二次空氣量測量與計(jì)算 (2)

1、上次課的內(nèi)容：一次風(fēng)測量 壓力計(jì)種類壓力計(jì)種類 平均流速測量 一次風(fēng)量計(jì)算（溫度測定） 二次風(fēng)的二次風(fēng)的溫度溫度7001250 一次風(fēng)的一次風(fēng)的溫度溫度 0150C第四講二次空氣量測量與計(jì)算第四講二次空氣量測量與計(jì)算之溫度測量之溫度測量測溫方法與測溫儀表測溫方法與測溫儀表u溫度溫度不能直接測量不能直接測量，而是借助于物質(zhì)的某些物，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，通過對某些物理特性變理特性是溫度的函數(shù)，通過對某些物理特性變化量的測量間接地獲得溫度值?；康臏y量間接地獲得溫度值。u根據(jù)溫度測量儀表的使用方式，通常可分類為根據(jù)溫度測量儀表的使用方式，通?？煞诸悶榻佑|法與非接觸法接觸法與非接

2、觸法兩大類。兩大類。 一.測溫方法1.接觸法接觸法u當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長的時(shí)間達(dá)當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長的時(shí)間達(dá)到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對另一個(gè)物其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測量，體實(shí)現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。這種測溫方式稱為接觸法。u特點(diǎn)：特點(diǎn)：溫度計(jì)要與被測物體有良好的熱接溫度計(jì)要與被測物體有良好的熱接觸，使兩者達(dá)到熱平衡。觸，使兩者達(dá)到熱平衡。 ( (一一) )、溫度所能引起的變化、溫度所能引起的變化熱的機(jī)械效應(yīng)：熱的機(jī)械效應(yīng)：固體熱膨脹固體熱膨脹氣體的熱效應(yīng)氣體的熱

3、效應(yīng)流體熱膨脹流體熱膨脹熱的幅射效應(yīng)熱的幅射效應(yīng)：可見光可見光紅外光紅外光彈性系數(shù)變化彈性系數(shù)變化二測溫儀表熱的電效應(yīng)：熱的電效應(yīng)：金屬的熱電效應(yīng)金屬的熱電效應(yīng)半導(dǎo)體的熱電半導(dǎo)體的熱電(賽貝克賽貝克)效應(yīng)效應(yīng)熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)熱的化學(xué)效應(yīng)熱的化學(xué)效應(yīng)化學(xué)平衡的影響化學(xué)平衡的影響傳遞過程的影響傳遞過程的影響相平衡的影響相平衡的影響化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度 熱的其它效應(yīng)熱的其它效應(yīng): 電阻的熱效應(yīng)、熱磁效應(yīng)、介電常數(shù)的溫度效應(yīng)、電阻的熱效應(yīng)、熱磁效應(yīng)、介電常數(shù)的溫度效應(yīng)、 PNPN結(jié)的溫度效應(yīng)、溫度對液晶的選擇透光性結(jié)的溫度效應(yīng)、溫度對液晶的選擇透光性、溫溫度對度對吸收系數(shù)吸收系數(shù)的影響等。的影

4、響等。2.非接觸法非接觸法u利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。這種測溫方式稱為非接觸法。(1) (1) 輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì) (2) (2) 光纖式溫度計(jì)：光纖式溫度計(jì)：u特點(diǎn)：特點(diǎn)：不與被測物體接觸，也不改變被測物體不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，便于測量運(yùn)動(dòng)物體的的溫度分布，熱慣性小，便于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速度變化的溫度。溫度和快速度變化的溫度。 。u通常用來測定通常用來測定10001000以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。迅速的高溫物體的

5、溫度。（二）、（二）、膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計(jì)，主要有原理制成的溫度計(jì)，主要有液體膨脹式液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)度計(jì)三種。三種。1液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì). 測溫原理測溫原理. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn). 分類分類.使用前必須經(jīng)過校正，尤其是用了較久的溫度計(jì)。零點(diǎn)漂移和小泡等原因會(huì)造成測量誤差。. 溫度計(jì)保存和安裝時(shí)都應(yīng)使溫度計(jì)直立，且溫包應(yīng)在下面。. 使用時(shí)檢查液柱是否脫離，測溫包內(nèi)是否含有氣泡。液柱脫離:緩慢加熱或輕微振動(dòng)來消除。測溫包進(jìn)入氣泡:將溫度計(jì)置于低溫，

6、使液體進(jìn)入溫包，然后輕輕抖動(dòng)使氣泡逸出。溫度計(jì)的使用 . 測量流體溫度時(shí)，溫度計(jì)應(yīng)逆流向安裝或與流向垂直或有一定傾斜角，不能順向安置，而且測溫套管的插入深度要達(dá)到中心線。它一般用來測量0-500的溫度，如環(huán)境溫度，蒸汽溫度，生料、煤粉、油及煤氣等溫度。對玻璃溫度計(jì)浸入方式的修正大多數(shù)玻璃液體溫度計(jì)都是按全浸入方式校準(zhǔn)的，因?yàn)榘虢敕绞叫?zhǔn)的溫度計(jì)會(huì)由于環(huán)境溫度的變化引起較大的測量誤差。但是，全浸入型溫度計(jì)全浸入測量時(shí)讀數(shù)困難，于是，往往采用全浸入型溫度計(jì)半浸入測量，然后加以修正的方法來解決這個(gè)問題。 2固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì) 它是利用兩種線膨脹系數(shù)不同的材料它是利用兩種線膨脹系數(shù)不同

