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文檔簡介

1、2章溫度測量,2.1溫標(biāo)和溫度測量方法,2.2膨脹和壓力溫度計(jì),2.3熱電偶溫度計(jì),2.4熱電阻溫度計(jì),2.5接觸溫度測量誤差和對策,2.6非接觸溫度測量,2.7新型溫度傳感器,2020/7/31,1,2.1溫標(biāo),溫標(biāo)微觀上,表征物體內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的程度?,F(xiàn)代溫標(biāo)必備條件:固定溫度點(diǎn)(基點(diǎn))溫度測量儀溫標(biāo)表達(dá)式(插值公式),2020/7/31,2,熱平衡,華氏溫標(biāo),攝氏溫標(biāo),熱力學(xué)第二定律確定溫標(biāo)。特征:無論選擇的溫度測量介質(zhì)的性質(zhì)如何,克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)溫度測量介質(zhì)中隨變化的缺陷,由波伊爾的馬約特定律確定的溫標(biāo)。2020/7/31,3攝氏度和華氏溫度的關(guān)系:統(tǒng)一國家間溫度測量的協(xié)議溫標(biāo)。由于

2、接近可能的熱力學(xué)(開氏溫度)的條件鄭在玹精度高,各國都能以極高的精度再現(xiàn)相同的溫標(biāo)。用于再現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便,性能穩(wěn)定。發(fā)展:第一個(gè)國際溫標(biāo)是1927年通過國際計(jì)量大會(huì)決定,“1927國際溫標(biāo)”后不斷改善修訂,1948國際溫標(biāo),1968國際實(shí)用溫標(biāo),1990國際實(shí)用溫標(biāo)。國際實(shí)用溫度刻度,2020/7/31,4,目前實(shí)施的是1990年國際實(shí)用溫度刻度ITS-90:熱力學(xué)溫度為符號T90,單位為開爾文,符號為K。攝氏溫度的符號是t90,單位是攝氏度,符號是。溫標(biāo)傳遞,2020/7/31,5,使用物體的物理性質(zhì)(溫度的物理性質(zhì)特性)作為溫度敏感組件,通過對溫度敏感組件和被測試對象的熱交換測

3、量相關(guān)物理量,可以獲得間接被測試對象的溫度值。溫度測量原理,2020/7/31,6,2,溫度測量方法的分類1優(yōu)點(diǎn):溫度測量精度相對較高。直觀、可靠。溫度測量儀價(jià)錢相對較低的缺點(diǎn):溫度檢測因素影響測量溫度場的分布。接觸不良會(huì)帶來溫度測量誤差。腐蝕性或溫度過高的測試介質(zhì)會(huì)對感溫元件的性能和壽命產(chǎn)生不利影響。熱電偶,熱阻,熱膨脹,集成溫度傳感器,2020/7/31,7,2。非接觸測量溫度元件不直接與被測試對象接觸,而是接受被測試對象的熱輻射,從而獲得熱交換的優(yōu)點(diǎn)。也就是說,它不會(huì)改變被測試物體的溫度分布。溫度上限高。熱慣性小,容易測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。渦流,輻射式,2020/7/31,

4、8,接觸式和非接觸式溫度測量特性比較,2020/7/31,9,3,溫度測量儀的分類,物理性質(zhì):物質(zhì)的熱膨脹性和溫度的關(guān)系液體膨脹溫度計(jì)(玻璃汞)兩種接觸溫度不同時(shí),電路中的熱電勢,2020/7/31,11,2.2膨脹和壓力溫度計(jì),1,膨脹溫度計(jì),利用物質(zhì)熱膨脹冷縮現(xiàn)象測量物質(zhì)膨脹或收縮量,反映測量溫度的溫度計(jì),液體膨脹溫度計(jì)利用液體的熱膨脹冷縮現(xiàn)象。玻璃管溫度計(jì)的體積為Vt1,1-液體儲(chǔ)液罐2-毛細(xì)管3-刻度標(biāo)尺4-膨脹室,2020/7/31,12,溫度為t1的液體的體積為Vt1,溫度為T2的情況下體積為Vt2。溫度變化引起的體積變化可以表示為:液體是一般液體的熱膨脹系數(shù)和相對玻璃時(shí)膨脹系數(shù),

