柴油機(jī)測(cè)試技術(shù)02

1、第二章 溫度測(cè)量基本概念(溫度、溫標(biāo))膨脹式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)接觸式測(cè)溫技術(shù)非接觸式溫度測(cè)量1柴油機(jī)溫度測(cè)量三種類(lèi)型：1)穩(wěn)定溫度測(cè)量： 溫度穩(wěn)定或變化緩慢. 如冷卻水進(jìn)出口、機(jī)油進(jìn)出口、燃油和環(huán)境溫度等.2)零部件表面溫度測(cè)量： 如活塞、活塞環(huán)、氣缸壁、氣缸蓋、排氣閥及閥座等表面溫度. 3)瞬時(shí)溫度測(cè)量： 如燃?xì)鉁囟?、排氣溫度等，溫度周期性變化?常用溫度計(jì)：3第一節(jié) 概述一、溫度 表征物體冷熱程度的物理量。宏觀概念: 是建立在熱平衡的基礎(chǔ)上的,它是標(biāo)志兩個(gè)物體(系統(tǒng))是否處于熱平衡狀態(tài)的一個(gè)宏觀物理量.微觀概念: 是建立在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)之上的,即從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)看,物體溫度的

2、高低反映了組成物體的大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,是物體內(nèi)部分子平均動(dòng)能大小的一個(gè)量度標(biāo)志.4二、溫標(biāo) 用來(lái)量度溫度高低的尺度稱(chēng)為溫標(biāo),它規(guī)定了溫度的零點(diǎn)和基本測(cè)量單位. 牛頓提出以一種(或兩種)單純物質(zhì)的兩個(gè)相變點(diǎn)之間的溫度作為1,即作為溫標(biāo)的分度依據(jù).目前用得較多溫標(biāo): 華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、國(guó)際溫標(biāo).1、華氏溫標(biāo) 1714年,法國(guó)華倫海特制成第1支玻璃水銀溫度計(jì).規(guī)定冰水混合物的溫度為32,以水的沸點(diǎn)為212,中間溫度間隔分為180等分,每一等分代表溫度為1度,是華氏溫標(biāo),用表示.52、攝氏溫標(biāo) 1742年,瑞士 攝休斯提出,把冰的融點(diǎn)定為零度,水的沸點(diǎn)定為100度,稱(chēng)為攝氏百

3、度溫標(biāo),用表示.攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為:63、熱力學(xué)溫標(biāo) 1848年,英國(guó)開(kāi)爾文根據(jù)卡諾循環(huán)工作的熱機(jī)中工質(zhì)在溫度T1時(shí)吸收熱量Q1,在溫度T2時(shí)放出熱量Q2,得出, 以此式建立只用一個(gè)溫度為基準(zhǔn)點(diǎn)而能確定其他溫度的熱力學(xué)溫標(biāo),或稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo),單位為開(kāi)爾文(K). 規(guī)定水的三相點(diǎn)(固液氣共存)的溫度為273.16K,即1K等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16,熱力學(xué)溫標(biāo)也叫絕對(duì)溫標(biāo). 另外,由于水的冰點(diǎn)與三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度相差0.01K,因此,絕對(duì)溫標(biāo)T與攝氏溫標(biāo)t的關(guān)系為:74、國(guó)際溫標(biāo) 為了使溫標(biāo)得以實(shí)施和復(fù)現(xiàn),1927年采用國(guó)際實(shí)用溫標(biāo).經(jīng)多次修改,1989年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)

4、通過(guò)了”1990國(guó)際溫標(biāo)”(ITS-90). 國(guó)際溫標(biāo)同時(shí)使用國(guó)際開(kāi)爾文溫度和國(guó)際攝氏溫度,有17個(gè)定義基準(zhǔn)點(diǎn).85、溫標(biāo)的傳遞 國(guó)際溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器由國(guó)家規(guī)定機(jī)構(gòu)保存,省市各級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)起傳遞作用. 國(guó)際溫標(biāo)中溫度的正確數(shù)值傳遞到實(shí)用的測(cè)溫儀表,需要一個(gè)溫度傳遞系統(tǒng),傳遞過(guò)程為:測(cè)溫儀表分為三類(lèi): 基準(zhǔn)器(國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)保存); 標(biāo)準(zhǔn)器(省市計(jì)量機(jī)構(gòu)保存); 工作儀表(直接用于測(cè)量,應(yīng)定期校驗(yàn)).一等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì) ITS-90定義基準(zhǔn)點(diǎn) 基準(zhǔn)溫度計(jì)工業(yè)用溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì)9三、溫度測(cè)量的基本原理熱力學(xué)第零定律： “如果兩個(gè)系統(tǒng)中每一個(gè)系統(tǒng)都與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,則該兩個(gè)系統(tǒng)彼此

