先進(jìn)制造與設(shè)備故障診斷

先進(jìn)制造與設(shè)備故障診斷2溫度監(jiān)測方法分類(測溫方式)接觸式測溫多用于需要連續(xù)監(jiān)測或不可觀察得部位,如軸承得溫度監(jiān)測非接觸式測溫多用于危險部位或不易接近得部位,如高壓電氣接點得溫度監(jiān)測。3第一節(jié)接觸式測溫方法

接觸式測溫就是將測溫傳感器與被測對象接觸,被測對象與測溫傳感器之間因傳導(dǎo)熱交換而達(dá)到熱平衡,根據(jù)測溫傳感器中得溫度敏感元件得某一物性隨溫度而變化得特性來檢測溫度。目前,在各工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用得接觸式測溫方法主要有熱電偶法、熱電阻法和集成溫度傳感器法三種。

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一、熱電偶法測溫

早在19世紀(jì),人們就已經(jīng)開始利用熱電現(xiàn)象進(jìn)行溫度得測量。直至目前,熱電偶仍然就是各工業(yè)領(lǐng)域以及科研單位中應(yīng)用最廣泛得一種溫度計。51、熱電偶測溫得性能特點①結(jié)構(gòu)簡單,只由兩根偶絲和一個電壓表組成;②感溫元件得質(zhì)量及其熱容量都可以做得很小,因而其時間常數(shù)小,響應(yīng)速度快;

③測量范圍大:利用不同材料做成得多種熱電偶可以測量從4K到3000K得溫度;6④準(zhǔn)確度高(在某些情況下可達(dá)±0、01℃)、靈敏度較高(對金屬元件在100μV/℃以下,對半導(dǎo)體元件則為mV/℃級);⑤性能穩(wěn)定,重復(fù)性好,有利于互換;⑥測量電路簡單,便于溫度得讀出以及測溫過程自動化。1、熱電偶測溫得性能特點72、熱電偶測溫得基本原理熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)熱電勢=接觸電勢+溫差電勢T>T0→EAB(T,T0)A、B——兩個不同導(dǎo)體8(1)接觸電勢(電子濃度不同→自由電子擴(kuò)散)2、熱電偶測溫得基本原理

接觸電勢得大小與溫度得高低及導(dǎo)體中得電子濃度有關(guān),溫度越高,接觸電勢越大;兩種導(dǎo)體得電子濃度比值越大,接觸電勢越大。9(2)溫差電勢2、熱電偶測溫得基本原理導(dǎo)體兩端溫度不同→自由電子擴(kuò)散10(3)閉合回路熱電勢2、熱電偶測溫得基本原理11

閉合回路得塞貝克電勢為溫度得函數(shù),如果將T0固定(即作為參比端、冷端或者補(bǔ)償端),則熱電勢得大小反映了溫度T得變化情況,從而可以通過檢測EAB(T,T0)來對溫度T進(jìn)行測量。2、熱電偶測溫得基本原理(3)閉合回路熱電勢12大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流13

將熱電特性用于實際溫度得測量,有以下幾條由實驗得出得、有很大實用價值得法則:

(1)馬格納斯法則

由一對各向均勻得導(dǎo)體組成得閉合回路,其熱電勢只與兩個接點得溫度有關(guān),而與沿導(dǎo)體得溫度分布無關(guān)。(用于計算溫差電勢)3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則14

(2)均質(zhì)導(dǎo)體法則

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成得閉合回路,不論導(dǎo)體得截面和長度如何,也不論其溫度如何分布,都不可能產(chǎn)生熱電勢。此即說明:兩根材料相同得導(dǎo)體不能構(gòu)成熱電偶!3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則15

(3)中間導(dǎo)體法則在熱電偶回路中,只要中間導(dǎo)體兩端得溫度相等,則接入中間導(dǎo)體,不會對熱電偶回路得熱電勢產(chǎn)生影響。特此加以推廣,在由兩導(dǎo)體組成得閉環(huán)回路中還可以引入第四、第五種中間導(dǎo)體。3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則16

(4)連接導(dǎo)體法則

在熱電偶回路中,如果熱電極A和B分別與連接導(dǎo)線C和D相接,其接點溫度分別為T、T1和T0,則回路得總熱電勢等于各分熱電勢得代數(shù)和,即:3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則采用連接導(dǎo)線得熱電偶回路17(5)中間溫度法則

