建筑環(huán)境測試儀表實用教案

1、測量測量(cling)(cling)溫度溫度的方法的方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法第1頁/共47頁第一頁，共48頁。常用溫度測量常用溫度測量(cling)(cling)儀表儀表1.熱膨脹式溫度計2.熱電偶溫度計3.熱電阻測溫儀表(ybio)4. 非接觸式測溫第2頁/共47頁第二頁，共48頁。三.玻璃(b l)液體溫度計 1.原理 2.結(jié)構(gòu)和類型 棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式 3.特點： 1）測量范圍廣，為-200 600 2)結(jié)構(gòu)簡單，使

2、用方便，價格便宜，精確 3）觀察、監(jiān)測不便。 4）易損壞。 4.讀數(shù)(dsh)方法 視線應(yīng)與溫標(biāo)垂直，水銀溫度計應(yīng)在凸面最高點讀數(shù)(dsh)，水和無機(jī)液體溫度計應(yīng)在凹面最低點讀數(shù)(dsh)。棒式溫度計刻度感 溫包顯示(xinsh)變換傳感第3頁/共47頁第三頁，共48頁。四.固體(gt)膨脹式溫度計 1.雙金屬溫度計 1）感溫元件 2）測溫原理 3）定義(dngy) 4）分類 5）特點 2.桿式溫度計 精度低，體積大第4頁/共47頁第四頁，共48頁。五.壓力(yl)式溫度計 1.工作原理與結(jié)構(gòu)( jigu)形式 2.蒸氣壓力表式溫度計 1）原理 2）工作液體 3）結(jié)構(gòu)( jigu) 毛細(xì)管 4

3、）特點第5頁/共47頁第五頁，共48頁。第五(d w)講 熱電偶溫度計 一.熱電偶的好處： 結(jié)構(gòu)簡單、測溫范圍廣、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、輸出為電信號、便 于遠(yuǎn)傳與轉(zhuǎn)換等 二.測溫原理 由兩 種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組合成閉合 回路，當(dāng)兩 導(dǎo)體A與B相邊處溫度不同（ 0）時，則回路中產(chǎn)生熱電效應(yīng)（也稱之為塞貝克效應(yīng)），所產(chǎn)生的電勢稱熱 電勢EAB（， 0 ）。它由兩部分(b fen)組成，即湯姆遜溫差電勢E( ， 0 )和珀爾貼電勢EAB。0ABEA(, 0)EB(, 0 )EAB()EAB(0)第6頁/共47頁第六頁，共48頁。表面表面(biomin)(biomin)熱電偶熱電偶第7頁/共47頁第

4、七頁，共48頁。熱電偶熱電偶第8頁/共47頁第八頁，共48頁。接觸接觸(jich)(jich)電動勢與溫電動勢與溫差電動勢差電動勢一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-一一一+-高溫高溫(gown)低溫低溫(dwn)電子密電子密度大度大電子密電子密度小度小接觸電動勢 溫差電動勢第9頁/共47頁第九頁，共48頁。三.熱電偶的三大(sn d)定律 1.均值導(dǎo)體定律 一種導(dǎo)體組合成閉合回路，無論是否顧在溫度梯度，均不能產(chǎn)生電勢(dinsh)。 2.中間導(dǎo)體定律 在熱 電偶回路中加入第三種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對回路的熱電勢(dinsh)沒有影響。 3.中間溫度定律 熱電偶在接點溫度A

5、、B兩點之間的電勢(dinsh)等于該熱電偶在接點溫度A、C與C、B 時的熱電勢(dinsh)之和。即EAB(, 0)=EAB(, n) +EAB(n, ) 由此有統(tǒng)一的熱電偶分度表，可用補(bǔ)償導(dǎo)線代替貴重金屬。第10頁/共47頁第十頁，共48頁。四.結(jié)構(gòu)(jigu)形式種類型號等級使用范圍絲徑特點缺點鉑銠10-鉑正-負(fù)S 01300(1600 ）0.5mm物理化學(xué)性能穩(wěn)定，測量精度高熱電勢小，0.009mV/ ,靈敏度低。鎳鉻-鎳硅K -40900(1300)氧化介質(zhì)0.3,0.5,0.8,1.0 ,1.2 1.5 ,2.0 2.5 ,3.2、 mm化學(xué)穩(wěn)定，抗氧化，耐腐蝕，靈敏，線性好，復(fù)現(xiàn)

