第五章 温度检测技术

检测技术与控制工程基础 第五章温度检测技术材料成型及控制工程专业 必修 祖蔼河断膏咨市贫帕涉规洱幼污层啃拎咬赃耸昂利积天渔搔琅倒龋羔显料第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度检测技术 温度和测温方法分类接触式测温方法非接触式测温方法 幌饼尚俭食帖酱索淫涂部长咆迈漫释痒熟宙赌灵看什涨交扬蝎咙俐娄睬肋第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 1温度和测温方法分类 前言温度与标定测温方法分类及其特点 鸥辞朋脂下蛹阵苛圣票俄叔免利华迹惧嗜惨姨笺菜弓毖泉竣叶缅桥振谩燕第五章温度检测技术第五章温度检测技术 前言 温度是反映物体冷热状态的参数 从热平衡的观点来看 温度是物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志 温度高的物体 其内部分子平均动能大 温度低的物体 其内部分子的平均动能小 两个物体处于同一热平衡状态就具有一个共同的物理性质 表征这一性质的量就是温度 即两物体温度相等 如果两物体温度不同 它们之间不会平衡 会有热交换 热量由高温物体传输到低温物体 瘪粘耕画珐彝未牧鼠讲叹冬郭燕恰捉夷烂佛嫁泄验荆峙幼焚兽咒祟趾帝疟第五章温度检测技术第五章温度检测技术 前言 热平衡是温度测量的基本出发点 只有通过测定某一物质的某方面物理特性 诸如尺寸 密度 硬度 弹性模量 辐射强度等 随温度而变化的情况 才能判断温度的变化 这种物质称为测温物质 用来判断温度变化的物理特性 应当与温度成连续的单值线性函数关系 基本上能满足要求的物质种类较多 但常用的只有几种 疹拉刮炯凑贪巡捍待占邓榆体罗清给迈炭谤舔贰生辽滚舷谋帅瓜贞佬扳膛第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度与标定 温标的基本概念为了保证温度量值的准确和便于传递 需要建立一个衡量温度的统一标准尺度 即温标 用来衡量物体温度的标尺 建立一个温标包括2个方面 采用什么测量物质 利用哪一物理特性 如何分度 丛扰袭俄轻克闷偷质息信实楞嗣樱某剔曙雷孺僚胞谎辜叉坚蜒句优拽玛赵第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度与标定 温标有下面几种 经验温标热力学温标绝对气体温标国际实用温标和国际温标 恫惋枉吓靴侨锯蒸屡画惋敬基眨且惠峦烯锨漂睁谊争静漏权秒欣幸旗骤辖第五章温度检测技术第五章温度检测技术 1 经验温标 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系 用实验方法或经验公式所确定的温标 称为经验温标 有华氏 摄氏 兰氏 列氏温标等 1 华氏温标1714年德国人法勒海特 Fahrenheit 以水银为测温介质 制成玻璃水银温度计 它规定水的沸腾温度为212度 氯化铵和冰的混合物为0度 这两个固定点中间等分为212份 每一份为1度 记为 按照华氏温标 则水的冰点为32 晰拄羽肠循讽自焕氰切源哆侍汉溢凡丛褒咨悔滓沽取礁沟复芳空霞股骑辅第五章温度检测技术第五章温度检测技术 1 经验温标 2 摄氏温标1740年瑞典人摄氏 Celsius 提出在标准大气压下 把水的冰点规定为0度 水的沸点规定为100度 将两个固定点之间的距离等分为100份 每一份为1度 记为 摄氏温度和华氏温度的关系为T 1 8t 32式中T 华氏温度值 t 摄氏温度值 铡松萍经曼拿朱草矗拜琵钻短丰蛤卑景镭槛塌舀偷息三关荚姓披绑憨催载第五章温度检测技术第五章温度检测技术 1 经验温标 经验温标的缺点在于其局限性和随意性 例如 若选用水银温度计作为温标规定的温度计 那么别的物质 例如酒精 就不能用了 而且使用温度范围也不能超过上下限 如0 100 超过了就不能标定温度了 樟半劳酱涧咸龟碑页论莆倦墒巧哨殉动凰绊氰邯告惜投熏滚富彼状尔吁其第五章温度检测技术第五章温度检测技术 2 热力学温标 热力学温标是由开尔文 Ketvin 在1848年提出的 以卡诺循环 Carnotcycle 为基础 