5、也處于熱平衡?！备袦靥匦裕?一些物質(zhì)的某些物理屬性(如壓力、體積、電阻和電勢(shì)等)具有隨溫度變化而相應(yīng)發(fā)生改變的性質(zhì),稱(chēng)為感溫特性。 利用這些物質(zhì)的不同感溫特性可以制成不同類(lèi)型的溫度計(jì).當(dāng)它與被測(cè)物體(或介質(zhì))處于同一系統(tǒng)而達(dá)到熱平衡時(shí),溫度計(jì)上所顯示的數(shù)值就是被測(cè)物體(或介質(zhì))的溫度值。10溫度計(jì)種類(lèi)使用溫度范圍接觸式膨脹式水銀溫度計(jì)有機(jī)液體溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)-38356-100100-80550-100600電阻式鉑電阻溫度計(jì)銅電阻溫度計(jì)銠鐵電阻溫度計(jì)鍺電阻溫度計(jì)鎳電阻溫度計(jì)碳電阻溫度計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)13.81961.78 K-501500.173K0.015100K-60180

6、30K以下至 mK-40150熱電偶式銅康銅鉑銠鉑鎳鉻考銅鎳鉻鎳硅（鎳鋁）-20040001800080001300非接觸式輻射式全輻射高溫計(jì)單色光學(xué)高溫計(jì)比色光學(xué)高溫計(jì)紅外溫度計(jì)700200080020008002000100700四、溫度計(jì)種類(lèi)按測(cè)頭的測(cè)溫原理、測(cè)頭材料、測(cè)頭是否必須與被測(cè)介質(zhì)接觸分類(lèi).11第二節(jié)、膨脹式溫度計(jì) 利用物質(zhì)的體積隨溫度升高而膨脹的特性制作溫度計(jì),稱(chēng)膨脹式溫度計(jì)。玻璃管液體溫度計(jì)組成：感溫包+毛細(xì)管由于液體膨脹系數(shù)比玻璃大得多,當(dāng)溫度增高時(shí),溫包里的液體膨脹而沿毛細(xì)管上升,為防溫度過(guò)高時(shí)液體脹裂玻璃管,在毛細(xì)管頂端留有一膨脹室。特點(diǎn): 測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

7、單、價(jià)格低廉、使用方便,因此應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn): 易碎、信號(hào)不能遠(yuǎn)傳,不能自動(dòng)記錄等.121、按所填充工作液體的不同,分為: 水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體溫度計(jì)兩種。 前者不粘玻璃,不易氧化,容易獲得很高的精度,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)(-38356)保持液態(tài),在200以下,其膨脹系數(shù)幾乎和溫度成線(xiàn)性關(guān)系,所以普通水銀溫度計(jì)常用于-30300。 如果在水銀面上充以惰性氣體,測(cè)溫上限可以高達(dá)750。 如果需測(cè)-30以下溫度,可用酒精、甲苯等作為工作介質(zhì)。132、按用途分類(lèi)： 標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室用、工業(yè)用、特殊用途等4類(lèi)。1)標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì): 用于精密測(cè)量或校準(zhǔn),分為一等、二等兩個(gè)等級(jí). 一等標(biāo)準(zhǔn)每組13支,每支刻度范

8、圍2735不等,最小分度0.05. 二等標(biāo)準(zhǔn)每組7支,每支刻度范圍為50左右,最小分度0.1. 均為全浸入式(測(cè)值以下全部刻度浸入被測(cè)介質(zhì)中).2)實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì): 通常做成全浸入式、部分浸入兩種形式. 部分浸入式使用時(shí)只插入一定深度,外露部分處于規(guī)定溫度條件下.實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì)要定期校驗(yàn).3)工業(yè)用溫度計(jì): 分為直形、900 角形、 1350角形, 誤差較大.143、誤差和校正 水銀溫度計(jì)使用前檢查液柱有無(wú)斷開(kāi)現(xiàn)象,如有,修復(fù)后使用. 玻璃溫包受熱變形會(huì)增加附加誤差,使用玻璃管液體溫度計(jì)應(yīng)注意: 1)零點(diǎn)漂移: 玻璃熱脹冷縮引起零點(diǎn)位置的移動(dòng),定期校驗(yàn)零點(diǎn)位置.2)露出液柱的校正: 使用時(shí)嚴(yán)格