在連接導(dǎo)體法則中,當(dāng)A與C、B與D得熱電特性相同時,可將公式改寫3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則

在用熱電偶進(jìn)行現(xiàn)場測溫時,常用此法則來修正其參比端得溫度？T待測溫度,T1環(huán)境溫度

T0參考溫度(0℃)18

(6)熱電偶得組成法則

用三種不同得導(dǎo)體A、B、C各互相配對組成三個閉合回路,如果熱電極A和B分別與熱電極C組成得閉合回路所產(chǎn)生得熱電勢已知,則由熱電極A和B組成得閉合回路得熱電勢為3、熱電偶測溫得應(yīng)用法則根據(jù)該法則,常將C作為標(biāo)準(zhǔn)電極,她就是用純度很高、物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定得材料制成得。19要求:

①物理穩(wěn)定性高,長期穩(wěn)定性好;

②化學(xué)穩(wěn)定性好,在高溫下工作不受環(huán)境氣氛得氧化和腐蝕;

③靈敏度高,熱電勢隨溫度得變化率足夠大;

④熱電勢關(guān)于溫度得變化關(guān)系簡單,最好呈線性或簡單得函數(shù)關(guān)系;

⑤復(fù)現(xiàn)性要好,以便于大批量生產(chǎn)和互換;

⑥電阻溫度系數(shù)小,電阻率低;

⑦機(jī)械性能好,材質(zhì)均勻。4、熱電偶材料20

(1)賤金屬熱電偶①銅／康銅(Cuprum-Constantan)熱電偶

銅／康銅熱電偶得測溫范圍為－200～350℃。在此范圍內(nèi)她就是最為準(zhǔn)確得賤金屬熱電偶,主要就是因為能得到高純度而無應(yīng)變得銅。在我國,銅／康銅熱電偶已規(guī)定為有標(biāo)準(zhǔn)化分度得通用熱電偶。4、熱電偶材料常用賤金屬熱電偶得熱電勢與溫度得關(guān)系曲線21

②鐵／康銅(Ferrum-Constantan)熱電偶

鐵／康銅熱電偶已成為很多國家在工業(yè)上最通用得熱電偶。她價廉、靈敏,并可在氧化或還原性氣氛中應(yīng)用。她比銅／康銅熱電偶更靈敏,量值也大得多,但其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不如銅／康銅熱電偶。因為鐵絲不易得到像銅那樣得高純度和均勻性,很少在0℃以下使用。其測溫上限在氧化性氣氛中可達(dá)750℃;在還原性氣氛中可達(dá)950℃。在上述溫度下,其壽命可達(dá)約1000h。4、熱電偶材料

(1)賤金屬熱電偶常用賤金屬熱電偶得熱電勢與溫度得關(guān)系曲線22

③鎳鉻／鎳鋁(Chromel-Alumel)這種熱電偶得測溫范圍為－200～1100℃,但在600～1100℃得溫度范圍內(nèi)用得最為廣泛。由于多種原因,該種熱電偶在我國目前多用鎳鉻／鎳硅熱電偶代替,兩者使用同一個分度表。由于鎳硅得抗氧化性強(qiáng),故其使用上限在短時間內(nèi)可達(dá)1300℃。這種熱電偶在我國已規(guī)定為有標(biāo)準(zhǔn)化分度表得通用熱電偶。4、熱電偶材料

(1)賤金屬熱電偶常用賤金屬熱電偶得熱電勢與溫度得關(guān)系曲線23④鎳鉻／康銅熱電偶這種熱電偶雖不及鎳鉻／鎳鋁熱電偶那樣應(yīng)用廣泛,但在要求高熱電勢(－200℃時可達(dá)25μV／℃)、低導(dǎo)熱性并可允許有高電阻時常用得一種熱電偶。由于氧化限制,其最高工作溫度約為l000℃。這種熱電偶在美國、日本等國用得較多。4、熱電偶材料

