溫度檢測技術(shù)

1、中南大學(xué)軌道交通安全實驗室楊蔚林楊蔚林詹歡詹歡2導(dǎo)言導(dǎo)言溫度溫度 標志標志（物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動劇烈（物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動劇烈程度）程度）兩個物體溫度相同兩個物體溫度相同 熱平衡狀態(tài)熱平衡狀態(tài)( (第零定律第零定律) )基準溫度值基準溫度值 比較比較 得待測物體的溫度得待測物體的溫度3 溫度檢測技術(shù)溫度檢測技術(shù)1 1 溫度與標定溫度與標定4 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法3 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法5 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法2 2 測溫方法分類及其特點測溫方法分類及其特點7 7 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)6 6 輻射法測溫輻射法測溫41

2、 1 溫標與標定溫標與標定v1.1 1.1 溫標溫標 原因：原因：目前尚難以直接測量物體內(nèi)部的分子動能，為了保目前尚難以直接測量物體內(nèi)部的分子動能，為了保證溫度量值的準確和利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的證溫度量值的準確和利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的統(tǒng)一標準尺度，即統(tǒng)一標準尺度，即溫標溫標。 經(jīng)驗溫標， 熱力學(xué)溫標 絕對氣體溫標 國際實用溫標和國際溫標溫標經(jīng)歷了一個逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進過程溫標經(jīng)歷了一個逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進過程51 1 溫標與標定溫標與標定v1 1、經(jīng)驗溫標、經(jīng)驗溫標 定義：定義：根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實驗方根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系

3、，用實驗方法或經(jīng)驗公式所確定的溫標稱為經(jīng)驗溫標。法或經(jīng)驗公式所確定的溫標稱為經(jīng)驗溫標。 華氏溫標： 單位：華氏度，記作： 水的冰點為32 ，沸點為212 攝氏溫標： 單位：攝氏度，記作： 水的冰點為0 ，沸點為100 61 1 溫標與標定溫標與標定v攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：3259tT式中：式中：T 華氏溫度值；華氏溫度值； t 攝氏溫度值；攝氏溫度值； v局限性：局限性： 經(jīng)驗溫標均依賴于其規(guī)定的測量物質(zhì)，測溫范圍也不經(jīng)驗溫標均依賴于其規(guī)定的測量物質(zhì)，測溫范圍也不能超過其上、下限能超過其上、下限( (如攝氏為如攝氏為00、l00)l00)。超過了這個溫。超過了這個

4、溫區(qū)，攝氏將不能進行溫度標定。區(qū)，攝氏將不能進行溫度標定。71 1 溫標與標定溫標與標定v2 2、熱力學(xué)溫標、熱力學(xué)溫標 以-273.15作為零度； 單位：開爾文，記作：K； 它的每一度大小與攝氏溫度每一度大小相同； 熱力學(xué)溫度的零度即0K（或-273.15）叫絕對零度，它表示在宇宙中只能無限接近，但不可能達到的低溫的極限。81 1 溫標與標定溫標與標定v3 3、絕對氣體溫標、絕對氣體溫標 從理想氣體狀態(tài)方程入手，來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標叫絕對氣體溫標； 若選用同一固定點(水的三相點)來作參考點，則兩種溫標在數(shù)值上將完全相同。91 1 溫標與標定溫標與標定v4 4、國際實用溫標和國際溫標、國際實用溫標

5、和國際溫標v IPTS一一90溫標溫標 重申國際實用溫標單位仍為K； 熱力學(xué)溫度（T）與攝氏溫度（t）之間的換算關(guān)系： T = t + 273.15；101 1 溫標與標定溫標與標定v1.2 1.2 標定標定 標準值法溫標標準值溫標標準值示值示值插值插值標準溫度計標準溫度計 標準表法 用已被標定好的更高一級精度的溫度計(傳感器)進行標定，獲得修正值。112 2 測溫方法分類及其特點測溫方法分類及其特點測溫方式測溫方式 接觸式接觸式和和非接觸式非接觸式接觸式溫度計接觸式溫度計 非接觸式測溫非接觸式測溫 122 2 測溫方法分類及其特點測溫方法分類及其特點方方 式式 接接 觸觸 式式 非非 接接

6、觸觸 式式測量條件感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度;被測對象不對感溫元件產(chǎn)生腐蝕需準確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對象的輻射能充分照射到檢測元件上 測量范圍特別適合1200以下、熱容大、無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫，對高于l 300以上的溫度測量較困難原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000以下，測量誤差大，能測運動物體和熱容小的物體溫度精度 工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級，實驗室用表可達0.01級通常為1.0、1.5、2.5級 響應(yīng)速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘 快，通常為23秒鐘 其它特點整個測溫系統(tǒng)

