熱工基礎(chǔ)培訓(xùn)講義

1、第一章 溫度計量第一節(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、長度和電阻等）隨溫度變化的規(guī)律來測量，于是就會有形形色色的溫度計。但是，迄今為止，還沒有適應(yīng)整個溫度范圍用的溫度計（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)；熱電偶的熱電勢和物體的熱輻射。利用這些物理性質(zhì)制成的測溫儀表被廣泛的應(yīng)用著。此外，也應(yīng)用了一些新的測

2、溫原理，如射流測溫、渦流測溫、激光測溫等。 溫度是一個很重要的物理量，是國際單位制中7個基本單位之一。（長度米（m）、質(zhì)量千克（kg）、時間秒（s）、電流安培（a）、熱力學(xué)溫度開爾文（k）、物質(zhì)的量摩爾（mol）、發(fā)光強度坎德拉（cd）七個國際制基本單位。） 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會結(jié)冰，什么程度才會變?yōu)樗魵猓@都需要對溫度進行測量。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)、熱電動勢等都與溫度有關(guān)；其他如各種氣體的壓強、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，甚至人們的日常生活中，都離不開溫度。溫度的特殊之處還在于必須有一個溫標(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，是用來衡量物體溫度的尺度。它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(零點)和測量溫度的單位，各種溫度計的刻度值均由溫標(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)驗溫標(biāo)之一，亦稱“百分溫標(biāo)”。溫度符號為t，單位是攝氏度，國際代號是“”。分度方法是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點定為零度（0），把水的沸

4、點定為100度（100），用這兩個固定點分度玻璃水銀溫度計，在這兩固定點間劃分100等分，每一等分為攝氏一度，計為1。華氏溫標(biāo)是目前歐美一些國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為32 ，沸點為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)無關(guān)的溫標(biāo)，它以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，已由國際計量大會采納作為國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)所確定的溫度數(shù)值稱為熱力學(xué)溫度（單位為k）。三、國際溫標(biāo)第一個國際溫標(biāo)是1927年第七屆國際計量大會決定采用的溫標(biāo)，稱為“1927年國際溫標(biāo)”，記為its-27。此后大約每隔20年進行一次大修改。1954年國際計量

5、大會決定把水三相點的熱力學(xué)溫度規(guī)定為273.16k，其單位為開爾文，符號為k。為了統(tǒng)一攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，1960年國際計量大會對攝氏溫標(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例如水的三相點溫度，用國際實用攝氏度表示為0.01 ，用國際實用開爾文溫度表示為0.01+273.15273.16k。目前，國際上通用的國際溫標(biāo)是1989年7月第77屆國際計量委員會（cipm）批準(zhǔn)的新溫標(biāo)its-90，我國從1994年1月1日起實行新溫標(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 國際實用溫標(biāo)的三要素 必須有在溫度固定點上分度的標(biāo)準(zhǔn)器 必須有復(fù)現(xiàn)固定點的溫度 必須確定各定義固定點溫度間的內(nèi)插公式一、固定點 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)在相變的過程中，會呈現(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)的平衡溫度稱為固定溫度點，簡稱固定點。二、測溫儀器 固定點被確定后，要選定一種測溫物質(zhì)制成測溫儀器，即溫度計，作為實現(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。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；利用鉑絲的電阻值隨溫度變化的特性，制成鉑電阻溫度計等。三、內(nèi)插公式在固定點的溫度值確定后，用來確定任意點溫度值的數(shù)學(xué)關(guān)系式，稱為內(nèi)插公式。例如：假定某一測溫變量y于溫度t的變化呈簡單線性關(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) 溫度的測量方法和儀器2.1 測量方法測量方法一般分兩大類，即接觸式和非接觸式。 接觸式就是測溫的傳感器直接與被測介質(zhì)接觸，使被測介質(zhì)與溫度傳感器充分進行熱交換達(dá)到熱平衡完成

