大連大學(xué)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)6.

1、大連大學(xué)建筑工程學(xué)院2022-5-231建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)大連大學(xué)建筑工程學(xué)院2大連大學(xué)建筑工程學(xué)院3大連大學(xué)建筑工程學(xué)院4大連大學(xué)建筑工程學(xué)院5大連大學(xué)建筑工程學(xué)院6第五次課復(fù)習(xí)第五次課復(fù)習(xí)7接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) 通常稱為通常稱為熱電勢(shì)熱電勢(shì)： ),(0TTEAB3.3 3.3 熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫u溫度傳感器：將溫度傳感器：將溫度信號(hào)溫度信號(hào)電勢(shì)（電勢(shì)（mVmV）信號(hào)。信號(hào)。 若材料若材料A A和和B B已定，則已定，則 只只是溫度的單值函數(shù)。是溫度的單值函數(shù)。)()(),(00TfTfTTEABu一、測(cè)溫原理一、測(cè)溫原理),(0TTEAB8CTfTTEAB )(

2、),(0 如果冷端溫度如果冷端溫度T T0 0保持恒定，這保持恒定，這個(gè)熱電勢(shì)就是熱端溫度個(gè)熱電勢(shì)就是熱端溫度T T （被測(cè)（被測(cè)溫度）的單值函數(shù)溫度）的單值函數(shù)，即：即：u工程上所使用的各種類型熱電偶均把工程上所使用的各種類型熱電偶均把E(t)和和t的關(guān)系制的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度熱電偶的分度表表。（。（見見335頁(yè)附表頁(yè)附表1）9)0()(),(0fTfTTEAB u熱電偶分度表是在熱電偶分度表是在冷端溫度為零冷端溫度為零情況下得出的。情況下得出的。),(0TTEABCT 00置于零度置于零度單值關(guān)系單值關(guān)系10（一）均質(zhì)導(dǎo)體

3、定則（一）均質(zhì)導(dǎo)體定則 （二）（二）中間導(dǎo)體定則中間導(dǎo)體定則 u二、熱電偶的應(yīng)用定則二、熱電偶的應(yīng)用定則熱熱端端測(cè)量顯示表測(cè)量顯示表冷冷端端（三）中間溫度定則（三）中間溫度定則 應(yīng)用：接入測(cè)量顯示儀表。應(yīng)用：接入測(cè)量顯示儀表。mV)0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETE 應(yīng)用：應(yīng)用：1.1.利用熱電偶的分度表（在冷端保持為利用熱電偶的分度表（在冷端保持為00條件下得條件下得出的），可以出的），可以求得冷端在任意實(shí)際溫度下（例如冷端在室求得冷端在任意實(shí)際溫度下（例如冷端在室溫溫T T0 0時(shí)），被測(cè)溫度的實(shí)際值時(shí)），被測(cè)溫度的實(shí)際值。 2.2.用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶到溫度穩(wěn)定的地方

4、用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶到溫度穩(wěn)定的地方。A BNT11鉑銠鉑銠1010鉑熱電偶鉑熱電偶; ;分度號(hào)分度號(hào)S S v正極是鉑銠合金，其成分為鉑正極是鉑銠合金，其成分為鉑90%90%與銠與銠10%10%v負(fù)極由純鉑制成。負(fù)極由純鉑制成。 鎳鉻鎳鉻鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)K Kv正極為鎳鉻，負(fù)極為鎳硅。正極為鎳鉻，負(fù)極為鎳硅。銅康銅熱電偶銅康銅熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)T Tv正極為銅，負(fù)極為康銅。正極為銅，負(fù)極為康銅。鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)B B三、常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶三、常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶(P75(P75表表3.3.1)3.3.1)￥2450！1213鎧裝式熱電偶鎧

5、裝式熱電偶1-1-金屬套管；金屬套管；2-2-絕緣材料；絕緣材料；3-3-熱電極熱電極 鎧裝式熱電偶斷面鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 14薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶示意圖薄膜式熱電偶示意圖 1-1-熱電極熱電極 2-2-熱接點(diǎn)熱接點(diǎn)3-3-絕緣基板絕緣基板4-4-引出線引出線v薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)既小且薄，薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)既小且薄，約為約為0.010.010.10.1m m。v適于適于壁面溫度壁面溫度快速測(cè)量，響應(yīng)快，時(shí)快速測(cè)量，響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級(jí)，因而可測(cè)瞬變的間常數(shù)可達(dá)微秒級(jí)，因而可測(cè)瞬變的表面溫度。測(cè)溫范圍一般在表面溫度。測(cè)溫范圍一般在300300以下。以下

6、。15四、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)四、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)( (一）熱電偶參考端（冷端）的處理一）熱電偶參考端（冷端）的處理 已知：已知： )()(),(00TfTfTTEAB 只有當(dāng)冷端溫度恒定的情況下，熱電偶的熱電勢(shì)是被只有當(dāng)冷端溫度恒定的情況下，熱電偶的熱電勢(shì)是被測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。理論修正法理論修正法補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法機(jī)械零位法機(jī)械零位法冰浴法冰浴法 保持冷端溫度恒定方法有以下幾種：保持冷端溫度恒定方法有以下幾種：161.1.補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 采用一種特殊的導(dǎo)線采用一種特殊的導(dǎo)線（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）代替部（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）代替部分熱電偶絲作為熱電偶的分熱

7、電偶絲作為熱電偶的延長(zhǎng)。延長(zhǎng)。 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線（中間溫度定則的應(yīng)用）（中間溫度定則的應(yīng)用） 圖圖3.3.8 3.3.8 補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用熱電偶匹配使用；連接；連接時(shí)時(shí)切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反；切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反；172.2.計(jì)算修正法（中間溫度定則應(yīng)用）！計(jì)算修正法（中間溫度定則應(yīng)用）！ 熱電偶的分度（分度表）是在冷端保持為熱電偶的分度（分度表）是在冷端保持為00條件下條件下進(jìn)行的。在實(shí)際使用條件下，若冷端溫度不能保持為進(jìn)行的。在實(shí)際使用條件下，若冷端溫度不能保持為00，則所測(cè)得的熱電勢(shì)為相對(duì)于則所測(cè)得的熱電勢(shì)為相對(duì)于t t0 0溫度下的熱電勢(shì)

