建筑環(huán)境測試儀表36課件

第四講溫度測量的基本方法一.概述1.概念溫度是表征物體冷熱程度及周邊環(huán)境的物理量。溫度不能直接衡量（比較），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(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來間接測量?！嘟佑|測溫量物體的某一物理量（如液體體積、導(dǎo)體電阻）必須是連續(xù)的、單值的、復(fù)現(xiàn)的。非接觸測溫則需響應(yīng)快速，不易受物質(zhì)腐蝕的某物體。2.重要性3.直接測量與間接測量二.溫標(biāo)1.攝氏溫標(biāo)定義為：水銀體膨脹是線性的，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)為100度，而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為攝氏1度。標(biāo)記為℃。2.華氏溫標(biāo)同上，純水冰點(diǎn)為32oF，沸點(diǎn)為212oF，兩點(diǎn)間等分180格，每等分格為華氏1度，標(biāo)記為oF?？梢杂校骸?（oF-32）×5/93.熱力學(xué)溫標(biāo)又稱絕對溫標(biāo)。是一種理想溫標(biāo)4.國際溫標(biāo)定義為：熱力學(xué)溫度（符號T）是基本的物理量，其單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.15。規(guī)定了17個溫標(biāo)定義固定點(diǎn)，還有基準(zhǔn)溫度計和插補(bǔ)公式。測量溫度的方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法三.玻璃液體溫度計1.原理2.結(jié)構(gòu)和類型棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式3.特點(diǎn)：1）測量范圍廣，為-200~600℃2)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格便宜，精確3）觀察、監(jiān)測不便。4）易損壞。4.讀數(shù)方法視線應(yīng)與溫標(biāo)垂直，水銀溫度計應(yīng)在凸面最高點(diǎn)讀數(shù)，水和無機(jī)液體溫度計應(yīng)在凹面最低點(diǎn)讀數(shù)。棒式溫度計刻度感溫包顯示變換傳感四.固體膨脹式溫度計1.雙金屬溫度計1）感溫元件2）測溫原理3）定義4）分類5）特點(diǎn)2.桿式溫度計精度低，體積大五.壓力式溫度計1.工作原理與結(jié)構(gòu)形式2.蒸氣壓力表式溫度計1）原理2）工作液體3）結(jié)構(gòu)毛細(xì)管4）特點(diǎn)表面熱電偶熱電偶接觸電動勢與溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-一一一+-高溫低溫電子密度大電子密度小接觸電動勢

溫差電動勢四.結(jié)構(gòu)形式種類型號等級使用范圍絲徑特點(diǎn)缺點(diǎn)鉑銠10-鉑正-負(fù)SⅠⅡ0~1300(1600℃）0.5mm物理化學(xué)性能穩(wěn)定，測量精度高熱電勢小，0.009mV/℃,靈敏度低。鎳鉻-鎳硅KⅠⅡⅢ-40~900(1300)氧化介質(zhì)0.3,0.5,0.8,1.0,1.2

1.5,2.0

2.5,3.2、mm化學(xué)穩(wěn)定，抗氧化，耐腐蝕，靈敏，線性好，復(fù)現(xiàn)性好，便宜。無,0.04鎳鉻-銅鎳EⅠⅡⅢ0~600(900)還原性中性介質(zhì)0.3~3.2mm熱電勢大靈敏度高，價格低廉測溫上限不高，加工工藝較差。0.078銅-康銅T非標(biāo)ⅠⅡⅢ-200~200℃(300)0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm靈敏度高，低溫時精度高，價格低康銅復(fù)制性差T型（銅-康銅）熱電偶溫度范圍

-200~400℃型號I型-40~350℃，±0.5℃或者±0.4%II型-40~350℃，±1℃或者±0.75%III型-200~40℃，±0.5℃或者±1.5%如果參考端為0℃，則測量端為100℃時，熱電勢值為4.26mV。作為粗略估算，可以認(rèn)為在0~100℃范圍內(nèi)，電勢值隨測量端溫度線性變化。測量儀器毫伏表（電位差計）五結(jié)構(gòu)型式1.普通型工業(yè)用熱電偶它由熱電極、絕緣瓷管、（接線盒、接線座、接線柱）和保護(hù)套管所組成。？材料2.鎧裝熱電偶?結(jié)構(gòu)？測量端形式？材料？優(yōu)點(diǎn)：熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐沖擊，搞振動，壽命長，適用于各種工業(yè)測量。3.小慣性熱電偶？快速薄膜熱電偶特點(diǎn)4.其它熱電偶七.應(yīng)用1.熱電偶串聯(lián)提高測量精度，求微小溫度2.并聯(lián)求平均溫度3.反接直接求溫差，可間接求其它有關(guān)溫差的量值。主一++-+t1t2③

