大連大學(xué)建筑環(huán)境測試技術(shù)4

1、大連大學(xué)建筑工程學(xué)院2022-4-201建筑環(huán)境測試技術(shù)建筑環(huán)境測試技術(shù)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院2第三次課復(fù)習(xí)第三次課復(fù)習(xí)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院3第二章第二章 測量誤差和數(shù)據(jù)處理測量誤差和數(shù)據(jù)處理 (P16)p 2.4 2.4 隨機(jī)誤差分析隨機(jī)誤差分析p 2.8 2.8 測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理 了解隨機(jī)誤差的分布規(guī)律、三個(gè)特性和兩個(gè)了解隨機(jī)誤差的分布規(guī)律、三個(gè)特性和兩個(gè)重要概念。掌握有限次測量下測量結(jié)果的正確重要概念。掌握有限次測量下測量結(jié)果的正確表達(dá)方法。表達(dá)方法。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院42.4 隨機(jī)誤差分析隨機(jī)誤差分析本節(jié)研究：本節(jié)研究：p 隨機(jī)誤差的特征。隨機(jī)誤差的特征。p 含有隨機(jī)誤差的測量

2、數(shù)據(jù)（列）的處理方法含有隨機(jī)誤差的測量數(shù)據(jù)（列）的處理方法 。 思路：利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)思路：利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)數(shù)理統(tǒng)計(jì)：數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)：數(shù)據(jù)nn隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差數(shù)據(jù)列隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差數(shù)據(jù)列n n有限個(gè)數(shù)有限個(gè)數(shù)區(qū)別：區(qū)別：大連大學(xué)建筑工程學(xué)院5測量列的測量列的算術(shù)平均值算術(shù)平均值為：為： niixnx11（2.4.1）對某量進(jìn)行對某量進(jìn)行n n次測量：次測量：定義定義有限有限次測量次測量時(shí)，時(shí)，剩余誤差剩余誤差為：為：xxvii （2.4.7）Axii 由測量列得到的由測量列得到的隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差： （2.4.3）)1(lim1 niinxxnE測得值的測得值的數(shù)學(xué)期望數(shù)學(xué)期望（2.4.2）A

3、Ex 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院6當(dāng)測量次數(shù)足夠多時(shí)，當(dāng)測量次數(shù)足夠多時(shí)，對隨機(jī)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可對隨機(jī)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可將將多次測得值的多次測得值的算術(shù)平均值作為最后測量結(jié)果算術(shù)平均值作為最后測量結(jié)果 niinn121lim 標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差：（2.4.10）標(biāo)準(zhǔn)差反映了測量的精密度，標(biāo)準(zhǔn)差反映了測量的精密度，小表示精密度高，小表示精密度高，測量值集中；測量值集中；大表示精密度低，測量值分散大表示精密度低，測量值分散。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院7二、二、隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差的正態(tài)分析的正態(tài)分析（統(tǒng)計(jì)學(xué)）（統(tǒng)計(jì)學(xué)）隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差值服從正態(tài)分布規(guī)律值服從正態(tài)分布規(guī)律! ! 1. 1. 正態(tài)分布（高斯分布）

4、正態(tài)分布（高斯分布）22221)( e（2.4.14）隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差正態(tài)分布概率密度函數(shù)式為：正態(tài)分布概率密度函數(shù)式為：大連大學(xué)建筑工程學(xué)院8標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差其中標(biāo)準(zhǔn)偏差其中標(biāo)準(zhǔn)偏差為：為： niinn121lim 圖圖2.4.2 2.4.2 i i的正態(tài)分布曲線的正態(tài)分布曲線)( i i=0=0- - 測量隨機(jī)誤差值的概率密度測量隨機(jī)誤差值的概率密度正態(tài)分布曲線如圖正態(tài)分布曲線如圖2.4.22.4.2。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院9l 隨機(jī)誤差的正態(tài)分布特征隨機(jī)誤差的正態(tài)分布特征 (P27)(P27)( 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院102.2.極限誤差極限誤差 有限次的測定結(jié)果，在一定概率下，有限次的測定

5、結(jié)果，在一定概率下，E Ex x可能存在的范可能存在的范圍稱期望值圍稱期望值的的置信區(qū)間置信區(qū)間；其概率；其概率稱為稱為置信度置信度。它表明了人。它表明了人們對所作的判斷有把握的程度。們對所作的判斷有把握的程度。l 置信度與期望值置信度與期望值E Ex x的的置信區(qū)間置信區(qū)間l當(dāng)當(dāng)n n時(shí)時(shí), ,隨機(jī)誤差落在隨機(jī)誤差落在（22）范圍內(nèi)的概率為范圍內(nèi)的概率為95.4%95.4%。隨機(jī)誤差落在隨機(jī)誤差落在（33）范圍內(nèi)的概率為范圍內(nèi)的概率為99.7%99.7%。見教材見教材P29P29。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院11)( 22-2-233-3-3 分析可知：當(dāng)分析可知：當(dāng)nn時(shí)時(shí), ,隨機(jī)隨機(jī)誤差落在誤

6、差落在33區(qū)間外區(qū)間外的可能性的可能性非常小，概率僅為非常小，概率僅為0.3% 0.3% 。故定義極限誤差故定義極限誤差為為: : 3 （2.4.20） 將落在極限誤差區(qū)間外的值是為將落在極限誤差區(qū)間外的值是為壞值壞值，予以剔除予以剔除。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院123.3.貝塞爾公式貝塞爾公式 故定義故定義有限次測量時(shí)有限次測量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差的最佳估計(jì)值為：，標(biāo)準(zhǔn)偏差的最佳估計(jì)值為： 在有限次的測定中（在有限次的測定中（n n為有限值）為有限值）, , 用殘差來表示隨用殘差來表示隨機(jī)測量誤差的：機(jī)測量誤差的： 前面分析了當(dāng)前面分析了當(dāng)n n時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為：時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為： niinn121lim n

7、iivn1211 （2.4.21）xxvii n1大連大學(xué)建筑工程學(xué)院134.4.算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 在等精度的測量中：進(jìn)行在等精度的測量中：進(jìn)行 m m組組n n次次的測量。的測量。 則每一組測量值都有一個(gè)算術(shù)平均值則每一組測量值都有一個(gè)算術(shù)平均值 ，就會(huì)組成，就會(huì)組成平均值列，那么算術(shù)平均值也會(huì)有隨機(jī)誤差。平均值列，那么算術(shù)平均值也會(huì)有隨機(jī)誤差。_x 定義算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：定義算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：nx （P32）nxxxxx_4_3_2_1_, 同樣定義算術(shù)平均值的極限誤差為：同樣定義算術(shù)平均值的極限誤差為： xx 3 x-極限誤差。極限誤差。大連大學(xué)建筑工