8、測量。儀器的種類主要包括熱膨脹（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物體接觸，而是利用物體熱輻射，通過輻射能量（或亮度）的檢測實現(xiàn)測溫。儀器的種類包括輻射法，亮度法，比色法。2.2 接觸式測溫儀表接觸式測量方法所使用的測溫儀表主要分為膨脹式溫度計、電阻溫度計、熱電偶。膨脹式溫度計是利用膨脹法來測量溫度的一種儀表。膨脹式溫度計按選用的物質(zhì)不同可分為液體膨脹式溫度計（水銀溫度計、酒精溫度計）、氣體膨脹式溫度計（壓力式溫度計）和固體膨脹式溫度計三大類。對于液體膨脹式溫度計，根據(jù)填充的工作液體不同又可分為水銀溫度計和有機液體溫度計。固體膨脹溫度計，按結(jié)構(gòu)不同又可分為雙金屬溫

9、度計和桿式溫度計兩種。玻璃液體溫度計按結(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 玻璃液體溫度計按浸沒方式分為全浸式（要求液柱露出被測介質(zhì)表面不得大于15mm）、局浸式（使用時要求溫度計插入到溫度計局浸刻度線，或溫度計所標(biāo)志的固定點）兩大類。玻璃液體溫度計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)來測量溫度。安全泡：毛細(xì)管頂部的擴大部位，其作用是當(dāng)被測溫度超過溫度計上限一定溫度時，保護溫度計不致?lián)p壞 中間泡：毛細(xì)管內(nèi)徑的擴大部位，其作用是容納部分感溫液，以縮短溫度計長度。2.4 雙金屬溫度計雙金屬溫度計是把兩種膨脹系數(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。其結(jié)構(gòu)簡單、牢固，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機械量變化，不僅用于測量溫度，而且還用于溫度控制裝置（尤其是開關(guān)的“通斷”控制），使用范圍相當(dāng)廣泛。雙金屬溫度計的工作原理如圖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，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)生的線膨脹差越大，引起的彎曲越大。圖8.2-2為雙金屬溫度計的結(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，感溫元件的彎曲率發(fā)生變化，并通過指針軸帶動指針偏轉(zhuǎn)，在刻度盤上顯示出溫度的變化。2.5 熱電偶熱電偶溫度計以熱電偶作為

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

12、應(yīng)。該電動勢就是著名的“塞貝克溫差電動勢”，簡稱“熱電動勢”，記為eab，導(dǎo)體a，b稱為熱電極。接點1通常是焊接在一起的，測量時將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端(或工作端熱端)。接點2要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢（珀爾貼電勢）和單一導(dǎo)體的溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。熱電動勢的大小與兩種導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接點溫度有關(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，接觸面上就會發(fā)生電子擴散，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。這個電場阻礙了電子的擴散，達(dá)到動平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，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)生的電動勢稱為溫差電勢。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散，于是電子擴散形成動平衡，此時所建立的電位差稱為溫差電勢即湯姆遜電勢，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)生的電動勢值，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接點處有兩個接觸電勢eab(t)與eab(t0)，又因為tt0，在導(dǎo)體a和b中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢eab(t,t0)應(yīng)為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和，即： 對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時，總熱電動勢就變成測量端溫度t的單值函數(shù)，即eab(,t0)=f(t)。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。在實際測溫時，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導(dǎo)

15、線和儀表。2.5.2有關(guān)熱電偶測溫的基本原則一、 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、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么，熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，與熱電偶的溫度分布無關(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時，將產(chǎn)生附加電勢，如果僅從熱電偶的熱電動勢大小來判斷溫度的高低就會引起誤差。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)體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據(jù)這一定則，可以將熱電偶的一個接點斷開接入第三種導(dǎo)體，也可以將熱電偶的一種導(dǎo)體斷開接入

