課程-性能測(cè)試-溫度檢測(cè)技術(shù)

溫度檢測(cè)技術(shù)

參考資料

早期溫度測(cè)量設(shè)備在約1592年，伽利略發(fā)明了溫度計(jì)，在開口的容器中裝滿有色酒精，并懸掛一個(gè)喉部狹長(zhǎng)的玻璃管，管頂部是一個(gè)空心球。通過標(biāo)注液體在管內(nèi)的位置觀察球體的溫度波動(dòng)。這一“倒置”的溫度計(jì)只是一個(gè)簡(jiǎn)劣的指示器，因?yàn)橐何粫?huì)隨大氣壓力變化并且玻璃管沒有刻度。佛羅倫薩溫度計(jì)-納入了密封結(jié)構(gòu)和刻度尺人們依靠物理現(xiàn)象確定溫度-基準(zhǔn)溫度

IPTS-68基準(zhǔn)溫度（在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中）平衡點(diǎn)K0C氫的沸點(diǎn)20.28-252.87氧的三相點(diǎn)54.361-218.789水的三相點(diǎn)273.160.01水的沸點(diǎn)373.15100鋅的冰點(diǎn)692.73419.58金的冰點(diǎn)1337.581064.43溫度傳感器類型

接觸式和非接觸式1.熱電偶2.電阻溫度探測(cè)器（熱電阻與熱敏電阻）3.雙金屬器件4.液體膨脹式器件5.相變器件6.紅外輻射器接觸式熱電偶理論依據(jù)-塞貝克現(xiàn)象：熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢(shì)大小與熱電極直徑、長(zhǎng)度及沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一從均質(zhì)導(dǎo)體定律得到：用一種均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成的回路不能產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電偶必須由兩種不同的熱電極構(gòu)成熱電偶的經(jīng)驗(yàn)定律：中間金屬定律在鐵和康銅導(dǎo)線之間插入Cu導(dǎo)線將不會(huì)改變輸出電壓V，無論銅導(dǎo)線的溫度如何熱電偶的經(jīng)驗(yàn)定律：內(nèi)部溫度定律輸出電壓V將為Fe-C對(duì)在溫度為T時(shí)的電壓，不論是否對(duì)任一測(cè)量導(dǎo)線應(yīng)用外部熱源熱電偶的經(jīng)驗(yàn)定律：插入的金屬定律電壓V將為Fe-C熱電偶在溫度為T時(shí)的電壓，只要鉑線的兩端為相同溫度熱電偶焊接碳弧、氣焊等簡(jiǎn)單而方便的鹽水焊接法（適用于0.03-0.5mm）：熱電偶類型（部分）代碼材料類型溫度范圍環(huán)境+導(dǎo)線-導(dǎo)線JFeCu-Ni-210～1200?C還原、真空、惰性環(huán)境。

限制用于高溫還原環(huán)境。不建議在

低溫下使用KNi-CrNi-AI-270～1372?C清潔的氧化和惰性環(huán)境。限制用于真空

或還原環(huán)境。溫度范圍寬，最常用TCuCu-Ni-270～400?C輕度氧化、還原、真空或惰性環(huán)境。在潮濕環(huán)境中性能良好。低溫和冷凍應(yīng)用RPt-13%RhPt-50～1768?C氧化或惰性環(huán)境。切勿插入金屬管道。注意防止污染。適用于高溫SPt-10%RhPt-50～1768?C氧化或惰性環(huán)境。切勿插入金屬管道。注意防止污染。適用于高溫鎢錸熱電偶適用于極端高溫0~2320°C護(hù)套-防止熱電偶線氧化或腐蝕手持式鎧裝熱電偶某寶上很多、很便宜覆蓋Nextel?陶瓷絕緣層的柔性熱電偶元件耐高溫！如何選擇熱電偶類型？熱電偶的選擇依據(jù)通常包括以下條件：?溫度范圍?精度?工藝兼容性

（化學(xué)和機(jī)械）?儀器兼容性熱電偶線直徑尺寸對(duì)誤差的影響尺寸較小的熱電偶線受擴(kuò)散、雜質(zhì)和不均勻性的影響比大尺寸線大得多ASTM標(biāo)準(zhǔn)線誤差溫度傳感器類型

接觸式和非接觸式1.熱電偶2.電阻溫度探測(cè)器（熱電阻與熱敏電阻）3.雙金屬器件4.液體膨脹式器件5.相變器件6.紅外輻射器接觸式電阻式溫度檢測(cè)器(RTD)“材料物理性能”知識(shí)回顧：馬基申定律：

(T)=0(1+T)

（0—在00C下的電阻率）金屬的電阻率表現(xiàn)出明顯的溫度依賴性。鉑能夠在承受高溫同時(shí)保持出色的穩(wěn)定性,鉑用作所有高精度電阻溫度計(jì)中的主要元件。經(jīng)典電阻式溫度檢測(cè)器(RTD)結(jié)構(gòu)由C.H.梅爾斯于1932年提出。將一個(gè)鉑螺旋線圈纏在一個(gè)交叉的云母圈上并在一個(gè)玻璃管內(nèi)安裝該組件。此結(jié)構(gòu)將電線上的應(yīng)力減至最低，同時(shí)使電阻升至最高。熱敏電阻熱敏電阻通常由半導(dǎo)體材料制成，阻值大（常見的熱敏電阻值為5000歐姆(25?C)，測(cè)量誤差小）大多數(shù)熱敏電阻都使用負(fù)溫度系數(shù)(TC)在三種主要的傳感器分類（熱電偶,RTD,熱敏）中，熱敏電阻溫度系數(shù)最大，單片線性溫度傳感器

