温度测量及仪表 .pptVIP

3 温度测量及仪表 3.1 温度、温标的概念及测量方法 温度的概念 (1) 温度是一个基本独立量,是ISO七个基本单位之一 (2) 直观上看,温度是表征冷热程度的参数 (3) 从热力过程看,温度是决定一个系统是否与其它系统处于热平衡状态的宏观性质 (4) 从微观上看,温度是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志 测温原理 选择以合适的物体作为敏感元件，其某一物理性质随温度而变换的特性已知。 敏感元件与被测物体发生热交换 当热交换达到平衡时，敏感元件反映出被测物体的温度特征 根据热交换的方式，可以划分为接触温度测量与非接触温度测量两大类。 接触测温 敏感元件直接与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，直观可靠。 必须与对象接触，容易引起被测温场的分布，破坏对象热平衡，存在置入误差。 接触不充分时，易出现误差 测量环境对元件的寿命有影响 接触测温仪器 热胀冷缩原理：玻璃温度计、压力式温度计、双金属温度计 热电效应：热电偶 电阻效应：铂、铜热电阻，热敏电阻 半导体性能：集成温度传感器 晶体频率：石英晶体温度计 光纤：光纤温度传感器 非接触测温仪器 光纤：光纤辐射温度计 辐射能量的大小：辐射温度计 单色亮度与温度的关系：亮度温度计 两个波长亮度随温度变化的关系：比色温度计 非接触测温 敏感元件与被测对象不接触，依靠对流或辐射方式进行热交换 响应快，不破坏温度场，对被测对象干扰小 便于对运动物体进行测量和强电磁干扰、强腐蚀的场合 可以用扫描方式测量温度场分布 温标 不同的敏感元件、不同的温度范围，物理特性随温度的变换是不相同的。 温标就是建立一个衡量温度的标准，规定温度的起点及其基本单位。 温标包含实现方法、使用元件、特性曲线等内容。 国际实用温标 华氏：冰32F，水沸点212F，中间分180份 摄氏：冰0C，水沸点100C，中间分100份 国际实用温标：协议温标，由固定点、内插标准仪器和内插公式三部分组成 (1) 水的三相点为热力学温度的1/273.16 (2) 每一摄氏度与每一开尔文的量值相同，t90=T90-273.15 温标的传递 (1) 各国根据国际温标的规定，建立自己的国家基准 (2) 各地区保存次级标准，定期到国家基准检定 (3) 给企业、部分对自己的产品建立温度标定方法，定期与计量部门核准 (4) 在进行计量鉴定时，往往采用比较法 3.2 热电偶温度计 3.2.1 热电偶测温原理 (1) Peltier效应 两种不同电子密度的导体接触在一起时，接点出会发生电子扩散，电子密度大的导体因失去电子而带正电，电子密度小的导体因得到电子而带负电。扩散稳定后形成的电势除与材料有关外，还与接点温度有关。 Peltier效应 (2) Thomson效应 同一金属，当两端温度不同时，温度高的一端因电子动能高会向温度低的一端扩散而带正电。 热电效应结论 (1) 产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成回路，两端接点处温度不同 (2) 热电势大小只与材料、温度有关 (3) 当材料确定以后，热电势只与温度有关。当T0恆定时，只与测量点的温度有关。 3.2.2 热电偶的应用定律 (1) 均质导体定律 (2) 中间导体定律 在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总电势值没有影响。 (3) 中间温度定律 3.3 常用热电偶 对热电极材料的要求 (1) 热电性能稳定,不随时间和被测对象而变化 (2) 物理化学性能稳定,不易氧化和腐蚀,耐辐射 (3) 有足够的灵敏度 (4) 热电特性接近单值线性或近似线性 (5) 电导率高,电阻温度系数小 (6) 机械性能好,价格便宜 工业热电偶分类及性能 高温热电偶—铂、铂铑系列 测温范围宽、特性稳定。 测量精度高，可用于精密测量 在高温时性能稳定，可以长期工作在高温环境 热电势小，非线性大 价格贵 低温热电偶—铜-康铜 温度范围-200 ℃ ～400 ℃ 测量精度高、温度性好 低温时有较高灵敏度 0℃以上时铜为正，0℃以下时康铜为正 0 ℃ ～100 ℃为二等标准热电偶，用来检定其它低温热电偶 低温热电偶镍铬-金铁、铜-金铁 低温时灵敏度高 性能稳定 主要用于超导、宇航、受控核反应等 廉价热电偶—镍基系列 性能稳定、热电势大 热电特性好、复现性好 高温下抗氧化能力强 耐辐射 使用范围宽、应用广泛。 热电偶的结构形式 普通热电偶：为装配式结构，由热电极、绝缘管、保护套和接线盒组成。热容大，对温度的响应慢 铠装热电偶：将热电偶丝、绝缘材料、保护管组合装配后，经拉伸加工而成。热容小，反映快，挠性好，可弯曲，可安装在负责结构的测量场合。 冷端温度处理 (1) 补偿导线法 选用与热电偶具有相同热电势-温度特性的导线与热