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勢。在實際測溫電路中，必須有連接導(dǎo)線和顯示儀器，若把連接導(dǎo)線和顯示儀器看成第三種導(dǎo)體，只要他們的兩端溫度相同，則不影響總熱電動勢。三、參考電極定則。兩種導(dǎo)體a, b分別與參考電極c(或稱標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，a和b兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：由此可見，只要知道兩種導(dǎo)體分別與參考電極組成熱電偶時的熱電動勢，就可以依據(jù)參考電極定則計算出兩導(dǎo)體組成熱電偶時的熱電動勢。從而簡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。國際電工委員會向世界各國推薦8種熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，我國標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也有8種。分別是：鉑銠10-鉑(分度號為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，分度號為s。鉑銠絲為正極,純鉑絲為負(fù)極。它的特點是熱電性能好，抗氧化性強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用。長期適用的溫度為1400，超過此溫度時，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)確度等級最高,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量高溫的熱電偶，其使用溫度范圍廣（01600），均質(zhì)性及互換性好；其缺點是價格昂貴,熱電勢較小，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，分度號為k。其特點是：使用溫度范圍寬（-501300），高溫下性能較穩(wěn)定，熱電動勢和溫度的關(guān)系近似線性，價格便宜，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，分度號為e。它的最大特點是在常用熱電偶中熱電動勢最大，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，分度號為t。其特點是：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償根據(jù)熱電偶測溫原理，只有當(dāng)熱電偶的參考端的溫度保持不變時，熱電動勢才是被測溫度的單值函數(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。但是在實際使用中，因熱電偶長度受到一定限制，參考端溫度直接受到被測介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響

20、，不僅難于保持0，而且往往是波動的，無法進行參考端溫度修正。因此，要使變化很大的參考端溫度恒定下來，通常采用補償導(dǎo)線法和參考端溫度恒定法。通常，用補償導(dǎo)線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較小的地方。采用某兩種導(dǎo)線組成的熱電偶補償導(dǎo)線，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為補償導(dǎo)線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，不能用錯。采用參考端溫度恒定法時，參考端的形式見表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式常用的冰點瓶是在保溫瓶內(nèi)盛滿冰水混合物用于校正標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等高精度溫度測量電子式利用半導(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,操作簡單用于熱電溫度計的溫度測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, 要用其它溫度計測出其溫度并進行修正補償式利用不平衡電橋進行補償,又稱補償電橋法室溫式無參考端恒定裝置, 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量當(dāng)溫度恒定或變化很小又不為0時，還必須用熱電勢修正法修正。 接線盒引出線套管 固定螺紋 （出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護管 熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護套管等幾個主要部分組成，其常見外形結(jié)構(gòu)如圖所示。鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上

22、百米薄壁金屬 保護套管（鎧體） ba絕緣 材料鎧裝型熱電偶橫截面2.6 電阻溫度計電阻溫度計是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化來測量溫度的元件，它由熱電阻體（感溫元件）、連接導(dǎo)線和顯示或紀(jì)錄儀表構(gòu)成。習(xí)慣上將用作標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻體稱為標(biāo)準(zhǔn)溫度計,而將工作用的熱電阻體直接稱為熱電阻。它們廣泛用于測量-200850范圍內(nèi)的溫度。在常用的電阻溫度計中，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的準(zhǔn)確度最高，并作為國際溫標(biāo)中961.78以下內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)溫度計。同熱電偶相比，具有準(zhǔn)確度高，輸出信號大，靈敏度高，測溫范圍廣，穩(wěn)定性好,輸出線性好等特性；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，因此熱響應(yīng)時間長，不適于測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。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)確度等級分為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計和工業(yè)熱電阻。按結(jié)構(gòu)分為繞線型、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，測量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，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以上的測溫，后者用的較多）由熱電阻體至接線端子的連接導(dǎo)線稱為引出線。內(nèi)引出線要選用純度高，與電阻絲、接線端子之間

24、產(chǎn)生的熱電勢小，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，高溫下用鎳絲作引出線。銅和鎳電阻可用銅絲和鎳絲作引出線。引出線的直徑比電阻絲的直徑大得多，這樣可減少引出線電阻。熱電阻引出線有兩線制，三線制，四線制三種。（1）兩線制：在熱電阻的電阻絲兩端各連接一根導(dǎo)線的引出線方式。這種熱電阻測溫時都存在引出線電阻變化產(chǎn)生的附加誤差。（2）三線制：在熱電阻體的電阻絲的一端連接兩根引出線，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，價格便宜，互換性好等優(yōu)點，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。測溫時

25、它可以消除引出線電阻的影響，故測溫準(zhǔn)確度高于兩線制電阻。（3）四線制：在熱電阻體的電阻絲兩端各連出兩根引出線。測溫時，它不僅可以消除引出線電阻的影響，還可以消除連接導(dǎo)線間接觸電阻及其阻值變化的影響。四線制多用在標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的引出線上。工業(yè)應(yīng)用中提高溫度測量精度，一般采用三線制，來消除線路電阻的影響薄膜型鉑熱電阻 普通型鎧裝鉑熱電阻汽車水溫表銅熱電阻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、測量儀器等領(lǐng)域。優(yōu)點如下：(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)簡單，體積小，可以測量“點”溫度；(3)電阻率高，熱慣性小