8、程學(xué)院14 因此，測量結(jié)果可以表示：因此，測量結(jié)果可以表示： x算術(shù)平均值算術(shù)平均值 算術(shù)平均值的極限誤差算術(shù)平均值的極限誤差（P33）_3_xxxxx 在有限次測量中，算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差最佳估計(jì)值為：在有限次測量中，算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差最佳估計(jì)值為：nx _（2.4.23(a)） 實(shí)際均為實(shí)際均為有限次有限次測量，常測量，常直接記為直接記為： niivn1211 nx （ 2.4.23(c) ）（ 2.4.23(b) ）大連大學(xué)建筑工程學(xué)院15三、有限次測量測量下測量結(jié)果表達(dá)式三、有限次測量測量下測量結(jié)果表達(dá)式!有限次有限次等精度等精度測量下，測量結(jié)果處理求取步驟如下：測量下，測量結(jié)果處理求取

9、步驟如下：1.1.列出被測量的測量數(shù)據(jù)表；列出被測量的測量數(shù)據(jù)表；2.2.計(jì)算算術(shù)平均值計(jì)算算術(shù)平均值 、 及及 ；3.3.按照公式計(jì)算按照公式計(jì)算 、 ；_xiv2iv _x niivn1211 nx 4.4.得出有限次測量下得出有限次測量下測量結(jié)果表達(dá)式測量結(jié)果表達(dá)式： x算術(shù)平均值算術(shù)平均值 算術(shù)平均值的極限誤差算術(shù)平均值的極限誤差測量結(jié)果測量結(jié)果= =算術(shù)平均值算術(shù)平均值 置信區(qū)間的半長置信區(qū)間的半長_3_xxxxx 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院162.8 2.8 測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理一、有效數(shù)字的處理一、有效數(shù)字的處理 有效數(shù)字指在分析工作中實(shí)際能測量到的數(shù)字。有效數(shù)字指在分析工作中實(shí)際

10、能測量到的數(shù)字。 有效數(shù)字只有最后一位是不確定的（即估計(jì)的），其它有效數(shù)字只有最后一位是不確定的（即估計(jì)的），其它全部是準(zhǔn)確數(shù)字。全部是準(zhǔn)確數(shù)字。 （見教材（見教材P49P49）有效數(shù)字有效數(shù)字: :所有準(zhǔn)確數(shù)字和一位欠準(zhǔn)確數(shù)字所有準(zhǔn)確數(shù)字和一位欠準(zhǔn)確數(shù)字 數(shù)字取舍規(guī)則數(shù)字取舍規(guī)則：“四舍六入五湊偶”。（見教材（見教材P49例例2.8.1）基本步驟基本步驟 二、等精度測量結(jié)果的處理二、等精度測量結(jié)果的處理l例例2.8.2.P512.8.2.P51大連大學(xué)建筑工程學(xué)院17本章小結(jié)本章小結(jié)2.1 2.1 測量誤差測量誤差2.2 2.2 測量誤差的來源測量誤差的來源2.3 2.3 誤差的分類誤差的分

11、類2.4 2.4 隨機(jī)誤差分析隨機(jī)誤差分析2.8 2.8 測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理一、絕對誤差、相對誤差、一、絕對誤差、相對誤差、 00100 mmxx 00100 Ax 二、測量誤差的分類、來源、特點(diǎn)及處理二、測量誤差的分類、來源、特點(diǎn)及處理大連大學(xué)建筑工程學(xué)院18本次課開始新內(nèi)容本次課開始新內(nèi)容大連大學(xué)建筑工程學(xué)院19第二章第二章 重點(diǎn)掌握內(nèi)容重點(diǎn)掌握內(nèi)容 掌握掌握測量誤差、精度等級(jí)測量誤差、精度等級(jí)的表示方法及其計(jì)算；的表示方法及其計(jì)算； 掌握測量誤差的分類及各自的特點(diǎn)；掌握測量誤差的分類及各自的特點(diǎn)； 掌握隨機(jī)誤差的特征及各種誤差特征參數(shù)指標(biāo)的意義；掌握隨機(jī)誤差的特征及各種誤差特征參數(shù)

12、指標(biāo)的意義； 熟練掌握熟練掌握有限次測量結(jié)果的求取步驟和正確表達(dá)有限次測量結(jié)果的求取步驟和正確表達(dá)方法。方法。第三章第三章 溫度測量溫度測量大連大學(xué)建筑工程學(xué)院20第三章第三章 溫度測量溫度測量3.1 3.1 溫度測量概述溫度測量概述（一）溫度測量的概念（一）溫度測量的概念 測溫依據(jù)測溫依據(jù)： 熱平衡熱平衡一、溫度與溫標(biāo)一、溫度與溫標(biāo)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院21 如果事先已知一個(gè)物體的如果事先已知一個(gè)物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)隨溫度某些性質(zhì)或狀態(tài)隨溫度變化變化的確定關(guān)系的確定關(guān)系，就可以用溫度來量度其，就可以用溫度來量度其性質(zhì)或狀態(tài)性質(zhì)或狀態(tài)的變化情況，這是設(shè)計(jì)與制作溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。的變化情況，這

13、是設(shè)計(jì)與制作溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院22（二）溫標(biāo)（二）溫標(biāo)l 用來衡量溫度高低的尺度稱為用來衡量溫度高低的尺度稱為溫度標(biāo)尺溫度標(biāo)尺，簡稱簡稱溫標(biāo)溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)讀數(shù)起點(diǎn)和和基本單位，基本單位，保證溫度量值的準(zhǔn)保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞。確和利于傳遞。 l 溫標(biāo)的基本內(nèi)容溫標(biāo)的基本內(nèi)容：規(guī)定不同溫度范圍內(nèi)的規(guī)定不同溫度范圍內(nèi)的基準(zhǔn)儀器基準(zhǔn)儀器；選；選擇一些純物質(zhì)的平衡態(tài)溫度作為溫標(biāo)擇一些純物質(zhì)的平衡態(tài)溫度作為溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)；建立；建立內(nèi)插公內(nèi)插公式式可計(jì)算出任何兩個(gè)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)間的溫度值。以上被稱作可計(jì)算出任何兩個(gè)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)間的溫度值。以上被稱作

