工藝參數溫度檢測

工藝參數溫度檢測第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)檢測技術基礎知識5.1.1誤差的基本概念1、誤差的來源與誤差的概念每一參數的測量都是由測試人員使用一定儀器，在一定環(huán)境條件下按照一定測量方法和程序進行。任何測量過程都存在測量誤差，即檢測儀表指示值與被測參數真實值之間的差異。第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念1、誤差的來源與誤差的概念在任何測量中都存在誤差，是不可避免的。因此，對所得到的每一測量結果必須指出其誤差范圍，否則該測量結果就無價值。第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法測量誤差定義為測量值與被測值的真值之差。檢測系統(tǒng)(儀器)的基本誤差有以下幾種表示形式：(1)絕對誤差檢測系統(tǒng)的測量值與被測量的真值之間的代數差值。

第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(2)相對誤差檢測系統(tǒng)的測量值的絕對誤差與被測參量真值的比值，常用百分數表示。第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(3)引用誤差檢測系統(tǒng)的測量值的絕對誤差與系統(tǒng)量程的比值，常用百分數表示。第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(4)最大引用誤差在規(guī)定的工作條件下，當被測量平穩(wěn)增加或減少時，在檢測系統(tǒng)全量程所有測量值引用誤差(絕對值)的最大者。即所有測量值中最大絕對誤差(絕對值)與量程的比值的百分數，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差。最大引用誤差是檢測系統(tǒng)基本誤差的主要形式。第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測儀器的精度等級人為規(guī)定：取最大引用誤差的分子作為檢測儀器精度等級的標志，即用最大引用誤差去掉正負號和百分號后的數字來表示精度等級，用符號G表示。國標GB776-76規(guī)定，G分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級。第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測儀器的精度等級例1：量程為0~1000V的數字電壓表，其整個量程中最大絕對誤差為0.5V，(1)試說明國家標準GB776-76規(guī)定的測量指示儀表的精度等級G分幾個等級？(2)試說明按照什么原則得到檢測儀器的精度等級？(3)在上述已知條件下，該數字電壓表的精度等級G是幾級？第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測儀器的精度等級例2：被測電壓實際值約為21.7V，現有四種電壓表：1.5級、量程為0~30V的A表；1.5級、量程為0~50V的B表；1.0級、量程為0~50V的C表；1.2級、量程為0~360V的D表。請問選用哪種規(guī)格的電壓表進行測量產生的測量誤差較??？第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日例1.例2B表有,C表有,D表有,答：四者比較，選用A表的測量誤差通常較小。

A表有,第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日由上例知，檢測儀表產生的測量誤差不僅與所選儀表精度等級G有關，而且與所選儀表的量程有關。通常量程L和測量值X相差愈小，測量準確度較高。所以，在選擇儀表時，應選擇測量值盡可能接近的儀表量程。第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)溫度檢測溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，它是工農業(yè)生產、科學試驗中需要經常測量和控制的主要參數；從熱平衡的觀點看，溫度可以作為物體內部分子無規(guī)則熱運動劇烈程度的標志；溫度與人們日常生活緊密相關。第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)溫度檢測

熱力學第零定律指出：具有相同溫度的兩個物體，它們必然處于熱平衡狀態(tài)；當兩個物體分別與第三個物體處于熱平衡狀態(tài)時，這兩個物體也處于熱平衡狀態(tài)，即這三個物體處于同一溫度。溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱不同而變化的特性，來加以間接測量。第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.1測溫方法分類及其特點根據傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。接觸式溫度測量非接觸式溫度測量第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日接觸式溫度測量測溫精度相對較高，直觀可靠及測溫儀表價格相對較低；由于感溫元件與被測介質直接接觸，從而要影響被測介質熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會增加測溫誤差；被測介質具有腐蝕性及溫度太高亦將嚴重影響感溫元件性能和壽命等缺點。第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日非接觸式溫度測量感溫元件不與被測對象直接接觸，而是通過接受被測物體的熱輻射能實現熱交換，據此測出被測對象的溫度;非接觸式測溫具有不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，測溫上限可設計得很高，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點。第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日接觸式與非接觸式測溫特點比較方式接觸式非接觸式測量條件

