建筑环境测试技术 - 北京工业大学

1、 第第3章章 温度测量温度测量 温度测量概述温度测量概述3.1 热电偶测温热电偶测温 膨胀式温度计膨胀式温度计 热电阻测温热电阻测温 非接触式测温非接触式测温3.23.33.43.53.1 温度测量概述温度测量概述l温标温标: 温度的数值表示方法p 温标三要素：温度计温度计、固定点固定点、内插方程内插方程p 国际上普遍采用的温标华氏温标 摄氏温标热力学温标 国家实用温标1. 温度与温标温度与温标l 温度温度: 物体冷热程度的度量3.1 温度测量概述温度测量概述2. 温度测量方法温度测量方法l 原理原理：借助于物质的某些物理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变化量的测量间接获得温度值测温方法接

2、触法测温非接触法测温l 测温方法分类测温方法分类3.1 温度测量概述温度测量概述接触法与非接触法的测温特性接触法与非接触法的测温特性接 触 法非 接 触 法特 点测量热容量小的物体有困难；测量移动的物体有困难；可测量任何部位的温度；便于多点集中测量和自动控制不改变介质的温度场，可测量移动物体的温度，通常测量表面温度测量条件测量元件和被测对象很好接触；接触测温元件不影响被测对象的温度场由被测对象发出的辐射能充分照射到检测元件，被测对象的有效发射率应准确知道测量范围容易测量1000oC以下的温度，测量1200oC以上的温度有困难测量1000oC以上的温度，100oC以下的温度误差大准 确 度通常为

3、0.5% 1%，最高可达0.01%一般误差较大响应速度通常较大，约为1 2min通常较小，约为2 3s，小于10s3.1 温度测量概述温度测量概述测温仪表接触式仪表l 测温仪表分类测温仪表分类非接触式仪表膨胀式温度计热电阻测温热电偶测温固体膨胀式温度计液体膨胀式温度计气体膨胀式温度计光学辐射式高温计红外辐射仪3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计l 原理原理：物体受热膨胀l 分类分类p 液体膨胀式温度计p 固体膨胀式温度计p 气体膨胀式温度计3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计)(120ttVVT1. 液体膨胀式温度计（玻璃管水银温度计）液体膨胀式温度计（玻璃管水银温度计）l 原理原理：液体体积随温度升

4、高而膨胀工作液体的膨胀系数越大，温度计的灵敏度就越高0oC时工作液体的体积工作液体的体膨胀系数玻璃的体膨胀系数 玻璃的体膨胀系数 3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计l 特点特点p 直观、测量准确、结构简单、造价低廉p 不能自动记录、不能远传、易碎p 测温有延迟l 分类分类p 标准温度计标准温度计：用于精密测量和校准其它温度计p 实验室用温度计实验室用温度计：用于实验室测温p 工业用温度计工业用温度计：用于工业测温，准确度低p 电接点温度计电接点温度计：作温度控制用3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计l 使用应知使用应知p 玻璃材料的热滞后引起的误差p 温度计插入深度不够引起的误差p 非线性误差p 工

5、作液的迟滞性引起的误差p 读数误差p 安装点应位于方便读数，安全可靠之处；p 温度计应垂直安装；p 测量管道内流体温度时，应使温度计的温包处于管道的中心线位置。l 误差来源误差来源3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计例例18 某一测量蒸汽管道中蒸汽温度的水银温度计指示值为280 oC，温度计插入深度处的刻度是60oC，液柱露出部分的环境平均温度为30oC，试求蒸汽的真实温度。3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计2. 固体膨胀式温度计（双金属片温度计）固体膨胀式温度计（双金属片温度计）用于自控装置中的温度测量元件，精度不高l 工作工作原理原理 利用两种线膨胀系数不同的材料制成l 使用场合使用场合3.2

