工藝參數(shù)溫度檢測(cè)

工藝參數(shù)溫度檢測(cè)第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)5.1.1誤差的基本概念1、誤差的來源與誤差的概念每一參數(shù)的測(cè)量都是由測(cè)試人員使用一定儀器，在一定環(huán)境條件下按照一定測(cè)量方法和程序進(jìn)行。任何測(cè)量過程都存在測(cè)量誤差，即檢測(cè)儀表指示值與被測(cè)參數(shù)真實(shí)值之間的差異。第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念1、誤差的來源與誤差的概念在任何測(cè)量中都存在誤差，是不可避免的。因此，對(duì)所得到的每一測(cè)量結(jié)果必須指出其誤差范圍，否則該測(cè)量結(jié)果就無價(jià)值。第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法測(cè)量誤差定義為測(cè)量值與被測(cè)值的真值之差。檢測(cè)系統(tǒng)(儀器)的基本誤差有以下幾種表示形式：(1)絕對(duì)誤差檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值與被測(cè)量的真值之間的代數(shù)差值。

第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(2)相對(duì)誤差檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值的絕對(duì)誤差與被測(cè)參量真值的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(3)引用誤差檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值的絕對(duì)誤差與系統(tǒng)量程的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1誤差的基本概念2、誤差的定義及表示法(4)最大引用誤差在規(guī)定的工作條件下，當(dāng)被測(cè)量平穩(wěn)增加或減少時(shí)，在檢測(cè)系統(tǒng)全量程所有測(cè)量值引用誤差(絕對(duì)值)的最大者。即所有測(cè)量值中最大絕對(duì)誤差(絕對(duì)值)與量程的比值的百分?jǐn)?shù)，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差。最大引用誤差是檢測(cè)系統(tǒng)基本誤差的主要形式。第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測(cè)儀器的精度等級(jí)人為規(guī)定：取最大引用誤差的分子作為檢測(cè)儀器精度等級(jí)的標(biāo)志，即用最大引用誤差去掉正負(fù)號(hào)和百分號(hào)后的數(shù)字來表示精度等級(jí)，用符號(hào)G表示。國(guó)標(biāo)GB776-76規(guī)定，G分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)等級(jí)。第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測(cè)儀器的精度等級(jí)例1：量程為0~1000V的數(shù)字電壓表，其整個(gè)量程中最大絕對(duì)誤差為0.5V，(1)試說明國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB776-76規(guī)定的測(cè)量指示儀表的精度等級(jí)G分幾個(gè)等級(jí)？(2)試說明按照什么原則得到檢測(cè)儀器的精度等級(jí)？(3)在上述已知條件下，該數(shù)字電壓表的精度等級(jí)G是幾級(jí)？第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2檢測(cè)儀器的精度等級(jí)例2：被測(cè)電壓實(shí)際值約為21.7V，現(xiàn)有四種電壓表：1.5級(jí)、量程為0~30V的A表；1.5級(jí)、量程為0~50V的B表；1.0級(jí)、量程為0~50V的C表；1.2級(jí)、量程為0~360V的D表。請(qǐng)問選用哪種規(guī)格的電壓表進(jìn)行測(cè)量產(chǎn)生的測(cè)量誤差較小？第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日例1.例2B表有,C表有,D表有,答：四者比較，選用A表的測(cè)量誤差通常較小。

A表有,第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日由上例知，檢測(cè)儀表產(chǎn)生的測(cè)量誤差不僅與所選儀表精度等級(jí)G有關(guān)，而且與所選儀表的量程有關(guān)。通常量程L和測(cè)量值X相差愈小，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。所以，在選擇儀表時(shí)，應(yīng)選擇測(cè)量值盡可能接近的儀表量程。第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)溫度檢測(cè)溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)；從熱平衡的觀點(diǎn)看，溫度可以作為物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志；溫度與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)。第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)溫度檢測(cè)

