第3章建筑環(huán)境測試技術(shù)

1、12 3 國際普遍使用的溫標有四種：熱力學國際普遍使用的溫標有四種：熱力學溫標、溫標、 國際實用溫標、攝氏溫標、華氏溫標。國際實用溫標、攝氏溫標、華氏溫標。 3.熱力學溫標熱力學溫標B假設一標準熱源熱力學溫度為假設一標準熱源熱力學溫度為100K100K，熱力學溫標如何，熱力學溫標如何規(guī)定規(guī)定300K300K的溫度？的溫度？B拿標準熱源作為低溫熱源，另一熱源作為高溫熱源，拿標準熱源作為低溫熱源，另一熱源作為高溫熱源，讓一卡諾熱機在兩熱源之間運轉(zhuǎn)，如果從高溫熱源吸讓一卡諾熱機在兩熱源之間運轉(zhuǎn)，如果從高溫熱源吸收的熱量收的熱量Q1Q1與向標準熱源放出的熱量與向標準熱源放出的熱量Q0Q0之比等于之比等

2、于3 3 ，那么高溫熱源溫度等于那么高溫熱源溫度等于300K300K。B現(xiàn)實中熱力學溫標是應用氣體特性方程實現(xiàn)的。理想現(xiàn)實中熱力學溫標是應用氣體特性方程實現(xiàn)的。理想氣體的氣體的P、V、T之間的關(guān)系式為：之間的關(guān)系式為：（氣體定（氣體定容溫度計）容溫度計）7二、溫度測量方法及測量儀表的分類二、溫度測量方法及測量儀表的分類B1、溫度測量方法的分類、溫度測量方法的分類玻璃管液體溫度計玻璃管液體溫度計固體膨脹式固體膨脹式壓力式溫度計壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫膨脹式溫度計測溫熱電偶測溫熱電偶測溫熱電阻測溫熱電阻測溫接觸法接觸法非接觸法非接觸法測溫方法測溫方法9防爆熱電阻防爆熱電阻溫度傳感器溫度傳感器裝

3、配式熱電偶裝配式熱電偶室外溫度傳感器室外溫度傳感器123.2 膨脹式溫度計膨脹式溫度計1.1.基本概念基本概念 J 膨脹式溫度計：利用物體受熱膨脹原理膨脹式溫度計：利用物體受熱膨脹原理制成的溫度計。制成的溫度計。J 主要有主要有液體膨脹式液體膨脹式、固體膨脹式固體膨脹式和和壓力壓力式溫度計式溫度計三種。三種。13 (1).(1).工作原理工作原理 利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。原理。 組成：液體存儲器、毛細管、組成：液體存儲器、毛細管、標尺、安全泡四部分。標尺、安全泡四部分。 液體可為：水銀、酒精、甲苯等。液體可為：水銀、酒精、甲苯等

4、。 當溫度超過當溫度超過300300時，應采用硅硼時，應采用硅硼玻璃，玻璃，500500以上要采用石英玻璃。以上要采用石英玻璃。 14液體膨脹式溫度計：液體膨脹式溫度計：式中：式中： 分別為工作液體在分別為工作液體在00及溫度為及溫度為t t1 1、t t2 2時的體積；時的體積； 分別為工作液體和玻璃的體膨脹系數(shù)。分別為工作液體和玻璃的體膨脹系數(shù)。 )()(1 . 2 . 3)()(12012202101ttVVVVtVVtVVTTTTTTT）（210TTTVVV、(2).用途用途J標準溫度計標準溫度計J實驗室、工業(yè)用溫度計實驗室、工業(yè)用溫度計J電接點式溫度計電接點式溫度計玻璃棒溫度計玻璃棒

5、溫度計17(3).(3).誤差分析誤差分析J玻璃材料有較大的熱滯后效應。玻璃材料有較大的熱滯后效應。 J溫度計插入深度不夠?qū)⒁鹫`差。溫度計插入深度不夠?qū)⒁鹫`差。 玻璃管溫度計測溫誤差修正玻璃管溫度計測溫誤差修正 式中：式中： 漏出液體部分的溫度修正值（漏出液體部分的溫度修正值（）；）； 漏出液柱部分所占的刻度數(shù)（漏出液柱部分所占的刻度數(shù)（）；）； 工作液體對玻璃的相對膨脹系數(shù)（工作液體對玻璃的相對膨脹系數(shù)（1/1/）；）； 溫度計的指示值（溫度計的指示值（）；）； 漏出液柱部分所處的環(huán)境溫度（漏出液柱部分所處的環(huán)境溫度（）。）。）（2 . 2 . 3)(attnttntat某水銀溫度測量水

6、溫為某水銀溫度測量水溫為90，插入處刻度為，插入處刻度為10，環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為10 ，則測量誤差為？，則測量誤差為？J非線性誤差非線性誤差 J工作液的遲滯性工作液的遲滯性 J讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差19 組成組成 ： 溫包、毛細管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）。溫包、毛細管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）。20 (2). (2).使用方法與特點使用方法與特點 對毛細管采取保護措施，防止損壞；注意安對毛細管采取保護措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對精度的影響。裝方式與位置對精度的影響。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，刻度清晰，防特點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滯后時間長，毛細管易損