7、的材料制成，有桿式和雙金屬片式兩種。制成，有桿式和雙金屬片式兩種。1）桿式溫度計(jì)： 桿式溫度計(jì)是利用金屬材料做感溫元件，靠材料隨溫度的變化而伸縮的原理制成測溫儀表，其儀表結(jié)構(gòu)如圖 2）雙金屬片式溫度計(jì)： 這是一種利用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起構(gòu)成的一種溫度計(jì)。如圖所示：軸測量管傳遞桿BAt=t。t。BAt。tt。3、壓力式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)u它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度它是利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，通過對工作升高而壓力升高的性質(zhì)，通過對工作介質(zhì)的壓力測量來判斷溫度值的一種介質(zhì)的壓力測量來判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。機(jī)械式儀表。感溫元件（溫包和接頭管）、毛

8、細(xì)管和盤簧管（或彈簧管）等元件構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)充填的工作物質(zhì)：氣體、液體或低佛點(diǎn)液體的飽和蒸氣等。測量時(shí)溫包被置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的工作物質(zhì)（如氣體）因溫度升高而壓力增大，該壓力變化經(jīng)毛細(xì)管傳給盤簧管并使其產(chǎn)生一定的變形，然后借助于指示機(jī)構(gòu)指示出被測的溫度數(shù)值。溫包溫包毛細(xì)管毛細(xì)管盤盤簧簧管管指示機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu)壓力表式溫度計(jì)構(gòu)造溫包是直接與被測介質(zhì)相接觸來感受溫度變化的元件，因此要求它具有高的強(qiáng)度、小的膨脹系數(shù)、高的熱導(dǎo)率以及抗腐蝕等性能。溫包常用黃銅或鋼來制造，如用于測量腐蝕性介質(zhì)的溫度，則溫包也可用不銹鋼來制造。毛細(xì)管是用銅或鋼等材料冷拉成的無縫圓管,用來傳遞壓力的變化。如果它的直

9、徑愈細(xì)、長度愈長,則傳遞壓力的滯后現(xiàn)象就愈嚴(yán)重,即溫度計(jì)對被測的反應(yīng)越遲鈍。然而,在同樣的長度下毛細(xì)管越細(xì),儀表的精度就越高。盤簧管或彈簧管就是一般壓力表用的彈性元件如磷青銅等。壓力表式溫度計(jì)1. 溫包的安裝 壓力式溫度計(jì)的溫包應(yīng)全部插入被測介質(zhì)中，如果安裝在管道上，應(yīng)將溫包長度的一半處于管道中心線，而且應(yīng)是自上而下垂直安裝。若被測介質(zhì)對溫包材料有強(qiáng)烈腐蝕性，則應(yīng)將溫包裝在護(hù)套管中。2. 毛細(xì)管安裝毛細(xì)管應(yīng)遠(yuǎn)離熱源或冷源安裝，且安裝時(shí)應(yīng)引直不應(yīng)打折。壓力表式溫度計(jì)的安裝 3. 指示部分安裝 指示部分高度位置應(yīng)與溫包一致，否則應(yīng)調(diào)零修正； 周圍環(huán)境溫度應(yīng)較穩(wěn)定，不低于5和高于60； 周圍環(huán)境不應(yīng)

10、有大量粉塵和對儀表有腐蝕性氣氛； 不應(yīng)安裝在強(qiáng)烈振動(dòng)場合，否則應(yīng)加減震裝置。 壓力表式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，防震，可遠(yuǎn)距離測量，但損壞后難修理，不能測點(diǎn)的溫度和表面溫度。它一般可用來指示或記錄熱工設(shè)備中的各種流體介質(zhì)溫度。u工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣u簡單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆簡單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性性u(píng)動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能測量動(dòng)態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能測量迅速變化的溫度迅速變化的溫度二、二、 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) u熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。最廣泛

11、的溫度測量元件。u它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢（它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢（mVmV）信號(hào)，配以測）信號(hào)，配以測量毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量或量毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。u具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。間短等各種優(yōu)點(diǎn)。1. 熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu)（1）熱電極）熱電極（2）絕緣套管）絕緣套管（3）保護(hù)套管）保護(hù)套管（4）接線盒）接線盒 兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不

12、同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)( (塞塞貝克效應(yīng)貝克效應(yīng)) )，而這種電動(dòng)勢稱為熱電勢。 熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。2熱電偶的工作原理參考端冷端工作端熱端BATT0 熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： 1：熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)； 2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是

13、均勻時(shí)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)； 3：當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。3接觸電勢（接觸電勢（Peltier效應(yīng)）效應(yīng)） 接觸電勢用接觸電勢用EAB(T)表示，其數(shù)值可用下式表表示，其數(shù)值可用下式表示示 式中式中 e 單位電荷，單位電荷，4.802X10-10靜電單位；靜電單位； K波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K； NA(T)、NB(T)材料材料A、B在溫度為在溫度為T時(shí)時(shí)的自由電子密度；的自由電子密度； TA、

14、B接觸點(diǎn)的溫度，接觸點(diǎn)的溫度，K。AABBN (T)KTE(T)lneN (T)u從理論上可以證明該接觸電勢的大小和從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)（電子兩種材料的性質(zhì)（電子密度）和接觸面溫度的高低密度）和接觸面溫度的高低。u溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大。子密度比值越大，接觸電勢也越大。4 4溫差電勢（溫差電勢（ThomsonThomson效應(yīng)）效應(yīng)） 溫差電勢可表示為溫差電勢可表示為 式中符號(hào)同前式。式中符號(hào)同前式。0TA0ATAK1E (T,T )d(NT)eN5熱電偶閉合回路

