傳感器與檢測(cè)技術(shù)（第5版） 課件匯 徐科軍 第6-10章 溫度檢測(cè)-自動(dòng)檢測(cè)的共性技術(shù)及新發(fā)展

傳感器與檢測(cè)技術(shù)

6.1概述6.1.1溫度的基本概念和測(cè)量方法6.1.2溫標(biāo)6.1.1溫度的基本概念和測(cè)量方法反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過(guò)程相聯(lián)系。

溫度概念的建立及測(cè)量：以熱平衡為基礎(chǔ)的，

溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。測(cè)量方法：接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸，經(jīng)過(guò)換熱后兩者溫度相等。常用的接觸式測(cè)溫儀表：

(1)膨脹式溫度計(jì)。

(2)熱電阻溫度計(jì)。

(3)熱電偶溫度計(jì)。

(4)其他原理的溫度計(jì)。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠，測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：由于敏感元件必須與被測(cè)對(duì)象接觸，在接觸過(guò)程中就可能破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，從而造成測(cè)量誤差。有的測(cè)溫元件不能和被測(cè)對(duì)象充分接觸，不能達(dá)到充分的熱平衡，使測(cè)溫元件和被測(cè)對(duì)象溫度不一致，也會(huì)帶來(lái)誤差。在接觸過(guò)程中，介質(zhì)腐蝕性，高溫時(shí)對(duì)測(cè)溫元件的影響，影響測(cè)溫元件的可靠性和工作壽命。

非接觸測(cè)溫

溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來(lái)推算被測(cè)物體的溫度。常用的非接觸式測(cè)溫儀表：

(1)輻射式溫度計(jì)：基于普朗克定理 光電高溫計(jì)，輻射傳感器，比色溫度計(jì)。

(2)光纖式溫度計(jì)：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。 光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：不與被測(cè)物體接觸，不破壞原有的溫度場(chǎng)，在被測(cè)物體為運(yùn)動(dòng)物體時(shí)尤為適用。缺點(diǎn)：精度一般不高。6.1概述6.1.1溫度的基本概念和測(cè)量方法6.1.2溫標(biāo)6.1.2溫標(biāo)溫度標(biāo)尺建立溫標(biāo)必須具備三個(gè)條件：

(1)固定的溫度點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）

(2)測(cè)溫儀器（確定測(cè)溫質(zhì)和測(cè)溫量）

(3)溫標(biāo)方程（內(nèi)插公式）溫度標(biāo)尺(1)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)(2)熱力學(xué)溫標(biāo)

(3)國(guó)際溫標(biāo)(4)1990年國(guó)際溫標(biāo)(1)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)

由特定的測(cè)溫質(zhì)和測(cè)溫量所確定的溫標(biāo)華氏溫標(biāo)

1714年德國(guó)人華倫海特(Fahrenheit)在沸點(diǎn)和冰點(diǎn)之間等分為180份，每份為華氏1度(10F)。攝氏溫標(biāo)

1742年瑞典人攝爾塞斯(Celsius)規(guī)定水的冰點(diǎn)沸點(diǎn)之間等分為100份，每份為1度(10C)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)是借助于一些物質(zhì)的物理量與溫度之間的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法得到的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定溫度值的標(biāo)尺，因此有局限性和任意性。(2)熱力學(xué)溫標(biāo)1848年物理學(xué)家開(kāi)爾文(Kelvin)首先提出 確定的溫度數(shù)值：熱力學(xué)溫度，絕對(duì)溫度，用符號(hào)T表示，單位為開(kāi)爾文，用K表示。熱力學(xué)溫度的起點(diǎn)為絕對(duì)零度，所以它不可能為負(fù)值，且冰點(diǎn)是273.15K，沸點(diǎn)是373.15K。請(qǐng)注意水的冰點(diǎn)和三相點(diǎn)是不一樣的，兩者相差0.01K。(3)國(guó)際溫標(biāo)

1927年國(guó)際溫標(biāo)(ITS-27) 1927年第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用

具有3個(gè)基本特點(diǎn)： ①盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo); ②復(fù)顯精度高并能確保量值的統(tǒng)一； ③用以復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便，性能穩(wěn)定。

國(guó)際溫標(biāo)經(jīng)過(guò)幾次修改：

1948年國(guó)際溫標(biāo)(ITS－48)，1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS－68)，1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS－90)(4)1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS－90)根據(jù)第18屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)的決議， 自1990年1月1日起開(kāi)始在全世界實(shí)行 我國(guó)：自1994年1月1日開(kāi)始全面實(shí)施

90國(guó)際溫標(biāo)主要有三方面內(nèi)容： ①溫度單位 ②定義固定溫度點(diǎn) ③復(fù)現(xiàn)固定溫度點(diǎn)的方法①溫度單位符號(hào)：T，單位為開(kāi)爾文(K)，K的定義為水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16。用與冰點(diǎn)273.15K的差值表示的熱力學(xué)溫度稱為攝氏溫度，符號(hào)為t，單位為度(0C)，即t=T-273.15，并有10C=1K。攝氏度(0C)是由國(guó)際溫標(biāo)重新定義的，是以熱力學(xué)溫標(biāo)為基礎(chǔ)的。

90國(guó)際溫標(biāo)定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度T90和國(guó)際攝氏度t90，其間關(guān)系如同T和t一樣，即

t90=T90-273.15②定義固定溫度點(diǎn)90國(guó)際溫標(biāo)的定義固定溫度點(diǎn)是利用一系列純物質(zhì)各相間可復(fù)現(xiàn)的平衡狀態(tài)或蒸汽壓所建立起來(lái)的特征溫度點(diǎn)。這些特征溫度點(diǎn)的溫度指定值是由國(guó)際上公認(rèn)的最佳測(cè)量手段測(cè)定的。③復(fù)現(xiàn)固定溫度點(diǎn)的方法90國(guó)際溫標(biāo)把溫度分為4個(gè)溫區(qū)，各個(gè)溫區(qū)的范圍、使用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀器分別為：0.65～5.0K間為3He或4He蒸汽壓溫度計(jì)；3.0～24.5561K間為3He或4He定容氣體溫度計(jì)；13.8033K～961.780C間為鉑電阻溫度計(jì)；961.780C以上為光學(xué)或光電高溫計(jì)。在水的冰點(diǎn)以上的溫度使用攝氏度單位(0C)，在冰點(diǎn)以下的溫度使用熱力學(xué)溫度單位(K)。Endthe6.16.2熱電阻式傳感器6.2.1金屬熱電阻6.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻6.2.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用6.2.1金屬熱電阻熱電阻＝電阻體（最主要部分）＋絕緣套管＋接線盒作為熱電阻的材料要求： 電阻溫度系數(shù)要大，以提高熱電阻的靈敏度； 電阻率盡可能大，以便減小電阻體尺寸； 熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度； 在測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能； 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性； 應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅1.常用熱電阻鉑熱電阻 主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。銅熱電阻 測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，測(cè)量范圍一般為―50～150℃。⑴鉑熱電阻長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4K，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)百度電阻比W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）≥1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）＝1.3930，工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為1.387～1.390。

鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系，即特性方程如下：當(dāng)溫度t在－200℃≤t≤0℃時(shí)：當(dāng)溫度t在0℃≤t≤650℃時(shí)：國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W（100）≥1.391，R0分為50Ω和100Ω兩種，分度號(hào)分別為Pt50和Pt100，其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系）⑵銅熱電阻應(yīng)用：測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合 測(cè)量范圍：―50～150℃優(yōu)點(diǎn)： 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺點(diǎn)： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測(cè)量和沒(méi)有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。 與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為關(guān)系是線性的工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的R0按國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取50Ω和100Ω兩種，分度號(hào)分別為Cu50和Cu100，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。2.熱電阻的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)1-保護(hù)套管，2-熱電阻，3-內(nèi)引線，4-絕緣材料6.2熱電阻式傳感器6.2.1金屬熱電阻6.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻6.2.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用6.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)：

(1)熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（4～9倍）

(2)電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測(cè)量點(diǎn)溫、表面溫度及快速變化的溫度。

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。熱敏電阻分類：正溫度系數(shù)(PTC)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻典型特性PTC熱敏電阻－正溫度系數(shù)鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成用途：彩電消磁，各種電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。CTR熱敏電阻－負(fù)溫度系數(shù) 以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成用途：溫度開(kāi)關(guān)。NTC熱敏電阻－很高的負(fù)電阻溫度系數(shù) 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過(guò)渡金屬氧化物混合燒結(jié)而成應(yīng)用：點(diǎn)溫、表面溫度、溫差、溫場(chǎng)等測(cè)量自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償線路NTC熱敏電阻熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的線性化熱敏電阻的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：熱敏探頭、引線、殼體二端和三端器件：為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路獲得功率；四端器件：旁熱式熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式熱敏電阻的主要特性⑴溫度特性⑵伏安特性⑴溫度特性NTC型熱敏電阻，在較小的溫度范圍內(nèi)，電阻-溫度特性式中RT,R0——熱敏電阻在絕對(duì)溫度T，T0時(shí)的阻值()；

T0,T——介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（K）；

t0,t——介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（℃）；

B——熱敏電阻材料常數(shù)，一般為2000～6000K，其大小取決于熱敏電阻的材料。若已知兩個(gè)電阻值以及相應(yīng)的溫度值，就可求得B值。一般取20℃和100℃時(shí)的電阻R20

和R100計(jì)算B值，即將T=373K，T0=293K代入上式，則將B值及R0=R20

代入式就確定了熱敏電阻的溫度特性:

B和α值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度很高。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量⑵伏安特性在穩(wěn)態(tài)情況下，通過(guò)熱敏電阻的電流I與其兩端的電壓U之間的關(guān)系，伏安特性當(dāng)流過(guò)熱敏電阻的電流很小時(shí):不足以使之加熱。電阻值只決定于環(huán)境溫度，伏安特性是直線，遵循歐姆定律。主要用來(lái)測(cè)溫。當(dāng)電流增大到一定值時(shí)：流過(guò)熱敏電阻的電流使之加熱，本身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻特性。因電阻減小，即使電流增大，端電壓反而下降。其所能升高的溫度與環(huán)境條件(周圍介質(zhì)溫度及散熱條件)有關(guān)。當(dāng)電流和周圍介質(zhì)溫度一定時(shí)，熱敏電阻的電阻值取決于介質(zhì)的流速、流量、密度等散熱條件?？捎盟鼇?lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度。熱敏電阻的主要參數(shù)⑴標(biāo)稱電阻值RH

在環(huán)境溫度為25±0.2℃時(shí)測(cè)得的電阻值，又稱冷電阻。其大小取決于熱敏電阻的材料和幾何尺寸。⑵耗散系數(shù)H

指熱敏電阻的溫度與周圍介質(zhì)的溫度相差1℃時(shí)熱敏電阻所耗散的功率，單位為mW/℃；⑶熱容量C

熱敏電阻的溫度變化1℃所需吸收或釋放的熱量，單位為J／℃；⑷能量靈敏度G

（W）使熱敏電阻的阻值變化1％所需耗散的功率。⑸

時(shí)間常數(shù)τ

溫度為T0的熱敏電阻突然置于溫度為T的介質(zhì)中，熱敏電阻的溫度增量ΔT=0.63(T－T0)時(shí)所需的時(shí)間。⑹額定功率PE

在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)使用所允許的耗散功率，單位為W。在實(shí)際使用時(shí)，熱敏電阻所消耗的功率不得超過(guò)額定功率

熱敏電阻的線性化可通過(guò)在熱敏電阻上串并聯(lián)固定電阻，作成組合式元件來(lái)代替單個(gè)熱敏元件，使組合式元件電路特性參數(shù)保持一致并獲得一定程度的線性特性。6.2熱電阻式傳感器6.2.1金屬熱電阻6.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻6.2.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用

6.2.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用1、金屬熱電阻傳感器

－200～+500℃范圍的溫度測(cè)量特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器

應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測(cè)量、液面指示等。1、金屬熱電阻傳感器工業(yè)廣泛使用，－200～+500℃范圍溫度測(cè)量。在特殊情況下，測(cè)量的低溫端可達(dá)3.4K，甚至更低，1K左右。高溫端可測(cè)到1000℃。溫度測(cè)量的特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。傳感器的測(cè)量電路：經(jīng)常使用電橋、精度較高的是自動(dòng)電橋。為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差，常采用三線制和四線制連接法。三線制熱電阻測(cè)溫電橋的三線制接法工業(yè)用熱電阻一般采用三線制G——檢流計(jì)，R1，R2，R3——固定電阻，Ra——零位調(diào)節(jié)電阻，Rt——熱電阻四線制接法熱電阻測(cè)溫電橋的四線制接法精密測(cè)量中，采用四線制接法鉑測(cè)溫電阻傳感器鉑測(cè)溫電阻缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢、容易破損、難于測(cè)定狹窄位置的溫度?，F(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點(diǎn)的極細(xì)型鎧裝鉑測(cè)溫電阻，因而使應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。主要應(yīng)用：鋼鐵、石油化工的各種工藝過(guò)程；纖維等工業(yè)的熱處理工藝；食品工業(yè)的各種自動(dòng)裝置；空調(diào)、冷凍冷藏工業(yè)；宇航和航空、物化設(shè)備及恒溫槽金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用1—連通玻璃管2—流通玻璃管3—鉑絲（a）真空度測(cè)量方法對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感，實(shí)際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置。可測(cè)到133.322×10-5Pa。（b）可檢測(cè)管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變化2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器⑴溫度測(cè)量⑵溫度控制⑶溫度補(bǔ)償⑷流量測(cè)量⑴溫度測(cè)量熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì)⑵溫度控制簡(jiǎn)易溫度控制器⑶溫度補(bǔ)償儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電路金屬一般具有正的溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差⑷流量測(cè)量