（I.C傳感器）集成電路溫度傳感器，在電壓和電流輸出配置中均可用，與絕對(duì)溫度成線性比例。典型值為1μA/K和10mV/K熱電偶、RTD和熱敏電阻選型指南RTD比熱電偶更加穩(wěn)定可靠。RTD的溫度范圍較窄，熱敏電阻的工作范圍更小熱敏電阻和RTD都是電阻式器件，通過讓電流流過傳感器來工作的，即使通常僅使用非常小的電流，但也會(huì)產(chǎn)生一定的熱量常用溫度傳感器比較雙金屬器件利用不同金屬的膨脹系數(shù)差異。便于攜帶且不需要電源，但通常不如熱電偶或RTD精確，且不太適合溫度記錄液體膨脹式器件通常分為：水銀類和有機(jī)液體，典型：家用溫度計(jì)優(yōu)點(diǎn)：無需電源，不存在爆炸隱患，并且即使多次重復(fù)使用也依然可靠缺點(diǎn)：產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通常不易記錄或傳輸相變溫度傳感器達(dá)到一定溫度時(shí)外觀會(huì)發(fā)生變化的標(biāo)簽、顆粒、顏料、油漆或液晶特點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間一般為幾分鐘，精度低。相變是不可逆的（液晶顯示器的情況例外）如果在產(chǎn)品運(yùn)輸過程中，例如由于技術(shù)或法律方面的原因，需要確認(rèn)某件設(shè)備或材料的溫度尚未超過一定數(shù)值，相變傳感器還是比較方便。溫度傳感器：優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)完美的溫度傳感器評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)所測(cè)量的介質(zhì)沒有影響非常準(zhǔn)確響應(yīng)及時(shí)輸出易于調(diào)節(jié)紅外線測(cè)溫儀溫度傳感器類型

接觸式和非接觸式1.熱電偶2.電阻溫度探測(cè)器（熱電阻與熱敏電阻）3.紅外輻射器4.雙金屬器件5.液體膨脹式器件6.相變器件紅外線測(cè)溫儀InfraredThermometer17世紀(jì)，牛頓采用分光棱鏡把太陽(yáng)光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各色單色光。1800年，英國(guó)物理學(xué)家F.W.赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。紅外線的波長(zhǎng)在0.76～100μm之間，按波長(zhǎng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類。由于分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大黑體輻射特征譜地球溫度的黑體輻射人體的大多數(shù)能量以紅外線的形式散射掉了。一些材料對(duì)可見光是不透明的，但是對(duì)紅外線卻沒有任何遮蓋能力（注意照片中的垃圾袋），

相反另一些材料對(duì)可見光是透明的，反而會(huì)對(duì)紅外線產(chǎn)生阻擋或反射（注意照片中人物的眼鏡）。摘自維基百科鋼材加熱溫度與顏色圖譜紅外測(cè)溫的理論基礎(chǔ)1.基爾霍夫定律：a=e物體達(dá)到熱平衡時(shí)，吸收量等于輻射量2.斯蒂芬-玻爾茲曼定律：Q=T4物體溫度越高，放射出的紅外線能量越多紅外測(cè)溫的理論基礎(chǔ)3.維恩位移定律：MAX=b/Tb為比例常數(shù)，稱為維恩位移常數(shù)，數(shù)值等于2.8977721(26)×10–3mK4.普朗克方程式I：輻射率，在單位時(shí)間內(nèi)從單位表面積和單位立體角內(nèi)以單位頻率間隔或單位波長(zhǎng)間隔輻射出的能量h-普朗克常數(shù);c

-光速;k

-玻爾茲曼常數(shù);

-電磁波的頻率;

T-黑體的溫度.自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率能量守恒定律說明輻射（吸收）的透射、反射和發(fā)射的系數(shù)之和必須等于1：

tλl+rλ+aλ=1并且發(fā)射率等于吸收：Eλ=aλ因此：Eλ=1-tλ-rλ大多數(shù)被測(cè)物體是不透明的，發(fā)射率系數(shù)可以簡(jiǎn)化成：Eλ=1-rλl玻璃、塑料和硅等材料是例外，但是通過選擇適當(dāng)?shù)墓庾V濾光，可以在這些物體的不透明紅外線區(qū)測(cè)量它們影響發(fā)射率的主要因素材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等紅外測(cè)溫儀使用時(shí)應(yīng)注意哪些問題1、只能測(cè)量表面溫度。2、波長(zhǎng)在5um以上不能透過石英玻璃進(jìn)行測(cè)溫，玻璃有很特殊的反射和透過特性，不能精確讀數(shù)。但可通過紅外窗口測(cè)溫。紅外測(cè)溫儀最好不用于光亮的或拋光的金屬表面的測(cè)溫（不銹鋼、鋁等）。3、定位熱點(diǎn)，要發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)，儀器瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后在目標(biāo)上作上下掃描運(yùn)動(dòng),直至確定熱點(diǎn)。4、注意環(huán)境條件：蒸汽、塵土、煙霧等。它阻擋儀器的光學(xué)系統(tǒng)而影響精確測(cè)溫。5、環(huán)境溫度，如果測(cè)溫儀突然暴露在環(huán)境溫差為20℃或更高的情況