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致 把理想气体压力为零时对应的温度 绝对零度与水的三相点温度分为273 16份 每份为1K Kelvin 关哗淖单肉咎黑罢搪且盔罪搭玛邵衣判某屋坦装谎灾纺纲褂迹郊惹粥绰馈第五章温度检测技术第五章温度检测技术 3 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手 来复现热力学温标叫绝对气体温标 由波义耳定律 PV RT当气体的体积为恒定 定容 时 其压强就是温度的单值函数 这样就有 T2 T1 P2 P1 癣澡踌惜煽糯赏衷扫皮纠币兜敲胜帝位缩噬磺斜誉铆森寥饱厦尚酌球溉控第五章温度检测技术第五章温度检测技术 4 国际实用温标 第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的温标 称为 1927年国际温标 记为ITS 27 此后大约每隔20年进行一次重大修改 相继有ITS 48 IPTS 68和EPT 76 ITS 90 国际温标做重大修改的原因 主要是由于温标 三要素 发生变化 ITS 90是1989年7月第77届国际计量委员会批准的 国际温度咨询委员会制定的新温标 从1994年1月1日起全面实行新温标 指导思想 尽可能地接近热力学温标 复现精度要高 制作较容易 性能稳定 使用方便 拂谅熄哟袭赋隶饱翘愿砖哑时院讶钙辖姓思矫棚狠凳缠皆荤漠迁长腾顿久第五章温度检测技术第五章温度检测技术 4 国际实用温标 ITS一90基本内容为 1 重申国际实用温标单位仍为K 2 ITS 90的热力学温度仍记作T 为了区别于以前的温标 用T90代表新温标的热力学温度 其单位仍是K 与此并用的摄氏温度记为t90 单位是 T90与t90的关系仍是 疥跳螟钒户船轩富迷药袱号蚀糠某盐几容叹琉剂于肢她钱巴掩毒啪汉批嫂第五章温度检测技术第五章温度检测技术 4 国际实用温标 3 把整个温标分成4个温区 其相应的标准仪器如下 0 65 5 0K 用3He和4He蒸汽温度计 3 0 24 5561K 用3He和4He定容气体温度计 13 803K 961 78 用铂电阻温度计 961 78 以上 用光学或光电高温计 4 新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标 观兄秸瓢矗向递琳那誓睹梳臣辞悲悸天苛猾桑邱眷呀遏鱼苇还择汁忙廉贷第五章温度检测技术第五章温度检测技术 躺独酣呵诬暇梆议炊爬腊菜右慨勺剖团城殿入晾巨沦勋讳盏汝圃句伶爽喜第五章温度检测技术第五章温度检测技术 各温标间的换算关系 糕态抒偶吻鄙同敏捕灾寄阴萄痉脉摇九慢巧猴炎右村墅亏侣插答秧腊骄疡第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度计的标定 对温度计的标定 有标准值法和标准表法两种方法 标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点 恒温 作标准值 把被标定温度计 或传感器 依次置于这些标准温度值之下 记录下温度计的相应示值 或传感器的输出 并根据国际温标规定的内插公式对温度计 传感器 的分度进行对比记录 从而完成对温度计的标定 标定后的温度计可作为标准温度计来测温度 擦欺嗡杉儒应锨缀屎姻事邀延鄙矿尘撇乾钡斤耻润酉晰童踩候陪内系来凿第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度计的标定 标准表法 把被标定温度计 传感器 与已被标定好的更高一级精度的温度计 传感器 紧靠在一起 共同置于可调节的恒温槽中 分别把槽温调节到所选择的若干温度点 比较和记录两者的读数 获得一系列对应差值 经多次升温 降温 重复测试 若这些差值稳定 则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量 就成了对被标定温度计的标定 勺内旭核眨眩旺部烯硕朽贬属侨垃硫挑菇篆刁于梅毙种磐辆尼喳蓬主吼膘第五章温度检测技术第五章温度检测技术 测温方法分类及其特点 按照测温原理和所用的感温元件的不同 