利用熱敏電阻上的熱量消耗和介質(zhì)流速的關(guān)系可以測(cè)量流量、流速、風(fēng)速等

熱敏電阻流量計(jì)Endthe6.26.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.1熱電偶測(cè)溫原理熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路 當(dāng)兩個(gè)接觸端T﹥T0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)

熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)決定1.接觸電勢(shì)k——

玻耳茲曼常數(shù)；T——

接觸面的絕對(duì)溫度；e——

單位電荷量；NA——金屬電極A的自由電子密度NA——金屬電極B的自由電子密度接觸電勢(shì)帕爾帖電勢(shì)2.溫差電勢(shì)δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）3.熱電偶回路的總熱電勢(shì)熱電極A和B為同一種材料時(shí)，NA=NB,δA=δB， 則EAB(T,T0)=0。若熱電偶兩端處于同一溫度下，T=T0

， 則EAB(T,T0)=0。熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件： 一、兩種不同的金屬材料組成熱電偶， 二、它的兩端存在溫差。

熱電勢(shì)是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)T0=0℃時(shí)，f(T0)=c則有：E與T之間有唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此就可以用測(cè)量到的熱電勢(shì)E來(lái)得到對(duì)應(yīng)的溫度值T，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只是與導(dǎo)體A和B的材料有關(guān)，與冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長(zhǎng)短及兩導(dǎo)體接觸面積無(wú)關(guān)。6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.2熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律2.中間導(dǎo)體定律3.連接導(dǎo)體定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成，熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無(wú)關(guān)。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場(chǎng)中測(cè)溫時(shí)將造成測(cè)量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。2.中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間導(dǎo)體接入的影響。3.連接導(dǎo)體定律為在工業(yè)測(cè)量溫度中使用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論基礎(chǔ)。當(dāng)A與A’，B與B’材料分別相同時(shí)中間溫度定律例6.3.1用（S型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若參比端溫度T0=30℃，測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,Tn)=7.5mV，求測(cè)量端實(shí)際溫度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測(cè)量端實(shí)際溫度為830℃6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小得到熱端的溫度。熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償:

當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長(zhǎng)到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為０℃。幾種冷端處理方法：1.補(bǔ)償導(dǎo)線法2.熱電偶冷端溫度恒溫法3.計(jì)算修正法4.冷端補(bǔ)償電橋法1.補(bǔ)償導(dǎo)線法組成：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線功能：其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了電路成本。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種延長(zhǎng)形：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，用字母“Ｘ”附在熱電偶分度號(hào)后表示，補(bǔ)償型：其合金絲的名稱化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在100℃以下時(shí)與配用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，有字母“C”附在熱電偶分度號(hào)后表示，

補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色

補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯材料絕緣層著色正極負(fù)極SC或RC鉑銠10（鉑銠）-鉑SPC（銅）SNC（銅鎳）紅綠KC鎳鉻-鎳硅KPC（銅）KNC（銅鎳）紅藍(lán)KX鎳鉻-鎳硅KPX（銅鎳）KNX（鎳硅）紅黑NX鎳鉻硅-鎳硅NPS（銅鎳）NNX（鎳硅）紅灰EX鎳鉻-銅鎳EPX（鎳鉻）ENX（銅鎳）紅棕JX鐵-銅鎳JPX（鐵）JNX（銅鎳）紅紫TX銅-銅鎳TPX（銅）TNX（銅鎳）紅白使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)注意問(wèn)題：補(bǔ)償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（0~100℃）；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持溫度相同；不同型號(hào)的熱電偶配有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線由正、負(fù)極需分別與熱電偶正、負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是對(duì)熱電偶冷端延長(zhǎng)。2.計(jì)算修正法在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是0oC，而是環(huán)境溫度，這時(shí)測(cè)量出的回路熱電勢(shì)要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶分度表的要求。

可用室溫計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度值。3.熱電偶冷端溫度恒溫法（冰浴法）適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。4.冷端補(bǔ)償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值

6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶表6.3.2標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)熱電偶名稱分度號(hào)熱電極識(shí)別E（100,0）（mV）測(cè)溫范圍（℃）對(duì)分度表允許偏差（℃）新極性識(shí)別長(zhǎng)期短期等級(jí)使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃負(fù)亮白柔軟＞600±0.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470~13001600Ⅱ＜600±1.5℃負(fù)柔軟＞1100±0.25%t鉑銠30-鉑銠B正較硬0.0330~16001800Ⅲ600~900±4℃負(fù)稍軟＞800±0.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t負(fù)稍親磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t負(fù)稍親磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t負(fù)亮黃Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t銅-康銅T正紅色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t負(fù)銀白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t鐵-康銅J正親磁5.269-40~600750Ⅱ-40~750±2.5℃或±0.75%t負(fù)不親磁1.鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金 負(fù)極（SN）為純鉑，故俗稱為單鉑銠熱電偶。 長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)和使用壽命長(zhǎng)，物理化學(xué)性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染敏感，貴金屬材料昂貴，因此一次性投資較大。2.鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為0.5mm， 正極（BP）和負(fù)極（BN）的名義化學(xué)成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶。 長(zhǎng)期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等，適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸汽中；參比端不需進(jìn)行冷端補(bǔ)償，因?yàn)樵?～50℃范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3μV。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。3.鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其他熱電偶的總和 正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr=90:10， 負(fù)極（KN）的名義化學(xué)化學(xué)成分為Ni:Si=97:3。 其使用溫度為-200～1300℃。優(yōu)點(diǎn)：線性度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。K型熱電偶不能在高溫下直接用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。4.鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉價(jià)金屬熱電偶。 其正極（EP）為鎳鉻10合金，化學(xué)成分與KP相同，負(fù)極（EN）為銅鎳合金，名義化學(xué)成分為55%的銅、45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素。該熱電偶電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之最，宜制成熱電偶堆來(lái)測(cè)量微小溫度變化。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但不能在高溫下用于硫、還原性氣氛中。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系表6.3.3標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的特性熱電偶種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)B適于測(cè)量1000℃以上的高溫常溫下熱電動(dòng)勢(shì)極小，可不用補(bǔ)償導(dǎo)線抗氧化、耐化學(xué)腐蝕在中低溫領(lǐng)域熱電動(dòng)勢(shì)小，不能用于600℃以下靈敏度低熱電動(dòng)勢(shì)的線性不好R、S精度高、穩(wěn)定性好，不易劣化抗氧化、耐化學(xué)腐蝕可作標(biāo)準(zhǔn)靈敏度低不適用于還原性氣氛(尤其是H2、金屬蒸氣)熱電動(dòng)勢(shì)的線性不好價(jià)格高N熱電動(dòng)勢(shì)線性好1200℃以下抗氧化性能良好短程表序結(jié)構(gòu)變化影響小不適用于還原性氣氛同貴金屬勢(shì)電偶相比時(shí)效變化大K熱電動(dòng)勢(shì)線性好1000℃下抗氧化性能良好在廉金屬熱電偶中穩(wěn)定性更好不適用于還原性氣氛同貴金屬熱電偶相比時(shí)效變化大因短程有序結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生誤差E在現(xiàn)有的熱電偶中，靈敏度最高同J型相比，耐熱性能良好兩極非磁性不適用于還原性氣氛熱導(dǎo)率低具有微滯后現(xiàn)象J可用于還原性氣氛熱電動(dòng)勢(shì)較K型高20%左右鐵正極易生銹熱電特性漂移大T熱電動(dòng)勢(shì)線性好低溫特性好產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好可用于還原性氣氛使用溫度低銅正極易氧化熱傳導(dǎo)誤差大6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶名稱熱電極材料使用溫度范圍(℃)過(guò)熱使用溫度范圍(℃)特征正極負(fù)極鎢萊系Wre5、Wre3Wre26、Wre250～23003000適用于還原性、H2及惰性氣體。質(zhì)脆鉑銠系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh20300～15001100～160018001800在高溫下使用，熱電動(dòng)勢(shì)小，其它性能與R型相同銥銠系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh601100～20002100適用于真空、惰性氣體及微氧化性氣氛。質(zhì)脆鎳鉬系NiNiMo180～1280/可用于還原性氣氛，熱電動(dòng)勢(shì)大鈀鉑系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金0～11001300耐磨性能強(qiáng)，熱電動(dòng)勢(shì)的大小基本上與K型相同鎳鉻、金鐵以Ni-Cr為主的合金含0.07mo1%Fe的合金0～300K/20K以下熱電動(dòng)勢(shì)比較大，熱電動(dòng)勢(shì)的線性好銀金、金鐵含Au為0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金1～40K/熱電動(dòng)勢(shì)小，受磁場(chǎng)影響6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套管也是必不可少的。

