第2章 溫度測量.ppt

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