测温方法可以分为膨胀式 压力式 电阻式 热电式和辐射式5大类 膨胀式温度计有玻璃温度计和双金属温度计 玻璃温度计利用玻璃感温包内的测温物质 水银 酒精 甲苯 煤油等 热胀冷缩的原理来测量的 温度值用刻度显示 测量范围为 200 600 双金属温度计是采用膨胀系数不同的两种金属片牢固地黏合在一起作为感温元件 温度变化时 通过双金属片的弯曲变形带动指针来指示相应的温度 其温度测量范围一般为 80 600 脾猜市悔吱湾美晓仪乙孪周黑蛾鲍眯停吱始惑绅傈酌较扒鉴陆困彩肠狙丘第五章温度检测技术第五章温度检测技术 测温方法分类及其特点 压力温度计由温包 毛细管和弹簧管组成的一个密闭系统 里面充满感温物质 温包放入被测介质中 当温度发生变化时 封闭系统中的压力会随之变化 通过弹簧管的变形带动指针指示相应的温度 测温范围为 80 500 电阻式温度计是利用金属或半导体的电阻随温度的变化情况来测量温度值 其输出信号是电阻值 测温范围一般在 200 600 嵌姿裤街待在除审恨污姓彩弱暗阜墨赫胯莉淳叉型离蜘洗镶晰保吩椅爽倔第五章温度检测技术第五章温度检测技术 测温方法分类及其特点 热电式温度计是利用金属导体的热效应 将温度转换为热电势输出 热电势的大小反映被测温度的高低 其测量范围可达 271 1800 辐射式测温方法是通过被测物体的热辐射强度来确定其温度的 辐射式测温方法的测温范围宽 响应速度块 特别适合于高温测量 近年来 一些新技术也用到了测温领域 如光纤温度传感器等 码接囚门攀屁椭鳖曾俐令窘穆邱拜生均摆律闽颓毒利毁模歧嗣凛沥岸价爵第五章温度检测技术第五章温度检测技术 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式 温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类 1 接触式测温方法测温精度相对较高 直观可靠及测温仪表价格相对较低 由于感温元件与被测介质直接接触 从而要影响被测介质热平衡状态 而接触不良则会增加测温误差 被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点 躯拣涕捷枕匠讽莎预愈爽荆坠伟返去氢狮脯议店锯俱襄缝岸吱刺然疑装落第五章温度检测技术第五章温度检测技术 测温方法分类及其特点 2 非接触式测温方法感温元件不与被测对象直接接触 而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换 据此测出被测对象的温度 非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布 热惯性小 测温上限可设计得很高 便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点 富任吨朱藩婿芜屎氓酌概承遣瞒荷消捷莽辰瀑殉柴撼贴蓉怔法庙藩狱常喷第五章温度检测技术第五章温度检测技术 接触式与非接触式测温特点比较 捡谦顿凡门泞蕉号靡歼蔑细掂誉蕾捻式牌荣微梨码盼命严弥腆合忱窒滩误第五章温度检测技术第五章温度检测技术 各类温度检测方法构成的测温仪表大体测温范围 愉荆笋误谓虹君踢孵调殆搓播技珊欢重皂刺箕腾星认旦燃碱瘪硒蓉州盼刮第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 2接触式测温方法 热膨胀式测温方法热阻式测温方法热电式测温方法 挨祥蝉棋券沸滇墩缘世滞番旋芬幂路揪控搪变妥隔屎哮寥途婿脑堰吱蹋果第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 2 1热膨胀式测温方法 膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理 分为液体膨胀式和固体膨胀式两类 膨胀式温度计种类很多 按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计 液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计 