1.普通型裝配式結(jié)構(gòu)

2.柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)1.普通型裝配式結(jié)構(gòu)（a）1—接線柱；2—接線座；3—絕緣套管；4—熱電極（b）1—測(cè)量端；2—熱電極；3絕緣套管；4—保護(hù)管；5—接線盒2.柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)測(cè)量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)合，耐壓、耐振、耐沖擊3.薄膜熱電偶熱電偶的接點(diǎn)可以做得很小，具有熱容量小，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，適用于微小面積上的表面溫度和快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量6.3熱電偶傳感器6.3.1熱電偶測(cè)溫原理6.3.2熱電偶的基本定律6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償6.3.4標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.5非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶6.3.6熱電偶結(jié)構(gòu)型式6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)6.3.7熱電偶安裝注意事項(xiàng)1.插入深度要求 測(cè)量端應(yīng)有足夠的插入深度，應(yīng)使保護(hù)套管的測(cè)量端超過(guò)管道中心線5~10mm。2.注意保溫 為防止傳導(dǎo)散熱產(chǎn)生測(cè)溫附加誤差，保護(hù)套管露在設(shè)備外部的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，并加保溫層。3.防止變形 應(yīng)盡量垂直安裝。在有流速的管道中必須傾斜安裝，若需水平安裝時(shí)，則應(yīng)有支架支撐。管道內(nèi)溫度測(cè)量熱電偶安裝示意圖6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用1.熱電偶非線性補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫硬件線性化原理框圖6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用2.熱電偶測(cè)溫應(yīng)用熱電偶測(cè)量單點(diǎn)溫度原理圖6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用2.熱電偶測(cè)溫應(yīng)用熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差原理圖6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用2.熱電偶測(cè)溫應(yīng)用熱電偶測(cè)量平均溫度原理圖6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用2.熱電偶測(cè)溫應(yīng)用單片熱電偶冷端補(bǔ)償電路應(yīng)用6.3.8熱電偶非線性補(bǔ)償與應(yīng)用2.熱電偶測(cè)溫應(yīng)用熱電偶爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)原理圖Endthe6.36.4非接觸式測(cè)溫

高溫測(cè)量中應(yīng)用最廣泛，主要應(yīng)用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。任何物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)，都會(huì)以一定波長(zhǎng)電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測(cè)溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。測(cè)量時(shí)，只需把溫度計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，而不必與物體接觸，因此可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并不會(huì)破壞物體的溫度場(chǎng)。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達(dá)到被測(cè)物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒(méi)有上限，可以測(cè)量高溫。非接觸測(cè)溫儀表分類：光學(xué)高溫計(jì)、輻射式溫度計(jì)6.4非接觸式測(cè)溫6.4.1熱輻射基本定理6.4.2光學(xué)高溫計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)6.4.1熱輻射基本定理

輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一

波長(zhǎng)范圍：10-3m～10-8m在低溫時(shí)，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短波方向移動(dòng)，在5000C左右時(shí)。輻射光譜包括了部分可見(jiàn)光；到8000C時(shí)可見(jiàn)光大大增加，即呈現(xiàn)“紅熱”；如果到30000C時(shí)，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現(xiàn)“白熱”。輻射測(cè)溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的“顏色”來(lái)大致判斷物體的溫度。輻射能的分配當(dāng)物體接受到輻射能量以后，根據(jù)物體本身的性質(zhì)，會(huì)發(fā)生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。Q—輻射能單位為焦耳(J)物體分類：

黑體（絕對(duì)黑體）： 照射到物體上的輻射能全部被吸收，既無(wú)反射也無(wú)透射。

透明體： 照射到物體上的輻射能全部透射過(guò)去，既無(wú)吸收又無(wú)反射。鏡體、白體： 照射到物體上的輻射能全部反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射具有一定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體”；若反射無(wú)一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對(duì)白體”或者簡(jiǎn)稱為“白體”。在自然界中黑體、白體和透明體都是不存在的。一般固體和液體的τ值很小或等于零，而氣體的τ值較大。對(duì)于一般工程材料來(lái)講，τ＝0而α+ρ=1，稱為灰體

從傳熱學(xué)角度看，可以人為制造黑體熱輻射的重要參數(shù)①輻射能Q

以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。②輻射能通量是輻射能隨時(shí)間的變化率，又稱輻射率：

其單位是瓦特(W)。③輻射強(qiáng)度I

在給定方向上的立體角單元內(nèi)，離開(kāi)點(diǎn)輻射源(或輻射源面單元)的輻射功率除以該立體角單元，稱為該方向上的輻射強(qiáng)度，其單位為瓦/球面度(W/sr)。熱輻射的重要參數(shù)④輻射出射度M

離開(kāi)輻射源表面一點(diǎn)處的面單元上的輻射能量除以該單元面積，稱為該點(diǎn)的輻射出射度，即

(6.4.2)

