第3章建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)

1、12 3 國(guó)際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)國(guó)際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、溫標(biāo)、 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。 3.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)B假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為100K100K，熱力學(xué)溫標(biāo)如何，熱力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定規(guī)定300K300K的溫度？的溫度？B拿標(biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作為高溫?zé)嵩?，拿?biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作為高溫?zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次屢豢ㄖZ熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃渴盏臒崃縌1Q1與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量Q0Q0之比等于之比等

2、于3 3 ，那么高溫?zé)嵩礈囟鹊扔谀敲锤邷責(zé)嵩礈囟鹊扔?00K300K。B現(xiàn)實(shí)中熱力學(xué)溫標(biāo)是應(yīng)用氣體特性方程實(shí)現(xiàn)的。理想現(xiàn)實(shí)中熱力學(xué)溫標(biāo)是應(yīng)用氣體特性方程實(shí)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(jì)）容溫度計(jì)）7二、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類二、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類B1、溫度測(cè)量方法的分類、溫度測(cè)量方法的分類玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式固體膨脹式壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫接觸法接觸法非接觸法非接觸法測(cè)溫方法測(cè)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(jì)膨脹式溫度計(jì)1.1.基本概念基本概念 J 膨脹式溫度計(jì)：利用物體受熱膨脹原理膨脹式溫度計(jì)：利用物體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)。制成的溫度計(jì)。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(jì)式溫度計(jì)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(chǔ)器、毛細(xì)管、組成：液體存儲(chǔ)器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分。標(biāo)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(dāng)溫度超過(guò)當(dāng)溫度超過(guò)300300時(shí)，應(yīng)采用硅硼時(shí)，應(yīng)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(jì)：液體膨脹式溫度計(jì)：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(shí)的體積；時(shí)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(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)J實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)用溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)用溫度計(jì)J電接點(diǎn)式溫度計(jì)電接點(diǎn)式溫度計(jì)玻璃棒溫度計(jì)玻璃棒

5、溫度計(jì)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(yīng)。玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。 J溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差。溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差。 玻璃管溫度計(jì)測(cè)溫誤差修正玻璃管溫度計(jì)測(cè)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(duì)玻璃的相對(duì)膨脹系數(shù)（工作液體對(duì)玻璃的相對(duì)膨脹系數(shù)（1/1/）；）； 溫度計(jì)的指示值（溫度計(jì)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(cè)量水

6、溫為某水銀溫度測(cè)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(cè)量誤差為？，則測(cè)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(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）。溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）。20 (2). (2).使用方法與特點(diǎn)使用方法與特點(diǎn) 對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對(duì)精度的影響。裝方式與位置對(duì)精度的影響。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，刻度清晰，防特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滯后時(shí)間長(zhǎng)，毛細(xì)管易損

7、壞。爆。精度差，示值滯后時(shí)間長(zhǎng)，毛細(xì)管易損壞。 由于受毛細(xì)管長(zhǎng)度的限制，一般工作距離不由于受毛細(xì)管長(zhǎng)度的限制，一般工作距離不超過(guò)超過(guò)60m60m，被測(cè)溫度，被測(cè)溫度-55-55 550550。 213.4.3.4.固體膨脹式溫固體膨脹式溫度計(jì)度計(jì)( (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(jì)。理制成的溫度計(jì)。 1. 1.桿式溫度計(jì)桿式溫度計(jì) 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(jì)雙金屬溫度計(jì) 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(jì)熱電偶溫度計(jì) 1.1.基本概念基本概念 J 熱電溫度計(jì)熱電溫度計(jì) 以以熱電偶熱電偶作為測(cè)溫元件，測(cè)得與溫度相應(yīng)的作為測(cè)溫元件，測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)，由儀表顯示出溫度的一種溫度計(jì)。熱電動(dòng)勢(shì)，由儀表顯示出溫度的一種溫度計(jì)。 J 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成一個(gè)閉和將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成一個(gè)閉和回路，如果兩端點(diǎn)的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一回路，如果兩端點(diǎn)的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一定大小的電流，這個(gè)電流的大小同材料的性質(zhì)以及定大小的電流，這個(gè)電流的大小同材料的性質(zhì)以及節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，上

9、述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這個(gè)現(xiàn)象節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這個(gè)現(xiàn)象是是1821年年Seebeck發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應(yīng)。 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(dòng)勢(shì)測(cè)量溫度。該電動(dòng)勢(shì)實(shí)際電動(dòng)勢(shì)測(cè)量溫度。該電動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）上是由接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）與溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組與溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。成。25J接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)） 當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者有不當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者有不同的電子密度而