7、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維護方便、價格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng)整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表現(xiàn)溫度(需進一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測溫控溫一體化的溫度控制裝置133 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法v 屬于接觸式測溫方式一種屬于接觸式測溫方式一種v 基本原理基本原理：基于物體受熱時產(chǎn)生膨脹的原理，分為基于物體受熱時產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨液體膨脹式脹式和和固體膨脹式固體膨脹式兩類。兩類。v 熱膨脹式測溫方法的分類熱膨脹式測溫方法的分類 液體膨脹式玻璃溫度計 液體或氣體膨脹式壓力溫度計 固體膨脹式雙

8、金屬溫度計143 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法v3.1 3.1 玻璃溫度計玻璃溫度計水銀凝固點：-38.9； 上限上限：538538。酒精下限：-62；甲苯下限：-90；戊烷下限：-20l。 全浸式全浸式 局浸式局浸式較低較低溫度溫度測量測量 153 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法v3.2 3.2 壓力溫度計壓力溫度計 原理原理：一定質(zhì)量的液體、氣一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系。壓力溫度計結(jié)構(gòu)示意圖壓力溫度計結(jié)構(gòu)示意圖 溫度變化溫度變化感溫介質(zhì)體積變化感溫介質(zhì)體積變化壓力變化壓力變化彈簧變

9、形彈簧變形指針偏轉(zhuǎn)指針偏轉(zhuǎn)毛細管細而長，用于傳遞壓力。毛細管細而長，用于傳遞壓力。長度長，溫度計響應(yīng)慢；長度長，溫度計響應(yīng)慢；管細，準確度高。管細，準確度高。測溫范圍：測溫范圍：-100-100 600600油、水系統(tǒng)油、水系統(tǒng)的溫度測量的溫度測量163 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法173 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法v3.3 3.3 雙金屬溫度計雙金屬溫度計 基本原理基本原理：固體長度隨溫度變化而變化，公式如下：固體長度隨溫度變化而變化，公式如下：10101LLk tt 式中：式中：L1固體在溫度固體在溫度t1時的長度；時的長度； L0固體在溫度固體在溫度t0時的長度；時的長

10、度； k固體在溫度固體在溫度t0、t1之間的平均線膨脹系數(shù)。之間的平均線膨脹系數(shù)。 183 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法 把兩片把兩片線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)差異相對很大的金屬片疊焊在一起，差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件。構(gòu)成雙金屬片感溫元件。溫度越高溫度越高線膨脹差越大線膨脹差越大彎曲角度也越大。彎曲角度也越大。彎曲變形彎曲變形193 3 熱膨脹式測溫方法熱膨脹式測溫方法感溫雙金屬元件的形狀：感溫雙金屬元件的形狀：平面螺旋型直線螺旋型測溫范圍：測溫范圍：-80 -80 600600精度等級：精度等級：1.51.5級左右級左右雙金屬溫度計抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太

11、高，雙金屬溫度計抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表。只能用做一般的工業(yè)用儀表。 204 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v基本原理基本原理 金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化。金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化。 電阻值的變化電阻值的變化 電信號電信號 測溫測溫v優(yōu)點優(yōu)點 靈敏度高、連續(xù)測量、遠傳、無需參比溫度靈敏度高、連續(xù)測量、遠傳、無需參比溫度 穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，基準儀表穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，基準儀表v缺點缺點 電源激勵、自熱現(xiàn)象電源激勵、自熱現(xiàn)象214 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v4.1 4.1 鉑電阻測溫鉑電阻測溫v1 1、概述、概述

12、特點：特點： 電阻率大； 電阻溫度關(guān)系 非線性； 測溫范圍廣，精度高； 氧化性介質(zhì)中、高溫下，物理、化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定 鉑的純度鉑的純度：用百度電阻比：用百度電阻比W100表示，表示，W100R100R0 W100 純度純度 電阻反應(yīng)越明顯電阻反應(yīng)越明顯224 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法 鉑電阻分度號鉑電阻分度號：分度號分度號是用以確定各種溫度傳感器在測是用以確定各種溫度傳感器在測溫范圍內(nèi)隨溫度變化準確對應(yīng)的電壓或電阻關(guān)系的數(shù)列，通溫范圍內(nèi)隨溫度變化準確對應(yīng)的電壓或電阻關(guān)系的數(shù)列，通常用常用K、E、T、Cu50、Pt10、Pt100等字母數(shù)字來表示。等字母數(shù)字來表示。 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱分度分

13、度號號測量范圍測量范圍鎳鉻鎳鉻- -鎳硅（鎳鋁）熱電偶鎳硅（鎳鋁）熱電偶K2501200鐵鐵- -康銅熱電偶康銅熱電偶J2001100鎳鉻鎳鉻- -康銅熱電偶康銅熱電偶E250800銅銅- -康銅熱電偶康銅熱電偶T250400銅熱電阻銅熱電阻Cu50 50150鉑熱電阻鉑熱電阻Pt10600850 鉑熱電阻鉑熱電阻Pt100200600236.4 6.4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法 測溫范圍測溫范圍： -200-200850850 當-200t0時 當0t850時 2301100R tRAtBtCtt 201R tRAtBt 244 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法Pt100Pt100熱電阻