輻射出射度的單位為瓦/米2(W/m2)。⑤輻射亮度L和光譜輻射亮度表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度，除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱為該方向的輻射亮度L。輻射亮度實(shí)際上包括所有波長(zhǎng)的輻射能量。如果是輻射光譜中某一波長(zhǎng)的輻射能量則稱為在此波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度?；鶢柣舴蚨筛魑矬w的輻射出射度和吸收率的比值都相同，和物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，是物體的溫度和發(fā)射波長(zhǎng)的函數(shù)式中：M0(λ,T),M1(λ,T),M2(λ,T)―物體的單色(λ)輻射出射度；

α0(λ,T),α2(λ,T),α2(λ,T)―物體的單色(λ)吸收率。若物體A0絕對(duì)黑體，那么α0(λ,T)

，根據(jù)基氏定律物體的輻射出射度和吸收率之比等于絕對(duì)黑體在同樣的溫度下，相同波長(zhǎng)時(shí)的輻射出射度。這是基氏定律的另一種說(shuō)法。設(shè)M(λ,T)為物體A在波長(zhǎng)為λ

，溫度為T下的輻射出射度。式中，ε稱為物體A的單色輻射率，或稱為單色黑度系數(shù)。它表明了在一定的溫度和波長(zhǎng)下，物體A的輻射出射度與相同溫度和波長(zhǎng)下黑體的輻射出射度之比?；鶢柣舴蚨烧f(shuō)明，物體的輻射能力與它的吸收能力是相同的

在全波長(zhǎng)內(nèi)，任何物體的全輻射出射度等于單波長(zhǎng)的輻射出射度在全波長(zhǎng)內(nèi)的積分式中，A(T)－物體A在溫度T下的全吸收率，

M0(T)－黑體在溫度T下的全輻射出射度。基氏定律的積分形式為它表明了在一定的溫度T下，物體A的輻射出射度與相同溫度下黑體的輻射出射度之比。一般物體的εT<1，εT越接近1,表明它與黑體的輻射能力越接近。黑體輻射定律①普朗克定律(單色輻射強(qiáng)度定律)②維恩公式③斯蒂芬－波爾茲曼定律（全輻射強(qiáng)度定律，也稱為四次方定律）

①普朗克定律(單色輻射強(qiáng)度定律)溫度為T的單位面積元的絕對(duì)黑體，在半球面方向所輻射的波長(zhǎng)為的輻射出射度為式中，c―光速；

h―普朗克常數(shù)，6.626176×10-34J·s；

k―波爾茲曼常數(shù)，1.38066244×10-23J/K；

C1―第一輻射常數(shù)，＝3.7418×10-16W·m2；

C2―第二輻射常數(shù)，＝1.4388×10-12m·K；

T―絕對(duì)溫度。公式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是它對(duì)于低溫與高溫都是適用的

②維恩公式理論上說(shuō)明了黑體在各種溫度下能量波長(zhǎng)分布的規(guī)律公式簡(jiǎn)單，但是僅適用于不超過(guò)3000K的溫度范圍黑體的輻射本領(lǐng)是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，當(dāng)波長(zhǎng)一定時(shí)，黑體的輻射本領(lǐng)就僅僅是溫度的函數(shù)，即上式就是光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)測(cè)溫的理論根據(jù)

③斯蒂芬－波爾茲曼定律溫度為T的絕對(duì)黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射出射度與溫度T的四次方成正比。式中，σ―斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，5.66961×10-3W/(m2·K4)。上式就是輻射式溫度計(jì)測(cè)溫的理論根據(jù)。全輻射強(qiáng)度定律是單色輻射強(qiáng)度定律在全波長(zhǎng)內(nèi)積分的結(jié)果。6.4非接觸式測(cè)溫6.4.1熱輻射基本定理6.4.2光學(xué)高溫計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)6.4.2光學(xué)高溫計(jì)

精密光學(xué)高溫計(jì)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測(cè)試；

標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測(cè)定中使用。 光學(xué)高溫計(jì)可用來(lái)測(cè)量800～32000C的高溫。 由于采用用肉眼進(jìn)行色度比較，所以測(cè)量誤差與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。 光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過(guò)修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)分類隱絲式 利用調(diào)節(jié)電阻來(lái)改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏鳎?dāng)燈絲的亮度與被測(cè)物體的亮度一致時(shí)，燈泡的亮度就代表了被測(cè)物體的亮度溫度。恒定亮度式 利用減光楔來(lái)改變被測(cè)物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相等時(shí)，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。隱絲式光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)系統(tǒng) 紅色濾波片，造成一個(gè)較窄的有效波長(zhǎng) 吸收玻璃，目的是擴(kuò)展量程 目鏡和物鏡是一套光學(xué)系統(tǒng)電測(cè)系統(tǒng)包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。光學(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)輻射源 電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測(cè)量電路原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色濾波片；5－目鏡；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開(kāi)關(guān)；R1－刻線調(diào)整電阻亮度溫度

為了校正光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量非黑體的溫度比真實(shí)溫度偏低的偏差。定義：當(dāng)被測(cè)物體為非黑體，在同一波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度同絕對(duì)黑體的光譜輻射亮度相等時(shí)，則黑體的溫度稱為被測(cè)物體在波長(zhǎng)為時(shí)的亮度溫度。左邊為非黑體光譜輻射亮度，右邊為黑體的光譜輻射亮度根據(jù)維恩公式有對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)，并加以整理，得式中，ελT―被測(cè)物體在溫度為，波長(zhǎng)為時(shí)的單色黑度系數(shù)；

