2008測(cè)試技術(shù)第05章溫度測(cè)量

本章學(xué)習(xí)要求：1.認(rèn)識(shí)溫標(biāo)的看法及溫度計(jì)的分類；2.掌握熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)的測(cè)溫原理、及有關(guān)電路；3.掌握光學(xué)輻射式測(cè)溫計(jì)的測(cè)溫原理；4.能正確地采用溫度計(jì)并認(rèn)識(shí)溫度計(jì)的標(biāo)定方法；5.認(rèn)識(shí)幾種其余形式溫度計(jì)的測(cè)溫原理?！?溫度測(cè)量概括1.溫度、溫標(biāo)溫度：是表示物體冷熱程度的物理量，從分子運(yùn)動(dòng)論的看法看，溫度也是物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)均勻動(dòng)能大小的一個(gè)量度標(biāo)記。溫標(biāo)：用來(lái)量度溫度高低的尺度稱為溫度標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。應(yīng)用許多的有攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、國(guó)際溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為0度，水沸點(diǎn)為100度，中間均分為100格，每格為攝氏1度，符號(hào)為℃。華氏溫標(biāo)：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為32度，水沸點(diǎn)為212度，中間均分180格，每格為華氏1度，符號(hào)為℉。攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)的關(guān)系為：熱力學(xué)溫標(biāo)：又稱開(kāi)氏溫標(biāo)（K）或絕對(duì)溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。它建于熱力學(xué)基礎(chǔ)，表現(xiàn)出溫度僅與熱量有關(guān)而與測(cè)溫物質(zhì)的任何物理性質(zhì)沒(méi)關(guān)的理想溫標(biāo)，已作為國(guó)際一致的基本溫標(biāo)?？ㄖZ定理：溫標(biāo)的確定：開(kāi)爾文溫度規(guī)定水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的三相點(diǎn)溫度為273.16K；三相點(diǎn)到沸點(diǎn)之間分為100等份，每等份記為1K；將三相點(diǎn)以下273.16K定為絕對(duì)零度，記為0K，符號(hào)：T。絕對(duì)溫標(biāo)T與攝氏溫標(biāo)t的關(guān)系為T(mén)＝t+273.15國(guó)際溫標(biāo):ITS—90（InternationalTemperatureScaleof1990）是一種吻合熱力學(xué)溫標(biāo)又使用簡(jiǎn)單的溫標(biāo)，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)引入了在各個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫元件系列利用它們進(jìn)行溫標(biāo)確定的方法稱作國(guó)際溫標(biāo)。ITS一90基本內(nèi)容為：重申國(guó)際適用溫標(biāo)單位仍為K；國(guó)際攝氏溫度和國(guó)際適用溫度關(guān)系為：把整個(gè)溫標(biāo)分紅4個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，以下：①0.65—5.0K，用3He和4He蒸汽溫度計(jì)；②3.0—24.5561K，用3He和4He定容氣體溫度計(jì)；③13.803K—961.78℃，用鉑電阻溫度計(jì)；④961.78℃以上，用光學(xué)或光電高溫計(jì)；新確認(rèn)和規(guī)定17個(gè)固定點(diǎn)溫度值以及借助依照這些固定點(diǎn)和規(guī)定的內(nèi)插公式分度的標(biāo)準(zhǔn)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)熱力學(xué)溫標(biāo)。2、溫度計(jì)分類依據(jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，平時(shí)可分為接觸法與非接觸法兩大類。