溫度計量測試技術(shù)專家講座

熱工計量測試技術(shù)講課：方立德溫度計量測試技術(shù)第1頁概述電阻溫溫度計膨脹式溫度計熱電偶輻射溫度計慣用測溫技術(shù)溫度計量測試技術(shù)第2頁.1概述1.1溫度概念1.2溫標

1.3測溫方法及測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第3頁1.1溫度概念1.1概述溫度宏觀概念：是冷熱程度表示，或者說，互為熱平衡兩物體，其溫度相等。（注：處于熱平衡狀態(tài)全部熱力學系統(tǒng)都含有共同宏觀性質(zhì)！）溫度微觀概念：是大量分子運動平均強度表示。（注：分子運動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高?。囟扔嬃繙y試技術(shù)第4頁主要性：

自然界中幾乎全部物理化學過程都與溫度相關(guān)。在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學研究各個領域中，溫度測量與控制占有主要地位！溫標:攝氏溫標、華式溫標、熱力學溫標、國際溫標、理想氣體溫標1.1溫度概念1.1概述溫度計量測試技術(shù)第5頁1.1溫度概念1.1概述防止混亂----國際單位制（SI）：長度質(zhì)量時間電流熱力學溫度物質(zhì)量光量SI基本單位：七個物理量單位---相互獨立（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）溫度：不可疊加性（內(nèi)涵量）溫度計量測試技術(shù)第6頁內(nèi)涵量：可見，溫度是一個內(nèi)涵量（即強度量），它不含有疊加性。不能像長度、質(zhì)量等廣延量一樣，能夠經(jīng)過單位疊加和細分以及與被測量進行比較，從而得到被測量數(shù)值。兩個溫度不能相加，只能進行相等或不相等描述。對普通測量來說，測量結(jié)果即為該單位倍數(shù)或分數(shù)。但對于溫度而言，長久以來所做卻不是測量，而只做標志，即只是確定溫標上位置而已。這種情況直到1967第十三屆國際計量大會確定，把熱力學溫度單位———開爾文定義為：水三相點熱力學溫度1/273.16。這么溫度描述已不再是確定溫標上位置，而是單位Ｋ多少倍了。這在計溫學上含有劃時代歷史意義。溫度計量測試技術(shù)第7頁熱力學（絕對）溫度：用熱力學溫標表示溫度。熱力學（絕對）溫標：“準確試驗證實壓強等于零時溫度應該是-273.15℃”。

-273.15℃零度溫標——熱力學溫標或絕對溫標。1.1.1溫度概念溫度計量測試技術(shù)第8頁1.2溫標

攝氏溫標華式溫標開氏溫標熱力學溫標國際溫標理想氣體溫標經(jīng)驗溫標等價！溫度計量測試技術(shù)第9頁測溫質(zhì):

要確定選擇什么樣物質(zhì),這些物質(zhì)冷熱狀態(tài)必須能夠顯著地反應客觀物體(欲測物體)溫度改變，而且這種改變含有復現(xiàn)性。如：水銀、氫氣或是電偶？2.測溫特征：要知道該測溫質(zhì)哪些物理量伴隨溫度改變將產(chǎn)生某種預期改變。如：水銀溫度計是用水銀做測溫質(zhì)，水銀體積隨溫度作線性改變。3.參考點：依據(jù)確定數(shù)值作為基準，實現(xiàn)劃分溫度間隔。經(jīng)驗溫標溫度計量測試技術(shù)第10頁華氏溫度測溫質(zhì)：水銀；測溫特征：水銀柱熱脹冷縮。參考點：冰、水、氯化銨和氯化鈉混合物熔點定為零度，以0°F表示。把冰熔點定為32°F把水沸點定為212°F；在32→212間隔內(nèi)均分180等分，每份1華氏度。華氏溫標——〉華氏溫度使用情況：歐美等英語國家。(華倫海特(G·D·Fahrenheit))溫度計量測試技術(shù)第11頁攝氏溫度測溫質(zhì)：水銀測溫特征：水銀柱熱脹冷縮；參考點：冰熔點為零度(標以0℃)，水沸點為100度(標以100℃)。在0度和100度之間均分成100等份，每一份也就是1攝氏度。這種要求方法就叫攝氏溫標。使用國家：亞洲國家、非英語國家(A·Celsiuas

瑞典)溫度計量測試技術(shù)第12頁攝氏溫度與華氏溫度關(guān)系同種測溫質(zhì)(水銀)，利用了一樣測溫特征(水銀柱熱脹冷縮)。但因為要求參考點和分度單位不一樣，就造成了兩種不一樣溫標，從而產(chǎn)生了兩種不一樣溫度數(shù)值?！鍲-20-6032206840104溫度計量測試技術(shù)第13頁注：參考點——相同測溫質(zhì)——不一樣

溫標也不完全一致?。。≡颍翰灰粯訙y溫物理性質(zhì)隨溫度改變在相同范圍內(nèi)可能不會相同。

經(jīng)驗溫標溫度計量測試技術(shù)第14頁舉例：五種溫度計，測溫質(zhì)分別是氫氣、空氣、鉑絲、電偶和水銀，其測溫物理性質(zhì)分別為氣體壓強、電阻、電動勢和水銀長度；基準點都是以冰熔點和水沸點為0度和100度。結(jié)論:對應同一個客觀溫度(假定以定容氫氣溫度計指示數(shù)為標準)，各種溫度計讀數(shù)是不一樣。80.1470水銀溫度計氫氣溫度計020406080100溫度計量測試技術(shù)第15頁經(jīng)驗溫標特點：因為測溫物質(zhì)和測溫特征選取不一樣，參考點和分度方法選擇不一樣，故能夠有各式各樣溫標。開氏溫標（熱力學溫標）：開爾文，1848年創(chuàng)建了一個不依賴任何測溫質(zhì)(當然也就不依賴任何測溫質(zhì)任何物理性質(zhì))絕對真實絕對溫標。經(jīng)驗溫標熱力學溫標開爾文：英國物理學家，熱力學第二定律創(chuàng)始人。(熱學、電磁學、流體力學、光學、地球物理、數(shù)學、工程,600論文,70創(chuàng)造專利)溫度計量測試技術(shù)第16頁熱力學溫標熱力學溫標是以卡諾循環(huán)為基礎：卡諾定律指出，一個工作于恒溫熱源與恒溫冷源之間可逆熱機，其效率只與熱源和冷源溫度相關(guān)。假設熱機從溫度為T1熱源取得熱量為Q1，放給溫度為T2冷源熱量為Q2，則有溫度計量測試技術(shù)第17頁第十一屆國際計量大會(1960年)要求以純水三相點溫度定為開氏溫標參考點，要求其溫度為273.16K(而不叫“度”)，1K等于水三相點熱力學溫度1/273.16;熱力學溫標被定為基本溫標；熱力學溫度被作為基本溫度;符號是T，單位是開爾文，簡寫為開，以K表示之；熱力學溫標零點叫絕對零度(0K)；熱力學溫標t=T-273.15溫度計量測試技術(shù)第18頁參考點：水三相點是指純水以冰、水、蒸汽平衡混合物狀態(tài)，只要在沒有空氣密閉容器內(nèi)，這個狀態(tài)溫度就是確定不變，它不依賴于壓強，最客觀參考點!

