溫度測(cè)量方法分類及優(yōu)缺點(diǎn)概述

1、溫度測(cè)量方法分類及優(yōu)缺點(diǎn)概述-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel溫度測(cè)量方法分類及優(yōu)缺點(diǎn)概述摘要：溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中七個(gè)基本物理 量之一，它與人類生活、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 平的不斷提高，溫度測(cè)量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。本文將討論總結(jié)溫度測(cè)量的 各種方式，并分析他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。溫度測(cè)量的分類溫度測(cè)量的分類可以通過其與被測(cè)量的物體是否接觸分為接觸式和非接觸 式。接觸式測(cè)量儀表比較簡單、可靠，測(cè)量精度高。但是因?yàn)闇y(cè)溫元件與被測(cè) 介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，所以其需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡。接觸式 測(cè)量儀存在測(cè)

2、溫延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應(yīng)用于這 些極端的溫度測(cè)量。非接觸式儀表測(cè)溫儀是通過熱輻射的原理來測(cè)量溫度的， 測(cè)溫元件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫上限的限制，也不會(huì) 破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體發(fā)射率、測(cè)量距 離、煙塵和水汽等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。接觸式測(cè)量方法膨脹式溫度測(cè)量原理：利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關(guān)系 進(jìn)行溫度測(cè)量。熱脹冷縮式溫度計(jì)包括玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì) 和壓力式溫度計(jì)等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，可直接讀數(shù)，使用方便,非電量測(cè)量方式,適用于 防爆場(chǎng)合。缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度比較低，

3、不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且容易損壞。電量式測(cè)溫方法利用材料的電勢(shì)、電阻或其它電性能與溫度的單值關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量，包 括熱電偶溫度測(cè)量、熱電阻和熱敏電阻溫度測(cè)量、集成芯片溫度測(cè)量等。熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起，當(dāng)參考端和測(cè)量端有溫 差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),根據(jù)該熱電勢(shì)與溫度的單值關(guān)系就可以測(cè)量溫度。熱電 偶具有結(jié)構(gòu)簡單,響應(yīng)快，適宜遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制的特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。熱電阻是根據(jù)材料的電阻和溫度的關(guān)系來進(jìn)行測(cè)量的，輸出信號(hào)大，準(zhǔn)確 度比較高，穩(wěn)定性好，但元件結(jié)構(gòu)一般比較大,動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，不適宜測(cè)量體積狹 小和溫度瞬變區(qū)域。熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏感元件，具有

4、靈敏 度高、價(jià)格便宜的特點(diǎn),但其電阻值和溫度的關(guān)系線性度差，且穩(wěn)定性和互換性 也不好。石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測(cè)量溫 度的。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，可用于高精度和高分辨力的測(cè)量場(chǎng)合。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可以將感溫元件和相關(guān)電子線路集成在一個(gè)小芯片上，構(gòu) 成一個(gè)小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信號(hào)可以是電壓、 頻率,或者是總線數(shù)字信號(hào)，使用非常方便,適用于便攜式設(shè)備。接觸式光電、熱色測(cè)溫方法原理：接觸式光電測(cè)溫方法主要是指通過接觸被測(cè)對(duì)象，將溫度變化引起的 熱輻射或其他光電信號(hào)引出，通過光電轉(zhuǎn)換器件檢測(cè)該信號(hào)，從而獲得測(cè)溫結(jié)果 的方法。優(yōu)點(diǎn)

5、：這種方法不像電量式測(cè)量方法容易受到電磁的干擾，可以在電磁環(huán)境 下進(jìn)行溫度測(cè)量;可以避免像非接觸式輻射溫度計(jì)那樣容易受到被測(cè)對(duì)象表面發(fā) 射率和中間介質(zhì)的影響。缺點(diǎn)：會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度，帶來接觸式測(cè)溫方法引起的一些誤差。光纖式溫度測(cè)量技術(shù)近年來發(fā)展迅速，根據(jù)光纖所起的作用,可分為兩類:一 類是利用光纖本身具有的某種敏感功能測(cè)量溫度，屬于功能型傳感器;另一類，光 纖僅僅起到傳輸光信號(hào)的作用，必須在光纖端面配合其他敏感元件才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量, 稱為傳輸型傳感器?；诓煌脑?有很多種光纖溫度傳感器,適用于不同的 測(cè)溫場(chǎng)合。熱色測(cè)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