主一+-+_①+++②八.誤差對熱電偶儀表系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析?1.系統(tǒng)誤差1）.工具誤差與環(huán)境影響方面：2）.方法誤差方面：3）.測試人員誤差方面：??2.隨機(jī)誤差方面，不可消除的誤差因素：?3.粗大誤差方面：∴我們應(yīng)該合理地配置儀器設(shè)備進(jìn)行必要的測試、調(diào)試工作，還要注意合適的測量方法，配備合適的測量人員，一般應(yīng)該做到多次測量取平均值，同時應(yīng)注意保養(yǎng)和校驗工作。當(dāng)然對于非精確測量，可以適當(dāng)放寬要求。第六講熱電阻一.概述1.優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用方便等尤其是功率大，無冷端補(bǔ)償問題，對于熱敏半導(dǎo)體溫度計，又沒有熱惰性大的缺點(diǎn)。2.原理是金屬（或半導(dǎo)體）的電阻隨著溫度的升高而升高（或降低），用顯示儀表測出熱電阻的電阻值，從而可得到與電阻值相應(yīng)的溫度值來。3.條件：（1）電阻溫度系數(shù)大；（2）復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，互換性好；（3）電阻率大；（4）價格便宜，工藝性好。2).半導(dǎo)體溫度計1.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計測量范圍為-100~300℃。有較大的負(fù)溫度系數(shù)，約為-2~6*10-2(1/℃),配用的二次儀表簡單，靈敏度高，傳6感器體積小，構(gòu)造簡單，可以測量點(diǎn)溫度和動態(tài)溫度。缺點(diǎn)：測溫范圍較窄，溫度系數(shù)電阻變化呈非線性，復(fù)現(xiàn)性差，穩(wěn)定性差。結(jié)構(gòu)：珠形、桿形、片形等，測量線路彩不平衡電橋。2.熱敏二極管溫度計原理：當(dāng)流過晶體管的電流恒定量，二極管P-N結(jié)因溫度變化而電壓隨著變化，由此可測溫。與熱敏電阻相比：有溫度與電壓的線性關(guān)系，更有-2.4mV/℃的靈敏和0.1℃的靈敏限，又成本低，重復(fù)性與穩(wěn)定性好。？？若給予硅電壓不整流器來恒定電流，或自制恒流源，則溫度的精度可達(dá)0.1℃，且易實現(xiàn)數(shù)字化。三構(gòu)造與誤差分析（略）1.構(gòu)造大部同熱電偶？也有不同之處2.誤差分析方法一致內(nèi)容大部相同，但不完全一樣。銅熱電阻測溫范圍

-50~150℃性能穩(wěn)定阻值與溫度的關(guān)系呈線性關(guān)系較便宜銅容易加工提純半導(dǎo)體熱敏電阻電阻溫度系數(shù)為負(fù)值測溫范圍-40~350℃，不能用于350℃以上電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬熱電阻大10~100倍，電阻值比鉑熱電阻高1~4個數(shù)量級，可以采用精度較低的顯示儀表電阻溫度系數(shù)與溫度成反比，=-B/T2，電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，Rt=Rt0exp(B/T)穩(wěn)定性及互換性差較便宜NS配熱電偶的動圈式儀表外線路總電阻為15Ω熱電偶冷端補(bǔ)償電橋刻度表量程調(diào)整電阻限流電阻2.電橋法1.平衡電橋二線制三線制G被測電阻G2.不平衡電橋指示電橋不平衡時的電流對應(yīng)值電橋采用三線制，在下限值（電橋平衡）得到全補(bǔ)償，在其它點(diǎn)僅得到部分補(bǔ)償，已經(jīng)足夠。3.自動平衡電橋被測熱電阻平衡電橋二線法GR1R2R3RW2RW1Rtabcd電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果如果不計RW隨溫度的變化，Rt與r1成線性關(guān)系RW隨溫度變化會引起測量誤差R0不平衡電橋法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI連續(xù)自動顯示，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜Rt與I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對測量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化會引起測量誤差，三線接法可以削弱4非接觸式測溫普朗克定律，即λ——波長，mT——黑體的絕對溫度，Ke——自然對數(shù)的底數(shù)C1——第一輻射常數(shù)，其值為3.743×10-16W·㎡C2——第二輻射常數(shù)，其值為1.4387×10-2m·K在3000K以下，波長較短的可見光范圍內(nèi)，可用維恩公式，其誤差不超過1%。單色輻射強(qiáng)度峰值處的波長和溫度T之間的關(guān)系

