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文檔簡介
1、劉玉長劉玉長第二章 溫度檢測與儀表第一節(jié) 溫標(biāo)及測溫方法 第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì)第三節(jié) 電阻溫度計(jì)第四節(jié) 輻射溫度計(jì) 第五節(jié) 測溫儀表的選擇及安裝 第六節(jié) 新型溫度傳感器 第七節(jié) 工業(yè)特殊測溫技術(shù)劉玉長劉玉長第一節(jié)溫標(biāo)及測溫方法 一、溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。它利用一些物質(zhì)的“相平衡溫度作為固定點(diǎn)刻在“標(biāo)尺上,而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系(內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程)來描述。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。溫標(biāo)三要素:溫度計(jì)、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(Temperature Standard),而是溫度標(biāo)尺(Temperature Scale)的簡稱。國際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種
2、,最常用的是華氏溫標(biāo)(美國)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。劉玉長劉玉長溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)( )1714年, Fahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)恒定溫度作固定點(diǎn)(212 和32 ),這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計(jì)分成180等份,每等份定為1華氏度( )。遺憾:把冰點(diǎn)定為32度而不是0度。 列氏溫標(biāo)(oR)1731年Raumur提出:水的冰點(diǎn)被定為列氏0度,而沸點(diǎn)則為列氏80度。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)濃度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從1000單位膨脹到1080單位。 攝氏溫標(biāo) ()1742年Celsius提出:最初定義“水的冰點(diǎn)定為一百攝氏度,沸點(diǎn)定為零攝氏度,其間分成一百等分,一等分為
3、一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用,即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣,ITS-90有專門定義。開氏溫標(biāo) (K)1854年Kelvin提出:把絕對零度(0K)到水的三相點(diǎn)溫度(273.16K)等分為273.16份,每份就是1開氏度。其分度間隔和攝氏溫標(biāo)間隔一致,t(1)=T(1K)。蘭氏溫標(biāo)(oR)Rankine 溫標(biāo)是美國工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對零度,水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為491.67和671.67蘭氏度(oR) ,中間分成180等分,每一等分為1oR 。劉玉長劉玉長幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.2
4、5列氏度=華氏度= 1.8攝氏度+32華氏度= 1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32=開氏度=攝氏度+273.15開氏度= 1.25列氏度+273.15開氏度= 5(華氏度-32)/9 +273.15開氏度= 5蘭氏度/9 劉玉長劉玉長熱力學(xué)溫標(biāo)/開氏溫標(biāo)/絕對溫標(biāo)(K) 熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo),是由開爾文(Kelvin)根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的,因此又稱開氏溫標(biāo),其起點(diǎn)為絕對零度,故又稱絕對溫標(biāo)。它的符號是T,單位是開爾文(K)。威廉威廉湯姆遜湯姆遜開爾文勛爵像開爾文勛爵像劉玉長劉玉長國際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS-90/IT
5、S-90) 國際實(shí)用溫標(biāo)(international practical temperature scale)也稱國際溫標(biāo),是一種國際協(xié)議性溫標(biāo),它與熱力學(xué)溫標(biāo)接近,且復(fù)現(xiàn)精度高,使用方便。國際計(jì)量委員會第18界國際計(jì)量大會(CGPM)第七號決議,授權(quán)予1989年會議通過“1990國際溫標(biāo)ITS-90”,并從1990年1月1日開始在全世界范圍內(nèi)采用【我國1994.1.1開始全面實(shí)施】。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn),測量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式,例如水的三相點(diǎn)為273.16K(0.01C)等。 劉玉長劉玉長二、測溫方法及分類 測溫方法很多種,可分為:按測量方法可分為接觸式和非接觸式;
6、按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等;按輸出方式分,有自發(fā)電型、非電測型等;按用途分,有基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)。 劉玉長劉玉長應(yīng)用熱膨脹原理測溫應(yīng)用熱膨脹原理測溫 測量原理測量原理物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹 液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì) 固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì) 玻璃管溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)劉玉長劉玉長體積熱膨脹式 不需要電源,耐用;但感溫部件體積較大。 氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比劉玉長劉玉長接觸式:測溫元件與被測對象接觸,依靠傳熱和對流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、可靠,測溫精度較高。缺點(diǎn):由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱交換且達(dá)