26、，適宜動態(tài)測量；(4)功耗小，不需要參考端補償，適于遠(yuǎn)距離的測量與控制。缺點是阻值與溫度的關(guān)系呈非線性，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)溫度升高時電阻值下降，同時靈敏度也下降。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-溫度特性曲線可用如下經(jīng)驗公式描述式中rt ，rt0溫度為t、t0時熱敏電阻的阻值； b熱敏指數(shù)。 熱敏電阻由熱敏探頭，引線和殼體等構(gòu)成，見圖。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 非接觸測溫儀表2.7.1 全輻射溫度計全輻射溫度計由輻射感溫器、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)換成熱電勢輸出，其值與被測物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進行指示記錄。圖中補償光欄由雙金屬片控制，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，光欄相應(yīng)調(diào)節(jié)照射在熱電堆上的熱輻射能量，以補償因溫度變化影響熱電勢數(shù)值而引起的誤差。絕對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

28、選擇黑體作為標(biāo)準(zhǔn)體來分度儀表，此時所測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，即tp4=tt 4，則物體的真實溫度為因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率t和輻射溫度計指示的輻射溫度tp時，就可算出被測物體的真實表面溫度。2.7.2光學(xué)高溫計和光電高溫計光學(xué)高溫計是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計之一。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫范圍廣（7003200），一般可滿足工業(yè)測溫的準(zhǔn)確度要求。目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十分重要的高溫儀表。光學(xué)高溫計是利用受熱物體的單色

29、輻射強度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長進行亮度比較，因而也稱單色輻射溫度計。物體在高溫下會發(fā)光，也就具有一定的亮度。物體的亮度b與其輻射強度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。通常先得到被測物體的亮度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實溫度。光學(xué)高溫計的缺點是以人眼觀察，并需用手動平衡，因此不能實現(xiàn)快速測量和自動記錄，且測量結(jié)果帶有主觀性。最近，由于光電探測器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計在工業(yè)測量中的地位逐漸下降，正在被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計所代替。在光學(xué)高溫計基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光電高溫計用光敏元件代替人眼，實現(xiàn)了光電自動測量

30、。特點如下：(1)靈敏度和準(zhǔn)確度高；(2)波長范圍不受限制，可見光與紅外范圍均可，測溫下限可向低溫擴展；(3)響應(yīng)時間短；(4)便于自動測量和控制，能自動記錄和遠(yuǎn)距離傳送。比色溫度計通過測量熱輻射體在兩個以上波長的光譜輻射亮度之比來測量溫度的儀表，稱為比色溫度計。圖8.2-8為光電高溫比色計的工作原理。被測對象經(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，它使長波（紅外線）輻射線透過，而使短波（可見光）部分反射。透過分光鏡的輻射線再經(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經(jīng)濾波片7將長波濾去，而被可見光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波

31、長亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。將這兩個電信號輸入自動平衡顯示紀(jì)錄儀進行比較得出光電信號比，即可讀出被測對象的溫度值。光欄3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準(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)中看到被觀測對象的狀態(tài)，以便校準(zhǔn)儀器的位置。這種高溫計屬非接觸測量，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)點是測溫準(zhǔn)確度高，反應(yīng)速度快，測量范圍寬，可測目標(biāo)小，測量溫度更接近真實溫度，環(huán)境的粉塵、水氣、煙霧等對測量結(jié)果的影響小?？捎糜谝苯稹⑺?、玻璃等工業(yè)部門。2.7.3紅外溫測紅外測測溫也是基于輻射原理來測溫的。一、紅外探測器紅外