8、，即溫度下的熱電勢(shì)，即E EABAB(t,t(t,t0 0) )。 )0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETE 測(cè)量顯示表的刻度是按分度表刻度的！測(cè)量顯示表的刻度是按分度表刻度的！ 若能將熱電偶冷端置于若能將熱電偶冷端置于已知的恒溫已知的恒溫( (假設(shè)假設(shè) ) )條件下，得到穩(wěn)定的溫度，則根據(jù)中間溫度定則公式，條件下，得到穩(wěn)定的溫度，則根據(jù)中間溫度定則公式，可得到被測(cè)溫度的實(shí)際值?？傻玫奖粶y(cè)溫度的實(shí)際值。NT18)0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETE 若已知被測(cè)溫度，在任意冷端溫度情若已知被測(cè)溫度，在任意冷端溫度情況下，況下，欲求得測(cè)量?jī)x表顯示值欲求得測(cè)量?jī)x表顯

9、示值，上式應(yīng)，上式應(yīng)如何變化如何變化？)0 ,()0 ,(),(NABABNABTETETTE 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線NT 例如在校驗(yàn)熱電例如在校驗(yàn)熱電偶測(cè)量精度時(shí)。偶測(cè)量精度時(shí)。中間溫度定則的應(yīng)用：中間溫度定則的應(yīng)用：193.3.冷端恒溫法（冰浴法）冷端恒溫法（冰浴法） 1-1-冰水混合物；冰水混合物； 2-2-保溫瓶；保溫瓶； 3-3-油類油類或水銀；或水銀； 4-4-蒸餾水；蒸餾水；5-5-試管；試管； 6-6-蓋；蓋； 7-7-銅導(dǎo)線；銅導(dǎo)線； 8-8-熱電勢(shì)測(cè)量?jī)x表熱電勢(shì)測(cè)量?jī)x表 這是一種精度最高的處這是一種精度最高的處理辦法，可以使理辦法，可以使t t0 0穩(wěn)定地穩(wěn)定地維持在維持在恒溫恒

10、溫00。實(shí)驗(yàn)室用。實(shí)驗(yàn)室用。20 r r1 1、r r2 2、r r3 3阻值相同且基阻值相同且基本不隨溫度變化。本不隨溫度變化。 4.4.補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器法補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器法 ） r rcucu在平衡點(diǎn)溫度（規(guī)在平衡點(diǎn)溫度（規(guī)定在環(huán)境溫度定在環(huán)境溫度2020）時(shí)）時(shí)r rcucu=r=r1 1=r=r2 2=r=r3 3。指示儀表指示儀表補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶熱電偶銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線 當(dāng)冷端溫度引起當(dāng)冷端溫度引起r rcucu變化時(shí)，橋路失去平變化時(shí)，橋路失去平衡，輸出不平衡電壓，衡，輸出不平衡電壓，反映溫度的變化。反映溫度的變化。圖圖3.3.9 3.3.9 R RS S5.5.機(jī)械零

11、位法機(jī)械零位法21WR系列熱電偶冷端補(bǔ)償器一、技術(shù)指標(biāo) 1. 配用熱電偶分度號(hào)：K、E、S、B、J、T、N由用戶指定。 2. 溫度補(bǔ)償范圍：050。 3. 補(bǔ)償誤差：1。 4. 使用條件：溫度050 相對(duì)濕度：90% 5. 供電電源：AC220V10%，50Hz2.5Hz 6. 安裝方式：平裝或掛裝5X2 孔距：124mm 7. 外形尺寸：1447260mm 二、安裝及接線 三、校驗(yàn)方法 1、 校驗(yàn)時(shí)，將端子、斷開，從端子、接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，按Cu50分度表輸入050電阻值。在端子、應(yīng)輸出相應(yīng)溫度的熱偶分度號(hào)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)，此時(shí)端子為電勢(shì)正極。 2、 由于本補(bǔ)償器是從0開始補(bǔ)償，所以配用動(dòng)圈儀表時(shí)

12、儀表指針應(yīng)調(diào)在0點(diǎn)。 22 測(cè)溫點(diǎn)的選擇測(cè)溫點(diǎn)的選擇 熱電偶的安裝位置熱電偶的安裝位置, ,即測(cè)溫點(diǎn)的選擇即測(cè)溫點(diǎn)的選擇是最重要的。是最重要的。 （三）熱電偶的使用與安裝（三）熱電偶的使用與安裝1. 1. 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) P89;P89;2. 2. 安裝原則安裝原則P89 P89 圖圖3.5.23.5.23.3.熱電偶變送器熱電偶變送器 P81P81+-+-4-20mA P81 P81 圖圖3.3.113.3.11熱電偶變送器接線原理圖熱電偶變送器接線原理圖23本次課開始新內(nèi)容24 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感

13、溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電電阻溫度感溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。阻溫度計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。一、熱電阻的特性一、熱電阻的特性l熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。鉑熱電阻鉑熱電阻和和銅熱電阻銅熱電阻屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是我國(guó)國(guó)標(biāo)化的熱電阻。我國(guó)國(guó)標(biāo)化的

14、熱電阻。3.4 3.4 熱電阻測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫 P81P8125 物體物體的電阻一般隨溫度而變化，通常用電阻溫度系數(shù)的電阻一般隨溫度而變化，通常用電阻溫度系數(shù)來(lái)描述。來(lái)描述。 定義：在某一溫度間隔內(nèi)，定義：在某一溫度間隔內(nèi)，當(dāng)溫度升高當(dāng)溫度升高1時(shí)，其電阻值時(shí)，其電阻值的相對(duì)變化量，單位為的相對(duì)變化量，單位為1 ?？杀硎緸椋嚎杀硎緸椋?Rt 溫度為溫度為t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； Rt0 溫度為溫度為 t0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； 式中式中 0000()ttttRRRRttRt（3.4.1）00100100 RRR （3.4.2） 如令如令t=100, to=0時(shí)，則時(shí)，則可表示為：可表示為：2

15、6 Rt 溫度為溫度為t時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； R0 溫度為溫度為0時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻； A、B、C 與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。 大多數(shù)大多數(shù)金屬熱電阻金屬熱電阻具有正的電阻溫度系數(shù)具有正的電阻溫度系數(shù)，其阻值其阻值隨其隨其溫度升高而增加溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高，當(dāng)溫度升高1時(shí)，其阻值約增時(shí)，其阻值約增加加0.4%-0.6%0.4%-0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與與溫度溫度t（）的關(guān)系可表示為：）的關(guān)系可表示為：)1 (320CtBtAtRRt式中式中 常用熱電組溫度關(guān)系曲線如圖常用熱電組溫度關(guān)系

16、曲線如圖3-163-16。 鉑電阻鉑電阻銅電阻銅電阻27熱電阻的結(jié)構(gòu)28二、常用熱電阻二、常用熱電阻1.1.鉑熱電阻鉑熱電阻 29u鉑的純度用鉑的純度用百度電阻比百度電阻比W（100）表示，即）表示，即W（100）= R100 / R0式中，式中，R100 100時(shí)鉑電阻值；時(shí)鉑電阻值； R0 0時(shí)鉑電阻值。時(shí)鉑電阻值。 鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。鉑絲純度越高其鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。鉑絲純度越高其穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也越高。穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也越高。 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定純度不小于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定純度不小于1.39251.3925；對(duì)于工；對(duì)于