7、到平衡后才能測量,這樣容易破壞被測對象的溫度場,同時(shí)帶來測溫過程的延遲現(xiàn)象,不適于測量熱容量小的對象、極高溫的對象、處于運(yùn)動(dòng)中的對象。不適于直接對腐蝕性介質(zhì)測量。劉玉長劉玉長非接觸式:測溫元件不與被測對象接觸,而是通過熱輻射進(jìn)行熱交換,或測溫元件接收被測對象的部分熱輻射能,由熱輻射能大小推出被測對象的溫度。優(yōu)點(diǎn):從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫,不破壞被測對象溫度場。非接觸式測溫響應(yīng)快,對被測對象干擾小,可用于測量運(yùn)動(dòng)的被測對象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場合。缺點(diǎn):容易受到外界因素的干擾,測量誤差較大,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格比較昂貴。 劉玉長劉玉長 第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì)熱電偶是目前溫度測量中使用最普
8、遍的傳感元件之一。它具有結(jié)構(gòu)簡單,測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小等特點(diǎn),輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換。熱電偶可用來測量流體、固體以及固體壁面的溫度,微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。劉玉長劉玉長賽貝克實(shí)驗(yàn)與賽貝克效應(yīng)(熱電效應(yīng)) 1821年,德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路,并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn),發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn),如果用兩盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱,指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。【結(jié)論】指南針的偏轉(zhuǎn)說明:不同金屬組成閉合回路時(shí),回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng),電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 劉玉長劉玉長一、熱電偶測溫原理熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效
9、應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路(如下圖),如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等,則回路中就會有電流產(chǎn)生。也就是回路中會有電動(dòng)勢存在,這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng),該效應(yīng)首先由賽貝克發(fā)現(xiàn),故也稱賽貝克效應(yīng)?;芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢,叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成,即溫差電勢和接觸電勢。熱電偶原理圖TT0AB冷端熱端自由端自由端工作端工作端劉玉長劉玉長熱電偶有關(guān)術(shù)語v兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路,如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等,則該回路中就會有電動(dòng)勢產(chǎn)生,稱該現(xiàn)象為熱電效應(yīng)。v回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為熱電勢。v稱導(dǎo)體A,B為熱電極。v其中一個(gè)接點(diǎn)通常是焊接在一起被置于測溫場感受被
10、測溫度,稱為測量端、熱端或工作端;而另一個(gè)接點(diǎn)遠(yuǎn)離測量端,且要求溫度恒定,稱為自由端、冷端或參比端。劉玉長劉玉長(一)接觸電勢電子密度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí),在其接點(diǎn)處產(chǎn)生電勢,該電勢主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低: AABB( )ln( )NTKTeTeNT式中 NA(T)和NB(T) 材料A和B在溫度T時(shí)的電子密度; e 單位電荷,4.80210-10絕對靜電單位; K 波爾茲曼常數(shù),1.3810-23J/; T 材料溫度,K。NANB劉玉長劉玉長(二)溫差電勢由于兩端溫度不同,在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端產(chǎn)生電勢,溫差電勢的方向是由低溫端指向高溫端,其大小與材料兩端溫度和
11、材料性質(zhì)有關(guān) :001( ,)d()TTKN tE T TeN式中 N材料的電子密度,是溫度的函數(shù); T,T0材料兩端的溫度; t沿材料長度方向的溫度分布。E(T,T0)劉玉長劉玉長(三)熱電偶閉合回路的總熱電動(dòng)勢 閉合回路總熱電動(dòng)勢應(yīng)為接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)和,即 :0AB0ABB0AB0A0AB( ,)( )( ,)()( ,) lndTTET TETET TETET TKNtNe結(jié)論:(1)只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶,且兩端溫度必須不同;(2)熱電勢的大小,只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān),與熱電偶絲的大小尺寸及沿程溫度分布無關(guān)。劉玉長劉玉長二、 熱電偶的基