32、探測器是紅外探測系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。目前已研制出幾十種性能良好的探測器，大體可分為兩類：熱探測器。它基于熱電效應(yīng)，即入射輻射與探測器相互作用時引起探測元件的溫度變化，進而引起探測器中與溫度有關(guān)的電學(xué)性質(zhì)變化。常用的熱探測器有熱電堆型、熱釋電型及熱敏電阻型。光探測器（量子型）。它的工作原理基于光電效應(yīng),即入射輻射與探測器相互作用時激發(fā)電子。光探測器的響應(yīng)時間比熱探測器短得多。常用的光探測器有光導(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）。目前用于輻射測溫的探測器已有長足進展。我國許多單位可生產(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、紅外測溫儀紅外測溫儀的工作原理如圖8.2-9所示。被測物體的熱輻射線由光學(xué)系統(tǒng)聚焦，經(jīng)光柵盤調(diào)制為一定頻率的光能，落在熱敏電阻探測器上，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為交流電壓信號，放大后輸出顯示或記錄。光柵盤由兩片扇型光柵板組成，一塊固定，一塊可動，可動板受光柵調(diào)制電路控制，并按一定頻率正、反向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)開(透光)、關(guān)(不透光)，使入射線變?yōu)橐欢l率的能量作用在探測器上。表面溫度測量范圍為0600，時間常數(shù)為410ms。三、紅外熱像儀紅外熱像儀測溫基于被測物體的紅外熱輻射。它能在一定寬溫域做不接觸、無害、實時、連續(xù)的溫度測量。被測物體的溫度分布形成肉眼看不見的紅外熱能輻射，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，經(jīng)濾波處理后將景物圖形聚集在探測器上，光學(xué)機械掃描包括兩個掃描鏡組：垂直掃描和水平掃描。掃描器位于光學(xué)系統(tǒng)和探測器之間，當(dāng)鏡子擺動時，從物體到達(dá)探測器的光束也隨之移動，形成物點與物象互相對應(yīng)。然后探測器將光學(xué)系統(tǒng)逐點掃描所依次搜集的景物溫度空間分布信息，變?yōu)榘磿r序排列的電信號，經(jīng)過信號處理后，由顯示器顯示出可見圖象物體溫度的空間分布情況。目前許多國家都已有熱像儀的產(chǎn)品出售。如日本的jtg-ja型熱像儀，其測溫范圍為01500，并分為三個測量段。0180，適于測量機床溫度場；100500和3001500，適于測量工件或刀具的溫度場第二章 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，壓力越大，壓力作用效果越明顯。當(dāng)壓力相同時，受力面積越小，壓力作用效果越明顯。二、壓強的計算單位面積上所受到的壓力大小叫做壓強。m2=1pa 表示1米2面積上受到的壓力是1牛。三、壓強的增大與減小增大壓強：壓力一定時，減小受力面積 受力面積一定時，增大壓力減小壓強：壓力一定時，增大受力面積 受力面積一定時，減小壓力2.1 流體靜壓強及其特性一、流體靜壓強液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，壓強隨深度的增加而增大，同種液體在同一深度的各處，各個方向的壓強大小相等。不同的液體在同一深度產(chǎn)生的壓強大小與液體的密度有關(guān)，密度越大，液體的壓強越大

36、。二、液體壓強的應(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、液體壓強的傳遞加在密閉液體上的壓強，能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。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部分流體對部分的作用力。設(shè)作用在m點周圍微小面積上的合力為，根據(jù)壓強的定義，其平均壓強為 （n/m） 當(dāng)面積無限縮小到點時，則得 （n/m或） 外部流體作用在流體內(nèi)部點上而產(chǎn)生的壓力，稱流體靜壓力。流體靜壓強作用在單位面積上的力。 四、流體靜壓強的特性流體靜壓強有兩個重要特性： (1)

37、流體靜壓強的方向必然重合于受力面的內(nèi)法線方向。 (2) 平衡流體中任意點的靜壓強值只能由該點的坐標(biāo)位置來決定，而與該壓強的作用方向無關(guān)。即：平衡流體中各點的壓強只是位置坐標(biāo)()的連續(xù)函數(shù),與作用方向無關(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，如圖示。該微團在質(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、處的壓強分別為為 = 該微團在質(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，平衡流體微團的質(zhì)量力與表面力無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：壓強值在空間上的變化是由質(zhì)量力引起并決定的。對不可壓縮流體。=常量，上式的左邊是壓強的全微分，其右邊亦應(yīng)是該壓強所對應(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)是一個決定流體

