热物理量测技术复习VIP

绪论1、 测量系统的基本概念、基本组成传感器、信号处理、信号调理器应该对其他的信号输入不敏感。2、 误差的性质和分类误差是指“测量值”与所测量“真实值”的差异。系统误差：在相同条件下的多次测量，其误差的绝对值和符号保持恒定，或误差随条件的改变而按某一确定的规律变化。用准确度表征。随机误差：在相同条件下多次测量同一量，其误差的绝对值和符号的变化，时大时小、时正时负，具有低偿性，但没有规律性。用精度表征。过失误差：在相同条件下多次测量同一量，其误差的绝对值和符号具有偶然性，没有低偿性，也没有规律性。如记录数据错误产生的误差。3、 测量结果的精密度：对统一被测量进行多次测量所得的测定值重复一致的程度，或者说测定值分布的密集程度 , 称为测量的精密度。精(密)度反映随机误差的影响 , 随机误差愈小 , 精密度愈高。测量结果的准确度：对同一被测量进行多次测量 , 测定值偏离被测量真值的程度称为测量的准确度。准确度反映了系统误差的影响 , 系统误差愈小 , 准确度愈高。测量结果的精确度：准确度+精密度4、 误差估计方法： pvRPuuV5、 计算机数据采集系统的组成：模数转换器（ADC）：精度、仪器可测范围、信号范围信号调理模块计数器定时器6、 静态响应、动态响应。温度1. 温度描述的是什么？为什么是内涵量？温度是表征物体的冷热程度的物理量；描述系统不同自由度间能量分布的物理量；描述分子无序运动的平均动能。内涵量：不具有叠加性。2. 温标、90 国际。温标：用来衡量温度的标准尺度。三要素：固定点定义、内插公式和内插仪器。目前实行：1990 年国际温标 ITS-90.3. 膨胀式温度计。原理：物体热胀冷缩玻璃液体温度计：感温泡+毛细管+刻度标尺。压力式温度计：温泡+毛细管+弹性元件。双金属温度计：热膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起。4. 电阻温度计。热敏电阻温度计：热敏电阻（电阻值随其温度呈指数变化的半导体热敏感元件） 001exp()TR金属热电阻：1）铂热电阻（化学稳定性、线性关系与重复性好）13.8033K961.78；2）铜热电阻（价格低）-50150；3）镍热电阻（无互换性）5. 热电偶温度计：工作原理：导体的热电效应（塞贝克效应）包含哪些电势：接触电势（电子密度大的导体的自由电子向电子密度小的导体扩散，珀尔帖电势） ；温差电势（温度高的一端电子能量大，则电子()lnAABBNkTe从高温端跑向低温端的数量多，而返回的数量少，最后达到平衡，汤姆逊电势）总热电势计算方法： 00000(,)(),)(),)()ABABABETeTeTfT四个应用定则：1）均质导体定则（内容：由一种均质导体(或半导体)所组成的闭合回路,不论导体的截面积和长度如何，及导体各处温度分布如何, 都不能产生热电势。应用：热电势大小只取决于材料、冷热端温度,而与热电极材料的长短与其上温度分布无关。 ）2）中间导体定则（内容：在热电偶回路中接人中间导体(第三种导体)，只要中间导体两端温度相等，则中间导体的接入对回路总电动势没有影响。 ）3）组合定则（参考电极定则） （内容：若给出 AC(如铜-铁)和 CB(如铁-康铜)热电偶的热电势，则可推导出 AB(铜-康铜)热电偶的热电势。 ）4）中间温度定则（应用：为参考端修正和使用补偿导线提供了理论基础）测温线路图：串并联测温原理：热电偶分类：标准化热电偶+非标准化热电偶；贵金属热电偶+贱金属热电偶。8 种中 5 种(含 T 和 K 型)标准热电偶的类型、名称、正负极材料：S 型：铂铑 10-铂，单铂铑热电偶；准确度最高、稳定性最好；灵敏度低。R 型：铂铑 13-铂。B 型：铂铑 30-铂铑 6，双铂铑热电偶；最高使用温度 1800 摄氏度。K 型：镍铬-镍硅热电偶；目前用量最大的贱金属热电偶。N 型：镍铬硅-镍硅热电偶。J 型：铁-铜镍热电偶。E 型：镍铬-铜镍热电偶；电动势最大，灵敏度最高。T 型：铜-铜镍热电偶；最佳的测量低温的贱金属热电偶。特点：互换性好，性能稳定，结构简单，使用方便，经济耐用，体积小和容易维护的优点；-20018006. 普通工业用热电偶由哪几部分组成，每部分的功能？热电极：绝缘管：固定热电极、绝缘保护管：保护热电极接线盒：7. 铠装热电偶铠装热电偶是将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中制成的、可以弯曲的热电偶。特点：挠性好、可以弯曲；长度可以很长；机械强度、耐压抗震性能好。8. 补偿导线、参考端及相关测温电路。补偿导线：中间温度定则。参考端：冰点式参考端；恒温槽式参考端；室温式参考端9. 