14、溫標(biāo)的溫標(biāo)的“三要素三要素”。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院23l1.1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)(1)(1)華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（ ）：德國：德國人人法勒海特法勒海特(Fahrenheit) (Fahrenheit) (2)(2)攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（）：）： 瑞典瑞典人攝氏人攝氏(Celsius)(Celsius)第十屆國際度量衡大會(huì)第十屆國際度量衡大會(huì) 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院242.2.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)18481848年由開爾文年由開爾文(Ketvin)(Ketvin)提出的以卡諾循環(huán)提出的以卡諾循環(huán)(Carnot (Carnot cycle)cycle)為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真為基礎(chǔ)建立

15、的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國際單位制中七個(gè)基本物理單正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。位之一。絕對零度：絕對零度：-273.15大連大學(xué)建筑工程學(xué)院25 3 3國際溫標(biāo)國際溫標(biāo) 為使用方便，國際上建立了一種既使用方便，又具為使用方便，國際上建立了一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)-國際溫標(biāo)。國際溫標(biāo)。 第一個(gè)國際實(shí)用溫標(biāo)是在第一個(gè)國際實(shí)用溫標(biāo)是在19271927年建立的，稱為年建立的，稱為ITS-27ITS-27。此后大約每隔此后大約每隔2020年進(jìn)行一次重大修改，年進(jìn)行一次重大修改，19901990年新的國際

16、溫年新的國際溫標(biāo)（標(biāo)（ITS-90ITS-90）開始實(shí)施。）開始實(shí)施。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院26 重申國際實(shí)用溫標(biāo)單位為重申國際實(shí)用溫標(biāo)單位為K K，1K1K等于水的三相點(diǎn)時(shí)溫度等于水的三相點(diǎn)時(shí)溫度值的值的1/273.161/273.16； 把水的三相點(diǎn)溫度值定義為把水的三相點(diǎn)溫度值定義為0.010.01（攝氏度），同時(shí)（攝氏度），同時(shí)相應(yīng)把絕對零度修訂為相應(yīng)把絕對零度修訂為-273.15-273.15；這樣國際攝氏溫度；這樣國際攝氏溫度（）和國際實(shí)用溫度（）和國際實(shí)用溫度（K K）關(guān)系為：）關(guān)系為：（3.1.33.1.3）9090273.15tT 定義基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)儀器以及內(nèi)插公式。定義基準(zhǔn)點(diǎn)、

17、基準(zhǔn)儀器以及內(nèi)插公式。P334P334附錄附錄2 2 ITS-90ITS-90基本內(nèi)容基本內(nèi)容大連大學(xué)建筑工程學(xué)院27二、溫度測量方法及測量儀表的分類二、溫度測量方法及測量儀表的分類u根據(jù)溫度測量儀表的使用方式根據(jù)溫度測量儀表的使用方式，通常可分為：，通?？煞譃椋?接觸法接觸法與與非接觸法非接觸法兩大類。兩大類。 1.1.接觸法接觸法 當(dāng)兩個(gè)物體接觸經(jīng)過足夠長的時(shí)間達(dá)到熱平衡后，則當(dāng)兩個(gè)物體接觸經(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。它們的溫度必然相等。 特點(diǎn)特點(diǎn)是測溫準(zhǔn)確度較高。用接觸法測溫時(shí)，感溫元件是測溫準(zhǔn)確度較高。用接觸法測溫時(shí)，感溫元件要與被測物體良好地?zé)峤佑|，往往要破壞

18、被測物體的熱平要與被測物體良好地?zé)峤佑|，往往要破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，并受被測介質(zhì)的腐蝕作用，因此對感溫元件的結(jié)衡狀態(tài)，并受被測介質(zhì)的腐蝕作用，因此對感溫元件的結(jié)構(gòu)、性能要求苛刻。構(gòu)、性能要求苛刻。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院28 特點(diǎn)特點(diǎn)是不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度是不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。從原理上看，用這種方法測溫?zé)o上限。分布，熱慣性小。從原理上看，用這種方法測溫?zé)o上限。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)迅速的高溫以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。物體的溫度。2.2.非接觸法非接觸法 利用物體的熱輻射能隨溫度變化

19、的原理測定物體溫度。利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院29測溫儀表測溫儀表接觸式接觸式非接觸式非接觸式膨脹式膨脹式電阻式電阻式熱電式熱電式固體式固體式液體式液體式壓力式壓力式金屬金屬非金屬非金屬金屬金屬非金屬非金屬全輻射高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)單色高溫計(jì)單色高溫計(jì)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)紅外高溫計(jì)紅外高溫計(jì)雙金屬片雙金屬片水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體氣體、蒸汽壓、液體氣體、蒸汽壓、液體鉑、銅、鎳鉑、銅、鎳鍺、碳、熱敏電阻鍺、碳、熱敏電阻銅銅- -康銅、鎳鉻康銅、鎳鉻- -鎳硅鎳硅碳化硼碳化硼石墨石墨 3.3.測量儀表的測量儀表的分類分類大連大學(xué)建筑工程學(xué)院3

20、03.2 3.2 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)膨脹式膨脹式固體式固體式液體式液體式壓力式壓力式雙金屬片雙金屬片水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體氣體、蒸汽壓、液體氣體、蒸汽壓、液體一、液體膨脹式溫度計(jì)一、液體膨脹式溫度計(jì) 一種液體的體積為一種液體的體積為V V，由于它的溫度變化所引起的體積，由于它的溫度變化所引起的體積變化可以用下式表示：變化可以用下式表示：TVV 這種利用這種利用液體體積隨溫度升高而膨脹液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制成的溫的原理制成的溫度計(jì)稱為液體膨脹式溫度計(jì)。最常用的就是玻璃管液體度計(jì)稱為液體膨脹式溫度計(jì)。最常用的就是玻璃管液體溫度計(jì)。溫度計(jì)。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院311

