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1、温测量温测量(cling)教程教程第一页，共83页。1.1.温度温度(wnd)和温标和温标2.2.玻璃管液体温度玻璃管液体温度(wnd)计计3.3.热电偶热电偶4.4.热电阻热电阻5.5.辐射式温度辐射式温度(wnd)计计6.6.测温技术测温技术第四章第四章 温度温度(wnd)(wnd)测量测量第1页/共83页第二页，共83页。4.1温度温度(wnd)和温标和温标温度（物体温度（物体(wt)的冷热程度）的冷热程度）宏观：热平衡状态系统的宏观性质。宏观：热平衡状态系统的宏观性质。微观：分子平均动能微观：分子平均动能(dngnng)大小的量度。大小的量度。温度测量的基本依据温度测量的基本依据-热力
2、学热力学第零第零定律定律如果两个热力系的每一个都与第三个热力系如果两个热力系的每一个都与第三个热力系处于处于热平衡热平衡，则它们，则它们彼此彼此也处于热平衡。也处于热平衡。物理概念物理概念第2页/共83页第三页，共83页。衡量温度的标准尺度。譬如衡量温度的标准尺度。譬如(pr)(pr)规定什么样的温度是规定什么样的温度是150150，什么样的温度是，什么样的温度是200200。国国际际普普遍遍使使用用的的温温标标有有四四种种：热热力力学学温温标标、国国际际实实用温标、摄氏温标用温标、摄氏温标(sh sh wn bio)、华氏温标。、华氏温标。温标温标(wnbio)三要素：温度计、固定点、内三要
3、素：温度计、固定点、内插方程插方程温标：温标：表示温度的尺度表示温度的尺度4.1温度和温标温度和温标第3页/共83页第四页，共83页。Q1/Q0 =T1/T0 假设(jish)一卡诺热机工作在温度为T0的低温热源和未知温度的高温热源之间，如果该卡诺热机向低温热源放出的热量为Q0，从高温热源吸收的热量为Q1 T0T1卡诺热机Q0Q1热力学温度热力学温度的内插方程的内插方程(fngchng)1 1、热力学温标、热力学温标（开尔文（开尔文 1848年）年）第4页/共83页第五页，共83页。开开尔尔文文引引出出此此温温标标后后，于于18541854年年建建议议用用一一个个固固定定点点来来确确定定(qu
4、dng)(qudng)此此温温标标。人人们们发发现现水水的的三三相相点点(273.16K)(273.16K)的的稳稳定定性性能能长长期期维维持持在在0.1mK0.1mK范范围围内内。因因此此，19541954年年第第1010届届国国际际计计量量大大会会决决定定采采用用水水的的三三相相点点作作为为热热力力学学温温际际的的基基本本固固定定点点此此温温标标的的表达式为：表达式为：这种温标的最大特点是与选用的测温介质这种温标的最大特点是与选用的测温介质(jizh)(jizh)性质无关，克服了经验温标随测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质(jizh)(jizh)而变的缺而变的缺陷，故称它为科学的温
5、标或绝对热力学温标。由此而得的陷，故称它为科学的温标或绝对热力学温标。由此而得的温度称为热力学温度。从此所有的温度测量都以热力学温温度称为热力学温度。从此所有的温度测量都以热力学温标作为基准。标作为基准。1 1、热力学温标、热力学温标（开尔文（开尔文 1848年）年）第5页/共83页第六页，共83页。现现现现实实实实(xinsh)(xinsh)中中中中热热热热力力力力学学学学温温温温标标标标是是是是应应应应用用用用气气气气体体体体特特特特性性性性方方方方程程程程实实实实现的。理想气体的现的。理想气体的现的。理想气体的现的。理想气体的P P、V V、T T之间的关系式为：之间的关系式为：之间的关
6、系式为：之间的关系式为：（气体定容温度计）（气体定容温度计）1 1、热力学温标、热力学温标（开尔文（开尔文 1848年）年）选选用用(xunyng)(xunyng)水水的的三三相相点点温温度度为为273.16273.16，定定义义水水三三相相点点温温度度的的1/273.161/273.16为为1 1度度，单单位位为为K K，就就建建立立了了热热力力学学温温标标。只要确定一个基准点，整个温标就确定了。只要确定一个基准点，整个温标就确定了。第6页/共83页第七页，共83页。2 2、国际国际(guj)(guj)实用温度计（温标的二级标准）实用温度计（温标的二级标准）指导思想指导思想:应尽量与热力学温
