建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)

建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)第一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日23.1概述

3.2膨脹式溫度計(jì)3.3

熱電偶溫度計(jì)3.4

熱電阻測(cè)溫3.5接觸式測(cè)溫方法3.6非接觸測(cè)溫3.7集成性傳感器測(cè)溫主要內(nèi)容第二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日33.1概述一.什么是溫標(biāo)？

衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度。譬如規(guī)定什么樣的溫度是150℃，什么樣的溫度是200℃。溫標(biāo)三要素：溫度計(jì)、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程（或稱為三個(gè)基本條件）。

國(guó)際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。第三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日1.攝氏溫標(biāo)：1740年瑞典人攝氏(celsius)。水銀體膨脹是線性；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)為100度，而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為攝氏1度，標(biāo)記為℃。

2.華氏溫標(biāo)：1714年德國(guó)人法倫海脫（Fajrenheit）以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃棒水銀溫度計(jì)。規(guī)定水的沸點(diǎn)為212度，氯化銨與冰的混合物為0度，中間等分為212份，每一份為1度記作℉。稱為華氏溫標(biāo)。第四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.熱力學(xué)溫標(biāo)第五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為100K，熱力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定300K的溫度？拿標(biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作為高溫?zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量Q0之比等于3，那么高溫?zé)嵩礈囟鹊扔?00K?，F(xiàn)實(shí)中熱力學(xué)溫標(biāo)是應(yīng)用氣體特性方程實(shí)現(xiàn)的。理想氣體的P、V、T之間的關(guān)系式為：（氣體定容溫度計(jì)）第六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日7

4、國(guó)際溫標(biāo)ITS-90指導(dǎo)思想:應(yīng)盡量與熱力學(xué)溫標(biāo)接近，溫度的復(fù)現(xiàn)性要好。

內(nèi)容：

①.定義了固定點(diǎn)，共有17個(gè)。(見(jiàn)附錄2)

②.規(guī)定不同區(qū)域內(nèi)的基準(zhǔn)儀器。③.建立基準(zhǔn)儀器示值與國(guó)際溫標(biāo)之間的插補(bǔ)公式。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)指出，熱力學(xué)溫度為基本物理量，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16，單位為k，1k的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，由于攝氏溫標(biāo)將冰點(diǎn)定義為0℃，而冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)低0.01k，那么冰點(diǎn)溫度為273.15k，即單位℃。第七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日二、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類1、溫度測(cè)量方法的分類玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫接觸法非接觸法測(cè)溫方法第八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日9

1、接觸法測(cè)溫：敏感元件直接與被測(cè)對(duì)象接觸，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，反映被測(cè)對(duì)象的溫度。

優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠。缺點(diǎn)：①存在負(fù)載效應(yīng)。②受到測(cè)量條件的限制，不能充分接觸，使檢測(cè)元件溫度與被測(cè)對(duì)象溫度不一致。③熱量傳遞需要一定時(shí)間造成測(cè)溫滯后現(xiàn)象。（動(dòng)態(tài)誤差）2、非接觸法測(cè)溫：檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象不直接接觸，所以不破壞原有溫度場(chǎng)。通常用來(lái)測(cè)量1000℃以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、或反映迅速的高溫物體。

第九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日防爆熱電阻溫度傳感器第十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日裝配式熱電偶室外溫度傳感器第十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.2膨脹式溫度計(jì)1.基本概念

膨脹式溫度計(jì)：利用物體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)。主要有液體膨脹式、固體膨脹式和壓力式溫度計(jì)三種。第十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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一.玻璃管液體溫度計(jì)

(1).工作原理利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。組成：液體存儲(chǔ)器、毛細(xì)管、標(biāo)尺、安全泡四部分。液體可為：水銀、酒精、甲苯等。當(dāng)溫度超過(guò)300℃時(shí)，應(yīng)采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃。

液體膨脹式溫度計(jì)第十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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液體膨脹式溫度計(jì)：式中：—分別為工作液體在0℃及溫度為t1、t2時(shí)的體積；—分別為工作液體和玻璃的體膨脹系數(shù)。

第十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日(2).用途標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)用溫度計(jì)電接點(diǎn)式溫度計(jì)玻璃棒溫度計(jì)第十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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(3).誤差分析玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差。玻璃管溫度計(jì)測(cè)溫誤差修正式中：—漏出液體部分的溫度修正值（℃）；

—漏出液柱部分所占的刻度數(shù)（℃）；—工作液體對(duì)玻璃的相對(duì)膨脹系數(shù)（1/℃）；—溫度計(jì)的指示值（℃）；—漏出液柱部分所處的環(huán)境溫度（℃）。某水銀溫度測(cè)量水溫為90℃，插入處刻度為10℃，環(huán)境溫度為10℃，則測(cè)量誤差為？第十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日非線性誤差工作液的遲滯性讀數(shù)誤差(4).玻璃管液體溫度計(jì)使用注意事項(xiàng)溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)應(yīng)接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以使溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡。讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與標(biāo)盡垂直，并與液柱于同一水平面上，手持溫度計(jì)頂端的小耳環(huán)，不可觸摸標(biāo)尺。第十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.3.壓力式溫度計(jì)

(1).工作原理與結(jié)構(gòu)形式原理壓力式溫度計(jì)是利用密封系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力隨溫度變化來(lái)測(cè)溫，通過(guò)測(cè)量工作介質(zhì)的壓力來(lái)判斷溫度值。分類按所充工作介質(zhì)相態(tài)分氣體、液體、蒸汽；按功能分：指示式、記錄式、報(bào)警式和溫度調(diào)節(jié)式等。組成：

溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）。第十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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(2).使用方法與特點(diǎn)對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對(duì)精度的影響。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滯后時(shí)間長(zhǎng)，毛細(xì)管易損壞。由于受毛細(xì)管長(zhǎng)度的限制，一般工作距離不超過(guò)60m，被測(cè)溫度-55~550℃。

第二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

213.4.固體膨脹式溫度計(jì)(一).類型及工作原理

利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)。1.桿式溫度計(jì)

利用固體（一般采用膨脹系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)成。第二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

222.雙金屬溫度計(jì)它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成。第二十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.3熱電偶溫度計(jì)

1.基本概念熱電溫度計(jì)以熱電偶作為測(cè)溫元件，測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)，由儀表顯示出溫度的一種溫度計(jì)。

熱電效應(yīng)

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成一個(gè)閉和回路，如果兩端點(diǎn)的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一定大小的電流，這個(gè)電流的大小同材料的性質(zhì)以及節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，上述現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這個(gè)現(xiàn)象是1821年Seebeck發(fā)現(xiàn)的故又稱為塞貝克效應(yīng)。

第二十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2.熱電偶熱電偶是一種換能器，它將熱能轉(zhuǎn)化為電能，用所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)量溫度。該電動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）與溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。第二十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者有不同的電子密度而產(chǎn)生的電勢(shì)。珀?duì)柼妱?shì)或接觸電勢(shì)：圖接觸電動(dòng)勢(shì)第二十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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溫差電勢(shì)（湯姆遜溫差電勢(shì)）A導(dǎo)體和B導(dǎo)體所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)：圖3.33溫差電勢(shì)第二十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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熱電偶回路中總熱電勢(shì)第二十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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閉合回路的總熱電勢(shì)圖3.3.4熱電偶閉合回路的總熱電勢(shì)第二十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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結(jié)論

1）凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體材料皆可制成熱電偶；2）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)在熱電極材料一定時(shí)，僅決定測(cè)量端和參考端的溫度，而與熱電極的形狀和尺寸無(wú)關(guān)；3）熱電偶參考端的溫度必須保持恒定，最好保持0℃。第二十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.熱電偶的基本定律

利用熱電偶來(lái)檢測(cè)溫度，必須引入變換器和顯示器。

第三十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定則

由同一均質(zhì)導(dǎo)體（電子密度處處相同）組成的閉合回路中，不論導(dǎo)體的截面、長(zhǎng)度以及溫度分布如何，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)?！裼删|(zhì)定律知：如果熱電偶的兩電極是由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電極的中間溫度分布無(wú)關(guān)。即兩種材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電偶。當(dāng)熱電偶兩端的溫度相同時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)?！駲z驗(yàn)熱電偶絲的均勻性。

第三十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，接入第三種導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路中的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。

圖3.3.5熱電偶回路接入第三種導(dǎo)體第三十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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證明：

第三十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日ABCDEFT1T1T1T1T2T2?思考題六種不同的導(dǎo)體組成如圖回路，寫(xiě)出回路中總的熱電勢(shì)。第三十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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●結(jié)論：1）根據(jù)這一定則，可以在熱電偶回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等；2）利用這一定則，可推導(dǎo)出參考電極定則，即采用同一參考電極（純鉑絲）與各種不同材料組成的熱電偶，以測(cè)其熱電特性，然后再利用這些特性組成各種配對(duì)的熱電偶—研究、測(cè)試熱電偶通用方法。

第三十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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熱電偶的中間溫度定律

熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)熱電勢(shì)等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為T、TN時(shí)TN、T0時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。如果T0=0℃，則上式變?yōu)椋?/p>

各種熱電偶分度表都是在冷端0℃制成的。

第三十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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結(jié)論：熱電偶分度表中冷端溫度為0℃，在實(shí)際測(cè)量中若熱電偶的冷端溫度為20℃，則可應(yīng)用中間溫度定律進(jìn)行計(jì)算。

舉例：用鉑銠10—鉑熱電偶測(cè)溫，冷端溫度為25℃，輸出電勢(shì)為0.668mV，試求被測(cè)對(duì)象的溫度。查表得被測(cè)溫度為122℃。第三十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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4.熱電偶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)比

根據(jù)熱電偶結(jié)構(gòu)不同，分為鎧裝式熱電偶和薄膜式熱電偶。鎧裝式熱電偶

1）熱電極：貴金屬d=0.3~0.65mm；廉金屬d=0.5~3.2mm；L=350~2000mm；2）絕緣套管：普通陶瓷（<1000℃）；高純氧化氯（<1300℃）；剛玉（<1600℃）。3）保護(hù)套管；4）接線盒第三十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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薄膜式熱電偶

采用化學(xué)涂層或真空蒸鍍工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端極點(diǎn)大約0.01~0.1μm，非常薄。它適合表面溫度的快速測(cè)量，反應(yīng)時(shí)間數(shù)ms。

第三十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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1）補(bǔ)償導(dǎo)線法在一定溫度范圍內(nèi)，采用與配用熱電偶的熱電勢(shì)特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線作為補(bǔ)償導(dǎo)線，使冷端的變化不再影響讀數(shù)。若℃，儀表對(duì)應(yīng)著熱端的實(shí)際溫度；若℃，則要進(jìn)行補(bǔ)償與修正。圖補(bǔ)償導(dǎo)線法3.5熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)第四十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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如果在范圍內(nèi)，某對(duì)廉價(jià)導(dǎo)線的熱電性能與貴金屬熱電偶相同，則可以用這對(duì)導(dǎo)線代替從點(diǎn)到點(diǎn)一段的熱電偶線，而不影響熱電偶的熱電勢(shì)值，同時(shí)降低熱電偶測(cè)量成本。