9、掌握溫度計(jì)插入深度.溫度標(biāo)定時(shí)是液柱全部浸入介質(zhì)中,部分浸入測(cè)量時(shí),外露部分處于環(huán)境溫度中,對(duì)露出液柱進(jìn)行修正,修正值：n為露出液柱所占的度數(shù); r為工作液體的膨脹系數(shù); t為溫度計(jì)指示值; t0為露出液柱的平均溫度。15二、壓力式溫度計(jì) 1、工作原理 根據(jù)在密封容器中的工作介質(zhì)受熱后壓力發(fā)生變化的原理。組成： 感溫包、傳壓毛細(xì)管、表頭; 工作介質(zhì)： 液體、氣體、 低沸點(diǎn)液體飽和蒸汽。162、壓力式溫度計(jì)的分類(lèi)： 按充入工作介質(zhì)的不同分為三類(lèi)：1)充氣體壓力式溫度計(jì) : 常用惰性氣體(氮?dú)?、氦?,刻度均勻,測(cè)溫范圍-80550; 缺點(diǎn)：熱慣性大。2)充液體壓力式溫度計(jì) : 常用水銀、二甲苯、

10、甲醇等,刻度均勻,測(cè)溫范圍-40200；缺點(diǎn):液體膨脹系數(shù)小,靈敏度低;精度易受環(huán)境影響.3)充蒸汽壓力式溫度計(jì): 利用低沸點(diǎn)液體飽和蒸汽壓力的變化. 常用低沸點(diǎn)液體:氯甲烷,氯乙烷,丙酮,乙醚等,靈敏度高(感溫包小),測(cè)溫范圍-20200. 缺點(diǎn):測(cè)溫范圍小,刻度不均勻,易受環(huán)境影響 。17注意: 使用壓力式溫度計(jì)時(shí),將感溫包全部浸入被測(cè)介質(zhì)中,毛細(xì)管最常不超過(guò)6米.為保護(hù)毛細(xì)管,外部套金屬編織網(wǎng). 毛細(xì)管所處的環(huán)境溫度有較大波動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)示值帶來(lái) 誤差,大氣壓的變化或安裝位置不當(dāng),會(huì)增加測(cè)量誤差. 這種儀表精度低.但使用簡(jiǎn)便,且抗振動(dòng). 常用在柴油機(jī)和其它動(dòng)力系統(tǒng)上測(cè)量油溫、水溫.183、壓力

11、式溫度計(jì)的選用1)測(cè)量范圍 選在滿(mǎn)量程的1/33/4.尤其充蒸汽溫度計(jì),刻度不均勻,小于滿(mǎn)量程1/3以下時(shí)刻度誤差較大;上限留一定裕度,以免過(guò)載。2)充蒸汽的壓力式溫度計(jì)安裝 感溫包須立裝,表頭位置高于感溫包,以免產(chǎn)生測(cè)量誤差(液體靜差)。 3)毛細(xì)管的保護(hù),保持密封系統(tǒng)性能。4)定期校驗(yàn)。19三. 雙金屬溫度計(jì) 將膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片焊成一體,雙金屬片的一端固定,另一端自由,當(dāng)溫度升高時(shí),雙金屬片會(huì)產(chǎn)生彎曲變形,其偏轉(zhuǎn)角反映了被測(cè)溫度的數(shù)值.測(cè)溫范圍: -60500.特點(diǎn): 抗振性能好,堅(jiān)固,但精度低. 常用在柴油機(jī)、廢氣渦輪增壓器、廢氣鍋爐前后排氣溫度指示.20第三節(jié)、熱電偶溫度測(cè)量一

12、、熱電偶測(cè)溫原理及特點(diǎn) 利用不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)間的熱電效應(yīng)現(xiàn)象： 兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成閉合回路,結(jié)點(diǎn)溫度不同,則回路產(chǎn)生熱電流(熱電勢(shì)),該現(xiàn)象稱(chēng)熱電效應(yīng)(Seeback效應(yīng)). 電流與兩導(dǎo)體的性質(zhì)和溫度有關(guān).熱電偶:兩種不同材料(熱電極)構(gòu)成的熱電變換元件。 兩結(jié)點(diǎn):工作端(熱端);自由端(冷端)1、熱電勢(shì)組成: 1)兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)(綠色箭頭) 2)單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（藍(lán)色箭頭） TT0211)接觸電勢(shì) 當(dāng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí),由于內(nèi)部電子密度不同,如材料A的電子密度大于材料B,則一部分電子從A擴(kuò)散到B,使A失去電子而呈正電位,B獲得電子而呈負(fù)電位,最終形成

13、由A向B的靜電場(chǎng).靜電場(chǎng)的作用又阻止電子進(jìn)一步地由A向B擴(kuò)散. 當(dāng)擴(kuò)散力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡時(shí),材料A和B之間就建立起一個(gè)固定的接觸電勢(shì). 接觸電勢(shì)的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低。E:單位電荷,4.80210-10絕對(duì)靜電單位.K:玻耳茲曼常數(shù),1.3810-23J/.N:材料A和B在溫度T時(shí)的電子密度. 222）溫差電勢(shì) 由于同一種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料其兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì).因材料兩端溫度不同,則兩端的電子具有的能量不同,溫度較高的一端電子有較高的能量,其電子將向溫度較低的一端運(yùn)動(dòng),于是在材料兩端之間形成一個(gè)由高溫端 指向低溫端的靜電場(chǎng). 電子的遷移力和靜電場(chǎng)力達(dá)到