T―被測(cè)物體的真實(shí)溫度；

TL―被測(cè)物體的亮度溫度。已知物體的單色黑度系數(shù)，就可以通過(guò)亮度溫度求出物體的真實(shí)溫度。6.4非接觸式測(cè)溫6.4.1熱輻射基本定理6.4.2光學(xué)高溫計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是由人工操作來(lái)完成亮度平衡工作的，其測(cè)量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和記錄，當(dāng)被測(cè)溫度低于8000C時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無(wú)法進(jìn)行平衡。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)溫儀表。它采用新型的光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測(cè)量的目的。主要特點(diǎn)：①采用光敏電阻或者光電池作為感受輻射源的敏感元件來(lái)代替人眼的觀察；②采用一參考輻射源與被測(cè)物體進(jìn)行亮度比較，由光敏元件和電子放大器組成鑒別和調(diào)整環(huán)節(jié)，使參考輻射源在選定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的亮度自動(dòng)跟蹤被測(cè)物體的輻射亮度，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)即可得到測(cè)量值；③在平衡式測(cè)量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，參考輻射源選用鎢絲燈泡，能保持較高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度和連續(xù)測(cè)量的特性；④設(shè)計(jì)了手動(dòng)值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實(shí)溫度；⑤采用新型光敏元件，測(cè)量范圍寬，約為200～16000C。WDL-31型光電高溫計(jì)的工作原理1－物鏡；2－同步信號(hào)發(fā)生器；3－調(diào)制鏡；4－微電機(jī)；5－反光鏡；6－聚光鏡；7－參比燈；8－探測(cè)元件(1)瞄準(zhǔn)光路由物鏡對(duì)0.5m～處被測(cè)物體調(diào)焦成像在分劃板上。通過(guò)目鏡組可清晰地觀察到被測(cè)物體的瞄準(zhǔn)部位1－調(diào)制鏡；2－微電機(jī)；3－反光鏡；4－可變光闌；5－聚光鏡組；6－參比燈；7-目鏡組8、9-保護(hù)窗；10－物鏡；11-入射光瞳；12-衰減玻璃；13－探測(cè)元件；14-濾光片；15-保護(hù)光闌；16-分劃板；17－透鏡玻璃；18-出射光闌；19-保護(hù)玻璃(2)檢測(cè)光路物鏡將被測(cè)物體的輻射能量會(huì)聚，經(jīng)過(guò)衰減玻璃及與物鏡光軸成450角的調(diào)制鏡的反射，進(jìn)入視場(chǎng)光闌孔中，由探測(cè)元件接收。(3)參比光路參比燈輻射的能量經(jīng)聚光燈組會(huì)聚后，通過(guò)可變光闌，由反射鏡反射，再穿過(guò)調(diào)制鏡葉片的空間，進(jìn)入視場(chǎng)光闌孔中，經(jīng)濾波片也由探測(cè)元件接收。 隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制鏡，對(duì)兩路輻射通量作切換調(diào)制，使其交替被探測(cè)元件接收。 在參比光路中的可變光闌用作黑度系數(shù)的手動(dòng)修正。

儀器的工作光譜范圍由光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)元件決定。 量程范圍在400～8000C及以下各量程，采用硫化鉛光敏電阻作探測(cè)元件，并配合鍺濾光片。光譜范圍短限由鍺濾光片確定，長(zhǎng)限由光學(xué)玻璃材質(zhì)的物鏡確定，約在1.8～2.7。峰值由探測(cè)元件確定，約為2.5。 量程范圍600～10000C及以上各量程，采用硅光電池作探測(cè)元件，并配合HB850有色玻璃濾光片。光譜范圍的短限也由濾光片確定，長(zhǎng)限和峰值由探測(cè)元件確定。光譜范圍約在0.8～1.1，峰值約為0.95，均在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 儀器的量程范圍用光學(xué)衰減的方式改變。 各種量程都保持參比燈工作電流在某一固定范圍內(nèi)變化，即在量程上限時(shí)工作電流不超過(guò)250mA。 對(duì)于低溫量程，將參比燈的輻射能量衰減； 對(duì)于高溫量程，則將被測(cè)輻射能量進(jìn)行衰減。 探測(cè)元件為硫化鉛光敏電阻時(shí)，衰減玻璃選用GRB1隔熱玻璃。探測(cè)元件為硅光電池時(shí)，采用LB6綠色玻璃。6.4非接觸式測(cè)溫6.4.1熱輻射基本定理6.4.2光學(xué)高溫計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即物體的總輻射強(qiáng)度與物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。

組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分 可用于測(cè)量400～20000C的高溫，多為現(xiàn)場(chǎng)安裝式結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱為輻射溫度，被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過(guò)修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。熱電堆結(jié)構(gòu)和補(bǔ)償光闌(a):1－云母基片；2－受熱靶面；3－熱電耦絲；4－引出線(b):1-補(bǔ)償片；2-雙金屬片WFT-202型輻射感溫器結(jié)構(gòu)1－物鏡；2－外殼；3－補(bǔ)償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒軸輻射溫度

對(duì)于輻射式溫度計(jì)，它是以絕對(duì)黑體的輻射能為基準(zhǔn)對(duì)儀器進(jìn)行分度的，所以儀器測(cè)出的值稱為輻射溫度。 輻射溫度的定義：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時(shí)，此黑體的溫度即為非黑體的輻射溫度。根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，總輻射能相等，則有：因?yàn)榉呛隗wεT<1，則TF<T因此用輻射溫度計(jì)測(cè)出的溫度要比物體的真實(shí)溫度低。6.4非接觸式測(cè)溫6.4.1熱輻射基本定理6.4.2光學(xué)高溫計(jì)6.4.3光電高溫計(jì)6.4.4輻射溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)6.4.5比色溫度計(jì)

原理：通過(guò)測(cè)量熱輻射體在兩個(gè)或兩個(gè)以上波長(zhǎng)的光譜輻射亮度之比來(lái)測(cè)量溫度。

特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快，可觀察小目標(biāo)(最小可到2mm)。 因?yàn)閷?shí)際物體的單色黑度系數(shù)和全輻射黑度系數(shù)的數(shù)值相差很大，但是對(duì)同一物體的不同波長(zhǎng)的單色黑度系數(shù)和來(lái)說(shuō)，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計(jì)測(cè)得的溫度稱為比色溫度，它與物體的真實(shí)溫度很接近，一般可以不進(jìn)行校正。比色溫度計(jì)原理結(jié)構(gòu)1-被測(cè)對(duì)象，2-透鏡，3-光敏電阻，4-放大、運(yùn)算電路，5-顯示器，6-調(diào)制盤，7-同步電機(jī)，8、9-濾光片，10-反射鏡，11-分光棱鏡，12-分光鏡

比色溫度定義：黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2的光譜輻射亮度之比等于非黑體的相應(yīng)的光譜輻射亮度之比時(shí)，則黑體的溫度即為這個(gè)非黑體的比色溫度TS。對(duì)于溫度為的黑體，在波長(zhǎng)為λ1和λ2時(shí)的光譜輻射亮度之比為取對(duì)數(shù)后有可以簡(jiǎn)化為根據(jù)式(6.4.17)可以得到可進(jìn)一步求出物體的真實(shí)溫度與比色溫度的關(guān)系對(duì)于灰體來(lái)說(shuō)，由于ελ1T

＝ελ2T

，所以T＝TS，這就是比色溫度計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)式中Endthe6.47.1流量的基本概念7.1.1流量測(cè)量的基本概念7.1.2流量檢測(cè)的方法和分類流量測(cè)量流量?jī)x表流量傳感器流量參數(shù)的特殊性以及流量測(cè)量的重要性決定了流量傳感器是能源計(jì)量和環(huán)境保護(hù)的重要技術(shù)手段，是保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)；在國(guó)防科技領(lǐng)域具有重要應(yīng)用背景。7.1.1流量測(cè)量的基本概念單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)一定截面積的數(shù)量。體積流量－用流體的體積來(lái)表示（qv），單位為m3/h。瞬時(shí)質(zhì)量流量－用流量的質(zhì)量來(lái)表示（qm），簡(jiǎn)稱質(zhì)量流量，單位為kg/min。