12、本定律(性質(zhì))(一)均質(zhì)材料定律 由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路,不論沿材料長度方向各處溫度如何分布,回路中均不產(chǎn)生熱電勢。它要求組成熱電偶的兩種材料A 和B必須各自都是均質(zhì)的,否則會由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加熱電勢,引入不均勻性誤差。因此在進(jìn)行精密測量時(shí)要盡可能對電極材料進(jìn)行均勻性檢查和退火處理。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)。劉玉長劉玉長(二)中間導(dǎo)體定律在熱電偶測溫回路中插入第三種(或多種)導(dǎo)體(如圖中導(dǎo)體C),只要其兩端溫度相同,則熱電偶回路的總熱電勢與串聯(lián)的中間導(dǎo)體無關(guān)【證明請參考教材2.2.2.2節(jié)】。應(yīng)用:金屬熔體溫度與金屬表面溫度測量。 劉玉長劉玉長(三)中
13、間溫度定律在熱電偶測溫回路中,測量端的溫度為T,連接導(dǎo)線各端點(diǎn)的溫度分別為Tn和T0(見圖),如A與A,B與B的熱電性質(zhì)相同,則總的熱電動(dòng)勢等于熱電偶的熱電動(dòng)勢EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢EA B (Tn ,T0)的代數(shù)和,其中Tn為中間溫度,即 EABBA(T,Tn,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0) = EAB(T,Tn)+ EAB (Tn,T0)中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律是工業(yè)熱電偶測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。劉玉長劉玉長(四)參考電極定律 兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C(標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶(如圖),如果它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知,那么,A與B兩熱電極配
14、對后的熱電動(dòng)勢可按下式求得:EAB(t,t0)= EAC(t,t0)+ ECB(t,t0)人們多采用高純鉑絲作為參考電極,這樣可大大簡化熱電偶的選配工作。 劉玉長劉玉長三、熱電偶結(jié)構(gòu)典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)如圖所示。它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。劉玉長劉玉長v熱 電 極:一般金屬0.53.2mm,昂貴金屬0.30.6mm,長度與被測物有關(guān),一般在3002000mm,通常在350mm左右。v絕 緣 管:隔離熱電偶與被測物,一般在室溫下要5M以上。v保護(hù)套管:避免受被測介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或
15、機(jī)械損傷。v接 線 盒:固定接線座,連接補(bǔ)償導(dǎo)線。劉玉長劉玉長熱電極材料要求(1) 應(yīng)輸出較大的熱電勢,以得到較高的靈敏度,且要求熱電勢E(t)和溫度t之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系;(2) 能應(yīng)用于較寬的溫度范圍,物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能;(3) 要求熱電偶材料有較高的導(dǎo)電率和較低的電阻溫度系數(shù);(4) 具有較好的工藝性能,便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性,便于采用統(tǒng)一的分度表。 劉玉長劉玉長普通裝配型熱電偶的外形普通裝配型熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭劉玉長劉玉長普通裝配型熱電偶結(jié)構(gòu)接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋
16、固定螺紋 ( (出廠時(shí)用塑料出廠時(shí)用塑料包裹包裹) )熱電偶工作端熱電偶工作端( (熱端熱端) ) 不銹鋼保護(hù)管不銹鋼保護(hù)管 劉玉長劉玉長四、熱電偶的分類 (一)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 國際電工委員會(IEC)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種(目前我國的國家標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一): B 、R、S、K、N、E、J、T 。S、R、B三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成,稱貴金屬熱電偶。K、N、T、E、J五種熱電偶,是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成,稱為廉價(jià)金屬熱電偶。工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶基本性能見表2-1。劉玉長劉玉長表2-1 工業(yè)用熱電偶測溫范圍 名稱分度號測量范圍/適用氣氛穩(wěn)定性鉑銠30鉑銠6B2001
17、800氧化、中性1500,良鉑銠13鉑R-401600氧化、中性1400,良鉑銠10鉑S鎳鉻鎳硅(鋁)K-2701300氧化、中性中等鎳鉻硅鎳硅N-2701260氧化、中性、還原良鎳鉻康銅E-2701000氧化、中性中等鐵康銅J-40760氧化、中性、還原、真空500,差銅康銅T-270350氧化、中性、還原、真空-170200,優(yōu)鎢錸3鎢錸25WRe3-WRe2502300中性、還原、真空中等鎢錸5鎢錸26WRe5-WRe26劉玉長劉玉長(二)非標(biāo)準(zhǔn)化(特殊)熱電偶 1、鎧裝熱電偶構(gòu)造:將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬套管封裝,壓實(shí)成可撓的堅(jiān)實(shí)組合體(如圖)。特性:慣性小;撓性、機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性