39、質(zhì)量力的函數(shù)力的勢函數(shù)。當(dāng)質(zhì)量力用這樣的函數(shù)來表示時有勢的質(zhì)量力，簡稱為有勢力。例如，重力、慣性力等都是有勢力。對式積分得 積分常數(shù)，代入上式得 平衡流體中壓強的分布規(guī)律。已知=f（），可求任意點的。三、帕斯卡定律（自學(xué)）要點：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，壓強相等的各點所組成的面稱為等壓面。 特征：（1）等壓面為等勢面。 （2）等壓面是一個垂直于質(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，即絕對平衡流體中的壓強分布規(guī)律及其計算等問題。一、 靜止液體中壓強分布規(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)） 靜止液體中壓強的分布規(guī)律，稱流體靜力學(xué)基本方程。 圖2.3.1 重力平衡液體 對靜止流體中1、2兩點，可寫成如下形式 由上式看出： （1） 當(dāng)時，則，即等壓面為水平面。（2） 當(dāng)時，則，即位置較低點處的壓強恒大于位置較高點處的壓強。（3） 當(dāng)已知任一點的壓強及其位置標(biāo)高時,便可求得液體內(nèi)其它點的壓強。二、靜止液體中的壓強計算 積分常數(shù)， 因此 式中表示液體質(zhì)點在自由表面以下的深度，若用表示，上式可寫成 為靜止液體中的壓強計算公式。該式表明：任意位置處，h、p意義：靜止流體中任一點c處的壓強p等于表面壓強與液柱重量之和：三、靜止液體中的等壓面（自學(xué)） 要點：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、絕對壓強、相對壓強和真空度壓強值的大小 ，從不同基準(zhǔn)計算就有不同的表達(dá)方法。 (1) 絕對壓強以設(shè)想沒有大氣存在的絕對真空狀態(tài)作為零點（起量點）計量的壓強，它表示該點壓強的全部值 (2) 相對壓強 以當(dāng)時當(dāng)?shù)卮髿鈮簭娮鳛榱泓c計量的壓強，也稱為表壓強。 (3) 真空度 真空度是該點絕對壓強小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姷臄?shù)值。 因為 所以 可見，有真空存在的點，相對壓強為負(fù)值，真空度為正值。因而真空有時也稱為負(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 壓力測量壓力的定義為作用在單位面積上的力，壓力的測試一般都是根據(jù)帕斯卡定律密閉容器（管路）中

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

43、壓力計輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的壓力值。aef1f2傳壓介質(zhì)二等活塞式壓力計一等活塞式壓力計活塞式/浮球式壓力標(biāo)準(zhǔn)具有操作簡單、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。由于活塞或浮球的受力面積可以測量的非常準(zhǔn)確，砝碼的自重也可以測量的非常準(zhǔn)確，所以機械式的壓力標(biāo)準(zhǔn)一般精度都非常高，而且穩(wěn)定性也非常好。浮球式壓力計浮球式壓力計是以壓縮空氣或氮氣作為壓力源，以精密浮球處于工作狀態(tài)時的球體下部的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動負(fù)荷式壓力計。如圖所示，精密浮球置于筒形的噴嘴內(nèi)部，專用砝碼通過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。當(dāng)已知質(zhì)量的專用砝碼所產(chǎn)生的重力與氣壓的作用力相平衡時，浮