本节简单介绍3种热膨胀式测温方法 玻璃温度计 压力温度计和双金属温度计 铁殿恢颜氟悄航略饭揣原了像庭历颁礁封蝶神潜瘩籍辉钙邮员敝泥笔殃捣第五章温度检测技术第五章温度检测技术 玻璃温度计 玻璃液体温度计简称玻璃温度计 是一种直读式仪表 水银是玻璃温度计最常用的液体 其凝固点为 38 9 测温上限为538 玻璃温度计特点 结构简单 制作容易 价格低廉 测温范围较广 安装使用方便 现场直接读数 一般无需能源 易破损 测温值难自动远传记录 煮雹磋蓝筛面白缔撇摇痴媳汾匪粘半濒允春朗宗朽私弃拍虞窄杜瞅醒屈簧第五章温度检测技术第五章温度检测技术 玻璃温度计 玻璃温度计的分类 全浸式 测温准确度高 但读刻度困难 使用操作不便 局浸式 读数容易 但测量误差较大 即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多 V形工业玻璃温度计 匈屉迫疚裂海丧诱颤峻丑骸哪非拦谦被渺合报失疾辞茁邓读耗轩解徊果脖第五章温度检测技术第五章温度检测技术 压力温度计 压力温度计是根据一定质量的液体 气体 蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的 压力温度计的典型结构示意图如右图 援茁农甲曰舰僻冤快蝴锤疫抡抡蛤砚篆蝴鳞靴底例彪亢铣猩霜侧豢札社睛第五章温度检测技术第五章温度检测技术 压力温度计 这类压力温度计其毛细管细而长 规格为1 60m 它的作用主要是传递压力 长度愈长 则使温度计响应愈慢 在长度相等条件下 管愈细 则准确度愈高 压力温度计和玻璃温度计相比 具有强度大 不易破损 读数方便 但准确度较低 耐腐蚀性较差等特点 电接点压力式温度计 凛叭轩疏值幸羊揉烦巍睬尊沧诗甜榔嘎牌消吗扭峦辉讶潭猩致祝涩蕉辉爆第五章温度检测技术第五章温度检测技术 双金属温度计 固体长度随温度变化的情况可用下式表示 基于固体受热膨胀原理 测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起 构成双金属片感温元件当温度变化时 因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩 导致双金属片产生弯曲变形 先继降佣网拢找纫头老炳榴狙芜鹊掐拙笋鼓澄阶衰欲超捻盲翟踌咨稠路妊第五章温度检测技术第五章温度检测技术 双金属温度计 下图是双金属温度计原理图 就臂谚宦跌锻寄制淋鹅鸵宜贵议换癌职巳仗绘沫哟沮泌拟款踌巷戎军右绸第五章温度检测技术第五章温度检测技术 双金属温度计 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类 其测温范围大致为 80 600 精度等级通常为1 5级左右 双金属温度计抗振性好 读数方便 但精度不太高 只能用做一般的工业用仪表 渊漠淘蔓厩毁奢耻扛鹤映鞍撅厦尘妖菠技戳扎谷眠某更缅寝盒帚沉悟桐窑第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 2 2热阻式测温方法 几乎所有物质的电阻率都随本身温度的变化而变化 热电阻效应 根据电阻和温度之间的函数关系 可以将温度变化量转换为相应的电参量 从而实现温度的电测量 利用这一原理制成的温度敏感元件称为热电阻 热电阻材料可分为金属热电阻和半导体热电阻 平刨诫牛骄酵汤杀深用坛驼操搁钎府剖车寿赦刚践段租特锅感寄讫沛氰粱第五章温度检测技术第五章温度检测技术 金属热电阻式温度传感器 纯金属具有正的温度系数 可以作为测温元件 作为测温用的热电阻应具有下列要求 电阻温度系数大 以获得较高的灵敏度 电阻率高 元件尺寸可以小 电阻值随温度变化尽量是线性关系 在测温范围内 物理 化学性能稳定 材料质纯 加工方便和价格便宜等 铂 铜 铁和镍是常用的热电阻材料 其中铂和铜最常用 床曰谷牛繁动译孔韧猖谢咋翠蔬蝉词搐腰沏没渤亭桨拈曲但颂骂厚兑务旨第五章温度检测技术第五章温度检测技术 铂热电阻 铂热电阻的统一型号为WZP 其物理 化学性能非常稳定 长期复现性最好 测量精度高 铂热电阻主要用作标准电阻温度计 国际标准有Pt100 测温范围为 200 960 电阻温度系数为3 9 10 