累積流量－一段時(shí)間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值累積體積流量累積質(zhì)量流量流量計(jì)量－對(duì)在一定通道內(nèi)流動(dòng)流體的流量進(jìn)行測(cè)量。流量測(cè)量的任務(wù)：根據(jù)測(cè)量目的，被測(cè)流體的種類、狀態(tài)、測(cè)量場(chǎng)所等條件，研究各種相應(yīng)的測(cè)量方法，并保證流量量值的正確傳遞。7.1流量的基本概念7.1.1流量測(cè)量的基本概念7.1.2流量檢測(cè)的方法和分類7.1.2流量檢測(cè)的方法和分類檢測(cè)量的不同分為：體積流量質(zhì)量流量

1.體積流量的測(cè)量方法

（1）容積法： 在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。 橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)和刮板流量計(jì)。 受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。

（2）速度法： 這種方法是先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測(cè)，利用平均流速計(jì)算流量，管路條件的影響大，流動(dòng)產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對(duì)稱等都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。檢測(cè)管道內(nèi)流速的方法①節(jié)流式檢測(cè)方法（差壓流量檢測(cè)法）；②電磁式檢測(cè)方法；③變面積式檢測(cè)方法；④旋渦式檢測(cè)方法；⑤渦輪式檢測(cè)方法；⑥聲學(xué)式檢測(cè)方法；⑦熱學(xué)式檢測(cè)方法。2.質(zhì)量流量的測(cè)量方法（1）直接法： 利用檢測(cè)元件，使輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。 利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式檢測(cè)方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動(dòng)量式檢測(cè)方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測(cè)方法 基于科里奧利力效應(yīng)的檢測(cè)方法。（2）間接法：用兩個(gè)檢測(cè)元件分別測(cè)出兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)，通過(guò)運(yùn)算間接獲取流體的質(zhì)量流量。①ρqv2檢測(cè)元件和ρ檢測(cè)元件的組合；②qv檢測(cè)元件和ρ檢測(cè)元件的組合；③ρqv2檢測(cè)元件和qv檢測(cè)元件的組合。Endthe7.17.2差壓式流量計(jì)（DPF）歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。按檢測(cè)件的作用原理分:

節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增益式和射流式等幾大類，節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。節(jié)流式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工況下的流量。節(jié)流式差壓流量測(cè)量

7.2.1差壓式流量計(jì)組成及測(cè)量原理7.2.2節(jié)流裝置7.2.1差壓式流量計(jì)組成及測(cè)量原理1.差壓式流量計(jì)組成2.測(cè)量原理1.差壓式流量計(jì)組成差壓式流量計(jì)組成框圖節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開(kāi)方關(guān)系。引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（4-20mA）。2.測(cè)量原理孔板附近的流速和壓力分布測(cè)量原理當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。 流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小?；A(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。壓差影響因素： 流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）設(shè)被測(cè)流體為不可壓縮的理想流體（液體），根據(jù)伯努利方程，對(duì)截面I—I、Ⅱ—Ⅱ處沿管中心的流體有以下能量關(guān)系：式中，p’1、v1——截面I—I處的壓力和速度；

p’2、v1

——截面Ⅱ—Ⅱ處的壓力和速度。根據(jù)流體的連續(xù)性方程得：代入式（7.2.2）得對(duì)于截面積Ⅱ—Ⅱ代入質(zhì)量流量方程得反映質(zhì)量流量和孔板前后壓差之間關(guān)系的理論方程式A2代表流束最小收縮截面，用孔板的開(kāi)孔截面A0代替式（7.2.4）對(duì)式（7.2.4）用一個(gè)無(wú)量綱數(shù)C修正，C稱為流出系數(shù)。上式為針對(duì)不可壓縮的理想流體而得出的流量公式。對(duì)于可壓縮流體（如各種氣體、蒸汽）流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，壓力發(fā)生改變必然引起密度的改變，因此對(duì)于可壓縮流體上式應(yīng)引入氣體可膨脹系數(shù)，則式變?yōu)椋翰顗菏搅髁坑?jì)的流量公式節(jié)流式差壓流量測(cè)量

7.2.1差壓式流量計(jì)組成及測(cè)量原理7.2.2節(jié)流裝置7.2.2節(jié)流裝置按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分：

(1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無(wú)須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流量測(cè)量誤差;

(2)非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 成熟程度較差，尚未列入標(biāo)準(zhǔn)文件的檢測(cè)件。標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置

節(jié)流裝置=節(jié)流元件+取壓裝置+上下游測(cè)量導(dǎo)管圖7.2.3標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置（a）孔板（b）噴嘴1.標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置ISO5167或GB／T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴經(jīng)典文丘里管文丘里噴嘴。（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板

標(biāo)準(zhǔn)孔板圖孔板的三種取壓方式

表7.2.3標(biāo)準(zhǔn)孔板使用范圍（d和D的單位用mm）角接取壓法蘭取壓D（D/2）取壓d≥12.550≤D≤10000.20≤β≤0.755000≤Re（0.20≤β≤0.45）1260β2D≤Re10000≤Re（0.45<β）（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴ISA1932噴嘴長(zhǎng)徑噴嘴ISA1932噴嘴長(zhǎng)徑噴嘴

2.非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（1）低雷諾數(shù)：1/4圓孔板，錐形入口孔板，雙重孔板，雙斜孔板，半圓孔板等；（2）臟污介質(zhì)：圓缺孔板，偏心孔板，環(huán)狀孔板，楔形孔板，彎管節(jié)流件等；（3）低壓損：羅洛斯管，道爾管，道爾孔板，雙重文丘里噴嘴，通用文丘里管等；（4）脈動(dòng)流節(jié)流裝置；（5）臨界流節(jié)流裝置：音速文丘里噴嘴；（6）混相流節(jié)流裝置。Endthe7.27.3電磁流量計(jì)利用法拉第電磁感應(yīng)定律，測(cè)量導(dǎo)電液體體積流特點(diǎn)：測(cè)量通道是光滑直管，不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體；不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失；不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化影響；前置直管段要求較低；測(cè)量范圍度大，通常為20:1～50:1；不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體；不能用于較高溫度的液體。7.3電磁流量計(jì)7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理1.電磁流量計(jì)原理2.電磁流量計(jì)的構(gòu)成1.電磁流量計(jì)原理基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律： 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁流量計(jì)測(cè)量原理導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)液體的體積流量式中,K為儀表常數(shù)，K=4kB/πD

在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，體積流量與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，而與流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。2.電磁流量計(jì)的構(gòu)成電磁流量計(jì)＝流量傳感器＋轉(zhuǎn)換器（1）電磁流量計(jì)流量傳感器外殼磁路系統(tǒng)測(cè)量管襯里電極 ①外殼（鐵磁材料制成）

功能：保護(hù)激磁線圈，隔離外磁場(chǎng)的干擾。 ②磁路系統(tǒng)

