境適應(yīng)等能力，甚至具有一定的辨認(rèn)、識(shí)別、判斷的功能。這種集成化、智能化的發(fā)展，無(wú)疑對(duì)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展將發(fā)揮重要的作用。 3.1.3 傳感器的分類(lèi)傳感器的種類(lèi)繁多。在工程測(cè)試中，一種物理量可以用不同類(lèi)型的傳感器來(lái)檢測(cè)；而同一種類(lèi)型的傳感器也可測(cè)量不同的物理量。 傳感器的分類(lèi)方法很多，概括起來(lái)，主要有下面幾種分類(lèi)方法。 (1)按被測(cè)物理量來(lái)分類(lèi)，可分為位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、溫度傳感器等。 (2)按傳感器工作的物理原