温测量学习教案

1、会计学1温测量温测量(cling)第一页，共81页。 1经验温标(wnbio) 它是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(wnbio)。主要的经验温标(wnbio)有华氏温标(wnbio)和摄氏温标(wnbio)。第1页/共80页第二页，共81页。u 华氏温标(hu sh wn bio)u 华氏温标(hu sh wn bio)规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为 。u 它与摄氏温标的关系为：u u5CF329第2页/共80页第三页，共81页。第3页/共80页第四页，共81页。第4页/共80页第五页

2、，共81页。第5页/共80页第六页，共81页。第6页/共80页第七页，共81页。第7页/共80页第八页，共81页。(1)(1)固定点：定义固定温度点固定点：定义固定温度点 定义了定义了1717个固定温度点，如表个固定温度点，如表3-13-1所示。所示。 (2)(2)标准仪器：复现固定温度点的方法标准仪器：复现固定温度点的方法 0.655.0K0.655.0K间为间为3He3He或或4He4He蒸气压温度计；蒸气压温度计； 3.024.5561K3.024.5561K间为间为3He3He或或4He4He定容气体温度计；定容气体温度计； 13.8033K961.7813.8033K961.78间为

3、铂电阻温度计；间为铂电阻温度计； 961.78961.78以上为光学以上为光学(gungxu)(gungxu)或光电高温计。或光电高温计。(3)(3)内插公式：确定固定点之间任意点的温度值内插公式：确定固定点之间任意点的温度值第8页/共80页第九页，共81页。接触式：测温元件与被测对象接触，依靠接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，达到平衡时二者传热和对流进行热交换，达到平衡时二者的温度相等，这时测量体的温度反映了被的温度相等，这时测量体的温度反映了被测物体的温度。测物体的温度。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测

4、对象必须经过缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的滞后时间较大，不适于测量热测温过程的滞后时间较大，不适于测量热容量小的对象、极高温容量小的对象、极高温(gown)的对象、的对象、处于运动中的对象。处于运动中的对象。第9页/共80页第十页，共81页。非接触式：测温元件不与被测对象接触，非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是利用热辐射原理或电磁原理得到而是利用热辐射原理或电磁原理得到(d do)被测物体温度。被测物体温度。优点：从原理上讲测量范

5、围从超低温到极优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。 第10页/共80页第十一页，共81页。接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测量结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉准确、价格

6、低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示能现场指示 , ,不能记录与远传不能记录与远传-100-100100100（150150）有机液体）有机液体0 0 350350（-30 -30 650650）水银）水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量 ,量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限 0 0 300300（-50 -50 600600）压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具有结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、

7、能记录、防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控报警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时 ,仪仪表的滞后性较大、一般离开测表的滞后性较大、一般离开测量点不超过量点不超过 10米米 0 0 500500（-50 -50 600600）液体型）液体型0 0 100100（-50 -50 200200）蒸汽型）蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高 ,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温 ,由由于体积大于体积大 ,测点温度较困难测点温度较困难 -150 -150 500500（-200 -200 6

8、00600）铂电阻）铂电阻0 0 100100（-50 -50 150150）铜电阻）铜电阻-50 -50 150150（180180）镍电阻）镍电阻-100 -100 200200（300300）热敏电阻）热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围广测温范围广 ,精度高精度高 ,便于便于远距离、多点、集中测量和远距离、多点、集中测量和自动控制自动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿 ,在低温段测在低温段测量精度较低量精度较低 -20 -20 13001300（16001600）铂铑）铂铑1010- -铂铂-50 -50 10001000（12001200）镍铬）镍铬- -镍硅镍硅-40 -40

9、800800（900900）镍铬）镍铬- -铜镍铜镍-40 -40 300300（350350）铜）铜- -铜镍铜镍非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测温携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场时不破坏被测物体温度场 测量时测量时 ,必须经过人工调整必须经过人工调整 ,有有人为误差人为误差 ,不能作远距离测量不能作远距离测量 ,记录和自控记录和自控 900 900 20002000（700 700 20002000）辐射高温辐射高温计计测温元件不破坏被测物体温测温元件不破坏被测物体温度场度场 ,能作远距离测量、报能作远距离测量、报警和自控、测温范围广

