簡述溫度測量的發(fā)展匯編

1、簡述溫度測量的發(fā)展引言引言 溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中七個基本物理量之一。是人類接觸最早，與人類生存關(guān)系最為密切，而又難于理解和不易測準(zhǔn)的物理量。它與人類的生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，溫度測量技術(shù)也得到了不斷地發(fā)展，溫度測量的精度也在逐漸提高。 溫度測量方法 在測量溫度時，將溫度計(jì)與被測系統(tǒng)接觸，經(jīng)過一段時間后它們達(dá)到熱平衡，這時溫度計(jì)的溫度等于被測系統(tǒng)的溫度。1593年1641年18世紀(jì)初1709年1848年1871年1885年伽利略根據(jù)空氣受熱膨脹的現(xiàn)象制造了一種測溫儀，給溫度以定性的表示。這是歷史上記載

2、最早的測量溫度的裝置。費(fèi)第南二世制作了一種帶色酒精為材料的溫度計(jì)，并標(biāo)出了刻度。阿蒙頓制造了第一個定容氣體溫度計(jì)。華倫海特制成第一支水銀溫度計(jì)，建立華氏溫標(biāo)。開爾文根據(jù)卡諾定理，建立了熱力學(xué)溫標(biāo)西門子發(fā)現(xiàn)鉑電阻溫度計(jì)的測溫原理，制造了第一支鉑電阻溫度計(jì)。1885年勒夏式列首次使用熱電偶測溫。 溫度測量的歷史溫度測量的歷史二 溫度測量方式的分類和分析2.1 溫度測量的分類 從測量原理上進(jìn)行分類，溫度測量技術(shù)可分為是接觸式測溫，和為非接觸式測溫。2.2 接觸式測溫方法原理及特點(diǎn) 接觸式測溫方法包括膨脹式測溫、電量式測溫和接觸式光電、熱色測溫等幾大類。 2.1.1 膨脹式測溫方法 膨脹式溫度計(jì)包括玻

3、璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式測溫等。膨脹式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,可直接讀數(shù),使用方便,并且由于是非電量測量方式,適用于防爆場合。但準(zhǔn)確度比較低,不易實(shí)現(xiàn)自動化,而且容易損壞。圖1. 玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式測溫溫度計(jì)2.1.2 2.1.2 電量式測溫方法電量式測溫方法 電量式測溫方法主要利用材料的電勢、電阻或其它電性能與溫度的單值關(guān)系進(jìn)行溫度測量,包括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。圖3. 熱電偶、熱敏電阻和諧振式石英音叉溫度傳感器 2.1.3 接觸式光電、熱色測溫方法 接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象,將溫度變化引起的

4、熱輻射或其他光電信號引出,通過光電轉(zhuǎn)換器件檢測該信號,從而獲得測溫結(jié)果的方法。 熱色測溫方法主要通過示溫敏感材料的顏色在不同溫度下發(fā)生變化來指示溫度的,示溫漆和示溫液晶都屬于熱色測溫。圖4 普通接觸式光電測溫傳感器和五格變色溫度紙2.2 2.2 非接觸式測溫方法原理及特點(diǎn)非接觸式測溫方法原理及特點(diǎn) 非接觸式測溫方法不需要與被測對象接觸,因而不會干擾溫度場,動態(tài)響應(yīng)特性一般也很好,但是會受到被測對象表面狀態(tài)或測量介質(zhì)物性參數(shù)的影響。非接觸測溫方法主要包括輻射式測溫、光譜法測溫、激光干涉式測溫以及聲波測溫方法等。 2.2.1 輻射式測溫方法 輻射式測溫方法是以熱輻射定律為基礎(chǔ)的,利用被測物體可以向

5、外界不斷釋放紅外線輻射能量的原理來測量溫度的。紅外測溫儀按不同設(shè)計(jì)原理可分為全輻射測溫儀、亮度測溫儀和比色測溫儀三類。2.2.2 光譜測溫方法 光譜測溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測量。單色光線照射透明物體時,會發(fā)生散射現(xiàn)象,散射光包括彈性散射和非彈性散射,彈性散射中的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強(qiáng)都與介質(zhì)的溫度有關(guān)。 光譜測溫主要用拉曼散射光譜測溫、受激拉曼散射、受激熒光光譜法和譜線反轉(zhuǎn)法。 圖5.高度解析拉曼光譜儀、x射線熒光光譜法、譜線反轉(zhuǎn)法測溫儀2.2.3 激光干涉測溫方法 激光干涉測量的原理是將流場中各處折射率的變化(即被測介質(zhì)密度的變化)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N光參量的變化，記錄并處

6、理后可以得到其溫度和分布。主要用散斑照相法記錄，干涉儀法記錄和全息干涉法記錄的方法記錄。2.2.4 聲波、微波測溫方法 聲學(xué)測溫是基于聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)溫度有關(guān)的原理實(shí)現(xiàn)的,因此只要測得聲速,就可以推算出溫度。 微波衰減法可以用來測量火焰溫度,其原理是當(dāng)入射微波通過火焰時,與火焰中的等離子體相互作用,使出射的微波強(qiáng)度減弱,通過測量入射微波的衰減程度可以確定火焰氣體的溫度。圖6. 聲學(xué)測溫檢測鍋爐溫度示意圖和微波遠(yuǎn)紅外測溫儀3溫度測量的發(fā)展展望 隨著新材料、新工藝以及一些新技術(shù)的發(fā)展, 傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測溫方法在未來溫度測量領(lǐng)域中,依然能夠廣泛使用?，F(xiàn)代的測溫技也將會針對實(shí)際工程現(xiàn)

7、場或一些特殊條件下的溫度測量變得更加細(xì)化。3.1 熱電偶材料性能的提高 N型熱電偶越來越受到重視。 鎢錸熱電偶抗氧化技術(shù)得到了發(fā)展,拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。 一些非標(biāo)準(zhǔn)分度的金屬、非金屬熱電偶正在研制并逐步得到應(yīng)用。3.2 溫度傳感器保護(hù)套管材料 保護(hù)套管材料在溫度測量中對敏感元件起著保護(hù)作用,對其測量準(zhǔn)確度和使用壽命有很大影響,一般由金屬、非金屬或金屬陶瓷等材料制成。近年來金屬陶瓷保護(hù)套管材料性能得到了很大提高。圖7.溫度計(jì)保護(hù)套管熱電偶保護(hù)套管3.3 輻射測溫技術(shù) 隨著光電和紅外探測器的發(fā)展，紅外測溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。具體表現(xiàn)在： 測溫范圍從高溫、中溫向中、低溫部分拓展； 準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性更高； 工作波段多樣化，可根據(jù)被測對象的特性選擇； 從點(diǎn)測量發(fā)展到二維面測量； 紅外測溫儀具有小型化和智能化的特點(diǎn)； 從測量原理和方法上消除發(fā)射率影響,實(shí)現(xiàn)物體的真溫測量. 多光譜測溫技術(shù)也逐步開始在科研和工程領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。3.4 光纖測溫技術(shù) 黑體空腔式光纖高溫計(jì)是由黑體空腔與被測介質(zhì)達(dá)到溫度平衡,通過光纖將黑體腔的輻射能量傳輸給光電探測器件,從而實(shí)現(xiàn)溫度測量。 分布式光纖測溫系統(tǒng)是一種用于實(shí)時測量空間溫度場分布的傳感系統(tǒng),它是一種分布式的、連續(xù)的、功能型光纖溫度測量技術(shù)。 光纖布拉格光柵(FBG)是光纖無源器件,它利用溫度變化時光纖的柵距和折射率變化,產(chǎn)生波長移動,通