熱力學溫標溫度計量測試技術(shù)第19頁假如我們要測某一個物體溫度，可用任何一個工質(zhì)卡諾熱機看成溫度計，使卡諾熱機運轉(zhuǎn)于欲測物體(欲測其溫度T)和273.16K熱庫之間，測出吸收和放出熱量Q1和Q2之比，則溫度為：熱力學溫標一支“熱力學溫度計”就是可逆卡諾熱機，理論上通，技術(shù)上無法實現(xiàn)?。囟扔嬃繙y試技術(shù)第20頁熱力學溫標理想氣體溫標熱力學理論證實：

注：熱力學溫標能夠借助理想氣體溫標付諸實施，熱力學溫標取得了現(xiàn)實意義!溫度計量測試技術(shù)第21頁鉑電阻~普朗克輻射定律溫度計量測試技術(shù)第22頁氣體原子運動伴隨溫度升高而加速，伴隨溫度降低而減速。當溫度到達0K（-273.15℃）時，原子運動就停頓了。而且從理論上講，氣體體積應該是零，所以不可能有低于0K溫度。（如圖,在壓力不變情況下（圖以砝碼表示）.假如溫度下降,氣體體積就減小，與其0℃時體積相比，每下降1℃其體積就減小1／273。)絕對零度探索常溫：氣體原子速度1600km/h；3K：1m/h;20nK（2×10-8K）:原子運動速度慢得難以測量(物質(zhì)展現(xiàn)為液體狀態(tài)，而非固體狀態(tài)，更不是氣體狀態(tài)，而是聚集成唯一“超原子”，它表現(xiàn)為一個單一實體。)溫度計量測試技術(shù)第23頁1絕對零度意義:開爾文用熱力學溫標，即與任何測溫物質(zhì)無關(guān)溫標得到了絕對零度，所以，絕對零度這一主要概念對全部物質(zhì)都成立，它和選取什么物質(zhì)及什么物理性質(zhì)無關(guān)。2無測溫上限：不論何時，測量一個很高溫度時，一個更高溫度將存在，而且也有可能到達；3有測溫下限：絕對零度無限靠近，但終究不能到達。（這是熱力學第三定律結(jié)論。）4“絕對溫標”和“絕對零度”中“絕對”含義：前者是指開氏溫標與任何測溫質(zhì)都沒相關(guān)聯(lián)，因而這種溫標是“絕對”；后者是指絕對零度是一個不可超越界限，而且對全部物質(zhì)都成立，因而這個度數(shù)是“絕對”。開氏溫度意義

溫度計量測試技術(shù)第24頁1.4測溫方法及測溫儀器（1）接觸式測溫（2）非接觸式測溫測溫方法接觸式測溫儀器非接觸式測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第25頁(1)接觸式測溫含義：測溫元件直接與被測對象相接觸，二者之間進行充分熱交換，最終到達熱平衡，感溫元件某一物理參數(shù)量值（熱電動勢、電阻、熱膨脹等等）代表了被測對象溫度值。優(yōu)點：直觀可靠。缺點：

感溫元件影響被測溫度場分布，接觸不良會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。1.4測溫方法及測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第26頁（2）非接觸式測溫

含義：感溫元件不與被測對象相接觸，而是經(jīng)過輻射方式進行熱交換。特點：可防止接觸測溫缺點（不影響溫場分布）；含有較高測溫上限；非接觸測溫法熱慣性小，可達千分之一秒，便于測量運動物體溫度和快速度改變溫度。.1.4測溫方法及測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第27頁1接觸式儀器膨脹式溫度計(包含液體和固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計)電阻式溫度計(包含金屬熱電阻溫度計和半導體熱敏電阻溫度計)熱電式溫度計(包含熱電偶和P-N結(jié)溫度計)2非接觸式溫度儀以光輻射為基礎，也稱為輻射溫度計。如：輻射溫度計、亮度溫度計和比色溫度計、紅外熱相儀；1.4測溫方法及測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第28頁3按照溫度測量范圍劃分溫度計超低溫、低溫、中、高溫和超高溫溫度測量。超低溫——0～10K低溫指——10～800K中溫指——800～1900K高溫指——1900～2800K溫度超高溫——2800K以上1.4測溫方法及測溫儀器溫度計量測試技術(shù)第29頁2電阻溫度計溫度計量測試技術(shù)第30頁2.1電阻溫度計測溫原理2.2熱電阻材料材料2.3熱電阻結(jié)構(gòu)2.4熱敏電阻2.5熱電阻測量電路2.6工業(yè)熱電阻檢定試驗溫度計量測試技術(shù)第31頁原理

利用導體或半導體電阻值隨溫度改變而改變性質(zhì)來測量溫度。試驗證實多數(shù)金屬導體在溫度升高1℃時，阻值改變0.4%~0.6%；多數(shù)含有負溫度系數(shù)半導體在溫度升高1℃時，阻值改變3%~6%；2熱電阻測溫溫度計量測試技術(shù)第32頁測溫范圍：-200~500℃特殊范圍：

①測量低溫端可達平衡氫三相點——13.8K②銦電阻溫度計——3.4K；碳電阻溫度計——1K；特點：①精度高②在低溫段下測溫靈敏度高③輸出信號便于遠傳、測量或自動控制溫度計量測試技術(shù)第33頁2.1熱電阻材料①電阻溫度系數(shù)要大：單位1/℃，定義為注：α越大制成溫度計靈敏度越高測量結(jié)果越準確普通非常數(shù)，不一樣溫度數(shù)值不一樣α=f(T)；材料越純,α越大溫度計量測試技術(shù)第34頁②要求有較大電阻率：因為電阻率越大↑→電阻體積越小↓→熱容量和熱慣性越小↓→溫度改變響應越快↑。③在測溫范圍內(nèi)，要求物理化學性質(zhì)穩(wěn)定。④復現(xiàn)性好、復制性強、易得到純凈物質(zhì)。⑤電阻值與溫度關(guān)系近似為線性關(guān)系，便于測溫分度和讀數(shù)。⑥價格低。