15、的總熱電勢熱電偶閉合回路的總熱電勢 對于由對于由A和和B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶閉合兩種導(dǎo)體組成的熱電偶閉合回路，設(shè)兩端溫度接點(diǎn)溫度分別為回路，設(shè)兩端溫度接點(diǎn)溫度分別為T和和T0，且，且TT0，NANB；那么回路中存在兩個(gè)接觸電勢；那么回路中存在兩個(gè)接觸電勢EAB(T)和和EAB(T0)，兩個(gè)溫差電勢，兩個(gè)溫差電勢EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因此回路的總熱電勢為。因此回路的總熱電勢為AB0ABAB0B0A0E (T,T )E (T) E (T ) E (T,T ) E (T,T ) 進(jìn)行推導(dǎo)整理后，可得進(jìn)行推導(dǎo)整理后，可得 對于確定的材料對于確定的材料A和和B，NA和和NB與與T的關(guān)系的

16、關(guān)系已知，則上式可簡寫成下面的形式已知，則上式可簡寫成下面的形式EAB(T,T0)= f(T) f(T0) 如果冷端溫度如果冷端溫度T0保持恒定，這個(gè)熱電勢就是保持恒定，這個(gè)熱電勢就是熱端溫度熱端溫度T的單值函數(shù)，即的單值函數(shù)，即 EAB(T,T0)= f(T) C 0TAAB0TBN (T)KE(T,T )lndTeN (T)從以上式子可以得到如下結(jié)論：從以上式子可以得到如下結(jié)論：u熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。偶絲的直徑、長度

17、及沿程溫度分布無關(guān)。u只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。u熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后，熱電勢的熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則已知且恒定，則f（T0）為常數(shù)，回路總熱電勢）為常數(shù)，回路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度）只是溫度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。 三、熱電偶的基本定律三、熱電偶的基本定律1均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論由一種均質(zhì)導(dǎo)

18、體組成的閉合回路中，不論其截面和長度如何以及沿長度方向上各處的溫其截面和長度如何以及沿長度方向上各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。反之，如果度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。反之，如果回路中有熱電勢存在則材料必為非均質(zhì)的?；芈分杏袩犭妱荽嬖趧t材料必為非均質(zhì)的。 u這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種材料必須各這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種材料必須各自都是均質(zhì)的，否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L度自都是均質(zhì)的，否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，從而方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，從而因熱電偶材料不均勻性引入誤差。因熱電偶材料不均勻性引入誤差。2中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只

19、要第在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，該導(dǎo)體的引入對熱電三種導(dǎo)體兩端溫度相同，該導(dǎo)體的引入對熱電偶回路的總電勢沒有影響。偶回路的總電勢沒有影響。 同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只同理，熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。熱電偶的熱電勢沒有影響。 u該定律表明熱電偶回路中可接入各種儀表該定律表明熱電偶回路中可接入各種儀表或連接導(dǎo)線。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的或連接導(dǎo)線。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢將不受環(huán)境溫度，原熱電偶回路的熱電勢將不受接入儀表或

20、導(dǎo)線的影響。接入儀表或?qū)Ь€的影響。u該定律還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接該定律還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接而成，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連而成，也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。接。3中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度分別為熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度分別為T、T0時(shí)時(shí)的熱電勢，等于接點(diǎn)溫度為的熱電勢，等于接點(diǎn)溫度為T、TN和和TN、T0的的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和。兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)u該定律說明當(dāng)熱電偶參比端溫度該定律說明當(dāng)熱電偶參比端溫度t00時(shí)，只要能測得熱電勢時(shí)，只要能測得熱電勢E(

21、t,t0)，且，且t0已知，已知，仍可以采用熱電偶分度表求得被測溫度仍可以采用熱電偶分度表求得被測溫度t值。值。4.4.連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中，如果熱電偶的電極材在熱電偶回路中，如果熱電偶的電極材料料A和和B分別與連接導(dǎo)體分別與連接導(dǎo)體A和和B相連接，各相連接，各有關(guān)接點(diǎn)溫度為有關(guān)接點(diǎn)溫度為t，tn和和t0，那么回路的總熱，那么回路的總熱電勢等于熱電偶兩端處于電勢等于熱電偶兩端處于t和和tn溫度條件下溫度條件下的熱電勢的熱電勢EAB(t,tn)與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線A和和B兩端處兩端處于于tn和和t0溫度條件下的熱電勢溫度條件下的熱電勢EAB(tn,t0)的代的代數(shù)和。數(shù)和。E

22、ABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0)u中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)熱是工業(yè)熱電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。四、常用熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)和分類四、常用熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)和分類 1 1熱電偶的材料熱電偶的材料 雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以配雖然任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以配對制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件，對對制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件，對它的要求卻是多方面的。它的要求卻是多方面的。 （1）兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的）兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高

23、的靈敏度，且要求熱電勢熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。 （2）能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性）能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能。 （3）要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫）要求熱電偶材料有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。度系數(shù)。 （4）具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。）具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的