14、平衡時(shí)所形成的電位差稱(chēng)為溫差電勢(shì). 溫差電勢(shì)的方向是由低溫端指向高溫端,其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)。導(dǎo)體兩端溫度為T(mén)、T0, 溫差電勢(shì):N材料的電子密度,是溫度的函數(shù) t沿材料長(zhǎng)度方向的溫度分布 233)結(jié)論：(1) 熱電偶用兩不同材料構(gòu)成。如相同材料,雖兩端溫度不同,則總熱電勢(shì)仍為零。(2) 兩結(jié)點(diǎn)溫度應(yīng)不同。如溫度相同,則回路中總熱電勢(shì)等于零。(3)熱電勢(shì)大小只與材料和兩結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。 熱電偶的材料確定后,若一結(jié)點(diǎn)溫度已知且恒定,則總熱電勢(shì)僅與另一結(jié)點(diǎn)溫度有單值函數(shù)關(guān)系. 工程上,E(t)-t關(guān)系繪制成表格,即為熱電偶分度表(冷端0).已知恒定溫度接點(diǎn): 冷端、參考端; 被測(cè)溫度接

15、點(diǎn): 熱端、測(cè)量端。 不同電極材料的熱電偶具有不同的分度表,以不同的代號(hào)表示,這些代號(hào)稱(chēng)為分度號(hào). 與熱電偶配套的儀表,必須根據(jù)分度號(hào)進(jìn)行匹配.24二、熱電偶回路的性質(zhì) 實(shí)際測(cè)溫時(shí),熱電偶回路要引入測(cè)量熱電勢(shì)的顯示儀表和連接導(dǎo)線(xiàn),掌握熱電偶測(cè)溫原理之后還要掌握熱電偶的基本性質(zhì).熱電偶的基本性質(zhì)可歸納為幾條基本定律.1.均質(zhì)材料定律2.中間導(dǎo)體定律3.標(biāo)準(zhǔn)電極定律4.中間溫度定律5.連接導(dǎo)體定律251.均質(zhì)材料定律： 由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路,不論各處溫度如何分布,回路中不產(chǎn)生熱電勢(shì); 反之,若回路有熱電勢(shì),則材料必為非均質(zhì)的. 該定律用于檢驗(yàn)熱電極材料的均勻性. 該定律要求組成熱電偶的兩種

16、材料必須都是均質(zhì)的;否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì),從而因熱電偶材料不均勻引入誤差.262.中間導(dǎo)體定律： 熱電偶回路中插入第三種(或多種)均質(zhì)材料,只要所插入材料的兩端連接點(diǎn)溫度相同,則不影響原回路的熱電勢(shì)。該定律表明: 熱電偶回路中可接入測(cè)量?jī)x表,只要儀表處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度,則不影響原回路的熱電勢(shì); 熱電偶的接點(diǎn)可以焊接而成,也可借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接; 可采用開(kāi)路熱電偶對(duì)金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量,只要保證兩熱電極插入處的溫度一致.273.標(biāo)準(zhǔn)電極定律： 不同材料導(dǎo)體A、B分別與另一種導(dǎo)體C組成熱電偶的熱電勢(shì) 和 均已知,則導(dǎo)體A、B組成熱電偶的熱電勢(shì) 為兩者代數(shù)和。

17、 按該定律可找一個(gè)公用材質(zhì)導(dǎo)體C,如測(cè)出導(dǎo)體C與其它各種材料分別組成熱電偶的熱電勢(shì),即可得知其它材料相互組成熱電偶的熱電勢(shì). 利用此結(jié)論可以建立通用分度關(guān)系,簡(jiǎn)化了熱電偶的選配。 金屬C稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)電極,通常用純鉑絲制成(理化性能穩(wěn)定,易提純，熔點(diǎn)高)。 284.中間溫度定律： A和B組成的熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度為T(mén)、T0時(shí)的總熱電勢(shì)等于以中間溫度(Tn)分別作為兩個(gè)熱電偶的冷端和熱端,以原熱端溫度和原冷端溫度作為這兩個(gè)熱電偶的熱端和冷端溫度所產(chǎn)生的兩個(gè)熱電勢(shì)之代數(shù)和.TT0TnT0 該定律是制定和使用熱電偶分度表的理論基礎(chǔ). 若冷端溫度不為0,只要測(cè)得E(T,T0),且T0已知,仍可采用熱電偶分