第四十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

42表3.3.2常用補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲絕緣層著色100℃時(shí)允差(℃)200℃時(shí)允差(℃)正極負(fù)極正極負(fù)極普通級(jí)精密級(jí)普通級(jí)精密級(jí)SCSSPC(銅)SNC(銅鎳)紅綠±5±3±5－KCKKPC(銅)KNC(銅鎳)紅藍(lán)±2.5±1.5－－KXKKPX(鎳鉻)KNX(鎳硅)紅黑±2.5±1.5±2.5±1.5EXEEPX(鎳鉻)ENX(銅鎳)紅棕±2.5±1.5±2.5±1.5JXJJPX(鐵)JNX(銅鎳)紅紫±2.5±1.5±2.5±1.5TXTTPX(銅)TNX(銅鎳)紅白±2.5±1.5±2.5±1.5第四十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

43按結(jié)構(gòu)分：普通補(bǔ)償導(dǎo)線，由線芯、絕緣層與保護(hù)套組成；蔽層補(bǔ)償導(dǎo)線，它是在普通型外再加一層金屬屏蔽網(wǎng)。按補(bǔ)償原理分：補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線（第二個(gè)字母為C），價(jià)格便宜，只能在一定溫度范圍內(nèi)與熱電偶的熱電性一致。延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線（第二個(gè)字母為X），其材質(zhì)和所配用熱電偶相同，價(jià)格較高。注意：一種類型的補(bǔ)償導(dǎo)線只能同相應(yīng)的熱電偶配套使用，且有正負(fù)極，極性不能接反。第四十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

442）計(jì)算修正法：利用熱電偶的中間溫度定律

例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)溫，冷端Tn=25℃，EAB(T,Tn)=40.347mV，求被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度?！裼煞侄缺碇篍AB(25℃,0℃)=1mVEAB(T，0℃)=40.347+1.00mV＝41.347mV由分度表知，T＝1002℃

第四十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

453）冷端恒溫法①.把冷端引至冰點(diǎn)槽內(nèi)，維持冷端始終溫度0℃：精度高，多用于實(shí)驗(yàn)室；②.把冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至電加熱的恒溫器內(nèi)，并維持一恒定溫度，適于工業(yè)應(yīng)用。

第四十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

464）.補(bǔ)償電橋法利用電橋不平衡原理，橋臂熱電阻隨溫度變化，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓V●R1=R2=R3=1Ω與溫度無(wú)關(guān)；●熱電阻20℃，RCU=1Ω，Vab=0；環(huán)境不等于20℃，電橋失去平衡，產(chǎn)生電勢(shì)Vab與E(Tn,T0)相等，疊加補(bǔ)償；●電橋又叫毫伏發(fā)生器；●使用時(shí)，注意零點(diǎn)是20℃。

第四十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

47熱電偶的校準(zhǔn)和誤差

1）.熱電偶的校準(zhǔn)：為了保證熱電偶測(cè)量精度，一定要定期校準(zhǔn)或檢定?！裥?zhǔn)：按照誤差要求定出檢定點(diǎn)（一般比規(guī)定的檢定點(diǎn)更加細(xì)分），檢定之后給出檢定點(diǎn)的誤差值，供熱電偶測(cè)量時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)?！駲z定：按照規(guī)程規(guī)定的熱電偶的檢定點(diǎn)進(jìn)行檢定（表3.3.3,），給出合格與不合格的檢定結(jié)果。

第四十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

48表3.3.3熱電偶的檢定點(diǎn)檢定方法有比較法和定點(diǎn)法。工業(yè)上應(yīng)用較多的是比較法。它是用被叫校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的溫度，然后比較二者示值，以確定被檢熱電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)。

熱電偶名稱檢定點(diǎn)(℃)鉑銠-鉑

600

800

10001200(±10℃以內(nèi))鎳鉻-鎳硅

400

600

8001000(同上)鎳鉻-考銅

300400(或500)

600

(同上)第四十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

49工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室都用管狀爐作為檢定熱電偶的基本裝置，如所示。圖熱電偶的檢定方法注：1.調(diào)壓變壓器；2.管式電爐；3.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4.被檢熱電偶；5.冰點(diǎn)槽；6.切換開(kāi)關(guān)；7.直流電位差計(jì)；8鎳塊；9.試管。

第四十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

502）熱電偶測(cè)量誤差①.熱電偶分度誤差；②.冷端溫度變化引起的誤差；③.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全相同帶來(lái)的誤差；④.熱電極變質(zhì)產(chǎn)生的誤差；⑤.絕緣不良引起的誤差；⑥.二次儀表的基本誤差

第五十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

51熱電偶變送器熱電偶不能單獨(dú)構(gòu)成測(cè)溫儀表，它只是一種測(cè)溫元件，常將熱電偶測(cè)溫元件統(tǒng)稱為熱電偶溫度傳感器，簡(jiǎn)稱溫度傳感器。

圖3.3.11熱電偶變送器第五十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

52變送器可與溫度傳感器制成一體化結(jié)構(gòu)，體積很小，可裝在鎧裝熱電偶的接線盒內(nèi)或就近安裝。變送器的信號(hào)線一般為二線制，連接熱電偶的導(dǎo)線既是電源線又是信號(hào)線。變送器將熱電偶測(cè)溫信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，4～20mA，DC信號(hào)。第五十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.4熱電阻測(cè)溫1.基本概念