24、分度表。 常用的熱電偶材料2. 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電偶熱電偶分度號(hào)分度號(hào)測量端溫度測量端溫度()參考端溫度參考端溫度()熱電勢熱電勢(mV)S13000B14008.914K3034.111T-145-5.324E80535J5651513.155158502059.30430.306u工程上所使用的各種類型的熱電偶均把工程上所使用的各種類型的熱電偶均把E(t)和和t的關(guān)系制成易于查找的表格形式，的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為這種表格稱為熱電偶的分度表熱電偶的分度表。 3熱電偶的類型（1）S型（鉑銠鉑銠10鉑）熱電偶鉑）熱電偶 （2）B型（鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6）熱電偶）熱

25、電偶 （3）K型（鎳鉻鎳鉻鎳硅）熱電偶鎳硅）熱電偶（4）T型（銅銅康銅）熱電偶康銅）熱電偶 （5）E型（鎳鉻鎳鉻康銅）熱電偶康銅）熱電偶 3.非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 （1）鎢錸系熱電偶）鎢錸系熱電偶 （2）鎢銥系熱電偶）鎢銥系熱電偶 （3）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶）其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 常用工業(yè)熱電偶比較常用工業(yè)熱電偶比較 ： 熱電偶名分度號(hào) 特 點(diǎn) 鉑銠30-鉑銠6 熱電勢小，精度高，價(jià)格高 鎳鉻-鎳硅 鉑銠10-鉑 鎳鉻-康銅 熱電勢小，精度高，線性差， 價(jià)格高 熱電勢大，線性好，價(jià)格低 熱電勢大，線性差，價(jià)格低 B S K E 性能 下 降 （一）熱電偶參考端的溫度處理（一）熱電偶參考端的

26、溫度處理1. 1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法u 原理：原理：在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的在一定溫度范圍內(nèi)，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線。線為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線回路總熱電勢為回路總熱電勢為E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)u常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為普通型普通型和和帶屏帶屏蔽層型蔽層型兩種兩種u按照補(bǔ)償原理分為按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型補(bǔ)償型及及延伸型延伸型兩種兩種補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線u按使用溫度可分為按使用溫度可分

27、為一般用一般用（0100）和和耐熱用耐熱用（0200）2. 計(jì)算修正法計(jì)算修正法 當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延長到某當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延長到某一溫度一溫度T0處（通常是環(huán)境溫度），然后再處（通常是環(huán)境溫度），然后再對冷端溫度進(jìn)行修正。對冷端溫度進(jìn)行修正。3. 冷端恒溫法冷端恒溫法（1）把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端始終）把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端始終為為0，但使用起來不大方便。，但使用起來不大方便。（2）把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫）把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)器內(nèi)4.補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測溫系統(tǒng)中串補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此

28、電橋輸出的電壓隨聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。（二）熱電偶的檢定和誤差分析（二）熱電偶的檢定和誤差分析1. 1. 熱電偶的檢定熱電偶的檢定u 為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進(jìn)為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進(jìn)行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較比較法法和和定點(diǎn)法定點(diǎn)法。u 用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測量同一用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的

29、基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為法稱為比較法比較法。2. 熱電偶測溫誤差分析熱電偶測溫誤差分析（1）分度誤差分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允許誤差。不得超過允許誤差。（2）冷端溫度引起的誤差冷端溫度引起的誤差（3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的.（4）手動(dòng)直流電位計(jì)）手動(dòng)直流電位計(jì)誤差（儀表誤差）誤差（儀表誤差）（三）熱電偶的使用與安裝（三）熱電偶的使用與安裝1. 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)2. 安裝原則安裝原

30、則1)熱電偶的安裝應(yīng)盡可能保持垂直，以防止保護(hù)套管在高溫下產(chǎn)生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測介質(zhì)的流向插入，以保證測溫元件與流體的充分接觸。 2)熱電偶應(yīng)安裝在有保護(hù)層的管道內(nèi)，以防止熱量散失。 3)熱電偶安裝在負(fù)壓管道中時(shí)，必須保證測量處的密封性，以防止外界冷空氣進(jìn)入，使讀數(shù)偏低。 4)熱電偶的接線盒面蓋應(yīng)向上，入線口應(yīng)向下，以避免雨水或灰塵進(jìn)入接線盒，影響測量精度。1.1.用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度t t0 0時(shí)，時(shí)，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是

31、否問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？為什么？一樣？為什么？作業(yè)2.用兩支分度號(hào)為用兩支分度號(hào)為K的熱電的熱電偶測量偶測量A區(qū)和區(qū)和B區(qū)的溫差，區(qū)的溫差，連接回路如右圖所示。連接回路如右圖所示。當(dāng)熱電偶參考端溫度當(dāng)熱電偶參考端溫度t0為為0時(shí)，儀表指示時(shí)，儀表指示200。問在參考端溫度。問在參考端溫度上升上升25時(shí)，儀表的指時(shí)，儀表的指示值為多少？為什么？示值為多少？為什么？電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì) WZP2-240/A級(jí)級(jí)3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻 u熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。 電阻溫度

32、系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化化1 1 時(shí)的電阻相對變化量，單位為時(shí)的電阻相對變化量，單位為1/1/。0000()ttttRRRR t tRt 大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高度升高1時(shí)，其阻值約增加時(shí)，其阻值約增加0.4%0.6%，稱具，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度與溫度t（）的關(guān)系可表示為的關(guān)系可表示為Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中式中 Rt 溫度為溫度為t時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為溫度為0時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻

33、；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減 小 ， 當(dāng) 溫 度 升 高減 小 ， 當(dāng) 溫 度 升 高 1 時(shí) ， 其 阻 值 約 減 小時(shí) ， 其 阻 值 約 減 小3%6%，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可表示為）的關(guān)系可表示為RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，式中，RT0 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度T0（K）時(shí)的電阻值；）時(shí)的電阻值； B 與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。與半導(dǎo)體材料有關(guān)的

