测试技术第05章温度测量

1、本章的学习要求：1 .了解温度坐标的概念和温度校正的分类2 .掌握热电偶温度校正、热阻抗温度校正的测温原理以及相关电路3 .掌握光学放射式测温校正的测温原理4 .能够正确选择温度校正，了解温度校正的标定方法5 .了解其他形式的温度校正的测温原理。 1温度测量概要、1 .温度、温度：表示物体冷热程度的物理量，从分子运动论的观点来看，温度也是物体内部分子运动的平均动能的大小指标。 温标：用于测量温度高低的尺度称为温度标度，简称温标。 应用较多的是摄氏温标和华氏温标、热力学温标、国际温标。 摄氏温度标：在标准空气压下，纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格摄氏1度，符号为。

2、华氏温度：标准空气压力下纯水冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格华氏1度，记号是。 摄氏温度标与华氏温度标的关系是：热力学温度标：摄氏温度标(k )或绝对温度标，将分子运动停止时的温度规定为绝对零点。 建立在热力学基础上，温度仅与热有关，显示出与测温物质的任何物理性质无关的理想温度标度，成为国际统一的基本温度标度。 卡诺定理：温度坐标的确定：开尔文温度把水在标准空气压下的三相点温度规定为273.16K，从三相点到沸点间100等分，分别为1K，三相点以下273.16K作为绝对零点，0 K，符号： t。 绝对温度标度t和摄氏温度标度t关系为Tt 273.15，国际温度标度：智能

3、运输系统90 (internationaltemperaturescaleof 1990 )是符合热力学温度标度的简单的温度标度， 国际修正量委员会引入了利用在各测温范围内使用的标准测温元件系列来确定温度标度的方法的智能运输系统190的基本内容是：再次确认国际实用温度单位仍为k的国际摄氏温度和国际实用温度的关系，将整个温度标度划分为4个温度区，与其对应的标准设备是， 以0.655.0K、3He和4He蒸汽温度修正3.024.5561K、3He和4He规定瓦斯气体温度修正。 13.803K961.78、铂电阻温度校正为961.78以上、重新确认并规定光学或光电高温计17个固定点的温度值，利用基于

4、这些个的固定点和规定的插值式算出的标准设备实现热力学温度校正整体。 2、温度修正的分类，根据温度测量仪的使用方式，通常可以分为接触法和非接触法2类。 (1)当两个接触法物体接触之后，在达到热平衡之前经过一盏茶的时间时，它们的温度必然相等。 如果一方是温度修正，可以用它进行另一方物体的温度测量。 这种测温方式叫做接触法。 特点：温度修正与被测物保持良好的地热接触，必须使两者达到热平衡。 热电偶式、热阻抗式和膨胀式温度校准；(2)利用非接触法、物体热辐射能量随温度变化的原理测量物体温度的测温方式称为非接触法。 特征：不接触被测物，被测物的温度分布也不变，热惯量小。 全辐射高温表，单色高温表和比色高

5、温表。 2接触式温度修正、一、膨胀式温度修正(利用物质的体积随温度上升而膨胀的特性制作的温度修正) 1玻璃管液体温度修正常用水银温度修正和有机液体温度修正2种。 前者不附着玻璃，不易氧化，容易得到高精度，在相当宽的温度范围(38356 )保持液状，在200以下，膨胀系数与温度大致呈直线关系，因此能够进行精密的标准温度修正。 注意：1)零点漂移：玻璃的热胀冷缩收缩也会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度修正时，请定期检查零点位置。2 )曝光液柱的校正：必须严格把握温度校正的插入深度。 温度刻度是温度修正液柱全部浸入介质而被标定的，因此使用时液柱可以用下式求出其修正值。 n是露出液柱所占的度

6、数k是工作液体在玻璃中可见的膨胀系数t是主温度校正所表示的读取值()； t0是通过二次温度校正读取的液柱露出部分的平均温度() 2压力式温度修正压力式温度修正由温包、毛细管和弹簧管构成的密闭系统和传动指示机构构成(图51 )。 根据密闭系统内填充的工作物质，压力式温度修正分为(1)填充瓦斯气体的压力式温度修正的工作原理，即利用温度变化时密闭系统中填充的瓦斯气体膨胀或收缩引起的压力变化来测量温度。 充气体通常是氮瓦斯气体。 测温范围为-80550。 (2)填充蒸汽的压力式温度校正是利用温度变化时的密闭系统中填充的低沸点液体饱和蒸汽压力力的变化进行测温的结构。 作为填充的低沸点液体，有氯甲烷(CH

7、3Cl )、氯乙烷(CH2CH2C1)、丙酮(CH3-CO-CH3)、氟里昂12(CCl2F2)、二乙醚(CH3OCH3)等的测温范围为-20200 (3)填充液体的压力式温度修正填充液体为水银(Hg )、混合二甲苯(C8H10 )、甲醇(CH3OH )等。 测温范围为40550，3双金属带温度校正双金属带温度校正以线膨胀系数不同的2种金属构成的金属片为测温元件，温度变化时2种金属的膨胀不同，双金属带发生与被测量温度的大小成比例的变形，该变形通过对应的传动机构由指针指示温度值，其测量范围为60500。 根据感温双金属带构造的形状，有间谍拉尔型双金属带温度补正和盘型双金属带温度补正两种。 二、电