7、壞。爆。精度差，示值滯后時間長，毛細管易損壞。 由于受毛細管長度的限制，一般工作距離不由于受毛細管長度的限制，一般工作距離不超過超過60m60m，被測溫度，被測溫度-55-55 550550。 213.4.3.4.固體膨脹式溫固體膨脹式溫度計度計( (一一).).類型及工作原理類型及工作原理 利用固體受熱膨脹原利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計。理制成的溫度計。 1. 1.桿式溫度計桿式溫度計 利用固體（一般采用膨脹利用固體（一般采用膨脹系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)成。成。22J 2.2.雙金屬溫度計雙金屬溫度計 它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同

8、的兩種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成。片牢固地結(jié)合在一起制成。233.3 熱電偶溫度計熱電偶溫度計 1.1.基本概念基本概念 J 熱電溫度計熱電溫度計 以以熱電偶熱電偶作為測溫元件，測得與溫度相應的作為測溫元件，測得與溫度相應的熱電動勢，由儀表顯示出溫度的一種溫度計。熱電動勢，由儀表顯示出溫度的一種溫度計。 J 熱電效應熱電效應 將兩種不同材料的導體或半導體組成一個閉和將兩種不同材料的導體或半導體組成一個閉和回路，如果兩端點的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一回路，如果兩端點的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一定大小的電流，這個電流的大小同材料的性質(zhì)以及定大小的電流，這個電流的大小同材料的性質(zhì)以及節(jié)點溫度有關(guān)，上

9、述現(xiàn)象稱為熱電效應。這個現(xiàn)象節(jié)點溫度有關(guān)，上述現(xiàn)象稱為熱電效應。這個現(xiàn)象是是1821年年Seebeck發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應。發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應。 242.2.熱電偶熱電偶 熱電偶是一種換能器，它將熱電偶是一種換能器，它將熱能轉(zhuǎn)化為電能，用所產(chǎn)生的熱熱能轉(zhuǎn)化為電能，用所產(chǎn)生的熱電動勢測量溫度。該電動勢實際電動勢測量溫度。該電動勢實際上是由接觸電勢（珀爾帖電勢）上是由接觸電勢（珀爾帖電勢）與溫差電勢（湯姆遜電勢）所組與溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。成。25J接觸電勢（珀爾貼電勢）接觸電勢（珀爾貼電勢） 當兩種不同的導體接觸時，由于兩者有不當兩種不同的導體接觸時，由于兩者有不同的電子密度而

10、產(chǎn)生的電勢。同的電子密度而產(chǎn)生的電勢。 珀爾帖電勢或接觸電勢：珀爾帖電勢或接觸電勢：圖圖3.3.2接觸電動勢接觸電動勢51012exp(/) 1EccT（3.3.1）26J 溫差電勢（湯姆遜溫差電勢）溫差電勢（湯姆遜溫差電勢）A A導體和導體和B B導體所產(chǎn)生的溫差電勢：導體所產(chǎn)生的溫差電勢：）（4 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE）（5 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE圖圖3.33溫差電勢溫差電勢27J熱電偶回路中總熱電勢熱電偶回路中總熱電勢28閉合回路的總熱電勢閉合回路的總熱電勢）（7 . 3 . 3ln,00TTBtAtABdtNNekTTE2

11、9J 結(jié)論結(jié)論 1 1）凡是兩種不同性質(zhì)的導體材料皆可制成熱）凡是兩種不同性質(zhì)的導體材料皆可制成熱電偶；電偶； 2 2）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢在熱電極材料一定時，）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢在熱電極材料一定時，僅決定測量端和參考端的溫度，而與熱電極的僅決定測量端和參考端的溫度，而與熱電極的形狀和尺寸無關(guān)；形狀和尺寸無關(guān)； 3 3）熱電偶參考端的溫度必須保持恒定，最好保）熱電偶參考端的溫度必須保持恒定，最好保持持00。30 3.3.熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律 利用熱電偶來檢測溫度，必須引入變利用熱電偶來檢測溫度，必須引入變換器和顯示器。換器和顯示器。 31J 熱電偶均質(zhì)導體定則熱電偶均質(zhì)導體定則 由同

12、一均質(zhì)導體（電子密度處處相同）組成由同一均質(zhì)導體（電子密度處處相同）組成的閉合回路中，的閉合回路中， 不論導體的不論導體的截面截面、長度長度以及以及溫度溫度分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢。分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢。 由均質(zhì)定律知：如果熱電偶的兩電極是由由均質(zhì)定律知：如果熱電偶的兩電極是由兩種均質(zhì)導體組成，那么熱電偶的熱電勢僅與兩種均質(zhì)導體組成，那么熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布兩接點的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布無關(guān)。即兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電無關(guān)。即兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電偶。當熱電偶兩端的溫度相同時，也不會產(chǎn)生偶。當熱電偶兩端的溫度相同時，也不會產(chǎn)