7、标接近，温度的复现性要好。应尽量与热力学温标接近，温度的复现性要好。内容：内容：（1 1）定义）定义(dngy)(dngy)了固定点，共有了固定点，共有1111个。个。（2 2）规定不同区域内的基准仪器。）规定不同区域内的基准仪器。（3 3）建立基准仪器示值与国际温标之间的插补公式。）建立基准仪器示值与国际温标之间的插补公式。第7页/共83页第八页，共83页。3 3、摄氏温标、摄氏温标(sh sh wn bio)-(sh sh wn bio)-摄摄氏氏温温标标：所所用用标标准准仪仪器器是是水水银银玻玻璃璃温温度度计计。分分度度方方法法是是规规定定(gudng)在在标标准准大大气气压压力力下下，
8、水水的的冰冰点点为为0度度，沸沸点点为为100度度，水水银银体体积积膨膨胀胀被被分分为为100等等份份，对对应应每每份份的的温温度度定定义义为为1摄氏度，单位为摄氏度，单位为“oC”。摄氏温标摄氏温标(sh sh wn bio)(sh sh wn bio)和热力学温标和热力学温标的换算关系可表示为：的换算关系可表示为：t=T-273.15 t=T-273.15 应用最为广泛的温标之一。应用最为广泛的温标之一。第8页/共83页第九页，共83页。华华氏氏温温标标(hushwnbio)：按按 照照 华华 氏氏 温温 标标(hu sh wnbio)，水水的的冰冰点点为为32oF，沸沸点点是是212oF
9、,中中间间分分为为180分分，每每一一份为份为1度，单位为度，单位为“oF”。4 4、华氏温标、华氏温标(hu sh wn bio)-oF(hu sh wn bio)-oF华氏温标与摄氏温标的换算华氏温标与摄氏温标的换算(hun sun)(hun sun)关系为：关系为：tF=32+9/5 t tF=32+9/5 t 现在许多英语国家仍采用华氏温标。现在许多英语国家仍采用华氏温标。第9页/共83页第十页，共83页。华华华华伦伦伦伦海海海海特特特特（FahrenheitFahrenheit，1686173616861736）出出出出生生生生于于于于德德德德国国国国但但但但泽泽泽泽（今今今今波波波
10、波兰兰兰兰的的的的格格格格但但但但斯斯斯斯克克克克）。青青青青年年年年时时时时代代代代移移移移居居居居荷荷荷荷兰兰兰兰阿阿阿阿姆姆姆姆斯斯斯斯特特特特丹丹丹丹学学学学习习习习商商商商业业业业，以以以以制制制制造造造造气气气气象象象象仪仪仪仪器器器器为为为为业业业业。17141714年年年年华华华华伦伦伦伦海海海海特特特特用用用用水水水水银银银银代代代代替替替替酒酒酒酒精精精精作作作作为为为为测测测测温温温温物物物物质质质质，制制制制作作作作了了了了自自自自己己己己的的的的温温温温度度度度计计计计。他他他他令令令令水水水水的的的的沸沸沸沸点点点点为为为为212212度度度度，纯纯纯纯水水水水的的
11、的的冰冰冰冰点点点点为为为为3232度度度度，人人人人体体体体体体体体温温温温为为为为98.698.6度度度度。这这这这套套套套计计计计温温温温体体体体系系系系就就就就是是是是华华华华氏氏氏氏温温温温标标标标。17241724年年年年华华华华伦伦伦伦海海海海特特特特公公公公布布布布了了了了他他他他的的的的温温温温度度度度计计计计，并并并并在在在在当当当当年年年年当当当当选选选选为为为为皇皇皇皇家家家家学学学学会会会会会员。会员。会员。会员。17421742年年年年，瑞瑞瑞瑞典典典典天天天天文文文文学学学学家家家家摄摄摄摄尔尔尔尔修修修修斯斯斯斯（CelsiusCelsius，170717441
12、7071744）提提提提出出出出一一一一个个个个新新新新的的的的测测测测温温温温系系系系统统统统。他他他他以以以以水水水水银银银银为为为为测测测测温温温温物物物物质质质质，将将将将水水水水的的的的沸沸沸沸点点点点定定定定为为为为0 0度度度度，冰冰冰冰的的的的溶溶溶溶点点点点定定定定为为为为100100度度度度。八八八八年年年年以以以以后后后后，摄摄摄摄尔尔尔尔修修修修斯斯斯斯的的的的同同同同事事事事(tng(tngsh)sh)建议把标度倒过来，于是形成了今日广为采用的摄氏温标。建议把标度倒过来，于是形成了今日广为采用的摄氏温标。建议把标度倒过来，于是形成了今日广为采用的摄氏温标。建议把标度倒
13、过来，于是形成了今日广为采用的摄氏温标。华氏温标华氏温标(hushwnbio)和和摄氏温标的来历摄氏温标的来历第10页/共83页第十一页，共83页。1.1.温度和温标温度和温标2.2.玻璃管液体玻璃管液体(yt)温温度计度计3.3.热电偶热电偶4.4.热电阻热电阻5.5.辐射式温度计辐射式温度计6.6.测温技术测温技术第四章第四章 温度温度(wnd)(wnd)测量测量第11页/共83页第十二页，共83页。工作原理：工作原理：利用玻璃管内液体的体积随温度的升利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。高而膨胀的原理。组成：液体存储器、毛细管、标尺、组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分