18、能好。適用場合:可用于快速測溫或熱容量很小的物體的測溫部位,結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可耐強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊,還可用于高壓設(shè)備上測溫。1-金屬套管;2-絕緣材料;3-熱電極 劉玉長劉玉長鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上百米長達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保保護(hù)套管護(hù)套管( (鎧體鎧體) ) BA絕緣絕緣 資料資料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面劉玉長劉玉長2、快速微型熱電偶v特性:測溫元件小,響應(yīng)速度快,無需定期維修,準(zhǔn)確度較高;v適用場合:高溫熔體(鋼水、鐵液等金屬熔體)的溫度測量。目前我國有兩類快速熱電偶,即快速鉑銠熱電偶與快速鎢錸熱電偶。 1-外保護(hù)帽;2-U形石英管;3-外紙管
19、;4-絕熱水泥;5-熱電偶自由端;6-棉花;7-絕熱紙管;8-小紙管;9-補(bǔ)償導(dǎo)線;10-塑料插件 劉玉長劉玉長3、薄膜式熱電偶 v結(jié)構(gòu)特點(diǎn):采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上,形成薄膜狀熱電偶,其熱端接點(diǎn)極薄,約0.010.1m。v適用場合:適于壁面溫度300的快速測量。1-熱電極;2-工作端;3-絕緣基板;4-引出線劉玉長劉玉長4、鎢錸系熱電偶 鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶,可以測到24002800高溫。它的特點(diǎn)是在高溫下易氧化,只能用于真空和惰性氣氛中。熱電勢率大約為S型的2倍,在2000時(shí)的熱電勢接近30mV,價(jià)格僅為S型的1/10。WRe熱電偶已成
20、為冶金、資料、航天、航空及核能等行業(yè)中重要的測溫工具。劉玉長劉玉長五、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償v為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償v(1)根據(jù)熱電偶測溫原理【E(t,t0)f(t)f(t0)】,只有當(dāng)參比端溫度t0穩(wěn)定不變且已知時(shí),才能得到熱電勢E和被測溫度t的單值函數(shù)關(guān)系。v(2)實(shí)際使用的熱電偶分度表中熱電勢和溫度的對應(yīng)值是以t0=0為基礎(chǔ)的,但在實(shí)際測溫中由于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原因,參比端溫度t0往往不穩(wěn)定,也不一定恰好等于0,因此需要對熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。v常用的冷端補(bǔ)償方法有如下幾種。劉玉長劉玉長(一)零度恒溫法(冰浴法)這是一種精度最高的處理方法,可以使t0穩(wěn)定地維持在0。將碎冰和純水的混合物放
21、在保溫瓶中,再把細(xì)玻璃試管插入冰水混合物中,在試管底部注入適量的油類或水銀,熱電偶的參比端就插到試管底部,滿足t0=0的要求。 mVABT儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液AB劉玉長劉玉長(二)計(jì)算修正法原理:在沒有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí),可以設(shè)法把參比端置于已知的恒溫條件,得到穩(wěn)定的t0,故可根據(jù)分度表查得E(t0,0);根據(jù)中間溫度定律公式計(jì)算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根據(jù)所測得的熱電勢E(t,t0)和查到的E(t0,0)二者之和再去查熱電偶分度表,即可得到被測量的實(shí)際溫度t。劉玉長劉玉長例1:用銅-康銅熱電偶測某一溫度t,參比端在室溫環(huán)境tn中,測得熱電動(dòng)勢
22、E(t,tn)=1.999mV,又用室溫計(jì)測出tn=21,求實(shí)際溫度t。解:查T分度號表得E(21,0)=0.830mV,故:E(t,0)= E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830=2.829(mV)再次查分度表,得實(shí)際溫度t=68。注意:分度表中68對應(yīng)2.820mV,69時(shí)的熱電勢為 2.864mV,實(shí)際溫度應(yīng)采用插值法計(jì)算出來。劉玉長劉玉長(三)冷端補(bǔ)償器法 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):R1=R2=R3=1,采用錳銅絲無感繞制,其電阻溫度系數(shù)趨于零。R4用銅絲無感繞制,其電阻溫度系數(shù)約為4.310-3-1,當(dāng)溫度為0時(shí)R4=1,R1-4組成不平衡電橋(補(bǔ)償器)。儀表輸入端電壓為熱電勢EA
23、B(t,t0)與電橋不平衡電勢Uba之和,即 EE(t,t0)+Uba。劉玉長劉玉長冷端補(bǔ)償器補(bǔ)償原理v補(bǔ)償原理:不平衡電動(dòng)勢Uba補(bǔ)償(抵消)熱電偶因冷端溫度波動(dòng)引起的誤差。過程如下:t0E(t,t0)R4UaUba只要冷端補(bǔ)償器電路設(shè)計(jì)合理,使Uba的增加值恰等于E(t,t0)的減少量,那么指示儀表所測得的總電勢EE(t,t0)+Uba將不隨t0而變,相當(dāng)于熱電偶參比端自動(dòng)處于0。E=E(t,t0)+ Uba劉玉長劉玉長(四)補(bǔ)償導(dǎo)線法 補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢的標(biāo)稱值相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測量裝置,從而可將熱電偶的參比端