總而言之：鉑、銅、鐵、鎳、和一些半導體材料比較適合做熱電阻。2.1熱電阻材料溫度計量測試技術(shù)第35頁特點：精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠、易于提純、復制性好、含有良好工藝性、能夠制成極細鉑絲、電阻率較高；在0C以上，其電阻與溫度關(guān)系靠近于直線(其電阻溫度系數(shù)為3.9×10－3/C)。作用：工業(yè)測量,溫度基準、標準儀器。ITS-90國際溫標要求，在13.81K~961.78℃標準儀器為鉑電阻溫度計。缺點：電阻溫度系數(shù)小，在還原氣氛中，尤其是在高溫下，易被污染變脆、價格昂貴。慣用鉑電阻分度號：Pt1000，Pt100和Pt102.2熱電阻類型（1）鉑熱電阻溫度計量測試技術(shù)第36頁優(yōu)點：線性度好，電阻溫度系數(shù)大、價格低、精度適中；缺點：〉100℃時，易被氧化；測溫范圍：-50~+150℃。慣用銅電阻分度號：Cu100和Cu502.2熱電阻類型（2）銅熱電阻溫度計量測試技術(shù)第37頁2.2熱電阻類型表示０℃時電阻值，Ω溫度計量測試技術(shù)第38頁（1）普通型熱電阻感溫元件保護套管接線盒與熱電偶類似2.3熱電阻結(jié)構(gòu)類型溫度計量測試技術(shù)第39頁鉑熱電阻2.3熱電阻結(jié)構(gòu)類型玻璃燒結(jié)式陶瓷架式云母管架式昂貴雙線無感繞制溫度計量測試技術(shù)第40頁銅電阻2.2熱電阻結(jié)構(gòu)類型雙線無感繞制溫度計量測試技術(shù)第41頁2.2熱電阻結(jié)構(gòu)類型鎧裝熱電阻力學性好熱電阻+保護套管+絕緣材料封裝溫度計量測試技術(shù)第42頁2.2熱電阻結(jié)構(gòu)類型薄膜熱電阻陶瓷鉑真空鍍膜法熱慣性?。『衲ぁ?μm薄膜——2μm溫度計量測試技術(shù)第43頁2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第44頁半導體熱電阻——熱敏電阻。材料：慣用一定百分比錳、鎳、銅、鈦、鎂氧化物混合制成2.4半導體熱敏電阻分類負溫度系數(shù)NTC正溫度系數(shù)PTC臨界溫度系數(shù)CTR溫度計量測試技術(shù)第45頁測溫特點2.4半導體熱敏電阻近似線性關(guān)系改變猛烈改變猛烈溫度計量測試技術(shù)第46頁2.4半導體熱敏電阻金屬熱電阻T↑原子無規(guī)則運動↑自由電子定向運動↓電子遷移率↓R↑NTC半導體熱敏電阻T↑原子無規(guī)則運動↑自由電子數(shù)目↑↑電子遷移率↑R↓測溫特征相反溫度計量測試技術(shù)第47頁熱敏電阻計算公式式中溫度為T0時熱敏電阻；熱敏電阻材料常數(shù)；2.4半導體熱敏電阻————試驗測量溫度計量測試技術(shù)第48頁熱敏電阻溫度系數(shù)若室溫:2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第49頁熱敏電阻伏安特征概念：表征了靜態(tài)下，在熱敏電阻和周圍介質(zhì)熱平衡時，熱敏電阻上端電壓和經(jīng)過電阻電流相互關(guān)系。2.4半導體熱敏電阻溫度不變溫度計量測試技術(shù)第50頁舉例：NTC熱敏電阻伏安特征2.4半導體熱敏電阻oa段:線性工作區(qū)：當電流<Ia元件功耗很小熱敏電阻不發(fā)燒元件溫度=環(huán)境溫度T0固定電阻(歐姆定律)溫度計量測試技術(shù)第51頁ab段:非線性正阻區(qū)：伴隨電流增加熱敏電阻R耗散功率增大工作電流引發(fā)熱敏電阻自熱升溫則其阻值下降（NTC）端電壓增加逐步遲緩舉例：NTC熱敏電阻伏安特征2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第52頁端電壓最大值當電流為Im時端電壓到達最大值Um。舉例：NTC熱敏電阻伏安特征2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第53頁cd段非線性負阻區(qū)若電流繼續(xù)增加熱敏電阻本身升溫猛烈阻值快速減小阻值減小速度>電流增加速度端電壓隨電流增加而降低舉例：NTC熱敏電阻伏安特征2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第54頁舉例：NTC熱敏電阻伏安特征2.4半導體熱敏電阻總結(jié)

NTC熱敏電阻應用于測溫時，應工作在伏安特征曲線oa段，即：流過熱敏電阻工作電流應很小。

當外界環(huán)境溫度改變時，盡管熱敏電阻耗散系數(shù)也發(fā)生改變，但電阻體無自熱升溫，而與所測環(huán)境溫度靠近。溫度計量測試技術(shù)第55頁半導體熱敏電阻形狀：片狀、柱狀和珠狀2.4半導體熱敏電阻溫度計量測試技術(shù)第56頁MF74超大功率型NTC熱敏電阻器

應用范圍：適合用于大功率轉(zhuǎn)換電源、開關(guān)電源、UPS電源及各類大功率照明燈具、電加熱器浪涌電流抑制。

半導體熱敏電阻實物照片溫度計量測試技術(shù)第57頁半導體熱敏電阻實物照片廣泛應用于空調(diào)設備、暖氣設備、電子體溫計、液位傳感、汽車、電子臺歷、手機電池。MF52珠狀測溫型NTC熱敏電阻器

溫度計量測試技術(shù)第58頁半導體熱敏電阻實物照片應用于：半導體集成電路、液晶顯示、晶體管及移動通訊設備用石英振蕩器溫度賠償、可充電電池溫度探測、計算機微處理器溫度探測、需溫度賠償各種電路。

CMF貼片式NTC熱敏電阻器溫度計量測試技術(shù)第59頁半導體熱敏電阻實物照片MF55系列絕緣薄膜型NTC熱敏電阻器應用范圍：電腦、打印機、家用電器等溫度計量測試技術(shù)第60頁測溫范圍：-100~300℃優(yōu)點：①電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為②電阻率大，利于小型化，連接導線影響能夠忽略；③結(jié)構(gòu)簡單、體積小，能夠用于測量點溫度；④熱慣性小，適合用于表面溫度及快速改變溫度。不足：熱敏電阻溫度特征分散、交換性差、非線性嚴重。深入發(fā)展依賴于半導體技術(shù)發(fā)展和制造工藝水平提升。熱敏電阻特點

溫度計量測試技術(shù)第61頁2.5熱電阻測溫電橋說明：為了消除金屬熱電阻(幾歐~幾十歐范圍)中引線電阻和連接導線電阻受溫度改變而改變其阻值大小，從而影響熱電阻測溫。測溫電橋——兩線制、三線制、四線制接法。溫度計量測試技術(shù)第62頁（1）工業(yè)用慣用線路①兩線制2.5熱電阻測溫電橋Rac=2(Rr+r+r’)+Rt熱電阻Rt引線r’連接導線r調(diào)整電阻Rr不平衡電橋溫度計量測試技術(shù)第63頁（1）工業(yè)用慣用線路①兩線制特點：接入一個橋臂。引線與連接導線隨環(huán)境溫度改變?nèi)考尤氲綗犭娮韪淖冎?；簡單，仍有應用引出線電阻值特征：銅：<=0.2％(R0)；鉑:<=

0.1％(R0)

。2.5熱電阻測溫電橋Rac=2(Rr+r+r’)+Rt溫度計量測試技術(shù)第64頁（1）工業(yè)用慣用線路②三線制方法一：熱電阻有三個引線其中兩根+連接導線電阻分別加到電橋相臨兩橋臂中第三根接到電源線上≡電源與電橋連接點a從儀表內(nèi)部橋路上移到熱電阻附近效果：引線與連接導線電阻改變影響減小。Rac=Rt+r’+r+RrRad=R1+r’+r+Rr2.5熱電阻測溫電橋溫度計量測試技術(shù)第65頁（1）工業(yè)用慣用線路②三線制Rac=Rt+2r’+r+RrRad=R1+r+Rr方法二兩根引線三根連接導線兩根連接導線電阻分別加到電橋相鄰兩橋臂中第三根接到電源對角線上≡電源接點a移到熱電阻傳感器內(nèi)接線柱上效果：連接導線r影響減小引線電阻r’影響依存在

2.5熱電阻測溫電橋溫度計量測試技術(shù)第66頁（2）試驗室精密測溫線路——四線制

2.5熱電阻測溫電橋4引線溫度計量測試技術(shù)第67頁（2）試驗室精密測溫線路——四線制

電源E：向標準電阻RH、熱電阻Rt（經(jīng)a,c）、調(diào)整電阻Rr和電流表回路供電；電流I：調(diào)整Rr，使得回路電流I調(diào)整到熱電阻要求值3~4mA；電流測量線：與a和c相連電位測量線：與b和d相連轉(zhuǎn)換開關(guān)K：先后測量標準電阻RH和熱電阻Rt上電壓降UH和Ut；2.5熱電阻測溫電橋精密！溫度計量測試技術(shù)第68頁（2）試驗室精密測溫線路——四線制