（1）接觸法當(dāng)兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到熱均衡后，則它們的溫度必然相等。假如其中之一為溫度計(jì)，即可以用它對(duì)另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法。特點(diǎn)：溫度計(jì)要與被測(cè)物體有優(yōu)異地?zé)峤佑|，使二者達(dá)到熱均衡。熱電偶式、熱電阻式與膨脹式溫度計(jì)（2）非接觸法利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度，這種測(cè)溫方式稱為非接觸法。特點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小。全輻射高溫計(jì)、單色高溫計(jì)與比色高溫計(jì)?！?接觸式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)（利用物質(zhì)的體積隨溫度高升而膨脹的特征制作的溫度計(jì)）1．玻璃管液體溫度計(jì)常用：水銀溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)兩種。前者不粘玻璃，不易氧化，簡(jiǎn)單獲取很高的精度，在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)(－38～356℃)保持液態(tài)，在200℃以下，其膨脹系數(shù)幾乎和溫度成線性關(guān)系，所以可作為精美的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。注意：1)零點(diǎn)漂移：玻璃的熱脹冷縮也會(huì)惹起零點(diǎn)地點(diǎn)的挪動(dòng)，所以使用玻璃管液體溫度計(jì)時(shí)，應(yīng)按期校驗(yàn)零點(diǎn)地點(diǎn)。2)露出液柱的校訂：使用時(shí)一定嚴(yán)格掌握溫度計(jì)的插入深度，因?yàn)闇囟瓤潭仁窃跍囟扔?jì)液柱所有浸入介質(zhì)中標(biāo)定的，而使用時(shí)液柱可按下式求其修正當(dāng)n為露出液柱所占的度數(shù)；K為工作液體在玻璃中可見(jiàn)的膨脹系數(shù)；t為主溫度計(jì)指示的讀數(shù)(℃)；t0為由次溫度計(jì)讀出的液柱露出部分的均勻溫度(℃)。2．壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)由溫包、毛細(xì)管和彈簧管所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)及傳動(dòng)指示機(jī)構(gòu)構(gòu)成(圖5—1)。依據(jù)密閉系統(tǒng)內(nèi)所充工作物質(zhì)的不同，壓力式溫度計(jì)可分為三種：(1)充氣體的壓力式溫度計(jì)其工作原理是利用溫度變化時(shí)密閉系統(tǒng)中充填氣體膨脹或縮短產(chǎn)生的壓力變化來(lái)測(cè)量溫度。所充氣體平時(shí)為氮?dú)?。測(cè)溫范圍為-80～550℃。(2)充蒸氣的壓力式溫度計(jì)其工作原理是利用溫度變化時(shí)密閉系統(tǒng)中所充低沸點(diǎn)液體飽和蒸氣壓力的變化測(cè)溫。所充低沸點(diǎn)液體有：氯甲烷(CH3Cl)、氯乙烷(CH2CH2C1)、丙酮(CH3-CO-CH3)、氟里昂12(CCl2F2)、乙醚(CH3OCH3)等。測(cè)溫范圍為-20～200℃(3)充液體的壓力式溫度計(jì)其工作原理是利用溫度變化時(shí)密閉系統(tǒng)中所充液體的體積變化測(cè)溫。所充液體有：水銀(Hg)、二甲苯(C8H10)、甲醇(CH3OH)等。測(cè)溫范圍為－40～550℃3．雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)是用線脹系數(shù)不同的兩種金屬構(gòu)成的金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種金屬的膨脹不同，雙金屬片就產(chǎn)生與被測(cè)溫度大小成比率的變形，這種變形經(jīng)過(guò)相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由指針指示出溫度數(shù)值，其測(cè)量范圍在－60～500℃。