14、溫度熱電阻溫度- -阻值對照表阻值對照表 254 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v2 2、熱電阻的結(jié)構(gòu)、熱電阻的結(jié)構(gòu) 熱電阻感溫元件用來感受溫度的電阻器，是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。264 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法鉑電阻測溫計鉑電阻測溫計熱電阻熱電阻274 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v3 3、熱電阻的引線形式、熱電阻的引線形式 內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。兩線制兩線制、三線制三線制及及四線制四線制三種三種284 4 熱阻式測

15、溫方法熱阻式測溫方法 兩線制兩線制兩線制熱電阻測量電橋示意圖兩線制熱電阻測量電橋示意圖 兩線制熱電阻測量電橋等效原理圖兩線制熱電阻測量電橋等效原理圖 294 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法 三線制三線制三線制熱電阻測量電橋示意圖三線制熱電阻測量電橋示意圖 三線制熱電阻測量電橋等效原理圖三線制熱電阻測量電橋等效原理圖 粗細要相同，長度要相等，阻值要一致粗細要相同，長度要相等，阻值要一致 304 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法1 12 23 3314 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法 四線制四線制 四線制熱電阻測量電橋示意圖四線制熱電阻測量電橋示意圖 四線制熱電阻測量電橋等效原理圖四線制熱電阻

16、測量電橋等效原理圖 4 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法334 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把，把R轉(zhuǎn)換成電壓信轉(zhuǎn)換成電壓信號號U，再通過另兩根引線把，再通過另兩根引線把U引至二次儀表引至二次儀表 344 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v6.4.2 6.4.2 銅電阻和熱敏電阻測溫銅電阻和熱敏電阻測溫v 1 1、銅電阻銅電阻 特點：電阻 溫度關(guān)系 線性；價格低廉 電阻率較低而體積較大，熱響應(yīng)慢 測溫范圍： -40120（工業(yè)用銅熱電阻-分度號 分別為Cu50和Cul00 ） 當-50t150時，電阻與溫度的關(guān)系為： 23

17、01R tRAtBtCt354 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法364 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法374 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法v 2 2、半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻 特點： 缺點：電阻 溫度關(guān)系 指數(shù)變化； 互換性差；穩(wěn)定性較差； 優(yōu)點：靈敏度高（10-100倍）；體積小結(jié)構(gòu)簡單； 響應(yīng)速度快；價格低廉；適于遠傳響應(yīng)速度快；價格低廉；適于遠傳 測溫范圍： 0150（普遍）384 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法394 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法404 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法414 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法熱敏電阻三大特性：熱敏電阻三大特性：溫度特性溫

18、度特性，伏安特性伏安特性，安時特性安時特性424 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法NTCNTC熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性 434 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法熱敏電阻的安時特性熱敏電阻的安時特性 安時特性安時特性是指熱敏電阻在不同的外加電壓下，阻值達到穩(wěn)定是指熱敏電阻在不同的外加電壓下，阻值達到穩(wěn)定量值所需的時間量值所需的時間 444 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法熱敏電阻的伏安特性熱敏電阻的伏安特性 伏安特性伏安特性是描述通過熱敏電阻的電流是描述通過熱敏電阻的電流I與其兩端之間的電壓與其兩端之間的電壓V的關(guān)系的關(guān)系 454 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法熱敏電阻測量電路熱敏

19、電阻測量電路464 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法474 4 熱阻式測溫方法熱阻式測溫方法485 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 熱電偶測溫?zé)犭娕紲y溫 特點：特點：測溫范圍寬、精度較高、性能穩(wěn)定、電信號測溫范圍寬、精度較高、性能穩(wěn)定、電信號v1 1、測溫基本原理、測溫基本原理 工作端或熱端工作端或熱端 參比端或冷端參比端或冷端 熱電極熱電極熱電極熱電極熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 熱電勢熱電勢 溫差電勢、接觸電勢溫差電勢、接觸電勢495 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法接觸電勢示意圖接觸電勢示意圖 導(dǎo)體材料不同導(dǎo)體材料不同電子密度不同電子密度不同 電子擴散電子擴散接觸電勢接觸電勢 數(shù)量級數(shù)量級：10

20、-210-3V v接觸電勢接觸電勢505 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法接觸電勢示意圖接觸電勢示意圖 由物理學(xué)可知，導(dǎo)體由物理學(xué)可知，導(dǎo)體A、B在接觸點在接觸點1 1、2 2的接觸電勢的接觸電勢EAB(T)和和EAB(T0) 分別為：分別為： 可以得出回路中可以得出回路中總的接觸電勢總的接觸電勢為：為：總接觸電勢只與導(dǎo)體總接觸電勢只與導(dǎo)體A、B的性質(zhì)和兩接觸點的的性質(zhì)和兩接觸點的溫差有關(guān)。當溫差有關(guān)。當T= =T0時，盡管兩接觸點處都存在時，盡管兩接觸點處都存在接觸電勢，但回路中總接觸電勢等于零。接觸電勢，但回路中總接觸電勢等于零。 BAABnneKTTEln)(BAABnneKTTEln)