6、性好，便宜。無,0.04鎳鉻-銅鎳E 0600(900)還原性中性介質(zhì)0.33.2mm熱電勢大靈敏度高，價格低廉測溫上限不高，加工工藝較差。0.078銅-康銅 T非標(biāo) -200 200 (300)0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm靈敏度高，低溫時精度高，價格低康銅復(fù)制性差第11頁/共47頁第十一頁，共48頁。T T型（銅型（銅- -康銅康銅(kn tn)(kn tn)）熱電偶熱電偶 溫度范圍 -200400 -200400 型號 I I型 -40350 -40350，0.5 0.5 或者0.4%0.4% IIII型 -40350 -40350，1 1 或者0.75%0.75%

7、IIIIII型 -20040 -20040，0.5 0.5 或者1.5%1.5% 如果參考端為00，則測量(cling)(cling)端為100100時，熱電勢值為4.26mV4.26mV。作為粗略估算，可以認(rèn)為在01000100范圍內(nèi)，電勢值隨測量(cling)(cling)端溫度線性變化。 測量(cling)(cling)儀器 毫伏表（電位差計）第12頁/共47頁第十二頁，共48頁。五結(jié)構(gòu)(jigu)型式 1.普通型工業(yè)用熱電偶 它由熱電極、絕緣瓷管、（接線盒、接線座、接線柱）和保護(hù)套管所組成。 ？材料 2.鎧裝熱電偶 ?結(jié)構(gòu) ？測量端形式 ？材料 ？優(yōu)點：熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械(jx

8、i)強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐 沖擊，搞振動，壽命長，適用于各種工業(yè)測量。 3.小慣性熱電偶 ？快速薄膜熱電偶 特點 4.其它熱電偶第13頁/共47頁第十三頁，共48頁。六.冷端補(bǔ)償(bchng)方法 1.冰浴法 實驗室用 ?廣口保溫瓶，(內(nèi)有冰塊混合，有兩只試管（試管直徑15mm，內(nèi)盛變壓器油)插入深度 100mm，有蓋密封。 結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)(xtng)原理圖 2.計算法 在常溫下測量，測出熱電勢，用分度表查出常溫下的熱電勢，二者相加，用分度表掃求出溫度數(shù)值來。 例3-1：用鎳鉻鎳硅熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度n = 25 ,EAB（, n） = 40.347mV，由分度表查得EAB( n，0 )

9、=1.00mV，則： EAB(,0) = EAB（,n)+ EAB( n,0 )= 40.347+1.00 = 41.347mV 同樣，用分度表查得=1002 。 3. 校正儀表機(jī)械零點法 EAB（,n)+ EAB( n,0 )= EAB(,0) 4.補(bǔ)償電橋法 ？不平衡電橋 ？原理 第14頁/共47頁第十四頁，共48頁。七.應(yīng)用(yngyng) 1.熱電偶串聯(lián) 提高測量精度(jn d)，求微小溫度 2.并聯(lián) 求平均溫度 3.反接 直接求溫差，可間接求其它有關(guān)溫差的量值 。主一 + -+ 主一 +- +_+ +第15頁/共47頁第十五頁，共48頁。八.誤差(wch) 對熱電偶儀表系統(tǒng)進(jìn)行誤差分

10、析 ?1.系統(tǒng)誤差 1）.工具誤差與環(huán)境影響方面： 2）.方法誤差方面： 3）.測試人員誤差方面： ?2.隨機(jī)誤差方面，不可消除的誤差因素： ?3.粗大誤差方面： 我們應(yīng)該合理地配置儀器設(shè)備進(jìn)行必要的測試、調(diào)試工作，還要注意合適的測量 方法 ，配備合適的測量人員，一般應(yīng)該做到多次測量取平均值 ，同時應(yīng)注意保養(yǎng)(boyng)和校驗工作。 當(dāng)然對于非精確測量，可以適當(dāng)放寬要求。第16頁/共47頁第十六頁，共48頁。第六講 熱 電 阻 一.概述 1.優(yōu)點 是結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用方便等尤其是功率大，無冷端補(bǔ)償問題 ，對于熱敏半導(dǎo)體溫度計，又沒有熱惰性大的缺點 。 2.原理 是金屬（或半導(dǎo)體）的電阻隨