17、工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)純度為業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)純度為1.3911.391。 國(guó)產(chǎn)工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)主要有三種：國(guó)產(chǎn)工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)主要有三種： Pt50,Pt100Pt50,Pt100,Pt300,Pt300。! 標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表 P342 P342 附錄附錄4 4302.2.銅熱電阻銅熱電阻 我國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)的銅電阻溫度計(jì)主要有兩種：我國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)的銅電阻溫度計(jì)主要有兩種： Cu50,Cu100!Cu50,Cu100!u特點(diǎn)特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的數(shù)也比較大，而且材料易

18、提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。電阻率低，易于氧化。標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表 P342 P342 附錄附錄4 4313. 3. 鎳熱電阻鎳熱電阻l特點(diǎn)：靈敏度高、線性好、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉。特點(diǎn)：靈敏度高、線性好、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉。32熱電阻分度號(hào)熱電阻分度號(hào)溫度溫度電阻值電阻值Cu50Cu100Pt10Pt10085134-140-15568.19157.384.38737.624.4.標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表 P342 P342 附錄附錄4 4練習(xí)練習(xí)33電阻值電阻值R RT T與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T T的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式

19、表示：P83 圖3.4.1半導(dǎo)體熱敏電阻溫度特性4.4.半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻(P83) (P83) )(2T （3.4.9） 大多數(shù)大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，阻值阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高11時(shí)，其阻值約減小時(shí)，其阻值約減小3%-3%-6%-6%。 )/(TBTAeR （3.4.10）式中：式中：T-T-熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度R RT T - -溫度溫度T T時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；A A、B - B - 與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。34 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :負(fù)電阻溫度系數(shù)大，因此負(fù)電阻溫

20、度系數(shù)大，因此靈敏度高靈敏度高。電阻率大電阻率大，可作成可作成體積小體積小而電阻值大的電阻元件，這就使之具有熱慣而電阻值大的電阻元件，這就使之具有熱慣性小和可測(cè)量點(diǎn)溫度或動(dòng)態(tài)溫度。性小和可測(cè)量點(diǎn)溫度或動(dòng)態(tài)溫度。 缺點(diǎn)：同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性缺點(diǎn)：同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差、精度大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差、精度較低。較低。 半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。 半導(dǎo)體熱敏電阻的特點(diǎn)：半導(dǎo)體熱敏

21、電阻的特點(diǎn)：35 WZP2-240/A級(jí)級(jí)3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻 WZC-111/12*1000mm Cu50銅熱電阻銅熱電阻 WZPK2-103/B級(jí)級(jí)6*515mm(0-300)鉑熱電阻鉑熱電阻36熱敏電阻熱敏電阻1. 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻2. 薄膜鉑熱電阻薄膜鉑熱電阻3. 厚膜鉑熱電阻厚膜鉑熱電阻三、特殊熱電阻三、特殊熱電阻37熱敏電阻體溫表原理38四、熱電阻測(cè)溫電路四、熱電阻測(cè)溫電路 P84-3.4.4測(cè)量方法多采用測(cè)量方法多采用不平衡電橋不平衡電橋和和自動(dòng)平衡電橋自動(dòng)平衡電橋。 平衡電橋原理圖平衡電橋原理圖R0EnAR3R2R1Rt+ 電橋平衡時(shí)

22、電橋平衡時(shí)312RRRRt )(231RRRRt 1RRt 測(cè)溫?zé)犭娮瑁ㄒ唬┢胶怆姌驕y(cè)溫（一）平衡電橋測(cè)溫當(dāng)當(dāng) 時(shí)，測(cè)溫電橋重新平衡。時(shí)，測(cè)溫電橋重新平衡。1RRt 39電橋輸出不平衡電壓為電橋輸出不平衡電壓為 )(2313ttabcdRRRRRRUU流過(guò)流過(guò)RM的電流的電流IM為為 )(2313ttMabMcdMRRRRRRRURUI（二）不平衡電橋測(cè)溫（二）不平衡電橋測(cè)溫顯示表指示出被測(cè)溫度值。顯示表指示出被測(cè)溫度值。 測(cè)溫?zé)犭娮柘孪逌囟入姌蚱胶?0l熱電阻元件和溫度指示儀的連接有熱電阻元件和溫度指示儀的連接有兩種典型的接線兩種典型的接線方式方式二線制和三線制二線制和三線制 兩線制兩線制連

23、接的導(dǎo)線電阻（連接的導(dǎo)線電阻（r r2 2、r r3 3) )全部接入一個(gè)橋臂中。全部接入一個(gè)橋臂中。顯示表頭顯示表頭1241見圖見圖3.4.3連接的導(dǎo)線電阻（連接的導(dǎo)線電阻（r r2 2、r r3 3) )分別接入不同橋臂中。分別接入不同橋臂中。三線制三線制1242以不平衡電橋原理為基礎(chǔ)的以不平衡電橋原理為基礎(chǔ)的XCZ-102XCZ-102型動(dòng)圈式溫度指示儀型動(dòng)圈式溫度指示儀 顯示表頭顯示表頭見圖見圖3.4.443自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋 442. 2. 熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的誤差分析熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的誤差分析 P87P87主要是熱電阻線路電阻變化產(chǎn)生的誤差主要是熱電阻線路電阻變化產(chǎn)生的誤差

24、 熱電阻測(cè)溫點(diǎn)的選擇、安裝位置、插入深度、保溫?zé)犭娮铚y(cè)溫點(diǎn)的選擇、安裝位置、插入深度、保溫等與熱電偶相似。等與熱電偶相似。 問：?jiǎn)枺簾犭娮韬蜔犭娕枷啾?，那一個(gè)要求插入深度應(yīng)稍微熱電阻和熱電偶相比，那一個(gè)要求插入深度應(yīng)稍微越過(guò)中心線？越過(guò)中心線？ 45小節(jié) 膨脹式溫度計(jì) 熱電偶 熱電阻夸夸父父逐逐日日 463.6 3.6 非接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫 P91P91利用物體的利用物體的熱輻射能隨溫度變化熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度。的原理測(cè)定物體溫度。特點(diǎn)特點(diǎn): : 不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體的溫度分布，不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小。熱慣性小。 從原理上看，測(cè)溫?zé)o