特點：利用電位差計平衡讀數(shù)時，電位差計不取電流，熱電阻電位測量線沒有電流經(jīng)過,所以，熱電阻引線電阻r’、連接導線電阻r不論怎樣改變也不會影響熱電阻Rt測量，可完全消除Rt以外電阻影響。2.5熱電阻測溫電橋溫度計量測試技術(shù)第69頁3膨脹式溫度計溫度計量測試技術(shù)第70頁3膨脹式溫度計3.1.液體膨脹式溫度計它由液體儲存器、毛細管和標尺組成。測溫上限取決于所用液體汽化點溫度，下限受液體凝點溫度限制。為預防毛細管中液柱出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，并提升測溫液體沸點，常在毛細管中液體上部充以一定壓力氣體。溫度計量測試技術(shù)第71頁溫度計量測試技術(shù)第72頁溫度計量測試技術(shù)第73頁液體玻璃溫度計分全浸式和部分浸入式兩種。全浸：測溫時把液柱部分全部浸入被測介質(zhì)中。部分浸入：把溫度計部分插入被測介質(zhì)中。全浸式測量精度較高，故多用于試驗室和標準溫度計，部分浸入式用于普通工業(yè)測溫。

修正值計算：溫度計量測試技術(shù)第74頁3.2固體膨脹式溫度計

利用兩種不一樣膨脹系數(shù)材料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。范圍：-30~600oC；精度：0.5-1.0級

溫度計量測試技術(shù)第75頁溫度計量測試技術(shù)第76頁4熱電偶溫度計量測試技術(shù)第77頁特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、含有較高準確度、溫度測量范圍寬；慣用測溫范圍：-50~+1600℃；特殊材料，測溫范圍可擴為:-180~2800℃應用極為廣泛4熱電偶測溫溫度計量測試技術(shù)第78頁4熱電偶測溫4.1熱電效應4.2熱電偶基本定律4.3慣用熱電偶材料、特點和結(jié)構(gòu)4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償4.5熱電偶測溫回路溫度計量測試技術(shù)第79頁4.1熱電效應兩種導體接觸電勢單一導體溫差電勢熱電偶回路熱電勢溫度計量測試技術(shù)第80頁熱電效應——將熱能轉(zhuǎn)換成電能現(xiàn)象稱為熱電效應。方法：兩種不一樣材料導體或半導體材料A和B兩端牢靠地接觸在一起，組成如圖所表示閉合回路，當兩個接觸點(稱為結(jié)點)溫度t和t0不相同時，回路中既可產(chǎn)生電勢，并有電流流通。A和B稱為偶極或熱電極結(jié)點之一——工作端、熱端；結(jié)點之二——自由端、冷端溫度計量測試技術(shù)第81頁兩種導體接觸電勢eAB(T)為A、B兩種不一樣材料在溫度為T時接觸電動勢,V；K為玻耳茲曼常數(shù),K=1.38*10-23J/K；e為電子電荷,e=1.6*10-19C；nA(T)、nB(T)為A、B兩種材料在溫度T時自由電子密度。溫度計量測試技術(shù)第82頁兩種導體接觸電勢兩種材料在T0時接觸電勢：回路中A和B接觸電勢溫度計量測試技術(shù)第83頁單一導體溫差電勢eA(T，T0)——導體A兩端溫度差為T和T0時形成溫差電勢，Vσ——湯姆遜系數(shù)，表示單一導體兩端溫度差為1℃時所產(chǎn)生溫差電勢，與材料性質(zhì)及兩端溫度相關(guān)。溫度計量測試技術(shù)第84頁回路中溫差電勢為單一導體溫差電勢溫度計量測試技術(shù)第85頁回路中總熱電勢

對于由A和B組成熱電偶閉合回路，當溫度T>T0，nA>nB時，回路總熱電勢為EAB(T,T0)：溫度計量測試技術(shù)第86頁回路中總熱電勢

分析上式：產(chǎn)生熱電勢必須滿足兩個條件：nA≠nB，即熱電偶必須使用兩種不一樣材料；T≠T0,即兩種接觸點必須處于不一樣溫度。溫度計量測試技術(shù)第87頁回路中總熱電勢忽略溫差電勢回路總熱電勢——溫度T單值函數(shù)！方便。金屬導體溫度計量測試技術(shù)第88頁4.2熱電偶基本定律（1）均質(zhì)導體定律（2）中間導體定律（3）標準電極定律（4）連接導體定律與中間溫度定律溫度計量測試技術(shù)第89頁（1）均質(zhì)導體定律一個均質(zhì)材料組成熱電偶不論導體或半導體不論截面和長度、各處溫度怎樣。結(jié)論：都不能產(chǎn)生熱電勢熱電偶材料:兩種！溫度計量測試技術(shù)第90頁注意①兩種材料：任何熱電偶都必須由兩種性質(zhì)不一樣導體組成。②均質(zhì)導體特點：假如熱電偶由兩種均質(zhì)導體組成，則熱電偶熱電勢僅與兩接點溫度相關(guān)，而與沿熱電極溫度分布無關(guān)。③非均質(zhì)導體特點：當熱電極是非均質(zhì)導體，則相當于不一樣性質(zhì)熱電極組成了熱電偶。在不均勻溫場中測溫時將造成測量誤差。均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量主要指標之一。（1）均質(zhì)導體定律溫度計量測試技術(shù)第91頁（2）中間導體定律如圖所表示，將A、B組成熱電偶T0端斷開，接入第三種導體C：條件：只要保持C兩端溫度相同（T0）結(jié)論：接入導體C后對回路總電動勢無影響。溫度計量測試技術(shù)第92頁圖中熱電偶回路總電勢為證實：其中：故：即：（2）中間導體定律溫度計量測試技術(shù)第93頁（3）標準電極定律內(nèi)容：當結(jié)點溫度為T和T0時，用A、B組成熱電偶產(chǎn)生熱電勢等于A、C熱電偶和C、B熱電偶熱電勢代數(shù)和，即導體C稱標準電極（鉑）溫度計量測試技術(shù)第94頁證實：標準電極定律證畢溫度計量測試技術(shù)第95頁（4）連接導體定律與中間溫度定律連接導體定律：在熱電偶回路中，若導體A和B分別與導線A’和B’相接，接點溫度分別為T、Tn、T0，如圖所表示，則回路總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,Tn)與連接導線電勢EA’B’(Tn,T0)之和。意義：工業(yè)上利用賠償導線進行溫度測量理論基礎。溫度計量測試技術(shù)第96頁證實其中（4）連接導體定律與中間溫度定律假設，nA>nB;nB>nB’;nA>nA’;nB>nB;T>Tn>T0溫度計量測試技術(shù)第97頁中間溫度定律：當A與A’、B與B’材料分別相同時，則有