34、常數(shù)。 雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測溫的熱電半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求：阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求： （1 1）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度；）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度； （2 2）在測溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；）在測溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定； （3 3）復(fù)現(xiàn)性要好；）復(fù)現(xiàn)性要好；（4 4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱

35、容量和熱慣性小，使得對溫度變化的響保證熱容量和熱慣性小，使得對溫度變化的響應(yīng)比較快；應(yīng)比較快；（5 5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)；度和讀數(shù)； （6 6）價(jià)格相對低廉。）價(jià)格相對低廉。 目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)：目前已被采用的電阻溫度計(jì)具有如下特點(diǎn)：（1 1）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計(jì)；）在中低溫范圍內(nèi)其精確度高于熱電偶溫度計(jì)；（2 2）靈敏度高，當(dāng)溫度升高）靈敏度高，當(dāng)溫度升高11時(shí)，大多數(shù)熱電阻時(shí)，大多數(shù)熱電阻的阻值增加的阻值增加0.4%0.6%0.4%0.6%，半導(dǎo)體材料的阻值降低，半導(dǎo)體材料的阻值降低3%6

36、%3%6%； （3 3）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得）熱電阻感溫部分體積比熱電偶的熱接點(diǎn)大得多，因此不宜測量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱多，因此不宜測量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度，半導(dǎo)體熱敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較敏電阻雖然體積較小，但其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性卻較差。差。 u在在200 0范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 u在在0 650范圍內(nèi)，其關(guān)系為范圍內(nèi)，其關(guān)系為Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中，式中，A、B、C 分度常數(shù)。分度常數(shù)。二、常用熱電阻元件二、常用熱電阻元件 1

37、鉑熱電阻鉑熱電阻 u特點(diǎn)：特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。有較高的電阻率。u缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。較貴。u鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際

38、電工委員會(huì)推鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會(huì)推薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻。薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻。 2銅熱電阻銅熱電阻u特點(diǎn)特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。u在在50 150范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為為Rt = R0 ( 1 + t )式中，式中， 銅的電阻溫度系數(shù)。銅的電阻溫度系數(shù)。 3. 鎳熱電阻鎳熱電阻u特點(diǎn)：特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的電阻溫度系數(shù)較鉑大，

39、約為鉑的1.5倍。倍。u在在50150內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4 4半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。 大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電阻值與溫度的關(guān)系為阻值與溫度的關(guān)系為RT = AeB/T 與金屬熱電阻相比，半導(dǎo)體熱敏電阻具有如下與金屬熱電阻相比，半導(dǎo)體熱敏電阻具有如下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）具有較大的負(fù)

40、電阻溫度系數(shù)，約為）具有較大的負(fù)電阻溫度系數(shù)，約為( 3 6 )%，因此靈敏度比較高；，因此靈敏度比較高； （2）半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得）半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，因此它的體積可做得非常小，同時(shí)熱慣性多，因此它的體積可做得非常小，同時(shí)熱慣性小，適合用于測量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度；小，適合用于測量點(diǎn)溫度與動(dòng)態(tài)溫度； （3）電阻值很大，故連接導(dǎo)線的電阻變化的）電阻值很大，故連接導(dǎo)線的電阻變化的影響可以忽略；影響可以忽略； （4）結(jié)構(gòu)簡單。）結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互性大，非

41、線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差，精度較低。換性差，精度較低。三、特殊熱電阻三、特殊熱電阻 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻2. 薄膜鉑熱電阻薄膜鉑熱電阻3. 厚膜鉑熱電阻厚膜鉑熱電阻四熱電阻測溫電路四熱電阻測溫電路熱電阻溫度變送器輸入熱電阻信號(hào)給輸入回?zé)犭娮铚囟茸兯推鬏斎霟犭娮栊盘?hào)給輸入回路。輸入回路是一個(gè)不平衡電橋，熱電阻即為橋路。輸入回路是一個(gè)不平衡電橋，熱電阻即為橋路的一個(gè)橋臂。如果是金屬熱電阻，由于連接熱路的一個(gè)橋臂。如果是金屬熱電阻，由于連接熱電阻的導(dǎo)線存在電阻，且導(dǎo)線電阻值隨環(huán)境溫度電阻的導(dǎo)線存在電阻，且導(dǎo)線電阻值隨環(huán)境溫度的變化而變化，從而造成測量誤差。的變化而變化，從而造成測量誤差

42、。目前熱電阻的引線主要有三種方式二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻，大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高

43、精度的溫度檢測。目前工業(yè)上實(shí)際測量時(shí)主要采用三線制接法。目前工業(yè)上實(shí)際測量時(shí)主要采用三線制接法。 熱電阻測量橋路熱電阻測量橋路 所謂所謂三線制接法（三線制接法（6666），就是從現(xiàn)場的金屬熱，就是從現(xiàn)場的金屬熱電阻兩端引出三根材質(zhì)、長短、粗細(xì)均相同的連接導(dǎo)電阻兩端引出三根材質(zhì)、長短、粗細(xì)均相同的連接導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線被接入相鄰兩對抗橋臂中，另一根線，其中兩根導(dǎo)線被接入相鄰兩對抗橋臂中，另一根與測量橋路電源負(fù)極相連。與測量橋路電源負(fù)極相連。五、熱電阻的校驗(yàn)五、熱電阻的校驗(yàn)1. 兩點(diǎn)法兩點(diǎn)法 只需要冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽，分別測得只需要冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽，分別測得R0和和R100，檢查，檢查R0值和值和R