熱力學(xué)第零定律指出：具有相同溫度的兩個(gè)物體，它們必然處于熱平衡狀態(tài)；當(dāng)兩個(gè)物體分別與第三個(gè)物體處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，這兩個(gè)物體也處于熱平衡狀態(tài)，即這三個(gè)物體處于同一溫度。溫度不能直接加以測(cè)量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱不同而變化的特性，來加以間接測(cè)量。第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.1測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。接觸式溫度測(cè)量非接觸式溫度測(cè)量第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日接觸式溫度測(cè)量測(cè)溫精度相對(duì)較高，直觀可靠及測(cè)溫儀表價(jià)格相對(duì)較低；由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，從而要影響被測(cè)介質(zhì)熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會(huì)增加測(cè)溫誤差；被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性及溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫元件性能和壽命等缺點(diǎn)。第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日非接觸式溫度測(cè)量感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是通過接受被測(cè)物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度;非接觸式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小，測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)得很高，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較方式接觸式非接觸式測(cè)量條件

感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度;被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上

測(cè)量范圍

特別適合1200℃以下、熱容大、無腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于l300℃以上的溫度測(cè)量較困難原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000℃以下，測(cè)量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)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(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí)通常為1.0、1.5、2.5級(jí)

響應(yīng)速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為2～3秒鐘其它特點(diǎn)

整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制裝置第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日各類溫度檢測(cè)方法構(gòu)成的測(cè)溫儀表的大體測(cè)溫范圍第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.2熱膨脹式測(cè)溫方法根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測(cè)溫又可分為膨脹式，熱阻式、熱電(包括熱電偶和PN結(jié))式等多種形式。膨脹式測(cè)溫是基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。膨脹式溫度計(jì)種類很多，按膨脹基體可分成液體膨脹式玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)及固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)。第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.2熱膨脹式測(cè)溫方法(1)玻璃溫度計(jì)(2)壓力溫度計(jì)(3)雙金屬溫度計(jì)第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日玻璃溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)簡(jiǎn)稱玻璃溫度計(jì)，是一種直讀式儀表。水銀是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為-38.9℃、測(cè)溫上限為538℃。玻璃溫度計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，價(jià)格低廉，測(cè)溫范圍較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場(chǎng)直接讀數(shù)，一般無需能源，易破損，測(cè)溫值難自動(dòng)遠(yuǎn)傳記錄。第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日玻璃棒式溫度計(jì)V形工業(yè)玻璃溫度計(jì)第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日壓力溫度計(jì)壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、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)系的原理實(shí)現(xiàn)其測(cè)溫功能的。壓力溫度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)示意圖第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日這類壓力溫度計(jì)其毛細(xì)管細(xì)而長(zhǎng)(規(guī)格為1—60m)它的作用主要是傳遞壓力，長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則使溫度計(jì)響應(yīng)愈慢，在長(zhǎng)度相等條件下，管愈細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高。電接點(diǎn)壓力式溫度計(jì)

XH-105壓力式溫度計(jì)第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日壓力溫度計(jì)壓力溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)相比，具有強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕性較差等特點(diǎn)。第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計(jì)固體長(zhǎng)度隨溫度變化的情況可用下式表示：基于固體受熱膨脹原理，測(cè)量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計(jì)原理圖：第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計(jì)原理圖

第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日雙金屬溫度計(jì)的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測(cè)溫范圍大致為-80℃—600℃，精度等級(jí)通常為1.5級(jí)左右。雙金屬溫度計(jì)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。雙金屬溫度計(jì)第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日基于熱電阻原理測(cè)溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性。5.2.3熱阻式測(cè)溫方法第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻主要缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)、有（會(huì)影響測(cè)量精度）自熱現(xiàn)象以及測(cè)量溫度不能太高。5.2.3熱阻式測(cè)溫方法第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.3熱阻式測(cè)溫方法工業(yè)上常用的熱電阻有鉑電阻和銅電阻兩種。(1)鉑電阻測(cè)溫(2)銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日(1)鉑電阻測(cè)溫概述鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非線性，但測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。

