三到六章3.ppt

1、第3章 温度测量,温度测量概述,3.1,热电偶测温,膨胀式温度计,热电阻测温,非接触式测温,3.2,3.3,3.4,3.5,3.1 温度测量概述,温标: 温度的数值表示方法 温标三要素：温度计、固定点、内插方程 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: 物体冷热程度的度量,3.1 温度测量概述,2. 温度测量方法,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,接触法测温,非接触法测温,测温方法分类,3.1 温度测量概述,接触法与非接触法的测温特性,3.1 温度测量概述,测温仪表,接触式仪表

2、,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,原理：物体受热膨胀,分类 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 气体膨胀式温度计,3.2 膨胀式温度计,1. 液体膨胀式温度计（玻璃管水银温度计）,原理：液体体积随温度升高而膨胀,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,特点 直观、测量准确、结构简单、造价低廉 不能自动记录、不能远传、易碎 测温有延迟,分类,标准温度

3、计：用于精密测量和校准其它温度计 实验室用温度计：用于实验室测温 工业用温度计：用于工业测温，准确度低 电接点温度计：作温度控制用,3.2 膨胀式温度计,使用应知,玻璃材料的热滞后引起的误差 温度计插入深度不够引起的误差 非线性误差 工作液的迟滞性引起的误差 读数误差,安装点应位于方便读数，安全可靠之处； 温度计应垂直安装； 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。,误差来源,3.2 膨胀式温度计,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

4、度计,2. 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,工作原理 利用两种线膨胀系数不同的材料制成,使用场合,3.2 膨胀式温度计,3. 气体膨胀式温度计（压力式温度计）,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,特点,简单可靠、抗振性好，具有良好的防暴性 动态性能差，示值滞后,使用应知,工作距离最大不超过60mm 测温范围50550oC,3.3 热电偶测温,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。,3.3 热电偶测温,接触电动势,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

5、度有关。 温度越高，接触电动势越大； 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,温差电势,温差电势,3.3 热电偶测温,闭合回路的总电势,热电偶闭合回路的总热电势,凡是两种不同性质的导体材料均可制成热电偶； 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； 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,热电偶的应用定则,均质导体定则,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

6、路中接入第三种导体,3.3 热电偶测温,中间温度定则,热电偶的结构,热电极 绝缘套管 保护套管 接线盒,3.3 热电偶测温,热电偶分类,热电偶,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,热电偶测温系统,测温系统组成,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,补偿导线法,补偿导线的热电特性应与所配用的热

7、电偶电极材料的热电特性基本相同,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,例20 用K型热电偶在冷端温度为25 oC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,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,补偿电桥法,3.3 热电偶测温,热电偶的检定与校准,方法 比较法 定点法,分度误差 冷端温度引起的误差 补偿导线的误差 热交换引起的误差 测量线路和显示仪表的误差 其它误差,热电偶测温的误差来源,3.3 热电偶测温,热电偶的使用应知,热电偶与被测对象应充

8、分接触，使两者处于相同温度； 保护管应有足够的机械强度，耐腐蚀； 保护管表面应保持干净，以减小热阻； 冷端温度的补偿与修正； 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； 热电偶安装应与被测介质形成逆流； 热电偶工作端应处于管道中流速最大的地方； 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； 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,原理,导体或半导体的电阻随温度的变化而变化,热电阻的特性,电阻温度系数,特点,测温准确度高（准确度高于热电偶），信号便于传送 不能测量太高的温度 需外电源供电，使用

9、受到限制 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,常用热电阻,铂热电阻 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。 测温范围：200 650oC,铜热电阻 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 测温范围： 50 150oC,3.4 热电阻测温,镍热电阻 特点：电阻温度系数大 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,半导体热敏电阻 特点：电阻温度系数为负值，但阻值与温度的关系呈非线性，元件的稳定性与互换性差 测温范围：不能用于350oC以上的高温,3.

10、4 热电阻测温,热电阻测温电路,平衡电桥测温,三线接法平衡电桥测温,3.4 热电阻测温,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,有源四线制热电阻测温,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,热电阻的校准,比较法 两点法,热电阻的选择,选用原则 测温范围 测温环境 成本,热电阻测温的误差来源,线路电阻的影响 使用条件不当的影响,3.5 非接触测温,原理,热辐射测温 普朗克定律,维恩位移定律,斯蒂芬-波尔兹曼定律,3.5 非接触测温,分类,光学辐射式高温计 单色光学高温计 光电高温计 全辐射高温计 比色高温计,红外辐射仪 全红外辐射仪 单

11、红外辐射仪 比色仪,3.5 非接触测温,辐射测温仪表,光学高温计,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。,基本组成 光学系统 电测系统,3.5 非接触测温,误差来源,非黑体的影响 中间介质的影响 尽量做到不在反射光很强的地方测量,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,光电高温计,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,误差来源,与光学高温计相同,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,全辐射电高温计,构造与原理,原理：全辐射定律，知道黑体的全辐射能量，可知道温度,全