依據(jù)感溫雙金屬片結(jié)構(gòu)形狀的不同，有螺旋形雙金屬溫度計(jì)和盤(pán)形雙金屬溫度計(jì)兩種。二、電阻式溫度計(jì)（熱電溫度計(jì))原理：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特征所制成的測(cè)溫儀表。構(gòu)成：由熱電阻、顯示儀表或變送器、調(diào)理器和連結(jié)導(dǎo)線等幾部分構(gòu)成。熱電阻的資料常用的有鉑熱電阻和銅熱電阻兩類。三、熱電偶溫度計(jì)原理：熱電偶是利用“熱電效應(yīng)”制成的一種測(cè)溫元件。結(jié)構(gòu)：工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖5—3所示，它由熱電偶、絕緣體、保護(hù)管和接線盒構(gòu)成。熱敏電阻器thermistor四、溫度計(jì)標(biāo)定1．壓力表式溫度計(jì)的標(biāo)定標(biāo)定設(shè)備：恒溫器、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、盛有冰水共存的容器。標(biāo)定方法：把溫度計(jì)垂直掛在支柱上，將溫包所有浸在恒溫器內(nèi)(或浸有冰水共存的容器內(nèi))，調(diào)整溫度計(jì)到等于恒溫器內(nèi)溫度的刻度點(diǎn)(或0℃)。一般標(biāo)定點(diǎn)許多于三點(diǎn)，馬上度標(biāo)尺的起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)。對(duì)每一刻度點(diǎn)的標(biāo)定，均要在恒溫器的溫度上升和下降時(shí)進(jìn)行，并取其均勻值。指示值的讀數(shù)要進(jìn)行兩次，一次是在不敲表殼的狀況下讀出，一次是在輕敲一下表殼以后讀出，輕敲表殼后的指針變化不該超出贊成偏差的一半。2．熱電阻的標(biāo)定標(biāo)定設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)所用的資料與被標(biāo)定的相同)、加熱恒溫器、冰水共存容器、標(biāo)準(zhǔn)電位計(jì)或不低于0.05級(jí)雙臂電橋一只。校驗(yàn)方法：有兩個(gè)點(diǎn)一定進(jìn)行標(biāo)定，即0℃時(shí)的電阻值R0和100℃時(shí)的電阻值R100，并檢查100℃時(shí)的電阻值Rl00對(duì)于0℃時(shí)的電阻值R0之比值(即R100/R0)能否吻合規(guī)定。在測(cè)定R0時(shí)，要將熱電阻放在冰水共存容器中。在標(biāo)定R100／R0的數(shù)值時(shí)，應(yīng)當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)比較，標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)所用的資料應(yīng)與被標(biāo)定的相同，測(cè)量應(yīng)當(dāng)用雙臂電橋進(jìn)行，把標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)的電阻看作標(biāo)準(zhǔn)電阻，而被標(biāo)定熱電阻作為未知電阻。測(cè)試時(shí)，先在冰點(diǎn)恒溫器中擱置30min進(jìn)行電橋均衡，而后在沸點(diǎn)校驗(yàn)器中擱置30min再進(jìn)行電橋均衡。在讀數(shù)值時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意兩個(gè)熱電阻能否在相同的溫度條件下。在獲得讀數(shù)此后，用以下公式確定被標(biāo)定的熱電阻的R100/R0(Rl00／R0)B為標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的值，此值可由判定書(shū)獲取或從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中查得；Ak為擱置在沸點(diǎn)恒溫器中時(shí)電橋的讀數(shù)；A0為擱置在冰點(diǎn)恒溫器中時(shí)電橋的讀數(shù)。3．熱電偶的標(biāo)定標(biāo)定設(shè)備和資料：標(biāo)準(zhǔn)鉑銠－鉑熱電偶、能夠調(diào)理溫度的管式電爐、擁有冰水混淆共存容器、試管、變壓器油、變換開(kāi)關(guān)、電壓計(jì)或電位差計(jì)。