（4）連接導體定律與中間溫度定律意義：中間溫度定律為制訂熱電勢分度奠定了理論基礎，只要求得參考端溫度0℃時熱電勢與溫度關(guān)系，就能夠求出參考端溫度不等于0℃時熱電勢。=0溫度計量測試技術(shù)第98頁4.3慣用熱電偶材料、特點和結(jié)構(gòu)溫度計量測試技術(shù)第99頁兩種材料組成熱電偶應輸出較大熱電勢，以取得較高靈敏度，且要求電勢和溫度之間盡可能成線性關(guān)系能應用于較寬溫度范圍，物理和化學特征比較穩(wěn)定（很好耐熱性、抗氧化、抗還原和抗腐蝕性）含有較高導電率和較低電阻溫度系數(shù)工藝性好，利于批量生產(chǎn)（1）熱電偶材料溫度計量測試技術(shù)第100頁（2）慣用熱電偶①鉑銠10-鉑熱電偶（分度號：S）②鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號:K）鎳鉻——康銅熱電偶（分度號：E）鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號：B）銅-康銅熱電偶（分度號：T）溫度計量測試技術(shù)第101頁優(yōu)點：金屬絲直徑范圍0.35~0.5mm;精度高、物理化學特征穩(wěn)定;測溫上限高，短期使用溫度可高達1600℃。能夠作為各等級標準熱電偶。缺點：熱電勢小、靈敏度低、價格昂貴。（2）慣用熱電偶①鉑銠10-鉑熱電偶（分度號：S）正極（硬）負極（軟）溫度計量測試技術(shù)第102頁4.732溫度計量測試技術(shù)第103頁（2）慣用熱電偶②鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號:K）特點：金屬絲直徑范圍：0.5~3mm;價格低廉、靈敏度高、復現(xiàn)性好、高溫下抗氧化能力強。工業(yè)與試驗室廣泛采取;在還原性或硫化物氣氛中易被侵蝕。正極不親磁負極稍親磁溫度計量測試技術(shù)第104頁22.776溫度計量測試技術(shù)第105頁（2）慣用熱電偶③鎳鉻——康銅熱電偶（分度號：E）特點：金屬絲直徑范圍：0.5~3mm，價格最廉價、靈敏度高，適合用于中性或還原性氣氛中。④鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號：B）特點：價格昂貴、測量溫度上限可達1800℃、測量精度高、適應于氧化或中性氣氛中使用、靈敏度低。⑤銅-康銅熱電偶（分度號：T）特點：直徑：0.1~1.6mm,適合用于-200~+400℃；測量精度高、穩(wěn)定性好、低溫時靈敏度高、價格低廉。溫度計量測試技術(shù)第106頁（3）經(jīng)典結(jié)構(gòu)（工業(yè)用）氧化鋁或工業(yè)陶瓷<1000度:金屬材料；>1000度:熱電極保護套管絕緣套管引線盒減小熱慣性！溫度計量測試技術(shù)第107頁溫度計量測試技術(shù)第108頁鎧裝式熱電偶：熱電極、耐高溫金屬粉末（如氧化鋁）、不銹鋼套管三者一起拉細而組成一體，外徑0.25~12mm不等。如圖。（3）經(jīng)典結(jié)構(gòu)（科研用）特點：慣性小、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、力學性能良好、抗振、可撓等特點溫度計量測試技術(shù)第109頁（3）經(jīng)典結(jié)構(gòu)（科研用）真空蒸鍍或化學涂層鎳鉻-鎳硅銅康-銅極?。?.01~0.1μm云母或浸漬酚醛塑料60mm*6mm*0.2mm工藝特點：響應速度快?。╩s）測溫范圍<300度溫度計量測試技術(shù)第110頁4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償（1）冰點法（3）冷端賠償器法（4）賠償導線法（2）熱電勢修正法熱電偶測溫原理：只有參比端溫度恒定時，回路總熱電勢EAB(T,T0)才是溫度T單值函數(shù)！熱電偶分度表(p171)中，熱電勢-溫度對應值以

Ｔ0＝０℃為基礎不穩(wěn)定補償方法溫度計量測試技術(shù)第111頁T0=0C！精度最高！（1）冰點法4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償溫度計量測試技術(shù)第112頁（2）熱電勢修正法4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償查表EAB實際測量查表TT0=0CT0=恒溫中間溫度定律T溫度計量測試技術(shù)第113頁舉例：s偶參比端溫度溫為30℃,測量熱電勢為6.526mV,試問此時真實溫度應為多少？查表EAB實際測量查表T解：查表溫度計量測試技術(shù)第114頁0.173740℃溫度計量測試技術(shù)第115頁4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償（3）冷端賠償器法0C恒溫T0=f(時間,環(huán)境)不平衡電橋R1=R2=R３=1Ω(錳銅絲)R4（銅絲）Rg（限流）當T0=0C時四壁電阻相等電橋平衡橋路輸出電壓Uba=0指示儀表總熱電勢為：R4=1溫度計量測試技術(shù)第116頁4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償（3）冷端賠償器法說明：當T0改變時，因為冷端賠償器接入，儀表所指示總電勢E仍保持為E(T,0),相當于熱電偶冷端自動處于0C。當→R4↑→a點電位↓→Uba↑同時T0↑因為T0↑→

EAB(T,T0)↓調(diào)整Rg電阻→

Uba=[E(T,0)-E(T,T0)],

→總電勢不隨T0而變溫度計量測試技術(shù)第117頁4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償（4）賠償導線法恒溫易干擾賠償導線0~100C溫度計量測試技術(shù)第118頁E=EAB(T,T0’)熱電勢修正法材料：熱電性質(zhì)與熱電偶相近（0~100C）EAB(T0,T0’)=EA’B’(T0,T0’)依據(jù)連接導體定律，回路電勢：E=EAB(T,T0)+EA’B’(T0,T0’)（4）賠償導線法4.4熱電偶參比端（冷端）溫度賠償（中間溫度定律）恒溫溫度計量測試技術(shù)第119頁熱電偶標準化形成賠償導線標準系列。慣用熱電偶賠償導線技術(shù)數(shù)據(jù)見表5.4熱電偶賠償導線溫度計量測試技術(shù)第120頁舉例：利用賠償導線法進行測溫，熱電偶為K偶，賠償導線為銅-康銅，熱電偶輸出熱電勢為41.092mV;賠償導線輸出熱電勢為2.478mV；恒溫端溫度為20℃；試問此時真實溫度應為多少？解：依據(jù)賠償導線法E=EAB(T,T0)+EA’B’(T0,T0’)

EAB(T0,T0’)=EA’B’(T0,T0’)=2.478mVEAB(T,T0)=41.092mVEA’B’(T0’,0)=EA’B’(20,0)=EAB(20,0)=0.789

mVE=E(T,0)=41.092+2.478+0.789=44.359T=f(44.359)=1180℃溫度計量測試技術(shù)第121頁44.359溫度計量測試技術(shù)第122頁4.4小結(jié)（1）冰點法（3）冷端賠償器法（4）賠償導線法（2）熱電勢修正法補償方法溫度計量測試技術(shù)第123頁4.5熱電偶測溫回路溫度計量測試技術(shù)第124頁方法：測量兩處溫差（T1-T2）一個方法。兩個熱電偶同型號配用相同賠償導線冷端溫度相同二者反接而成，則熱電勢為（1）熱電偶反接（差動熱電勢）4.5熱電偶測溫回路溫度計量測試技術(shù)第125頁（2）熱電偶并聯(lián)——測量平均溫度方法：熱電偶型號相同；冷端溫度相同；串聯(lián)均衡電阻R1，R2，R3；回路總熱電勢為：缺點：一支壞，不易覺察4.5熱電偶測溫回路溫度計量測試技術(shù)第126頁低溫或小溫變時：熱電勢↑

串聯(lián)！特點：

一支燒壞，馬上覺察。（3）熱電偶串聯(lián)（熱電堆）：4.5熱電偶測溫回路溫度計量測試技術(shù)第127頁4.6熱電偶校驗與分度校驗:對熱電偶熱電勢和溫度已知關(guān)系進行校核，檢驗其誤差大?。环侄?確定熱電勢和溫度對應關(guān)系校驗原因：熱電偶經(jīng)過一段時間使用之后，因為氧化、腐蝕、還原、高溫下再結(jié)晶等原因影響，使它與原分度值或標準分度表偏離越來越大，以至產(chǎn)生較大誤差，測量精度下降。ITS-1990溫度計量測試技術(shù)第128頁4.6熱電偶校驗與分度0.03級溫度計量測試技術(shù)第129頁4.7熱電偶測溫系統(tǒng)誤差分析

