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1、2021-8-15参数检测技术上 第五章 参数检测技术 5.1 温度的检测 5.2 压力的检测 5.3 流量的检测 5.4 物位的检测 2021-8-15参数检测技术上 温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度 的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低， 只能借助于某种物质的某种特性（如体积、长度和电阻等） 随温度变化的规律来测量，于是就会有形形色色的温度计。 但是，迄今为止，还没有适应整个温度范围用的温度计（或 物质）。 1：温度 比较理想的物质及相应的物理性质有：固体、液体、气体 的热膨胀性质；导体或半导体受热后电阻值变化的性质；热 电偶的热电势和物体的热辐射。利用这

2、些物理性质制成的测 温仪表被广泛的应用着。此外，也应用了一些新的测温原理， 如射流测温、涡流测温、激光测温等。 5.1温度的检测 5.1.1温度与温标 2021-8-15参数检测技术上 温标:温度的数值表示方法，是用来衡量物体温度的尺度。它规定了温度 读数的起点(零点)和测量温度的单位，各种温度计的刻度值均由温标确定。 2:温标 常用的有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。 5.1温度的检测 2021-8-15参数检测技术上 热力学温标是一种与工质无关的温标，它以热力学第二 定律为基础，已由国际计量大会采纳作为国际统一的基 本温标。热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度 （单位为K）。 (2)

3、热力学温标(K) 摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线性关系。 分度方法是把标准大气压下水的冰点定为零度（0），把 水的沸点定为100度（100），用这两个固定点分度玻璃 水银温度计，在这两固定点间划分100等分，每一等分为摄 氏一度，计为1。 (1)摄氏温标() 2：温标 2021-8-15参数检测技术上 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年进行一次大修改。目 前，国际上通用的国际温标是1989年7月第77届国际计量委员会（CIPM） 批准的新温标ITS-90，我国从1994年1月1日起实行新温

4、标。 (3)国际温标 t=T - 273.15 2：温标 2021-8-15参数检测技术上 (1)接触式测温法 温度这一参数是不能直接测量的，一般根据物质的某些特性参数 与温度之间的函数关系，通过对这些特性参数的测量而间接获取。 根据测温传感器的使用方式，测温方法大体分为接触式和非接触式 两种。 测温传感器敏感元件直接与被测物体接触，在足够长的时 间内，使传感器与被测点达到热平衡，以实现温度测量。 其特点是：由于传感器与被测物体接触，所以测量比较直观、 可靠，测温准确度较高，但它直接影响被测物体温度场的分布。 使用该种方法需要使测温元件与被测物体达到热平衡，所以测 温时产生较大的时间滞后，并由

5、此带来测量误差。测温范围在 1600以下，通常1000以下的温度容易测量，1200以上的 温度不易测量。 2021-8-15参数检测技术上 其特点是：测温传感器不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，动 态测量反应快，适于测量高温；但是受环境条件影响较大，测量精度较低。从理论上讲， 其测温上限是无限的，实际上一般只用到3000。在高温领域中，使用较多的有辐射高温 计、光学高温计和光电高温计等。近些年来，红外辐射高温计、比色温度计的应用也在逐 渐扩大。 (2)非接触式测温法 测温传感器不接触被测物体，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定物体温 度，故又称辐射测温 2021-8-1

6、5参数检测技术上 双金属温度计是把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起 制成的，是一种固体膨胀温度计。结构简单、牢固，可将温度 变化转换成机械量变化，不仅用于测量温度，而且还用于温度 控制装置（尤其是开关的“通断”控制），使用范围相当广泛。 5.1.2 双金属温度计 双金属温度计的工作原理如图所示, 将其一端固定, 如果温度升 高, 下面的金属B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A （例如因瓦合金）却几乎不变，致使双金属偏向上翘。温度越高 则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲越大。 2021-8-15参数检测技术上 图为双金属温度计的结构。它的感温元件通常绕成螺旋形， 一端固定，另一端连接指针

7、轴。温度变化时，感温元件的 弯曲率发生变化，并通过指针轴带动指针偏转，在刻度盘 上显示出温度的变化。 5.1.2 双金属温度计 2021-8-15参数检测技术上 5.1.3 热电温度计 详见第四章的内容 2021-8-15参数检测技术上 5.1.4 辐射测温 (1)全辐射温度计 被测物体的热辐射能量，经物镜 聚集在热电堆（由一组微细的热 电偶串联而成）上并转换成热电 势输出，其值与被测物体的表面 温度成正比，用显示仪表进行指 示记录。图中补偿光栏由双金属 片控制，当环境温度变化时，光 栏相应调节照射在热电堆上的热 辐射能量，以补偿因温度变化影 响热电势数值而引起的误差。 全辐射温度计由辐射感温

8、器、显示仪表及辅助装置构成。 2021-8-15参数检测技术上 一般全辐射温度计选择黑体作为标准体来分度仪表，此时所测的 是物体的辐射温度，即相当于黑体的某一温度TP。在辐射感温器 的工作谱段内，当表面温度为TP的黑体之积分辐射能量和表面温 度为T的物体之积分辐射能量相等时，即TP4=TT 4，则物体的真 实温度为 。因此，当已知物体的全发射率T和辐射温度计指示的辐射温度 TP时，就可算出被测物体的真实表面温度。 绝对黑体的热辐射能量与温度之间的关系为 E0=T 4(W/m) 但所有物体的全发射率T均小于1，则其辐射能量与温度之间 的关系表示为 E0=TT 4(W/m) 2021-8-15参数