21、-1-玻璃溫包玻璃溫包 2-2-毛細(xì)管毛細(xì)管 3-3-刻度標(biāo)尺刻度標(biāo)尺4-4-膨脹室膨脹室大連大學(xué)建筑工程學(xué)院32二、固體膨脹式溫度計(jì)二、固體膨脹式溫度計(jì) 典型的固體膨脹式溫度典型的固體膨脹式溫度計(jì)是雙金屬片，它利用計(jì)是雙金屬片，它利用線線膨脹系數(shù)差別較大的兩種膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬材料制成雙層片狀元金屬材料制成雙層片狀元件件，在溫度變化時(shí)因彎曲，在溫度變化時(shí)因彎曲變形而使其另一端有明顯變形而使其另一端有明顯位移，借此帶動(dòng)指針就構(gòu)位移，借此帶動(dòng)指針就構(gòu)成雙金屬溫度計(jì)。成雙金屬溫度計(jì)。銅的膨脹系銅的膨脹系數(shù)大于鐵數(shù)大于鐵銅的膨脹系銅的膨脹系數(shù)大于鐵數(shù)大于鐵大連大學(xué)建筑工程學(xué)院33 在一端固定

22、的情況下，如果溫度升高，下面的金屬在一端固定的情況下，如果溫度升高，下面的金屬B B（例如（例如黃銅）因熱膨脹而伸長，上面的金屬黃銅）因熱膨脹而伸長，上面的金屬A A（例如因瓦合金）卻幾乎（例如因瓦合金）卻幾乎不變。致使雙金屬片向上翹，溫度越高則產(chǎn)生的線膨脹差越大，不變。致使雙金屬片向上翹，溫度越高則產(chǎn)生的線膨脹差越大，引起的彎曲角度也越大。引起的彎曲角度也越大。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院34應(yīng)用應(yīng)用大連大學(xué)建筑工程學(xué)院35雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院36實(shí)例實(shí)例工業(yè)用雙金屬溫度計(jì)工業(yè)用雙金屬溫度計(jì) 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院37實(shí)例實(shí)例雙金屬電接點(diǎn)溫度計(jì)雙金屬電接點(diǎn)溫度計(jì) 大連大學(xué)建筑工

23、程學(xué)院38三、壓力式溫度計(jì)三、壓力式溫度計(jì) 根據(jù)封閉系統(tǒng)的根據(jù)封閉系統(tǒng)的液體或氣體受熱后壓力變化液體或氣體受熱后壓力變化的原理而的原理而制成的測溫儀表。制成的測溫儀表。 敏感元件溫包，傳壓毛細(xì)管敏感元件溫包，傳壓毛細(xì)管和彈簧管壓力表組成。和彈簧管壓力表組成。 特點(diǎn)特點(diǎn): :必須將必須將溫包全部浸入被溫包全部浸入被測介質(zhì)測介質(zhì)；毛細(xì)管最長不超過；毛細(xì)管最長不超過60 m60 m；儀表精度低，但使用簡便，而且儀表精度低，但使用簡便，而且抗震動(dòng)?？拐饎?dòng)。 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院39壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院40壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)實(shí)例實(shí)例3.3 3.3 熱電偶熱電偶溫度計(jì)溫度計(jì)大

24、連大學(xué)建筑工程學(xué)院41u具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)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)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。3.3 3.3 熱電偶測溫?zé)犭娕紲y溫 P69P69u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?zé)犭娕际悄壳笆澜缟峡蒲泻蜕a(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。度測量元件。u利用不同導(dǎo)體間的利用不同導(dǎo)體間的“熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)”現(xiàn)象制成，將現(xiàn)象制成，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢（成電勢（mVmV）信號(hào)，配以測量毫伏的儀表或變送器可實(shí)現(xiàn)溫信號(hào)，配以測量毫伏的儀表或變送器可實(shí)

25、現(xiàn)溫度的測量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。度的測量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院42接觸電勢接觸電勢溫差電勢溫差電勢 熱電勢熱電勢A A和和B B所組成回路的所組成回路的兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不相同不相同; ;兩種兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A A和和B B組成組成閉合回路閉合回路; ;回路中就有電流產(chǎn)生，說明回路中有電回路中就有電流產(chǎn)生，說明回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。也稱。也稱為為塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，通常稱為熱電勢。通常稱為熱電勢。 ),(0TTEAB一、熱電偶的工

26、作原理一、熱電偶的工作原理大連大學(xué)建筑工程學(xué)院43( (一）接觸電勢（珀?duì)柼妱荩┮唬┙佑|電勢（珀?duì)柼妱荩?最終形成由最終形成由A A向向B B的靜電場。當(dāng)擴(kuò)的靜電場。當(dāng)擴(kuò)散力和電場力達(dá)到平衡時(shí)，材料散力和電場力達(dá)到平衡時(shí)，材料A A和和B B之間就建立起一個(gè)固定的電動(dòng)之間就建立起一個(gè)固定的電動(dòng)勢。勢。 兩種材料自由電子密度不同而在其接觸處形成電動(dòng)勢兩種材料自由電子密度不同而在其接觸處形成電動(dòng)勢的現(xiàn)象，稱的現(xiàn)象，稱珀?duì)柼?yīng)珀?duì)柼?yīng)。其電動(dòng)勢稱為。其電動(dòng)勢稱為接觸電勢接觸電勢。 材料材料A A電子密度電子密度大于大于材料材料B BA A失去電子而呈正電位，失去電子而呈正電位，B B獲得電獲

27、得電子而呈負(fù)電位；子而呈負(fù)電位； 由于導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料內(nèi)部電由于導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子密度不同，當(dāng)兩種不同性質(zhì)的子密度不同，當(dāng)兩種不同性質(zhì)的材料相互接觸時(shí)，會(huì)在接觸面發(fā)材料相互接觸時(shí)，會(huì)在接觸面發(fā)生電荷擴(kuò)散移動(dòng)；生電荷擴(kuò)散移動(dòng)；接觸電勢接觸電勢E EABAB（T T）大連大學(xué)建筑工程學(xué)院44 理論上已證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于理論上已證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面兩種材料的性質(zhì)和接觸面( (點(diǎn)）溫度的高低。其關(guān)系式為點(diǎn)）溫度的高低。其關(guān)系式為: :)()(ln)(TNTNeKTTEBAAB e單位電荷，單位電荷，4.8024.8021010-10-10絕

28、對靜電單位；絕對靜電單位；K玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，1.381.381010-23-23J/J/；( )( )ABNTNT,材料材料A A和和B B在溫度為在溫度為T T時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度； 式中：式中： T接觸處的溫度，接觸處的溫度，K K。 對應(yīng)的兩個(gè)接觸面對應(yīng)的兩個(gè)接觸面( (點(diǎn)）的電點(diǎn)）的電勢可分別由式勢可分別由式(3.3.1)(3.3.1)表示表示: :)(0TEAB)(TEAB(3.3.1)即式即式(3.3.2)(3.3.2)和和(3.3.3)(3.3.3)。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院45 材料兩端溫度不同，兩端電子所具有能量材料兩端溫度不同，兩端電子所具有能量不同，溫度較高