功能：產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)直流磁場(chǎng)可用永久磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)，一般都采用交變磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)電勢(shì)為電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式勵(lì)磁波形特征直流適用于液體金屬流體的測(cè)量。測(cè)量水流量時(shí)，在電極上發(fā)生極化現(xiàn)象，不能用。正弦波以前主流的勵(lì)磁方式。受電化學(xué)影響小，但是零點(diǎn)容易漂移。測(cè)量速度較快。低頻矩形波目前主流的勵(lì)磁方式。零點(diǎn)較穩(wěn)定。測(cè)量速度較慢。低頻三值波有一半時(shí)間無(wú)磁場(chǎng)，零點(diǎn)穩(wěn)定。測(cè)量速度較慢。 ③測(cè)量管

流過(guò)被測(cè)流體，兩端設(shè)有法蘭，用做連接管道。測(cè)量導(dǎo)管采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率并據(jù)有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其它高強(qiáng)度的材料。 ④襯里

在測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁的一層耐磨、耐腐蝕、耐高溫的絕緣材料。

主要功能：增加測(cè)量導(dǎo)管的耐磨性與腐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管壁短路。⑤電極：正確引出感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)用不銹鋼非導(dǎo)磁材料制成，安裝時(shí)要求與襯里齊平（2）轉(zhuǎn)換器-基于正弦波勵(lì)磁的功能：放大感應(yīng)電勢(shì)、抑制主要的干擾信號(hào)。 采用了交變磁場(chǎng)克服了極化現(xiàn)象，但增加了電磁正交干擾信號(hào)，正交干擾信號(hào)的相位和被測(cè)感應(yīng)電勢(shì)相差900

消除正交干擾的方法：

信號(hào)引出線自動(dòng)補(bǔ)償 轉(zhuǎn)換器的放大電路反饋補(bǔ)償。

①轉(zhuǎn)換器與電磁流量傳感器連線自動(dòng)補(bǔ)償方式②轉(zhuǎn)換器組成原理轉(zhuǎn)換器方框圖（2）轉(zhuǎn)換器-基于低頻矩形波勵(lì)磁的①勵(lì)磁電流波形和傳感器輸出波形②轉(zhuǎn)換器組成原理轉(zhuǎn)換器方框圖③信號(hào)處理流程基于梳狀帶通濾波的水流量信號(hào)處理流程7.3電磁流量計(jì)7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相流等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。（1）選用考慮要點(diǎn)①精度②流速③范圍度④口徑

⑤液體電導(dǎo)率①精度

市場(chǎng)上通用型電磁流量計(jì)的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）FS，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍。 因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所（例如非經(jīng)濟(jì)核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。②流速選定儀表口徑不一定與管徑相同，視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m/s。電磁流量計(jì)用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。滿度流量時(shí)液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用，用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于2m/s，自清掃、防止粘附沉積等作用測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s）

③范圍度

電磁流量計(jì)的范圍度較大，通常不低于20，帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表，可超過(guò)50～100。 ④口徑國(guó)內(nèi)定型產(chǎn)品的口徑從10mm～3000mm，實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多，與大部分其他原理流量?jī)x表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。⑤液體電導(dǎo)率使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用，超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)量，示值誤差變化不大，通用型電磁流量計(jì)的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容，制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。（2）流量傳感器安裝①安裝場(chǎng)所②直管段長(zhǎng)度要求③安裝位置和流動(dòng)方向④接地①安裝場(chǎng)所測(cè)量混合相流體時(shí)，選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所；測(cè)量雙組分液體時(shí)，避免裝在混合尚未均勻的下游；測(cè)量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí)，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游；盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓；選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所，特別對(duì)一體型儀表；避免附近有大電機(jī)、大變壓器等引起電磁場(chǎng)干擾；易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所；盡可能避開(kāi)周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；環(huán)境溫度在－25/－10～50/600℃范圍內(nèi)；環(huán)境相對(duì)濕度在10%～90%范圍內(nèi)；盡可能避免受陽(yáng)光直照；避免雨水浸淋，不會(huì)被水浸沒(méi)。②直管段長(zhǎng)度要求長(zhǎng)度與大部分其它流量?jī)x表相比要求較低。90o彎頭、T形管、同心異徑管、全開(kāi)閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線5倍直徑（5D）長(zhǎng)度的直管段，不同開(kāi)度的閥則需10D；下游直管段為（2～3）D或無(wú)要求；各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致，要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度儀表的要求。③安裝位置和流動(dòng)方向安裝方向不受限制,但測(cè)量固液兩相流體最好垂直安裝。a,b,e—不良

c,d—良好④接地傳感器必須單獨(dú)接地（接地電阻100Ω以下）。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了傳感器和接地環(huán)一起接地外，還要用較粗銅導(dǎo)線（16mm2）繞過(guò)傳感器跨接管道兩連接法蘭上，使陰極保護(hù)電流與傳感器之間隔離。Endthe7.37.4渦輪流量計(jì)工作原理：置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，通過(guò)測(cè)量葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度就可以得到流體的流速，從而得到管道內(nèi)的流量值

7.4.1結(jié)構(gòu)和工作原理

7.4.2特點(diǎn)與應(yīng)用

7.4.3安裝注意事項(xiàng)7.4.1結(jié)構(gòu)和工作原理1－緊固件；2－殼體；3－前導(dǎo)向體；4－止推片；5－葉輪；6－電磁感應(yīng)式信號(hào)檢測(cè)器；7－軸承；8－后導(dǎo)向體渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)(1)殼體（表體）：承受被測(cè)流體的壓力、固定安裝檢測(cè)部件和連接管道殼體采用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁合金制造。(2)導(dǎo)向體：對(duì)流體起導(dǎo)向整流以及支撐葉輪的作用，通常選用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁材料制作。(3)渦輪（葉輪）：流量計(jì)的檢測(cè)元件，高導(dǎo)磁性材料。 葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種。葉輪的動(dòng)平衡直接影響儀表性能和使用壽命。(4)軸與軸承：支撐葉輪旋轉(zhuǎn)(5)信號(hào)檢測(cè)器：國(guó)內(nèi)常用變磁阻式渦輪流量計(jì)原理當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)，沖擊管道中心渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過(guò)管道的流體流量。渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)裝在外殼上的檢測(cè)線圈來(lái)檢測(cè)。渦輪流量計(jì)的流量方程為體積流量f－流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz；

K－流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。渦輪流量計(jì)特性曲線7.4.2特點(diǎn)和應(yīng)用精度高：所有流量計(jì)中，它屬于最精確的。重復(fù)性好：短期重復(fù)性可達(dá)0.05％-0.2％輸出脈沖頻率信號(hào)：適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)?？色@得很高的頻率信號(hào)（3-4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)。測(cè)量范圍寬；適用于高壓測(cè)量：易制成高壓型儀表。

難以長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn);不適用于較高粘度介質(zhì)（高粘度型除外）;流體物性（密度、粘度）對(duì)儀表特