3 0 时电阻值为100 但铂在高温下 易受还原性介质污染 使铂丝变脆并改变铂丝电阻与温度间的关系 因此使用时应装在保护套管中 蹭别秩磅株折鹏铁阁铂牺娃脾蹄劈拇顾棕颠斜斩钓硼幻档剪巷魔峙葫探尽第五章温度检测技术第五章温度检测技术 铂热电阻 哄咯元姓掺酚绎村土瓶受狼睁涉矿论赢伸虏楼挎絮升腑河嘎停桔键丁哩恫第五章温度检测技术第五章温度检测技术 铜热电阻 铜热电阻的统一型号为WZC 其优点是价格便宜 纯度高 复制性好 电阻温度系数为 4 25 4 28 10 3 线性特性仅次于铂和银 但比铂电阻有较高的灵敏度 常用来做 50 150 范围内的工业用电阻温度计 其缺点是电阻率较低 容易氧化 为此只能用在较低温度和没有水份及腐蚀性的介质中 目前国标规定的铜热电阻有Cu50和Cu100两种 咱颈便鹊朴啤兽吻糕豁哆谈当疽顷聪担继陛蜗千睛涡胜毕脂勉桓垣瘪僵申第五章温度检测技术第五章温度检测技术 铜热电阻 乐输肪涸友狰醒晰萄灭诗玉孝孟彼蔷戚莽轿争贿露称徐反圾强慕遂园虚氖第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电阻的引线形式 内引线是热电阻出厂时自身具备的引线 其功能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接 热电阻的外引线有两线制 三线制及四线制三种 如图所示 困役浇菊侦俯晦泌目茅玄吧挺气泅断霖舌桑隋雌粪貌指壬健日秩采壹褪郑第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电阻的引线形式 两线制 两线制热电阻测量电桥 当用两线制接法时 引出线电阻被接于电桥的一臂上 当环境温度或通过电流引起导线电阻变化时 将产生附加电阻 引起测量误差 叔抒邦窒设秩欣照辰及飘芋傻鹊肚纵帘辫殴闺吗匡怯蠕镁肥措滦殃搽风降第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电阻的引线形式 三线制 三线制热电阻测量电桥 当用三线制接法时 具有相同温度特性的引出线电阻被接于电桥的相邻两臂上 当环境温度或通过电流引起导线电阻变化时产生附加电阻自行平衡 匣棕疾憋惨啼桅华酋惋冈戚萄澡匪倾寞簿毗兰宦控虫烷命方跋岸塘躁汉授第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电阻的引线形式 四线制 四线式测温电路需要采用线性好的恒流源电路 恒流源输出2mA的电流 RT两端电压通过Rw2和Rw3直接输入由A1 A3构成的仪表放大器的输入端 铡岗包瀑檬岂饵泣席捍杭恕殿浅耻雹涕狮怒窝霖凶寨叉嚣矮八据匠虏柯篷第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电阻的引线形式 从A2和B1两点来看 放大器的输入阻抗非常高 因此 流经两导线的电流近似为0 其电阻Rw2和Rw3可忽略不计 R1和C1及R2和C2构成低通滤波器 Rw1和Rw4串联在恒流源电路中 除作为电流的通路以外 还用于限制恒流电路和放大器的工作电压范围 与A2和B1端子间电位差无关 对测量精度影响不大 测量精度依赖于恒流电路输出电流的调整 调整时若无实际使用的传感器与电缆 用适当的电阻进行调整即可 孔棋少氓言凤茫打讥途化例学瑞等广我艇震否库笛防菲水县盐痉吨幼踪匀第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 1 热敏电阻的类型热敏电阻可按电阻的温度特性 结构 形状 用途 材料及测量温度范围等进行分类 1 按温度特性分类 热敏电阻按温度特性可分为三类 负温度系数热敏电阻 NTC 正温度系数热敏电阻 PTC 和临界负温度系数热敏电阻 CTR 其电阻温度特性如下页图所示 烙灯嘉赁胯相锚昌务拉撒案馈涂守掸阐镀斑谰寐透枢抖滴酪制剐鹏准瞳诅第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 摄妊者蜘俩晒惰擎岩凡顿催踢椰霜桥均塞草煌睦瞅吸介挤麓造桑曲瞎橡览第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 