11、著溫度的升高而升高（或降低），用顯示儀表(ybio)測出熱電阻的電阻值 ，從而可得到與電阻值相應(yīng)的溫度值來。 3.條件： （1）電阻溫度系數(shù)大； （2）復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，互換性好； （3）電阻率大； （4）價格便宜，工藝性好。第17頁/共47頁第十七頁，共48頁。二.分類(fn li) 1.金屬熱電阻 1)鉑電阻 ，為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，性質(zhì)穩(wěn)定，常做基準(zhǔn)溫度計使用。測溫范圍為-200 500 ，電阻絲直徑d=0.050.07mm，電阻溫度系數(shù)小，為3.83.9 10-3，近線性，價格貴。 R =R0（1+A +B2） 2)銅熱電阻 -5050 ,絲徑為0.1mm,線性，電阻溫度系數(shù)大，為4343

12、10-3，價格廉。也容易制造(zhzo)。 3)鎳熱電阻，-50100 ，絲徑為0.5mm，線性較差，常用于空調(diào)系統(tǒng)中，其電阻溫度系數(shù)為6.36.7 10-31/ 。第18頁/共47頁第十八頁，共48頁。 2).半導(dǎo)體溫度計 1.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計 測量范圍為-100300 。 有較大的負(fù)溫度系數(shù)，約為-26*10-2(1/ ),配用的二次儀表簡單( jindn)，靈敏度高，傳6感器體積小，構(gòu)造簡單( jindn)，可以測量點溫度和動態(tài)溫度。 缺點：測溫范圍較窄，溫度系數(shù)電阻變化呈非線性，復(fù)現(xiàn)性差，穩(wěn)定性差。 結(jié)構(gòu)：珠形、桿形、片形等 ，測量線路彩不平衡電橋。第19頁/共47頁第十九頁，共4

13、8頁。 2.熱敏二極管溫度計 原理 ：當(dāng)流過晶體管的電流(dinli)恒定量，二極管P-N結(jié)因溫度變化而電壓隨著變化，由此可測溫。 與熱敏電阻相比：有溫度與電壓的線性關(guān)系，更有-2.4mV/的靈敏和0.1的靈敏限，又成本低，重復(fù)性與穩(wěn)定性好。 ？若給予硅電壓不整流器來恒定電流(dinli)，或自制恒流源，則溫度的精度可達(dá)0.1，且易實現(xiàn)數(shù)字化。第20頁/共47頁第二十頁，共48頁。三構(gòu)造與誤差(wch)分析 （略） 1.構(gòu)造大部同熱電偶 ？ 也有不同之處 2.誤差分析方法一致 內(nèi)容(nirng)大部相同，但不完全一樣。第21頁/共47頁第二十一頁，共48頁。鉑熱電阻鉑熱電阻 測溫范圍 -200

14、650 -200650 工業(yè)應(yīng)用 W(100)=1.3871.390 W(100)=1.3871.390，標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻 W(100) 1.3925 W(100) 1.3925 命名 Pt10 Pt10、 Pt100 Pt100、Pt500Pt500 性能(xngnng)(xngnng)穩(wěn)定，重復(fù)性好，精度高 阻值與溫度的關(guān)系近似線性 較貴第22頁/共47頁第二十二頁，共48頁。銅熱電阻銅熱電阻 測溫范圍 -50150 性能穩(wěn)定(wndng) 阻值與溫度的關(guān)系呈線性關(guān)系 較便宜銅容易加工提純第23頁/共47頁第二十三頁，共48頁。半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻(r (r mn din z)mn d