絕對黑體的全輻射定律若要得到波長λ從0～∞之間全部輻射能量的總和，可把Ebλ對λ(0～∞)進(jìn)行積分即全輻射能量為——斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，等于4.96×10-8絕對黑體的全輻射能量和絕對溫度的四次方成正比。

實際物體的光譜輻射出射度于溫度、波長的關(guān)系為

——波長λ下實際物體的光譜輻射強(qiáng)度——實際物體在波長λ下的光譜發(fā)射率（黑度）。把公式代入，即：實際物體全部光譜輻射強(qiáng)度總和為光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計就是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度（在可見光范圍）隨溫度升高而增長的原理來進(jìn)行高溫測量的儀表。當(dāng)物體的黑度系數(shù)ελ越小，則亮度溫度與真實溫度間的差別也就越大。因為0＜ελ＜1，因此測得物體的亮度溫度始終低于其真實溫度。缺：測溫準(zhǔn)確度比熱電偶熱電阻低，構(gòu)造復(fù)雜、價格昂貴、不能測內(nèi)部溫度光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)和影響因素

（1）光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)電測系統(tǒng)（2）光學(xué)高溫計的影響因素非黑體的影響中間介質(zhì)的影響應(yīng)盡量做到不在反射光很強(qiáng)的地方進(jìn)行測量，否則要產(chǎn)生誤差。全輻射高溫計構(gòu)造和原理全輻射高溫計是根據(jù)全輻射定律制作的溫度計。使用全輻射高溫計的注意事項全輻射體的發(fā)射率ε隨物體的成分、表面狀態(tài)、輻射條件和溫度的不同而不同，因此應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地確定被測物體的ε，以提高測量的準(zhǔn)確度。被測物體與高溫計之間的距離L和被測物體的直徑D之比（L/D）有一定的限制。使用時環(huán)境溫度不宜太高，否則會引起熱電堆參比端溫度升高而增加測量誤差。光電高溫計光電高溫計依據(jù)的是光譜輻射亮度的原理，采用光電器件作為儀表的感受元件，替代人眼來感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號，該信號對應(yīng)于被測物體的溫度。

優(yōu)：可以自動平衡亮度、自動連續(xù)記錄被測溫度示值缺：更換反饋燈或光電器件時，必須對整個儀表進(jìn)行重新調(diào)整和刻度紅外測溫儀紅外測溫儀表是一種測溫上限較低的儀表，可測量0～400℃范圍的溫度。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號處理放大部分及顯示儀表等部分組成。3.3溫度測量儀表的選用和校驗溫度儀表的選用根據(jù)生產(chǎn)或?qū)嶒炈蟮臏y量范圍、允許的誤差，根據(jù)現(xiàn)場對儀表功能的要求根據(jù)儀表的工作條件正確安裝測溫元件正確選擇具有代表性的測溫點(diǎn)，測溫元件應(yīng)插入被測物的足夠深度；要有合適的保護(hù)措施3.4測溫儀表的應(yīng)用實例3.4.1室內(nèi)采暖溫度的測量1）檢測地點(diǎn)的確定和要求2）檢測地點(diǎn)的選擇要求3）儀器的選擇4）檢測步驟5）數(shù)字溫度計校正方法6）測量結(jié)果計算五溫度計的選擇和安裝1.選擇①實際可行，經(jīng)濟(jì)可行②品種和規(guī)格盡量少③被測參數(shù)與儀表的兼容性（測量范圍、測量精度，耐腐蝕，環(huán)境溫度、壓力和介質(zhì)、傳感器的滯后時間和慣性時間）④考慮就地讀數(shù)還是遠(yuǎn)方讀數(shù)等讀數(shù)方式。2.安裝①測點(diǎn)布置。？？②與介質(zhì)有良好的換熱條件，插入管道深度一般是（1/2~2/3)D，應(yīng)迎著介質(zhì)流動方向。。③與周圍環(huán)境有少的熱交換④便于儀表工作人員的檢修。誤差分析1.1）熱電偶的分度誤差，是由電極材料非嚴(yán)格均值或復(fù)現(xiàn)；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全匹配；熱電極變質(zhì)；絕緣不良而漏電；環(huán)境溫度改變而引起冷端溫度的變化等。2）測點(diǎn)不當(dāng)，被測參數(shù)不能反映實際參數(shù)；儀器測量方法