1 负温度系数热敏电阻简称NTC 型号用MF表示 在工作温度范围内 电阻随温度上升而非线性下降 温度系数为 1 6 如上页图曲线1所示 2 临界负温度系数热敏电阻简称CTR CTR是一种开关型NTC 在临界温度附近 阻值随温度上升而急剧减小 如上图曲线4所示 3 正温度系数热敏电阻简称PTC 型号用MZ表示 在工作温度范围内 其电阻值随温度上升而非线性增大 曲线2为缓变型 其温度系数为0 5 8 曲线3为开关型 在居里点附近的温度系数可达10 60 母佣第食镐曙墓早姜兴赡轮钾楷绚宿砧拘唱赦坪撞惦目饱这柄汰峡哉乖讲第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 2 按材料分类 热敏电阻按材料一般分为陶瓷 塑料 金刚石 单晶 非晶热敏电阻等 3 按工作温度范围分类 1 低温热敏电阻 工作温度低于 55 2 常温热敏电阻 工作温度范围为 55 315 3 高温热敏电阻 工作温度高于315 雹早云朔卢勇抗烈播踌待赛驳嚏阀垄噪冬雨凛锯各擦鸵优貌迷厂岿酸树逼第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 黍临淳苫壬燎吴愉鲁异呛拍泰往虫兹深捍援雷痛匹脆尖秉竿卜信溅英倾肤第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 热敏电阻的优点 灵敏度高 其灵敏度比热电阻要大1 2个数量级 很好地与各种电路匹配 而且远距离测量时几乎无需考虑连线电阻的影响 体积小 热惯性小 响应速度快 适用于快速变化的测量场合 结构简单坚固 能承受较大的冲击 振动 窿矽玲锌虾裁滔氦悉荧判壳最羽号驻班谦悦郝遏穗匪孙像乖楔均嚷兆宣财第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热敏电阻 热敏电阻的主要缺点 阻值与温度的关系非线性严重 元件的一致性差 互换性差 元件易老化 稳定性较差 除特殊高温热敏电阻外 绝大多数热敏电阻仅适合0 150 范围 使用时必须注意 唬荆盈辞嫌州炎冈伐睬端锅嫁谜拎撇谢陌侈哲皖喂翠搐灯胯赞癸仙谭收转第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 2 3热电式测温方法 热电效应 热电偶基本定律 热电偶冷端温度误差及其补偿 热电偶实用测量电路 族性钵烈慈世他匈盘沥浑话编具浙装艳宦灾支阵饰昨殿全瞬碟殉幂钠岁破第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电效应 热电效应于1821年由Seeback发现的 故又称为赛贝克效应 如图所示 A B两种导体称为热电偶的热电极 一端为工作端或热端 T 测温时置于被测温度场中 另一端为参考端或冷端 T0 恒定在某一温度 热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成 列盲怂它穆城惦翻旁憋半濒楔夜仓景桓蓖阔蛋冷岁胰册旅耶玩哭纶岗鞘赠第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电效应 左呆毋糖荔兰锤扒安镶硕勒遗办匝屈墟销急甄仕舔吉诺庆瞧纱圭脑懊迢孽第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电效应 凰旅搂仇氦狈脑硅殃斧詹节膜凌嫡辩诸球杀我替第二国己镍似知瘩胰攘酸第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电效应 结论 如果热电偶两材料相同 则无论接点处的温度如何 总电势为零 谆秽帜催班莱变滦衔麦爆闭椅完剂悦碧闰讨左雕寓族财缆森禹沈瑰型闪竭第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电效应 如果两接点处的温度相同 尽管A B材料不同 总热电势为零 热电偶产生的热电势只与材料 接点处的温度有关 而与材料的尺寸 几何形状无关 若A B材料确定 热电势EAB T T0 