15、in z) 電阻溫度系數(shù)為負(fù)值 測溫范圍-40350 ，不能用于350以上 電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬熱電阻大10100倍，電阻值比鉑熱電阻高14個數(shù)量級，可以采用(ciyng)精度 較低的顯示儀表 電阻溫度系數(shù)與溫度成反比，=-B/T2，電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，Rt= Rt0exp(B/T) 穩(wěn)定性及互換性差 較便宜第24頁/共47頁第二十四頁，共48頁。熱電阻測溫電路熱電阻測溫電路(dinl)(dinl) 平衡(pnghng)電橋測溫 不平衡(pnghng)電橋測溫 有源電橋式熱電阻數(shù)字儀表測溫 有源四線制熱電阻測溫第25頁/共47頁第二十五頁，共48頁。四顯示(xinsh)儀表 1.

16、動圈式指示(zhsh)儀表(配熱電阻，要求線路電阻5或2.5 ）33VAC變壓器硅整流器測量(cling)電橋三線制熱敏電阻動圈儀表第26頁/共47頁第二十六頁，共48頁。N S配熱電偶的動圈式儀表(ybio) 外線路(xinl)總電阻為15熱電偶冷端補(bǔ)償(bchng)電橋刻度表量程調(diào)整電阻限流電阻第27頁/共47頁第二十七頁，共48頁。2.電橋(din qio)法 1.平衡(pnghng)電橋二線(r xin)制 三線制G被測電阻G第28頁/共47頁第二十八頁，共48頁。2.不平衡(pnghng)電橋 指示電橋不平衡(pnghng)時的電流對應(yīng)值電橋采用三線制，在下限值 （電橋平衡）得到全補(bǔ)

17、償，在其它(qt)點僅得到部分補(bǔ)償，已經(jīng)足夠。3.自動平衡電橋被測熱電阻第29頁/共47頁第二十九頁，共48頁。平衡平衡(pnghng)(pnghng)電橋二線電橋二線法法 / /2123123121WWtWWtRRRRRRRRRRRRGR1R2R3RW2RW1Rtabcd電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果(ji (ji gu)gu)如果不計RWRW隨溫度的變化，RtRt與r1r1成線性關(guān)系RWRW隨溫度變化會引起測量誤差R0第30頁/共47頁第三十頁，共48頁。不平衡不平衡(pnghng)(pnghng)電橋法電橋法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI)(IfRt連續(xù)自動顯示，結(jié)構(gòu)(ji

18、gu)(jigu)簡單，價格便宜RtRt與I I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對測量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化會引起測量誤差，三線接法可以削弱第31頁/共47頁第三十一頁，共48頁。4 4 非接觸式測溫非接觸式測溫 普朗克定律(dngl)，即2511 bcTCEe波長，mT黑體的絕對溫度，Ke自然對數(shù)的底數(shù)C1第一輻射常數(shù)(chngsh)，其值為3.74310-16WC2第二輻射常數(shù)(chngsh)，其值為1.438710-2mK第32頁/共47頁第三十二頁，共48頁。 在3000K以下，波長較短的可見光范圍內(nèi)，可用維恩公式(gngsh)，其誤差不超過1%。 單色輻射強(qiáng)度

19、峰值處的波長和溫度T之間的關(guān)系2c51eTbEC332.8976 102.9 10mT 第33頁/共47頁第三十三頁，共48頁。絕對黑體絕對黑體(hit)的全輻射的全輻射定律定律 若要得到波長從0之間全部輻射能量的總和，可把Eb對 (0)進(jìn)行積分(jfn)即全輻射能量為 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，等于4.9610-8 絕對黑體的全輻射能量和絕對溫度的四次方成正比。0bbEEd 254100(1)cTbECedT0第34頁/共47頁第三十四頁，共48頁。 實際物體(wt)的光譜輻射出射度于溫度、波長的關(guān)系為 波長下實際物體(wt)的光譜輻射強(qiáng)度 實際物體(wt)在波長下的光譜發(fā)射率（黑度）。 把公式代