21、(00BAABABnnTTeKTETEln)()()(00515 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法溫差電勢示意圖溫差電勢示意圖 導(dǎo)體材料兩端溫度不等導(dǎo)體材料兩端溫度不等溫差電勢溫差電勢 數(shù)量級數(shù)量級：10-5 V v溫差電勢溫差電勢T1T212525 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法溫差電勢示意圖溫差電勢示意圖 當導(dǎo)體當導(dǎo)體A、B兩端的溫度分別為兩端的溫度分別為T和和T0，且，且TT0時，時，導(dǎo)體導(dǎo)體A、B各自的溫差電勢分別為各自的溫差電勢分別為 ： 可以得出回路中可以得出回路中總的溫差電勢總的溫差電勢為：為：TTAAdTTTE0),(0TTBBdTTTE0),(0TTBABAdTTTETTE

22、0)(),(),(00535 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法結(jié)論：結(jié)論：兩熱電極材料確定兩熱電極材料確定 總電勢僅僅與總電勢僅僅與 ( (T、T0) )有關(guān)有關(guān)545 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法回路的熱電勢是兩個接點的溫度函數(shù)之差：回路的熱電勢是兩個接點的溫度函數(shù)之差： 當冷端（自由端）溫度當冷端（自由端）溫度T0固定不變時，即固定不變時，即f(T0)=常數(shù)。此時：常數(shù)。此時： 熱電偶測溫基本公式熱電偶測溫基本公式 標準的熱電偶分度表標準的熱電偶分度表：將自由端溫度保持為：將自由端溫度保持為00，通過實驗建立，通過實驗建立熱電勢與溫度之間的數(shù)值關(guān)系熱電勢與溫度之間的數(shù)值關(guān)系 )()()

23、,(0TCTfTTEAB555 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v2 2、熱電偶分類及特性、熱電偶分類及特性565 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v3 3、熱電偶結(jié)構(gòu)、熱電偶結(jié)構(gòu)v 普通工業(yè)用熱電偶普通工業(yè)用熱電偶 普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護套管和接線普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護套管和接線盒等部分組成。盒等部分組成。575 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶熱電偶絲、絕緣材料熱電偶絲、絕緣材料 緊壓緊壓 金屬保護管金屬保護管特點特點：測溫范圍測溫范圍 -200-200 160160響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快撓性好撓性好使用壽命長使用壽命長機械強度、耐壓性

24、能好機械強度、耐壓性能好外徑尺寸范圍寬外徑尺寸范圍寬 0.20.28mm 8mm 長度可以做得很長長度可以做得很長 500m500m585 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法595 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 薄膜熱電偶薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板上而制成的一種特殊熱電偶，薄涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板上而制成的一種特殊熱電偶，薄膜熱電偶的熱接點可以做得很小（可薄到膜熱電偶的熱接點可以做得很?。杀〉?.010.010.1um0.1um），），具有熱容量小、反應(yīng)速度快等特點，熱響應(yīng)時間達到

25、微秒具有熱容量小、反應(yīng)速度快等特點，熱響應(yīng)時間達到微秒級，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度級，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。測量。直接粘貼或壓著在被測物表面，測其表面溫度直接粘貼或壓著在被測物表面，測其表面溫度 605 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法日本千野薄膜熱電偶日本千野薄膜熱電偶 615 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法類型類型性能特點性能特點典型時典型時間常數(shù)間常數(shù)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍普通熱電偶結(jié)構(gòu)簡單、安裝空間結(jié)構(gòu)簡單、安裝空間小，接線方便，已做小，接線方便，已做成標準型式。但時間成標準型式。但時間滯后大，動態(tài)響應(yīng)滯后大，動態(tài)響應(yīng)慢，安裝較困難。

26、慢，安裝較困難。分級分級測量氣體、蒸汽、液體等介測量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度等實時性要求不質(zhì)的溫度等實時性要求不高、但要快速拆卸的環(huán)境。高、但要快速拆卸的環(huán)境。鎧裝熱電偶熱慣性?。挥辛己玫臒釕T性??；有良好的柔性，便于彎曲；抗柔性，便于彎曲；抗振性能好；動態(tài)響應(yīng)振性能好；動態(tài)響應(yīng)快?？?。秒級秒級測量狹小的對象上各點的溫測量狹小的對象上各點的溫度或?qū)崟r性要求較高的場合度或?qū)崟r性要求較高的場合薄膜熱電偶厚度很薄，達微米厚度很薄，達微米級。熱慣性小，動態(tài)級。熱慣性小，動態(tài)響應(yīng)最快。響應(yīng)最快。毫秒級毫秒級適用于各種物體表面溫度的適用于各種物體表面溫度的測量。如汽輪機葉片表面溫測量。如汽輪機葉片表面溫