辐射测温的优势。高温物体或对象；无法接触物体或运动物体；导热系数小或热容量很小的物体；响应时间很短；极小表面或极大表面；不会破坏温度场；军事；医学诊断。10.红外大气窗口。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对 35 微米和 814 微米等波段的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。11.黑体及实际物体的辐射亮度表达。；4bLT4()T12.宽波段辐射温度计的温度修正关系。（T 实际物体的辐射温度；T T显示值） ；4()T 41()T13.红外探测器，不同类型的原理。【热探测器】原理：基于入射辐射与探测器相互作用时引起探测元件的温度变化，进而引起探测器中与温度有关的电学性质的热电效应。类型：热电堆型；热敏电阻型；热释电型。【光探测器】原理：基于入射辐射与探测器相互作用时，激发电子跃迁而产生的光电效应。类型：光导型（光敏电阻，灵敏度高，响应快，探测器必须冷却） ；光生伏特型（光电池，相应时间更短，不需冷却） 。14.接触式温度测量引起测温误差的原因：破坏原有的温度场；存在热流；M0.2 时气动加热；动态误差；化学（贵金属铂的催化作用）【低速气流温度测量】温度计的导热对测量的影响（ ，其中 ，01()gjTchmL()2xech；mL 的物理意义：换热量/导热损失） 。22/hpLmLA减小温度计导热误差的措施：1）增大长径比；2）提高温度计根部温度；3）强化h，弱化 ；4）采用放气式热电偶。辐射屏蔽罩。粗细双测量端热电偶： + +1 141()()jwgjThT2 242()()jwgjTh。121/hd【高速气流温度测量】插入气流的温度计是扰动源，测得的是升高了的温度。静温：气流无序动能。动温：气流有向动能 。总温有效温度静温。2vpTc【动态温度测量】忽略导热和辐射误差后： ()jPgjVChSt时间常数定义： hS动态相应方程： =jjgTt0tjgjTe减小动态误差的方法：减小时间常数15.光谱辐射温度计只测量狭窄波长范围下的辐射能。将光谱辐射亮度用维恩公式表示。感知的是被测物体的亮度温度。；225511(,) LCTCTee211ln(,)CT16.思考题：X1.不论测量高速气流还是低速气流的温度，只要流过温度计的气流速度足够大，测量误差就小？答：否。只是增大了对流 h，还有导热误差、辐射误差、气动发热误差。X2.高速气流的静温 T、总温 T*与有效温度 Tg 之间存在关系：TT*Tg？X3.测量固体表面温度时，等温线布置热偶丝的主要目的是为了减小温度测量的导热误差？X4.三种红外温度计的响应速度从快到慢的排列顺序为：热偶型红外温度计、光生伏特型(光电池)红外温度计、光导型(光敏电阻)红外温度计？X5.大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对 35 微米和 814 微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。X6.采用裸露的热电偶测量燃烧产物的温度，若热电极材料为贵金属，应注意什么？答：铂有催化作用。X7. 质量、时间、长度等物理量为“内涵量” ，温度比较特殊而是“广延量” 。不论该命题对或错，均须简要说明原因。X8. 说明热电偶测温中的中间导体定则的物理含义。有何应用？X9. 补偿导线的作用是什么？X10. 热电偶串联接法，又称什么？画出热电偶串联接法的测温线路图，并说明所画的图中由几对热电偶组成？请举两个例子说明热电偶串联接法的应用场所。X11. 如何理解高速气流温度测量中的有效温度 Tg。答：气流滞止：动能=温度升高=散热(通过导热、对流与辐射)= 减少温升=最后平衡于 Tg。X12. 在接触式温度测量中，有哪些误差来源。X13. 给出了低速气流温度测量的导热误差，其中 m2L2 )(/)(0mLchTTgjg=hPL2/(kA)，而 h、P、A、L、k 分别为温度计对气流的对流换热系数、横截面的周长和面积、温度计长度、材料导热系数。说明 mL 的物理含义，采取哪些措施可以减小温度测量的导热误差。X14. 列举出 8 种标准热电偶，并注明分度号与热电极材料的正负。X15. 热电偶测温的基本线路是什么？热电偶并联测温线路有何用处，制作时有何要求？(要求给出线路图)X16. 目前，温度测量中采用的国际温标？X17. 请列举出四种测温用热电阻名称，它们可用于测量温度的共同点是什么X18. 给出热电偶测温的四个定则的名称，并说明 T 型热电偶可以采用焊锡焊接的依据。X19. 