汽車試驗學(xué)溫度測量

汽車試驗學(xué)溫度測量第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內(nèi)容基本概念穩(wěn)態(tài)溫度的測量瞬態(tài)溫度測量零部件溫度的測量第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1基本概念6.1.1溫度溫度的微觀概念是表示構(gòu)成物體的大量分子運(yùn)動的平均強(qiáng)度。分子運(yùn)動愈激烈其溫度越高。溫度的宏觀概念是建立在熱平衡的基礎(chǔ)上，表示物體的冷熱程度。溫度是表征物體或系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的量度標(biāo)志。6.1.2溫標(biāo)1.經(jīng)驗溫標(biāo)經(jīng)驗溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。2．熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上。3．國際實用溫標(biāo)為使溫標(biāo)更易于實施及準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，1927年國際計量大會決定采用國際實用溫標(biāo)。第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1基本概念6.1.3測溫方法分類1.接觸法接觸法是基于熱平衡原理，測溫敏感元件(傳感器)直接與被測物體接觸，在足夠長時間內(nèi)，使敏感元件與被測點達(dá)到熱平衡，通過測量敏感元件與溫度有關(guān)的特性(如熱膨脹、電阻值、熱電交換、熱輻射等)參數(shù)，從而實現(xiàn)溫度測量。2．非接觸法測溫敏感元件不直接與被測物體相接觸，而利用物體的熱輻射或其他特性(如聲學(xué)特性)，通過對輻射能量的檢測而實現(xiàn)溫度測量。第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.1膨脹式溫度計1.玻璃管式液體溫度計玻璃管式溫度計是最普通的膨脹式溫度計。2．壓力式溫度計壓力式溫度計是由溫包、毛細(xì)管和彈簧管所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)和傳動指示機(jī)構(gòu)組成。密閉系統(tǒng)內(nèi)充注的不可壓縮流體或可揮發(fā)性液體。測量時，感溫包置于被測流體中，當(dāng)溫度發(fā)生變化，密閉系統(tǒng)內(nèi)流體體積膨脹或蒸汽壓力變化，由于彈簧管的截面為橢圓形，其長軸和短軸方向截面受力不均，因而彈簧管發(fā)生變形，由連桿機(jī)構(gòu)帶動指針偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)溫度測量。3．雙金屬溫度計雙金屬溫度計是利用線脹系數(shù)不同的兩種金屬構(gòu)成的金屬片作為感溫元件。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，兩種金屬的膨脹不同，雙金屬片產(chǎn)生于被測溫度成正比的變形，其偏轉(zhuǎn)角即反應(yīng)被測溫度的大小。第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.2電阻式溫度計電阻式溫度計又稱熱電式溫度計，它是利用金屬電阻或半導(dǎo)體熱敏電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。1.金屬絲溫度計由物理學(xué)可知，一般金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，即電阻值隨溫度的升高而增加。2．熱敏電阻溫度計熱敏電阻是多種金屬氧化物混合體(如錳、銅、鐵、鎳等)按一定比例混合熔燒而成。熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.3熱電偶式溫度計1.結(jié)構(gòu)及型式熱電偶是由熱電極、絕緣體、保護(hù)套管及接線盒組成。熱電偶接點的安裝型式有：露頭型、絕緣型和接地型。

