测试技术第章温度测量学时试讲用.pptx

测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量本章学习要求：本章学习要求：1.温标温标、温度计的分类温度计的分类；2.热电偶温度计热电偶温度计、热电阻温度计热电阻温度计的测温原理；的测温原理；3.光学辐射式测温计光学辐射式测温计的测温原理；的测温原理；4.其它形式温度计其它形式温度计的测温原理。的测温原理。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量1 温度测量概述温度测量概述1.温度、温标温度、温标温度温度：是表示物体是表示物体冷热程度冷热程度的物理量，从分子的物理量，从分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动平运动平均动能均动能大小的一个大小的一个量度标志量度标志。温标温标：用来量度温度高低的用来量度温度高低的尺度尺度称为称为温度标尺温度标尺，简称温标。应用较多的有简称温标。应用较多的有摄氏温标摄氏温标和和华氏温标华氏温标、热力学温标热力学温标、国际温标。国际温标。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量摄氏温标摄氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点度，水沸点为为100度，中间等分为度，中间等分为100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1度，符号为度，符号为。华氏温标华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为：规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸度，水沸点为点为212度，中间等分度，中间等分180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量摄氏温氏温标与与华氏温氏温标的关系的关系为：测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量热力学温标热力学温标：又称开氏温标（：又称开氏温标（K）或绝对温标，它规定分）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。子运动停止时的温度为绝对零度。卡诺定理：卡诺定理：温标的确定：温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为为273.16273.16K K；三相点到沸点之间分为三相点到沸点之间分为100100等份，每等份记为等份，每等份记为1 1K K；将三相点以下将三相点以下273.16273.16K K定为定为绝对零度绝对零度，记为，记为0 0 K K，符号：符号：T T。绝对温标绝对温标T T与摄氏温标与摄氏温标t t的关系为的关系为 T Tt+273.15+273.15 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量国际温标国际温标:ITS90（International Temperature Scale of 1990）是一种符合热力学温标又使用简单的温标，国际计量委员会是一种符合热力学温标又使用简单的温标，国际计量委员会引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们进行温标确定的方法称作进行温标确定的方法称作国际温标国际温标。ITS一一90基本内容为：基本内容为：l 重申重申国际实用温标国际实用温标单位仍为单位仍为K；l 国际摄氏温度国际摄氏温度和和国际实用温度国际实用温度关系为：关系为：l 把整个把整个温标温标分成分成4个温区，其相应的标准仪器，如下：个温区，其相应的标准仪器，如下：0.655.0K，用，用3He和和4He蒸汽温度计；蒸汽温度计；3.024.5561K，用，用3He和和4He定容气体温度计；定容气体温度计；13.803K961.78，用铂电阻温度计；，用铂电阻温度计；961.78以上，用光学或光电高温计；以上，用光学或光电高温计；l 新新确确认认和和规规定定17个个固固定定点点温温度度值值以以及及借借助助依依据据这这些些固固定定点点和和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标热力学温标。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2、温度计分类温度计分类u根根据据温温度度测测量量仪仪表表的的使使用用方方式式，通通常常可可分分为为接接触触法法与与非接触法非接触法两大类。两大类。（1）接触法接触法u当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这这种测温方式称为接触法种测温方式称为接触法。u特点：特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，使温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。两者达到热平衡。u热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量（2）非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温度变化利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，的原理测定物体温度，这种测温这种测温方式称为非接触法方式称为非接触法。u特点：特点：不与被测物体接触，也不不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯改变被测物体的温度分布，热惯性小。性小。u全辐射高温计、单色高温计与比全辐射高温计、单色高温计与比色高温计。色高温计。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2.1 2.1 热电偶热电偶2 接触式温度计接触式温度计 应用热电效应测温应用热电效应测温 两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合回路，构成闭合回路，当两个接触端当两个接触端 T TT T0 0时，回路中会产生时，回路中会产生热电势。热电势。v热电效应热电效应一、一、测测量原理量原理测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量I.接触电势接触电势+_A AB B电子扩散方向电子扩散方向方向方向ABTT0测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量II.温差电势温差电势 +_A AA A电子扩散方向电子扩散方向方向方向TT0ABTT0测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量III.总电势总电势测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量结论：结论：热电偶两个电极材料热电偶两个电极材料A、B确定以后，热电势大确定以后，热电势大小只与热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度小只与热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系成单值函数关系。分分 度度 表表 -热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量1)1)均质材料定律均质材料定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势，即回路中的总热电势为零。生热电动势，即回路中的总热电势为零。v热电偶测温四基本定律热电偶测温四基本定律测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2)中间导体定律中间导体定律代入，则代入，则TT0ABCT0TT0VABCT0C测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量3)3)中间温度定律中间温度定律代入，则代入，则TnTnTAT0BAB测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量 如果回路中导体如果回路中导体A与与A，B与与B 材料相同，材料相同，则热电偶回路中的总热电势可以表达为：则热电偶回路中的总热电势可以表达为：结论结论1 1：该定律说明当热电偶参考端温度该定律说明当热电偶参考端温度t00时，只要能测得热电势时，只要能测得热电势E(t,t0)，且，且t0已知，仍已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。