24、移到離被測介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場合,以免參比端溫度受到被測介質(zhì)的熱干擾。AB0A B00AB0( , )( , )( , )EEt tEt tEt t t0變化頻繁t0較為穩(wěn)定劉玉長劉玉長1、補(bǔ)償導(dǎo)線類型(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型;(2)按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種;(3)按使用溫度可分為一般用(0100)和耐熱用(0150);(4)按精度可分為普通級與精密級。劉玉長劉玉長2、補(bǔ)償導(dǎo)線作用(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長導(dǎo)線,以節(jié)約貴金屬熱電偶;(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方,有利于參比端溫度的修正和測量誤差的減少;(3)用粗直徑
25、和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長線,可減小熱電偶回路電阻,以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。劉玉長劉玉長3、補(bǔ)償導(dǎo)線的使用(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶用; (2)使用時(shí)必須各級相連,切勿將其極性接反;(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍,規(guī)定為0100及 0150兩種。劉玉長劉玉長(五)儀表機(jī)械調(diào)零法(現(xiàn)場近似法)在不需精確測量的前提下,且熱電偶冷端溫度較為穩(wěn)定,可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)先調(diào)整到t0(按溫度刻度)或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度),從而實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償,參見下圖。該法常見于動(dòng)圈式儀表中。指針被預(yù)調(diào)指針被預(yù)調(diào)到冷端溫度到冷端溫度(40 C )劉玉長
26、劉玉長六、熱電偶測溫線路 (一)單點(diǎn)測溫基本線路 53211熱電偶;2補(bǔ)償導(dǎo)線;3銅導(dǎo)線;4溫度補(bǔ)償電橋;5顯示儀表4劉玉長劉玉長(二)多點(diǎn)測溫基本線路 1工作端熱電偶; 2工作端補(bǔ)償導(dǎo)線; 3接線板; 4銅導(dǎo)線; 5切換開關(guān); 6數(shù)字顯示儀; 7參比端補(bǔ)償導(dǎo)線; 8參比端熱電偶 劉玉長劉玉長(三)兩點(diǎn)溫度差的測量若熱電動(dòng)勢若熱電動(dòng)勢E與溫度與溫度T呈線性關(guān)系,則呈線性關(guān)系,則t=T1-T2。t BAABAABE=E1E2E1E2T1T2劉玉長劉玉長(四)多點(diǎn)平均溫度的測量t 1E2E3E1R2R3R 三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著平均溫度。每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻,且分度與單個(gè)熱電偶一樣。某
27、一熱電偶壞了不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。3321EEEE 1233TTTtBABABAT1T2T3劉玉長劉玉長(五)多點(diǎn)溫度和測量t 1E2E3E321EEEE 三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道,且可得到較大的電動(dòng)勢。每一熱電偶引出的補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。123tTTTBABABAT1T2T3劉玉長劉玉長第三節(jié)電阻溫度計(jì) 一、熱電阻測溫原理 電阻溫度計(jì)工作原理就是當(dāng)溫度變化時(shí),感溫元件的電阻值隨溫度而變化,將變化的電阻值作為電信號輸入顯示儀表,通過測量電路的轉(zhuǎn)換,在儀表上顯示出溫度的變化值。(一)鉑熱電阻 采用高純度鉑絲繞制成。具有測溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好
28、、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是低溫測溫標(biāo)準(zhǔn)儀器。 劉玉長劉玉長繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵:(1)鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性越好、測溫精度也愈高;(2)鉑絲純度常用R100/R0表示,R100和R0分別表示100和0條件下的電阻值。對于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),規(guī)定R100/R0 1.3925;對于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì),根據(jù)ITS-90,R100/R0=1.38511.3925。 劉玉長劉玉長鉑電阻的電阻-溫度關(guān)系v-200t0: Rt= R01+At+Bt2+C(t-100)t3 v0t850: Rt= R0 1+At+Bt2 v當(dāng)R100/R0=1.3851時(shí),A=3.908310-
29、3(-1); vB=-5.77510-7(-2); C=-4.18310-12(-4) v 鉑電阻的分度號及允許誤差表 鉑熱電阻測溫范圍分度號R0/ 最大允許誤差/A級-200850Pt10Pt10010100(0.15+0.002|t|) B級Pt10Pt10010100(0.30+0.005|t|)劉玉長劉玉長(二)銅熱電阻 在準(zhǔn)確度要求不高,且溫度較低的場合,可采用銅電阻測溫。測溫范圍為-50150,分度號為Cu50和Cu100,在0時(shí)R0的阻值分別為50和100。銅電阻電阻溫度系數(shù)較大,價(jià)格便宜,但電阻率低,體積大,熱慣性較大。銅電阻阻值-溫度關(guān)系(ITS-90)為:Rt= R0 1+
30、At+Bt(t-100)+ Ct2 (t-100) 式中A=4.28010-3(-1); B=-9.3110-8(-2); C=1.2310-9(-3)。銅熱電阻的允許誤差為:(0.30+0.006|t|)劉玉長劉玉長(三)其他熱電阻1、鎳熱電阻特點(diǎn):電阻溫度系數(shù)較鉑大,約為鉑的1.5倍。在-50150內(nèi),其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4劉玉長劉玉長2、半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場合下許多場合下(-40350),它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。,它已經(jīng)取代傳統(tǒng)