14、。安全泡四部分。液体可为：水银、酒精、甲苯液体可为：水银、酒精、甲苯(jibn)等。等。当温度超过当温度超过300时，应采用硅硼玻璃，时，应采用硅硼玻璃，500以上要采用石英玻璃。以上要采用石英玻璃。44.2玻璃管液体玻璃管液体(yt)温度计温度计第12页/共83页第十三页，共83页。4.2玻璃管液体玻璃管液体(yt)温度计温度计玻璃管温度计玻璃管温度计第13页/共83页第十四页，共83页。玻璃温度计使用玻璃温度计使用(shyng)(shyng)时注意点时注意点:a、玻璃易破碎，因此、玻璃易破碎，因此(ync)不能受到撞击、折拗以及不能受到撞击、折拗以及骤冷骤热等。骤冷骤热等。b、必必须须等等
15、待待温温度度计计与与被被测测物物体体间间达达到到热热平平衡衡、水水银银柱柱液液面面不不再再移移动动后后方方(hufng)可可读读数数，一一般般情情况况下下温温度度计计浸浸在在被被测测物物体中约体中约16分钟才能达到热平衡。分钟才能达到热平衡。c、为为了了防防止止液液体体在在毛毛细细管管壁壁上上的的粘粘附附；在在读读数数前前常常常常必必须须轻轻敲击温度计，这一点在使用精密温度计时尤其必须注意。轻轻敲击温度计，这一点在使用精密温度计时尤其必须注意。4.2玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计第14页/共83页第十五页，共83页。d、读数时，液柱液面，刻度和眼睛应保持在同一、读数时，液柱液面，刻度和眼睛应
16、保持在同一(tngy)水平面上，以避免读数误差。水平面上，以避免读数误差。e、由于温度计制作上的问题或者温度计使用日久可、由于温度计制作上的问题或者温度计使用日久可能造成温度计玻璃球变形而使温度计读数与真实温度能造成温度计玻璃球变形而使温度计读数与真实温度不符，此时温度计必须进行校正。不符，此时温度计必须进行校正。4.2玻璃管液体玻璃管液体(yt)温度计温度计第15页/共83页第十六页，共83页。1.1.温度和温标温度和温标(wnbio)2.2.玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计3.3.热电偶热电偶4.4.热电阻热电阻5.5.辐射式温度计辐射式温度计6.6.测温技术测温技术第四章第四章 温度温度
17、(wnd)(wnd)测量测量第16页/共83页第十七页，共83页。4.3热电偶热电偶 所形成所形成(xngchng)的热电势包括两部分：接的热电势包括两部分：接触电势和温差电势。触电势和温差电势。一、热电偶的工作原理一、热电偶的工作原理热热电电效效应应：将将两两种种不不同同材材料料的的导导体体或或半半导导体体组组成成一一个个闭闭合合回回路路，如如果果两两端端点点的的温温度度不不同同，则则回回路路中中将将产产生生一一定定大大小小的的电电流流，这这个个(zhge)电电流流的的大大小小同同材材料料的的性性质质以以及及节节点点温温度度有有关关，上上述述现现象象称称为为热热电电效效应应。这这个个(zhg
18、e)现现象象是是1821年年Seebeck发现的故又称为塞贝克效应。发现的故又称为塞贝克效应。BTAT04.3.1 热电偶原理热电偶原理(yunl)第17页/共83页第十八页，共83页。A、接接触触电电势势：当当两两种种不不同同(btn)的的导导体体接接触触时时，由由于于两两者者有有不不同同(btn)的的电电子子密密度度而而产产生生的的电电势势。（指指向向电电子密度大）子密度大）式中式中EAB(T1)为为A、B两种材料两种材料在温度为在温度为T1时的接触电动势；时的接触电动势；K为玻耳兹曼常数；为玻耳兹曼常数；e为电子为电子(dinz)电荷：电荷：NA、NB为为A、B两种材料在温两种材料在温度
19、度T1时的自由电子时的自由电子(dinz)密密度。度。一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-电子e运动方向接触电动势EAB(T1)AB 电子电子e运动方向运动方向(fngxing)与电动势方向与电动势方向(fngxing)相反。相反。4.3热电偶热电偶第18页/共83页第十九页，共83页。A，B材料的汤姆逊系数B B、温差电势（汤姆逊温差电势）、温差电势（汤姆逊温差电势）:由于导体或半导体两端温度由于导体或半导体两端温度不同而产生不同而产生(chnshng)(chnshng)的一种电动势。（指向高温）的一种电动势。（指向高温）+-高温T1低温T0EA(T1,T0)4.3热电偶热电偶第19页/
