測試技術(shù) 第十一章 溫度測量

測試技術(shù)第十一章溫度測量第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§1概述

一、測溫方法接觸式測溫膨脹式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)其他非接觸式測溫輻射式溫度計(jì)亮度溫度計(jì)比色溫度計(jì)光導(dǎo)纖維測溫第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§2膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)一、膨脹式溫度計(jì)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(jì)

圖9-2a） 桿對外套產(chǎn)生相對運(yùn)動

b）雙金屬溫度計(jì)

圖9-2a） 螺旋式、螺線式第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、壓力式溫度計(jì)

圖9-3

充氣式：溫包內(nèi)充氮?dú)?充液式：…………甲醇、甘油、二甲苯等第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§3熱電偶式傳感器——測量高溫?zé)犭妱菪?yīng)：兩種導(dǎo)體組成一回路，如兩連接點(diǎn)溫度不同，回路中便有電流產(chǎn)生。見圖9-4第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。接觸電勢：由于不同導(dǎo)體具有不同的自由電子濃度，兩導(dǎo)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(dǎo)體兩點(diǎn)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(kuò)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

第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§4、電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化做成的溫度計(jì)。金屬：溫度升高1℃，電阻增加0.4~0.6%

常用鉑、銅、鎳。半導(dǎo)體：………….，………….2~6%

但重復(fù)性和高溫穩(wěn)定性不理想。第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一一、鉑電阻溫度計(jì)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(diǎn)：測量范圍：-200~850℃

。精度高、穩(wěn)定性好、耐氧化性能強(qiáng)。缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)小，3.910-3/℃，即靈敏度低。價(jià)格貴。應(yīng)用：氣象等高精度應(yīng)用場合。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、銅電阻溫度計(jì)兩種規(guī)格：初始電阻為：100和50特點(diǎn)：測量范圍：-50~150℃

。 比鉑小。溫度系數(shù)比鉑電阻高，約4.2510-3/℃。價(jià)格低缺點(diǎn)：電阻率小，所以銅電阻絲細(xì)，易氧化。應(yīng)用：精度要求不高的場合。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一三、半導(dǎo)體熱敏電阻特點(diǎn)：測量范圍：<300℃

。溫度系數(shù)大。電阻率大、體積小、壽命長。缺點(diǎn)：重復(fù)性和互換性較差。上限溫度不高。應(yīng)用：第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一四、電阻溫度計(jì)的測溫誤差來源1、熱電阻的基本誤差

—熱電阻參數(shù)實(shí)際值偏離標(biāo)準(zhǔn)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：第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一解決方法：（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。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一3、顯示儀表的誤差第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§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。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一一、輻射溫度計(jì)1、全輻射溫度計(jì)

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(xué)系統(tǒng)、輻射接收器等。

輻射接收器可用熱電堆，由8對熱電偶串聯(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(shí)際溫度，需要進(jìn)行修正

—測溫范圍：700~2000℃

—測量時注意被測物與儀表間的距離。第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一2、部分輻射溫度計(jì) 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(shí)驗(yàn)室內(nèi)作標(biāo)定基準(zhǔn)。第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一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(qiáng)度下降，表面電荷減少。

——熱釋電效應(yīng)

特點(diǎn)： 工作溫度：300K

響應(yīng)時間：10ms

常用于光譜儀、測穩(wěn)儀、紅外攝像等第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一三、亮度溫度計(jì)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?zé)襞莸臒艚z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。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一四、光導(dǎo)纖維測溫

光纖用于傳輸光，可使光路轉(zhuǎn)彎。1、液晶-光導(dǎo)纖維溫度計(jì) 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(dǎo)致液晶對入射單色光（紅光）反射強(qiáng)弱的變化。

圖9-17

內(nèi)部有兩束光纖。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一2、熒光-光導(dǎo)纖維溫度計(jì) 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(qiáng)度隨溫度而變化。 傳感頭見圖9-18

熒光-光導(dǎo)纖維溫度計(jì)見圖9-193、馬赫-珍德相位干涉型光纖溫度計(jì) 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(dāng)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。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一§6溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例例：有一溫度為400℃左右的空氣流，速度為150~200m/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(jì)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(jì)插入氣流中，實(shí)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。第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一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(fù)系數(shù)r一定，測出Tg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。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)系數(shù)r的試驗(yàn)曲線見圖9-21第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一2、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(qiáng)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(xì)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?zé)犭娕枷蛲饨鐚?dǎo)熱損失引起誤差 測量時，熱電偶要有足夠的插入深度