值。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量例例 用镍铬用镍铬镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考端温度为镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考端温度为T030，测得的热电势从测得的热电势从EEU(T,T0)为为33.29mV，求燃气温度。求燃气温度。解：解：查镍铬查镍铬镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得EEU(30,0)=1.2mV。EEU(T,0)=EEU(T,30)+EEU(30,0)=33.29+1.2=34.49mV 根据其查分度表得根据其查分度表得T=829.5。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量结论结论2 2：若连接导线若连接导线A、B 的热电势与热电偶的热电势与热电偶A、B的热电的热电势相同，即：势相同，即：总热电势为：总热电势为：可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸到远处温度稳定的地方。到远处温度稳定的地方。补偿导补偿导线线测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量4)4)标准电极定律标准电极定律TT0ABCT0测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量例：例：求钼钨热电偶的热电动势求钼钨热电偶的热电动势(热端热端100，冷端，冷端0)解：钼解：钼和和铂铂相配的热电动势为相配的热电动势为+1.31mV。钨钨和和铂铂相配的热电动势为相配的热电动势为+0.79mV，钼钨相配后的热电动势为钼钨相配后的热电动势为 1.31(+0.79)mV=+0.52mV，ABTT0=ACTT0CBTT0测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量v热电偶种类热电偶种类二、二、热电偶的种类和结构热电偶的种类和结构 八种八种国际通用热电偶：国际通用热电偶：B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6R:R:铂铑铂铑1313铂铂S:S:铂铑铂铑1010铂铂K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍J:J:铁铁铜镍铜镍T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量热电偶工作端热电偶工作端固定螺纹固定螺纹 不锈钢不锈钢保护管保护管 引出线套管引出线套管 接接线盒盒v热电偶的结构热电偶的结构测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量普通装配型普通装配型热电偶热电偶安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量BA柔性安装型铠装结构热电偶柔性安装型铠装结构热电偶法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）绝缘材料绝缘材料铠装型铠装型热电偶热电偶横截面横截面测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量隔爆隔爆型热电偶型热电偶厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量型型号号表表示示WRN2230 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量 问题引出问题引出热电偶的分度表所表征的是冷端温度热电偶的分度表所表征的是冷端温度为为00时的热电势时的热电势-温度关系，与热电温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。关系进行刻度的。解决方法解决方法冰浴法冰浴法 冷端温度修正法冷端温度修正法 补偿导线法补偿导线法补偿电桥法补偿电桥法 三、三、热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量1）冷端恒温法冷端恒温法（冰浴法（冰浴法）适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量 2）修正公式修正公式(中间温度定律中间温度定律)冷端温度修正法冷端温度修正法设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测温度为）被测温度为 t t 冷端冷端 t t0 0的热电势的热电势测量得出的热电势测量得出的热电势 被测温度被测温度 t t 的热电势的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势电势之前就给显示仪表输入了电势E(tE(t0 0,0),0)测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量 用螺丝刀用螺丝刀调节仪表面调节仪表面板上的板上的“机机械零点械零点”，使指针指到使指针指到气温气温t0（图中图中为为40 40 C）的的刻度上。刻度上。机械零点机械零点指针被预调到室温（指针被预调到室温（40 C）可补偿冷端损失可补偿冷端损失测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量3）补偿导线法补偿导线法（热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿方法热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿方法）u原理：原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量4）补偿电桥法补偿电桥法(冷端补偿器冷端补偿器)补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保证温度仪表示值等于被测值。证温度仪表示值等于被测值。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量1)热电偶测量线路热电偶测量线路I.热电偶反接（差动热电偶）热电偶反接（差动热电偶）:测量温差测量温差测温要求测温要求（1）补偿导线的）补偿导线的冷端温度相同冷端温度相同 （2）热电势热电势E和温度和温度 T呈线性呈线性四、热电偶测温回路四、热电偶测温回路测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量.热电偶并偶并联：多点温度的平均：多点温度的平均值.热电偶串连（热电堆）：加大信号热电偶串连（热电堆）：加大信号N倍倍 E=2(E1+E2)测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2)热电偶偶测量量仪表表I.磁磁电式直流表：式直流表：输入信号入信号为热电偶的偶的热电势，输出出信号信号为仪表指表指针相相对于于标尺的位移。尺的位移。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量II.直流直流电位差位差计：采用把被采用把被测量与已知量与已知标准量比准量比较后后的差的差值调至零的至零的测量方法。量方法。1)工作工作电流流标准化：（工作回路）准化：（工作回路）调整工作整工作Rs改改变电流流I使使EN=IRN，检流流计指零。指零。2)测量量电流流归零化：零化：（测量回路）量回路）调整整电阻阻盘RABC，使使检流流计指零。指零。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量接大地铜排接大地铜排黄黄红红L L2 L L3 电炉电炉接零接零热电偶热电偶绿绿L L1 热电偶偶测温温、控控温温电路路测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量小结：小结：本次课主要学习了温度测量中本次课主要学习了温度测量中温度温度、温标温标的概念，重点介绍了热电偶的的概念，重点介绍了热电偶的测温原理测温原理、结构、种类及其使用中的结构、种类及其使用中的基本定律基本定律，以及，以及测量中如何通过测量中如何通过冷端补偿冷端补偿方法减少误差。方法减少误差。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量作业：作业：P120，51，52，54上网查找上网查找5家以上生产热电偶的企家以上生产热电偶的企业，列出它们所生产的热电偶型号业，列出它们所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。规格，了解其特性和适用范围。