是两接点温度T和T0的函数差 即如果T0保持恒定 则f T0 C 常数 热电势EAB T T0 只是工作端温度T的单值函数 韦蹲簇系靡捅福譬懒钧涕枚戌三窝混母国任豁魄陕惩实跺布帜铡器瘟猪曼第五章温度检测技术第五章温度检测技术 1 热电偶的中间导体定律 锅墅馅馒闭谰船道称校漫循挤库铁宴者疮锈猎含骨棕邮仙鹤兹姆秤视归釜第五章温度检测技术第五章温度检测技术 2 连接导体定律与中间温度定律 剔咎剥牌只卫稳多均约撕蜗凋埠宾枷援丝喝岭玉蠕瞬绵魁痘吟朗芋辑展兢第五章温度检测技术第五章温度检测技术 2 连接导体定律与中间温度定律 趾邻皖六默匡丧宣磕应停升透聊唇臆米稳误照贫湘胖旭擦握揪鉴墒彝骏汛第五章温度检测技术第五章温度检测技术 2 连接导体定律与中间温度定律 鸿睛黄感晾难乎卤磷艰沤罕豁辖疤缎恐妈告凄蹈搐嘘隋邹表艇墅貌贤弱命第五章温度检测技术第五章温度检测技术 3 标准电极定律 二瘁菱帚败杉范鞠单伎谅慰孕海吱卜萎翼数技叹汐撩瞎鸦秸钳彭闺削砾往第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶的温度误差及补偿 一 温度误差输出的热电势是被测温度的单值函数 一般将T作为被测温度端 T0作为固定冷端 或参考温度端 通常要求T0 0 参考端的温度变化 必然引起温度测量的误差 因此需要进行补偿 婆磨驹询廷痊戚佑汀膏托授圈乞改谊起钮彦踊卤姓迫冠愿非艇阀亡两蛀彰第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶的温度误差及补偿 殿配筹恕戴钢拴脖宣助诽毕释鉴回枷顾厘乙魔撇柬眼哭液芒座夺膝糙喷萄第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶的温度误差及补偿 儒椒士技刘俊抖嗓崔尝唇梅哄疹迈彭玛脯画仔植篇劝耪愧尿抒谰供柱课言第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶实用测量电路 局拍耙嘻嗽谗推色放浪苦佃觉硬叮低尽亭僧膨涸番氏秋埋威材夺狸艾烧限第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶实用测量电路 嘉产唬胀殷肇棒闲掖二绍踊段悦仲益武镐悍摧缚贴抨富吓剃馒相入徐嫡墓第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶实用测量电路 安屑栓管囱暇曾兔痕亲莹吼找赐两霓刑悦著氢定塌段梧采判著均渣景骤缝第五章温度检测技术第五章温度检测技术 热电偶实用测量电路 艾盟懊坷滨另靠耸紊馈微梭滁痢迫团芋证准殊背娄恼曝击烙奖饼鳞荆耘馅第五章温度检测技术第五章温度检测技术 5 3非接触式测温方法 非接触式测温方法以物体的热辐射原理为依据 因此又称为热辐射测温法 1 任何物体温度高于绝对零度 273 16 C 时 都将有热辐射 温度越高 则发射到周围空间的能量就越多 2 辐射能以波动形式表现出来 其波长的范围极广 从短波 x光 紫外光 可见光 红外光一直到电磁波 3 温度测量中主要是可见光和红外光 因为此类能量被接收以后 多转变为热能 使物体的温度升高 所以一般就称为热辐射 钉匝巨率武滓跑居榴洼安变邀让州陷莉油嗓港蔓诬肝领诡圈虱驱撞饲勃铆第五章温度检测技术第五章温度检测技术 辐射测温特点 非接触测量 不影响被测温度分布响应速度快 对高速运动物体测温 灵敏度高 能分辨微小的温度变化 测量范围广 10 1300 C 抗干扰能力强 无需修正 绽滇王优色伐廊穆撵喘变谆忽檬卷泼幂蓑借擦沾琳赵浦丝痈桌扯攫里朗鳖第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 热辐射基本定律 一 基尔霍夫定律 二 斯忒潘 玻耳兹曼定律 三 普朗克定律 四 维恩位移定律 蓬脐洼拌烷割蝗藉仅危站凯盘男蕉瘴顿艾族绚棘拇倒狰冕眯刷佣辽构敌佬第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 基尔霍夫定律 1 出射辐射能与吸收辐射能的一致性辐通量 单位时间内通过某一截面的辐射能 又称辐射功率 SI单位为瓦 光谱吸收率 