27、度測量，火箭、飛機噴嘴的度測量，火箭、飛機噴嘴的溫度，鋼錠、軋輥等表面溫溫度，鋼錠、軋輥等表面溫度測量等。度測量等。625 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v4 4、熱電偶三大基本定律、熱電偶三大基本定律 中間溫度定律 中間導(dǎo)體定律 標準電極定律635 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 中間溫度定律中間溫度定律 中間溫度定律中間溫度定律：指當熱電偶兩個接點的溫度分別為：指當熱電偶兩個接點的溫度分別為T和和T0時，所產(chǎn)生的熱電勢等于該熱電偶兩接點溫度為時，所產(chǎn)生的熱電勢等于該熱電偶兩接點溫度為T、T1和和T1、T0時所產(chǎn)生的熱電勢之代數(shù)和，即：時所產(chǎn)生的熱電勢之代數(shù)和，即： ),(),(),(

28、0110TTETTETTEABABABT1稱為中間溫度稱為中間溫度 645 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 應(yīng)用應(yīng)用：可以根據(jù)該定律，在冷端溫度為任一恒定值時，利可以根據(jù)該定律，在冷端溫度為任一恒定值時，利用熱電偶分度表求出工作端的被測溫度值。用熱電偶分度表求出工作端的被測溫度值。v 例子例子 用鎳鉻用鎳鉻鎳硅鎳硅K型熱電偶測量爐溫，當冷端溫度型熱電偶測量爐溫，當冷端溫度T1=30時，測得熱電勢時，測得熱電勢E(T,T1)=39.17mv，求實際爐溫。，求實際爐溫。 解答解答：由：由T1=30 查分度表得查分度表得E(30,0)=1.2mv，根據(jù)中間溫，根據(jù)中間溫度定律得度定律得: E(T

29、,0)=E(T,30)+E(30,0)= 39.17+1.2 = 40.37(mv) 則查表得爐溫則查表得爐溫T=976。 655 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 ：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則對回路的總的熱電勢沒有影響。體兩端溫度相同，則對回路的總的熱電勢沒有影響。 應(yīng)用應(yīng)用：在熱電偶測溫回路中，接入導(dǎo)線和測量儀表。：在熱電偶測溫回路中，接入導(dǎo)線和測量儀表。665 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 標準電極定律標準電極定律 標準電極定律標準電極定律：如果已知熱電偶的兩個電極：如果

30、已知熱電偶的兩個電極A、B分別與分別與另一電極另一電極C組成的熱電偶的熱電勢為組成的熱電偶的熱電勢為EAC(T,T0)和和EBC(T,T0) ，則在相同接點溫度則在相同接點溫度(T,T0)下，由下，由A A、B B電極組成的熱電偶的熱電電極組成的熱電偶的熱電勢勢 EAB(T,T0) 為：為：),(),(),(000TTETTETTEBCACAB電極電極C稱為標準電極稱為標準電極 675 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 應(yīng)用應(yīng)用：在工程測量中，由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，：在工程測量中，由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點較高，易提鈍，所以目前常將純鉑絲作為標準電極。熔點較高，易提鈍，所以目

31、前常將純鉑絲作為標準電極。標準電極定律為熱電偶電極的選配提供了方便。標準電極定律為熱電偶電極的選配提供了方便。 v 例子例子 鉑銠鉑銠30鉑熱電偶的鉑熱電偶的EAC(1084.5 , 0)=13,976mv, , 鉑銠鉑銠6鉑熱電偶的鉑熱電偶的EBC(1084.5,0)=8.354mv， 根據(jù)標準電極定律，鉑銠根據(jù)標準電極定律，鉑銠30鉑銠鉑銠6 6熱電偶的熱電偶的EAB(1084.5, 0)=13,976-8.354=5.613mv。 685 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v5 5、熱電偶溫度測量、熱電偶溫度測量v 補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線 定義：定義：絕緣層絕緣層導(dǎo)線導(dǎo)線 熱電偶熱電偶 熱電特性

32、相同熱電特性相同 作用：作用：延長延長熱電偶的冷端熱電偶的冷端 遠離熱源、溫度較恒定遠離熱源、溫度較恒定 特點：特點：不能消除參比端不為不能消除參比端不為00的影響的影響 須將參比端的溫度修正到須將參比端的溫度修正到00695 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法705 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法v 參比端處理參比端處理 熱電偶分度表熱電偶分度表 熱電偶參比端為熱電偶參比端為0 實驗室條件實驗室條件：冰水混合物，電子式恒溫槽：冰水混合物，電子式恒溫槽 工業(yè)測溫現(xiàn)場工業(yè)測溫現(xiàn)場：很難保持參比端為：很難保持參比端為0 解決方法解決方法：中間溫度定律中間溫度定律 + + 軟件補償軟件補償),(),