18、度表,求得被測(cè)溫度.TTn295.連接導(dǎo)體定律： 熱電偶兩電極A和B分別與另外兩連接導(dǎo)線(xiàn)A和B相連接,則回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶(A和B)兩端處于溫度T和Tn的熱電勢(shì)與連接導(dǎo)線(xiàn)(A和B)兩端處于溫度Tn和T0的熱電勢(shì)的代數(shù)和. 中間溫度定律和連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的理論依據(jù)。 熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)所形成的熱電勢(shì)可以求代數(shù)和疊加.TnTnTT030三、熱電偶材料要求為保證測(cè)溫的可靠性和測(cè)量精度,材料要求:1)測(cè)溫范圍內(nèi)熱電性能穩(wěn)定,不隨時(shí)間而變化。2)測(cè)溫范圍內(nèi)有足夠的理化穩(wěn)定性,不易氧化或腐蝕。3)電阻溫度系數(shù)小,導(dǎo)電率高。4)輸出熱電勢(shì)要大,與溫度成單值線(xiàn)性或近于線(xiàn)性的關(guān)系。 5)材料

19、復(fù)制性好,可制成標(biāo)準(zhǔn)分度,機(jī)械強(qiáng)度高,制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。31指出: 不論是純金屬、合金、半導(dǎo)體,都難以滿(mǎn)足全部要求. 純金屬易復(fù)制,但熱電勢(shì)小; 合金的熱電勢(shì)不大且復(fù)制困難; 半導(dǎo)體的熱電勢(shì)很大,但其電阻溫度系數(shù)太小,復(fù)制較難. 目前常用熱電偶是純金屬與合金相配,或合金與合金相配. 我國(guó)從1988年1月1日起全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,并指定S、B、K、T、E、R、J七種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶.32四、常用熱電偶1）鉑銠10-鉑 熱電偶分度號(hào)：S優(yōu)點(diǎn):精度高、理化性能穩(wěn)定、測(cè)溫上限高,適于氧 化或中性介質(zhì).缺點(diǎn)：不適于高溫還原性介質(zhì),熱電勢(shì)小、靈敏度 低、價(jià)格高.直徑0.

20、350.35的金屬絲制成.用于工業(yè)或?qū)嶒?yàn)室，以及各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶.2）鉑銠30-鉑銠6 熱電偶分度號(hào)：B優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫上限高(1800),精度高,適于氧化介質(zhì)或中性介質(zhì).缺點(diǎn)：靈敏度低、價(jià)格高直徑0.30.5mm的金屬絲制成，用于工業(yè)或?qū)嶒?yàn)室.333）鎳鉻-鎳硅 熱電偶分度號(hào)：K特點(diǎn)： 價(jià)低、靈敏度高、復(fù)現(xiàn)性好、高溫抗氧化能力強(qiáng),在還原性介質(zhì)或硫化物介質(zhì)易被侵蝕.直徑一般0.53mm或更細(xì)的金屬絲制成多用于工業(yè)或?qū)嶒?yàn)室4）鎳鉻-康銅 熱電偶分度號(hào)：E特點(diǎn)： 在常用熱電偶中靈敏度最高、價(jià)格最低,適于中性或還原性介質(zhì),不適于氧化或硫化物介質(zhì).341)工業(yè)熱電偶： 主要用于測(cè)量液體和氣體溫度。 由于使用

21、條件基本相似,此類(lèi)熱電偶已制成標(biāo)準(zhǔn)形式。組成: 熱電極+絕緣套管+保護(hù)套管+接線(xiàn)盒; 絕緣體一般用氧化鋁或工業(yè)陶瓷管. 保護(hù)套管根據(jù)測(cè)溫條件來(lái)確定：測(cè)量1000以下溫度一般用金屬套管；測(cè)量1000以上溫度用工業(yè)陶瓷套管.五、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式：352)鎧裝熱電偶(纜式熱電偶)： 由熱電極、絕緣體和金屬保護(hù)套組成一體。可制成雙芯或單芯,保護(hù)管與熱電極之間的絕緣是用金屬氧化物粉末如氧化鎂、三氧化二鋁或氧化鈹?shù)忍盍蠈?shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)： 結(jié)夠緊湊,熱容量小，熱慣性小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,揉性好,強(qiáng)度高，抗震性好,適于普通熱電偶不能測(cè)量的空間溫度。36六、熱電偶的測(cè)溫接點(diǎn)的三種安裝形式1. 露頭型： 用于要求響應(yīng)快而靈

22、敏,又有一定強(qiáng)度的場(chǎng)合；2. 絕緣型： 用于高溫及防止熱電偶與介質(zhì)接觸而質(zhì)變的場(chǎng)合；3. 接地型： 用于熱電偶不能與介質(zhì)直接作用而又要求響應(yīng)快而靈敏的場(chǎng)合; 當(dāng)殼本身是熱電偶一極或需要減小外部電磁干擾的情況下,也用這種型式。37七、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫基本方程式: EAB(t,t0)=f(t)-f(t0) 為便于使用,使熱電勢(shì)為溫度t的單值函數(shù).需要冷端溫度為0或某一定值,使熱電勢(shì)只隨被測(cè)溫度t變化； 但由于冷端受周?chē)h(huán)境溫度影響而難以自行保持為0或某一定值,為減小測(cè)量誤差,須采取措施將冷端溫度恒定,或進(jìn)行校正和補(bǔ)償。 4種處理方法： 1)冷端恒溫法 2)熱電勢(shì)修正法 3)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法