電阻溫度計(jì)：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度的特性，制成電阻溫度感溫元件，與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高、測(cè)量寬（-200℃～600℃）、信號(hào)便于傳送。電阻溫度計(jì)的缺點(diǎn)：不能測(cè)量太高的溫度、需外電源供電、連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度的影響。

第五十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2.熱電阻測(cè)溫原理

對(duì)于一個(gè)給定電阻，其電阻值是溫度的單值函數(shù)，因而可以通過(guò)測(cè)量電阻值來(lái)推算溫度。第五十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

55

3.熱電阻的特性

電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/℃。

式中：

—在t~t0溫度范圍內(nèi)的平均電阻溫度系數(shù)；—t℃時(shí)的電阻值；—t0℃時(shí)的電阻值。

第五十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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令t=100℃，t0=0℃，則有：

實(shí)際上一般導(dǎo)體的電阻與溫度的關(guān)系不是線性的?！窠饘賹?dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般為正值,純金屬一般為0.38～0.68%，金屬純度越高，其電阻溫度系數(shù)越大；●半導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)一般為負(fù)值；●可表示相對(duì)靈敏度。第五十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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電阻比電阻比是表征熱電阻材料的純度及某些內(nèi)在特性。的參考文檔為273.16K。值越大，電阻絲的純度越高，∴鉑電阻溫度計(jì)的鉑純度用電阻比表示。

熱電阻的電阻值與溫度關(guān)系特性表示方法

1）作圖法；2）函數(shù)表示法；3）分度表示法（電阻-溫度對(duì)照表）。

第五十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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4.常用熱電阻：鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻與半導(dǎo)體熱敏電阻

鉑熱電阻：特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能可靠、有較高電阻率，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化儀器中，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。使用范圍：-200～850℃，在90年國(guó)際溫標(biāo)中規(guī)定平衡氫三相點(diǎn)13.8k到銀凝固點(diǎn)961.78℃標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)用鉑電阻。第五十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

59

電阻純度：W（100）=1.3850規(guī)格型號(hào)：Pt100、Pt10、Pt1000。結(jié)構(gòu)：電阻絲、絕緣管、保護(hù)套管、接線盒鉑熱電阻的特性方程：電阻值與溫度之間近似線性。1）當(dāng)溫度t為一200℃≤t≤O℃時(shí)：

2）當(dāng)溫度t為O℃≤t≤650℃時(shí)：第五十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

60

銅熱電阻：

特點(diǎn)：線性度高、電阻溫度系數(shù)高、價(jià)格便宜、電阻率低、易氧化。使用范圍：-50～180℃。銅熱電阻的特性方程：第六十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

61

鎳熱電阻：

特點(diǎn)：比鉑熱電阻大使用范圍：-50~150℃。鎳熱電阻的特性方程：

鉑熱電阻還可以用來(lái)制造精密的標(biāo)準(zhǔn)熱電阻，而銅和鎳只作工業(yè)熱電阻。

第六十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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半導(dǎo)體熱敏電阻：

特點(diǎn)：隨著溫度的增高阻值降低，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，如圖。測(cè)溫范圍：-40～350℃。熱敏電阻的溫度系數(shù)與溫度成反比：

熱敏電阻的特性方程：不是線性。

第六十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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與金屬熱電阻比較的特點(diǎn)：①電阻溫度系數(shù)大，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)約為-（3～6）%，金屬熱電阻約為0.4～0.6%。②電阻率大，可將電阻作的很大而體積很小，電阻阻值大，連接導(dǎo)線所用的電阻可忽略不計(jì)。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可用于測(cè)量點(diǎn)溫度。④熱慣性小，價(jià)格低廉，可用于惡劣環(huán)境。⑤工藝和互換性差，非線性。

第六十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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5.特殊熱電阻

鎧裝熱電偶。薄膜熱電偶：-50～600℃，適于表面狹小區(qū)域、快速測(cè)溫及需要高阻值的場(chǎng)合。厚膜鉑熱電偶阻：適用于表面、機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合。

第六十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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6.熱電阻測(cè)溫電路

平衡電橋測(cè)溫

1）原理：當(dāng)值變化時(shí)，橋路平衡被破壞，檢流計(jì)G偏轉(zhuǎn)，這時(shí)改變值，使電橋重新達(dá)到平衡，G指零。則有，∴∵已知的固定電阻，∴被測(cè)電阻與成正比，沿設(shè)標(biāo)尺，則觸頭位置讀出被測(cè)電阻值，在換算成被測(cè)溫度。第六十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2）.特點(diǎn)：①.熱電阻與滑線電阻相鄰，能得到線性裝換；②.基示零值法，具有較高的測(cè)量精度；③.電源一般不影響測(cè)量結(jié)果；④.采用三線接法，可把環(huán)境溫度附加溫差減少到最小。

第六十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3）三線連接法的測(cè)溫平衡電橋當(dāng)電橋平衡時(shí)：

圖3.4.3三線連接法的測(cè)溫平衡電橋第六十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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不平衡電橋測(cè)溫

1）原理：當(dāng)被測(cè)溫度為下限值（相應(yīng)于）時(shí)，電橋恰好處于平衡狀態(tài)，測(cè)量對(duì)角線的電流。當(dāng)（）時(shí)，電橋平衡被破壞，，且隨著和偏差的加大，值也加大，推導(dǎo)出和的關(guān)系，根據(jù)的大小即可判斷被測(cè)溫度值。圖三線連接法的測(cè)溫不平衡電橋第六十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