10、產(chǎn)生的電勢(shì)。同的電子密度而產(chǎn)生的電勢(shì)。 珀?duì)柼妱?shì)或接觸電勢(shì)：珀?duì)柼妱?shì)或接觸電勢(shì)：圖圖3.3.2接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)51012exp(/) 1EccT（3.3.1）26J 溫差電勢(shì)（湯姆遜溫差電勢(shì)）溫差電勢(shì)（湯姆遜溫差電勢(shì)）A A導(dǎo)體和導(dǎo)體和B B導(dǎo)體所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)：導(dǎo)體所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)：）（4 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE）（5 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE圖圖3.33溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)27J熱電偶回路中總熱電勢(shì)熱電偶回路中總熱電勢(shì)28閉合回路的總熱電勢(shì)閉合回路的總熱電勢(shì)）（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(dǎo)體材料皆可制成熱）凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體材料皆可制成熱電偶；電偶； 2 2）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)在熱電極材料一定時(shí)，）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)在熱電極材料一定時(shí)，僅決定測(cè)量端和參考端的溫度，而與熱電極的僅決定測(cè)量端和參考端的溫度，而與熱電極的形狀和尺寸無(wú)關(guān)；形狀和尺寸無(wú)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(lái)檢測(cè)溫度，必須引入變利用熱電偶來(lái)檢測(cè)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(dǎo)體定則熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定則 由同

12、一均質(zhì)導(dǎo)體（電子密度處處相同）組成由同一均質(zhì)導(dǎo)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(dǎo)體的不論導(dǎo)體的截面截面、長(zhǎng)度長(zhǎng)度以及以及溫度溫度分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。 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(dǎo)體組成，那么熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布無(wú)關(guān)。即兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電無(wú)關(guān)。即兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電偶。當(dāng)熱電偶兩端的溫度相同時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生偶。當(dāng)熱電偶兩端的溫度相同時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)

13、生熱電勢(shì)。熱電勢(shì)。 檢驗(yàn)熱電偶絲的均勻性檢驗(yàn)熱電偶絲的均勻性。 32J 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要與第在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，接入第三種三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，接入第三種導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路中的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路中的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。 圖圖3.3.5 熱電偶回路接入第三種導(dǎo)體熱電偶回路接入第三種導(dǎo)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(dǎo)體組成如圖回路，六種不同的導(dǎo)體組成如圖回路，寫(xiě)出回路中總的熱電勢(shì)。寫(xiě)出回路中總的熱電勢(shì)。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(dǎo)線等；儀表、連接導(dǎo)線等；2 2）利用這一定則，可推導(dǎo)出參考電極定則，即采）利用這一定則，可推導(dǎo)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(cè)其熱電特性，然后再利用這成的熱電偶，以測(cè)其熱電特性，然后再利用這些特性組成各種配對(duì)的熱電偶些特性組成各種配對(duì)的熱電偶研究、測(cè)試熱研究、測(cè)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(diǎn)溫度為熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)熱電勢(shì)等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫時(shí)

16、熱電勢(shì)等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為度分別為T、TN時(shí)時(shí)TN、T0時(shí)相應(yīng)熱時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。電勢(shì)的代數(shù)和。 如果如果T T0 0=0=0，則上式變?yōu)椋?，則上式變?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(shí)際測(cè)量，在實(shí)際測(cè)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(yīng)用中間，則可應(yīng)用中間溫度定律進(jìn)行計(jì)算。溫度定律

17、進(jìn)行計(jì)算。 ( ,0)( ,20)(20,0)ABABABETETE舉例：用鉑銠舉例：用鉑銠10鉑熱電偶測(cè)溫，冷端溫度為鉑熱電偶測(cè)溫，冷端溫度為25，輸出電勢(shì)為輸出電勢(shì)為0.668mV，試求被測(cè)對(duì)象的溫度。，試求被測(cè)對(duì)象的溫度。查表得被測(cè)溫度為查表得被測(cè)溫度為122。mV811. 0143. 0668. 0)0 ,25()25,()0 ,(sssetete384.4.熱電偶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)比熱電偶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)有可靠絕緣，否則影響測(cè)量引腳之間應(yīng)有可靠絕緣，否則影響測(cè)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/