溫度測量方法分類及優(yōu)缺點概述

1、溫度測量方法分類及優(yōu)缺點概述-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel溫度測量方法分類及優(yōu)缺點概述摘要：溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中七個基本物理 量之一，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)水 平的不斷提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。本文將討論總結(jié)溫度測量的 各種方式，并分析他們各自的優(yōu)缺點。溫度測量的分類溫度測量的分類可以通過其與被測量的物體是否接觸分為接觸式和非接觸 式。接觸式測量儀表比較簡單、可靠，測量精度高。但是因為測溫元件與被測 介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，所以其需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡。接觸式 測量儀存在測

2、溫延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應(yīng)用于這 些極端的溫度測量。非接觸式儀表測溫儀是通過熱輻射的原理來測量溫度的， 測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會 破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體發(fā)射率、測量距 離、煙塵和水汽等外界因素的影響，其測量誤差較大。接觸式測量方法膨脹式溫度測量原理：利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關(guān)系 進(jìn)行溫度測量。熱脹冷縮式溫度計包括玻璃液體溫度計、雙金屬膨脹式溫度計 和壓力式溫度計等。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，可直接讀數(shù)，使用方便,非電量測量方式,適用于 防爆場合。缺點：準(zhǔn)確度比較低，

3、不易實現(xiàn)自動化，而且容易損壞。電量式測溫方法利用材料的電勢、電阻或其它電性能與溫度的單值關(guān)系進(jìn)行溫度測量，包 括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起，當(dāng)參考端和測量端有溫 差時，就會產(chǎn)生熱電勢,根據(jù)該熱電勢與溫度的單值關(guān)系就可以測量溫度。熱電 偶具有結(jié)構(gòu)簡單,響應(yīng)快，適宜遠(yuǎn)距離測量和自動控制的特點，應(yīng)用比較廣泛。熱電阻是根據(jù)材料的電阻和溫度的關(guān)系來進(jìn)行測量的，輸出信號大，準(zhǔn)確 度比較高，穩(wěn)定性好，但元件結(jié)構(gòu)一般比較大,動態(tài)響應(yīng)較差，不適宜測量體積狹 小和溫度瞬變區(qū)域。熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏感元件，具有

4、靈敏 度高、價格便宜的特點,但其電阻值和溫度的關(guān)系線性度差，且穩(wěn)定性和互換性 也不好。石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測量溫 度的。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，可用于高精度和高分辨力的測量場合。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可以將感溫元件和相關(guān)電子線路集成在一個小芯片上，構(gòu) 成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信號可以是電壓、 頻率,或者是總線數(shù)字信號，使用非常方便,適用于便攜式設(shè)備。接觸式光電、熱色測溫方法原理：接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象，將溫度變化引起的 熱輻射或其他光電信號引出，通過光電轉(zhuǎn)換器件檢測該信號，從而獲得測溫結(jié)果 的方法。優(yōu)點

5、：這種方法不像電量式測量方法容易受到電磁的干擾，可以在電磁環(huán)境 下進(jìn)行溫度測量;可以避免像非接觸式輻射溫度計那樣容易受到被測對象表面發(fā) 射率和中間介質(zhì)的影響。缺點：會干擾被測對象的溫度，帶來接觸式測溫方法引起的一些誤差。光纖式溫度測量技術(shù)近年來發(fā)展迅速，根據(jù)光纖所起的作用,可分為兩類:一 類是利用光纖本身具有的某種敏感功能測量溫度，屬于功能型傳感器;另一類，光 纖僅僅起到傳輸光信號的作用，必須在光纖端面配合其他敏感元件才能實現(xiàn)測量, 稱為傳輸型傳感器?；诓煌脑?有很多種光纖溫度傳感器,適用于不同的 測溫場合。熱色測溫方法主要通過示溫敏感材料的顏色在不同溫度下發(fā)生變化來指示 溫度的，示溫漆