5、表2-2,2020/7/31,13,溫度計(jì)的靈敏度:與溫度計(jì)對應(yīng)的刻度為1C,液體是毛細(xì)管中的長度,液體是0100C之間的時(shí)膨脹系數(shù),液體儲(chǔ)液罐的容積,毛細(xì)管橫截面積,玻璃管液體溫度計(jì)的特點(diǎn):相當(dāng)大的范圍(,2020/7/31,15,傳記接觸溫度計(jì):1-超薄螺釘;2-橢圓螺母;3-細(xì)導(dǎo)線;4-磁鐵帽;5平鐵塊;6,7-如何實(shí)現(xiàn)外部引線、針腳變化,即額定溫度設(shè)置?優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,可以表示溫度,還可以控制溫度缺點(diǎn)。易碎且破碎后,水銀會(huì)污染環(huán)境。應(yīng)用:恒溫水浴、油罐和空調(diào)系統(tǒng)、2020/7/31,16、固體膨脹溫度計(jì):應(yīng)用固體線膨脹原理測量溫度的一般應(yīng)用:雙金屬片溫度計(jì)。原理:利用線膨脹系

6、數(shù)大的兩種茄子金屬材料制作雙層板狀零件,由于溫度變化時(shí)彎曲變形,另一端有明顯的位移,使指針在溫度盤上移動(dòng)。應(yīng)用,2020/7/31,17,2,壓力溫度計(jì),封閉系統(tǒng)中液體或氣體加熱后壓力發(fā)生變化的原理,1-溫壓2-毛細(xì)管導(dǎo)管;3-壓力計(jì),根據(jù)工作物質(zhì)可分為氣體、液體、蒸汽式壓力溫度計(jì)。燃?xì)馐?,一般充氮,溫度上限可達(dá)500,線性刻度,但溫白體積大,熱慣性大。液體式、一般二甲苯充電、甲醇等,溫波小,溫度測量范圍分別為40200和40170,蒸汽式、一般丙酮充電、乙醚等,作為利用低沸點(diǎn)蒸發(fā)液體的飽和壓力測量的溫度變化的原理,用于50200??潭仁欠蔷€性關(guān)系,溫度計(jì)刻度不均勻。2020/7/31,18,

7、2.3熱電偶溫度計(jì),特性:廣泛使用;靈敏度好,準(zhǔn)確度高。很容易保證單值函數(shù)關(guān)系。穩(wěn)定性、再現(xiàn)性;響應(yīng)時(shí)間快,容易獲得材料。兼容性好,價(jià)錢低;溫度測量范圍廣(-2962800)。2020/7/31,19,1。溫度測量原理熱電效應(yīng)thermoelectricity effect(或Sebeck效果):將兩個(gè)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B連接到閉環(huán),在兩個(gè)觸點(diǎn)的溫度(T和T0)不同時(shí),徐璐由另外兩個(gè)導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉環(huán)稱為熱電偶。導(dǎo)體a或b稱為熱電極。將兩個(gè)銷中溫度為T的被測試對象放置在測量(工作或熱側(cè))上,溫度為參考溫度T0的銷也稱為基準(zhǔn)或參考端、自由端或冷端。,2020/7/31,20,閉合電路

8、上的熱電動(dòng)勢是兩個(gè)茄子電動(dòng)勢,即溫差電動(dòng)勢(相同導(dǎo)體)和接觸電動(dòng)勢(兩個(gè)茄子不同導(dǎo)體),將1毫伏米連接至熱電偶電路,發(fā)現(xiàn)測量,熱電勢和熱電極的材料,以及兩端的溫差和相關(guān):熱電勢,兩個(gè)溫度越高,接觸電勢越大。電子密度差異越大,接觸電勢也越大。2020/7/31,22,溫差電動(dòng)勢(湯姆森電動(dòng)勢):由于同一導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的電勢。取決于溫差電動(dòng)勢的大小,熱電偶兩端的溫差。溫差越大,溫差電動(dòng)勢越大。2020/7/31,23,熱電偶電路的總熱電勢:1。如果A,B是相同材料,(NANB,A=B),eab (t,t0)=T0=const,則熱電等于t 1。2 .只有熱電大小導(dǎo)體材料和觸點(diǎn)溫度與相關(guān)、形