44、100/R0的比值是否的比值是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)。滿足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)。2. 2. 比較法比較法六、熱電阻的選擇六、熱電阻的選擇熱電阻的選用原則熱電阻的選用原則u 測溫范圍測溫范圍u 測溫準(zhǔn)確度測溫準(zhǔn)確度u 測溫環(huán)境測溫環(huán)境u 成本成本熱電阻分度號(hào)熱電阻分度號(hào)溫度（溫度（）電阻值（電阻值（）Cu50Cu100Pt10Pt10085134-140-15568.19157.384.38737.62 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與測量電阻此特性制成電阻溫度感溫件，它與測量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)

45、。 優(yōu)點(diǎn)：測溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。優(yōu)點(diǎn)：測溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。 缺點(diǎn)：不能測太高的溫度，需外部電源缺點(diǎn)：不能測太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測量誤差。產(chǎn)生測量誤差。79 非接觸測溫非接觸測溫利用光輻射來測量物體溫度利用光輻射來測量物體溫度 1 1、任何物體溫度高于絕對零度（、任何物體溫度高于絕對零度（-273.16-273.16 C C）時(shí)，時(shí)，都將有熱輻射，都將有熱輻射，溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。量就越多。 2 2、輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來，、輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來

46、，其波長的范圍極其波長的范圍極廣，從短波、廣，從短波、x x光、紫外光、可見光、紅外光一直到光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。電磁波。 3 3、溫度測量中主要是可見光和紅外光、溫度測量中主要是可見光和紅外光，因?yàn)榇祟悾驗(yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院?，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽刮矬w的溫度升能量被接收以后，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。高，所以一般就稱為熱輻射。輻射式高溫計(jì)輻射式高溫計(jì)80 輻射測溫特點(diǎn)：輻射測溫特點(diǎn)： 非接觸測量非接觸測量 - - 不影響被測溫度分布不影響被測溫度分布 響應(yīng)速度快：對高速運(yùn)動(dòng)物體測溫。響應(yīng)速度快：對高速運(yùn)動(dòng)物體測溫。 靈敏度高，能分辨微小的溫度變化；靈

47、敏度高，能分辨微小的溫度變化； 測量范圍廣測量范圍廣(-10(-1013001300 C)C)； 抗干擾能力強(qiáng)，無需修正。抗干擾能力強(qiáng)，無需修正。81一、熱輻射基本定律 ( (一一) ) 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 ( (二二) ) 斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律（三）普朗克定律（三）普朗克定律（四）維恩位移定律（四）維恩位移定律82(一) 基爾霍夫定律基爾霍夫定律：基爾霍夫定律：在同樣的溫度下，各種不同物體對相同波長的單色輻在同樣的溫度下，各種不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對同一波長的單色輻

48、射出射度。體對同一波長的單色輻射出射度。輻射出射度：輻射出射度：從輻射源表面從輻射源表面單位面積單位面積發(fā)射出的輻通量，發(fā)射出的輻通量，某一特定波長的輻射出射度稱為單色輻射出射度。某一特定波長的輻射出射度稱為單色輻射出射度。 輻通量：輻通量：單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的輻射能，又稱輻射功率，單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的輻射能，又稱輻射功率，SI單位為瓦。單位為瓦。 83( )1: T黑體能全部吸收輻射到其上 能量的物體（理想）。( )1: T非黑體只能部分吸收輻射到其 上能量的物體（實(shí)際）。出射輻射能與吸收輻射能的出射輻射能與吸收輻射能的一致性一致性 光譜吸收率光譜吸收率 ： -表示物體對輻射到其上的

49、輻通量可吸收的比例。表示物體對輻射到其上的輻通量可吸收的比例。( )T( , )( )( )dTTd 式中，式中， 為被物體吸收的輻通量；為被物體吸收的輻通量； 為照射到物體單位面積上的為照射到物體單位面積上的輻通量。輻通量。( , )dT ( )d 84M ( )( )( )( ) ( ) ( )( )TTfTMTfTTfT物體的單色輻射出射度與單色吸收比的比值為一普適函數(shù) 與溫度及波長有關(guān)。基爾霍夫證明了：基爾霍夫證明了：熱平衡時(shí)物體向四周的輻射功率等于它能吸收的功率。00 ( )( )( )( )T( )TM TT M TM TM T其中， 為黑體在溫度 時(shí)的光譜輻射出射度； 為非黑體在

50、溫度 時(shí)的光譜輻射出射度。0( )( )fTMT850 TT ( ) ( )( )MTTMT光譜發(fā)射率（ ）：實(shí)際物體與黑體在溫度時(shí)的光譜輻射出射度之比。結(jié)論：結(jié)論：( )( )TT則：則：物體的光譜發(fā)射率等于其光譜吸收率。物體的光譜發(fā)射率等于其光譜吸收率。吸收輻射能力強(qiáng)的物體，受熱后向外輻射的能力也強(qiáng)吸收輻射能力強(qiáng)的物體，受熱后向外輻射的能力也強(qiáng)；86(二)斯忒潘玻耳茲曼定律 物體物體輻射出射度與溫度間的關(guān)系輻射出射度與溫度間的關(guān)系 溫度為溫度為T T的絕對黑體，單位面積元在半球方向上的絕對黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長的輻射出射度所發(fā)射的全部波長的輻射出射度 與溫度與溫度T