10、警和自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环境条件会影响测量精度环境条件会影响测量精度,连续连续测高温时须作水冷却或气冷却测高温时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000（50 50 20002000）第11页/共80页第十二页，共81页。第12页/共80页第十三页，共81页。第13页/共80页第十四页，共81页。第14页/共80页第十五页，共81页。玻璃玻璃(b l)液体温度计液体温度计第15页/共80页第十六页，共81页。第16页/共80页第十七页，共81页。第17页/共80页第十八页，共81页。第18页/共80页第十九页，共81页。第19页/共

11、80页第二十页，共81页。第20页/共80页第二十一页，共81页。第21页/共80页第二十二页，共81页。液体压力液体压力(yl)式电接点温度计式电接点温度计第22页/共80页第二十三页，共81页。第23页/共80页第二十四页，共81页。第24页/共80页第二十五页，共81页。l可作温度继电控制、可作温度继电控制、极值极值(j zh)温度控制信温度控制信号号固定端自由端BBAA第25页/共80页第二十六页，共81页。双金属温度计双金属温度计第26页/共80页第二十七页，共81页。双金属温度开关 第27页/共80页第二十八页，共81页。时间短等各种优点。时间短等各种优点。第28页/共80页第二十

12、九页，共81页。第29页/共80页第三十页，共81页。第30页/共80页第三十一页，共81页。第31页/共80页第三十二页，共81页。当两种不同性质的导体或半导体材料相当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部互接触时，由于内部(nib)(nib)电子密度电子密度不同，例如材料不同，例如材料A A的电子密度大于材料的电子密度大于材料B B，则会有一部分电子从，则会有一部分电子从A A扩散到扩散到B B，使得，使得A A失去电子而呈正电位，失去电子而呈正电位，B B获得电子而呈获得电子而呈负电位，最终形成由负电位，最终形成由A A向向B B的静电场。静的静电场。静电场的作用又阻止电子进

13、一步地由电场的作用又阻止电子进一步地由A A向向B B扩散。当扩散力和电场力达到平衡时，扩散。当扩散力和电场力达到平衡时，材料材料A A和和B B之间就建立起一个固定的电动之间就建立起一个固定的电动势。势。 由于两种材料自由电子密度由于两种材料自由电子密度(md)(md)不同不同而在其接触处形成电动势的现象，称为而在其接触处形成电动势的现象，称为珀尔帕效应。其电动势称为珀尔帕电势珀尔帕效应。其电动势称为珀尔帕电势或接触电势。或接触电势。 第32页/共80页第三十三页，共81页。理论上已证明该接触电势的大小和方向理论上已证明该接触电势的大小和方向(fngxing)(fngxing)主要取决于主要

14、取决于两种材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为两种材料的性质和接触面温度的高低。其关系式为: :)()(ln)(TNTNeKTTEBAABeK( )( )ABNTNT,T式中：式中： 单位电荷单位电荷(dinh)，4.80210-10绝对静电单位；绝对静电单位；玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数(chngsh)，1.3810-23J/；材料材料A A和和B B在温度为在温度为T T时的电子密度；时的电子密度； 接触处的温度，接触处的温度，K K。接触电势的大小只与接触电势的大小只与接点温度接点温度的高低以及导体的高低以及导体A A和和B B的的电子密电子密度度有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电

15、子密度比值越大，有关。温度越高，接触电势越大，两种材料电子密度比值越大，接触电势也越大。接触电势也越大。结论结论第33页/共80页第三十四页，共81页。因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量因材料两端温度不同，则两端电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端之间形成一个由高温端向低温端的静电场，这个之间形成一个由高温端向低温端的静电场，这个(zh ge)(zh ge)电场将吸引电子从温度低的一端移向温电场将吸引电子从温度低的一端移向温度高的一端，最后