29、端電子具有較高能量，其不同，溫度較高端電子具有較高能量，其電子將向溫度較低的端運(yùn)動(dòng)；電子將向溫度較低的端運(yùn)動(dòng)； 材料兩端形成一由高溫端向低溫端的靜電材料兩端形成一由高溫端向低溫端的靜電場，這個(gè)電場將阻止電子的移動(dòng)；場，這個(gè)電場將阻止電子的移動(dòng)；當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，兩端兩端建立建立溫差電勢溫差電勢。 由同一種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料因其由同一種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料因其兩端溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象兩端溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為稱為湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)。其產(chǎn)生的電動(dòng)勢。其產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為稱為溫差電勢溫差電勢。( (二）溫差電勢二）溫差電勢 （湯姆遜電勢）（湯姆遜電勢） TT0),(0TTEA大

30、連大學(xué)建筑工程學(xué)院46)(1),(00tNdNeKTTETTN-N-材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；T T，T T0 0-材料兩端的溫度；材料兩端的溫度；t t -沿材料長度方向的溫度分布。沿材料長度方向的溫度分布。 材料的溫差電勢大小與材料兩端溫度和材料性材料的溫差電勢大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)。質(zhì)有關(guān)。 ( (三）閉合回路的總熱電勢三）閉合回路的總熱電勢),()(),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABAB接觸電勢溫差電勢工作端、熱端工作端、熱端參考端、冷端參考端、冷端(3.3.4)(3.3.5)(3.3.6)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院47

31、),()(),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABAB 分別帶入分別帶入(3.3.4)式(3.3.5)推導(dǎo)整理推導(dǎo)整理后可得：后可得：dtNNeKTTETTBAAB0ln),(0 可見，若材料可見，若材料A A和和B B已定，則已定，則N NA A和和N NB B只是溫度的單值函數(shù)。即只是溫度的單值函數(shù)。即 )()(),(00TfTfTTEABCTfTTEAB )(),(0 如果冷端溫度如果冷端溫度T T0 0保持恒定，這個(gè)熱電勢就是熱端溫保持恒定，這個(gè)熱電勢就是熱端溫度度T T的單值函數(shù)，即的單值函數(shù)，即(3.3.7)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院48熱電偶的工作原理熱電偶的工作

32、原理大連大學(xué)建筑工程學(xué)院49u工程上所使用的各種類型熱電偶均把工程上所使用的各種類型熱電偶均把E(t)和和t的關(guān)系制成的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表熱電偶的分度表。見見335335頁附表頁附表1 1 舉例：舉例： 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院501.1.已知：已知：T=260 ,T=260 ,測得的測得的E E（260260，00） = = ？ mvmv2.2.已知：已知：E E（T T，00）=4.386mv T=?=4.386mv T=?0.317mv950 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院51結(jié)論：結(jié)論： u熱電偶回路熱電勢的大小，只熱電偶回路熱電勢

33、的大小，只與組成熱電偶的材料和材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)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，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。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，相同材相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。u熱電偶的兩種材料確定之后，熱電勢的大小只熱電偶的兩種材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果。如果T T0 0已知且恒定，則已知且恒定，則f(Tf(T0 0) )為為常數(shù)?；芈房偀犭妱莩?shù)?；芈房偀犭?/p>

34、勢E EABAB(T,T(T,T0 0) )只是溫度的單值函數(shù)。只是溫度的單值函數(shù)。u熱電偶熱電偶冷端溫度必須保持恒定冷端溫度必須保持恒定，最好是零度。，最好是零度。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院52（一）均質(zhì)導(dǎo)體定則（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，不論沿材料長度方向由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論沿材料長度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢。反之，如果各處溫度如何分布，回路中均不產(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。 （二）（二）中間導(dǎo)體定則中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中接入第三種（或多種）均質(zhì)材料，在熱電偶回路中接

35、入第三種（或多種）均質(zhì)材料，只要所接入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同，則所接入的只要所接入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同，則所接入的第三種材料不影響原回路的熱電勢。第三種材料不影響原回路的熱電勢。證明證明二、熱電偶的應(yīng)用定則二、熱電偶的應(yīng)用定則大連大學(xué)建筑工程學(xué)院53 1. 1.利用熱電偶的分度表（在冷端保持為利用熱電偶的分度表（在冷端保持為00條件下得條件下得出的），可以出的），可以求得冷端在任意實(shí)際溫度下（例如冷端在室求得冷端在任意實(shí)際溫度下（例如冷端在室溫溫T T0 0時(shí)），被測溫度的實(shí)際值時(shí)），被測溫度的實(shí)際值。 2.2.用補(bǔ)償導(dǎo)線延長熱電偶到溫度穩(wěn)定的地方用補(bǔ)償導(dǎo)線延長熱電偶到溫度穩(wěn)定的地方。中

36、間溫度定則應(yīng)用中間溫度定則應(yīng)用 （三）中間溫度定則（三）中間溫度定則 兩種不同材料組成的熱電偶回路，其接點(diǎn)溫度分別兩種不同材料組成的熱電偶回路，其接點(diǎn)溫度分別為為T T和和T T0 0時(shí)的熱電勢時(shí)的熱電勢E EABAB(T,T(T,T0 0) )等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為(T,T(T,Tn n) )和和(T(Tn n,T,T0 0) )時(shí)相應(yīng)的熱電勢和的代數(shù)和，其中時(shí)相應(yīng)的熱電勢和的代數(shù)和，其中T Tn n為為中間溫度。中間溫度。 證明證明),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院54三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類熱電

37、偶材料應(yīng)滿足以下要求。熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求。 1.1.兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的較高的靈敏度，且要求熱電勢和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)關(guān)系。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院552.2.能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電能應(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性、抗氧化、特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧化、抗還原、抗腐蝕等性能。抗還原、抗腐蝕等性能。3.3.具有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。具有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。4.4.材