2．安裝要求為了減小測量誤差，熱電偶在安裝時，測溫元件應(yīng)與被測介質(zhì)形成逆流。若不能采用逆流，可采用迎著被測介質(zhì)流向斜插，至少與被測介質(zhì)正交，盡量避免形成順流。另外，在測溫元件插入處附近的管道或容器壁外要有足夠的絕緣層。第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.3熱電偶式溫度計3.特殊熱電偶1)高溫?zé)犭娕?)抽氣式熱電偶3)快速消耗型熱電偶第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.3熱電偶式溫度計4.標(biāo)定1)靜態(tài)標(biāo)定2)動態(tài)標(biāo)定第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測量6.2.4溫度測量誤差分析1.熱輻射引起的誤差2.熱傳導(dǎo)引起的誤差3.高速氣流滯止引起的速度誤差第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3瞬態(tài)溫度測量6.3.1輻射測溫的基本原理任何高于絕對零度(-273.15℃)的物體總是以一定的電磁波波長向外輻射能量，能量的強(qiáng)度取決于物體的溫度。通過計算已知波長上發(fā)射的輻射能，便可獲取物體的溫度。1.普朗克定律與維恩公式普朗克定律表示出不同溫度下，黑體的單色輻射強(qiáng)度與波長之間的關(guān)系.2.斯蒂芬—波爾茲曼公式(四次方定律)普朗克公式僅表示出黑體單色輻射強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律，而關(guān)于黑體的全輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，可由斯蒂芬—玻爾茲曼定律確定，即單色輻射強(qiáng)度在熱輻射全部波長范圍內(nèi)積分。第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3瞬態(tài)溫度測量6.3.2部分輻射溫度計部分輻射溫度計是通過濾光片及傳感元件有選擇的測試物體在某狹窄波段范圍內(nèi)發(fā)出的單色輻射能，并由此來確定物體的表面溫度1.單色亮度溫度計單色亮度溫度計是利用亮度比較取代輻射強(qiáng)度。當(dāng)物體的溫度高于700℃時就會明顯發(fā)出可見光，并具一定亮度，其單色亮度與單色輻射強(qiáng)度成正比。2.比色式溫度計比色溫度計是利用兩種不同波長的輻射強(qiáng)度的比值來測量溫度，故又稱雙色高溫計。第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3瞬態(tài)溫度測量6.3.2部分輻射溫度計第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3瞬態(tài)溫度測量6.3.3全輻射溫度計全輻射溫度計是在整個光譜范圍內(nèi)測量被測表面的輻射量。根據(jù)四次方定律，對于發(fā)射率為的物體其全輻射強(qiáng)度為只要測量出被測物體的全部輻射能，就可得到物體的溫度。第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3瞬態(tài)溫度測量6.3.4紅外測溫儀

輻射式溫度計在(0-700℃)此溫度段內(nèi)，物體所發(fā)出的輻射能不再是可見光而全是紅外輻射，故需要利用個紅外探測器(熱敏電阻、熱電偶或光電池等)來檢測。圖6.22為紅外測溫儀的典型系統(tǒng)框圖。當(dāng)被測物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后照射到紅外探測器上,并轉(zhuǎn)換成電信號,再通過放大電路、補(bǔ)償電路及線性處理后，在顯示終端顯示被測溫度值。第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4零部件溫度的測量6.4.1電測法

1．熱電偶法根據(jù)溫度信號的引出方式不同，熱電偶法又可以分為接觸法和引線法兩種。1)引線法引線法是在連桿的基礎(chǔ)上采用附屬機(jī)構(gòu)將熱電偶導(dǎo)線引出缸體外，

并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4零部件溫度的測量6.4.1電測法2)接觸法對于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)若采用引線法測量，難以保證熱電偶導(dǎo)線長期工作的可靠性，因而通常采用接觸法。觸點是接觸法的關(guān)鍵元件，其好壞及使用壽命直接影響測量結(jié)果的正確與否。圖6.25示出了該三種觸點裝置的安裝示意圖。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4零部件溫度的測量6.4.1電測法2．紅外遙感法紅外遙感測量系統(tǒng)是一種將熱電偶信號轉(zhuǎn)換成電信號通過紅外遙感裝置輸出缸外的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強(qiáng),，是比較理想的內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測試系統(tǒng)。工作原理是，在活塞預(yù)測部位布置好熱電偶，通過熱電偶將測點的溫度信號轉(zhuǎn)變成電壓信號,再用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器使之轉(zhuǎn)變成為頻率信號，頻率信號驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)送紅外光脈沖。接收端的光敏三極管接收紅外光脈沖，經(jīng)反變換之后，通過接收器記錄的電壓值反映出測點的溫度值，并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4零部件溫度的測量6.4.2非電測法1．易熔合金法該方法是利用某種給定成分的合金其熔點一定的特性實現(xiàn)零部件的溫度測量。該方法操作簡便，但由于需要事先估計被測零件的溫度，因而往往需要多次才能測得溫度。另外，易熔合金法需要在被測零件上鉆若干小孔，從而影響了零件的強(qiáng)度和溫度變化。2．硬度塞法該方法是利用金屬材料的硬度變化來確定對應(yīng)溫度的方法。即運(yùn)用淬火后金屬材料的硬度隨回火溫度的升高、硬度值降低這一特性。硬度塞法是測量發(fā)動機(jī)溫度場是一種方便實用的方法,硬度塞加工容易、安裝簡便、成本較低。缺點是只限定于某一工況下的溫度，且測溫時間較長，精度不高。但在只需了解零件溫度的粗略值時，尤其在活塞溫度場的測量中，該方法經(jīng)常采用。第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4零部件溫度的測量6.4.2非電測法3．示溫涂料法該方法是利用示溫涂料的顏色隨溫度變化的特性進(jìn)行測溫。示溫涂料是由粘結(jié)劑和變色劑組成。粘結(jié)劑起固定作用。變色劑起檢測作用，其顏色隨溫