標(biāo)定方法：熱電偶的標(biāo)定方法是把所測(cè)量的幾支熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)鉑銠－鉑熱電偶一起放在管式爐中比較它們的讀數(shù)。使接觸式測(cè)溫的感覺(jué)元件的輸出能反應(yīng)被測(cè)對(duì)象的真切溫度，一定滿足兩個(gè)條件：①熱力學(xué)均衡的條件，即要使溫度汁和被測(cè)對(duì)象構(gòu)成熱力學(xué)孤立系統(tǒng)，并經(jīng)歷足夠時(shí)間；②當(dāng)對(duì)象溫度變化時(shí)，溫度計(jì)的溫度能夠不延緩地跟著變化，即要使溫度計(jì)的熱容和熱阻為零。但是，實(shí)質(zhì)測(cè)溫中不可能滿足上述條件，比如溫度計(jì)除了與被測(cè)對(duì)象要進(jìn)行熱量交換外，還要和四周環(huán)境交換熱量，從而產(chǎn)生偏差；溫度計(jì)的熱容與熱阻實(shí)質(zhì)上也不可能為零。事實(shí)上，接觸式溫度計(jì)指示的溫度不過(guò)感溫部自己的溫度(比如熱電偶熱接點(diǎn)的溫度)，將感溫部的溫度看作被鍘對(duì)象種近似，某些狀況下二者的差異可能很大。五、接觸式溫度測(cè)量偏差(一)測(cè)溫元件吸熱與發(fā)熱的基本狀況吸熱：一是被測(cè)介質(zhì)傳給測(cè)溫元件的熱量，包含介質(zhì)對(duì)測(cè)溫元件的導(dǎo)熱、輻射和對(duì)流換熱；二是因?yàn)闇y(cè)溫元件阻攔了流動(dòng)介質(zhì)而在測(cè)溫元件周邊發(fā)生氣流絕熱壓縮，因此使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種現(xiàn)象在測(cè)量高速氣流的溫度時(shí)應(yīng)當(dāng)賜予足夠重視。散熱：一種是由測(cè)溫元件向四周冷壁的輻射散熱和傳熱，一種是沿著測(cè)溫元件向外面介質(zhì)的傳導(dǎo)散熱(包含測(cè)溫元件露在外面介質(zhì)中的部分輻射散熱)。后者在靜態(tài)或中低速流動(dòng)介質(zhì)中測(cè)量時(shí)惹起偏差較大(二)測(cè)溫元件的安裝1.測(cè)溫元件安裝的基本要求測(cè)溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)形成逆流，即安裝時(shí)測(cè)溫元件應(yīng)迎著被測(cè)介質(zhì)的流向插入(a)。若不可以迎著被測(cè)介質(zhì)的流向插入，可采用迎著被測(cè)介質(zhì)的流向斜插(b)的方式，最少也須與被測(cè)介質(zhì)正交(即90°)(c)，應(yīng)盡量防止與被測(cè)介質(zhì)形成順流。測(cè)定液體溫度時(shí)，插入深度應(yīng)是保護(hù)管直徑的9～12倍。在直徑小的管道上安裝測(cè)溫元件時(shí)，可裝置擴(kuò)大管(圖5—18)。在測(cè)溫元件插入處周邊的管道或容器壁外，要有足夠的絕熱層，以減少因?yàn)檩椛浜蛯?dǎo)熱損失而惹起的偏差。使測(cè)溫元件處于管道中心，即應(yīng)使它處于流速最大處。當(dāng)在管道上傾斜安裝時(shí)(b)，保護(hù)管頂端要高出管中心線5～10mm。跟著測(cè)溫元件插入深度的增加，測(cè)量偏差減少。插入深度應(yīng)吻合國(guó)家有關(guān)試驗(yàn)規(guī)范或出廠使用說(shuō)明的要求。如不用保護(hù)管時(shí)，熱電偶插入深度不該小于熱電偶絲直徑的50倍。2．熱電偶與被測(cè)表面的接觸方式接觸方式：點(diǎn)接觸式（圖a），熱電偶的測(cè)量端接點(diǎn)直接與被測(cè)表面相接觸。面接觸式（圖b），先將熱電偶的測(cè)量端接點(diǎn)與導(dǎo)熱性能優(yōu)異的金屬薄片(如銅片)焊在一起，而后再與被測(cè)表面接觸。等溫線接觸式（圖c），即熱電偶測(cè)量端接點(diǎn)固定在被測(cè)表面后沿被測(cè)表面等溫線絕緣敷設(shè)最少20倍線徑的距離，再引出。分立接觸式（圖d），兩熱電極分別與被測(cè)表面接觸。(三)溫度測(cè)量偏差1.安裝偏差圖5—20所示，地點(diǎn)(b)利用直角彎頭逆向插入必定深度，能夠測(cè)得真切溫度地點(diǎn)(a)因?yàn)椴迦肷疃葴\，露在大氣中不保溫的部分長(zhǎng)，所以測(cè)定值低于真切值；地點(diǎn)(c)因?yàn)椴迦肷疃壬詼\，地點(diǎn)(d)插入深度不夠，所以都將產(chǎn)生偏差。這種因?yàn)椴迦肷疃犬a(chǎn)生的偏差，就是熱電偶的保護(hù)管和電偶線的熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的偏差。