測(cè)試技術(shù) 第十一章 溫度測(cè)量

1、測(cè)試技術(shù) 第十一章 溫度測(cè)量第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四1 概述一、測(cè)溫方法接觸式測(cè)溫膨脹式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)其他非接觸式測(cè)溫輻射式溫度計(jì)亮度溫度計(jì)比色溫度計(jì)光導(dǎo)纖維測(cè)溫第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四2 膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)1、液體膨脹式圖9-1 液體：水銀、酒精、甲苯等2、固體膨脹式a）桿式溫度計(jì)圖9-2a）桿對(duì)外套產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)b）雙金屬溫度計(jì)圖9-2a）螺旋式、螺線式第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四二、壓力式溫度計(jì)圖9-3充氣式：溫包內(nèi)充氮?dú)獬湟菏剑杭状?、甘油?/p>

2、二甲苯等第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四3 熱電偶式傳感器測(cè)量高溫?zé)犭妱?shì)效應(yīng)：兩種導(dǎo)體組成一回路，如兩連接點(diǎn)溫度不同，回路中便有電流產(chǎn)生。見(jiàn)圖9-4第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成。接觸電勢(shì)：由于不同導(dǎo)體具有不同的自由電子濃度，兩導(dǎo)體接觸后，電子從濃度高低，形成靜電性的電位差。溫差電勢(shì)：同一導(dǎo)體兩點(diǎn)溫度不同時(shí)，高溫端的電子吸收熱量多而動(dòng)能大，它向低溫端擴(kuò)散，電子在高溫端少，低溫端多，形成電位差。常用的熱電偶材料：表9-1第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四4、電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體和

3、半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化做成的溫度計(jì)。金屬：溫度升高1，電阻增加0.40.6%常用鉑、銅、鎳。半導(dǎo)體：.，.26%但重復(fù)性和高溫穩(wěn)定性不理想。第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四一、鉑電阻溫度計(jì)金屬鉑Pt元素表中排在78兩種規(guī)格：初始電阻為：100 和50 特點(diǎn)：測(cè)量范圍：-200 850 。精度高、穩(wěn)定性好、耐氧化性能強(qiáng)。缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)小，3.910-3 / ，即靈敏度低。價(jià)格貴。應(yīng)用：氣象等高精度應(yīng)用場(chǎng)合。第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四二、銅電阻溫度計(jì)兩種規(guī)格：初始電阻為：100 和50 特點(diǎn)：測(cè)量范圍：-50 150 。比鉑小。

4、溫度系數(shù)比鉑電阻高， 約4.2510-3 / 。價(jià)格低缺點(diǎn)：電阻率小，所以銅電阻絲細(xì)，易氧化。應(yīng)用：精度要求不高的場(chǎng)合。第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四三、半導(dǎo)體熱敏電阻特點(diǎn)：測(cè)量范圍：300 。溫度系數(shù)大。電阻率大、體積小、壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：重復(fù)性和互換性較差。上限溫度不高。應(yīng)用：第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四四、電阻溫度計(jì)的測(cè)溫誤差來(lái)源1、熱電阻的基本誤差熱電阻參數(shù)實(shí)際值偏離標(biāo)準(zhǔn)值而產(chǎn)生的誤差過(guò)大的電流引起電阻發(fā)熱造成測(cè)量誤差。一般工作電流 6mA2、引線熱電阻的誤差金屬引線受熱使其電阻變化，造成測(cè)量誤差。解決方法：第11頁(yè)，共2

5、6頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四解決方法：（三線制接法圖9-9）使兩條引線電阻分別加到電橋相鄰的兩臂，將誤差抵消。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四3、顯示儀表的誤差第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四5、光輻射測(cè)溫任何物體受熱后，都將有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?。溫度測(cè)量常用可見(jiàn)光和紅外線。第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四一、輻射溫度計(jì)1、全輻射溫度計(jì)它是通過(guò)測(cè)量物體在全光譜范圍的總輻射功率，測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9-12，包括光學(xué)系統(tǒng)、輻射接收器等。輻射接收器可用熱電堆，由8對(duì)

