汽車(chē)試驗(yàn)學(xué)溫度測(cè)量

汽車(chē)試驗(yàn)學(xué)溫度測(cè)量第1頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本章主要內(nèi)容基本概念穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量瞬態(tài)溫度測(cè)量零部件溫度的測(cè)量第2頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.1基本概念6.1.1溫度溫度的微觀概念是表示構(gòu)成物體的大量分子運(yùn)動(dòng)的平均強(qiáng)度。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度越高。溫度的宏觀概念是建立在熱平衡的基礎(chǔ)上，表示物體的冷熱程度。溫度是表征物體或系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的量度標(biāo)志。6.1.2溫標(biāo)1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。2．熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上。3．國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)為使溫標(biāo)更易于實(shí)施及準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，1927年國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。第3頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.1基本概念6.1.3測(cè)溫方法分類(lèi)1.接觸法接觸法是基于熱平衡原理，測(cè)溫敏感元件(傳感器)直接與被測(cè)物體接觸，在足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，使敏感元件與被測(cè)點(diǎn)達(dá)到熱平衡，通過(guò)測(cè)量敏感元件與溫度有關(guān)的特性(如熱膨脹、電阻值、熱電交換、熱輻射等)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。2．非接觸法測(cè)溫敏感元件不直接與被測(cè)物體相接觸，而利用物體的熱輻射或其他特性(如聲學(xué)特性)，通過(guò)對(duì)輻射能量的檢測(cè)而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。第4頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.1膨脹式溫度計(jì)1.玻璃管式液體溫度計(jì)玻璃管式溫度計(jì)是最普通的膨脹式溫度計(jì)。2．壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)是由溫包、毛細(xì)管和彈簧管所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)和傳動(dòng)指示機(jī)構(gòu)組成。密閉系統(tǒng)內(nèi)充注的不可壓縮流體或可揮發(fā)性液體。測(cè)量時(shí)，感溫包置于被測(cè)流體中，當(dāng)溫度發(fā)生變化，密閉系統(tǒng)內(nèi)流體體積膨脹或蒸汽壓力變化，由于彈簧管的截面為橢圓形，其長(zhǎng)軸和短軸方向截面受力不均，因而彈簧管發(fā)生變形，由連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。3．雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)是利用線脹系數(shù)不同的兩種金屬構(gòu)成的金屬片作為感溫元件。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，兩種金屬的膨脹不同，雙金屬片產(chǎn)生于被測(cè)溫度成正比的變形，其偏轉(zhuǎn)角即反應(yīng)被測(cè)溫度的大小。第5頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.2電阻式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)又稱(chēng)熱電式溫度計(jì)，它是利用金屬電阻或半導(dǎo)體熱敏電阻隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量溫度。1.金屬絲溫度計(jì)由物理學(xué)可知，一般金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，即電阻值隨溫度的升高而增加。2．熱敏電阻溫度計(jì)熱敏電阻是多種金屬氧化物混合體(如錳、銅、鐵、鎳等)按一定比例混合熔燒而成。熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。第6頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.3熱電偶式溫度計(jì)1.結(jié)構(gòu)及型式熱電偶是由熱電極、絕緣體、保護(hù)套管及接線盒組成。熱電偶接點(diǎn)的安裝型式有：露頭型、絕緣型和接地型。

2．安裝要求為了減小測(cè)量誤差，熱電偶在安裝時(shí)，測(cè)溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)形成逆流。若不能采用逆流，可采用迎著被測(cè)介質(zhì)流向斜插，至少與被測(cè)介質(zhì)正交，盡量避免形成順流。另外，在測(cè)溫元件插入處附近的管道或容器壁外要有足夠的絕緣層。第7頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.3熱電偶式溫度計(jì)3.特殊熱電偶1)高溫?zé)犭娕?)抽氣式熱電偶3)快速消耗型熱電偶第8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.3熱電偶式溫度計(jì)4.標(biāo)定1)靜態(tài)標(biāo)定2)動(dòng)態(tài)標(biāo)定第9頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量6.2.4溫度測(cè)量誤差分析1.熱輻射引起的誤差2.熱傳導(dǎo)引起的誤差3.高速氣流滯止引起的速度誤差第10頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3瞬態(tài)溫度測(cè)量6.3.1輻射測(cè)溫的基本原理任何高于絕對(duì)零度(-273.15℃)的物體總是以一定的電磁波波長(zhǎng)向外輻射能量，能量的強(qiáng)度取決于物體的溫度。通過(guò)計(jì)算已知波長(zhǎng)上發(fā)射的輻射能，便可獲取物體的溫度。1.普朗克定律與維恩公式普朗克定律表示出不同溫度下，黑體的單色輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系.2.斯蒂芬—波爾茲曼公式(四次方定律)普朗克公式僅表示出黑體單色輻射強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律，而關(guān)于黑體的全輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，可由斯蒂芬—玻爾茲曼定律確定，即單色輻射強(qiáng)度在熱輻射全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分。第11頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3瞬態(tài)溫度測(cè)量6.3.2部分輻射溫度計(jì)部分輻射溫度計(jì)是通過(guò)濾光片及傳感元件有選擇的測(cè)試物體在某狹窄波段范圍內(nèi)發(fā)出的單色輻射能，并由此來(lái)確定物體的表面溫度1.單色亮度溫度計(jì)單色亮度溫度計(jì)是利用亮度比較取代輻射強(qiáng)度。當(dāng)物體的溫度高于700℃時(shí)就會(huì)明顯發(fā)出可見(jiàn)光，并具一定亮度，其單色亮度與單色輻射強(qiáng)度成正比。2.比色式溫度計(jì)比色溫度計(jì)是利用兩種不同波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度的比值來(lái)測(cè)量溫度，故又稱(chēng)雙色高溫計(jì)。第12頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3瞬態(tài)溫度測(cè)量6.3.2部分輻射溫度計(jì)第13頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3瞬態(tài)溫度測(cè)量6.3.3全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)是在整個(gè)光譜范圍內(nèi)測(cè)量被測(cè)表面的輻射量。根據(jù)四次方定律，對(duì)于發(fā)射率為的物體其全輻射強(qiáng)度為只要測(cè)量出被測(cè)物體的全部輻射能，就可得到物體的溫度。第14頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3瞬態(tài)溫度測(cè)量6.3.4紅外測(cè)溫儀