2．環(huán)境溫度與壓力的影響對(duì)充液溫度計(jì)，因流體和毛細(xì)管資料的溫度膨脹系數(shù)不同將惹起偏差，把充液球的容積做得大些，把毛細(xì)管和壓力彈簧管的容積做得小些可減少偏差。對(duì)高精度充液溫度計(jì)，常常將一根能使空間的體積膨脹和液體的膨脹相般配的細(xì)金屬絲，穿到毛細(xì)管孔中來(lái)獲得賠償；也有采用一根帶有二次壓力彈簧管的賠償毛細(xì)管或在指針聯(lián)接裝置中采用一雙金屬賠償片來(lái)提高溫度計(jì)精度的。因?yàn)閴毫椈晒芷綍r(shí)用做測(cè)量大氣壓力，所以大氣壓的變化將對(duì)壓力彈簧管式的溫度示值發(fā)生變化而產(chǎn)生偏差。采用高壓充注系統(tǒng)可大大減少偏差。對(duì)于熱電偶，采用冷端賠償。3.輻射惹起的偏差因溫度計(jì)的測(cè)溫元件在測(cè)量氣體溫度時(shí)存在著輻射傳熱而使測(cè)溫讀數(shù)(測(cè)量值)低于被測(cè)氣體的實(shí)質(zhì)溫度。測(cè)量時(shí)輻射惹起的偏差與輻射傳熱系數(shù)C成正比，與氣體向測(cè)溫元件表面的傳熱系數(shù)h成反比。為減少測(cè)量偏差，應(yīng)采用表面圓滑的測(cè)溫元件保護(hù)套管，以減少輻射傳熱系數(shù)；同時(shí)改良對(duì)流傳熱條件，以增大氣體向測(cè)溫元件表面的傳熱系數(shù)。4．因?yàn)闊醾鲗?dǎo)惹起的偏差當(dāng)測(cè)溫元件保護(hù)套管頂部的溫度與裝置保護(hù)套管的管道壁的溫度不同時(shí)，就會(huì)有熱量沿測(cè)溫元件套管流向溫度較低的管壁，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)的存在，使測(cè)溫元件感覺(jué)的溫度低于被測(cè)介質(zhì)的溫度。在安裝測(cè)溫元件時(shí)，應(yīng)減少惹起熱傳導(dǎo)偏差的因素。3.輻射惹起的偏差因溫度計(jì)的測(cè)溫元件在測(cè)量氣體溫度時(shí)存在著輻射傳熱而使測(cè)溫讀數(shù)(測(cè)量值)低于被測(cè)氣體的實(shí)質(zhì)溫度。測(cè)量時(shí)輻射惹起的偏差與輻射傳熱系數(shù)C成正比，與氣體向測(cè)溫元件表面的傳熱系數(shù)h成反比。為減少測(cè)量偏差，應(yīng)采用表面圓滑的測(cè)溫元件保護(hù)套管，以減少輻射傳熱系數(shù)；同時(shí)改良對(duì)流傳熱條件，以增大氣體向測(cè)溫元件表面的傳熱系數(shù)。4．因?yàn)闊醾鲗?dǎo)惹起的偏差當(dāng)測(cè)溫元件保護(hù)套管頂部的溫度與裝置保護(hù)套管的管道壁的溫度不同時(shí)，就會(huì)有熱量沿測(cè)溫元件套管流向溫度較低的管壁，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)的存在，使測(cè)溫元件感覺(jué)的溫度低于被測(cè)介質(zhì)的溫度。在安裝測(cè)溫元件時(shí)，應(yīng)減少惹起熱傳導(dǎo)偏差的因素。5.高速流動(dòng)氣體的溫度測(cè)量偏差在測(cè)量高速流動(dòng)氣體的溫度時(shí)，因測(cè)溫元件固定安裝于管道中心，特別是在測(cè)溫元件迎氣流的端部，將會(huì)產(chǎn)生前面所述的氣體動(dòng)能變換為熱能的現(xiàn)象，因此使測(cè)溫元件周邊溫度高升，從而所測(cè)得的溫度要比氣體的實(shí)質(zhì)溫度高。氣流的速度大于50m/s時(shí)，須考慮此項(xiàng)偏差，偏差值可由上式表示。6.時(shí)滯現(xiàn)象和時(shí)滯的測(cè)定1．時(shí)滯現(xiàn)象用溫度計(jì)測(cè)量溫度的變化時(shí)，儀表的指示值要經(jīng)過(guò)必定的時(shí)間才逐漸湊近被測(cè)介質(zhì)的溫度，這個(gè)時(shí)間的滯后或叫時(shí)滯、滯后或滯延。時(shí)滯參數(shù)因素：1)測(cè)溫元件的熱慣性：由測(cè)溫元件自己原來(lái)的熱狀況T1過(guò)渡到新的熱狀況T2的溫度時(shí)需要必定的時(shí)間或滯后。2)指示儀表的機(jī)械慣性及阻尼：測(cè)溫元件將所獲取的“熱信號(hào)”傳遞到指針和儀表刻度尺上需要有必定的時(shí)間，這種滯后是傳遞機(jī)構(gòu)所固有的，取決于傳遞機(jī)構(gòu)的特征2．時(shí)滯的測(cè)定(1)衡量時(shí)滯的單位衡量測(cè)溫元件時(shí)滯大小是以時(shí)間常數(shù)來(lái)衡量的。