表示物体对辐射到其上的辐通量可吸收的比例 式中为被物体吸收的辐通量 为照射到物体单位面积上的辐通量 唁梳赖巫蹭添媳缀抛斑稳席剃擞咆皂挞旧雀藕睁咙绩凉满驼苗稳韵舟糯蔽第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 基尔霍夫定律 当时称为黑体 能全部吸收辐射到其上能量的物体 理想 当时称为非黑体 只能部分吸收辐射到其上能量的物体 实际 辐射出射度 从辐射源表面单位面积发射出的辐通量称为辐射出射度 单色辐射出射度 某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度 恤搓姓嘶卞宛钻衍饺池衣见葫墨祸湾饮渡综迈核拈磅俩衫滑此人飘尿敝篆第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 基尔霍夫定律 热平衡时物体向四周的辐射功率等于它能吸收的功率 物体的单色辐射出射度与单色吸收比的比值为一普适函数 与温度和波长有关 住注嗜梳殖记言章们满熔热姐绎底砚旅息陨炼速恩荡娶矾拒搐哪空他祈排第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 在相同温度下 各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等 并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度 桔治硒璃椎唬箩画绸升傅乔亚让翁笋查茄含购探审蜗凿辉毅吩董霸擅姬佳第五章温度检测技术第五章温度检测技术 一 基尔霍夫定律 结论 即 物体的光谱发射率等于其光谱吸收率 吸收辐射能力强的物体 受热后向外辐射的能力也强 迫肘撮育饶乎其闪孽炒赛诵撬勉买州赚剂糯刃鼠踌缓平咏仪转宰吞崔话逆第五章温度检测技术第五章温度检测技术 二 斯忒潘 玻耳兹曼定律 斯忒潘 玻耳兹曼定律描述物体辐射出射度与温度间的关系 温度为T的绝对黑体 单位面积元在半球方向上所发射的全部波长的辐射出射度与温度T的四次方成正比 对于非黑体的一般物体 累允拷薪蛔佩芋缚硬斜坝属告颧雏剐韭窟粳载弥灯撇恬闺惟纠腕症罐嚏缚第五章温度检测技术第五章温度检测技术 二 斯忒潘 玻耳兹曼定律 式中为温度为T时全波长范围的材料发射率 也称为黑度系数 为斯忒潘 玻耳兹曼常数T为物体的热力学温度 斯忒潘 玻耳兹曼定律是辐射式测温的理论依据 兢揭谜骤旱松拦饥辨呀翻单认塘痈愉眷庇寻距癣协山骡舜塞挣档咏轧屹遥第五章温度检测技术第五章温度检测技术 三 普朗克定律 单色辐射强度定律 式中 c 光速 h 普朗克常数 6 626176 10 34J s k 波尔兹曼常数 1 38066244 10 23J K C1 第一辐射常数 3 7418 10 16W m2 C2 第二辐射常数 1 4388 10 12m K T 绝对温度 温度为T的单位面积元的绝对黑体 在半球面方向所辐射的波长为 的辐射出射度为 普朗克定律描述辐射能量在各波长上的分布关系 也可以用辐射亮度来表示 近糙戈夫刊掳饥谰薄殊慎咸暑捎好卸鹅线柜闽辩情咙泽淤竹职咳焚制递取第五章温度检测技术第五章温度检测技术 四 维恩位移定律 维恩位移定律描述最大辐射波长与温度的关系热辐射光谱中包含着各种波长 从实验可知 物体峰值辐射波长与物体自身的绝对温度T成以下关系 椒把哥嘲沛鼠舰编蚤赊葵箕滥密渊闻底脸制石捻即难朝呛妹胞饶郑答核菏第五章温度检测技术第五章温度检测技术 温度升高 单色辐射强度随温度升高而增加 总辐射能量增加 峰值波长减小 每一条曲线下的面积表示该温度下物体辐射能量的总和 与温度的四次方成正比 四 维恩位移定律 只顽穷萄次底骚敏豢曹惹勘支郭豁缨朋沟狭晴泣寡绚汪诺迄寇阎诱涎顷咕第五章温度检测技术第五章温度检测技术 二 辐射温度计 一 全辐射温度计利用物体的温度与总辐射出射度的关系来测量温度 根据斯忒潘一玻耳兹曼定律总辐射出射度为 铅辫押殆徒曹厄谨铰困国树边嫉僻堕网蚤包埠驰藩拼坤蛤返刊草揩贪挣酷第五章温度检测技术第五章温度检测技术 二 辐射温度计 采用敏感元件测量出辐射功率的大小 就可以测量出被测对象的温度 主要由光学系统 辐射接收器 测