31、的溫度傳感器。 電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀,由于體積可以電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀,由于體積可以做得很小,熱慣性小,適合快速測溫;電阻溫度系數(shù)大,做得很小,熱慣性小,適合快速測溫;電阻溫度系數(shù)大,靈敏度較高;電阻值高,在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起靈敏度較高;電阻值高,在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起的誤差可以忽略;功耗小,適于遠(yuǎn)距離的測量與控制。的誤差可以忽略;功耗小,適于遠(yuǎn)距離的測量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。 根據(jù)材料組成的不同,熱敏電阻的溫度特性也不根據(jù)材料組成的不同,熱敏電阻的溫度特性也不一樣。按其溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻一樣。按其溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱
32、敏電阻NTC、正、正溫度系數(shù)熱敏電阻溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻CTR。 劉玉長劉玉長二、熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu) 直徑直徑1 mm的銀的銀絲或鍍銀銅絲絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶云母、石英或陶瓷塑料瓷塑料雙線無感雙線無感繞法繞法外接線路外接線路相連相連電阻絲和電阻絲和電阻支架電阻支架劉玉長劉玉長三、熱電阻測溫線路 熱電阻溫度計(jì)的測量電路最常用的是電橋電路,其測量原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導(dǎo)線,共兩根導(dǎo)線,這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導(dǎo)線作為電橋的一臂,利用該不平衡電橋?qū)犭娮枳柚缔D(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電勢,再送入顯示(或控制
33、)儀表G。內(nèi)引線(白)內(nèi)引線(紅)熱電阻絲E(a)原理圖 (b) 內(nèi)部引線方式二線制接法引線方式RtGR1R2R3外接線端內(nèi)焊接點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)?劉玉長劉玉長三線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a) 內(nèi)部引線方式 ;(b) 接法一;(c) 接法二優(yōu)缺點(diǎn)?自熱效應(yīng)與電路設(shè)計(jì)劉玉長劉玉長四線制熱電阻引線方式及測溫電橋接法(a) 內(nèi)部引線方式;(b) 測量橋路及其等效電路優(yōu)缺點(diǎn)劉玉長劉玉長第四節(jié) 輻射溫度計(jì) 任何物體,其溫度超過絕對零度,都會以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的,其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射,稱為熱輻射。而把能對被測物體熱輻射能量
34、進(jìn)行檢測,進(jìn)而確定被測物體溫度的儀表,通稱為輻射式溫度計(jì)。輻射式溫度計(jì)的感溫元件不需和被測物體或被測介質(zhì)直接接觸。輻射測溫方法廣泛應(yīng)用于900以上的高溫區(qū)測量中,近年來隨著紅外技術(shù)的發(fā)展,測溫的下限已下移到常溫區(qū),大大擴(kuò)展了非接觸式測溫的使用范圍。劉玉長劉玉長一、輻射測溫原理 (一)普朗克定律 普朗克定律闡明了絕對黑體的輻射強(qiáng)度E0l與溫度T及波長l的關(guān)系:25101(e1)CTEC式中l(wèi)由物體發(fā)出的輻射波長,m; C1普朗克第一輻射常數(shù),為3.74210-16Wm2; C2普朗克第二輻射常數(shù),1.43810-2mK; T物體的絕對溫度,K。對于灰體,有El= e E0l, 其中0e 1 為灰
35、體的輻射率,或稱黑度系數(shù)。劉玉長劉玉長(二)維恩公式溫度在3000K以下,即C2/(lT) 1時(shí),普朗克公式可用如下的維恩公式代替:2250151( , )e( , )eCTCTETCETC劉玉長劉玉長(三)斯忒潘玻耳茲曼定律 單位時(shí)間內(nèi)單位表面積向其上的半球空間的所有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的能量稱為輻射力(emissive power),其單位為Wm2。斯忒潘玻耳茲曼定律建立了物體總的輻射力E與熱力學(xué)溫度T間的定量關(guān)系,即:E=seT4式中 s 斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù),即黑體輻射常數(shù),其值為5.669710-8Wm-2K-4 。劉玉長劉玉長輻射測溫原理及有關(guān)問題由上面有關(guān)公式可知,在一定
36、波長下,測量物體的輻射強(qiáng)度,可推算出其溫度,這就是輻射溫度計(jì)測溫的基本原理。由測量原理可知,在輻射式測溫中必須解決以下三個(gè)基本問題:(1)怎樣測量輻射強(qiáng)度(2)怎樣保證測量在一定波長(單色光)下進(jìn)行(3)測量結(jié)果中如何考慮輻射率的影響劉玉長劉玉長二、亮度高溫計(jì)依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的關(guān)系,可以測出物體的溫度。類型:光學(xué)高溫計(jì);光電高溫計(jì);硅輻射溫度計(jì)。劉玉長劉玉長(一)亮度與亮度溫度 物體在高溫狀態(tài)下會發(fā)光,當(dāng)溫度高于700就會明顯地發(fā)出可見光,具有一定的亮度。由維恩公式可知,絕對黑體在波長l一定(通常選l =0.66m)時(shí),輻射強(qiáng)度El就只是溫度的單值函數(shù)了。因?yàn)楦魑矬w的