51、T的四次方成正比。的四次方成正比。 0( )MT04424( )( )TTMTTM TTTW m KT -8對于非黑體的一般物體：式中：為溫度為 時(shí)全波長范圍的材料發(fā)射率，也稱為黑度系數(shù)；為斯忒潘玻耳茲曼常數(shù)； 5.67032 10為物體的熱力學(xué)溫度87（三）普朗克定律（單色輻射強(qiáng)度定律）1511520) 1() 1(2)(2TCTkhceCehcTM式中，式中， c光速；光速； h普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.62617610-34Js； k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，1.3806624410-23J/K； C1第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.741810-16Wm2； C2第二輻射常數(shù)，第二

52、輻射常數(shù)，1.438810-12mK； T絕對溫度。絕對溫度。溫度為溫度為T的單位面積元的的單位面積元的絕對黑體絕對黑體，在半球面方向所輻射，在半球面方向所輻射的波長為的波長為的輻射出射度為的輻射出射度為描述輻射能量在各波長上的分布關(guān)系描述輻射能量在各波長上的分布關(guān)系也可以用輻射亮度來表示也可以用輻射亮度來表示：00( )( )MTL T輻射式溫度計(jì)測溫的理論根據(jù)。輻射式溫度計(jì)測溫的理論根據(jù)。88（四）維恩位移定律 最大輻射波長與溫度的關(guān)系最大輻射波長與溫度的關(guān)系 熱輻射光譜中包含著各種波長，從實(shí)驗(yàn)可知，物熱輻射光譜中包含著各種波長，從實(shí)驗(yàn)可知，物體峰值輻射波長體峰值輻射波長 與物體自身的絕對

53、溫度與物體自身的絕對溫度T T成以下成以下關(guān)系關(guān)系2897mTm Kmu 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)紅外測溫儀紅外測溫儀光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)工作原理光學(xué)高溫計(jì)工作原理一般物體升高到一定的溫度時(shí)都會(huì)發(fā)光，而且溫一般物體升高到一定的溫度時(shí)都會(huì)發(fā)光，而且溫度越高，發(fā)出的光越多。度越高，發(fā)出的光越多。這是由于物體溫度越高則發(fā)生短波（可見光部分）這是由于物體溫度越高則發(fā)生短波（可見光部分）的光越多，而可見的短波部分的光要比長波的光亮，的光越多，而可見的短波部分的光要比長波的光亮，所以物體在所以物體在高溫時(shí)要比低溫時(shí)亮高溫時(shí)要比低溫時(shí)亮。

54、光學(xué)高溫計(jì)就是利。光學(xué)高溫計(jì)就是利用物體在不同溫度時(shí)發(fā)出不同強(qiáng)光的現(xiàn)象，來測量高用物體在不同溫度時(shí)發(fā)出不同強(qiáng)光的現(xiàn)象，來測量高溫物體的溫度。溫物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)的構(gòu)造光學(xué)高溫計(jì)的構(gòu)造從比較光的亮度出發(fā)，當(dāng)物體發(fā)出來的光與標(biāo)準(zhǔn)從比較光的亮度出發(fā)，當(dāng)物體發(fā)出來的光與標(biāo)準(zhǔn)燈絲共同經(jīng)過紅色濾光片時(shí)得到一個(gè)單一波長燈絲共同經(jīng)過紅色濾光片時(shí)得到一個(gè)單一波長的紅色光波，以比較二者的亮度，當(dāng)調(diào)的紅色光波，以比較二者的亮度，當(dāng)調(diào)節(jié)燈絲的亮度與物體的亮度相等時(shí)，儀表指示的節(jié)燈絲的亮度與物體的亮度相等時(shí)，儀表指示的溫度稱為物體的亮度溫度。溫度稱為物體的亮度溫度。儀表上的溫度是對黑體進(jìn)行校正和

55、刻度的。被測物儀表上的溫度是對黑體進(jìn)行校正和刻度的。被測物體并非黑體，體并非黑體， 因此儀表上的指示溫度并非物體的實(shí)因此儀表上的指示溫度并非物體的實(shí)際溫度。實(shí)際溫度可根據(jù)下式進(jìn)行修正：際溫度。實(shí)際溫度可根據(jù)下式進(jìn)行修正：可根據(jù)相應(yīng)的圖和表查找?？筛鶕?jù)相應(yīng)的圖和表查找。查找方法是：先在下表再根據(jù)溫度根據(jù)被測物質(zhì)的性質(zhì)查得該物查找方法是：先在下表再根據(jù)溫度根據(jù)被測物質(zhì)的性質(zhì)查得該物體的單色黑度體的單色黑度 ，再根據(jù)溫度和由下圖再根據(jù)溫度和由下圖 查得溫度修正值查得溫度修正值使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)應(yīng)注意：使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)應(yīng)注意：從輻射體到高溫計(jì)的距離不應(yīng)小于從輻射體到高溫計(jì)的距離不應(yīng)小于0.70.7米，光