6、熱電偶串聯(lián)組成，熱端涂上黑層吸收熱輻射。說(shuō)明： 測(cè)出的是輻射溫度，不是實(shí)際溫度，需要進(jìn)行修正 測(cè)溫范圍：700 2000 測(cè)量時(shí)注意被測(cè)物與儀表間的距離。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四2、部分輻射溫度計(jì)工作光譜限于一定的光譜范圍內(nèi)。如紅外光。A、氣動(dòng)型利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性。見(jiàn)圖4-79常用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作標(biāo)定基準(zhǔn)。第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四B、熱釋電型某些晶體在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生極化。在紅外輻射下，溫度升高，引起極化強(qiáng)度下降，表面電荷減少。熱釋電效應(yīng)特點(diǎn)：工作溫度：300K響應(yīng)時(shí)間：10ms常用于光譜

7、儀、測(cè)穩(wěn)儀、紅外攝像等第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四三、亮度溫度計(jì)利用物體在不同溫度下輻射的單色亮度不同。單色亮度：指波長(zhǎng)范圍一定。圖9-14被測(cè)物體輻射的單色亮度和儀表內(nèi)的高溫?zé)襞莸臒艚z亮度比較，兩者亮度相同時(shí)，燈絲亮度隱沒(méi)在背景中，燈絲溫度與被測(cè)溫度一致。燈絲溫度可通過(guò)流過(guò)的電流大小來(lái)確定。第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四四、光導(dǎo)纖維測(cè)溫光纖用于傳輸光，可使光路轉(zhuǎn)彎。1、液晶-光導(dǎo)纖維溫度計(jì)利用液晶熱色效應(yīng)，即溫度不同時(shí)液晶的液色不同，從而導(dǎo)致液晶對(duì)入射單色光（紅光）反射強(qiáng)弱的變化。圖9-17內(nèi)部有兩束光纖。第19頁(yè)，共26

8、頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四2、熒光-光導(dǎo)纖維溫度計(jì)利用某些元素的光致發(fā)光效應(yīng)，即在光波激勵(lì)下（如紫外線）發(fā)出熒光。熒光強(qiáng)度隨溫度而變化。傳感頭見(jiàn)圖9-18熒光-光導(dǎo)纖維溫度計(jì)見(jiàn)圖9-193、馬赫-珍德相位干涉型光纖溫度計(jì)光沿單模光纖（芯徑小、折射率小的光纖）傳播時(shí)，光的振幅、相位、偏振等會(huì)因外界因素（溫度、壓力、加速度、振動(dòng)和電磁場(chǎng)等）改變而改變。圖9-20兩根同樣材質(zhì)、且長(zhǎng)度基本相同的單模光纖，它們的出射端平行，則出射光會(huì)產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，測(cè)量光線出射光的相位改變，干涉條紋移動(dòng)。第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四6 溫度檢測(cè)系

9、統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例例：有一溫度為400 左右的空氣流，速度為150200m/s，靜壓p = 0.4MPa，管道直徑為500mm，管壁溫度100 ，要求連續(xù)測(cè)量氣流的總溫。一、何為總溫？總溫Th = 靜溫T0 + 動(dòng)溫TV靜溫：溫度計(jì)與氣流相對(duì)靜止時(shí)測(cè)得的溫度。動(dòng)溫：氣流受阻滯時(shí)動(dòng)能變?yōu)闊崮埽?，使氣體溫度升高，升高的溫度即為動(dòng)溫。把溫度計(jì)插入氣流中，實(shí)測(cè)溫度Tg在靜溫和總溫之間。氣流速度不高時(shí)，Tg T0 。超過(guò) 70m/s 時(shí)，就要考慮速度動(dòng)能影響。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四總溫可通過(guò)下式求得：流速已知，氣體的氣壓比熱容CP可查表，只要恢復(fù)系數(shù) r 一定，測(cè)出T

10、g 就可求出總溫。二、方案選擇根據(jù)被測(cè)介質(zhì)和被測(cè)溫度400 ，確定用熱電偶。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、以上分析可知，測(cè)量過(guò)程中要使 r 值穩(wěn)定。扭焊和對(duì)焊的熱電偶的恢復(fù)系數(shù) r 的試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖9-21第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)58分，星期四2、輻射誤差問(wèn)題被測(cè)溫度400 ，管壁溫度100 ，熱電偶工作端與管內(nèi)壁輻射交換引起誤差。解決辦法：a）加強(qiáng)管道保溫，降低溫差。b）熱電偶外加屏蔽罩，將熱電偶和管壁隔離。c）熱電極選細(xì)些，減小表面發(fā)射率。d）改善熱電偶與氣流的換熱條件。3、沿?zé)犭娕枷蛲饨鐚?dǎo)熱損失引起誤差測(cè)量時(shí)，熱電偶要有足夠的插入深度。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月2