（1）熱電偶分度誤差Δ1：因為熱電偶材質(zhì)不均，勻使得其熱電特征與統(tǒng)一分度表之間存在差值。該項誤差不能超出熱電偶允許誤差范圍，不然應重新校驗。如：鉑銠-鉑：在600℃以上，允許誤差為±0.25%t；鎳鉻-鎳硅：在400℃以上，允許誤差為±0.75%t；（2）賠償導線誤差Δ2：賠償導線與熱電偶熱電特征不一樣而帶來誤差。如：鉑銠-鉑：100℃賠償范圍內(nèi)，其賠償導線允差為±0.023mV;如：鎳鉻-鎳硅：100℃賠償范圍內(nèi)，其賠償導線允差為±0.105mV;（3）冷端賠償器誤差Δ3：只能在平衡點和計算點溫度值得到完全賠償，在其它溫度時因不能完全得到賠償所造成誤差。如：鉑銠-鉑：±0.04mV;如：鎳鉻-鎳硅：±0.16mV;（4）測量儀表誤差Δ4:該誤差由儀表精度等級所決定。如XCZ-101動圈測溫儀表為?溫度計量測試技術(shù)第130頁舉例：如若采取鎳鉻-鎳硅熱電偶按圖所表示組成測溫系統(tǒng)。測量儀表XCZ101量程為1000℃，若儀表上顯示被測溫度為800℃。且該測溫系統(tǒng)誤差。解：誤差起源分別為4.7熱電偶測溫系統(tǒng)誤差分析

熱電偶分度誤差Δ1；賠償導線誤差Δ2冷端賠償器誤差Δ3；測量儀表誤差Δ4測溫系統(tǒng)最大誤差為：溫度計量測試技術(shù)第131頁“熱電偶測溫”小結(jié)：熱電效應（基本概念）熱電偶基本定律（結(jié)論）慣用熱電偶材料、特點和結(jié)構(gòu)（分度號）熱電偶參比端（冷端）溫度賠償

（方法、理論基礎

）熱電偶測溫回路（經(jīng)典設計）熱電偶校驗與分度熱電偶測溫系統(tǒng)誤差分析溫度計量測試技術(shù)第132頁5輻射式溫度計溫度計量測試技術(shù)第133頁5輻射式溫度計5.1熱輻射基本定理5.2光學高溫計5.3光電高溫計5.4輻射溫度計5.5比色溫度計溫度計量測試技術(shù)第134頁5非接觸式測溫 高溫測量中應用最廣泛，主要應用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。 任何物體處于絕對零度以上時，都會以一定波長電磁波形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物體輻射能量隨其溫度而改變原理制成。 測量時，只需把溫度計光學接收系統(tǒng)對準被測物體，而無須與物體接觸，所以能夠測量運動物體溫度并不會破壞物體溫度場。另外，因為感溫元件只接收輻射能，無須到達被測物體實際溫度，從理論上講，它沒有上限，能夠測量高溫。 非接觸測溫儀表分類：光學高溫計、輻射式溫度計溫度計量測試技術(shù)第135頁

輻射換熱是三種基本熱交換形式之一

波長范圍：10-3m～10-8m在低溫時，物體輻射能量很小，主要發(fā)射是紅外線。伴隨溫度升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短方向移動，在5000C左右時。輻射光譜包含了部分可見光；到8000C時可見光大大增加，即展現(xiàn)“紅熱”；假如到30000C時，輻射光譜包含更多短波成份，使得物體展現(xiàn)“白熱”。輻射測溫基本原理：觀察灼熱物體表面“顏色”來大致判斷物體溫度，這就是溫度計量測試技術(shù)第136頁

熱輻射基本概念1.熱輻射特點(1)定義：由熱運動產(chǎn)生，以電磁波形式傳遞能量；(2)特點：a任何物體，只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b能夠在真空中傳輸；c伴隨能量形式轉(zhuǎn)變；d含有強烈方向性；e輻射能與溫度和波長均相關(guān)；f發(fā)射輻射取決于溫度4次方。2.電磁波譜電磁輻射包含了各種形式，如圖6.5-1所表示，而我們所感興趣，即工業(yè)上有實際意義熱輻射區(qū)域普通為0.1~100μm。電磁波傳輸速度：

c=fλ

式中：f—頻率，s-1;λ—波長，μm溫度計量測試技術(shù)第137頁電磁輻射波譜圖6-1溫度計量測試技術(shù)第138頁(1)熱輻射主要參數(shù)①輻射能Q

以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。②輻射能通量是輻射能隨時間改變率，又稱輻射率：

(6.4.1)

其單位是瓦特(W)。③輻射強度I

在給定方向上立體角單元內(nèi)，離開點輻射源(或輻射源面單元)輻射功率除以該立體角單元，稱為該方向上輻射強度，其單位為瓦/球面度(W/sr)。溫度計量測試技術(shù)第139頁(1)熱輻射主要參數(shù)④輻射出射度M

離開輻射源表面一點處面單元上輻射能量除以該單元面積，稱為該點輻射出射度，即

(6.4.2)

輻射出射度單位為瓦/米2(W/m2)。⑤輻射亮度L和光譜輻射亮度表面一點處面元在給定方向上輻射強度，除以該面元在垂直于給定方向平面上正投影面積，稱為該方向輻射亮度L。輻射亮度實際上包含全部波長輻射能量。假如是輻射光譜中某一波長輻射能量則稱為在此波長下光譜輻射亮度。溫度計量測試技術(shù)第140頁(2)輻射能分配當物體接收到輻射能量以后，依據(jù)物體本身性質(zhì)，會發(fā)生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。溫度計量測試技術(shù)第141頁當熱輻射投射到物體表面上時，普通會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖6.5-2所表示。3.

物體對熱輻射吸收、反射和穿透

圖6.2物體對熱輻射吸收反射和穿透溫度計量測試技術(shù)第142頁對于大多數(shù)固體和液體：對于不含顆粒氣體：對于黑體：鏡體或白體：透明體：反射又分鏡反射和漫反射兩種圖6-3鏡反射圖6-4漫反射溫度計量測試技術(shù)第143頁物體分類： 黑體（絕對黑體）： 照射到物體上輻射能全部被吸收，既無反射也無透射。 透明體： 照射到物體上輻射能全部透射過去，既無吸收又無反射。 鏡體、白體： 照射到物體上輻射能全部反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射含有一定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體”；若反射無一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對白體”或者簡稱為“白體”。溫度計量測試技術(shù)第144頁在自然界中黑體、白體和透明體都是不存在。普通固體和液體τ值很小或等于零，而氣體τ值較大。對于普通工程材料來講，τ＝0而α+ρ=1，稱為灰體

從傳熱學角度看，能夠人為制造黑體溫度計量測試技術(shù)第145頁(3)基爾霍夫定律各物體輻射出射度和吸收率比值都相同，和物體性質(zhì)無關(guān)，是物體溫度和發(fā)射波長函數(shù)式中：M0(λ,T),M1(λ,T),M2(λ,T)―物體單色(λ)輻射出射度；

α0(λ,T),α2(λ,T),α2(λ,T)―物體單色(λ)吸收率。溫度計量測試技術(shù)第146頁若物體A0絕對黑體，那么α0(λ,T)