6、膨胀式温度计膨胀式温度计3. 气体膨胀式温度计（压力式温度计）气体膨胀式温度计（压力式温度计）l 原理原理 利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值l 特点特点p 简单可靠、抗振性好，具有良好的防暴性p 动态性能差，示值滞后l 使用应知使用应知p 工作距离最大不超过60mmp 测温范围50550oC3.3 热电偶测温热电偶测温l 工作原理工作原理 热电效应，通过测量热电势（接触电动势、温差电势）实现测温。AT0BT1热电效应示意图T1 T03.3 热电偶测温热电偶测温p 接触电动势接触电动势u 接触电动势的大小与接点温度的高低及导体A和B的电子密度

7、有关。u 温度越高，接触电动势越大；u 两种导体电子密度比值越大，接触电动势也越大。接触电动势3.3 热电偶测温热电偶测温p 温差电势温差电势温差电势3.3 热电偶测温热电偶测温),(),()()(),(0000TTETTETETETTEABABABABp 闭合回路的总电势闭合回路的总电势热电偶闭合回路的总热电势)()(),(00TfTfTTEABu 凡是两种不同性质的导体材料均可制成热电偶；u 若电极材料一定，热电偶所产生的热电势仅取决于测量端和参考端的温度，与热电极的形状和尺寸无关；u 热电偶参考端的温度必须保持恒定，最好保持为0oC。3.3 热电偶测温热电偶测温l 热电偶的应用定则热电偶

8、的应用定则p 均质导体定则p 中间导体定则两种材料相同的热电极不能构成热电偶 在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第三种导体相连接的两端温度相同，对热电偶回路中的总电势没有影响热电偶回路中接入第三种导体3.3 热电偶测温热电偶测温),(),(),(00TTETTETTENABNABABp 中间温度定则)0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETEl 热电偶的结构热电偶的结构p 热电极p 绝缘套管p 保护套管p 接线盒3.3 热电偶测温热电偶测温l 热电偶分类热电偶分类热电偶热电偶标准化热电偶标准化热电偶非标准化热电偶非标准化热电偶T型（铜-康铜）热电偶K型（镍铬-镍铝或镍硅）热电偶E

9、型（镍铬-康铜）热电偶J型（铁-康铜）热电偶S型（铂铑10-铂）热电偶R型（铂铑13-铂）热电偶B型（铂铑30-铂铑6）热电偶钨-铱系热电偶钨-铼系热电偶镍铬-镍铝热电偶非金属热电偶3.3 热电偶测温热电偶测温l 热电偶测温系统热电偶测温系统p 测温系统组成p 热电偶参考端的温度处理为什么对参考端温度进行处理？3.3 热电偶测温热电偶测温u 补偿导线法 补偿导线的热电特性应与所配用的热电偶电极材料的热电特性基本相同u 计算修正法 用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度T0处，然后再对温度进行修正)0 ,(),()0 ,(00TETTETEABABAB例例20 用K型热电偶在冷端温度为25 oC

10、时，测得的热电势为34.36 mV，试求热电偶的实际温度。3.3 热电偶测温热电偶测温u 冷端恒温法 将冷端引至冰点槽内，维持冷端为0oC 将冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内，维持冷端为某一恒定温度u 补偿电桥法+ERSr2r1r3rcu+ab3.3 热电偶测温热电偶测温l 热电偶的检定与校准热电偶的检定与校准p 方法u 比较法u 定点法p 分度误差p 冷端温度引起的误差p 补偿导线的误差p 热交换引起的误差p 测量线路和显示仪表的误差p 其它误差l 热电偶测温的误差来源热电偶测温的误差来源3.3 热电偶测温热电偶测温l 热电偶的使用应知热电偶的使用应知p 热电偶与被测对象应充分接触，使两者