38、料復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，制造簡單，價(jià)格材料復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，制造簡單，價(jià)格低廉。低廉。三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求。熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求。 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院56（一）熱電偶的結(jié)構(gòu)（一）熱電偶的結(jié)構(gòu)1-1-接線盒接線盒 2-2-保護(hù)套管保護(hù)套管 3-3-絕緣套管絕緣套管 4-4-熱電偶絲熱電偶絲工業(yè)用熱電偶工業(yè)用熱電偶 u絕緣套管絕緣套管-多為氧化鋁管或工業(yè)陶瓷管。多為氧化鋁管或工業(yè)陶瓷管。u保護(hù)套管保護(hù)套管-根據(jù)測溫條件來確定，測量根據(jù)測溫條件來確定，測量10001000以下的溫度一般用金屬套管，測量以下的溫度一般用金屬套管，測量

39、10001000以上的以上的溫度則多用工業(yè)陶瓷甚至氧化鋁保護(hù)套管。溫度則多用工業(yè)陶瓷甚至氧化鋁保護(hù)套管。u熱電偶熱電偶-多用細(xì)熱電極絲制成。多用細(xì)熱電極絲制成。 科學(xué)研究中所使用的熱電偶有時(shí)不加保護(hù)套科學(xué)研究中所使用的熱電偶有時(shí)不加保護(hù)套管以減少熱慣性，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，提高測量管以減少熱慣性，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，提高測量精度。精度。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院57兩個(gè)兩個(gè)熱電極熱電極大連大學(xué)建筑工程學(xué)院58熱電偶熱電偶接點(diǎn)接點(diǎn)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院59大連大學(xué)建筑工程學(xué)院60大連大學(xué)建筑工程學(xué)院61（二）常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（二）常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶(P75(P75表表3.3.1)3.3.1)鉑銠鉑銠1010鉑

40、熱電偶鉑熱電偶; ;分度號(hào)分度號(hào)S S v正極是鉑銠合金，其成分為鉑正極是鉑銠合金，其成分為鉑90%90%與銠與銠10%10%v負(fù)極由純鉑制成。負(fù)極由純鉑制成。 v長時(shí)間可在長時(shí)間可在0 013001300之間工作之間工作v短時(shí)間測量可達(dá)到短時(shí)間測量可達(dá)到16001600v常用金屬絲的直徑為常用金屬絲的直徑為0.350.350.5mm0.5mm。 v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :復(fù)現(xiàn)性好，精度高。一般可用于精密測量或作為國際溫復(fù)現(xiàn)性好，精度高。一般可用于精密測量或作為國際溫標(biāo)中的基準(zhǔn)熱電偶。物理化學(xué)性能穩(wěn)定，適于在氧化或中性氣標(biāo)中的基準(zhǔn)熱電偶。物理化學(xué)性能穩(wěn)定，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。氛介質(zhì)中使用。

41、v缺點(diǎn)是熱電勢弱，靈敏度較低，價(jià)格昂貴，在高溫還原介質(zhì)缺點(diǎn)是熱電勢弱，靈敏度較低，價(jià)格昂貴，在高溫還原介質(zhì)中容易被侵蝕和污染而變質(zhì)。中容易被侵蝕和污染而變質(zhì)。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院62v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :化學(xué)穩(wěn)定性好，靈敏度較高、復(fù)現(xiàn)性較好，熱電特性線化學(xué)穩(wěn)定性好，靈敏度較高、復(fù)現(xiàn)性較好，熱電特性線性度好，價(jià)格低廉。是工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)室里大量采用的一種熱電性度好，價(jià)格低廉。是工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)室里大量采用的一種熱電偶。偶。鎳鉻鎳鉻鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)K Kv正極為鎳鉻，負(fù)極為鎳硅。正極為鎳鉻，負(fù)極為鎳硅。v長時(shí)間在長時(shí)間在10001000以下的溫度工作，短期可達(dá)到以下的溫度工作，短期可達(dá)到130

42、0.1300.v金屬絲直徑范圍較大，工業(yè)應(yīng)用一般為金屬絲直徑范圍較大，工業(yè)應(yīng)用一般為0.50.53mm3mm。v缺點(diǎn)缺點(diǎn): :在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕，所以在這在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕，所以在這種氣氛環(huán)境中工作的種氣氛環(huán)境中工作的K K型熱電偶必須加裝保護(hù)套管。型熱電偶必須加裝保護(hù)套管。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院63v適用于較低溫度的測量，測量精度較高，在測量適用于較低溫度的測量，測量精度較高，在測量00以以下溫度時(shí)，需將正、負(fù)極對調(diào)。下溫度時(shí)，需將正、負(fù)極對調(diào)。銅康銅熱電偶銅康銅熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)T Tv正極為銅，負(fù)極為康銅。正極為銅，負(fù)極為康銅。v測溫范圍為測溫范圍為2

43、00200300300，短期可達(dá)到，短期可達(dá)到400400。v常用熱電偶絲直徑為常用熱電偶絲直徑為0.20.21.6mm1.6mm。v這是一種貴金屬熱電偶，也稱為雙鉑銠熱電偶。其顯著特點(diǎn)是這是一種貴金屬熱電偶，也稱為雙鉑銠熱電偶。其顯著特點(diǎn)是測溫上限高，長時(shí)間可在測溫上限高，長時(shí)間可在16001600工作，短時(shí)間可達(dá)到工作，短時(shí)間可達(dá)到18001800。測量精度高，熱電偶絲直徑為測量精度高，熱電偶絲直徑為0.30.30.5mm0.5mm，靈敏度較低，價(jià)格，靈敏度較低，價(jià)格昂貴。由于這種熱電偶在昂貴。由于這種熱電偶在8080以下熱電勢只有以下熱電勢只有1515微伏，所以無微伏，所以無需考慮冷端溫

44、度對測量的影響。需考慮冷端溫度對測量的影響。鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)B B大連大學(xué)建筑工程學(xué)院64v由熱電極、絕緣材料和金屬套管由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者一起經(jīng)拉細(xì)加工組成一體。三者一起經(jīng)拉細(xì)加工組成一體。v鎧裝熱電偶具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、抗震等特點(diǎn)；緊湊、牢固、抗震等特點(diǎn)；v由于測量端熱容量小，所以熱慣由于測量端熱容量小，所以熱慣性小，具有很好的動(dòng)態(tài)特性。性小，具有很好的動(dòng)態(tài)特性。v外徑、長度和測量端的結(jié)構(gòu)型式外徑、長度和測量端的結(jié)構(gòu)型式可根據(jù)需要而選定。外直徑從可根據(jù)需要而選定。外直徑從0.250.2512mm12m