9、狀、接觸區(qū)域無關(guān)。2020/7/31,25,4。在熱電偶電路中,由于接觸電勢遠(yuǎn)比溫差電勢大小,所以總熱電勢極性總是取決于接觸電勢的極性。3 .在熱電偶中,電子密度高的導(dǎo)體,電子密度低的導(dǎo)體,稱為負(fù)電極。熱功率的符號EAB(T,T0)規(guī)定了正負(fù)電極順序和高溫、低溫端順序,如果電極或溫度順序徐璐交換,熱功率的極性就會(huì)反轉(zhuǎn)。例如,2020/7/31,26,2。由均勻?qū)w(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路,例如熱電偶的基本定律,1,均勻?qū)w定律,無論導(dǎo)體截面、長度和溫度分布如何,都不能產(chǎn)生熱電勢。說明:(1)一種同質(zhì)材料不能形成熱傳導(dǎo),必須由兩種茄子不同材料的同質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成。(2)熱電極材料不均勻時(shí),由于溫度梯

10、度的存在,產(chǎn)生額外的熱電動(dòng)勢應(yīng)用。熱電極材料的均勻性檢查(用于陽極的相同材料)熱電極材料成分相同,2020/7/31,27,2,中間導(dǎo)體定律在熱電偶電路中連接中間均勻?qū)w后應(yīng)用:使用計(jì)量儀測量熱電偶的熱電,可以使用熱電偶測量金屬壁溫度、液體金屬溫度,熱電偶電路中使用4,5,2020/7/31,28,3,標(biāo)準(zhǔn)電極的定律A,B知道標(biāo)準(zhǔn)電極C材料的熱電動(dòng)勢的情況下,A,B構(gòu)造熱導(dǎo)時(shí)的熱電動(dòng)勢分別是C構(gòu)造熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢的對數(shù)和。說明:只要通過實(shí)驗(yàn)可以獲得每個(gè)電極和標(biāo)準(zhǔn)電極的熱功,其中由兩個(gè)電極組成的熱電偶的熱功,通過計(jì)算,一般可以選擇高純凈白絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。例1,熱段100C,冷段0 C中相當(dāng)

11、于銅的熱電動(dòng)力為0.70。解決方案:EAC (100,0)=0.75mv,ebc (100,0)=-4mv,eab (100,0)=,應(yīng)用:熱電偶修正導(dǎo)線,等效格式,應(yīng)用:熱電偶分度表,2020/7/31,32,2020/7/31,33,3,熱電偶種類和結(jié)構(gòu),熱電偶材料必須滿足以下要求:雙列靈敏度高,熱電勢化學(xué),物理性能穩(wěn)定性,氧化,變形和腐蝕不易。3導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)小,電阻率小,4材料復(fù)制性和可交換性好,便于批量生產(chǎn),制造簡單,價(jià)值低,2020/7/31,34,產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求:標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶S鉑金)貴金屬混合(金鐵合金,雙鉑鉬)難熔金屬一般結(jié)構(gòu)有一般的預(yù)制結(jié)構(gòu)和靈活安裝的手套結(jié)構(gòu)。2,手套熱電

12、偶是通過拉伸熱電偶線、絕緣材料和金屬保護(hù)套而成的堅(jiān)固組合體。結(jié)構(gòu)多樣:底型、底型、露頭型、帽型。特點(diǎn):裝甲熱電偶具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、機(jī)械強(qiáng)度、抗震、柔軟、彎曲等優(yōu)點(diǎn),可以安裝在窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。2020/7/31,36,裝甲熱電偶最多可使用100米,常用冷端處理方法:1,校正導(dǎo)線方法2,基準(zhǔn)端恒溫方法3,計(jì)算校正方法4,冷端補(bǔ)償器方法5,軟件校正方法,2020/7/國際電工委員會(huì)也適合使用國際標(biāo)準(zhǔn)制定標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶。校正導(dǎo)體與校正的熱電偶相同:導(dǎo)線的化學(xué)成分和熱電勢公稱值。補(bǔ)償型(C):導(dǎo)線的化學(xué)成分不同于補(bǔ)償熱電偶。熱電勢值小于校正的熱電偶和100(或200)。表2-4、2-5、2020/7/31、39,2020/7/31,40,1,各種延長線只能用于該型號的熱電偶,必須在指定的溫度范圍內(nèi)使用。2.注意極性,收到反效果就會(huì)渡邊杏。否則會(huì)產(chǎn)生更大的誤差。3、延長

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