33、(),(00TTETTETTEnABnABAB715 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法 在工業(yè)現(xiàn)場實際測量溫度時，智能化儀器增加一路測量參在工業(yè)現(xiàn)場實際測量溫度時，智能化儀器增加一路測量參比端（冷端）：比端（冷端）： 1 1、通過補償導(dǎo)線將熱電偶冷端置于一個溫度變動范圍不、通過補償導(dǎo)線將熱電偶冷端置于一個溫度變動范圍不大的現(xiàn)場正常環(huán)境中；大的現(xiàn)場正常環(huán)境中； 2 2、在這個環(huán)境中可采用價格十分低廉的銅電阻或半導(dǎo)體、在這個環(huán)境中可采用價格十分低廉的銅電阻或半導(dǎo)體集成溫度傳感器等測量環(huán)境溫度。集成溫度傳感器等測量環(huán)境溫度。725 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法例：例：用用K型熱電偶測爐溫，測得參

34、比端溫度型熱電偶測爐溫，測得參比端溫度t138，測得測得測量端和冷端間的熱電動勢測量端和冷端間的熱電動勢E(t,38)29.90mV，求實際爐溫。，求實際爐溫。解：解：由由K型分度表查得型分度表查得E(38,0)1.53 mV， 則則 E(t,0)E(t,t1)+ E(t1,0) 29.90 +1.53 =31.43 mV 查查K型分度表，型分度表，31.43 mV 755 討論討論: : 若參比端不作修正若參比端不作修正 則則 E(t,38 )29.90 mV 查查K型分度表型分度表, , 29.90 mV 718 755 718 37 相對誤差相對誤差 5%735 5 熱電式測溫方法熱電式

35、測溫方法測溫范圍測溫范圍（）精度精度靈敏度靈敏度復(fù)現(xiàn)性復(fù)現(xiàn)性導(dǎo)線導(dǎo)線影響影響熱電阻熱電阻-200-200+850+850高高 較高較高好好中中熱電偶熱電偶-190-190+1820+1820中中低低好好高高6 6、熱電阻、熱電偶性能比較、熱電阻、熱電偶性能比較745 5 熱電式測溫方法熱電式測溫方法特點：特點： 外接線簡單外接線簡單 對外接電壓要求非常低對外接電壓要求非常低 非線性誤差較小非線性誤差較小 良好的互換性良好的互換性756 6 輻射法測溫法輻射法測溫法熱輻射：熱輻射：任何物體，其溫度超過絕對零度，都會以電磁波的形任何物體，其溫度超過絕對零度，都會以電磁波的形式向周圍式向周圍輻射能量

36、輻射能量。 電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動產(chǎn)生電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動產(chǎn)生 與物體本身溫度有關(guān)、傳播熱能的輻射，稱為與物體本身溫度有關(guān)、傳播熱能的輻射，稱為熱輻射熱輻射。 輻射式溫度計：輻射式溫度計： 檢測熱輻射能量檢測熱輻射能量 溫度溫度非接觸測量，不破壞原來溫度場非接觸測量，不破壞原來溫度場 測量運動物體的溫度測量運動物體的溫度 766 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v6.1 6.1 幅射測溫的基本原理幅射測溫的基本原理v 輻射式感溫元件工作在可見光和紅外光區(qū)域輻射式感溫元件工作在可見光和紅外光區(qū)域可見光的光譜很窄 0.3 0.72m紅外光譜相對較廣 0.7

37、2 l000m 感溫元件使用波長 0.3 40m776 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 絕對黑體絕對黑體如果某一個物體在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上如果某一個物體在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量，則稱之為面的任何輻射能量，則稱之為絕對黑體絕對黑體。 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 選擇吸收體：與溫度有關(guān)，還與波長有關(guān)； 灰體：與溫度有關(guān)，不與波長有關(guān)； 786 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 輻射測溫的兩個物理基礎(chǔ)輻射測溫的兩個物理基礎(chǔ) 普朗克(Ptanck)熱輻射定律 斯蒂潘一玻耳茲曼(StefanBoltzmann)定律 v 1 1）普朗克）普朗克( (Ptanck)

38、)熱輻射定律熱輻射定律 絕對黑體的光譜輻射亮度絕對黑體的光譜輻射亮度L(,T)與其與其波長波長、熱力學(xué)熱力學(xué)溫度溫度T的關(guān)系：的關(guān)系： C12c2h普朗克第一輻射常數(shù)，普朗克第一輻射常數(shù)，C13.74l 810-16Wm2 C2hc/k普朗克第二輻射常數(shù)，普朗克第二輻射常數(shù)，C21.43878610-2mK 維恩公式維恩公式 796 6 輻射法測溫法輻射法測溫法曲線峰值點的波長曲線峰值點的波長m和溫度和溫度T滿足滿足維恩位移定律維恩位移定律 黑黑體體的的光光譜譜輻輻射射曲曲線線806 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 2 2）斯蒂潘一玻耳茲曼）斯蒂潘一玻耳茲曼( (StefanBoltzmann