6、和示溫液晶都屬于熱色測溫。示溫漆可以測量運動物體或其他復(fù) 雜條件表面的溫度分布，使用簡單方便,缺點是影響判別溫度結(jié)果的因素比較多， 如涂層厚度、判讀方法、樣板和示溫顆粒大小等，目前主要還是靠人工判讀。示 溫液晶的主要成分是膽甾醇類，這類液晶在一定的溫度范圍內(nèi)，其顏色隨溫度靈 敏地變化，改變液晶的成分,可以靈活調(diào)整其測溫量程和測溫靈敏度。非接觸式測溫方法原理及特點輻射式測溫方法原理：是以熱輻射定律為基礎(chǔ)，它可分為全輻射高溫計、亮度式高溫計和 比色式高溫計。全輻射高溫計結(jié)構(gòu)相對簡單,但受被測對象發(fā)射率和中間介質(zhì)影 響比較大,測溫偏差較大，不適合用于測量低發(fā)射率目標(biāo)。亮度溫度計靈敏度比 較高，受被測

7、對象發(fā)射率和中間介質(zhì)影響相對較小,測量的亮度溫度與真實溫度 偏差較小,但也不適用于測量低發(fā)射率物體的溫度,并且測量時要避開中間介質(zhì) 的吸收帶。比色測溫法測量結(jié)果最接近真實溫度，并且適用于低發(fā)射率物體的溫 度測量，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價格較貴。紅外測溫儀具有如下優(yōu)點:可以采用偽彩 色直觀顯示物體表面的溫度場;溫度分辨力高，能準(zhǔn)確區(qū)分的溫度差甚至達(dá)。C 以下。光譜測溫方法光譜測溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測量。當(dāng)單色光線照射透 明物體時,會發(fā)生光的散射現(xiàn)象，散射光包括彈性散射和非彈性散射，彈性散射中 的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強都與介質(zhì)的溫度有關(guān)。相比而言，拉 曼散射光譜測溫技術(shù)的實

8、用性更好，常用拉曼散射光譜來測量溫度。由于自發(fā)拉 曼散射的信號微弱且非相干，對于許多具有光亮背景和熒光干擾的實際體系，它 的應(yīng)用受到一定的限制。而受激拉曼散射能大幅度提高測量的信噪比，更具有實 用性。如相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)測溫方法,可使收集到的有效散射光信 號強度比自發(fā)拉曼散射提高好幾個數(shù)量級，同時還具有方向性強、抗噪聲、熒光 性好、脈沖效率高和所需脈沖輸入能量小等優(yōu)點，適合于含有高濃度顆粒的兩相 流場非清潔火焰的溫度診斷。但是,CARS法的整套測量裝置價格十分昂貴，其信 號的處理相當(dāng)復(fù)雜,限制了其廣泛使用。受激熒光光譜法是指在入射光的激勵下,分子發(fā)出的熒光光譜在若干個波長 上有

9、較強的尖峰,這些特征波長的強度是溫度的函數(shù)。通過測量其特征波長下的 絕對強度、相對強度,或者熒光的馳豫時間，就可以確定被測介質(zhì)的溫度。譜線反轉(zhuǎn)法也稱自蝕法或譜線隱現(xiàn)法,最常見的是鈉D線反轉(zhuǎn)法，可用于火 焰等高溫測量。它的基本原理是在目標(biāo)火焰中均勻地加入微量鈉鹽，產(chǎn)生兩條 波長為和的黃色明亮譜線。當(dāng)背景光源的自然光線照射并通過鈉蒸氣時，調(diào)節(jié) 背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時，光源的亮溫就等于火焰的溫度。譜 線反轉(zhuǎn)法的裝置簡單，適用于火焰穩(wěn)定、測量方向溫度梯度不大的場合。聲波、微波測溫方法聲學(xué)測溫是基于聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)溫度有關(guān)的原理實現(xiàn)的，因 此只要測得聲速，就可以推算出溫度。可

10、以通過直接測量聲波在被測介質(zhì)中的傳 播速度，也可以測量放在被測介質(zhì)中細(xì)線的聲波傳播速度來得到溫度。這種方法 可以用于測量高溫氣體或液體的溫度，在高溫時會有更高的靈敏度。微波衰減法可以用來測量火焰溫度，其原理是當(dāng)入射微波通過火焰時，與火 焰中的等離子體相互作用，使出射的微波強度減弱,通過測量入射微波的衰減程 度可以確定火焰氣體的溫度。總結(jié)傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測溫方法以其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特 點，在未來溫度測量領(lǐng)域中，依然能夠廣泛使用。隨著新材料、新工藝以及一些 新技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加拓展。在溫度測量方面，我們還需要還要不斷探 索新的溫度測量方法，改進(jìn)原有測量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測量需求。參考文獻(xiàn)楊永軍，蔡靜特殊條件下的溫度測量中國計量