温度测量方法与实践.ppt

热能与动力机械测试技术 第五章温度测量 概述接触式温度计非接触式温度计 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 1 概述 温度的宏观概念是表示物体的冷热程度 温度的微观概念是表示构成物体的大量分子运动平均强度 分子运动愈激烈其温度表现越高 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量 而用来量度物体温度数值的标尺叫温标 它规定了温度的读数起点 零点 和测量温度的基本单位 目前国际上用得较多的温标有华氏温标 摄氏温标 热力学温标 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 一 温标 1 经验温标经验温标的基础是利用物质体膨胀与温度的关系 认为在两个易于实现且稳定的温度点之间所选定的测温物质体积的变化与温度成线性关系 把在两温度之间体积的总变化分为若干等分 并把引起体积变化一份的温度定义为1度 经验温标与测温介质有关 有多少种测温介质就有多少个温标 按照这个原则建立的有摄氏温标 华氏温标 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 摄氏温标 所用标准仪器是水银玻璃温度计 分度方法是规定在标准大气压力下 水的冰点为零度 沸点为100度 水银体积膨胀被分为100等份 对应每份的温度定义为1摄氏度 单位为 华氏温标 标准仪器是水银温度计 以NH4CL和冰的混合物的温度为0度 以人体温度定为100度 水银体积膨胀被分为100等份 对应每份的温度定义为1华氏度 单位为 F 摄氏温标与华氏温标之间的关系 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 热力学温标又称开尔文温标 或称绝对温标 它规定分子运动停止时的温度为绝对零度 水的三相点 即液体 固体 气体状态的水同时存在的温度 为273 16K 水的凝固点 即相当摄氏温标0 相当华氏温标32 的开氏温标为273 15K 热力学温标 符号为T 它的单位为开尔文 符号为K 定义为水三相点的热力学温度的1 273 16 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 三 温度测量的分类 按照所用方法不同 温度测量分为接触式和非接触式两大类 1 接触式测温接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触 两者之间进行充分的热交换 最后达到热平衡 这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值 优点 直观可靠 缺点 是感温元件影响被测温度场的分布 接触不良等都会带来测量误差 另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 2 非接触式测温非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触 而是通过辐射进行热交换 故可避免接触测温法的缺点 具有较高的测温上限 此外 非接触测温法热惯性小 可达千分之一秒 故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 测温仪器分类对应于两种测温方法 测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类 接触式仪器又可分为 膨胀式温度计 包括液体和固体膨胀式温度计 压力式温度计 电阻式温度计 包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计 热电式温度计 包括热电偶和P N结温度计 以及其它原理的温度计 非接触式温度计又可分为辐射温度计 光学温度计和比色温度计 由于它们都是以光辐射为基础 故也统称为辐射温度计 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 一 液体膨胀式温度计这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计 典型结构如图所示 它由液体储存器 毛细管和标尺组成 液体玻璃温度计的测温上限取决于所用液体汽化点的温度 下限受液体凝点温度的限制 为了防止毛细管中液注出现断续现象 并提高测温液体的沸点温度 常在毛细管中液体上部充以一定压力的气体 2 接触式温度计 热能与动力机械测试技术 1 液体玻璃管式 热能与动力机械测试技术 液体玻璃温度计分为全浸式和部分浸入式两种 全浸式和部分浸入式相比较 全浸式测量精度较高 故多用于实验室和标准温度计 部分浸入式用于一般工业测温 使用时 如果全浸式温度计的液柱部分不能全部浸入 如图 a 所示 部分浸入式温度计露出部分的环境温度与标定时不一致 就会产生测量误差 故必须进行修正 方法是用一个小的辅助温度计度计测出露出液柱部分的平均温度 并按下式估算温度修正量 t 即 热能与动力机械测试技术 热能与动力机械测试技术 热能与动力机械测试技术 