16、达到动态平衡。度高的一端，最后达到动态平衡。 由于同一种由于同一种(y zhn)(y zhn)导体或半导体材料因其两导体或半导体材料因其两端温度不同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应端温度不同而产生电动势的现象称为汤姆逊效应。其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势。其产生的电动势称为汤姆逊电动势或温差电势。温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大。温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与材料两端温度和材料性质有关。小与材料两端温度和材料性质有关。 dTTTeTTAA0),(0e eA A( (T T，T T0 0) )导体导体A A两端温度为两端温度为T T、T T0 0时形成的温差电动势

17、；时形成的温差电动势；T T，T T0 0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度； A A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A A两端的温度差为两端的温度差为11时所产生的温差电动势，时所产生的温差电动势，例如在例如在00时，铜的时，铜的 =2V/ =2V/。第34页/共80页第三十五页，共81页。AB0ABAB0B0A0E (T,T )E (T) E (T ) E (T,T ) E (T,T )第35页/共80页第三十六页，共81页。 A0AAB0ABAB00BB0N (T )N (T)KE(T,T )ETETTlnT lneN (T)N (T )第36页/共80页第三十七页，共81页。第

18、37页/共80页第三十八页，共81页。第38页/共80页第三十九页，共81页。第39页/共80页第四十页，共81页。第40页/共80页第四十一页，共81页。第41页/共80页第四十二页，共81页。第42页/共80页第四十三页，共81页。000,ABACBCET TET TET T第43页/共80页第四十四页，共81页。 为制定热电偶的热电势温度为制定热电偶的热电势温度(wnd)(wnd)关关系分度表奠定了理论基础。系分度表奠定了理论基础。中间温度定律中间温度定律(dngl)的的应用一：应用一：第44页/共80页第四十五页，共81页。比较比较(bjio)(bjio)查查出的出的3 3个热电势个热

19、电势，判断热电势与，判断热电势与温度的关系是否温度的关系是否为线性？为线性？热电偶的热电势热电偶的热电势E E（t t，t0t0）与温）与温度度t t的关系的关系(gun (gun x)x)热电特热电特性性冷端冷端t0t0为为00时时，将热电偶热电，将热电偶热电特性特性(txng)(txng)（E Et t）制成的表）制成的表分度表分度表第45页/共80页第四十六页，共81页。 根据中间温度(wnd)定律有 EAB(t，0) EAB(t，20) EAB(20，0) 第46页/共80页第四十七页，共81页。例：一支镍铬镍硅热电偶，在冷端温度为室温例：一支镍铬镍硅热电偶，在冷端温度为室温2525时

20、，测得热电势时，测得热电势(dinsh)EK(t(dinsh)EK(t，25)25)17.537mV17.537mV，试求热电偶所测的实际温度，试求热电偶所测的实际温度 t t？第47页/共80页第四十八页，共81页。3.3.3 3.3.3 热电偶的冷端处理热电偶的冷端处理(chl)(chl)与补偿与补偿第48页/共80页第四十九页，共81页。恒温恒温(hngwn)(hngwn)法法 这是一种精度最高的处理办法这是一种精度最高的处理办法，可以使，可以使t0t0稳定地维持在稳定地维持在00。 其实施办法是将冰水混合其实施办法是将冰水混合物放在保温瓶中，再把细玻璃物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入

21、冰水混合物中，试管试管插入冰水混合物中，试管底部注入底部注入(zh r)(zh r)适量的油类适量的油类或水银，热电偶的参比端插到或水银，热电偶的参比端插到试管底部，实现了试管底部，实现了t0=0t0=0的要的要求。求。 1-1-冰水混合物；冰水混合物； 2- 2-保温瓶；保温瓶； 3- 3-油类或水银；油类或水银； 4- 4-蒸馏水；蒸馏水；5-5-试管；试管； 6- 6-盖；盖； 7- 7-铜导线；铜导线； 8- 8-热电势热电势(dinsh)(dinsh)测量仪表测量仪表 第49页/共80页第五十页，共81页。 如果某介质的温度为如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷，用热电偶进行