25、上限。通常用來(lái)測(cè)定從原理上看，測(cè)溫?zé)o上限。通常用來(lái)測(cè)定10001000以上以上的的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。 光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)元件對(duì)輻射光譜均有選擇性，因此各種光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)元件對(duì)輻射光譜均有選擇性，因此各種輻射測(cè)溫系統(tǒng)一般只接收波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能。輻射測(cè)溫系統(tǒng)一般只接收波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能。47非接觸式輻射測(cè)溫常用方法有四種：非接觸式輻射測(cè)溫常用方法有四種：分別有：?jiǎn)紊邷赜?jì)、全輻射高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、分別有：?jiǎn)紊邷赜?jì)、全輻射高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外紅外高溫計(jì)等等。高溫計(jì)等等。l 比色法比色法：按：按物體兩個(gè)波長(zhǎng)的光譜輻射亮度之比物體兩個(gè)波長(zhǎng)的光

26、譜輻射亮度之比推算溫推算溫度。度。l 全輻射全輻射法：按物體法：按物體全波長(zhǎng)范圍全波長(zhǎng)范圍的輻射亮度推算溫的輻射亮度推算溫度。度。l 多色法多色法：按物體多個(gè)波長(zhǎng)的光譜輻射亮度和物體發(fā)射：按物體多個(gè)波長(zhǎng)的光譜輻射亮度和物體發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律來(lái)推算溫度。率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律來(lái)推算溫度。l 亮度法亮度法：按物體的光譜或：按物體的光譜或部分連續(xù)波長(zhǎng)部分連續(xù)波長(zhǎng)輻射亮度推輻射亮度推算溫度。算溫度。48物體在任何溫度下都向外輻射電磁波。物體在任何溫度下都向外輻射電磁波。物體具有穩(wěn)定溫度物體具有穩(wěn)定溫度發(fā)射電磁輻射能量發(fā)射電磁輻射能量吸收電磁輻射能量吸收電磁輻射能量相等相等這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子

27、在分子和原子內(nèi)振動(dòng)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，稱為射，稱為熱輻射熱輻射。一、熱輻射測(cè)溫的基本原理一、熱輻射測(cè)溫的基本原理49112510 TcecE 式中式中物體發(fā)出的輻射波長(zhǎng)；物體發(fā)出的輻射波長(zhǎng)； T T熱力學(xué)溫度；熱力學(xué)溫度； C C1 1普朗克第一輻射常數(shù)；普朗克第一輻射常數(shù)； C C2 2普朗克第二輻射常數(shù)。普朗克第二輻射常數(shù)。絕對(duì)黑體的絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度單色輻射強(qiáng)度由普朗克定律確定：由普朗克定律確定： 輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是普朗克輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是普朗克(Pta

28、nck)(Ptanck)熱輻射定律和熱輻射定律和斯蒂潘斯蒂潘- -玻耳茲曼玻耳茲曼(Stefan(StefanBoltzmann)Boltzmann)定律。定律。(3.6.1)能全部吸收投射來(lái)的各種波長(zhǎng)的熱輻射線 50 在溫度低于在溫度低于3000K3000K時(shí)，對(duì)于波長(zhǎng)較短的可見光，用維時(shí)，對(duì)于波長(zhǎng)較短的可見光，用維恩公式替代普朗克公式產(chǎn)生的誤差恩公式替代普朗克公式產(chǎn)生的誤差1 1。TcecE 2510 圖圖3-243-24是根據(jù)普朗克公式制成的絕對(duì)黑體在不同溫度是根據(jù)普朗克公式制成的絕對(duì)黑體在不同溫度下的光譜輻射曲線，每條曲線代表一個(gè)固定的溫度。下的光譜輻射曲線，每條曲線代表一個(gè)固定的溫度

29、。 從圖中可以看到如下一些規(guī)律：從圖中可以看到如下一些規(guī)律：每條曲線均有一個(gè)每條曲線均有一個(gè)極大值，而且這個(gè)極值是隨著溫度升高而向波長(zhǎng)短的方極大值，而且這個(gè)極值是隨著溫度升高而向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。向移動(dòng)。112510 TcecE (3.6.2)51絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線0 1 2 3 4 5 6(m)1100K),(0Te 520 1 2 3 4 5 6(m)1300K1100K),(0Te 絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線530 1 2 3 4 5 6(m)1500K1300K1100K),(0Te 絕

30、對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線540 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布曲線55l 不同溫度下的曲線，其曲線峰值點(diǎn)的波長(zhǎng)不同溫度下的曲線，其曲線峰值點(diǎn)的波長(zhǎng) m和溫度和溫度T均均滿足滿足維恩位移定律維恩位移定律：最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為),(0Te m 峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)bTm Kmb 31089. 2l維恩位移定律說(shuō)明維恩位移定律說(shuō)明：當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻射度最大值向短波方向移動(dòng)。（越

31、熱，其輻射譜的波長(zhǎng)越射度最大值向短波方向移動(dòng)。（越熱，其輻射譜的波長(zhǎng)越短）短）),(0Te m 56 斯蒂芬斯蒂芬- -玻耳茲曼定律表明：玻耳茲曼定律表明：絕對(duì)黑體的全輻射能量絕對(duì)黑體的全輻射能量與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比。與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比。l 斯斯蒂芬蒂芬（Stefan)Stefan)玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 由實(shí)驗(yàn)及理論得到斯由實(shí)驗(yàn)及理論得到斯蒂芬蒂芬- -玻爾茲曼定律，給出了黑玻爾茲曼定律，給出了黑體的總輻射能量為：體的總輻射能量為：400151000)1(2TdecdEETc 42801067.5 KmW - -斯斯蒂芬蒂芬常數(shù)常數(shù)0 400TE (3.6.3)57112

32、510 TcecE 絕對(duì)黑體的絕對(duì)黑體的單色單色輻射強(qiáng)度：輻射強(qiáng)度：40TE 絕對(duì)黑體的絕對(duì)黑體的全部輻射能量全部輻射能量： 兩者隨溫度變化的曲兩者隨溫度變化的曲線如圖所示。線如圖所示。1000 1200 1400 1600 1800 2000T(k)1000/ EE101100103102104 0E0E 溫度升高時(shí)，單色輻射強(qiáng)溫度升高時(shí)，單色輻射強(qiáng)度的度的增長(zhǎng)增長(zhǎng)要快很多。即高溫要快很多。即高溫計(jì)比全輻射高溫計(jì)靈敏度高、計(jì)比全輻射高溫計(jì)靈敏度高、測(cè)量準(zhǔn)確度高。測(cè)量準(zhǔn)確度高。l單色單色輻射強(qiáng)度和輻射強(qiáng)度和全輻射能量與溫度的關(guān)系曲線全輻射能量與溫度的關(guān)系曲線58 二、單色輻射高溫計(jì)二、單色輻射