是指測(cè)溫元件從T1的恒溫槽中插入T2的恒溫槽中的這一時(shí)刻開(kāi)始，直到測(cè)溫元件的溫度達(dá)到T2溫度的63.2％時(shí)所需的時(shí)間。(2)影響時(shí)間常數(shù)的因素影響時(shí)間常數(shù)的因素有測(cè)溫元件的質(zhì)量、比熱容、插入的表面積和放熱系數(shù)。(3)時(shí)間常數(shù)的測(cè)定可采用瞬時(shí)反響法（階躍響應(yīng)）測(cè)定各種資料和結(jié)構(gòu)的熱電阻的時(shí)間常數(shù)。結(jié)論：1)時(shí)間常數(shù)其實(shí)不是不變的，它是被測(cè)溫度的函數(shù)，也就是說(shuō)，某一測(cè)溫元件的時(shí)間常數(shù)不過(guò)指這一測(cè)溫元件在某一溫度地區(qū)內(nèi)的時(shí)間常數(shù)。在高溫時(shí)，輻射對(duì)于測(cè)溫元件的熱傳導(dǎo)影響是很明顯的，這時(shí)測(cè)溫元件的時(shí)滯能夠變小。2)當(dāng)被測(cè)溫度的物體是流體時(shí)，流體的流速變化也會(huì)使時(shí)滯變化，如圖5—23所示。所以，要在流速無(wú)規(guī)律變化的流體中測(cè)量測(cè)溫元件的時(shí)間常數(shù)仿佛是不可能的?！?非接觸式溫度計(jì)工作原理：測(cè)定物體輻射能的方法測(cè)定溫度。它不與被測(cè)介質(zhì)接觸，不會(huì)破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)，動(dòng)向響應(yīng)好，所以可用于測(cè)量非穩(wěn)態(tài)熱力過(guò)程的溫度值。依據(jù)普朗克定律，絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度為T(mén)≤3000K用維恩(Vien)公式Cl＝3.68×10-16W/m2為普朗克第一輻射常量；C2＝1.438×10-2m·K為普朗克第二輻射常量；λ為波長(zhǎng)(m)；T為黑體的熱力學(xué)溫度(K)一、單色輻射式光學(xué)高溫計(jì)原理：利用亮度比較取代輻射強(qiáng)度比較進(jìn)行測(cè)溫的。因?yàn)槲矬w的溫度高于700℃時(shí)就會(huì)明顯地發(fā)出可見(jiàn)光，并擁有必定的亮度，其單色亮度與單色輻射強(qiáng)度成正比，代人維恩公式Ts為黑體的溫度灰體為灰體的亮度，為灰體單色輻射強(qiáng)度，為物體的單色灰度，T為灰體的溫度灰體黑體的亮度與灰體的亮度相等時(shí)0＜ελ＜1，所以：Ts＜T。需要依據(jù)物體表面的ελ灰度用上式加以修正1．燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)特點(diǎn)：燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)是一種典型的單色輻射光學(xué)高溫計(jì)，在所有的輻射式溫度計(jì)中，它的精度最高，因此可用作復(fù)現(xiàn)黃金凝結(jié)點(diǎn)溫度以上的國(guó)際適用溫標(biāo)。圖27為隱絲式光學(xué)高溫計(jì)原理圖。它是將被測(cè)物單色輻射亮度與一個(gè)可調(diào)電流的溫度燈的亮度進(jìn)行比較，每一個(gè)電流對(duì)應(yīng)的燈絲溫度是已知的，假如二者的亮度相同，則燈絲輪廓就隱滅于被測(cè)物體的影像中(圖28c)。電流的讀數(shù)用溫度直接刻度，此溫度即為物體的亮度溫度，再依據(jù)圖5—26求出物體的真切溫度。各種物體的單色黑度系數(shù)可從有關(guān)資猜中查得。2．光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)采用光電器件作為敏感元件感覺(jué)輻射源的亮度變化，并將其變換成與亮度成比率的電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)電子放大器放大后被自動(dòng)記錄下來(lái)作為被測(cè)物體的溫度值。圖29為光電高溫計(jì)原理圖。工作過(guò)程：被測(cè)物體2發(fā)射的輻射能量由物鏡3聚焦，經(jīng)過(guò)光闌4和遮光板8上的孔9，透過(guò)安裝在遮光板內(nèi)的紅色濾光片(圖上未示)射至光電器件(硅光電池)12上，由對(duì)準(zhǔn)透鏡6、反射鏡5和觀察孔7構(gòu)成對(duì)準(zhǔn)觀察系統(tǒng)，使被測(cè)物體發(fā)出的光束蓋滿孔9。