6、和示溫液晶都屬于熱色測(cè)溫。示溫漆可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體或其他復(fù) 雜條件表面的溫度分布，使用簡單方便,缺點(diǎn)是影響判別溫度結(jié)果的因素比較多， 如涂層厚度、判讀方法、樣板和示溫顆粒大小等，目前主要還是靠人工判讀。示 溫液晶的主要成分是膽甾醇類，這類液晶在一定的溫度范圍內(nèi)，其顏色隨溫度靈 敏地變化，改變液晶的成分,可以靈活調(diào)整其測(cè)溫量程和測(cè)溫靈敏度。非接觸式測(cè)溫方法原理及特點(diǎn)輻射式測(cè)溫方法原理：是以熱輻射定律為基礎(chǔ)，它可分為全輻射高溫計(jì)、亮度式高溫計(jì)和 比色式高溫計(jì)。全輻射高溫計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,但受被測(cè)對(duì)象發(fā)射率和中間介質(zhì)影 響比較大,測(cè)溫偏差較大，不適合用于測(cè)量低發(fā)射率目標(biāo)。亮度溫度計(jì)靈敏度比 較高，受被測(cè)

7、對(duì)象發(fā)射率和中間介質(zhì)影響相對(duì)較小,測(cè)量的亮度溫度與真實(shí)溫度 偏差較小,但也不適用于測(cè)量低發(fā)射率物體的溫度,并且測(cè)量時(shí)要避開中間介質(zhì) 的吸收帶。比色測(cè)溫法測(cè)量結(jié)果最接近真實(shí)溫度，并且適用于低發(fā)射率物體的溫 度測(cè)量，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格較貴。紅外測(cè)溫儀具有如下優(yōu)點(diǎn):可以采用偽彩 色直觀顯示物體表面的溫度場(chǎng);溫度分辨力高，能準(zhǔn)確區(qū)分的溫度差甚至達(dá)。C 以下。光譜測(cè)溫方法光譜測(cè)溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測(cè)量。當(dāng)單色光線照射透 明物體時(shí),會(huì)發(fā)生光的散射現(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)。相比而言，拉 曼散射光譜測(cè)溫技術(shù)的實(shí)

8、用性更好，常用拉曼散射光譜來測(cè)量溫度。由于自發(fā)拉 曼散射的信號(hào)微弱且非相干，對(duì)于許多具有光亮背景和熒光干擾的實(shí)際體系，它 的應(yīng)用受到一定的限制。而受激拉曼散射能大幅度提高測(cè)量的信噪比，更具有實(shí) 用性。如相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)測(cè)溫方法,可使收集到的有效散射光信 號(hào)強(qiáng)度比自發(fā)拉曼散射提高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還具有方向性強(qiáng)、抗噪聲、熒光 性好、脈沖效率高和所需脈沖輸入能量小等優(yōu)點(diǎn)，適合于含有高濃度顆粒的兩相 流場(chǎng)非清潔火焰的溫度診斷。但是,CARS法的整套測(cè)量裝置價(jià)格十分昂貴，其信 號(hào)的處理相當(dāng)復(fù)雜,限制了其廣泛使用。受激熒光光譜法是指在入射光的激勵(lì)下,分子發(fā)出的熒光光譜在若干個(gè)波長 上有

9、較強(qiáng)的尖峰,這些特征波長的強(qiáng)度是溫度的函數(shù)。通過測(cè)量其特征波長下的 絕對(duì)強(qiáng)度、相對(duì)強(qiáng)度,或者熒光的馳豫時(shí)間，就可以確定被測(cè)介質(zhì)的溫度。譜線反轉(zhuǎn)法也稱自蝕法或譜線隱現(xiàn)法,最常見的是鈉D線反轉(zhuǎn)法，可用于火 焰等高溫測(cè)量。它的基本原理是在目標(biāo)火焰中均勻地加入微量鈉鹽，產(chǎn)生兩條 波長為和的黃色明亮譜線。當(dāng)背景光源的自然光線照射并通過鈉蒸氣時(shí)，調(diào)節(jié) 背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時(shí)，光源的亮溫就等于火焰的溫度。譜 線反轉(zhuǎn)法的裝置簡單，適用于火焰穩(wěn)定、測(cè)量方向溫度梯度不大的場(chǎng)合。聲波、微波測(cè)溫方法聲學(xué)測(cè)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(cè)得聲速，就可以推算出溫度。可

10、以通過直接測(cè)量聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳 播速度，也可以測(cè)量放在被測(cè)介質(zhì)中細(xì)線的聲波傳播速度來得到溫度。這種方法 可以用于測(cè)量高溫氣體或液體的溫度，在高溫時(shí)會(huì)有更高的靈敏度。微波衰減法可以用來測(cè)量火焰溫度，其原理是當(dāng)入射微波通過火焰時(shí)，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(cè)量入射微波的衰減程 度可以確定火焰氣體的溫度?？偨Y(jié)傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測(cè)溫方法以其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特 點(diǎn)，在未來溫度測(cè)量領(lǐng)域中，依然能夠廣泛使用。隨著新材料、新工藝以及一些 新技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加拓展。在溫度測(cè)量方面，我們還需要還要不斷探 索新的溫度測(cè)量方法，改進(jìn)原有測(cè)量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測(cè)量需求。參考文獻(xiàn)楊永軍，蔡靜特殊條件下的溫度測(cè)量中國計(jì)量