69

2）特點(diǎn)●連續(xù)自動(dòng)顯示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；●Rt與I成非線性關(guān)系；●電源電壓的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源；●三線制可抵消引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，應(yīng)用極廣。第六十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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有源四線制熱電阻測(cè)溫

采用恒流源供電四線制電路，其中兩根引線為熱電阻提供恒流源I，在熱電阻上產(chǎn)生電壓降低，通過(guò)另兩根引線引至電位差計(jì)或電壓表進(jìn)行測(cè)量。特點(diǎn)：高精度，完全消除引線電阻的影響。

圖有源四線制熱電阻測(cè)溫第七十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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5.特殊熱電阻

鎧裝熱電偶。薄膜熱電偶：-50～600℃，適于表面狹小區(qū)域、快速測(cè)溫及需要高阻值的場(chǎng)合。厚膜鉑熱電偶阻：適用于表面、機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合。

第七十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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6.熱電阻測(cè)溫電路

平衡電橋測(cè)溫1）原理：當(dāng)值變化時(shí)，橋路平衡被破壞，檢流計(jì)G偏轉(zhuǎn)，這時(shí)改變值，使電橋重新達(dá)到平衡，G指零。則有，∴∵已知的固定電阻，∴被測(cè)電阻與成正比，沿設(shè)標(biāo)尺，則觸頭位置讀出被測(cè)電阻值，在換算成被測(cè)溫度。

第七十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

73

2）特點(diǎn)：①熱電阻與滑線電阻相鄰，能得到線性裝換；②基示零值法，具有較高的測(cè)量精度；③電源一般不影響測(cè)量結(jié)果；④采用三線接法，可把環(huán)境溫度附加溫差減少到最小。

第七十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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當(dāng)電橋平衡時(shí)：

3）三線連接法的測(cè)溫平衡電橋圖3.4.3三線連接法的測(cè)溫平衡電橋第七十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

75

不平衡電橋測(cè)溫1）原理：當(dāng)被測(cè)溫度為下限值（相應(yīng)于）時(shí)，電橋恰好處于平衡狀態(tài)，測(cè)量對(duì)角線的電流。當(dāng)（）時(shí)，電橋平衡被破壞，，且隨著和偏差的加大，值也加大，推導(dǎo)出和的關(guān)系，根據(jù)的大小即可判斷被測(cè)溫度值。

圖三線連接法的測(cè)溫不平衡電橋第七十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2）特點(diǎn)：●連續(xù)自動(dòng)顯示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；●Rt與I成非線性關(guān)系；●電源電壓的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源；●三線制可抵消引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，應(yīng)用極廣。第七十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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有源四線制熱電阻測(cè)溫采用恒流源供電四線制電路，其中兩根引線為熱電阻提供恒流源I，在熱電阻上產(chǎn)生電壓降低，通過(guò)另兩根引線引至電位差計(jì)或電壓表進(jìn)行測(cè)量。特點(diǎn)：高精度，完全消除引線電阻的影響。

圖有源四線制熱電阻測(cè)溫第七十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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熱電阻變送器1）熱電阻制成各種規(guī)格的傳感器，作為測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)溫元件。2）將熱電阻傳感器的測(cè)溫信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路→標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：4~20mA，DC→傳輸。3）變送器由電阻-電壓轉(zhuǎn)換、線性化處理、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

第七十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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變送器可與溫度傳感器制成一體化結(jié)構(gòu)，體積很小，可裝在鎧裝熱電偶的接線盒內(nèi)或就近安裝。變送器的信號(hào)線一般為二線制，連接熱電偶的導(dǎo)線既是電源線又是信號(hào)線。

圖3.4.6熱電偶變送器接線第七十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

80

7.熱電阻的校準(zhǔn)

使用前和使用之后應(yīng)定期校準(zhǔn)。比較法式中：—分別為直流電位差計(jì)測(cè)量恒電流流過(guò)熱電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降。

第八十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

81

缺點(diǎn)：所用恒溫的規(guī)格多，一般實(shí)驗(yàn)室不具備。

圖比較法熱電阻校準(zhǔn)第八十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

82

兩點(diǎn)法該法可克服比較法的缺點(diǎn)。工業(yè)電阻溫度計(jì)可用兩點(diǎn)法校準(zhǔn)，即只校準(zhǔn)和兩個(gè)參數(shù)，只需冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽。分別在兩個(gè)槽中測(cè)得被校標(biāo)準(zhǔn)化電阻溫度計(jì)的和，再檢查值和比值是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)要求。

第八十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

83

8.熱電阻的選擇與誤差

熱電阻的選用原則

1）測(cè)溫范圍滿足使用要求；2）測(cè)溫準(zhǔn)確度：既滿足測(cè)量要求，準(zhǔn)確度又適宜；3）成本：在滿足準(zhǔn)確度和壽命下，愈低愈好；4）滿足測(cè)溫環(huán)境的要求。

第八十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

84

熱電阻傳感器的安裝

1）測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)避免死區(qū)；2）有良好的換熱條件；3）減少與其周圍物體的散熱；4）便與維修。

第八十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的誤差

1）熱電阻溫度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶高；2）應(yīng)特別注意線路電阻的影響，測(cè)準(zhǔn)導(dǎo)線電阻，再繞制線路調(diào)整電阻，使線路總電阻等于規(guī)定值（5Ω或15Ω）；3）采用三線制，克服環(huán)境溫度變化影響，或者將傳感器與變送器一體化。