從反應(yīng)燈11發(fā)出的輻射能量，經(jīng)過(guò)遮光板8上的孔10并透過(guò)同一塊紅色濾光片，也投射到同一光電器件上。在遮光板8前面擱置光調(diào)制器，光調(diào)制器的勵(lì)磁繞組17通以50Hz交流電，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)與永久磁鋼16相互作用，使調(diào)制片15產(chǎn)生50Hz的機(jī)械振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)一只圓盤(pán)，交替地打開(kāi)和遮住孔9和10，使被測(cè)物體和反應(yīng)燈的輻射能量交替地投射到光電器件12上。當(dāng)兩輻射能量不相等時(shí)，光電器件就產(chǎn)生一個(gè)脈沖光電流I，它與這兩個(gè)單色輻射能量之差成比率。當(dāng)I的數(shù)值經(jīng)過(guò)放大器負(fù)反應(yīng)，使反應(yīng)燈的亮度與被測(cè)物體的亮度相等時(shí)，脈沖光電流為零。電子電位差計(jì)I用來(lái)自動(dòng)指示和記錄光電流I的數(shù)值，其刻度用溫度值表示。二、全輻射高溫計(jì)原理：借助于測(cè)量物體所有輻射能來(lái)確定物體溫度的。＝5.6669×10-8W／(m2．K)。當(dāng)某個(gè)基準(zhǔn)溫度T1下的黑體輻射能（E0）1為已知時(shí)，測(cè)量未知溫度T的黑體輻射能E0蒂芬—玻耳茲曼公式所測(cè)物體為灰度為ε的灰體時(shí)，其溫度可修正三、比色高溫計(jì)原理：比色高溫計(jì)是利用兩種不同波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度的比值來(lái)測(cè)量溫度的，所以又稱雙色高溫計(jì)。特點(diǎn)：對(duì)于黑體有ελ1＝ελ2＝1，灰體有ελ1＝ελ2，此時(shí)都有P＝0。所以，用雙色高溫計(jì)測(cè)定灰體時(shí)，其溫度測(cè)定值與相同輻射強(qiáng)度比的黑體溫度相等，故無(wú)需修正。單色輻射率為ελ物體的單色輻射強(qiáng)度兩個(gè)單色波長(zhǎng)為λ1和λ2的同溫度的輻射強(qiáng)度之比三、比色高溫計(jì)1.單通道光電比色高溫計(jì)圖5—33為單通道光電比色高溫計(jì)的原理圖。被測(cè)物體的輻射能經(jīng)物鏡組1聚焦，經(jīng)過(guò)通孔成像鏡2被硅光電池接受器5接受。同步電動(dòng)機(jī)4帶動(dòng)調(diào)制盤(pán)3轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)上裝有兩種不同顏色的濾光片，交替經(jīng)過(guò)兩種波長(zhǎng)的光，使接受器5輸出兩個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)。對(duì)被測(cè)對(duì)象的對(duì)準(zhǔn)由反射鏡8、倒像鏡7和目鏡6來(lái)實(shí)現(xiàn)。為使光電池工作穩(wěn)固，將其安裝在一恒溫容器內(nèi)，容器溫度由光電池恒溫電路自動(dòng)控制。2．雙通道比色高溫計(jì)圖5—34為雙通道比色高溫計(jì)原理圖。它采用分光鏡把輻射能分紅不同波長(zhǎng)的兩路，即紅外光透過(guò)分光鏡7投射到硅光電池6上；可見(jiàn)光則被分光鏡反射到另一光電池10上。利用兩個(gè)硅光電池輸出信號(hào)的差值，即可求得被測(cè)物體的比色溫度值。四、紅外測(cè)溫儀當(dāng)被測(cè)物體的溫度低于700℃時(shí)，不會(huì)明顯地發(fā)出可見(jiàn)光，難以使用輻射式溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫。需要用紅外敏感元件來(lái)檢測(cè)。圖5—35為紅外測(cè)溫儀的工作原理圖，它和光電高溫計(jì)的工作原理相像，為光學(xué)反應(yīng)式結(jié)構(gòu)。被測(cè)物體S和參照源R的紅外輻射經(jīng)調(diào)制盤(pán)T調(diào)制后輸至紅外探測(cè)器D。調(diào)制盤(pán)T由同步電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)，探測(cè)器D的輸出電信號(hào)經(jīng)放大器A和相敏整流器K后送至控制放大器C，控制參照源的輻射強(qiáng)度。