39、) )定律定律 絕對黑體總的輻出度或亮度與其熱力學(xué)溫度的四次方成絕對黑體總的輻出度或亮度與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比：正比： 實際物體的發(fā)射率低于絕對黑體，輻射亮度公式：實際物體的發(fā)射率低于絕對黑體，輻射亮度公式：式中式中: :(T) )實際物體的全發(fā)射率實際物體的全發(fā)射率通過測量物體的輻射亮度就可得到物體的溫度通過測量物體的輻射亮度就可得到物體的溫度適合所有非黑體的實際物體適合所有非黑體的實際物體816 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v6.2 6.2 光譜輻射溫度計光譜輻射溫度計光譜輻射出射度光譜輻射出射度輻射亮度輻射亮度物體的溫度物體的溫度光學(xué)高溫計；光學(xué)高溫計； 光電高溫計；光電高溫計；

40、硅輻射溫度計硅輻射溫度計826 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 1 1、光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計v 特點：特點：結(jié)構(gòu)較簡單，使用方便測溫范圍：1000 K3500 K精度等級：1.0級和l.5級亮度溫度：讀出的不是該物體實際溫度，而是這個物體此時相當于絕對黑體的溫度亮度溫度亮度溫度836 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 亮度溫度亮度溫度 定義：定義：在波長為在波長為、溫度為、溫度為T時，某物體的輻射亮度時，某物體的輻射亮度L與溫度為與溫度為TL的絕對黑體的亮度的絕對黑體的亮度L0相等，則稱相等，則稱TL為這個物體為這個物體在波長為在波長為時的時的亮度溫度亮度溫度。22lnCTTCTLL式中：式中：

41、C1 ：普朗克第一輻射常數(shù)，：普朗克第一輻射常數(shù)，C2 ：普朗克第二輻射常數(shù)，：普朗克第二輻射常數(shù)， ：物體的光譜發(fā)射率，：物體的光譜發(fā)射率，TL ：實際物體的亮度溫度：實際物體的亮度溫度( (K) )， T ：實際物體的真實溫度：實際物體的真實溫度( (K) )。 真實物體真實物體l，故，故TL T846 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 基本工作原理：基本工作原理：紅色單色光，紅色單色光，0.66土土0.01m 的單一波長的單一波長物體光譜輻射亮度物體光譜輻射亮度L 標準光源光譜輻射亮度標準光源光譜輻射亮度比較比較溫度溫度燈絲隱滅式光學(xué)高溫計燈絲隱滅式光學(xué)高溫計恒定亮度式光學(xué)高溫計恒定亮度式

42、光學(xué)高溫計光電亮度式光學(xué)高溫計光電亮度式光學(xué)高溫計856 6 輻射法測溫法輻射法測溫法燈絲隱滅式光學(xué)高溫計燈絲隱滅式光學(xué)高溫計 由人眼對熱輻射體和高溫計燈泡在單一波長附近的光譜由人眼對熱輻射體和高溫計燈泡在單一波長附近的光譜范圍的輻射亮度進行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的亮度使其在背景中隱范圍的輻射亮度進行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的亮度使其在背景中隱滅或消失而實現(xiàn)溫度測量的。滅或消失而實現(xiàn)溫度測量的。國產(chǎn)WGGZ型光學(xué)高溫計 866 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 2 2、光電高溫計光電高溫計 876 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 特點：特點： 靈敏度高靈敏度高：光學(xué)高溫計靈敏度最佳值為：光學(xué)高溫計靈敏度最佳值為0

43、.50.5，而光電高，而光電高 溫計卻能達到溫計卻能達到0.005 0.005 精確度高精確度高：至少比光學(xué)高溫計提高一個數(shù)量級：至少比光學(xué)高溫計提高一個數(shù)量級 使用波長范圍不受限制使用波長范圍不受限制：可見光與紅外光范圍均可應(yīng)用：可見光與紅外光范圍均可應(yīng)用 光電探測器的響應(yīng)時間短光電探測器的響應(yīng)時間短 便于自動測量與控制便于自動測量與控制 光電器件的互換性差光電器件的互換性差：若要更換硅光電池和反饋燈，必：若要更換硅光電池和反饋燈，必須對整個儀表重新進行調(diào)整和標定須對整個儀表重新進行調(diào)整和標定886 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v6.3 6.3 比色高溫計比色高溫計黑黑體體的的光光譜譜輻輻射