感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度;被測對象不對感溫元件產生腐蝕需準確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對象的輻射能充分照射到檢測元件上

測量范圍

特別適合1200℃以下、熱容大、無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫，對高于l300℃以上的溫度測量較困難原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測量誤差大，能測運動物體和熱容小的物體溫度精度

工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級，實驗室用表可達0.01級通常為1.0、1.5、2.5級

響應速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為2～3秒鐘其它特點

整個測溫系統(tǒng)結構簡單、體積小、可靠、維護方便、價格低廉，儀表讀數直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng)整個測溫系統(tǒng)結構復雜、體積大、調整麻煩、價格昂貴；儀表讀數通常只反映被測物體表現溫度(需進一步轉換)；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日各類溫度檢測方法構成的測溫儀表的大體測溫范圍第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.2熱膨脹式測溫方法根據測溫轉換的原理，接觸式測溫又可分為膨脹式，熱阻式、熱電(包括熱電偶和PN結)式等多種形式。膨脹式測溫是基于物體受熱時產生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。膨脹式溫度計種類很多，按膨脹基體可分成液體膨脹式玻璃溫度計、液體或氣體膨脹式壓力溫度計及固體膨脹式雙金屬溫度計。第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.2熱膨脹式測溫方法(1)玻璃溫度計(2)壓力溫度計(3)雙金屬溫度計第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日玻璃溫度計玻璃液體溫度計簡稱玻璃溫度計，是一種直讀式儀表。水銀是玻璃溫度計最常用的液體，其凝固點為-38.9℃、測溫上限為538℃。玻璃溫度計特點：結構簡單，制作容易，價格低廉，測溫范圍較廣，安裝使用方便，現場直接讀數，一般無需能源，易破損，測溫值難自動遠傳記錄。第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日玻璃棒式溫度計V形工業(yè)玻璃溫度計第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日壓力溫度計壓力溫度計是根據一定質量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數關系的原理實現其測溫功能的。壓力溫度計的典型結構示意圖第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日這類壓力溫度計其毛細管細而長(規(guī)格為1—60m)它的作用主要是傳遞壓力，長度愈長，則使溫度計響應愈慢，在長度相等條件下，管愈細，則準確度愈高。電接點壓力式溫度計

XH-105壓力式溫度計第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日壓力溫度計壓力溫度計和玻璃溫度計相比，具有強度大、不易破損、讀數方便，但準確度較低、耐腐蝕性較差等特點。第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計固體長度隨溫度變化的情況可用下式表示：基于固體受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬片感溫元件當溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數差異相對很大而產生不同的膨脹和收縮，導致雙金屬片產生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計原理圖：第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計原理圖

第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測溫范圍大致為-80℃—600℃，精度等級通常為1.5級左右。雙金屬溫度計抗振性好，讀數方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表。雙金屬溫度計第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日基于熱電阻原理測溫是根據金屬導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質，將電阻值的變化轉換為電信號，從而達到測溫的目的。用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關系最好近于線性。5.2.3熱阻式測溫方法第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻測溫的優(yōu)點是信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠傳、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，可以用作基準儀表。熱電阻主要缺點是需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現象以及測量溫度不能太高。5.2.3熱阻式測溫方法第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.3熱阻式測溫方法工業(yè)上常用的熱電阻有鉑電阻和銅電阻兩種。(1)鉑電阻測溫(2)銅電阻和熱敏電阻測溫第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日(1)鉑電阻測溫概述鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關系呈非線性，但測溫范圍廣，精度高，且材料易提純；在氧化性介質中，甚至高溫下，其物理、化學性質都很穩(wěn)定。