23、4)冷端補(bǔ)償器法381)冷端恒溫法： 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中,通常將冷端接點(diǎn)置于保溫容器的冰水混合物中,保持0恒定.該方法精度最高。 也可將冷端接點(diǎn)置于放油的容器內(nèi),利用油的熱惰性保持冷端近似于室溫。392)熱電勢(shì)修正法(冷端溫度校正法) 熱電偶的分度是在冷端為0時(shí)進(jìn)行的.實(shí)際使用條件下若冷端溫度t0不為0,則工作狀態(tài)和分度時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)不同。 需要實(shí)測(cè)EAB(t,t0),已知冷端溫度t0用分度表查得EAB (t0,0),求和后,得到EAB (t,0),再反查分度表,得到被測(cè)量溫度t。40例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度,參考端溫度t0=25,儀表測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)=28.55mV,求實(shí)際被測(cè)溫度t.

24、 解 先查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表,得 E(t0,0)=1.00mV 則: E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=28.55+1.00=29.55mV 所得29.55mV正是熱電偶工作端溫度t,參考端溫度為0的熱電勢(shì),再查熱電偶分度表,得到工作端溫度t=710.413)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法(延引熱電極法) 熱電偶直徑和長(zhǎng)度一定,結(jié)構(gòu)固定.在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)若需要將熱電偶的冷端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度較穩(wěn)定處,維持冷端溫度恒定. 采用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長(zhǎng).42該方法須滿(mǎn)足兩條件：1)在0100范圍內(nèi),延引熱電極與熱電偶的熱電極 有相同或相近的熱電特性; 2)延引熱電極與熱電偶的兩結(jié)點(diǎn)有相

25、等的溫度。 使用延引熱電極時(shí)注意： 1)不同的熱電偶所配用的延引熱電極導(dǎo)線(xiàn)不能用錯(cuò)。2)使用時(shí)注意電極的色標(biāo),不要接錯(cuò)極性。 3)熱電偶與延引線(xiàn)連接端所處的溫度不超過(guò)100, 以免產(chǎn)生測(cè)量誤差. 434)冷端補(bǔ)償器法(補(bǔ)償電橋法) 很多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有長(zhǎng)期保持0或冷端恒溫的條件,熱電偶參考端溫度t0隨時(shí)間和所處環(huán)境而變化. 這種情況下采用冷端補(bǔ)償器來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償t0的變化。 冷端補(bǔ)償器是一個(gè)不平衡電橋,橋臂電阻R1=R2=R3=1 用錳銅絲無(wú)感繞制,其電阻溫度系數(shù)趨于零;橋臂電阻R4(補(bǔ)償電阻)用銅或鎳絲繞制,其電阻溫度系數(shù)較大,在20,R4=1 ;44 Rg為調(diào)整電阻(限流電阻),其阻值因熱電偶

26、不同而不同,用來(lái)調(diào)整橋壓以改變補(bǔ)償量的大小. 橋臂電阻與冷端處于相同環(huán)境溫度,當(dāng)周?chē)鷾囟葹?0時(shí),電橋處于平衡狀態(tài),a、b兩點(diǎn)電位相等,則補(bǔ)償電橋?qū)囟扔?jì)的讀數(shù)無(wú)影響；45 當(dāng)冷端溫度t0和周?chē)h(huán)境溫度改變時(shí),由于電阻R4隨溫度而變,因此電橋失去平衡,a、b兩點(diǎn)出現(xiàn)電位差E1; 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)冷端溫度t0相同變化引起的附加電動(dòng)勢(shì)E2與E1大小相等、方向相反,冷端溫度變化造成的影響被抵消. 使用不同分度號(hào)的熱電偶要配用不同型號(hào)的補(bǔ)償器,并在使用中保持電橋電源電壓的恒定,以減小輸出電壓隨電橋電源電壓波動(dòng)的影響.46八、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)的誤差分析 由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)、冷端補(bǔ)償器、動(dòng)圈式溫度指示儀等組成的測(cè)溫