20、入，即： 實際物體(wt)全部光譜輻射強(qiáng)度總和為0EEE251cTEce40EET第35頁/共47頁第三十五頁，共48頁。光學(xué)光學(xué)(gungxu)(gungxu)高溫計高溫計光學(xué)高溫計就是利用受熱(shu r)物體的單色輻射強(qiáng)度（在可見光范圍）隨溫度升高而增長的原理來進(jìn)行高溫測量的儀表。當(dāng)物體的黑度系數(shù)越小，則亮度溫度與真實溫度間的差別也就越大。因為01，因此測得物體的亮度溫度始終低于其真實溫度。缺：測溫準(zhǔn)確度比熱電偶熱電阻低，構(gòu)造復(fù)雜、價格昂貴、不能測內(nèi)部溫度第36頁/共47頁第三十六頁，共48頁。光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)(jigu)和影響因和影響因素素 （1）光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu) 光學(xué)

21、系統(tǒng) 電測系統(tǒng) （2）光學(xué)高溫計的影響因素非黑體(hit)的影響 中間介質(zhì)的影響 應(yīng)盡量做到不在反射光很強(qiáng)的地方進(jìn)行測量，否則要產(chǎn)生誤差。第37頁/共47頁第三十七頁，共48頁。全輻射全輻射(fsh)(fsh)高溫計高溫計構(gòu)造和原理 全輻射高溫計是根據(jù)全輻射定律制作(zhzu)(zhzu)的溫度計。使用全輻射高溫計的注意事項全輻射體的發(fā)射率隨物體的成分、表面狀態(tài)、輻射條件和溫度的不同而不同，因此應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地確定被測物體的，以提高測量的準(zhǔn)確度。被測物體與高溫計之間的距離L L和被測物體的直徑D D之比（L/DL/D）有一定的限制。使用時環(huán)境溫度不宜太高，否則會引起熱電堆參比端溫度升高而增加測量

22、誤差。第38頁/共47頁第三十八頁，共48頁。光電高溫計光電高溫計 光電高溫計依據(jù)的是光譜輻射亮度的原理(yunl)，采用光電器件作為儀表的感受元件，替代人眼來感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號，該信號對應(yīng)于被測物體的溫度。 優(yōu)：可以自動平衡亮度、自動連續(xù)記錄被測溫度示值 缺：更換反饋燈或光電器件時，必須對整個儀表進(jìn)行 重新調(diào)整和刻度第39頁/共47頁第三十九頁，共48頁。紅外測溫儀紅外測溫儀 紅外測溫儀表是一種測溫上限較低的儀表，可測量0400范圍(fnwi)的溫度。 紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號處理放大部分及顯示儀表等部分組成。第40頁/共47頁第四十頁，共48頁

23、。3.3 3.3 溫度測量溫度測量(cling)(cling)儀表的選用和儀表的選用和校驗校驗溫度儀表的選用根據(jù)生產(chǎn)或?qū)嶒炈蟮臏y量范圍、允許的誤差， 根據(jù)現(xiàn)場對儀表功能的要求根據(jù)儀表的工作條件正確安裝測溫元件 正確選擇具有代表性的測溫點，測溫元件應(yīng)插入(ch r)被測物的足夠深度；要有合適的保護(hù)措施 第41頁/共47頁第四十一頁，共48頁。3.4測溫儀表的應(yīng)用(yngyng)實例 3.4.1室內(nèi)采暖溫度的測量 1）檢測地點的確定(qudng)和要求 2）檢測地點的選擇要求 3）儀器的選擇 4）檢測步驟 5）數(shù)字溫度計校正方法 6）測量結(jié)果計算第42頁/共47頁第四十二頁，共48頁。五溫度計的選擇(xunz)和安裝 1.選擇 實際可行，經(jīng)濟(jì)可行 品種和規(guī)格盡量少 被測參數(shù)與儀表(ybio)的兼容性（測量范圍、測量精度，耐腐蝕，環(huán)境溫度、壓力和介質(zhì)、傳感器的滯后時間和慣性時間） 考慮就地讀數(shù)還是遠(yuǎn)方讀數(shù)等讀數(shù)方式。 第43頁/共47頁第四十三頁，共48頁。2.安裝(nzhung) 測點布置。？