20、共83页第二十页，共83页。4.3热电偶热电偶C C、回路、回路(hul)(hul)总热电势总热电势:如果如果(rgu)T0=const.，则，则EAB=f(T1)，即，即总热电势是总热电势是T1的单值函数。的单值函数。BEAB（T1）EAB（T0）EA（T1，T0）EB（T1，T0）A第20页/共83页第二十一页，共83页。4.3热电偶热电偶推论：推论：1 1、当、当A A、B B同种材料，同种材料，EAB(t1EAB(t1，t0)=0t0)=02 2、材料不同、材料不同(b tn)(b tn)，若，若t1=t0t1=t0，则，则EAB(t1EAB(t1，t0)=0t0)=03 3、热电势仅
21、与材料种类、两节点温度有关，与热电偶的长、热电势仅与材料种类、两节点温度有关，与热电偶的长短、粗细、形状、沿热电偶线的温度分布无关。短、粗细、形状、沿热电偶线的温度分布无关。第21页/共83页第二十二页，共83页。4.3.2 热电偶的基本热电偶的基本(jbn)定理定理 （一）热电偶均质导体定律（一）热电偶均质导体定律:由同一均质导体（电子密度处处由同一均质导体（电子密度处处(chch)(chch)相等）组成相等）组成的闭合回路中，的闭合回路中，不论导体的截面、长度以及温度分不论导体的截面、长度以及温度分布如何，均不产生热电势。布如何，均不产生热电势。可检验可检验(jinyn)(jinyn)热电
22、偶丝热电偶丝的均匀性。的均匀性。4.3热电偶热电偶第22页/共83页第二十三页，共83页。（二）中间导体定律（二）中间导体定律:在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入第第三三导导体体，只只要要与与第第三三种种导导体体相相连连接接的的两两端端温温度度(wnd)(wnd)相相同同，接接入入第第三三种种导导体体后后，对对热热电电偶偶回回路路中中的的总总热热电势没有影响。电势没有影响。4.3热电偶热电偶第23页/共83页第二十四页，共83页。思考题:ABCDEFT1T1T1T1T2T2 六种不同的导体组成如图回路，写出回路中总的热电势。六种不同的导体组成如图回路，写出回路中总的热电势。（假设（假设AF电
23、子密度逐渐电子密度逐渐(zhjin)下降，下降，T2T1）4.3热电偶热电偶第24页/共83页第二十五页，共83页。（三）热电偶的中间温度定律（三）热电偶的中间温度定律补偿导线补偿导线(doxin)热电偶在两接点温度为热电偶在两接点温度为T、T0时的热电势等于时的热电势等于该热电偶在两接点温度分别为该热电偶在两接点温度分别为T、TN和和TN、T0时时相应热电势的代数和。相应热电势的代数和。TT0TNABBA4.3热电偶热电偶第25页/共83页第二十六页，共83页。结结论论(jiln)：已已知知热热电电偶偶在在某某一一冷冷端端温温度度下下进进行行分分度度，只只要引入适当的修正就可在另一冷端温度下
24、使用。要引入适当的修正就可在另一冷端温度下使用。热热电电偶偶分分度度表表中中冷冷端端温温度度为为0，在在实实际际测测量量中中若若热热电电偶偶的的冷端温度为冷端温度为20，则可应用中间温度定律进行计算。，则可应用中间温度定律进行计算。例：用铂铑例：用铂铑10铂热电偶测温，冷端温度为铂热电偶测温，冷端温度为25，输出，输出(shch)电势为电势为0.668mV，试求被测对象的温度。，试求被测对象的温度。查表得被测温度查表得被测温度(wnd)为为122。查表得查表得25时输出电势为时输出电势为0.143mV，所以有，所以有4.3热电偶热电偶第26页/共83页第二十七页，共83页。锅炉mVTT0 T0
25、 T0 T0 参考点温度不易保证锅炉mVTT0 T0 T0 T0 贵AB4.3热电偶热电偶长度有限长度有限(yuxin)(yuxin)，冷端温度不易恒定，冷端温度不易恒定-补偿补偿(bchng)(bchng)导线导线第27页/共83页第二十八页，共83页。如如果果在在T0T0T0T0范范围围内内，某某对对廉廉价价导导线线的的热热电电性性能能与与贵贵金金属属热热电电偶偶相相同同，则则可可以以用用这这对对导导线线代代替替从从T0T0点点到到T0T0点点一一段段的的热热电电偶偶线线，而而不不影影响响热热电电偶偶的的热热电电势势值值，同同时时(tngsh)(tngsh)降低热电偶测量成本。降低热电偶测