當(dāng) ℃時(shí) 當(dāng) ℃時(shí)

第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻的結(jié)構(gòu)1-出線孔密封圈；2-出線孔螺母；3-鏈條；4-蓋；5-接線柱；6-蓋的密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護(hù)管；10-絕緣管；11-內(nèi)引線；12-感溫元件第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻感溫元件是用來感受溫度的電阻器。它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲材料應(yīng)具備如下條件：①電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定；②使用溫度范圍廣、加工方便；③固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電阻的引線形式內(nèi)引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種。第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日兩線制感溫元件的引線形式兩線制熱電阻測(cè)量電橋-接線端子R-感溫元件A、B-接線端子的標(biāo)號(hào)第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日三線制感溫元件的引線形式三線制熱電阻測(cè)量電橋第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日四線制四線制熱電阻測(cè)量電橋感溫元件的引線形式第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日(2)銅電阻和熱敏電阻測(cè)溫銅電阻

銅電阻(WZC)的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，價(jià)格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在250℃以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻一般工作溫度為-40℃～120℃。其電阻值與溫度的關(guān)系為：當(dāng) ℃時(shí)第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日銅電阻第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體熱敏電阻

熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；②很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)幾乎無需考慮連線電阻的影響；③體積小；④熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測(cè)量場(chǎng)合；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，能承受較大的沖擊、振動(dòng)。第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱敏電阻的主要缺點(diǎn)：①阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重； ②元件的一致性差，互換性差； ③元件易老化，穩(wěn)定性較差； ④除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0～150℃范圍，使用時(shí)必須注意。第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱敏電阻圖示：第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.2.4熱電式測(cè)溫方法

—熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕际菧囟葴y(cè)量應(yīng)用最多的器件，它的特點(diǎn)是測(cè)溫范圍寬、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日

1.測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種熱電效應(yīng)現(xiàn)象是1821年塞貝克（Seeback）首先發(fā)現(xiàn)提出，又稱塞貝克效應(yīng)。第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種電勢(shì)組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一熱電極兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)。熱電偶接觸電勢(shì)是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，而熱電極接點(diǎn)接觸面處就產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在熱電極接點(diǎn)處便產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定電勢(shì)差。第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日熱電偶兩熱電極分別叫A（為正極）和B（為負(fù)極），兩端溫度分別為 ，且 ；則熱電偶回路總電勢(shì)為：

第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日2.熱電偶分類及特性為了得到實(shí)用性好，性能優(yōu)良的熱電偶，其熱電極材料需具有以下性能：

(1)優(yōu)良的熱電特性；

(2)良好的物理性能；

(3)優(yōu)良的化學(xué)性能；

(4)優(yōu)良的機(jī)械性能；

(5)足夠的機(jī)械強(qiáng)度和長(zhǎng)的使用壽命；

(6)制造成本低，價(jià)值比較便宜。第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日工業(yè)用熱電偶測(cè)溫范圍第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.熱電偶結(jié)構(gòu)熱電偶通常主要由四部分組成：熱電極、絕緣管、保護(hù)管和接線盒。1-出線孔密封圈；2-出線孔螺母；3-鏈條；4-蓋；5-接線柱；6-蓋的密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護(hù)管；10-絕緣管；11-內(nèi)引線第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.熱電偶溫度測(cè)量補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)：改善熱電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能降低測(cè)量線路的成本節(jié)省貴金屬材料，便于安裝與敷設(shè)；若用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，還可減少測(cè)量回路電阻。第五十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日補(bǔ)償導(dǎo)線使用須注意事項(xiàng)如下：各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍；由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此兩連接點(diǎn)溫度必須相同；在需高精度測(cè)溫場(chǎng)合，處理測(cè)量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值，以保證測(cè)量精度。第五十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日參比端處理經(jīng)常使用的熱電偶分度表