13、生熱電勢。熱電勢。 檢驗熱電偶絲的均勻性檢驗熱電偶絲的均勻性。 32J 中間導體定律中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種導體，只要與第在熱電偶回路中接入第三種導體，只要與第三種導體相連接的兩端溫度相同，接入第三種三種導體相連接的兩端溫度相同，接入第三種導體后，對熱電偶回路中的總熱電勢沒有影響。導體后，對熱電偶回路中的總熱電勢沒有影響。 圖圖3.3.5 熱電偶回路接入第三種導體熱電偶回路接入第三種導體33 00(,)(,)ABABCET TET T0000 000( , )( )( , )( )( , )( )( , )A B CA BBB CCC AAE TTE T E TT E T E T

14、T E T E TT0000 000(, )() (, )( ) ( , )( ) ( , )A B CA BBB CCC AAE TT E T ETT E T ETT ET ETT00000000000()()()()lnln()()()ln()BCBCCACABAkTNTkTNTETETeNTeNTkTNTeNT0000()ln()()AABBkTNTETeNT 00(,)(,)ABABCET TET TABCDEFT1T1T1T1T2T2 六種不同的導體組成如圖回路，六種不同的導體組成如圖回路，寫出回路中總的熱電勢。寫出回路中總的熱電勢。21(,)BDET T35結(jié)論：結(jié)論：1 1）根據(jù)

15、這一定則，可以在熱電偶回路中引入各種）根據(jù)這一定則，可以在熱電偶回路中引入各種儀表、連接導線等；儀表、連接導線等；2 2）利用這一定則，可推導出參考電極定則，即采）利用這一定則，可推導出參考電極定則，即采用同一參考電極（純鉑絲）與各種不同材料組用同一參考電極（純鉑絲）與各種不同材料組成的熱電偶，以測其熱電特性，然后再利用這成的熱電偶，以測其熱電特性，然后再利用這些特性組成各種配對的熱電偶些特性組成各種配對的熱電偶研究、測試熱研究、測試熱電偶通用方法。電偶通用方法。 36J 熱電偶的中間溫度定律熱電偶的中間溫度定律 熱電偶在兩接點溫度為熱電偶在兩接點溫度為T、T0時熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫時

16、熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫度分別為度分別為T、TN時時TN、T0時相應熱時相應熱電勢的代數(shù)和。電勢的代數(shù)和。 如果如果T T0 0=0=0，則上式變?yōu)椋海瑒t上式變?yōu)椋?各種熱電偶分度表都是在冷端各種熱電偶分度表都是在冷端00制成的。制成的。 00( ,)( ,)(,)ABABNABNET TET TETT（3.3.11）（12. 3 . 3)0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETE37結(jié)論：結(jié)論： 熱電偶分度表中冷端溫度為熱電偶分度表中冷端溫度為00，在實際測量，在實際測量中若熱電偶的冷端溫度為中若熱電偶的冷端溫度為2020，則可應用中間，則可應用中間溫度定律進行計算。溫度定律

17、進行計算。 ( ,0)( ,20)(20,0)ABABABETETE舉例：用鉑銠舉例：用鉑銠10鉑熱電偶測溫，冷端溫度為鉑熱電偶測溫，冷端溫度為25，輸出電勢為輸出電勢為0.668mV，試求被測對象的溫度。，試求被測對象的溫度。查表得被測溫度為查表得被測溫度為122。mV811. 0143. 0668. 0)0 ,25()25,()0 ,(sssetete384.4.熱電偶的結(jié)構(gòu)和標準比熱電偶的結(jié)構(gòu)和標準比 根據(jù)熱電偶結(jié)構(gòu)不同，分為根據(jù)熱電偶結(jié)構(gòu)不同，分為鎧裝鎧裝式式熱電偶和熱電偶和薄膜薄膜式熱電偶。式熱電偶。 J鎧裝式熱電偶鎧裝式熱電偶 1 1）熱電極：貴金屬）熱電極：貴金屬d=0.3d=0

18、.30.65mm0.65mm；廉；廉金屬金屬d=0.5d=0.5 3.2mm3.2mm；L=350L=350 2000mm2000mm； 2 2）絕緣套管：普通陶瓷（）絕緣套管：普通陶瓷（10001000）；）；高純氧化氯（高純氧化氯（13001300）；剛玉）；剛玉（16004V4V即可；即可； 4 4）. .引腳之間應有可靠絕緣，否則影響測量引腳之間應有可靠絕緣，否則影響測量 精度。精度。 三三. .數(shù)字集成溫度傳感器數(shù)字集成溫度傳感器J 1.DS18B20單總線式集成溫度傳感器單總線式集成溫度傳感器132圖圖3.7.63.7.6數(shù)字式集成溫度傳感器數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20DS18B20（a a）TO-9TO-9封裝封裝 （b b）SOICSOIC封裝封裝VDDVDD電源電壓端；電源電壓端；DQDQ數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/