26、量成本。4.3热电偶热电偶第28页/共83页第二十九页，共83页。锅炉mVTT0 T0 T0 T0 补偿补偿(bchng)导线：导线：将热电偶全用补偿将热电偶全用补偿(bchng)(bchng)导线代替行吗？导线代替行吗？热电极材料的基本要求热电极材料的基本要求:性质稳定（在测量范围不易氧化或不发生其它变化）性质稳定（在测量范围不易氧化或不发生其它变化）温差系数大（温度每变化一度产生的温差电势温差系数大（温度每变化一度产生的温差电势(dinsh)(dinsh)较较大）大）4.3热电偶热电偶第29页/共83页第三十页，共83页。性性能能：在在一一定定温温度度范范围围和和误误差差范范围围内内与与热
27、热电电偶偶的热电性能相同。的热电性能相同。作用：作用：使热电偶冷端远离热源。使热电偶冷端远离热源。注意：注意：两个接点两个接点(jidin)温度不能超过规定温度。温度不能超过规定温度。两两个个接接点点(jidin)温温度度应应当当相相同同。否否则则，由由于于热热电电偶偶与与补补偿偿导导线线的的热热电电特特性性并并不不完完全全相相同同，可可能会引起较大的测量误差。能会引起较大的测量误差。正负极不能接反。正负极不能接反。补偿补偿(bchng)导线导线4.3热电偶热电偶第30页/共83页第三十一页，共83页。4.3.3热电偶的种类热电偶的种类(zhngli)及结构形式及结构形式（一一）热热电电偶偶种
28、种类类：国国际际电电工工委委员员会会（ICE）对对热热电电偶偶公公认认性性能能比比较较好好的的材材料料制制定定了了统统一一的的标标准准(biozhn)，ICE推推荐荐的的标标准准(biozhn)化热电偶化热电偶7种。种。名称名称分度分度号号名称名称分度分度号号名称名称分度分度号号铂铑铂铑10-铂铂S铜铜-康铜康铜T镍铬镍铬-镍硅镍硅K铂铑铂铑30-铂铂铑铑6B镍铬镍铬-康康铜铜E铂铑铂铑13-铂铂R铁铁-康铜康铜J4.3热电偶热电偶第31页/共83页第三十二页，共83页。4.3热电偶热电偶标准热电偶的热电势与温度标准热电偶的热电势与温度(wnd)的曲线关系的曲线关系第32页/共83页第三十三页
29、，共83页。（二）热电偶结构（二）热电偶结构(jigu)类型类型（1 1）普通）普通(ptng)(ptng)热电偶热电偶（2 2）铠装热电偶）铠装热电偶（3 3）快速反应薄膜热电偶）快速反应薄膜热电偶（4 4）快速消耗微型热电偶）快速消耗微型热电偶1.普通热电偶普通热电偶结构：热电极结构：热电极(dinj)，绝，绝缘套管，接线盒，保护套管缘套管，接线盒，保护套管4.3热电偶热电偶第33页/共83页第三十四页，共83页。2.2.铠装铠装(ki zhun)(ki zhun)热电热电偶偶结构结构(jigu)：热电极，：热电极，绝缘材料，保护套管绝缘材料，保护套管特点：测量端热容量小，动特点：测量端热
30、容量小，动态态(dngti)响应快，机械响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，强度高，挠性好，耐高压，耐振动，寿命长，适用各种耐振动，寿命长，适用各种工业测量。工业测量。4.3热电偶热电偶第34页/共83页第三十五页，共83页。3.3.小惯性小惯性(gunxng)(gunxng)热电偶（快速反应薄膜热电热电偶（快速反应薄膜热电偶）偶）特点：响应特点：响应(xingyng)快，时间快，时间常数小，可作温度变化常数小，可作温度变化的动态测量。的动态测量。4.3热电偶热电偶第35页/共83页第三十六页，共83页。4.3.4热电偶冷端温度热电偶冷端温度(wnd)的补偿的补偿4.3热电偶热电偶（1 1）冷
31、端恒温）冷端恒温（2 2）补偿）补偿(bchng)(bchng)导线导线（3 3）冷端补偿）冷端补偿(bchng)(bchng)器器1.冷冷端端恒恒温温(hngwn)冰冰浴浴法法，精精度度高高,多多用用于于实实验验室室；工工业业则则常常用用冷冷端端恒恒温温(hngwn)器。器。第36页/共83页第三十七页，共83页。4.3热电偶热电偶2.2.计算计算(j sun)(j sun)补偿法补偿法TT0TNABBA第37页/共83页第三十八页，共83页。4.3热电偶热电偶例用镍铬例用镍铬-镍硅热电偶测温，冷端镍硅热电偶测温，冷端Tn=25，EAB(T，Tn)=40.347mV，求被测对象，求被测对象(