37、發(fā)射率不同,即使它們的亮度相同,但實(shí)際溫度并不同。因而,按某物體溫度刻度的溫度計(jì)不能用來測量發(fā)射率不同的其他物體的溫度。為了解決上述問題,儀表將按黑體的溫度刻度,故引入亮度溫度TL的概念。 劉玉長劉玉長亮度溫度 若某物體的輻射亮度E(l,T)與溫度為TL的絕對黑體的亮度E0(l,TL)相等,則稱TL為這個(gè)物體在波長為l時(shí)的亮度溫度。 即E(l,T)= E0(l,T)= E0(l,TL) 從而可得被測物體實(shí)際溫度T和亮度溫度TL之間的關(guān)系:2111lnLTTC亮度溫度總是低于真實(shí)溫度: TL T 。劉玉長劉玉長(二)光學(xué)高溫計(jì)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)較簡單,使用方便,適用于10003500K范圍的溫度測量,其
38、精度通常為1.0級和l.5級,可滿足一般工業(yè)測量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫窯爐的溫度測量。用光學(xué)高溫計(jì)測量被測物體的溫度時(shí),讀出的數(shù)值將不是該物體的實(shí)際溫度,而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對黑體的溫度,即所謂的“亮度溫度”。劉玉長劉玉長光學(xué)高溫計(jì)通常采用0.660.01m的單一波長,將物體的光譜輻射亮度Ll 和標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行比較,確定待測物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)有三種形式:燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)劉玉長劉玉長1、燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)原理:由人眼對熱輻射體和高溫計(jì)燈泡在單一波長附近的光譜范圍的輻射亮度進(jìn)行判斷,調(diào)節(jié)燈泡的亮度使其在背景中隱滅或消
39、失而實(shí)現(xiàn)溫度測量的。其原理示意圖及使用時(shí)燈絲亮度調(diào)整圖如下所示:1-物鏡1;2-吸收玻璃;3-標(biāo)準(zhǔn)燈;4-目鏡;5-濾光片;6-毫伏表;7-滑線電阻器 (a)燈絲太暗;(b)燈絲太亮;(c)隱絲(正確) 劉玉長劉玉長2、光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)在測量物體溫度時(shí),是由人的眼睛來判斷亮度平衡狀態(tài),帶有測量人的主觀性,同時(shí)由于測量溫度是不連續(xù)的,使得難以做到被測溫度的自動(dòng)記錄。光電高溫計(jì)用光電器件作為敏感元件感受輻射源的亮度變化,并將其轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號,再經(jīng)過電子放大器放大,最后輸出被測溫度值,并自動(dòng)記錄下來。由于反饋燈和光電器件的特性有較大的分散性,使器件互換性差,因此在更換反饋燈和光電池時(shí)
40、需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)和分度。 劉玉長劉玉長 (a)工作原理示意圖 (b)光調(diào)制器光電高溫計(jì)工作原理圖 1-物鏡; 2-光柵; 3,5-孔; 4-光電器件; 6-遮光板;7-調(diào)制片;8-永久磁鋼;9-激磁繞組;10-透鏡;11-反射鏡;12-觀察孔;13-前置放大器;14-主放大鏡;15-反饋鏡;16-電子電位差計(jì);17-被測物體劉玉長劉玉長光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比,主要優(yōu)點(diǎn)有:靈敏度高;精確度高;使用波長范圍不受限制;光電探測器的響應(yīng)時(shí)間短;便于自動(dòng)測量與控制。劉玉長劉玉長三、比色高溫計(jì)絕對黑體輻射的兩個(gè)波長l1和l2的亮度比等于被測輻射體在相應(yīng)波長下的亮度比時(shí),絕對黑體的溫度就稱為這個(gè)被測輻射
41、體的比色溫度。絕對黑體,對應(yīng)于波長l1和l2的光譜輻射亮度之比R,可用下式表示: 11222211211.expECR TET劉玉長劉玉長根據(jù)比色溫度的定義,應(yīng)用維恩公式,可導(dǎo)出物體的真實(shí)溫度T和其比色溫度TR的關(guān)系: 通常l1和l2為比色高溫計(jì)出廠時(shí)統(tǒng)一標(biāo)定的定值,由制造廠家選定。例如選0.8mm的紅光和lmm的紅外光。12212ln(/)11(1/1/)RTTC劉玉長劉玉長比色法光學(xué)測溫的特點(diǎn)(1)由于光譜發(fā)射率與波長的關(guān)系,比色溫度可以小于、等于或大于真實(shí)溫度。對于灰體,當(dāng)el1=el21時(shí),同樣可能出現(xiàn)T= TR,這是比色溫度計(jì)最大優(yōu)點(diǎn)。由此,波長的選擇是決定該儀表準(zhǔn)確度的重要因素。(
42、2)中間介質(zhì)如水蒸氣,二氧化碳、塵埃等對l1和l2的單色輻射均有吸收,盡管吸收率不一定相同,但對單色輻射亮度的比值R的影響相對會減小。 劉玉長劉玉長與光譜輻射溫度計(jì)相比,比色高溫計(jì)的準(zhǔn)確度通常較高、更適合在煙霧、粉塵大等較惡劣環(huán)境下工作。WDS-II光電比色高溫計(jì)原理圖1-物鏡組; 2-通孔成像鏡; 3-調(diào)制盤; 4-同步電機(jī);5-硅光電池接收器; 6-目鏡; 7-倒像鏡; 8-反射鏡劉玉長劉玉長比色式溫度傳感器溫度非接觸測量中的應(yīng)用 比色式溫度傳感器采用比色式(雙波段)測溫原理實(shí)現(xiàn)對被測目標(biāo)的非接觸測溫,用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng),不受窗口玻璃影響,能瞄準(zhǔn) ,測
43、量小目標(biāo),可不考慮距離系數(shù),可以不完全被目標(biāo)充滿,不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測量。 比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用,如:煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場。劉玉長劉玉長四、輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射定律,基于被測物體的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。輻射溫度計(jì)由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對黑體進(jìn)行溫度分度的,因此用它測量非絕對黑體的具體物體溫度時(shí),儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實(shí)溫度,我們稱該溫度為此被測物體的輻射溫度。劉玉長劉玉長輻射溫度計(jì)的敏感元件,分光電型與熱敏型兩大類。全輻射高溫計(jì)原理圖1-物鏡;2-