輻射式溫度計(jì)在(0-700℃)此溫度段內(nèi)，物體所發(fā)出的輻射能不再是可見(jiàn)光而全是紅外輻射，故需要利用個(gè)紅外探測(cè)器(熱敏電阻、熱電偶或光電池等)來(lái)檢測(cè)。圖6.22為紅外測(cè)溫儀的典型系統(tǒng)框圖。當(dāng)被測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后照射到紅外探測(cè)器上,并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過(guò)放大電路、補(bǔ)償電路及線性處理后，在顯示終端顯示被測(cè)溫度值。第15頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4零部件溫度的測(cè)量6.4.1電測(cè)法

1．熱電偶法根據(jù)溫度信號(hào)的引出方式不同，熱電偶法又可以分為接觸法和引線法兩種。1)引線法引線法是在連桿的基礎(chǔ)上采用附屬機(jī)構(gòu)將熱電偶導(dǎo)線引出缸體外，

并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。第16頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4零部件溫度的測(cè)量6.4.1電測(cè)法2)接觸法對(duì)于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)若采用引線法測(cè)量，難以保證熱電偶導(dǎo)線長(zhǎng)期工作的可靠性，因而通常采用接觸法。觸點(diǎn)是接觸法的關(guān)鍵元件，其好壞及使用壽命直接影響測(cè)量結(jié)果的正確與否。圖6.25示出了該三種觸點(diǎn)裝置的安裝示意圖。第17頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4零部件溫度的測(cè)量6.4.1電測(cè)法2．紅外遙感法紅外遙感測(cè)量系統(tǒng)是一種將熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)通過(guò)紅外遙感裝置輸出缸外的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強(qiáng),，是比較理想的內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)試系統(tǒng)。工作原理是，在活塞預(yù)測(cè)部位布置好熱電偶，通過(guò)熱電偶將測(cè)點(diǎn)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),再用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器使之轉(zhuǎn)變成為頻率信號(hào)，頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)送紅外光脈沖。接收端的光敏三極管接收紅外光脈沖，經(jīng)反變換之后，通過(guò)接收器記錄的電壓值反映出測(cè)點(diǎn)的溫度值，并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。第18頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4零部件溫度的測(cè)量6.4.2非電測(cè)法1．易熔合金法該方法是利用某種給定成分的合金其熔點(diǎn)一定的特性實(shí)現(xiàn)零部件的溫度測(cè)量。該方法操作簡(jiǎn)便，但由于需要事先估計(jì)被測(cè)零件的溫度，因而往往需要多次才能測(cè)得溫度。另外，易熔合金法需要在被測(cè)零件上鉆若干小孔，從而影響了零件的強(qiáng)度和溫度變化。2．硬度塞法該方法是利用金屬材料的硬度變化來(lái)確定對(duì)應(yīng)溫度的方法。即運(yùn)用淬火后金屬材料的硬度隨回火溫度的升高、硬度值降低這一特性。硬度塞法是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)溫度場(chǎng)是一種方便實(shí)用的方法,硬度塞加工容易、安裝簡(jiǎn)便、成本較低。缺點(diǎn)是只限定于某一工況下的溫度，且測(cè)溫時(shí)間較長(zhǎng)，精度不高。但在只需了解零件溫度的粗略值時(shí)，尤其在活塞溫度場(chǎng)的測(cè)量中，該方法經(jīng)常采用。第19頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4零部件溫度的測(cè)量6.4.2非電測(cè)法3．示溫涂料法該方法是利用示溫涂料的顏色隨溫度變化的特性進(jìn)行測(cè)溫。示溫涂料是由粘結(jié)劑和變色劑組成。粘結(jié)劑起固定作用。變色劑起檢測(cè)作用，其顏色隨溫度變化