33、高溫計(jì) 依據(jù)物體光譜輻射強(qiáng)度或輻射亮度和其溫度依據(jù)物體光譜輻射強(qiáng)度或輻射亮度和其溫度T T的關(guān)的關(guān)系，可以測(cè)出物體的溫度系，可以測(cè)出物體的溫度。工程上，直接測(cè)定物體光。工程上，直接測(cè)定物體光譜輻強(qiáng)度比較困難，而測(cè)定物體的輻射亮度，則相對(duì)譜輻強(qiáng)度比較困難，而測(cè)定物體的輻射亮度，則相對(duì)容易得多。故目前國(guó)內(nèi)外使用的光譜輻射溫度計(jì)都是容易得多。故目前國(guó)內(nèi)外使用的光譜輻射溫度計(jì)都是根據(jù)被測(cè)物體的根據(jù)被測(cè)物體的光譜輻射光譜輻射亮度亮度來(lái)確定物體的溫度。這來(lái)確定物體的溫度。這就是輻射測(cè)量的基本原理之一。就是輻射測(cè)量的基本原理之一。 59 光速光速=波長(zhǎng)波長(zhǎng) ( ) x頻率頻率 = 3 x 108 m/s 在

34、真空中在真空中 波數(shù)波數(shù) = 1/波長(zhǎng)波長(zhǎng) ( cm-1) 頻率頻率 in GHz (1 Hz = sec 1) 電磁波頻譜電磁波頻譜Energy波長(zhǎng)波長(zhǎng)60物體輻射總能量及能量按波長(zhǎng)分布決定于溫度物體輻射總能量及能量按波長(zhǎng)分布決定于溫度1400 K800 K1000 K1200 K固體在溫度升高時(shí)顏色的變化固體在溫度升高時(shí)顏色的變化例子：低溫火爐輻射能集中在紅光。例子：低溫火爐輻射能集中在紅光。 高溫物體輻射能集中在藍(lán)、綠色。高溫物體輻射能集中在藍(lán)、綠色。61400500600700波長(zhǎng)（nm）紫外輻射紅外輻射可見光譜可見光譜 輻射式溫度計(jì)的感溫元件通常工作在屬于輻射式溫度計(jì)的感溫元件通常工

35、作在屬于可見光和可見光和紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域。 可見光的光譜很窄，其波長(zhǎng)僅為可見光的光譜很窄，其波長(zhǎng)僅為0.30.30.72m0.72m；紅；紅外光譜分布相對(duì)較廣，其波長(zhǎng)范圍為外光譜分布相對(duì)較廣，其波長(zhǎng)范圍為O.72O.72l000ml000m。輻射式溫度計(jì)的感溫元件使用的波長(zhǎng)范圍為輻射式溫度計(jì)的感溫元件使用的波長(zhǎng)范圍為0.30.340m40m。621000 1200 1400 1600 1800 2000T(k)1000/ EE101100103102104 0E0E 已知單色輻射高溫計(jì)比全輻射高溫計(jì)靈敏度高、測(cè)量已知單色輻射高溫計(jì)比全輻射高溫計(jì)靈敏度高、測(cè)量準(zhǔn)確度高。準(zhǔn)確度高。

36、 當(dāng)物體溫度高于當(dāng)物體溫度高于700700時(shí)，會(huì)明顯地發(fā)出可見光，時(shí)，會(huì)明顯地發(fā)出可見光，具有一定的亮度具有一定的亮度。物體在波長(zhǎng)物體在波長(zhǎng)的亮度的亮度B B和它的輻射和它的輻射強(qiáng)度強(qiáng)度E E成正比成正比，即，即 cEB (3.6.4)63 根據(jù)維恩公式，根據(jù)維恩公式，絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體在波長(zhǎng)為在波長(zhǎng)為的亮度的亮度B B00與溫與溫度度T Ts s的關(guān)系為：的關(guān)系為：sTceccB 2510 (3.6.5) 實(shí)際物體實(shí)際物體在波長(zhǎng)為在波長(zhǎng)為的亮度的亮度B B與溫度與溫度T T的關(guān)系為：的關(guān)系為：TceccB 251 (3.6.6) 可見，用同一種測(cè)量亮度的單色輻射高溫計(jì)來(lái)測(cè)量可見，用同一種測(cè)量亮

37、度的單色輻射高溫計(jì)來(lái)測(cè)量單單色黑度系數(shù)色黑度系數(shù)不同的物體溫度，即使它們的亮度不同的物體溫度，即使它們的亮度B B相相同，其實(shí)際溫度也會(huì)因同，其實(shí)際溫度也會(huì)因而不同。而不同。64 這使得按某一物體的溫度刻度的單色輻射高溫計(jì)，這使得按某一物體的溫度刻度的單色輻射高溫計(jì)，不能用來(lái)測(cè)量黑度系數(shù)不同的另一物體的溫度。不能用來(lái)測(cè)量黑度系數(shù)不同的另一物體的溫度。 為使光學(xué)高溫計(jì)具有通用性，為使光學(xué)高溫計(jì)具有通用性，規(guī)定單色輻射高溫規(guī)定單色輻射高溫計(jì)的刻度按照絕對(duì)黑體（計(jì)的刻度按照絕對(duì)黑體（=1=1）的溫度進(jìn)行刻度。）的溫度進(jìn)行刻度。用這種刻度的高溫計(jì)去測(cè)量實(shí)際物體（用這種刻度的高溫計(jì)去測(cè)量實(shí)際物體（1 1

38、）時(shí)，）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(duì)黑體的溫度，即所謂的此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑體的溫度，即所謂的“亮度溫亮度溫度度” 。65 亮度溫度定義：亮度溫度定義：在波長(zhǎng)為在波長(zhǎng)為的單色輻射中，若物體的單色輻射中，若物體在溫度為在溫度為T T時(shí)的亮度時(shí)的亮度B B和絕對(duì)黑體在溫度為和絕對(duì)黑體在溫度為T Ts s的亮度的亮度B B00相等，則稱絕對(duì)黑體的溫度相等，則稱絕對(duì)黑體的溫度T Ts s為被測(cè)物體在波長(zhǎng)為為被測(cè)物體在波長(zhǎng)為時(shí)時(shí)的亮度溫度。的亮度溫度。 1ln112CTTS 根據(jù)式根據(jù)式3.6.53.6.5和和3.6.63.6