44、球式壓力計便輸出一個穩(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是利用彈簧等元件的彈性力來測量壓力，它是測壓儀表（如氧氣表）中常用的壓力計。由于彈性元件的結(jié)構(gòu)和材料不同，因此各壓力計的彈性位移與被測壓力的關(guān)系不盡相同。物理化學(xué)實驗室常用的是單管彈簧式壓力計（如圖所示）。被測壓力系統(tǒng)的氣體從彈簧管固定端進入，通過彈簧管自由端的位移帶動指針運動，指示壓力值。1.接頭5.彈簧管2.襯盤6.傳動機構(gòu)（機芯）3.度盤7.連桿4.指針8.表殼常見壓力表一、普通表一般壓力表適用于測量無爆炸危險，不結(jié)晶，不凝固及對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)境震動劇烈的場所，測量對銅和鋼及其合金不起腐蝕作用的液體、氣體和蒸汽壓力，并可測量脈動、沖擊、突然卸荷介質(zhì)的壓力。膜盒壓力表用于測量對銅合金不起腐蝕作用，無爆炸危險的微壓或負(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量強腐蝕、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，以及對某些測量介質(zhì)不能直接進入通用型儀表內(nèi)和便于清洗防止沉淀物質(zhì)積聚的場合的壓力檢測時，采用由隔膜隔離器與通用型壓力儀表組成一個系統(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封閉系統(tǒng)，內(nèi)充密封液。當(dāng)被測介質(zhì)的壓力作用于隔膜時，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、電接點壓力表儀表由測量系統(tǒng)、指示裝置、磁動電接點裝置、外殼、調(diào)整裝置和接線盒(插頭座)等組成。工作原理是基于測量系統(tǒng)中的彈簧管在被測介質(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)齒輪傳動機構(gòu)的傳動并予放大，由固定于齒輪軸上的指示指針(連同觸頭)逐將被測值在度盤上指示出來。電接點壓力表與此同時，當(dāng)其與設(shè)定指針上的觸頭(上限或下限) 相接觸(動斷或動合)的瞬時，致使控制系統(tǒng)中的電路得以斷開或接通，以達(dá)到自動控制和發(fā)信報警的目的。五、電阻式遠(yuǎn)傳壓力表本儀表由一個彈簧管壓力

47、表和一個滑線電阻式發(fā)送器等的組成。 電阻發(fā)送器系設(shè)置在齒輪傳動機構(gòu)上，當(dāng)齒輪傳動機構(gòu)中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時，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)輸出與壓力值成線性的010ma或420ma直流信號，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)、控制等自動化系統(tǒng)。 適用于一般環(huán)境，測量對銅和銅合金無腐蝕性氣體、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。它是一個用于檢測

48、控制變量(信息)的器件, 它具有檢測,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。用先進工藝制成的壓阻式敏器件，在激勵電壓的作下，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。yszk-1003.4 真空的測量 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，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)就是基于這個原理設(shè)計的。測量時，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，氣體導(dǎo)熱系數(shù)減小，加熱絲的溫度升高，熱電偶的熱電勢便隨之增高。由此可見，只要檢測熱電偶的熱電勢即可確定系統(tǒng)的真空度。補充材料:傳感器的作用用機械代替體力勞動是第一次產(chǎn)業(yè)革命，在那次革命中，火車、汽車取代了人力車，各種動力機械取代了繁重的體力勞動。而用機械和電子裝置來代替部分腦力勞動，可以說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不可忽視的內(nèi)容。人通過感官來接收外界的信號，并將所接收的信號送人大腦，進行分析處理后獲取有用的信息。對現(xiàn)有的或者正

50、在發(fā)展中的機械電子裝置來說，電子計算機(即常稱電腦)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，傳感器是人類感官的擴展和延伸，借助傳感器，人類可以去探測那些無法直接用感官獲取的信息。例如，用超聲波探測器可以探測海水的深度，用紅外遙感器可以從高空探測地球上的植被和污染信況等等。在自動控制領(lǐng)域中，自動化程度越高，控制系統(tǒng)對傳感器的依賴性就越大，因此，傳感器對控制系統(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)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。一般也稱傳感器為變換器、換能器和探測器，其輸出的電信號陸續(xù)輸送給后續(xù)配套的測量電路及終端裝置，以便進行電信號的調(diào)理、分析、記錄或顯示等。在一個自動化系統(tǒng)中，首先要能檢測到信息，才能去進行自動控制，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物理量，并將信號進行必要的轉(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轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理等有用的電信號的裝置。 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。進一步的發(fā)展是將傳感器和微處理器相結(jié)合，裝在一個檢測器中形成一種新型的“智能傳感器”。它將具有一定的信號調(diào)理、信號分析、誤差校證、環(huán)境適應(yīng)等能力，甚至具有一定的辨認(rèn)、識別、判斷的功能。這種集成化、智能化的發(fā)展，無疑對現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展將發(fā)揮重要的作用。 3.1.3 傳感器的分類傳感器的種類繁多。在工程測試中，一種物理量可以用不同類型的傳感器來檢測；而同一種類型的傳感器也可測量不同的物理量。 傳感器的分類方法很多，概括起來，主要有下面幾種分類方法。 (1)按被測物理量來分類，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