8、阻式温度修正(热电温度修正)、原理：利用导体和半导体的电阻值随温度变化的特性制作的测温修正。 组成：由热阻抗、显示校正和信号发生器、调节器和连接查询密码等几个部分组成。 热阻抗的材料常用铂热阻抗和铜热阻抗两种。 三、热电偶温度校正的原理：热电偶是利用“热电效应”制造的测温元件。 结构：工业热电偶的结构如图53所示，由热电偶、绝缘体、保护管和端子箱构成。四、温度校正标定1压力校正式温度校正的标定设备：恒温器、标准温度校正、装有冰水共存的容器。 标定方法：将温度校正垂直挂于支柱，将温包全部浸入恒温器内(或冰水共存的容器内)，将温度校正调整至与恒温器内温度相等的刻度(或0 )。 一般标定点为刻度尺的

9、起点、中点、终点三点以上。 每个刻度点的标定在恒温器的温度上升和下降时进行，取其平均值。 指示值的读取值进行2次，第1次不按分时进行读取，第1次按分时进行读取，按分时进行读取，按分时进行的指针变化不超过容许误差的一半。2热阻抗标定设备：标准热阻抗温度标定(标准热阻抗温度标定所用材料相同)、加热恒温器、冰水共存容器、标准电位标定或0.05级以上双臂电桥一只。 检查方法：必须校准0时的电阻值R0和100时的电阻值R100这两点，检查100时的电阻值Rl00与0时的电阻值R0之比(即R100/R0 )是否满足规定。 在测定R0时，将热阻抗放入冰水共存容器中。 在确定R100R0的数值时，应当与标准热

10、阻抗温度校正进行比较，标准热阻抗温度校正所使用的材料与所确定的相同，测量应在双臂电桥中进行，将标准热阻抗温度校正的电阻设为标准电阻，将测量热电阻设为未知电阻。 测试时，在冰点恒温器中放置30分钟进行桥平衡，在沸点检查器中放置30分钟后进行桥平衡。 读取数值时，请注意2个热阻抗在相同温度条件下的有木有。取得读取值后，被定位的热阻抗的R100/R0、(Rl00R0)B是标准热阻抗的值，该值是根据鉴定书得出的，或者根据国家基准得到的Ak是放在沸点节温器时桥的读取值，A0是放在冰点下节温器时桥的读取值。3热电偶的标定设备和材料：标准铂铑铂热电偶、温度可调的管式电炉、冰水混合共存容器、试管、变压器油、切

11、换开关、具有电压校正或电位差校正。 标定方法：热电偶的标定方法是将测得的几个热电偶和标准铂铑铂热电偶放入管式炉中比较它们的读数。 为了使接触式测温元件的输出能够反映被测量对象的真实温度，必须满足两个条件：热力学平衡的条件，即温度汁和被测量对象成为热力学孤立系统，在经历了一盏茶的时间和对象温度变化的情况下，温度修正的温度没有延迟地变化，即温度修正的热容量和热阻抗为零但是，在实际的测温中不能满足上述条件，例如温度校正除了与被测量对象进行热交换之外，与周围环境进行热交换，产生误差的温度校正的热容量和热阻抗实际上也不能为零。 实际上，接触式温度修正指示的温度是感温部本身的温度(例如热电偶的热接点的温度

12、)，使感温部的温度与切断对象种类近似，根据情况，两者的差有可能变大。 五、接触式温度检验误差，(一)测温元件的吸热和发热的基本状况吸热：一是被测量介质传递给测温元件的热量，包括介质向测温元件的热传导、辐射和对流热交换，第二是测温元件切断流动介质，在测温元件附近产生气流绝热压缩，因此，将流体的动能转换为热能的现象是将高速气流的温度散热：一种是从测温元件向周围冷壁的辐射散热和传热，另一种是沿着测温元件向外部介质的传导散热(包括测温元件向外部介质露出的部分辐射散热)。 后者在静态或中低速流动介质中测量时误差大，(2)测温元件的安装1 .测温元件的安装的基本要求测温元件与被测量介质逆流，即安装时测温元

13、件向被测量介质的流动方向插入(a )。 如果不能向被测定介质的流动插入，则能够采用向被测定介质的流动倾斜插入的(b )方式，至少需要与被测定介质正交(即90)(c )，必须尽量避免与被测定介质的顺流。 测量液体温度时，插入深度应为保护管径的912倍。 在直径小的管道上安装测温元件，装置可以扩大管道(图518 )。 在测温元件插入部位附近的配管和容器壁外，为了降低辐射和热传导损失引起的误差，需要一盏茶的绝热层。 请将测温元件设置在配管的中心，即流速最大。 在配管上倾斜安装时(b )，请确保保护管前端比管中心线高510mm。 随着测温元件的插入深度的增加，检验误差减少。 插入深度必须符合国家试验规