32、duxing)的实际温度。的实际温度。由分度表知：由分度表知：EAB(25，0)=1mVEAB(T，0)=40.347+1.0041.347mV由分度表知，由分度表知，T1002第38页/共83页第三十九页，共83页。3.3.补偿补偿(bchng)(bchng)电桥法电桥法利利 用用 电电 桥桥 不不 平平 衡衡(pnghng)原原理理，桥桥臂臂热热电电阻阻随随温温度度变变化化，产产生生补补偿偿电电压压V。电电桥桥也也叫叫毫毫伏伏发生器。发生器。4.3热电偶热电偶第39页/共83页第四十页，共83页。R1=R2=R3=1,不随温度不随温度变化变化热电阻热电阻20时，时，RCU=1，Vab=0环
33、境不等于环境不等于20时，电桥失时，电桥失去平衡，产生电势去平衡，产生电势Vab与与E(Tn,T0)相等相等(xingdng)，叠加补偿，叠加补偿使用时，注意零点是使用时，注意零点是204.3热电偶热电偶第40页/共83页第四十一页，共83页。热电偶的连接方式热电偶的连接方式（1）单点连接）单点连接（2）并联连接）并联连接（3）串联连接）串联连接（4）反接）反接与热电偶配套的测温仪表与热电偶配套的测温仪表直流电位差计、自动电子直流电位差计、自动电子(dinz)电位差计、热电偶温电位差计、热电偶温度变送器度变送器4.3热电偶热电偶第41页/共83页第四十二页，共83页。热电偶测温的主要优点热电偶
34、测温的主要优点（1）结构简单，使用方便，制造）结构简单，使用方便，制造(zhzo)容易，热电容易，热电偶的大小和形状可按照需要自行配置；偶的大小和形状可按照需要自行配置；（2）测量温度范围广，低温用热电偶可达）测量温度范围广，低温用热电偶可达-270，高温用热电偶可达高温用热电偶可达3000；（3）测量精确度较高；）测量精确度较高；（4）属于自源传感器，无须外加电源；）属于自源传感器，无须外加电源；（5）易于实现远距离传输和测量。）易于实现远距离传输和测量。4.3热电偶热电偶第42页/共83页第四十三页，共83页。1.1.温度和温标温度和温标2.2.玻璃管液体玻璃管液体(yt)温温度计度计3.
35、3.热电偶热电偶4.4.热电阻热电阻5.5.辐射式温度计辐射式温度计6.6.测温技术测温技术第四章第四章 温度温度(wnd)(wnd)测量测量第43页/共83页第四十四页，共83页。4.4热电阻热电阻对于一个对于一个给定电阻，电阻给定电阻，电阻值是温度的单值值是温度的单值函数函数(hnsh)(hnsh)，可以通过测量电可以通过测量电阻值来推算温度。阻值来推算温度。TRt铂电阻热敏电阻原理：金属原理：金属(jnsh)(jnsh)或半导体的电阻值随温度的变或半导体的电阻值随温度的变化化第44页/共83页第四十五页，共83页。4.4热电阻热电阻优点：优点：结构简单、工作可靠结构简单、工作可靠测温范围
36、广、不需要测温范围广、不需要(xyo)(xyo)冷端补偿冷端补偿精度高精度高要求：要求：电阻温度电阻温度(wnd)(wnd)系数要大，电阻率大，热容量小系数要大，电阻率大，热容量小R-TR-T关系最好线性关系最好线性物理化学性能稳定物理化学性能稳定易提纯，易加工，价格便宜，可延性好易提纯，易加工，价格便宜，可延性好第45页/共83页第四十六页，共83页。4.4热电阻热电阻与热电偶区别：与热电偶区别：测温原理不同测温原理不同热电偶要冷端，热电阻不需要热电偶要冷端，热电阻不需要热电偶有源、热电阻无源，即热电偶无需外部电热电偶有源、热电阻无源，即热电偶无需外部电路，热电阻必须有外部辅助电路路，热电阻
37、必须有外部辅助电路热电阻感温部分尺寸较大，因而热电阻感温部分尺寸较大，因而(yn r)(yn r)热电阻热电阻测温的反应速度比热电偶慢测温的反应速度比热电偶慢精度：热电阻精度：热电阻 热电偶热电偶第46页/共83页第四十七页，共83页。4.4热电阻热电阻A A、铂电阻（、铂电阻（WZPWZP）,Pt,Pt1010,Pt,Pt100100,Pt,Pt10001000优点优点(yudin)(yudin)：稳定、易提纯、精度高、电阻率：稳定、易提纯、精度高、电阻率大大电阻比：电阻比：W（100）=1.3925金属导体金属导体(dot)纯度越高，电阻比越大。纯度越高，电阻比越大。W(100)=1.39
38、3,W(100)=1.393,对应对应(duyng)(duyng)纯度为纯度为99.9995%99.9995%缺点缺点：价格高、：价格高、R-TR-T非线性，非线性，R Rt t=R=R0 0(1+At+Bt(1+At+Bt2 2)广泛应用于广泛应用于基准、标准化仪器基准、标准化仪器中，是目前测温复现性最好的一种。中，是目前测温复现性最好的一种。第47页/共83页第四十八页，共83页。结构结构(jigu)(jigu)：电阻丝、绝缘管、保护套管、接线盒：电阻丝、绝缘管、保护套管、接线盒4.4热电阻热电阻第48页/共83页第四十九页，共83页。4.4热电阻热电阻常见常见(chnjin)金属电阻率金