45、m不等不等鎧裝式熱電偶鎧裝式熱電偶1-1-金屬套管；金屬套管；2-2-絕緣材料；絕緣材料；3-3-熱電極熱電極 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)圖鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)圖 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院65鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院66v由兩種金屬薄膜制成的一種特殊結(jié)由兩種金屬薄膜制成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。采用真空蒸鍍或化學(xué)涂構(gòu)的熱電偶。采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電偶材料蒸鍍層等制造工藝將兩種熱電偶材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)既小且薄，約為其熱端接點(diǎn)既小且薄，約為0.010.010.10.1m m。v適于壁面溫度的快速測量

46、，且響應(yīng)適于壁面溫度的快速測量，且響應(yīng)快，其時(shí)間常數(shù)可達(dá)到微秒級(jí)，因而快，其時(shí)間常數(shù)可達(dá)到微秒級(jí)，因而可測瞬變的表面溫度。可測瞬變的表面溫度。v熱電極有鎳鉻鎳硅、銅康銅等。熱電極有鎳鉻鎳硅、銅康銅等。v測溫范圍一般在測溫范圍一般在300300以下。以下。v基板尺寸為基板尺寸為60mm60mm6mm6mm0.2mm0.2mm。薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶示意圖薄膜式熱電偶示意圖 1-1-熱電極熱電極 2-2-熱接點(diǎn)熱接點(diǎn)3-3-絕緣基板絕緣基板4-4-引出線引出線大連大學(xué)建筑工程學(xué)院67四、熱電偶測溫系統(tǒng)四、熱電偶測溫系統(tǒng)( (一）熱電偶參考端（冷端）的處理一）熱電偶參考端（冷端）的處理

47、 已知：已知： )()(),(00TfTfTTEAB 只有當(dāng)冷端溫度恒定的情況下，熱電偶的熱電勢是被只有當(dāng)冷端溫度恒定的情況下，熱電偶的熱電勢是被測熱端溫度的單值函數(shù)。測熱端溫度的單值函數(shù)。理論修正法理論修正法補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法機(jī)械零位法機(jī)械零位法冰浴法冰浴法 保持冷端溫度恒定方法有以下幾種：保持冷端溫度恒定方法有以下幾種：大連大學(xué)建筑工程學(xué)院681.1.補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 采用一種特殊的導(dǎo)線采用一種特殊的導(dǎo)線（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）代替部（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）代替部分熱電偶絲作為熱電偶的分熱電偶絲作為熱電偶的延長。延長。 電阻率低，價(jià)格比主熱電偶絲電阻率低，價(jià)格比主熱電偶絲便宜

48、便宜很多。很多。 補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在00100100范圍內(nèi)范圍內(nèi)與所取代與所取代的熱電偶絲的的熱電偶絲的熱電特性基本一致熱電特性基本一致； 補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是把熱電偶的參比端移至離熱源較遠(yuǎn)補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是把熱電偶的參比端移至離熱源較遠(yuǎn)或環(huán)境溫度恒定的地方，但或環(huán)境溫度恒定的地方，但不能消除參比端不為不能消除參比端不為00的影的影響響，所以，仍須將參比端的溫度修正到，所以，仍須將參比端的溫度修正到00。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線（中間溫度定則的應(yīng)用）（中間溫度定則的應(yīng)用） 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院69常用補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)有常用補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)有SCSC，KCKC，KXKX，EXEX，JXJ

49、X，TXTX其中第一個(gè)字母與配用的熱電偶的分度號(hào)相對應(yīng)。其中第一個(gè)字母與配用的熱電偶的分度號(hào)相對應(yīng)。字母字母X X表示延伸型；字母表示延伸型；字母C C表示補(bǔ)償型表示補(bǔ)償型熱電偶名稱熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢/mV/mV（t=100,tt=100,t0 0=0)=0)正級(jí)正級(jí)負(fù)極負(fù)極材料材料顏色顏色材料材料顏色顏色鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅銅銅紅紅康銅康銅棕棕4.10+(-)0.15鉑銠鉑鉑銠鉑銅銅紅紅銅鎳銅鎳綠綠0.64+(-)0.03鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻鎳鉻紫紫康銅康銅棕棕6.32+(-)0.3銅考銅銅考銅銅銅紅紅考銅考銅黃黃4.76+(-)0.15大連大學(xué)建筑工程學(xué)院70 補(bǔ)償

50、導(dǎo)線使用須注意事項(xiàng)如下：補(bǔ)償導(dǎo)線使用須注意事項(xiàng)如下： 各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用熱電偶匹配使用；連；連接時(shí)接時(shí)切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反；切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反； 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度，不得超過規(guī)定的使補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍，通常接點(diǎn)溫度在用溫度范圍，通常接點(diǎn)溫度在100100以下，耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線以下，耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線可達(dá)可達(dá)200200； 由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此兩兩連接點(diǎn)溫度必須相同連接點(diǎn)溫度必須相同，否則會(huì)產(chǎn)生附加電勢、引入誤差；，否則會(huì)產(chǎn)生附加

51、電勢、引入誤差； 在需高精度測溫場合，處理測量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)在需高精度測溫場合，處理測量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值，以保證測量精度。線的修正值，以保證測量精度。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院712.2.計(jì)算修正法（中間溫度定則應(yīng)用）計(jì)算修正法（中間溫度定則應(yīng)用） 熱電偶的分度（分度表）是在冷端保持為熱電偶的分度（分度表）是在冷端保持為00條件下條件下進(jìn)行的。在實(shí)際使用條件下，若冷端溫度不能保持為進(jìn)行的。在實(shí)際使用條件下，若冷端溫度不能保持為00，則所測得的熱電勢為相對于則所測得的熱電勢為相對于t t0 0溫度下的熱電勢，即溫度下的熱電勢，即E EABAB(t,t(t,t0 0) )。 )0 ,()

52、,()0 ,(NABNABABTETTETE 若能將熱電偶冷端置于若能將熱電偶冷端置于已知的恒溫已知的恒溫條件下，得到穩(wěn)定條件下，得到穩(wěn)定的溫度，則根據(jù)中間溫度定則公式，可得到被測溫度的的溫度，則根據(jù)中間溫度定則公式，可得到被測溫度的實(shí)際值。實(shí)際值。測量顯示表的刻度是按分度表刻度的！測量顯示表的刻度是按分度表刻度的！大連大學(xué)建筑工程學(xué)院72解解例例3.3.1用用K型熱電偶在冷端溫度為型熱電偶在冷端溫度為25時(shí)；測得的熱電時(shí)；測得的熱電動(dòng)勢動(dòng)勢E(T, 25 )34.36 mV，試求被測熱端，試求被測熱端實(shí)際溫度實(shí)際溫度？ 上述例子，若冷端不作修正，則按所測測量端和參比端間的熱電上述例子，若冷端