22、测量，其冷端温度为端温度为t0，测得的热电势为，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据中）。根据中间温度定律，有间温度定律，有 EAB（t ,0）EAB（t ,t0） EAB（t0 ,0） 得出得出(d ch)标准热电势标准热电势EAB（t ,0），再查分度），再查分度表就可得出表就可得出(d ch)被测温度。被测温度。示值修正示值修正(xizhng)(xizhng)法法第50页/共80页第五十一页，共81页。 例：用例：用K型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电型热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势势E（t，t0）36.122mV，而自由端的温度，而自由端的温度t030，求，求被测的实际温

23、度。被测的实际温度。 解解 由分度表可以查得由分度表可以查得 E（30，0）1.203mV则则 E（t，0） E（t，30）+ E（30，0） 36.122+1.20337.325mV 再查分度表可以查得再查分度表可以查得37.325mV 对应对应(duyng)的温度为的温度为900 。 计算法适用于实验或临时测温。计算法适用于实验或临时测温。第51页/共80页第五十二页，共81页。当在原来热电偶回路当在原来热电偶回路(hul)(hul)中分别引入与导体材料中分别引入与导体材料A A、B B同样热电特性的材料同样热电特性的材料C C、D(D(如图如图) )即引入所谓补偿导线时，即引入所谓补偿导

24、线时，则回路则回路(hul)(hul)总电动势为：总电动势为：ABT1T2T2CDT0T0热电偶补偿导线接线图EE=EAB(T1,T2)+ECD(T2,T0)E=EAB(T1,T0)EAB(T2,T0)=ECD(T2,T0)只要只要T1T1、T0T0不变，接入不变，接入C C、D D后不管接点温度后不管接点温度(wnd)T2(wnd)T2如何变化，都如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。补偿补偿(bchng)(bchng)导线法导线法第52页/共80页第五十三页，共81页。实质：采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较实质：采用补偿导

25、线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。即相当于把冷端从温度为小处。即相当于把冷端从温度为t1t1处延伸到温度为处延伸到温度为 t0 t0的控的控制室或恒温处。制室或恒温处。原理：中间温度定律。原理：中间温度定律。要求：在温度要求：在温度0 0200 200 范围内，其热电特性与热电偶近似范围内，其热电特性与热电偶近似相相 同，且是廉价金属同，且是廉价金属注意：注意： 两个接点温度不能超过规定温度两个接点温度不能超过规定温度各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用(shyng)(shyng)两个接点温度应当相同两个接点温度应当相同正负极不能接反正负

26、极不能接反需要修正需要修正第53页/共80页第五十四页，共81页。补偿导线补偿导线(doxin)(doxin)外形外形 AB屏蔽屏蔽(pngb)层层保护层保护层第54页/共80页第五十五页，共81页。t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+补偿电桥法补偿电桥法第55页/共80页第五十六页，共81页。00( , )( )abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t第56页/共80页第五十七页，共81页。第57页/共80页第五十八页，共81页。等质量指标，这种方法称为等质量指标，这种方法称为比较法。比较法。第58页/

27、共80页第五十九页，共81页。第59页/共80页第六十页，共81页。第60页/共80页第六十一页，共81页。第61页/共80页第六十二页，共81页。第62页/共80页第六十三页，共81页。n（7）铁）铁-康铜康铜 （J）；）；n（8）镍铬）镍铬-金铁金铁(jn ti)热热偶以及铜偶以及铜-金铁金铁(jn ti)热偶。热偶。第63页/共80页第六十四页，共81页。偶丝直径：偶丝直径：0.50.020 mm；适用适用(shyng)范围：范围： 01100，11001600； 适用适用(shyng)于氧化性气氛中测温于氧化性气氛中测温;长期最高使用温长期最高使用温度为度为1300,短期最高使用温度短