39、.6可推導(dǎo)出被測(cè)物體的可推導(dǎo)出被測(cè)物體的實(shí)際溫實(shí)際溫度度T T和亮度溫度和亮度溫度T TS S之間的關(guān)系之間的關(guān)系為：為：（3.6.7）這樣，物體的真實(shí)溫度為這樣，物體的真實(shí)溫度為 22lnCTTCTSS 66 對(duì)于真實(shí)物體總是對(duì)于真實(shí)物體總是l l，故測(cè)得的亮度溫度總，故測(cè)得的亮度溫度總比物體的實(shí)際溫度為低，即比物體的實(shí)際溫度為低，即T TS ST T 。 目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)都采用目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)都采用紅色單色光，紅色單色光，有效波長(zhǎng)為有效波長(zhǎng)為0.660.66土土0.01m0.01m；與我國(guó)溫度量值傳遞系統(tǒng)與我國(guó)溫度量值傳遞系統(tǒng)規(guī)定的基準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)的有效波長(zhǎng)一致?；鶞?zhǔn)光學(xué)

40、高規(guī)定的基準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)的有效波長(zhǎng)一致?；鶞?zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)是國(guó)際溫標(biāo)溫計(jì)是國(guó)際溫標(biāo)(ITS(ITS一一90)90)規(guī)定溫度在銀點(diǎn)以上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度在銀點(diǎn)以上的標(biāo)準(zhǔn)儀器。儀器。67光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，適用于計(jì)。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，適用于1000 K1000 K3500 K3500 K范范圍圍的溫度測(cè)量，其精度通常為的溫度測(cè)量，其精度通常為1.01.0級(jí)和級(jí)和l.5l.5級(jí)，可滿足一級(jí)，可滿足一般工業(yè)測(cè)量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫般工業(yè)測(cè)量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫爐膛的溫度測(cè)量。爐膛

41、的溫度測(cè)量。1.1.光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)通常采用光學(xué)高溫計(jì)通常采用0.660.660.01m0.01m的單一波長(zhǎng)，的單一波長(zhǎng)，將物體的光譜輻射亮度將物體的光譜輻射亮度B B和標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行比較，確定待測(cè)物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)目前有三種行比較，確定待測(cè)物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)目前有三種形式：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)燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)、恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)和光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)和光電亮度式光學(xué)高溫計(jì)。681.物鏡；2.灰色吸收玻璃；3.燈泡；4.目鏡；5.紅色濾光片；6.顯示表頭燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)是由人眼對(duì)熱輻射體和高溫計(jì)

42、燈泡在燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)是由人眼對(duì)熱輻射體和高溫計(jì)燈泡在單一波長(zhǎng)附近的光譜范圍的輻射亮度進(jìn)行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的亮單一波長(zhǎng)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失而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。此種隱絲式光度使其在背景中隱滅或消失而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。此種隱絲式光學(xué)高溫計(jì)又稱目視光學(xué)高溫計(jì)或簡(jiǎn)稱光學(xué)高溫計(jì)，國(guó)產(chǎn)學(xué)高溫計(jì)又稱目視光學(xué)高溫計(jì)或簡(jiǎn)稱光學(xué)高溫計(jì)，國(guó)產(chǎn)WGGZWGGZ型型光學(xué)高溫計(jì)就是此類高溫計(jì)。光學(xué)高溫計(jì)就是此類高溫計(jì)。WGGZWGGZ型光學(xué)高溫計(jì)的原理示意圖如圖型光學(xué)高溫計(jì)的原理示意圖如圖3-263-26所示。所示。 圖中的圖中的2是灰色吸收玻璃，其作用是擴(kuò)大光學(xué)高溫計(jì)的量

43、程。燈絲在其亮度溫度超是灰色吸收玻璃，其作用是擴(kuò)大光學(xué)高溫計(jì)的量程。燈絲在其亮度溫度超過(guò)過(guò)1400時(shí)，將由于燈絲易過(guò)熱發(fā)生氧化進(jìn)而使燈絲的電阻發(fā)生改變，致使電流與亮?xí)r，將由于燈絲易過(guò)熱發(fā)生氧化進(jìn)而使燈絲的電阻發(fā)生改變，致使電流與亮度溫度關(guān)系偏置原標(biāo)定值；同時(shí)度溫度關(guān)系偏置原標(biāo)定值；同時(shí)1400以上的高溫，使燈泡的金屬絲要升華，將在玻以上的高溫，使燈泡的金屬絲要升華，將在玻璃泡上沉積形成灰暗的薄膜，改變?cè)炼忍匦远鴰?lái)測(cè)量誤差。因此，當(dāng)測(cè)量高于璃泡上沉積形成灰暗的薄膜，改變?cè)炼忍匦远鴰?lái)測(cè)量誤差。因此，當(dāng)測(cè)量高于1400的亮度溫度時(shí)，在物鏡與燈炮之間安裝吸收率為常量的灰色吸收玻璃，以減弱的亮度

44、溫度時(shí)，在物鏡與燈炮之間安裝吸收率為常量的灰色吸收玻璃，以減弱被測(cè)熱源的輻射亮度。測(cè)量時(shí)，用已經(jīng)減弱了的熱源亮度和燈絲亮度進(jìn)行比較，這就可被測(cè)熱源的輻射亮度。測(cè)量時(shí)，用已經(jīng)減弱了的熱源亮度和燈絲亮度進(jìn)行比較，這就可以使原最高亮度溫度為以使原最高亮度溫度為1400的鎢絲燈，能測(cè)量更高的溫度。的鎢絲燈，能測(cè)量更高的溫度。 調(diào)節(jié)物鏡調(diào)節(jié)物鏡1使物體的像落在燈泡使物體的像落在燈泡3內(nèi)的燈絲平面上，調(diào)節(jié)目鏡內(nèi)的燈絲平面上，調(diào)節(jié)目鏡4，使燈絲和，使燈絲和物體的像能清晰地看到，比較兩者的亮度。調(diào)節(jié)電位器觸點(diǎn)，改變流過(guò)燈絲電物體的像能清晰地看到，比較兩者的亮度。調(diào)節(jié)電位器觸點(diǎn)，改變流過(guò)燈絲電流，使燈絲亮度作相

45、應(yīng)的改變。流，使燈絲亮度作相應(yīng)的改變。 當(dāng)被測(cè)物體的亮度大于燈絲亮度時(shí)，燈絲在背景當(dāng)被測(cè)物體的亮度大于燈絲亮度時(shí)，燈絲在背景(對(duì)應(yīng)于被測(cè)物體亮度對(duì)應(yīng)于被測(cè)物體亮度)上上呈現(xiàn)暗絲呈現(xiàn)暗絲(背景比燈絲亮背景比燈絲亮)；當(dāng)被測(cè)物體的亮度小于燈絲的亮度時(shí)；當(dāng)被測(cè)物體的亮度小于燈絲的亮度時(shí),則燈絲在背景則燈絲在背景中呈亮絲中呈亮絲(背景比燈絲暗背景比燈絲暗)；調(diào)節(jié)電位器，使燈絲亮度和背景亮度達(dá)到一致，此調(diào)節(jié)電位器，使燈絲亮度和背景亮度達(dá)到一致，此時(shí)，燈絲便隱滅在背景中；時(shí)，燈絲便隱滅在背景中；表頭表頭6將指示出被測(cè)物體的亮度溫度。得到了被測(cè)將指示出被測(cè)物體的亮度溫度。得到了被測(cè)物體的亮度溫度，再根據(jù)該物