第八十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.5接觸式測(cè)溫方法

1.流體溫度測(cè)量

測(cè)量管道或容器內(nèi)流體介質(zhì)溫度，溫度傳感器內(nèi)一般都安裝在保護(hù)套管內(nèi)，應(yīng)考慮保護(hù)套管給溫度測(cè)量帶來(lái)的誤差。

溫度傳感器的導(dǎo)熱誤差圖接觸式測(cè)溫測(cè)溫管道內(nèi)外溫度分布第八十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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導(dǎo)熱誤差公式：式中：—傳感器測(cè)量的溫度（℃）；—管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的溫度（℃）；—傳感器外露部分的環(huán)境溫度（℃）。（）式只能作定性分析，不能作為誤差修正計(jì)算。

第八十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

88

減少誤差的措施

1）正確安裝溫度傳感器

圖溫度傳感器管道安裝（a）垂直安裝；（b）傾斜安裝；（c）彎頭處安裝；（d）擴(kuò)大管安裝第八十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

89

2）做好保護(hù)管外露部分保溫；3）傳感器工作端應(yīng)位于管道中流速最大的地方；4）要有足夠的插入深度；5）管徑d<80mm，則應(yīng)安裝擴(kuò)大管；6）迎著流體流動(dòng)方向沿管道中心插入安裝；7）選擇d小，導(dǎo)熱性差的保護(hù)套管。

第八十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

90

2.高溫氣體溫度測(cè)量

被測(cè)氣體溫度高，溫度傳感器與容器壁的輻射換熱不能忽視。尤其是當(dāng)二者溫差較大時(shí)，會(huì)使讀數(shù)誤差加大。輻射引起的測(cè)溫誤差

輻射測(cè)溫誤差：傳感器與周圍物體的輻射引起的測(cè)溫誤差。輻射測(cè)溫誤差（忽略導(dǎo)熱和其他誤差）

第九十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

91

式中：—測(cè)溫指示值（℃）；—被測(cè)氣體溫度（℃）；—容器壁溫度（℃）；—系統(tǒng)黑度；—黑體輻射常數(shù)，；

—對(duì)流傳熱系數(shù)。

第九十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

92

減少輻射誤差的措施1）.不宜安裝在溫差較大的場(chǎng)合，否則應(yīng)在傳感器頂端加裝遮熱罩；2）.盡量減少遮熱罩內(nèi)表面的輻射率；3）.保護(hù)管機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕；4）.保護(hù)保護(hù)管表面干凈無(wú)塵。

第九十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

93

5.壁面溫度測(cè)量

固體內(nèi)部和表面存在溫度梯度，溫度傳感器容易改變表面的熱狀態(tài)而產(chǎn)生誤差。

圖3.5.3壁面溫度測(cè)量第九十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

94

傳感器與被測(cè)壁面有3種接觸方式：點(diǎn)式、薄片式、針式?！竦葴鼐€接觸：將連接傳感器的導(dǎo)線沿被測(cè)表面敷設(shè)至少20倍線徑的距離；●實(shí)際安裝時(shí)最好將傳感器敷設(shè)在被測(cè)壁面內(nèi)。

圖點(diǎn)接觸測(cè)溫（a）點(diǎn)式；（b）薄片式；（c）針式第九十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日953.6

非接觸測(cè)溫測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和極高溫度應(yīng)采用非接觸式測(cè)溫。非接觸式測(cè)溫：利用被測(cè)環(huán)境或被測(cè)物體的光學(xué)輻射原理或紅外輻射進(jìn)行的溫度測(cè)量。

分類：1）.光學(xué)輻射式高溫計(jì)：?jiǎn)紊鈱W(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、全敷設(shè)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)。2）.紅外輻射儀：全紅外輻射儀、單紅外輻射儀、比色儀。第九十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日96測(cè)溫特點(diǎn)：不接觸，不破壞溫度場(chǎng)，不受腐蝕，不要達(dá)到熱平衡，動(dòng)態(tài)特性好。一.熱輻射測(cè)溫的基本原理1.絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度2.維恩公式3.普朗克公式的函數(shù)曲線（）

（）

第九十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日971）.K↑，↑，曲線的峰值隨K↑而向較短方向移動(dòng)；2）.峰值處和溫度T之間的關(guān)系符合維恩位移定律。圖3.6.1輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系曲線第九十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日984.絕對(duì)黑體的全輻射定律波長(zhǎng)λ從0～∞的全部輻射能量的總和式中：—斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù)，等于5.67×10-12；5.灰體如果物體的輻射光譜是連續(xù)的，而且它的單色輻射強(qiáng)度和同溫度（）

第九十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日99

圖3.6.2波長(zhǎng)λ=0.65μm時(shí)單色輻射強(qiáng)度和全輻射能量與溫度的關(guān)系曲線下的絕對(duì)黑體的相應(yīng)曲線相似（即在所有波長(zhǎng)下（的常數(shù)），則該物體叫“灰體”，叫輻射率或黑度系數(shù)。6.與隨T變化的曲線第九十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日100

二.單色輻射高溫計(jì)1.原理：普朗克公式中，與溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，且的增長(zhǎng)速度比溫度增加的速度快得多，據(jù)該原理制作的叫單色輻射高溫計(jì)。2.高亮溫度（）：在波長(zhǎng)為的單色輻射中，若物體在溫度時(shí)的高亮度和絕對(duì)黑體在溫度為時(shí)的亮度相等，則把絕對(duì)黑體溫度叫做被測(cè)物體在波長(zhǎng)時(shí)的亮度溫度。3.被測(cè)物體的實(shí)際溫度和亮度溫度第一百頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日101