當 ℃時 當 ℃時

第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻的結構1-出線孔密封圈；2-出線孔螺母；3-鏈條；4-蓋；5-接線柱；6-蓋的密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護管；10-絕緣管；11-內引線；12-感溫元件第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構成。作為熱電阻絲材料應具備如下條件：①電阻溫度系數大、線性好、性能穩(wěn)定；②使用溫度范圍廣、加工方便；③固有電阻大，互換性好，復制性強。第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻的引線形式內引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種。第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日兩線制感溫元件的引線形式兩線制熱電阻測量電橋-接線端子R-感溫元件A、B-接線端子的標號第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日三線制感溫元件的引線形式三線制熱電阻測量電橋第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日四線制四線制熱電阻測量電橋感溫元件的引線形式第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日(2)銅電阻和熱敏電阻測溫銅電阻

銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關系幾乎呈線性，其材料易提純，價格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應慢；另因銅在250℃以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻一般工作溫度為-40℃～120℃。其電阻值與溫度的關系為：當 ℃時第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日銅電阻第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日半導體熱敏電阻

熱敏電阻的優(yōu)點：①靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1～2個數量級；②很好地與各種電路匹配，而且遠距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；③體積??；④熱慣性小，響應速度快，適用于快速變化的測量場合；⑤結構簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動。第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱敏電阻的主要缺點：①阻值與溫度的關系非線性嚴重； ②元件的一致性差，互換性差； ③元件易老化，穩(wěn)定性較差； ④除特殊高溫熱敏電阻外，絕大多數熱敏電阻僅適合0～150℃范圍，使用時必須注意。第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱敏電阻圖示：第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.4熱電式測溫方法

—熱電偶測溫熱電偶是溫度測量應用最多的器件，它的特點是測溫范圍寬、測量精度高、性能穩(wěn)定、結構簡單，且動態(tài)響應較好；輸出直接為電信號，可以遠傳，便于集中檢測和自動控制。第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日

1.測溫原理熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產生熱電勢，這種熱電效應現象是1821年塞貝克（Seeback）首先發(fā)現提出，又稱塞貝克效應。第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電偶閉合回路中產生的熱電勢由兩種電勢組成：溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一熱電極兩端因溫度不同而產生的電勢。熱電偶接觸電勢是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，而熱電極接點接觸面處就產生自由電子的擴散現象，當達到動態(tài)平衡時，在熱電極接點處便產生一個穩(wěn)定電勢差。第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電偶兩熱電極分別叫A（為正極）和B（為負極），兩端溫度分別為 ，且 ；則熱電偶回路總電勢為：

第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日2.熱電偶分類及特性為了得到實用性好，性能優(yōu)良的熱電偶，其熱電極材料需具有以下性能：

(1)優(yōu)良的熱電特性；

(2)良好的物理性能；

(3)優(yōu)良的化學性能；

(4)優(yōu)良的機械性能；

(5)足夠的機械強度和長的使用壽命；

(6)制造成本低，價值比較便宜。第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日工業(yè)用熱電偶測溫范圍第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.熱電偶結構熱電偶通常主要由四部分組成：熱電極、絕緣管、保護管和接線盒。1-出線孔密封圈；2-出線孔螺母；3-鏈條；4-蓋；5-接線柱；6-蓋的密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護管；10-絕緣管；11-內引線第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.熱電偶溫度測量補償導線補償導線的優(yōu)點：改善熱電偶測溫線路的機械與物理性能降低測量線路的成本節(jié)省貴金屬材料，便于安裝與敷設；若用直徑粗、電導系數大的補償導線，還可減少測量回路電阻。第五十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日補償導線使用須注意事項如下：各種補償導線只能與相應型號的熱電偶匹配使用；補償導線與熱電偶連接點的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍；由于補償導線與電極材料通常并不完全相同，因此兩連接點溫度必須相同；在需高精度測溫場合，處理測量結果時應加上補償導線的修正值，以保證測量精度。第五十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日參比端處理經常使用的熱電偶分度表