9、检测技术上 2)光学高温计和光电高温计 光学高温计是发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。 它结构简单，使用方便，测温范围广（7003200），一般 可满足工业测温的准确度要求。目前广泛用于高温熔体、炉窑 的温度测量，是冶金、陶瓷等工业部门十分重要的高温仪表。 光学高温计是利用受热物体的单色辐射强度随温度升高 而增加的原理制成的，由于采用单一波长进行亮度比较， 因而也称单色辐射温度计。物体在高温下会发光，也就具 有一定的亮度。 物体的亮度B与其辐射强度E成正比， 即：B=CE，式中C为比例系数。 所以受热物体的亮度大小反映了物体的温度数值。通常先 得到被测物体的亮度温度，然后转化为物体的真实

10、温度。 2021-8-15参数检测技术上 光学高温计的缺点是以人眼观察，并需用手动平衡， 因此不能实现快速测量和自动记录，且测量结果带有 主观性。最近，由于光电探测器、干涉滤光片及单色 器的发展，使光学高温计在工业测量中的地位逐渐下 降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代替。 在光学高温计基础上发展起来的,用光敏 元件代替人眼，实现了光电自动测量。 (1) 灵敏度和准确度高； (2) 波长范围不受限制，可见光与红外范围均可，测温下限 可向低温扩展； (3) 响应时间短； (4) 便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送 光电高温计 特点如下： 2021-8-15参数检测技术上 (3)比色高温

11、计 通过测量热辐射体在两个以上波长的光谱辐射亮度 之比来测量温度的仪表，称为比色温度计。 2021-8-15参数检测技术上 被测对象经物镜1成像经光栏3与光 导棒4投射到分光镜6上，它使长波 （红外线）辐射线透过，而使短波 （可见光）部分反射。透过分光镜 的辐射线再经滤光片9将残余的短波 滤去，之后被红外光电元件硅光电 池10接收，转换成电量输出；由分 光镜反射的短波辐射线经滤波片7将 长波滤去，而被可见光硅光电池8接 收，转换成与波长亮度成函数关系 的电量输出。 光栏3前的平行平面玻璃2将一部分光线反射到瞄准反射 镜5上，在经反射镜11、目镜12和棱镜13，便能从观察系统 中看到被观测对象的

12、状态，以便校准仪器的位置 将这两个电信号输入自动平衡显示纪录仪进行比较得出光 电信号比，即可读出被测对象的温度值。 2021-8-15参数检测技术上 这种高温计属非接触测量，量程为800-2000，精度为0.5，响应 速度由光电元件及二次仪表记录速度而定。其优点是测温准确度高， 反应速度快，测量范围宽，可测目标小，测量温度更接近真实温度， 环境的粉尘、水气、烟雾等对测量结果的影响小。可用于冶金、水泥、 玻璃等工业部门。 (3)比色高温计 2021-8-15参数检测技术上 (4)红外温测 红外温测也是基于辐射原理来测温的 1)红外探测器 红外探测器是红外探测系统的关键元件。目前已研制 出几十种性

13、能良好的探测器，大体可分为两类： 热探测器。它基于热电效应，即入射辐射与探测器 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变化。常用的热探测器有 热电堆型、热释电型及热敏电阻型 2021-8-15参数检测技术上 光探测器（量子型）。它的工作原理基于光电效应, 即 入射辐射与探测器相互作用时激发电子。光探测器的响 应时间比热探测器短得多。常用的光探测器有光导型 （即光敏电阻型，常用的光敏电阻有PbS，PbTe及HgCdTe 等）及光生伏特型（即光电池）。 目前用于辐射测温的探测器已有长足进展。 我国许多单位可生产硅光电池，钽酸钾热释 电元件，薄膜热电堆热敏电阻及光敏

14、电阻等。 1)红外探测器 2021-8-15参数检测技术上 2)红外测温仪 被测物体的热辐射线由光学系统聚焦，经光栅盘调制为一定频率的光能，落在热 敏电阻探测器上，经电桥转换为交流电压信号，放大后输出显示或记录。 2021-8-15参数检测技术上 光栅盘由两片扇型光栅板组成，一块固定，一块可动，可 动板受光栅调制电路控制，并按一定频率正、反向转动， 实现开(透光)、关(不透光)，使入射线变为一定频率的能量 作用在探测器上。表面温度测量范围为0-600，时间常数 为4-10ms。 2021-8-15参数检测技术上 3)红外热像仪 红外热像仪测温基于被测物体的红外热辐射。它能在一定宽温域做 不接触

15、、无害、实时、连续的温度测量。被测物体的温度分布形成 肉眼看不见的红外热能辐射，经红外热像仪转化为电视图像或照片 2021-8-15参数检测技术上 其工作原理如图所示。光学系统收集辐射线，经滤波处理 后将景物图形聚集在探测器上，光学机械扫描包括两个扫 描镜组：垂直扫描和水平扫描。扫描器位于光学系统和探 测器之间，当镜子摆动时，从物体到达探测器的光束也随 之移动，形成物点与物象互相对应。然后探测器将光学系 统逐点扫描所依次搜集的景物温度空间分布信息，变为按 时序排列的电信号，经过信号处理后，由显示器显示出可 见图象物体温度的空间分布情况。 2021-8-15参数检测技术上 目前许多国家都已有热像仪的产品出售。如日本的JTG-JA型热像仪，其测温 范围为01500，并分为三个测量段。0180，适于测量机床温度场； 100500和3001500