27、系統(tǒng)的測(cè)量誤差有：1、傳熱誤差 測(cè)溫時(shí),被測(cè)介質(zhì)高于或低于環(huán)境溫度,會(huì)通過(guò)熱電偶進(jìn)行熱量交換,則熱電偶感受的溫度就不能正確反映被測(cè)介質(zhì)溫度,引起測(cè)量誤差.溫差越大,誤差越大. 測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)溫方法也是導(dǎo)致傳熱誤差的重要原因. 為了減小這個(gè)誤差,采取適當(dāng)措施減少測(cè)溫元件與周?chē)h(huán)境的熱量傳遞.472、分度誤差 任何一種熱電偶的通用分度表都是統(tǒng)計(jì)結(jié)果,由于熱電極材料成分不符合要求或材料均勻性差等原因,某一具體熱電偶的數(shù)據(jù)與通用分度表會(huì)存在一定偏差.這個(gè)誤差有規(guī)定值, 例如鉑銠鉑熱電偶在600以上使用時(shí)允許誤差為0.25； 鎳鉻鎳硅熱電偶為0.75。 因此,每個(gè)熱電偶在使用前要進(jìn)行校驗(yàn),長(zhǎng)期使用后也應(yīng)定

28、期校驗(yàn).483、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)誤差 多數(shù)熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)材料并非熱電偶本體材料,熱電特性不完全相同,因此存在誤差. 各種熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的允許誤差也不一樣, 對(duì)于鉑銠鉑熱電偶在0100補(bǔ)償范圍內(nèi),誤差為0.023mV； 對(duì)于鎳鉻鎳硅熱電偶為0.15mV; 鎳鉻康銅熱電偶為0.30mV.494、參考端誤差 對(duì)于應(yīng)用補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償?shù)膮⒖级藴囟?除平衡點(diǎn)和計(jì)算點(diǎn)兩個(gè)溫度值得以完全補(bǔ)償外,冷端補(bǔ)償器在其他各溫度值均不能完全得到補(bǔ)償,其偏差如下： 鉑銠鉑熱電偶為0.04mV; 鎳鉻鎳硅熱電偶為0.16mV; 鎳鉻康銅熱電偶為0.18mV. 對(duì)于應(yīng)用定點(diǎn)法補(bǔ)償?shù)?，由于各參考端溫度的測(cè)量不準(zhǔn)確也會(huì)導(dǎo)致工作端測(cè)溫誤差

29、。505、顯示儀表的基本誤差 該誤差由儀表的精度等級(jí)確定.如果顯示儀表沒(méi)有在規(guī)定工況下工作,還會(huì)產(chǎn)生附加誤差.6、熱線(xiàn)電阻誤差 熱電偶與動(dòng)圈式顯示儀表配套測(cè)溫時(shí),兩者之間連接導(dǎo)線(xiàn)的電阻都有規(guī)定的數(shù)值,線(xiàn)路電阻不完全符合這一規(guī)定數(shù)值時(shí)會(huì)引起測(cè)溫誤差.51第四節(jié)、熱電阻溫度計(jì) 1、熱電阻測(cè)溫原理 利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性做成測(cè)溫敏感元件,即熱電阻溫度計(jì)或半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì). 多數(shù)導(dǎo)體的電阻值與溫度的關(guān)系： R0:0 時(shí)的電阻值; a，b，c是與金屬材料有關(guān)的系數(shù). 多數(shù)半導(dǎo)體具有負(fù)溫度系數(shù),電阻值與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系: :T0時(shí)的電阻值; B:與半導(dǎo)體材料有關(guān)的系數(shù)注：導(dǎo)體電阻隨溫度

30、增加而增加； 半導(dǎo)體電阻隨溫度增加而降低。522.熱電阻材料要求 1)測(cè)溫范圍內(nèi),物理和化學(xué)特性穩(wěn)定. 2)復(fù)現(xiàn)性好.3)電阻溫度系數(shù)大,以提高靈敏度。4)電阻率大,可以得到小體積元件.5)電阻溫度特性盡可能接近線(xiàn)性. 6)價(jià)格低.特點(diǎn): 測(cè)量精度高,響應(yīng)快,整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系,不存在冷端補(bǔ)償問(wèn)題,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)記錄. 工業(yè)中在-200500范圍內(nèi)廣泛使用.53二、常用的熱電阻1.鉑熱電阻 采用高純度鉑絲繞制成的鉑電阻具有測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：電阻率低,高溫易氧化. 標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室用的鉑電阻,為10或30左右. 國(guó)產(chǎn)工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)主要有3種,分

31、別為Pt50、Ptl00、Pt300.（0時(shí)的電阻值R0分別為50 、100 、 300 ）. 2.銅熱電阻 電阻值與溫度近于呈線(xiàn)性關(guān)系,電阻溫度系數(shù)也較大,且價(jià)格便宜,在一些測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高的場(chǎng)合應(yīng)用. 我國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)的銅熱電阻溫度計(jì)有Cu50和Cu100兩種。543.半導(dǎo)體熱敏電阻: 最大優(yōu)點(diǎn)是具有大的負(fù)電阻溫度系數(shù)-(36),因此靈敏度高. 半導(dǎo)體材料電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多,故可做成體積小而電阻值大的電阻元件,使得熱慣性小、可測(cè)量點(diǎn)溫度和動(dòng)態(tài)溫度.缺點(diǎn)： 同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大,非線(xiàn)性嚴(yán)重,元件性能不穩(wěn)定,因此互換性差,精度較低。 熱電偶溫度計(jì)與熱電阻溫度計(jì)的表頭