53、不作修正，則按所測測量端和參比端間的熱電動(dòng)勢動(dòng)勢E(T, 25 )34.36 mV查查K型分度表得對應(yīng)的溫度為多少？與實(shí)型分度表得對應(yīng)的溫度為多少？與實(shí)際溫度相差？際溫度相差？，由此產(chǎn)生的相對誤差約為？，由此產(chǎn)生的相對誤差約為？%。 如果不考慮冷端溫度修正和補(bǔ)償，有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）如果不考慮冷端溫度修正和補(bǔ)償，有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）測量誤差。測量誤差。由式由式(3.3.12)可得到：可得到： E(T，0)E(T, 25 ) + E(25, 0 ) 作業(yè)：再查再查K型分度表，由型分度表，由35.36 mV查得到實(shí)際溫度查得到實(shí)際溫度T=851 。由由K型分度表查得：型分度表查得：E(

54、25，0)1.00 MV，則：，則： E(T，0) 34.36 +1.00= 35.36 mV大連大學(xué)建筑工程學(xué)院733.3.冷端恒溫法（冰浴法）冷端恒溫法（冰浴法） 1-1-冰水混合物；冰水混合物； 2-2-保溫瓶；保溫瓶； 3-3-油類或水銀；油類或水銀； 4-4-蒸餾水；蒸餾水；5-5-試管；試管； 6-6-蓋；蓋； 7-7-銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線； 8-8-熱電勢測量儀表熱電勢測量儀表 這是一種精度最高的處這是一種精度最高的處理辦法，可以使理辦法，可以使t t0 0穩(wěn)定地穩(wěn)定地維持在維持在恒溫恒溫00。實(shí)驗(yàn)室用。實(shí)驗(yàn)室用。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院74 r r1 1、r r2 2、r r3 3采用錳

55、銅絲無采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零，阻值相同且基本趨于零，阻值相同且基本不隨溫度變化。不隨溫度變化。 4.4.補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器法補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器法 ） 橋臂橋臂r r4 4用銅絲無感繞用銅絲無感繞制 ， 當(dāng) 在 平 衡 點(diǎn) 溫 度制 ， 當(dāng) 在 平 衡 點(diǎn) 溫 度（規(guī)定（規(guī)定00或或2020）時(shí)）時(shí)r rcucu=r=r1 1。指示儀表指示儀表補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶熱電偶銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線 當(dāng)溫度引起當(dāng)溫度引起r rcucu變化時(shí)，橋路失去平衡，輸出不平衡變化時(shí)，橋路失去平衡，輸出不平衡電壓，反映溫度的變化。電壓，反映溫度的變化。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院75

56、WR系列熱電偶冷端補(bǔ)償器一、技術(shù)指標(biāo) 1. 配用熱電偶分度號(hào)：K、E、S、B、J、T、N由用戶指定。 2. 溫度補(bǔ)償范圍：050。 3. 補(bǔ)償誤差：1。 4. 使用條件：溫度050 相對濕度：90% 5. 供電電源：AC220V10%，50Hz2.5Hz 6. 安裝方式：平裝或掛裝5X2 孔距：124mm 7. 外形尺寸：1447260mm 二、安裝及接線 三、校驗(yàn)方法 1、 校驗(yàn)時(shí)，將端子、斷開，從端子、接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，按Cu50分度表輸入050電阻值。在端子、應(yīng)輸出相應(yīng)溫度的熱偶分度號(hào)所對應(yīng)的電勢，此時(shí)端子為電勢正極。 2、 由于本補(bǔ)償器是從0開始補(bǔ)償，所以配用動(dòng)圈儀表時(shí)儀表指針應(yīng)調(diào)在0點(diǎn)

57、。 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院76( (二）熱電偶的測溫誤差分析二）熱電偶的測溫誤差分析（1 1）分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允）分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允許誤差。許誤差。（2 2）冷端溫度引起的誤差。）冷端溫度引起的誤差。（3 3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：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。所配熱電偶不完全相同所造成的。（4 4）熱交換所引起的誤差。）熱交換所引起的誤差。（5 5）測量線路和顯示儀表的誤差。）測量線路和顯示儀表的誤差。（6 6）其他誤差。）其他誤差。5.5.機(jī)械零位法機(jī)械零位法大連大學(xué)建筑工

58、程學(xué)院77 測溫點(diǎn)的選擇測溫點(diǎn)的選擇 熱電偶的安裝位置熱電偶的安裝位置, ,即測溫點(diǎn)的選擇即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的。是最重要的。 （三）熱電偶的使用與安裝1. 1. 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) P62P622. 2. 安裝原則安裝原則大連大學(xué)建筑工程學(xué)院78熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院79 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，它與測量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫阻溫度感溫件，它與測量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。度計(jì)。 第四節(jié)第四節(jié) 熱電阻測溫?zé)犭娮铚y溫 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。測溫準(zhǔn)確

59、度高，信號(hào)便于傳送。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能測太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線不能測太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測量誤差。的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測量誤差。一、熱電阻的特性一、熱電阻的特性l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。鉑熱鉑熱電阻電阻和和銅熱電阻銅熱電阻屬國際電工委員會(huì)推薦的，也是我國國標(biāo)屬國際電工委員會(huì)推薦的，也是我國國標(biāo)化的熱電阻?；臒犭娮?。大連大學(xué)建筑工程學(xué)院80 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；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B

60、、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)大多數(shù)金屬熱電阻金屬熱電阻具有正的電阻溫度系數(shù)，其阻值具有正的電阻溫度系數(shù)，其阻值隨其隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值約增加時(shí)，其阻值約增加0.4%-0.4%-0.6%0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值，稱具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：)1 (320CtBtAtRRt式中式中 常用熱電組溫度關(guān)系曲線如圖常用熱電組溫度關(guān)系曲線如圖3-163-16。 鉑電阻鉑電阻銅電阻銅電阻大連大學(xué)建筑工程學(xué)院81熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院82式