，依據(jù)基氏定律物體輻射出射度和吸收率之比等于絕對黑體在一樣溫度下，相同波長時輻射出射度。這是基氏定律另一個說法。設M(λ,T)為物體A在波長為λ

，溫度為T下輻射出射度。式中，ε稱為物體A單色輻射率，或稱為單色黑度系數(shù)。它表明了在一定溫度和波長下，物體A輻射出射度與相同溫度和波長下黑體輻射出射度之比?；鶢柣舴蚨烧f明，物體輻射能力與它吸收能力是相同溫度計量測試技術(shù)第147頁在全波長內(nèi)，任何物體全輻射出射度等于單波長輻射出射度在全波長內(nèi)積分式中，A(T)－物體A在溫度T下全吸收率，

M0(T)－黑體在溫度T下全輻射出射度?；隙煞e分形式為它表明了在一定溫度T下，物體A輻射出射度與相同溫度下黑體輻射出射度之比。普通物體εT<1，εT越靠近1,表明它與黑體輻射能力越靠近。溫度計量測試技術(shù)第148頁①普朗克定律(單色輻射強度定律)②維恩公式③斯蒂芬－波爾茲曼定律（全輻射強度定律，也稱為四次方定律）溫度計量測試技術(shù)第149頁①普朗克定律(單色輻射強度定律)溫度為T單位面積元絕對黑體，在半球面方向所輻射波長為輻射出射度為式中，c―光速；

h―普朗克常數(shù)，6.626176×10-34J·s；

k―波爾茲曼常數(shù)，1.38066244×10-23J/K；

C1―第一輻射常數(shù)，＝3.7418×10-16W·m2；

C2―第二輻射常數(shù)，＝1.4388×10-12m·K；

T―絕對溫度。公式結(jié)構(gòu)比較復雜，不過它對于低溫與高溫都是適用溫度計量測試技術(shù)第150頁②維恩公式理論上說明了黑體在各種溫度下能量波長分布規(guī)律公式簡單，不過僅適合用于不超出3000K溫度范圍黑體輻射本事是波長和溫度函數(shù)，當波長一定時，黑體輻射本事就僅僅是溫度函數(shù)，即上式就是光學高溫計和比色高溫計測溫理論依據(jù)

溫度計量測試技術(shù)第151頁③斯蒂芬－波爾茲曼定律

（全輻射強度定律，四次方定律）溫度為T絕對黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射全部波長輻射出射度與溫度T四次方成正比。式中，σ―斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，5.66961×10-3W/(m2·K4)。上式就是輻射式溫度計測溫理論依據(jù)。全輻射強度定律是單色輻射強度定律在全波長內(nèi)積分結(jié)果。溫度計量測試技術(shù)第152頁5.2光學高溫計

精密光學高溫計用于科學試驗中精密測試；

標準光學高溫計用于量值傳遞，比如，在物質(zhì)熔點、熱容量和相變點測定中使用。 光學高溫計可用來測量800～32000C高溫。 因為采取用肉眼進行色度比較，所以測量誤差與人經(jīng)驗相關(guān)。 光學高溫計測量溫度稱為亮度溫度(TL)，被測對象為非黑體時，要經(jīng)過修正才能得到非黑體真實溫度。溫度計量測試技術(shù)第153頁工業(yè)用光學高溫計分類隱絲式 利用調(diào)整電阻來改變高溫燈泡工作電流，當燈絲亮度與被測物體亮度一致時，燈泡亮度就代表了被測物體亮度溫度。恒定亮度式 利用減光楔來改變被測物體亮度，使它與恒定亮度溫度高溫燈泡相比較，當二者亮度相等時，依據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)角度來確定被測物體亮度溫度。因為隱絲式光學高溫計結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應用廣泛。溫度計量測試技術(shù)第154頁隱絲式光學高溫計光學系統(tǒng) 紅色濾波片，造成一個較窄有效波長 吸收玻璃，目標是擴展量程 目鏡和物鏡是一套光學系統(tǒng)電測系統(tǒng)包含指示儀表、燈泡、電源和調(diào)整電阻四部分。光學高溫燈泡：標準輻射源 電源、調(diào)整電阻和指示儀表組成測量電路原理普通有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。溫度計量測試技術(shù)第155頁WGG2-201型光學高溫計1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色濾波片；5－目鏡；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開關(guān)；R1－刻線調(diào)整電阻溫度計量測試技術(shù)第156頁燈絲隱滅式光學溫度計（示意圖）

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫范圍廣（700~3200℃），普通可滿足工業(yè)測溫準確度要求。缺點：人眼觀察，并需用手動平衡，所以不能實現(xiàn)快速測量和自動統(tǒng)計，且測量結(jié)果帶有主觀性。溫度計量測試技術(shù)第157頁亮度溫度 為了校正光學高溫計測量非黑體溫度比真實溫度偏低偏差。定義：當被測物體為非黑體，在同一波長下光譜輻射亮度同絕對黑體光譜輻射亮度相等時，則黑體溫度稱為被測物體在波長為時亮度溫度。左邊為非黑體光譜輻射亮度，右邊為黑體光譜輻射亮度溫度計量測試技術(shù)第158頁依據(jù)維恩公式有對上式兩邊取對數(shù)，并加以整理，得式中，ελT―被測物體在溫度為，波長為時單色黑度系數(shù)；

T―被測物體真實溫度；

TL―被測物體亮度溫度。已知物體單色黑度系數(shù)，就能夠經(jīng)過亮度溫度求出物體真實溫度。溫度計量測試技術(shù)第159頁5.3光電高溫計光學高溫計是由人工操作來完成亮度平衡工作，其測量結(jié)果帶有操作者主觀誤差。它不能進行連續(xù)測量和統(tǒng)計，當被測溫度低于8000C時，光學高溫計對亮度無法進行平衡。光電高溫計是在光學高溫計測量理論基礎上發(fā)展起來一個新型測溫儀表。它采取新型光電器件，自動進行平衡，到達連續(xù)測量目標。溫度計量測試技術(shù)第160頁主要特點：①采取光敏電阻或者光電池作為感受輻射源敏感元件來代替人眼觀察；②采取一參考輻射源與被測物體進行亮度比較，由光敏元件和電子放大器組成判別和調(diào)整步驟，使參考輻射源在選定波長范圍內(nèi)亮度自動跟蹤被測物體輻射亮度，當?shù)竭_平衡時即可得到測量值；③在平衡式測量方式中，光敏元件只起指零作用，它特征如有改變，對測量結(jié)果影響較小，參考輻射源選取鎢絲燈泡，能保持較高穩(wěn)定性，所以含有較高精度和連續(xù)測量特征；④設計了手動值修正步驟，可顯示物體真實溫度；⑤采取新型光敏元件，測量范圍寬，約為200～16000C。溫度計量測試技術(shù)第161頁WDL-31型光電高溫計工作原理1－物鏡；2－同時信號發(fā)生器；3－調(diào)制鏡；4－微電機；5－反光鏡；6－聚光鏡；7－參比燈；8－探測元件溫度計量測試技術(shù)第162頁(1)瞄準光路由物鏡對0.5m～處被測物體調(diào)焦成像在分劃板上。經(jīng)過目鏡組可清楚地觀察到被測物體瞄準部位1－調(diào)制鏡；2－微電機；3－反光鏡；4－可變光闌；5－聚光鏡組；6－參比燈；7-目鏡組8、9-保護窗；10－物鏡；11-入射光瞳；12-衰減玻璃；13－探測元件；14-濾光片；15-保護光闌；16-分劃板；17－透鏡玻璃；18-出射光闌；19-保護玻璃溫度計量測試技術(shù)第163頁紅外光硅光電池10可見光硅光電池8量程為800~℃，精度為0.5％優(yōu)點：準確度高，反應速度快，測量范圍寬，可測目標小，測量溫度更靠近真實溫度。溫度計量測試技術(shù)第164頁