39、属电阻率第49页/共83页第五十页，共83页。4.4热电阻热电阻B B、铜电阻、铜电阻(dinz)(dinz)（WZCWZC），），Cu50Cu50，Cu100Cu100优点：易加工优点：易加工(ji gng)(ji gng)提纯、价格便宜，提纯、价格便宜，R-TR-T线性、电线性、电阻温度系数高阻温度系数高缺点缺点(qudin)(qudin)：易氧化、测温范围窄（：易氧化、测温范围窄（-50-50180180）、电阻率小）、电阻率小电阻值与温度关系：电阻值与温度关系：为避免接线电阻随温度的变化引起的误差，可通过三为避免接线电阻随温度的变化引起的误差，可通过三线法接线。线法接线。第50页/共8
40、3页第五十一页，共83页。C C、半导体热敏电阻、半导体热敏电阻(r mn din z)(r mn din z)随着温度的增高随着温度的增高(znggo)(znggo)阻值降低，具阻值降低，具有负的温度系数，测温范围有负的温度系数，测温范围-40-40350350。电。电阻值随温度按指数曲线变化。阻值随温度按指数曲线变化。TRt热敏电阻4.4热电阻热电阻第51页/共83页第五十二页，共83页。与金属与金属(jnsh)热电阻比较：热电阻比较：电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为电阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为-(36)%，金属，金属(jnsh)热电阻约为热电阻约为0.40.6%电
41、阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计电阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计结构简单，体积小，可用于测量点温度结构简单，体积小，可用于测量点温度热惯性小热惯性小工艺和互换性差，精度低工艺和互换性差，精度低4.4热电阻热电阻第52页/共83页第五十三页，共83页。NSP功率功率(gngl)型型NTC热热敏电阻器敏电阻器 CWF型型NTC精密精密(jngm)温度传感温度传感器器 MF11型型NTC热敏电阻热敏电阻(r mn din z)器器 温度传感器温度传感器 第53页/共83页第五十四页，共83页。1.1.温度和温标
42、温度和温标(wnbio)2.2.玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计3.3.热电偶热电偶4.4.热电阻热电阻5.5.辐射式温度计辐射式温度计6.6.测温技术测温技术第四章第四章 温度温度(wnd)(wnd)测量测量第54页/共83页第五十五页，共83页。4.5辐射式温度计辐射式温度计辐射测温法：辐射测温法：亮度亮度(lingd)(lingd)法（光学高温计）法（光学高温计）辐射法（辐射高温计）辐射法（辐射高温计）比色法（比色温度计）比色法（比色温度计）原理：利用原理：利用(lyng)(lyng)热接收器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来确定对象的温度。热接收器接收被测物体在不同温度下辐射能量
43、的不同来确定对象的温度。第55页/共83页第五十六页，共83页。4.5辐射式温度计辐射式温度计 黑体黑体(hit)(hit)和灰体概念：和灰体概念：第56页/共83页第五十七页，共83页。热辐射：热辐射：0，主要，主要(zhyo)在可见光和红外线在可见光和红外线4.5辐射式温度计辐射式温度计第57页/共83页第五十八页，共83页。4.5辐射式温度计辐射式温度计A A、光学、光学(gungxu)(gungxu)高温计高温计原理：受热物体的单色辐射强度原理：受热物体的单色辐射强度随温度随温度(wnd)升升高而增加。高而增加。普朗克定律普朗克定律(dngl)（黑体）（黑体）维恩公式维恩公式（T300
44、0K，误差，误差0.20.3时，须考虑速度的影响。时，须考虑速度的影响。静温静温：气体无规则的分子运动的平均动能，：气体无规则的分子运动的平均动能，T0总温总温：气体运动中的总能，：气体运动中的总能，T*动温动温：总能与分子运动平均动能之差，：总能与分子运动平均动能之差，Tv(气流方向气流方向)第65页/共83页第六十六页，共83页。恢复系数恢复系数(xsh)(复温复温系数系数(xsh)：有效温度：传感器测试得到有效温度：传感器测试得到(ddo)的温度的温度Tg其中，其中，k气体的等熵过程气体的等熵过程(guchng)系数；系数；M马马赫数赫数恢复系数恢复系数r越高，越高，M数越低，误差越小数