當(dāng)參照源和被測(cè)物體的輻射強(qiáng)度一致時(shí)，參照源的加熱電流即代表被測(cè)溫度。熱像儀是利用紅外掃描原理來(lái)測(cè)量物體表面溫度分布的，它攝入來(lái)自被測(cè)物體各部分射向儀器的紅外輻射通量的分布，利用紅外探測(cè)器水平掃描和垂直掃描，次序地直接測(cè)量被測(cè)物體各部發(fā)散射出的紅外輻射，綜合起來(lái)就獲取物體發(fā)射的紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖或稱為溫度場(chǎng)圖。一、氣體溫度計(jì)1.氣體溫度計(jì)的基本源理原理:依據(jù)熱力學(xué)原理，理想氣體狀態(tài)方程.種類：定容氣體溫度計(jì)、定壓氣體溫度計(jì)和測(cè)溫泡定溫氣體溫度計(jì)。因?yàn)槎▔旱姆椒y(cè)量體積比較困難，定溫法合用于高溫，而在低溫時(shí)，氣體分子吸附作用的影響不大，定容技術(shù)上又要求簡(jiǎn)單，并且有較高的敏捷度，所以低溫氣體溫度計(jì)大多半采用定容法?！?氣體溫度計(jì)定容氣體溫度計(jì)：由測(cè)溫泡、一根熱導(dǎo)率小的德銀毛細(xì)管和壓力表構(gòu)成。其原理圖如圖5—36所示。平時(shí)，測(cè)溫泡用銅制作，體積約幾十㎝3，設(shè)其體積為VB。壓力表(能夠用水銀壓力計(jì)，也能夠用彈簧壓力表)的容積為VM，測(cè)溫泡和壓力表之間平時(shí)用一根外徑為0.5mm、內(nèi)徑為0.3mm的德銀(或不銹鋼)毛細(xì)管連結(jié)，其體積為Vd，Vd稱有害體積或死體積常數(shù)在兩個(gè)已知溫度下測(cè)出相應(yīng)的壓力值，其中一個(gè)選為室溫T0及T0下的充氣壓力P0，進(jìn)一步即可求得a、b，可算出所測(cè)得的某一壓力p下的溫泡溫度TVB為測(cè)溫泡容積；VM為室溫壓力計(jì)容積；T0為室溫；T為測(cè)溫泡的溫度；P為壓力計(jì)指示壓力；P0為充氣壓力。2.試驗(yàn)室用氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)圖為試驗(yàn)室用氣體溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)表示圖。從溫泡B內(nèi)引出德銀毛細(xì)管C，用環(huán)氧樹(shù)脂封接到玻璃毛細(xì)管G上，W和V用相同管徑(φ10mm)的玻璃管制作，W處的水銀面要盡量高，以減小VM，但不可以進(jìn)入玻璃管直徑有變化處，并且每次測(cè)量時(shí)要在同一地點(diǎn)(基準(zhǔn)O)上，從而保證測(cè)溫泡氣體體積的恒定。加一段玻璃毛細(xì)管的目的是為了能觀察有否水銀有時(shí)進(jìn)入毛細(xì)管中。水銀面的起落是靠向F充氣或減壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。N是一針尖閥，N前再加一個(gè)可控制水銀面高度的微調(diào)閥S。測(cè)溫泡受熱后，氣體能夠存在泡D中，使水銀面降到了以下。能夠經(jīng)過(guò)管V對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行抽空或充氣，跟著測(cè)溫泡溫度了而變化的氣體壓力戶由管V中水銀面相對(duì)于標(biāo)記O的高度讀出3.氣體溫度計(jì)的基本源理1）工作氣體的非理想性修正真切氣體的狀態(tài)方程式，即用無(wú)量級(jí)數(shù)或維里系數(shù)表示式表示充氣溫度或標(biāo)定溫度與待測(cè)溫度越湊近，值越小，氣體的非理想性惹起的偏差也越小。相同，溫度越低，壓力越高，產(chǎn)生的偏差也越大。B(T)和C(T)分別是第二、三維里系數(shù)，是溫度的函數(shù)，可由試驗(yàn)測(cè)定。在室溫下充氣，T=Ts，充氣壓力為Ps當(dāng)VM≤VB、T0≥T氣體非理想性惹起的溫度偏差2）毛細(xì)管體積修正因?yàn)槊?xì)管的上部處于室溫中，它的體積能夠認(rèn)為已包含在VM中，但它的溫度從室溫到低溫變化很大，要正確計(jì)算這段毛細(xì)管惹起的偏差是十分困難的。一般假定這段毛細(xì)管各部分的溫度均等于測(cè)溫泡的溫度，則由毛細(xì)管惹起的最大溫度偏差為從上式可知，若要求溫度計(jì)的正確度高于1％，則當(dāng)毛細(xì)管內(nèi)徑為0.5mm，長(zhǎng)50cm(VC＝0.1cm3)時(shí)，測(cè)溫泡的體積應(yīng)大于10cm3。在使用時(shí)還要注意，毛細(xì)管的溫度不該比溫泡低，不然大多半氣體