46、體的光譜發(fā)射率，便可獲得該物體的真實(shí)溫度。物體的亮度溫度，再根據(jù)該物體的光譜發(fā)射率，便可獲得該物體的真實(shí)溫度。 691.物鏡；2.灰色吸收玻璃；3.燈泡；4.目鏡；5.紅色濾光片；6.顯示表頭 圖中的圖中的5 5紅色濾光片造成單色光，它的作用是濾除人眼不敏紅色濾光片造成單色光，它的作用是濾除人眼不敏感的光譜段，僅讓中心光譜波長(zhǎng)為感的光譜段，僅讓中心光譜波長(zhǎng)為0.66 m0.66 m的窄波段通過(guò)。的窄波段通過(guò)。此工作光譜段愈窄效果愈好。對(duì)于工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)。光譜范此工作光譜段愈窄效果愈好。對(duì)于工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)。光譜范圍在圍在O.62O.62O.7mO.7m范圍所造成的誤差可忽略不計(jì)。范圍所造成的

47、誤差可忽略不計(jì)。70光學(xué)高溫計(jì)通常有兩個(gè)刻度，一個(gè)是不加灰色吸收光學(xué)高溫計(jì)通常有兩個(gè)刻度，一個(gè)是不加灰色吸收玻璃的刻度，其范圍為玻璃的刻度，其范圍為80080014001400；另一個(gè)是加灰；另一個(gè)是加灰色吸收玻璃的刻度。為能測(cè)量更高的溫度，有的光學(xué)色吸收玻璃的刻度。為能測(cè)量更高的溫度，有的光學(xué)高溫計(jì)在物鏡前再加一塊吸收玻璃，以進(jìn)一步減弱被高溫計(jì)在物鏡前再加一塊吸收玻璃，以進(jìn)一步減弱被測(cè)物體輻射亮度；這樣可使光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量亮度溫度測(cè)物體輻射亮度；這樣可使光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量亮度溫度高達(dá)高達(dá)32003200物體的溫度。無(wú)論采用何種形式，光學(xué)高物體的溫度。無(wú)論采用何種形式，光學(xué)高溫計(jì)鎢絲本身最高溫度均不

48、可超過(guò)溫計(jì)鎢絲本身最高溫度均不可超過(guò)14001400。 71輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)72光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)732.2.光電高溫計(jì)光電高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)雖然有結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量光學(xué)高溫計(jì)雖然有結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量范圍廣，使用方便等優(yōu)點(diǎn)；但光學(xué)高溫計(jì)在測(cè)量物體的范圍廣，使用方便等優(yōu)點(diǎn)；但光學(xué)高溫計(jì)在測(cè)量物體的溫度時(shí)，由于要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)燈絲的亮度，由眼睛判別燈溫度時(shí)，由于要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)燈絲的亮度，由眼睛判別燈絲的絲的“隱滅隱滅”，故觀察誤差較大，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，故觀察誤差較大，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和記錄。由于科技不斷發(fā)展進(jìn)步，依據(jù)光學(xué)高溫計(jì)原理和記錄。由于科技不斷發(fā)展進(jìn)步，依據(jù)

49、光學(xué)高溫計(jì)原理制造出來(lái)的光電高溫計(jì)正在迅速替代光學(xué)高溫計(jì)而廣泛制造出來(lái)的光電高溫計(jì)正在迅速替代光學(xué)高溫計(jì)而廣泛用于工業(yè)高溫測(cè)量中。用于工業(yè)高溫測(cè)量中。74光電高溫計(jì)采用光電高溫計(jì)采用硅硅光電池光電池作為儀表的光敏作為儀表的光敏元件，代替人眼睛感受元件，代替人眼睛感受被測(cè)物體輻射亮度的變被測(cè)物體輻射亮度的變化，并將此亮度信號(hào)按化，并將此亮度信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)比例轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波放大后送檢測(cè)系統(tǒng)濾波放大后送檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換處理，最后顯示出被測(cè)物體的亮后顯示出被測(cè)物體的亮度溫度。圖度溫度。圖3-283-28是國(guó)產(chǎn)是國(guó)產(chǎn)WDLWDL型光電高溫計(jì)的工型光電高溫計(jì)的工作

50、原理示意圖。作原理示意圖。圖3-28光電高溫計(jì)工作原理圖1物鏡；2光闌，3、5孔，4光電器件；6遮光板；7調(diào)制器；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主放大器；15反饋燈；16電位差計(jì)；17被測(cè)物體 75光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比，主要優(yōu)點(diǎn)有：光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比，主要優(yōu)點(diǎn)有： 1.1.靈敏度高靈敏度高 較光學(xué)高溫計(jì)提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；較光學(xué)高溫計(jì)提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)； 2.2.精確度高精確度高 采用干涉濾光片或單色儀后，使儀器采用干涉濾光片或單色儀后，使儀器的單色性能更好，至少比光學(xué)高溫計(jì)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；的單色性能更好，至少比光學(xué)高溫計(jì)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；

51、 3.3.使用波長(zhǎng)范圍不受限制使用波長(zhǎng)范圍不受限制 使用波長(zhǎng)范圍不受人眼使用波長(zhǎng)范圍不受人眼睛光譜敏感度的限制，可見光與紅外光范圍均可應(yīng)用，睛光譜敏感度的限制，可見光與紅外光范圍均可應(yīng)用，其測(cè)溫下限可向低溫?cái)U(kuò)展；其測(cè)溫下限可向低溫?cái)U(kuò)展； 4.4.光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短 光電倍增管可在光電倍增管可在l0l0-6-6s s內(nèi)響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間很短；內(nèi)響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間很短； 5.5.便于自動(dòng)測(cè)量與控制便于自動(dòng)測(cè)量與控制 可自動(dòng)記錄或遠(yuǎn)距離傳送?？勺詣?dòng)記錄或遠(yuǎn)距離傳送。 76三、三、全輻射全輻射高溫計(jì)高溫計(jì) 根據(jù)全輻射定律，基于被測(cè)物體的輻射熱效應(yīng)根據(jù)全輻射定律，基于被測(cè)物體的輻射熱效