式中：

—黑體系數(shù)。4.光學(xué)溫度燈絲隱天式光學(xué)高溫計(jì)是典型的單色輻射光學(xué)高溫計(jì)，準(zhǔn)確度最高。原理：根據(jù)被測(cè)物體光譜對(duì)亮度隨溫度升高而增加，采用亮度比較法測(cè)溫。WGGZ-322型光學(xué)高溫計(jì)：光學(xué)系統(tǒng)、電測(cè)系統(tǒng)組成。第一百零一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日102

圖3.6.3WGG2-323型光學(xué)高溫計(jì)原理圖1－物鏡；2－吸收玻璃；3－高溫計(jì)燈泡；4－目鏡；5－紅色濾光片；6－顯示儀表；7－滑線電阻；K－開(kāi)關(guān)；E－干電池第一百零二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日103

圖3.6.4燈絲亮度調(diào)整圖（a）燈絲太暗；（b）燈絲太亮；（c）隱絲（正確）5.光高度計(jì)在光學(xué)高度計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。自動(dòng)平衡亮度自動(dòng)連續(xù)記錄。它用光電器件作為儀表的敏感元件，替代人眼查看亮度的變化，并將亮度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子放大器放大后，輸出與被測(cè)溫度相應(yīng)的示值并自動(dòng)記錄。第一百零三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日104圖3.6.4WDL型光電高溫計(jì)的工作原理圖（a）工作原理示意圖；（b）光調(diào)制器1－物鏡；2－光欄；3，5－孔；4－光電器件；6－遮光板；7－調(diào)制片；8－永久磁鐵；9－激磁繞組；10－透鏡；11－反射鏡；12－觀察孔；13－前置放大器；14－主放大器；15－反饋燈；16－電位差計(jì)；17－被測(cè)物體第一百零四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日105

6.使用單色高溫輻射高溫計(jì)的注意事項(xiàng)1）.非黑體輻射的影響；2）.中間介質(zhì)的影響；3）.對(duì)被測(cè)對(duì)象的限定。光學(xué)高溫計(jì)因受被測(cè)物體黑度的影響，且測(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶，熱電阻低，同時(shí)構(gòu)造復(fù)雜。價(jià)格昂貴，不能測(cè)物體內(nèi)部點(diǎn)的溫度，∴使用受到限制。三.全輻射高溫計(jì)第一百零五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日106

根據(jù)全輻射定律（）制作的溫度計(jì)，當(dāng)知道黑體的全輻射能量后，就可知道溫度。1.構(gòu)造與原理圖3.6.6全輻射高溫計(jì)示意圖1.物鏡；2.光欄；3.玻璃泡；4.熱電堆；5.灰色濾光片；6.目鏡；7.鉑箔；8.云母片；9.顯示儀表第一百零六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日107

2.輻射溫度1）.全輻射高溫計(jì)按絕對(duì)黑體對(duì)象進(jìn)行分度，用它測(cè)量黑度為的實(shí)際物體溫度時(shí)，其示值并非真實(shí)溫度，而是被測(cè)物體的輻射溫度；2）.輻射溫度定義：溫度為的物體，其全輻射能量等于溫度為的絕對(duì)黑體輻射體能量時(shí)，則溫度叫做被測(cè)物體的輻射溫度；第一百零七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日108

全輻射能量E等于溫度為的絕對(duì)黑體全輻射能量時(shí)，輻射溫度與物體溫度的關(guān)系：

3.注意點(diǎn)1）.應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地確定被測(cè)物體的；2）.距離L/被測(cè)物體直徑D之比有一定的限制；3）.環(huán)境溫度不宜太高。（）第一百零八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日109四.比色高溫計(jì)1.概念1）.光學(xué)溫度計(jì)和全輻射高溫計(jì)是目前常用的輻射式高溫計(jì)，但它們共同的缺點(diǎn)是：受實(shí)際物體輻射率的影響和輻射途徑上各種介質(zhì)選擇性吸收輻射能的影響；2）.根據(jù)維恩位移定律可解決上述問(wèn)題；3）.測(cè)溫原理：當(dāng)溫度增加時(shí)，絕對(duì)黑體的最大單色輻射強(qiáng)度向波長(zhǎng)減少的方向移動(dòng)，使在波長(zhǎng)和下的亮度比隨溫度而變化，測(cè)量亮度比的變化即可知相應(yīng)的溫度。第一百零九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日110比色高溫計(jì)的測(cè)溫原理：