45、越低，误差越小d1/d224.6测温技术测温技术(jsh)第73页/共83页第七十四页，共83页。(3)(3)、遮热罩、遮热罩提高热电偶周围壁温提高热电偶周围壁温ts可减小辐射误差可减小辐射误差(wch)加加遮热罩遮热罩加遮热罩只能减小部分辐射误差加遮热罩只能减小部分辐射误差(wch)，不能消除，不能消除误差误差(wch)，a)耐热钢遮热罩耐热钢遮热罩 1-罩座罩座2-榫销槽榫销槽b)耐火耐火(naihu)塑料遮热罩塑料遮热罩4.6测温技术测温技术(jsh)第74页/共83页第七十五页，共83页。(4)(4)、抽气、抽气(chu q)(chu q)热电热电偶偶原理：增大气流速度以提高传热系数原
46、理：增大气流速度以提高传热系数速度太低，传热改善速度太低，传热改善(gishn)不够，温度偏差较大不够，温度偏差较大流速太高，也会使温度指示值下降流速太高，也会使温度指示值下降故一般流速范围以故一般流速范围以100200m/s为主为主1-铠装热偶铠装热偶2-喷嘴喷嘴3-遮热罩遮热罩4-混合式扩张混合式扩张(kuzhng)管管5-外金属套管外金属套管6-内金属套管内金属套管4.6测温技术测温技术第75页/共83页第七十六页，共83页。(5)(5)、气动式高温计（文丘里式）、气动式高温计（文丘里式）原理原理(yunl)：气体密度与绝对温度呈反比的原理：气体密度与绝对温度呈反比的原理(yunl)来间
47、接测量高温气体温度的一种温度计。来间接测量高温气体温度的一种温度计。1-热端节流元件热端节流元件(yunjin)2-冷端节流元件冷端节流元件(yunjin)3-水水冷套冷套4-冷端测温元件冷端测温元件(yunjin)5-抽气喷管抽气喷管其中其中k为仪器特性为仪器特性(txng)系系数数4.6测温技术测温技术第76页/共83页第七十七页，共83页。(6)(6)、动态、动态(dngti)(dngti)热偶法热偶法原理原理(yunl)：非热平衡法，将热电偶突然插入高温介质，：非热平衡法，将热电偶突然插入高温介质，等热电偶尚未达到平衡温度，即尚未超过允许温度就拔出等热电偶尚未达到平衡温度，即尚未超过允
48、许温度就拔出来，如假设热惯性系数不变，则来，如假设热惯性系数不变，则其中热惯性其中热惯性(gunxng)系数系数比前几种误差更大，因为实际热惯性系数是温度的比前几种误差更大，因为实际热惯性系数是温度的函数，而非常数。函数，而非常数。4.6测温技术测温技术第77页/共83页第七十八页，共83页。4.6测温技术测温技术(jsh)C C、壁面温度、壁面温度(wnd)(wnd)测量测量常用热电偶测壁面温度，热电偶的导热常用热电偶测壁面温度，热电偶的导热(dor)作用，降低待测点的温度，存在误差，安装作用，降低待测点的温度，存在误差，安装系数系数Z体现其影响大小。体现其影响大小。Ts壁面真实温度；壁面真
49、实温度；Ti热电偶指示温度；热电偶指示温度；Ta被测壁面周围介质温度被测壁面周围介质温度Z越小，精度越高，受热电偶越小，精度越高，受热电偶材料性质、尺寸、安材料性质、尺寸、安装方法及被测物表面材料的性质装方法及被测物表面材料的性质等因素影响。通常用实验等因素影响。通常用实验方法来确定。方法来确定。第78页/共83页第七十九页，共83页。4.6测温技术测温技术(jsh)a)热电偶散热，会带来一定误差热电偶散热，会带来一定误差b)减少被测壁的热阻，可以减小误差减少被测壁的热阻，可以减小误差c)减小了从热接点向热电偶导热的损失，提高减小了从热接点向热电偶导热的损失，提高(tgo)测量精度测量精度d)
50、测出的温度是壁面两个测点的平均温度测出的温度是壁面两个测点的平均温度e)“B”材料作为一根引出极代替热电偶丝，可提高材料作为一根引出极代替热电偶丝，可提高(tgo)测量精测量精度度f)减小外边气体流动对热端的影响减小外边气体流动对热端的影响安装安装(nzhung)方法方法第79页/共83页第八十页，共83页。4.6测温技术测温技术(jsh)D D、平均温度的测定、平均温度的测定(cdng)(cdng)断面平均温度的测定：断面平均温度的测定：-多根热电偶串联或并联得到多根热电偶串联或并联得到(ddo)电动势，再计电动势，再计算平均温度算平均温度I.圆形圆形断面断面II.矩形矩形断面断面I.等等环