14、范或商品发货时使用说明的要求。 不使用保护管时，热电偶的插入深度应在热电偶导线直径的50倍以上。2热电偶与被测定表面的接触方式接触方式：点接触式(图a )、热电偶的测定端接点直接与被测定表面接触。 面接触式(图b )是将热电偶的测定端子接点和热传导性良好的金属片(铜箔等)焊接后，与被测定面接触。 等温线接触式(图c )，即热电偶的测定端接点固定在被测定表面上后，沿被测定表面等温线绝缘敷设至少20倍线径的距离，引出。 个别接触式(图d )是两热电极分别与被测定面接触。 (3)温度检验误差1 .安装误差如图520所示，位置(b )通过垂直角弯头在反方向上插入到一定深度，实际温度位置(a )的插入深

15、度浅，露出到大气中不保温的部分长，所以能够测定出测定值比实际值低的位置(c )的插入深度稍浅该插入深度引起的误差是热电偶的保护管和电流线的热传导引起的误差。 2环境温度和压力的影响对于充液温度修正，由于流体和毛细管材料的温度膨胀系数的不同而引起误差，增大充液球的容积，减小毛细管和压力弹簧管的容积，就能够减少误差。 在高精度的充液温度修正中，有时也采用具备经常将能够配合空间的体积膨胀和液体的膨胀的细的金属合十礼通过毛细管孔进行补偿的二次压力弹簧管的补偿毛细管，或者在指针连结装置上采用双金属带补偿板来提高温度修正的精度。 由于压力弹簧管通常用于测定大气压强，大气压强的变化使压力弹簧管式的温度显示值

16、变化产生误差。 采用高压充注系统可大幅降低误差。 关于热电偶，采用冷补偿。 3 .辐射引起的误差温度校正的测温元件在测定瓦斯气体温度时由于有辐射传热，所以测温读取值(测定值)比被测定瓦斯气体的实际温度低。 由于测量时的辐射引起的误差与辐射传热系数c成正比，与到测温元件表面的瓦斯气体的传热系数h成反比。 为了降低检验误差，请采用表面光滑的测温元件保护套管，减少辐射传热系数。改善云同步的对流换热条件，加大对测温元件表面的瓦斯气体传热系数。 4当热传导引起的误差测温元件保护套管顶部的温度和装置保护套管的管壁的温度不同时，热沿着测温元件套管流向温度低的管壁，由于热传导的存在，测温元件感觉到的温度变得比

17、被测定介质的温度低。 安装测温元件时，请减少导致热传导误差的主要原因。 3 .辐射引起的误差温度校正的测温元件在测定瓦斯气体温度时由于有辐射传热，所以测温读取值(测定值)比被测定瓦斯气体的实际温度低。 由于测量时的辐射引起的误差与辐射传热系数c成正比，与到测温元件表面的瓦斯气体的传热系数h成反比。 为了降低检验误差，请采用表面光滑的测温元件保护套管，减少辐射传热系数。改善云同步的对流换热条件，加大对测温元件表面的瓦斯气体传热系数。 4、当热传导引起的误差测温元件保护套管顶部的温度和装置保护套管的管壁的温度不同时，热沿着测温元件套管流向温度低的管壁，由于热传导的存在，测温元件感觉到的温度变得比被

18、测定介质的温度低。 安装测温元件时，请减少导致热传导误差的主要原因。 5 .高速流动瓦斯气体的温度检验误差在测量高速流动瓦斯气体的温度时，由于测温元件固定地安装在管道的中心，特别是在测温元件迎来气流的端部，发生将上述的瓦斯气体动能转换为热能的现象，导致测温元件附近的温度上升，测量温度比瓦斯气体的实际温度高。 气流速度超过50m/s时，需要考虑该误差，误差值可以用上式表示。 6 .时滞现象和时滞的测定在1点迟滞现象现象温度修正中测定温度的变化的情况下，修正器的指示值在经过一定时间后逐渐接近被测定介质的温度，该时间膨胀被称为时滞、延迟或延迟。 时滞残奥仪主要原因：1)测温元件的热惯量：从测温元件自身原来的热状况T1转变为新的热状况T2的温度需要一定的时间或者延迟。 2 )指示修正器的机械惯性和跳动大头针：把测温元件得到的“热信号”传达给指针和修正器标尺需要一定的时间，这种延迟是传输机构所固有的，根据传输机构的特性，测定2个时滞(1)用时间常数测定时滞的单位测定测温元件的时滞大小。 从测温元件插入T1的恒温箱中T2的恒温箱的时刻开始，到测温元件的温度达到T2温度的63.2为止所需的时间。 (2)影响时间常数的要素影响时间常数的要素是测温元件的质量、比热、插入的表面积和散热系数