52、應(yīng)進(jìn)行工作的。進(jìn)行工作的。 通常由通常由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)是最古老、等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)是最古老、最簡(jiǎn)單、較常用的非接觸式高溫檢測(cè)儀表。雖然此最簡(jiǎn)單、較常用的非接觸式高溫檢測(cè)儀表。雖然此種儀器有能聚集被測(cè)物體輻射能于敏感元件的光學(xué)種儀器有能聚集被測(cè)物體輻射能于敏感元件的光學(xué)系統(tǒng)，但實(shí)際上任何實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)都不可能全部系統(tǒng)，但實(shí)際上任何實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)都不可能全部透過(guò)或全部反射所有波長(zhǎng)范圍的全部輻射能，所以透過(guò)或全部反射所有波長(zhǎng)范圍的全部輻射能，所以把它直接稱之為輻射溫度計(jì)，似乎更合理一些。把它直接稱

53、之為輻射溫度計(jì)，似乎更合理一些。 77 輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對(duì)黑體進(jìn)行輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對(duì)黑體進(jìn)行溫度分度的，因此用它測(cè)量非絕對(duì)黑體的具體物體溫溫度分度的，因此用它測(cè)量非絕對(duì)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，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(cè)物體的輻射溫度。由此，我們我們稱該溫度為此被測(cè)物體的輻射溫度。由此，我們可以給輻射溫度定義為：黑體的總輻射能量等于被測(cè)可以給輻射溫度定義為：黑體的總輻射能量等于被測(cè)非黑體的總輻射溫度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為非黑體的總輻射溫度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為44pTT 式中式中 T T被測(cè)物體

54、的真實(shí)溫度；被測(cè)物體的真實(shí)溫度； T Tp p被測(cè)物體的輻射溫度；被測(cè)物體的輻射溫度； 被測(cè)物體的全發(fā)射率。被測(cè)物體的全發(fā)射率。亦即亦即41 pTT (3.6.8)78 由于由于0 01 1，所以，輻射溫度，所以，輻射溫度T Tp p總要低于物體總要低于物體的真實(shí)溫度，表中是部分常用材料在給定溫度范圍內(nèi)的真實(shí)溫度，表中是部分常用材料在給定溫度范圍內(nèi)的全發(fā)射率。的全發(fā)射率。T 名 稱 溫度范圍 () 全發(fā)射率 名 稱 溫度范圍 () 全發(fā)射率 磨光的純鐵 磨光的熟鐵 氧化鑄鐵 氧化的熟鐵 磨光的鋼 碳化的鋼 氧化的鋼 磨光的鋁 明亮的鋁 氧化的鋁 磨光的銅 鎳 260538 260 260538

55、 260 260538 260538 93538 93538 148 93538 260538 10001400 0.080.13 0.27 0.660.75 0.95 0.100.14 0.530.56 0.880.96 0.050.11 0.49 0.200.33 0.050.18 0.0560.069鉻 鎳鉻合金KA25 鎳鉻合金NCT3 鎳鉻合金NCT6 氧化的錫 未氧化的鎢 磨光的銀 氧化的鋅 磨光的銀 未氧化的銀 氧化的銀 鋁 260538 260538 260538 260538 100 100500 260 260 260538 100500 200500 200600 0.1

56、70.26 0.380.44 0.900.97 0.89 0.05 0.0320.0710.03 0.11 0.020.03 0.020.035 0.020.038 0.110.19T一些材料在給定溫度范圍內(nèi)的全發(fā)射率79 圖3-29 全輻射高溫計(jì)的構(gòu)造示意圖1.物鏡；2.光闌；3.銅殼；4.玻璃泡；5.熱電堆；6.鉑黑片；7.吸收玻璃；8.目鏡；9.小孔；10.云母片輻射溫度計(jì)的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類。輻射溫度計(jì)的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類。 光電型光電型 常用的有常用的有光電倍增管、硅光電池、鍺光電二極管光電倍增管、硅光電池、鍺光電二極管等。等。這類敏感元件的特點(diǎn)是響應(yīng)速度

57、極快，而同類元件光電特性曲線這類敏感元件的特點(diǎn)是響應(yīng)速度極快，而同類元件光電特性曲線一致性不是很好，故互換性較差。一致性不是很好，故互換性較差。 (2) (2)熱敏型熱敏型 常用有常用有熱敏電阻、熱電堆熱敏電阻、熱電堆( (由熱電偶串聯(lián)組成由熱電偶串聯(lián)組成) )等。等。特點(diǎn)是對(duì)響應(yīng)波長(zhǎng)無(wú)選擇性，靈敏度高，同類元件的熱電特性曲線特點(diǎn)是對(duì)響應(yīng)波長(zhǎng)無(wú)選擇性，靈敏度高，同類元件的熱電特性曲線一致性好，響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大，通常為一致性好，響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大，通常為0.01s0.01s1s1s。80 維思位移定律指出：當(dāng)溫度升高時(shí)，絕對(duì)黑體輻維思位移定律指出：當(dāng)溫度升高時(shí)，絕對(duì)黑體輻射能量的光譜分布要發(fā)生變化

58、。一方面輻射峰值向波射能量的光譜分布要發(fā)生變化。一方面輻射峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，另一方面長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，另一方面光譜分布曲線的斜率將明光譜分布曲線的斜率將明顯增加；斜率的增加致使兩個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光譜能量比顯增加；斜率的增加致使兩個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光譜能量比發(fā)生明顯的變化發(fā)生明顯的變化。 四、比色溫度計(jì)四、比色溫度計(jì) 由維恩位移定律可知、若能測(cè)出黑體光譜輻射亮由維恩位移定律可知、若能測(cè)出黑體光譜輻射亮度最大時(shí)的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)度最大時(shí)的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)mm，便可方便得到黑體的溫度。，便可方便得到黑體的溫度。工程中，常用的比色溫度計(jì)就是基于這一原理，通過(guò)工程中，常用的比色溫度計(jì)就是基于這一原理，通過(guò)對(duì)黑體光譜輻射亮度的測(cè)量實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫的。對(duì)黑體光譜輻射亮度的測(cè)量實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫的。 81 所以，比色溫度可定義為：絕對(duì)黑體輻射的兩個(gè)所以，比色溫度可定義為：絕對(duì)黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)波長(zhǎng)1 1和和2 2的亮度比等于被測(cè)輻射體在相應(yīng)波長(zhǎng)下的亮度比等于被測(cè)輻射體在相應(yīng)波長(zhǎng)下的亮度比時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度就稱為這個(gè)被測(cè)輻射體的亮度比時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度就稱為這個(gè)被測(cè)輻射體的比色溫度。的比色溫度。 根據(jù)測(cè)量?jī)蓚€(gè)光