44、射曲曲線線896 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 比色溫度定義比色溫度定義：絕對黑體輻射的兩個波長絕對黑體輻射的兩個波長1和和2的亮度的亮度比等于被測輻射體在相應(yīng)波長下的亮度比時，絕對黑體的溫比等于被測輻射體在相應(yīng)波長下的亮度比時，絕對黑體的溫度就稱為被測輻射體的比色溫度。度就稱為被測輻射體的比色溫度。v 比色高溫計比色高溫計：測量兩個光譜能量比（兩波長下的亮度比）：測量兩個光譜能量比（兩波長下的亮度比） 物體溫度物體溫度v 特點特點：準確度通常較高；：準確度通常較高； 適合在較惡劣環(huán)境下工作。適合在較惡劣環(huán)境下工作。 906 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 溫度測量溫度測量 絕對黑體對應(yīng)于波

45、長絕對黑體對應(yīng)于波長1與與2的光譜輻射亮度之比的光譜輻射亮度之比R：)11(),(),(ln1121221CTTTTB1和和2為比色高溫計出廠時統(tǒng)一標定的定值為比色高溫計出廠時統(tǒng)一標定的定值)11(5122010122)(BTCeLLR916 6 輻射法測溫法輻射法測溫法926 6 輻射法測溫法輻射法測溫法比色溫度計測量溫度更接近真實溫度，環(huán)境的粉塵，比色溫度計測量溫度更接近真實溫度，環(huán)境的粉塵，水氣，煙霧等對測量結(jié)果的影響小?？捎糜谝苯?、水水氣，煙霧等對測量結(jié)果的影響小?？捎糜谝苯?、水泥、玻璃等工業(yè)部門。泥、玻璃等工業(yè)部門。 936 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v6.4 6.4 紅外測溫紅外

46、測溫v 1 1、紅外輻射、紅外輻射 紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。紅外輻射的紅外輻射的物理本質(zhì)物理本質(zhì)是熱輻射是熱輻射 物體的溫度越高，輻射出來的紅外線物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強越多，紅外輻射的能量就越強 946 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v 2 2、紅外測溫原理、紅外測溫原理斯蒂芬斯蒂芬玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 4WT式中：式中：W - - 物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上 等于物體的全波輻射出射度；等于物體的全波輻射出射度； - - 物體表面的法向比輻射率；物

47、體表面的法向比輻射率； - - 斯蒂芬斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)；玻爾茲曼常數(shù)； T - - 物體的絕對溫度物體的絕對溫度( (K) )。956 6 輻射法測溫法輻射法測溫法紅外輻射測溫儀結(jié)構(gòu)原理圖紅外輻射測溫儀結(jié)構(gòu)原理圖6 6 輻射法測溫法輻射法測溫法 特點：特點：非接觸測溫非接觸測溫反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快靈敏度高靈敏度高準確度較高準確度較高應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用范圍廣泛976 6 輻射法測溫法輻射法測溫法6 6 輻射法測溫法輻射法測溫法v3 3 紅外成像測溫儀紅外成像測溫儀997 7 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)v7.1 7.1 石英晶體溫度傳感器及測溫技術(shù)石英晶體溫度傳感器及測溫

48、技術(shù)v1 1、工作原理工作原理 固有頻率固有頻率 隨溫度而變化隨溫度而變化Cbnf2式中：式中：f 固有振動頻率；固有振動頻率；n 諧波次數(shù)；諧波次數(shù)； b 振子的厚度；振子的厚度； 密度；密度；C 彈性常數(shù)。彈性常數(shù)。1007 7 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)石英振子的頻率與溫度的近似關(guān)系：石英振子的頻率與溫度的近似關(guān)系：302000)()()(1ttttttfft式中：式中：f0：在溫度：在溫度t0時的頻率；時的頻率； ft ：在溫度：在溫度t時的頻率；時的頻率； t0 ：基準參考溫度：基準參考溫度; ; ，、 ： 一、二、三次冪的溫度系數(shù)。一、二、三次冪的溫度系數(shù)

49、。1017 7 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)v2 2、石英晶體傳感器結(jié)構(gòu)石英晶體傳感器結(jié)構(gòu) 1-1-石英片；石英片； 2-2-支柱；支柱；3-3-電極；電極；4-4-引線引線1027 7 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)v3 3、石英溫度計主要特點石英溫度計主要特點高分辨力、高線性度和高穩(wěn)定性。中低溫測量。高分辨力、高線性度和高穩(wěn)定性。中低溫測量。 高分辨率高分辨率 達達0.0010.0010.00010.0001； 高精確度高精確度 -50-50120120范圍內(nèi)，為范圍內(nèi)，為0.050.05 高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度 年變化年變化0.020.02； 熱滯后誤差小熱滯后誤差小 電路簡單電路簡單 不受放大器漂移及電源波動影響，可遠距離不受放大器漂移及電源波動影響，可遠距離( ( 如如1500m)1500m)傳送信號；傳