给出速度误差和复温系数的基本定义。答：恢复系数：动能恢复为热能的程度 2*()pggpmCrv速度误差：2*(1)vgpvTrX20. 说明热电偶的测温原理，画出包含补偿导线的测温线路图，测温回路中的总热电势由哪些电势组成？这些电势的形成机理？若参考端的温度不是 0，如何根据参考端温度及测温回路的热电势计算被测温度？在热电偶测温中要注意哪些误差来源？答：误差来源？X21. 什么是导体的“热电效应”？用文字和图说明热电偶热电势中接触电势与温差电势的产生机理。试说明均质导体定则与中间导体定则的实际应用价值。解：导体的热电效应亦称塞贝克(SeeBeck)效应，由两种不同的导体 A 和 B 构成回路，回路中的两端温度不同，即 T T0时，回路中会产生热电势，热电势与两端温度存在一定的关系。其中测温线路见下图。(在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线，称为补偿导线。) 补偿导线的作用是将热电偶的参考端延伸到远离热源或环境温度比较稳定的地方。热电偶热电势中接触电势与温差电势的产生机理，请同学参考课件。根据均质导体定则，热电偶的热电势大小只取决于材料、冷热端温度，而与热电极材料的长短与其上温度分布无关。因此在实际应用中，只需关心热端和冷端温度，而不需关注两端的具体温度分布，同时可以使用同样材质的导体将两热电极连接至测温仪表。根据中间导体定则，焊接热电偶热端时形成了第三种导体，但其两端温度相同，对测温准确度没有影响。当然，热电偶的两热电极材料可以焊接于导电材料的两个不同的点，而且离开一定的距离，只要两点的温度相同，对测温准确度亦没有影响。X22. 铂电阻传感器被用于测量 0200之间的温度。阻值 R()随温度 t ()的关系为 ，温度为 0、100和 200时的电阻值分别为)1(20tR100.0、138.50 和 175.83。计算温度系数 和 。X23. 用金属热电阻测量温度时，为什么所用的电桥接线方式要采用补偿导线电阻的连接方式？提示：温度测量点与电桥的间距可能达到百米。答：看材料力学书X24. 举例说明家庭中有哪些场所或设备需要进行温度测量，分别选用哪一种温度传感器较为合理，其用途或目的又是什么？解：一个典型的家庭在以下场所和设备中需要进行温度测量，以下也列出了相应的用途或目的：室内气温，玻璃水银(酒精或煤油)液体温度计，测量室内气体温度；体温计，玻璃水银液体温度计，体温测量专用温度计；空调机室内机，热敏电阻，测量室内机进气温度用于控制室内空气温度；电冰箱，压力式温度开关(我国早期采用双金属温度开关)，测量储藏柜温度以控制制冷机的启停；燃气热水器，K 型热电偶，作为温度开关监测热水器火焰，当火焰熄灭后立即切断燃气以提供安全保护；燃气炉灶，K 型热电偶，作为温度开关监测炉灶火焰，当火焰熄灭后立即切断燃气以提供安全保护；中高档电饭煲，采用热敏电阻的偏多，监测饭粥温度(位于外侧壁或上盖)，为饭粥温度提供程序控制，获得更香的米饭。X25. 测温用热电阻有哪几种？它们各有何特点？试比较金属热电阻与(半导体)热敏电阻的异同。X26.可以利用热电偶的哪个定则检查热电极材料的均匀性。如何操作？X27. (a) T 型和 K 型热电偶亦称为什么？热电极材料分别是什么，正负极呢？(b) 在 0100范围内，T 型和 K 型热电偶的灵敏度非常接近，大约 0.04mV/，用其中一种热电偶测量保温瓶内的开水温度，热电偶与电压表相连接，电压表接线端温度 25，电压表显示的电压值为 2mV，保温瓶内的开水温度是多少？X28. 膨胀式温度计包括哪三类具体的温度计？X29. 铂、铜和镍等金属常用来制作测温用热电阻的材料，从化学稳定性和测温上限等方面的性能考虑，哪一种金属最适合用作测温材料？X30. 工业生产过程的三大检测参数包括了哪些被测量？答：X31. 在动态温度测量中，减小动态测量误差的最有效方法是减小温度计的结构尺寸，为什么？X32. 请举出三个红外温度计应用的场所。答：医疗：测体温；飞行器检测；电路板检测；远程监视；军事上目标识别。X33.在接触式温度测量过程中，是否必须使温度计与被测对象达到能量平衡？为什么？X34. 哪一种测温方法不会破坏被测对象的温度场？X35. 在高速气流温度测量中，采用滞止罩或辐射屏蔽罩中的哪一种，可以减小速度误差？X36. 是否可以设计出一种复温系数等于或大于 1.01 的用于测量高速气流的温度计。请说明原因。解：复温系数(恢复系数)定义为：动能恢复为热能的程度。事实上，只有部分的动能转换为热能，但不可能全部地转换为热能；温度计受到气动加热后，同时也通过辐射和导热的形式向外散热，即复温系数是大于 0 且小