測試技術(shù) 第十一章 溫度測量

1、測試技術(shù) 第十一章 溫度測量第1頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四1 概述一、測溫方法接觸式測溫膨脹式溫度計電阻式溫度計熱電偶溫度計其他非接觸式測溫輻射式溫度計亮度溫度計比色溫度計光導纖維測溫第2頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四2 膨脹式溫度計和壓力式溫度計一、膨脹式溫度計1、液體膨脹式圖9-1 液體：水銀、酒精、甲苯等2、固體膨脹式a）桿式溫度計圖9-2a）桿對外套產(chǎn)生相對運動b）雙金屬溫度計圖9-2a）螺旋式、螺線式第3頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四二、壓力式溫度計圖9-3充氣式：溫包內(nèi)充氮氣充液式：甲醇、甘油、

2、二甲苯等第4頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四3 熱電偶式傳感器測量高溫熱電勢效應(yīng)：兩種導體組成一回路，如兩連接點溫度不同，回路中便有電流產(chǎn)生。見圖9-4第5頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。接觸電勢：由于不同導體具有不同的自由電子濃度，兩導體接觸后，電子從濃度高低，形成靜電性的電位差。溫差電勢：同一導體兩點溫度不同時，高溫端的電子吸收熱量多而動能大，它向低溫端擴散，電子在高溫端少，低溫端多，形成電位差。常用的熱電偶材料：表9-1第6頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四4、電阻溫度計利用導體和

3、半導體的電阻隨溫度變化做成的溫度計。金屬：溫度升高1，電阻增加0.40.6%常用鉑、銅、鎳。半導體：.，.26%但重復性和高溫穩(wěn)定性不理想。第7頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四一、鉑電阻溫度計金屬鉑Pt元素表中排在78兩種規(guī)格：初始電阻為：100 和50 特點：測量范圍：-200 850 。精度高、穩(wěn)定性好、耐氧化性能強。缺點：電阻溫度系數(shù)小，3.910-3 / ，即靈敏度低。價格貴。應(yīng)用：氣象等高精度應(yīng)用場合。第8頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四二、銅電阻溫度計兩種規(guī)格：初始電阻為：100 和50 特點：測量范圍：-50 150 。比鉑小。

4、溫度系數(shù)比鉑電阻高， 約4.2510-3 / 。價格低缺點：電阻率小，所以銅電阻絲細，易氧化。應(yīng)用：精度要求不高的場合。第9頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四三、半導體熱敏電阻特點：測量范圍：300 。溫度系數(shù)大。電阻率大、體積小、壽命長。缺點：重復性和互換性較差。上限溫度不高。應(yīng)用：第10頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四四、電阻溫度計的測溫誤差來源1、熱電阻的基本誤差熱電阻參數(shù)實際值偏離標準值而產(chǎn)生的誤差過大的電流引起電阻發(fā)熱造成測量誤差。一般工作電流 6mA2、引線熱電阻的誤差金屬引線受熱使其電阻變化，造成測量誤差。解決方法：第11頁，共2

5、6頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四解決方法：（三線制接法圖9-9）使兩條引線電阻分別加到電橋相鄰的兩臂，將誤差抵消。第12頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四3、顯示儀表的誤差第13頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四5、光輻射測溫任何物體受熱后，都將有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?。溫度測量常用可見光和紅外線。第14頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四一、輻射溫度計1、全輻射溫度計它是通過測量物體在全光譜范圍的總輻射功率，測出被測對象的溫度。其結(jié)構(gòu)見圖9-12，包括光學系統(tǒng)、輻射接收器等。輻射接收器可用熱電堆，由8對

6、熱電偶串聯(lián)組成，熱端涂上黑層吸收熱輻射。說明： 測出的是輻射溫度，不是實際溫度，需要進行修正 測溫范圍：700 2000 測量時注意被測物與儀表間的距離。第15頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四2、部分輻射溫度計工作光譜限于一定的光譜范圍內(nèi)。如紅外光。A、氣動型利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性。見圖4-79常用于實驗室內(nèi)作標定基準。第16頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四B、熱釋電型某些晶體在外電場作用下產(chǎn)生極化。在紅外輻射下，溫度升高，引起極化強度下降，表面電荷減少。熱釋電效應(yīng)特點：工作溫度：300K響應(yīng)時間：10ms常用于光譜

7、儀、測穩(wěn)儀、紅外攝像等第17頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四三、亮度溫度計利用物體在不同溫度下輻射的單色亮度不同。單色亮度：指波長范圍一定。圖9-14被測物體輻射的單色亮度和儀表內(nèi)的高溫燈泡的燈絲亮度比較，兩者亮度相同時，燈絲亮度隱沒在背景中，燈絲溫度與被測溫度一致。燈絲溫度可通過流過的電流大小來確定。第18頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四四、光導纖維測溫光纖用于傳輸光，可使光路轉(zhuǎn)彎。1、液晶-光導纖維溫度計利用液晶熱色效應(yīng)，即溫度不同時液晶的液色不同，從而導致液晶對入射單色光（紅光）反射強弱的變化。圖9-17內(nèi)部有兩束光纖。第19頁，共26

8、頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四2、熒光-光導纖維溫度計利用某些元素的光致發(fā)光效應(yīng)，即在光波激勵下（如紫外線）發(fā)出熒光。熒光強度隨溫度而變化。傳感頭見圖9-18熒光-光導纖維溫度計見圖9-193、馬赫-珍德相位干涉型光纖溫度計光沿單模光纖（芯徑小、折射率小的光纖）傳播時，光的振幅、相位、偏振等會因外界因素（溫度、壓力、加速度、振動和電磁場等）改變而改變。圖9-20兩根同樣材質(zhì)、且長度基本相同的單模光纖，它們的出射端平行，則出射光會產(chǎn)生干涉條紋。當被測溫度變化時，測量光線出射光的相位改變，干涉條紋移動。第20頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四6 溫度檢測系

9、統(tǒng)設(shè)計舉例例：有一溫度為400 左右的空氣流，速度為150200m/s，靜壓p = 0.4MPa，管道直徑為500mm，管壁溫度100 ，要求連續(xù)測量氣流的總溫。一、何為總溫？總溫Th = 靜溫T0 + 動溫TV靜溫：溫度計與氣流相對靜止時測得的溫度。動溫：氣流受阻滯時動能變?yōu)闊崮埽?，使氣體溫度升高，升高的溫度即為動溫。把溫度計插入氣流中，實測溫度Tg在靜溫和總溫之間。氣流速度不高時，Tg T0 。超過 70m/s 時，就要考慮速度動能影響。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四總溫可通過下式求得：流速已知，氣體的氣壓比熱容CP可查表，只要恢復系數(shù) r 一定，測出T

10、g 就可求出總溫。二、方案選擇根據(jù)被測介質(zhì)和被測溫度400 ，確定用熱電偶。第22頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四三、結(jié)構(gòu)設(shè)計1、以上分析可知，測量過程中要使 r 值穩(wěn)定。扭焊和對焊的熱電偶的恢復系數(shù) r 的試驗曲線見圖9-21第23頁，共26頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四2、輻射誤差問題被測溫度400 ，管壁溫度100 ，熱電偶工作端與管內(nèi)壁輻射交換引起誤差。解決辦法：a）加強管道保溫，降低溫差。b）熱電偶外加屏蔽罩，將熱電偶和管壁隔離。c）熱電極選細些，減小表面發(fā)射率。d）改善熱電偶與氣流的換熱條件。3、沿熱電偶向外界導熱損失引起誤差測量時，熱電偶要有足夠的插入深度。第24頁，共26頁，2022年，5月2