28、期最高使用温度1600，不推荐在还，不推荐在还原气氛中使用原气氛中使用,短期内可用于真空中测温短期内可用于真空中测温特点：复制性好、测量精度高；价格贵、热电势小特点：复制性好、测量精度高；价格贵、热电势小第64页/共80页第六十五页，共81页。 镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）（K型）型）第65页/共80页第六十六页，共81页。 镍铬康铜镍铬康铜(kn tn)（E型）型） 第66页/共80页第六十七页，共81页。 几种几种(j zhn)常用的标准型热电偶常用的标准型热电偶简介简介热电偶名称热电偶名称分度号分度号测温范围测温范围（）平均灵敏度平均灵敏度特特 点点铂铑铂铑30铂铑铂铑6B0+18

29、0010V/稳定性好稳定性好,精度高精度高,可在可在氧化气氛使用氧化气氛使用铂铑铂铑l0铂铂S0+160010V/同上，线性度优于同上，线性度优于B镍铬镍铬镍硅镍硅K0+100040V/价廉价廉,，可在氧化及中，可在氧化及中性气氛中使用性气氛中使用镍铬镍铬康铜康铜E-200+90080V/灵敏灵敏,价廉价廉,可在氧化及可在氧化及弱还原气氛中使用弱还原气氛中使用铜铜康铜康铜T-200+40050V/价廉价廉,但铜易氧化但铜易氧化,常用常用于于150以下温度测以下温度测量量第67页/共80页第六十八页，共81页。第68页/共80页第六十九页，共81页。热电偶的结构热电偶的结构(jigu)(jigu

30、)形式形式1-1-接线盒接线盒 2-2-保护套管保护套管(to un) (to un) 3-3-绝缘套管绝缘套管(to un) (to un) 4-4-热电偶丝热电偶丝普通型热电偶普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管以及接线盒等组由热电极、绝缘套管、保护套管以及接线盒等组成。其绝缘套管大多为氧化铝管或工业陶瓷管。成。其绝缘套管大多为氧化铝管或工业陶瓷管。保护套管则根据测温条件来确定，测量保护套管则根据测温条件来确定，测量10001000以以下的温度一般用金属套管，测量下的温度一般用金属套管，测量10001000以上的温以上的温度则多用工业陶瓷甚至氧化铝保护套管。科学研度则多用工业陶瓷甚至氧

31、化铝保护套管。科学研究中所使用的热电偶多用细热电极丝制成，有时究中所使用的热电偶多用细热电极丝制成，有时不加保护套管以减少热惯性，改善动态响应指标不加保护套管以减少热惯性，改善动态响应指标(zhbio)(zhbio)，提高测量精度。，提高测量精度。第69页/共80页第七十页，共81页。普通普通(ptng)(ptng)装装配型配型热电偶的结构图热电偶的结构图 接线盒接线盒引出引出(yn ch)(yn ch)线套管线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂（出厂(ch chng)(ch chng)时用时用塑料包裹）塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 第70页/共80

32、页第七十一页，共81页。普通装配普通装配(zhungpi)(zhungpi)型型热电偶的外形热电偶的外形安装安装(nzhung)螺纹螺纹安装安装(nzhung)法兰法兰第71页/共80页第七十二页，共81页。隔爆型热电偶外形隔爆型热电偶外形(wi (wi xn)xn)厚壁保护厚壁保护(boh)管管压铸的接线盒压铸的接线盒第72页/共80页第七十三页，共81页。v由热电极、绝缘材料和金属套管由热电极、绝缘材料和金属套管三者一起经拉细加工而组成一体，三者一起经拉细加工而组成一体，也称套管热电偶。也称套管热电偶。v铠装热电偶具有性能稳定、结构铠装热电偶具有性能稳定、结构紧凑、牢固、抗震等特点紧凑、牢固、抗震等特点(tdin)(tdin)；v由于测量端热容量小，所以热惯由于测量端热容量小，所以热惯性小，具有很好的动态特性。性小，具有很好的动态特性。v外径、长度和测量端的结构型式外径、长度和测量端的结构型式可以根据需要而选定。外直径从可以根