56、學(xué)高米，光學(xué)高溫計(jì)的物鏡應(yīng)不受另外光源影響。溫計(jì)的物鏡應(yīng)不受另外光源影響。不允許燈泡長時(shí)間過熱，因?yàn)檫@樣會(huì)引起它的特不允許燈泡長時(shí)間過熱，因?yàn)檫@樣會(huì)引起它的特性改變而使高溫計(jì)精度下降。性改變而使高溫計(jì)精度下降。 在測量火焰溫度時(shí)，不應(yīng)對著赤熱火磚，因火磚在測量火焰溫度時(shí)，不應(yīng)對著赤熱火磚，因火磚的輻射會(huì)使測量產(chǎn)生誤差。的輻射會(huì)使測量產(chǎn)生誤差。 使用光學(xué)高溫計(jì)必須考慮到測量孔的玻璃和中間使用光學(xué)高溫計(jì)必須考慮到測量孔的玻璃和中間介質(zhì)的影響，中間介質(zhì)如粉塵粒、煤顆粒、煙灰粒、介質(zhì)的影響，中間介質(zhì)如粉塵粒、煤顆粒、煙灰粒、COCO2 2和和H H2 2O O等吸收輻射熱，對測量精確度有很大影響。等吸

57、收輻射熱，對測量精確度有很大影響。光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)紅外光電溫度計(jì)是根紅外光電溫度計(jì)是根據(jù)據(jù)維恩定律維恩定律即在一定即在一定波長時(shí)的輻射能量與波長時(shí)的輻射能量與溫度之間的定量關(guān)系，溫度之間的定量關(guān)系，對已知輻射系數(shù)的物對已知輻射系數(shù)的物體，在選定的波長范體，在選定的波長范圍內(nèi)所測得的物體表圍內(nèi)所測得的物體表面的面的輻射能量輻射能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電模擬量電模擬量來確定溫度。來確定溫度。 采用采用光反饋原理光反饋原理測量物體生產(chǎn)的測量物體生產(chǎn)的輻射能量輻射能量來確定來確定溫度的。它具有反應(yīng)速度快、精度高、測量方便等溫度的。它具有反應(yīng)速度快、精度高、測量方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于流（運(yùn)）動(dòng)著的物體以及各

58、種表優(yōu)點(diǎn)，特別適用于流（運(yùn)）動(dòng)著的物體以及各種表面的溫度面的溫度, ,測量時(shí)既不破壞被測物的溫度場，而且可測量時(shí)既不破壞被測物的溫度場，而且可以遠(yuǎn)離被測物體而大大減輕測量時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。這以遠(yuǎn)離被測物體而大大減輕測量時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。這種儀表還配有帶有定值電接點(diǎn)裝置的自動(dòng)記錄儀進(jìn)種儀表還配有帶有定值電接點(diǎn)裝置的自動(dòng)記錄儀進(jìn)行自動(dòng)控制。行自動(dòng)控制。被測目標(biāo)表面輻射的能量由物鏡會(huì)聚經(jīng)調(diào)制鏡反射至接受被測目標(biāo)表面輻射的能量由物鏡會(huì)聚經(jīng)調(diào)制鏡反射至接受元件上，元件上， 由參比燈輻射的能量通過聚光鏡會(huì)聚并由反光鏡由參比燈輻射的能量通過聚光鏡會(huì)聚并由反光鏡反射，穿過調(diào)制鏡葉片間的反射，穿過調(diào)制鏡葉片間的 空檔可

59、達(dá)到接收元件上，從而產(chǎn)生了空檔可達(dá)到接收元件上，從而產(chǎn)生了兩個(gè)相位差兩個(gè)相位差180180的交流信號(hào)。實(shí)際上它的輸出信號(hào)電壓是上述兩的交流信號(hào)。實(shí)際上它的輸出信號(hào)電壓是上述兩個(gè)信號(hào)的差值。這個(gè)差值由電子線路進(jìn)行放大，相敏檢波，同時(shí)同個(gè)信號(hào)的差值。這個(gè)差值由電子線路進(jìn)行放大，相敏檢波，同時(shí)同步信號(hào)發(fā)生器步信號(hào)發(fā)生器 產(chǎn)生的同步信號(hào)也輸至相敏檢波。如果被測輻射產(chǎn)生的同步信號(hào)也輸至相敏檢波。如果被測輻射能量比參比燈輻射能量強(qiáng)，檢波輸出信號(hào)為正。通過電子線路進(jìn)一能量比參比燈輻射能量強(qiáng)，檢波輸出信號(hào)為正。通過電子線路進(jìn)一步放大調(diào)節(jié)，調(diào)整參比燈電流使之變量達(dá)到與被測目標(biāo)輻射能量相步放大調(diào)節(jié)，調(diào)整參比燈電流

60、使之變量達(dá)到與被測目標(biāo)輻射能量相平衡。如果與上述情況相反，則參比燈變暗，最后達(dá)到能量平衡。平衡。如果與上述情況相反，則參比燈變暗，最后達(dá)到能量平衡。 當(dāng)被測物體是隔著觀察窗口玻璃進(jìn)行測量時(shí)，由當(dāng)被測物體是隔著觀察窗口玻璃進(jìn)行測量時(shí)，由于被測物體一部分輻射能量被窗口玻璃吸收而產(chǎn)生測于被測物體一部分輻射能量被窗口玻璃吸收而產(chǎn)生測量誤差（如量誤差（如3 3厚的普通玻璃可產(chǎn)生厚的普通玻璃可產(chǎn)生30-5030-50左右的左右的誤差），因此必須加以補(bǔ)償或去掉。補(bǔ)償可以通過空誤差），因此必須加以補(bǔ)償或去掉。補(bǔ)償可以通過空白試驗(yàn)后調(diào)節(jié)補(bǔ)償旋扭而獲得，即：白試驗(yàn)后調(diào)節(jié)補(bǔ)償旋扭而獲得，即： （）用檢測器瞄準(zhǔn)某一物