2 压力式温度计 热能与动力机械测试技术 压力式温度计 热能与动力机械测试技术 二 电阻式温度计 热能与动力机械测试技术 三 热电偶温度计 两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端T T0时 回路中会产生热电势 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定 测量原理 热能与动力机械测试技术 分度表 如果能使冷端温度t0固定 则总电势就只与温度t成单值函数关系 分度表 热电势与热端温度之间关系列成表格 注 热电势与热端温度之间关系是非线性 热能与动力机械测试技术 接线柱 接线盒 接线座 保护管 感温元件 工业热电偶的结构 热能与动力机械测试技术 适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用 热能与动力机械测试技术 铠装热电偶结构 热能与动力机械测试技术 普通型热电偶 柔性铠装型热电偶 分类 热能与动力机械测试技术 绝缘基板 热接点 热电极 引出线 薄膜热电偶 热能与动力机械测试技术 热能与动力机械测试技术 温度计的校验 被校热电偶 标准热电偶 电炉 冰点槽 热能与动力机械测试技术 测量误差分析 接触式温度计的感温元件必须满足的条件 1 热力学平衡条件 2 感温元件的温度能实时跟踪被测温度的变化 热能与动力机械测试技术 误差来源 1 感温元件的传热2 安装误差3 辐射误差4 热传导引起的误差5 高速气流的温度测量误差6 感温元件的响应 热能与动力机械测试技术 感温元件的安装 热能与动力机械测试技术 热电偶安装方法的不同引起的误差 b 0 c 2 c 15 a 45 绝缘材料 热能与动力机械测试技术 点接触式 面接触式 等温线接触式 分立接触式 热电偶与被测表面的接触方式 热能与动力机械测试技术 5 3非接触式温度计 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 接触式温度计测温的条件 温度计必须与被测对象处于热平衡 经受起强腐蚀 振动 污染 氧化等考验 不能歪曲被测对象的原始温度场 对于运动物体 无法实现其温度的连续测量和监控 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 锅炉炉膛温度的测量 轨道梁温度的测量 微通道温度场的测量 应用举例 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 第五章温度测量 普朗克定律维恩位移定律斯忒潘 玻耳兹曼定律 一 回顾热辐射的基本定律 热能与动力机械测试技术 辐射强度与波长和温度的关系曲线 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 二 单色辐射式光学高温计 亮度温度计 利用亮度比较取代辐射强度 当物体的温度高于700 时就会明显发出可见光 并具一定亮度 其单色亮度与单色辐射强度成正比 分类 灯丝隐灭式光学高温计光电高温计 第五章温度测量 亮度温度 热能与动力机械测试技术 思考 吸收玻璃的作用是什么 第五章温度测量 灯丝隐灭式光学高温计 热能与动力机械测试技术 灯丝太暗 灯丝太亮 隐丝 隐丝式光学高温计的亮度调整 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 灯丝隐灭式光学高温计 优点 使用方便 灵敏度高 测量范围广缺点 主观误差大 不能实现自动测量 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 光电高温计原理图 第五章温度测量 光电高温计 热能与动力机械测试技术 被测物体 物镜 光阑 电位差计 主放大器 前置放大器 反射镜 透镜 观察孔 调制片 孔 孔 遮光板 永久磁铁 励磁绕组 光电高温计工作原理图 第五章温度测量 光电元件 反馈灯 孔 光调制器 热能与动力机械测试技术 光电高温计的优势 灵敏度高测温范围广响应时间短可实现自动测量与控制 热能与动力机械测试技术 基于斯特芬 波尔兹曼定律 黑体的辐射力与其温度的四次方成正比 二 全辐射高温计 辐射高温计 热能与动力机械测试技术 全辐射高温计原理图 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 参考端 测量端 受热片 基板 输出端 箔形热电堆原理图 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 三 比色高温计 颜色温度计 物镜 调制盘 检测元件 放大器 计算电路 显示仪表 滤光片 调制盘 同步电动机 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 第五章温度测量 热能与动力机械测试技术 四 辐射温度计的选择原则 1 相对灵敏度光学高温计最高 比色温度计次之 全辐射温度计最低2 表观温度与测量误差与被测发射率有关 比色温度计的误差最小 3 环境的影响当被测被物体周围空气含有杂质时 对全辐射温度计的影响最大 光学高温计次之 比色温度计最小 第五章温度测量 热