32、外形常制成一種式樣,易混淆.區(qū)別方法： 表盤(pán)上的標(biāo)記符號(hào)有兩種金屬(熱電偶溫度計(jì)); 表盤(pán)上的標(biāo)記符號(hào)只有一種金屬(熱電阻溫度計(jì)).55三、熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的誤差分析 熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)由熱電阻、顯示儀表或變送器、調(diào)節(jié)器、連接導(dǎo)線(xiàn)等組成, 測(cè)量誤差有：1、傳熱誤差 測(cè)溫時(shí),被測(cè)介質(zhì)高于或低于環(huán)境溫度,會(huì)通過(guò)測(cè)溫元件進(jìn)行熱量交換,則熱電阻感受的溫度就不能正確反映被測(cè)介質(zhì)溫度,引起測(cè)量誤差.溫差越大,誤差越大. 測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)溫方法也是導(dǎo)致傳熱誤差的重要原因. 為了減小這個(gè)誤差,采取適當(dāng)措施減少測(cè)溫元件與周?chē)h(huán)境的熱量傳遞.562、分度誤差 標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表是對(duì)同一型號(hào)熱電阻的電阻-溫度特性統(tǒng)計(jì)分析的

33、結(jié)果,而對(duì)具體所用的熱電阻體因材料純度、制造工藝而有所差異,這就形成了熱電阻分度誤差. 分度誤差的大小不能超過(guò)技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的數(shù)值.3、自熱誤差 測(cè)量熱電阻阻值時(shí)要通過(guò)一定的電流,使電阻體產(chǎn)生溫升而引起溫度測(cè)量的附加誤差.它與電流大小和傳熱介質(zhì)有關(guān). 我國(guó)工業(yè)用熱電阻限制電流一般不超過(guò)6mA(一般為3mA),此時(shí)將熱電阻置于冰點(diǎn)槽中,則熱電阻的自熱誤差不超過(guò)0.1. 測(cè)量溫度越低,自熱誤差越大,工作電流應(yīng)取得更小.575、線(xiàn)路電阻變化帶來(lái)的誤差 熱電阻與顯示儀表或變送器配套測(cè)溫時(shí),兩者之間連接導(dǎo)線(xiàn)的電阻都有規(guī)定的數(shù)值,線(xiàn)路電阻不完全符合這一規(guī)定數(shù)值時(shí)會(huì)引起測(cè)溫誤差. 環(huán)境溫度變化時(shí),導(dǎo)線(xiàn)電阻發(fā)生

34、變化,該誤差必然存在. 實(shí)際測(cè)量電路采取措施減小或消除這一影響,如附加調(diào)整電阻.6、顯示儀表的基本誤差 該誤差由儀表的精度等級(jí)確定.58四、熱電阻溫度計(jì)的選用 熱電阻與顯示儀表配套使用,為熱電阻選用配套顯示儀表時(shí)應(yīng)考慮：1)顯示儀表的分度號(hào)與熱電阻的分度號(hào)一致。2)為提高測(cè)量精度,使被測(cè)溫度最大值接近顯示儀表的最大量程。 3)根據(jù)實(shí)際測(cè)量要求,選擇儀表的精度等級(jí). 4)測(cè)量電路的總電阻值應(yīng)等于顯示儀表注明的外接電阻值。59第五節(jié)、接觸式測(cè)溫技術(shù) 一、測(cè)溫元件的傳熱情況 測(cè)溫元件的接受熱量來(lái)自?xún)煞矫? 1)被測(cè)介質(zhì)傳給測(cè)溫元件的導(dǎo)熱、輻射和對(duì)流換熱； 2)由于測(cè)溫元件阻擋了流動(dòng)介質(zhì)而在測(cè)溫元件附近發(fā)生氣流絕熱壓縮,使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?這種現(xiàn)象在測(cè)量高速流體的溫度時(shí)應(yīng)當(dāng)重視. 測(cè)溫元件的散熱途徑有兩種: 1)由測(cè)溫元件周?chē)浔诘妮椛渖岷蛡鳠? 2)沿測(cè)溫元件向外部介質(zhì)的傳導(dǎo)散熱(包括測(cè)溫元件露在外部介質(zhì)中的部分輻射散熱),其在靜態(tài)或低速流動(dòng)介質(zhì)中測(cè)量時(shí)引起誤差較大. 60二、測(cè)溫元件的安裝1、安裝的基本要求1)測(cè)溫元件應(yīng)逆被測(cè)介質(zhì)流向,若不能逆流插入,可采用逆流斜插的方式,至少與被測(cè)介質(zhì)流向垂直,應(yīng)避免與被