44、光欄;玻璃泡;4-熱電堆;5-灰色濾光片;6-目鏡;7-鉑箔;8-云母片;9-二次儀表劉玉長劉玉長輻射高溫計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的作用是聚集被測物體的輻射能。其形式有透射型和反射型兩大類。輻射高溫計(jì)的測量儀表按顯示方式可分為自動(dòng)平衡式、動(dòng)圈式和數(shù)字式三類。輻射高溫計(jì)的輔助裝置主要包括水冷卻和煙塵防護(hù)裝置。與光學(xué)高溫計(jì)相比較,輻射高溫計(jì)的測量誤差要大一些。劉玉長劉玉長五、紅外測溫(一)紅外溫度計(jì)對于波長約在0.7540m的紅外光譜波段,熱輻射體發(fā)出的部分光譜波段的輻射通量與溫度之間的關(guān)系,仍然可依據(jù)普朗克定律確定??梢酝ㄟ^光探測器或熱探測器測量輻射通量進(jìn)而確定熱輻射體的溫度。利用紅外輻射測定溫度的方法,將非
45、接觸式測溫向低溫方向延伸,低溫區(qū)已至-50,高溫區(qū)達(dá)3000。它由紅外探測器和顯示儀表兩大部分組成,其結(jié)構(gòu)與比色溫度計(jì)基本相同。 劉玉長劉玉長紅外測溫紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線,它是一種人眼看不見的光線。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高,輻射出來的紅外線越多,紅外輻射的能量就越強(qiáng)。紅外測溫的特點(diǎn)非接觸測溫;反應(yīng)速度快;靈敏度高;準(zhǔn)確度較高;范圍廣泛。劉玉長劉玉長紅外測溫原理 全輻射測溫是測量物體所輻射出來的全波段輻射能量來決定物體的溫度。它是斯蒂芬玻爾茲曼定律的應(yīng)用。紅外輻射測溫儀結(jié)構(gòu)原理劉玉長劉玉長紅外溫度計(jì)劉玉長劉玉長(二)紅外熱像儀 熱像儀是利用紅外探測器按順序直接測量物體各部
46、分發(fā)射出的紅外輻射,綜合起來就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像,這種圖像稱為熱像圖。由于熱像圖本身包含了被測物體的溫度信息,也稱溫度圖。熱像儀通常用于面積大且溫度分布不均勻的被測對象,欲求其整個(gè)面積的平均溫度或表面溫場隨時(shí)間的變化;在有限的區(qū)域內(nèi),尋找過熱點(diǎn)或過熱區(qū)域的情況。劉玉長劉玉長掃描熱像儀原理示意圖 劉玉長劉玉長第五節(jié) 測溫儀表的選擇及安裝一、溫度計(jì)的選擇原則 (1)滿足生產(chǎn)工藝對測溫提出的要求;(2)組成測溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套;(3)注意儀表工作的環(huán)境;(4)投資少且管理維護(hù)方便。劉玉長劉玉長二、接觸式測溫元件的選型 一般根據(jù)溫度、氣氛來選:一般在t500的中、低溫區(qū)用得較多
47、的是熱電阻或熱敏電阻,在t500高溫區(qū)在線檢測中選用較多的是熱電偶;在-200300時(shí)可選用T型或選用E型熱電偶;當(dāng)上限溫度1000,可優(yōu)先選K型熱電偶;當(dāng)測溫范圍為10001400時(shí),可選S或R型熱電偶; 當(dāng)測溫范圍為14001800時(shí),應(yīng)選B型熱電偶;當(dāng)測溫上限大于1800,應(yīng)考慮選用非標(biāo)準(zhǔn)的鎢錸系列熱電偶。劉玉長劉玉長三、非接觸式測溫元件的選型 v在同一溫度下,從儀表的靈敏度上講,光學(xué)高溫計(jì)的靈敏度最高;比色溫度計(jì)次之;輻射溫度計(jì)差一些。故國際溫標(biāo)以基準(zhǔn)光學(xué)(光電)高溫計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。v測量誤差上來講,隨著溫度升高,TR、TL的相對誤差也增大,而TP的相對誤差維持不變;對于發(fā)射率低的物
48、體,其TP與真實(shí)溫度相差較大,而比色溫度TR的差別最小。v中間介質(zhì)對輻射溫度計(jì)測量結(jié)果的影響最大,光學(xué)高溫計(jì)次之,比色溫度計(jì)最小。 劉玉長劉玉長四、感溫元件的安裝要求(1)正確選擇測溫點(diǎn);(2)避免熱輻射等引起的誤差;(3)防止引入干擾信號;(4)確保安全可靠。劉玉長劉玉長五、布線要求 (1)熱電偶溫度計(jì)應(yīng)按規(guī)定型號配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線,正、負(fù)極不要接錯(cuò)。 (2)熱電阻應(yīng)采用三線制接法與顯示儀表相接。 (3)導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣,信號導(dǎo)線不能與交直流電源輸電線合用一根穿線管。劉玉長劉玉長第六節(jié) 新型溫度傳感器一、熱流計(jì)熱流計(jì)由帶有熱電堆(若干個(gè)熱電偶串聯(lián))的薄片制成,用于設(shè)備散熱損失的測試。測試
49、時(shí),將測頭貼附于壁的表面上,如下圖,其輸出電勢E與熱流q成正比關(guān)系:q=CE 式中C是熱流計(jì)靈敏度系數(shù),與熱電極材料、熱電偶數(shù)目以及熱流測頭導(dǎo)熱材料等有關(guān)。E123q1-被測表面;2-熱電堆3-熱流測頭劉玉長劉玉長二、光纖光柵溫度傳感器光纖傳感器是一種將被測狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置,具有靈敏度高,抗電磁干擾,耐高溫、耐腐蝕,體積小、重量輕等特點(diǎn)。作為功能型光纖傳感器中的一種新型傳感器,光纖光柵制作簡單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn),近年來被廣泛應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。光纖光柵傳感器可以檢測的物理量很多,包括溫度、壓力、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、扭角、扭應(yīng)力、加速度、電流、電壓、磁場、頻率及濃度等,應(yīng)用前景很好。 劉玉長劉玉長(一)光纖光柵結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):光纖光柵傳感器所用光纖與普通通訊用光纖基本相同,一般由纖芯、包層、涂覆層和護(hù)套組成。光纖芯的主要成分為摻鍺二氧化硅,用以提高纖芯的折射率,與包層形成全內(nèi)反射條件將光限制在纖芯中。單模光纖其纖芯直徑為9m,包層主要成
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