11、处于相同温度；p 保护管应有足够的机械强度，耐腐蚀；p 保护管表面应保持干净，以减小热阻；p 冷端温度的补偿与修正；p 热电偶的信号传输线布线时应尽量避开强电区，更不能与电力线近距离平行敷设；p 热电偶安装应与被测介质形成逆流；p 热电偶工作端应处于管道中流速最大的地方；p 热电偶要有足够的插入深度，若管道直径过小，安装热电偶时应接扩大管；p 热电偶接线盒的盖子应朝上，以免雨水或其他液体的浸入，影响测量的准确性。3.4 热电阻测温热电阻测温l 原理原理导体或半导体的电阻随温度的变化而变化p 热电阻的特性dTdRRdTRdR1/电阻温度系数l 特点特点p 测温准确度高（准确度高于热电偶），信号便

12、于传送p 不能测量太高的温度p 需外电源供电，使用受到限制p 连接导线的电阻易受环境温度的影响，会产生测量误差3.4 热电阻测温热电阻测温l 常用热电阻常用热电阻p 铂热电阻u 特点：性能稳定、重复性好、精度高，阻值与温度之间的关系近似线性。u 测温范围：200 650oCp 铜热电阻u 特点：工艺性好，价格便宜，易氧化，不适于在腐蚀性介质或高温下工作，一般用于对测量精度要求不高的场合u 测温范围： 50 150oC3.4 热电阻测温热电阻测温p 镍热电阻u 特点：电阻温度系数大u 测温范围： 50 150oC，多用于温度变化范围小，灵敏度要求高的场合p 半导体热敏电阻u 特点：电阻温度系数为

13、负值，但阻值与温度的关系呈非线性，元件的稳定性与互换性差u 测温范围：不能用于350oC以上的高温3.4 热电阻测温热电阻测温l 热电阻测温电路热电阻测温电路p 平衡电桥测温三线接法平衡电桥测温3.4 热电阻测温热电阻测温p 不平衡电桥测温三线接法不平衡电桥测温3.4 热电阻测温热电阻测温p 有源四线制热电阻测温p 热电阻变送器有源四线制热电阻测温热电阻变送器接线原理图3.4 热电阻测温热电阻测温l 热电阻的校准热电阻的校准p 比较法p 两点法l 热电阻的选择热电阻的选择p 选用原则u 测温范围u 测温环境u 成本l 热电阻测温的误差来源热电阻测温的误差来源p 线路电阻的影响p 使用条件不当的

14、影响3.5 非接触测温非接触测温1251 1)/exp(TccEb400TdEEbbl 原理原理p 热辐射测温u 普朗克定律u 维恩位移定律mTm2897u 斯蒂芬-波尔兹曼定律3.5 非接触测温非接触测温l 分类分类p 光学辐射式高温计u 单色光学高温计u 光电高温计u 全辐射高温计u 比色高温计p 红外辐射仪u 全红外辐射仪u 单红外辐射仪u 比色仪3.5 非接触测温非接触测温l 辐射测温仪表辐射测温仪表p 光学高温计u 测温原理 被测物体光谱辐射亮度随温度升高而增加，用亮度比较法来实现对物体的测温。u 基本组成 光学系统 电测系统3.5 非接触测温非接触测温u 误差来源 非黑体的影响 中

15、间介质的影响 尽量做到不在反射光很强的地方测量u 特点及使用场合 准确度低于热电偶、热电阻温度计 构造复杂，价格昂贵 不能测量物体内部点的温度 不宜测量反射光很强的物体 不能测不发光的透明火焰3.5 非接触测温非接触测温p 光电高温计u 原理 利用光敏电阻配以电子电路自动进行亮度对比，是在光学高温计的基础上发展起来（a）工作原理示意图； （b）光调制器1物镜；2光栏；3，5孔；4光电器件；6遮光板；7调制片；8永久磁铁；9激磁绕组；10透镜；11反射镜；12观察孔；13前置放大器；14主放大器；15反馈灯；16电位差计；17被测物体3.5 非接触测温非接触测温u 误差来源与光学高温计相同 u 使用应知 在更换反馈灯或光电器件时，必须对整个仪表重新进行调整和刻度 不能测量物体内部点的温度 不宜测量反射光很强的物体 不能测不发光的透明火焰3.5 非接触测温非接