上式中和是規(guī)定值，當(dāng)知道在此兩波長(zhǎng)下的亮度比，就可求出被測(cè)黑體的。2.比色溫度：若溫度為的實(shí)際物體的兩個(gè)波長(zhǎng)下的亮度比值與溫度為的黑體在同樣波長(zhǎng)的亮度比值相等，則把叫做實(shí)際物體的比色溫度。第一百一十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日111實(shí)際物體溫度為與實(shí)際物體比色溫度的關(guān)系：式中分別為實(shí)際物體在時(shí)的光譜輻射率，如已知和就可求出溫度值。3.比色溫度計(jì)工作原理按光和信號(hào)檢測(cè)方法可分為兩類：第一百一十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日1121）.單通道式：一個(gè)光電檢測(cè)元件（如硅光電池），光度變換輸出值較穩(wěn)定，但動(dòng)態(tài)品質(zhì)較差；2）.雙通道式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性好，但準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差。圖3.6.7單通道光電比色高溫計(jì)原理圖1一物鏡；2一通孔成像鏡；3一調(diào)制盤；4一同步電動(dòng)機(jī)；5一光電檢測(cè)器；6一目鏡；7一倒像鏡；8一反射鏡第一百一十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日113五.紅外溫度計(jì)及紅外熱像儀1.基本概念1）.輻射式溫度計(jì)向中溫范圍（0～700℃）延伸則需要采用紅外輻射測(cè)溫技術(shù)。2）.光的概念可見(jiàn)光：包括紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種，其中紅、綠、藍(lán)三基色按不同比例組分可形成上述七色光。不可見(jiàn)光：按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短可分為：無(wú)線電波（長(zhǎng)波、短波、雷達(dá)波、甚高頻電波、微波）、遠(yuǎn)紅外線、紅外線（可見(jiàn)光）、紫外線、X射線、射線。第一百一十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日114紅外線波長(zhǎng)范圍：0.78～100μm大氣窗口：只有三個(gè)紅外波段（1～2.5μm，3～5μm，8～13μm）的紅外輻射能透過(guò)大氣向遠(yuǎn)處輸送。這三個(gè)波段被稱為“大氣窗口”，紅外測(cè)溫系統(tǒng)在3～5μm，8～13μm兩個(gè)波段內(nèi)工作。3）.根據(jù)普朗克定律，任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度都會(huì)因?yàn)榉肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)而輻射紅外線，發(fā)出的紅外輻射能量與物體絕對(duì)溫度的四次方成正比。

通過(guò)紅外探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)裝換成電信號(hào)后，經(jīng)放大器和處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)輻射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。第一百一十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日1152.紅外溫度計(jì)圖3.6.8紅外溫度計(jì)原理圖1-物鏡；2-濾光片；3-調(diào)制盤；4-微電機(jī)；5-反光鏡；6-聚光鏡；7-參比燈；8-紅外探測(cè)器第一百一十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日116

紅外溫度計(jì)體積小，使用方便，測(cè)溫精度±0.5℃（-10～+50℃）～±2.0℃（-30～+100℃），距離系數(shù)（被測(cè)目標(biāo)距離/光學(xué)目標(biāo)距離）為5：1。第一百一十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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3.紅外熱像儀1）紅外溫度計(jì)測(cè)的是物體表面某點(diǎn)周圍非常小的面積的平均溫度，而紅外熱像儀可測(cè)量物體表面的溫度分布。

圖3.6.9焦平面熱像儀成像機(jī)理簡(jiǎn)圖1-被測(cè)物體2-物鏡3-外殼4-焦平面探測(cè)器

圖3.6.10焦平面熱像儀外形結(jié)構(gòu)圖1-物鏡2-取景器3-LCD顯示器4-外殼第一百一十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2）.焦平面紅外探測(cè)器分制冷型和非冷型兩大類。3）.特點(diǎn)：與紅外點(diǎn)溫儀相比，具有測(cè)量面積大，測(cè)量速度快，表現(xiàn)直觀，能測(cè)表面溫度分布。測(cè)量誤差±2℃，溫差測(cè)量精度是所有測(cè)溫儀表中最高。距離系數(shù)2：1～300：1。圖3.6.11非制冷型紅外焦平面熱像儀工作原理第一百一十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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4.紅外溫度計(jì)及紅外熱像儀的應(yīng)用二者統(tǒng)稱為紅外測(cè)溫儀。1）.紅外測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)溫度有兩種方法：①直接測(cè)量法：利用測(cè)溫儀內(nèi)部的基準(zhǔn)黑體，在不使用外界溫度參考體情況下測(cè)量目標(biāo)溫度。簡(jiǎn)單，但精度難以保證；②對(duì)比測(cè)量法：利用已知溫度和輻射率的外界溫度參考體來(lái)測(cè)量目標(biāo)溫度值。精度高。

第一百一十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2）.實(shí)際測(cè)量外界因素的影響①太陽(yáng)和背景輻射的影響；②物體輻射率的影響；③風(fēng)速的影響；④合理確定距離系數(shù)；⑤確定波長(zhǎng)范圍。

圖3.6.12對(duì)比測(cè)量溫度轉(zhuǎn)換第一百二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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圖3.6.13目標(biāo)尺寸與距離關(guān)系第一百二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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5.紅外熱像儀的校準(zhǔn)1）要校準(zhǔn)的原因①接收到的紅外輻射和目標(biāo)溫度之間呈非線性關(guān)系；②目標(biāo)表面的輻射率、大氣衰減、環(huán)境反射與輻射等因素的影響?！酂嵯駡D只能給出物體表面溫度分布情況的定性描述，要獲得表面絕對(duì)溫度，必須采用與基準(zhǔn)黑體溫度相比較的方式來(lái)校準(zhǔn)絕對(duì)溫度值。

第一百二十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日

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2）校準(zhǔn)函數(shù)熱值與儀器所接受到的紅外輻射之間的關(guān)系是線性的，但熱值和目標(biāo)溫度之間的關(guān)系式非線性的，這個(gè)關(guān)系就是校準(zhǔn)函數(shù)。紅外熱像儀的校準(zhǔn)曲線的數(shù)學(xué)關(guān)系：式中，I—對(duì)應(yīng)于T的熱值（K）；

A、B—校準(zhǔn)系數(shù)。用熱像儀對(duì)著不同溫度下的基準(zhǔn)黑體熱源進(jìn)行測(cè)量，再用最小二乘法擬合測(cè)量數(shù)據(jù)，得到一條熱值-溫度關(guān)系的最佳擬合曲線作為標(biāo)定曲線。第一百二十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，2022年，8月28日12