(2)檢測光路物鏡將被測物體輻射能量會聚，經(jīng)過衰減玻璃及與物鏡光軸成450角調(diào)制鏡反射，進入視場光闌孔中，由探測元件接收。(3)參比光路參比燈輻射能量經(jīng)聚光燈組會聚后，經(jīng)過可變光闌，由反射鏡反射，再穿過調(diào)制鏡葉片空間，進入視場光闌孔中，經(jīng)濾波片也由探測元件接收。 隨電機高速轉(zhuǎn)動調(diào)制鏡，對兩路輻射通量作切換調(diào)制，使其交替被探測元件接收。 在參比光路中可變光闌用作黑度系數(shù)手動修正。溫度計量測試技術(shù)第165頁 儀器工作光譜范圍由光學系統(tǒng)和探測元件決定。 量程范圍在400～8000C及以下各量程，采取硫化鉛光敏電阻作探測元件，并配合鍺濾光片。光譜范圍短限由鍺濾光片確定，長限由光學玻璃材質(zhì)物鏡確定，約在1.8～2.7。峰值由探測元件確定，約為2.5。 量程范圍600～10000C及以上各量程，采取硅光電池作探測元件，并配合HB850有色玻璃濾光片。光譜范圍短限也由濾光片確定，長限和峰值由探測元件確定。光譜范圍約在0.8～1.1，峰值約為0.95，均在紅外線波長范圍內(nèi)。 儀器量程范圍用光學衰減方式改變。 各種量程都保持參比燈工作電流在某一固定范圍內(nèi)改變，即在量程上限時工作電流不超出250mA。 對于低溫量程，將參比燈輻射能量衰減； 對于高溫量程，則將被測輻射能量進行衰減。 探測元件為硫化鉛光敏電阻時，衰減玻璃選取GRB1隔熱玻璃。探測元件為硅光電池時，采取LB6綠色玻璃。溫度計量測試技術(shù)第166頁5.4輻射溫度計依據(jù)全輻射強度定理，即物體總輻射強度與物體溫度四次方成正比關(guān)系來進行測量。

組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分 可用于測量400～0C高溫，多為現(xiàn)場安裝式結(jié)構(gòu)。為適應現(xiàn)場高溫環(huán)境要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計測量溫度稱為輻射溫度，被測對象為非黑體時，要經(jīng)過修正才能得到非黑體真實溫度。溫度計量測試技術(shù)第167頁熱電堆結(jié)構(gòu)和賠償光闌(a):1－云母基片；2－受熱靶面；3－熱電耦絲；4－引出線(b):1-賠償片；2-雙金屬片溫度計量測試技術(shù)第168頁WFT-202型輻射感溫器結(jié)構(gòu)1－物鏡；2－外殼；3－賠償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒軸溫度計量測試技術(shù)第169頁滿足距離系數(shù)：L/D（被測物與儀表之間距離與被測對象有效直徑之比）溫度計量測試技術(shù)第170頁輻射溫度 對于輻射式溫度計，它是以絕對黑體輻射能為基準對儀器進行分度，所以儀器測出值稱為輻射溫度。 輻射溫度定義：黑體總輻射能等于非黑體總輻射能時，此黑體溫度即為非黑體輻射溫度。依據(jù)全輻射強度定理，總輻射能相等，則有：因為非黑體εT<1，則TF<T所以用輻射溫度計測出溫度要比物體真實溫度低。溫度計量測試技術(shù)第171頁5.5比色溫度計

原理：經(jīng)過測量熱輻射體在兩個或兩個以上波長光譜輻射亮度之比來測量溫度。

特點：準確度高，響應快，可觀察小目標(最小可到2mm)。 因為實際物體單色黑度系數(shù)和全輻射黑度系數(shù)數(shù)值相差很大，不過對同一物體不一樣波長單色黑度系數(shù)和來說，其比值改變卻很小。所以用比色溫度計測得溫度稱為比色溫度，它與物體真實溫度很靠近，普通能夠不進行校正。溫度計量測試技術(shù)第172頁比色溫度計原理結(jié)構(gòu)溫度計量測試技術(shù)第173頁比色溫度定義：黑體輻射兩個波長λ1和λ2光譜輻射亮度之比等于非黑體對應光譜輻射亮度之比時，則黑體溫度即為這個非黑體比色溫度TS。對于溫度為黑體，在波長為λ1和λ2時光譜輻射亮度之比為取對數(shù)后有溫度計量測試技術(shù)第174頁能夠簡化為依據(jù)式(6.4.17)能夠得到可深入求出物體真實溫度與比色溫度關(guān)系對于灰體來說，因為ελ1T

＝ελ2T

，所以T＝TS，這就是比色溫度計最大優(yōu)點式中溫度計量測試技術(shù)第175頁6實用測溫技術(shù)溫度計量測試技術(shù)第176頁

實用測溫技術(shù)理想：接觸式測溫感溫元件輸出能反應對象真實溫度，必須滿足以下條件：①熱力學平衡條件動態(tài)響應速度快實際：溫度計被測對象周圍環(huán)境熱交換熱交換負誤差正誤差如熱電偶熱接點溫度——近似！溫度計量測試技術(shù)第177頁熱傳導基本概念時間上：非穩(wěn)定溫場、穩(wěn)定溫場：空間上：三維、二維、一維溫場我們要研究是一維穩(wěn)定溫場！溫度場

任一時間，物體（或空間）各點溫度分布情況。數(shù)學描述：6.1低速氣流溫度測量及導熱誤差分析溫度計量測試技術(shù)第178頁等溫線和等溫面溫場中，同一時刻，溫度相同點所組成線或面。

特點：空間任一點在某一瞬間不能同時有兩個不一樣溫度存在，即等溫線不能相交（類似于磁場中磁力線）。熱傳導基本概念溫度計量測試技術(shù)第179頁溫度梯度：一個向量，與傳熱方向恰好相反。特點：沿等溫面無熱量傳遞；沿和等溫面相交任何方向，有熱量傳遞與等溫面垂直方向溫度梯度最大。熱傳導基本概念溫度計量測試技術(shù)第180頁傅立葉定律單位時間內(nèi)傳導熱量（導熱速率），與溫度梯度與傳熱面積成正比導熱系數(shù)溫度計量測試技術(shù)第181頁導熱系數(shù)溫度計量測試技術(shù)第182頁導熱系數(shù)溫度計量測試技術(shù)第183頁對熱流體：對冷流體：對流傳熱速率——牛頓冷卻定律溫度計量測試技術(shù)第184頁1、流體狀態(tài)：是否有相變。有相變時對流傳熱系數(shù)比無相改變時大多；2、流體物理性質(zhì)：密度р、比熱cp、導熱系數(shù)λ、粘度μ等；3、流體運動情況：層流、過渡流或湍流；4、流體對流情況：自然對流，強制對流；5、傳熱表面形狀、位置及大小：如管、板、管束、排列方式、垂直或水平放置等。影響對流傳熱系數(shù)主要原因復雜問題簡單化表示溫度計量測試技術(shù)第185頁馬赫數(shù)(流速比)：流體流動速度(v)和聲音在該流體內(nèi)傳輸速度(c)之比，稱為馬赫數(shù)(M)，M=v/c在氣流速度比較低（馬赫數(shù)Ｍ＜0.2）時，氣動力原因?qū)佑|式測溫影響能夠忽略不計，且氣流管道或容器保溫很好，管壁溫度與氣流溫度相近。此時，氣流將以對流傳熱方