(1)賤金屬熱電偶常用賤金屬熱電偶得熱電勢與溫度得關(guān)系曲線24

⑤鎳鉻／考銅(Chromel-Copel)熱電偶這種熱電偶得特性與前一種相似,只就是負(fù)極得成分有些差別,含銅多一點,所以熱電特性也稍高一點。這種熱電偶主要為前蘇聯(lián)使用,在我國,以前也規(guī)定為有標(biāo)準(zhǔn)化分度表得通用熱電偶之一。4、熱電偶材料

(1)賤金屬熱電偶25

雖然其熱電勢率(塞貝克系數(shù))一般比賤金屬熱電偶低,但貴金屬熱電偶得準(zhǔn)確度、復(fù)現(xiàn)性以及穩(wěn)定性較好。由于貴金屬就是具有化學(xué)惰性得高純材料,可制成高質(zhì)量得熱電偶絲。又由于其熔點很高,故測溫上限也高。貴金屬常用得有鉑銠系和銥銠系兩大類。4、熱電偶材料

(2)貴金屬熱電偶264、熱電偶材料

(2)貴金屬熱電偶

①鉑銠系(Pt-Rh)熱電偶

鉑銠系熱電偶得共同特點就是耐高溫氧化、性能非常穩(wěn)定,在真空中使用也就是可靠得,但在中性氣氛中稍顯不穩(wěn)定。

常用得鉑銠系熱電偶有

Pt10Rh/Pt(鉑10銠/鉑)等。274、熱電偶材料

(2)貴金屬熱電偶

①銥銠系(Ir-Rh)熱電偶

銥銠系熱電偶就是僅有得能在空氣中比鉑銠系測量溫度更高得熱電偶。在氧化、真空和中性氣氛中,其測溫上限可達(dá)2200℃。但不宜在還原性氣氛中使用。銥銠系熱電偶得主要缺點就是使用壽命短。

常用得銥銠系熱電偶有

Ir40Rh/Ir(銥40銠/銥)等。28

難熔金屬熱電偶屬賤金屬一類,因其測量上限高,故稱之為難熔金屬熱電偶。最常用得難熔金屬熱電偶有;鎢／錸、鎢／鉬和鎢／銥等幾種。4、熱電偶材料

(3)難熔金屬熱電偶29制造非金屬熱電偶主要就是由于測量高溫得需要,近年來對非金屬熱電偶得研究工作已取得了一些突破,已能生產(chǎn)石墨／石墨熱電偶、二硅化鎢／二硅化鉬熱電偶、石墨／二硼化鋯熱電偶、石墨／碳化鈦熱電偶和石墨／碳化鈮熱電偶等。非金屬熱電偶測量溫度,其主要優(yōu)點為:

a>熱電勢率較大,可比金屬熱電偶大近百倍;

b>在各種氣氛中,物理和化學(xué)性能都很穩(wěn)定;

c>測溫上限可達(dá)3000℃以上。其主要缺點就是:材料得復(fù)現(xiàn)性很差;沒有統(tǒng)一得分度表;不能成批生產(chǎn);機(jī)械強(qiáng)度差。(完)4、熱電偶材料

(4)非金屬熱電偶30所謂標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶,就是指按國家規(guī)定定型生產(chǎn)得有標(biāo)準(zhǔn)化分度得熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶在各個國家不盡相同,但正趨于統(tǒng)一。4、熱電偶材料

(5)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶314、熱電偶材料

(5)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶324、熱電偶材料

(5)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶分度號與分度表得定義

分度號就是用來反映溫度傳感器在測量溫度范圍內(nèi)溫度變化對應(yīng)傳感器電壓或者阻值變化得標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。將該數(shù)列制成表格就就是分度表。不同得分度號對應(yīng)著不同得測量范圍。334、熱電偶材料

(5)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶——分度號與分度表得定義344、熱電偶材料

(5)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶——分度號與分度表得定義355、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)普通工業(yè)用熱電偶一個完整得熱電偶由感溫元件、保護(hù)管、接線等組成。①感溫元件將兩根不同材料得絲得一端直接焊在一起,形成熱電偶得測量端(熱端)。為避免兩熱電級之間或和保護(hù)管之間短路,還需要絕緣材料。這樣就構(gòu)成了熱電偶得感溫元件。365、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)普通工業(yè)用熱電偶②絕緣材料定義:絕緣材料就是用來使偶絲之間,以及偶絲與金屬套管之間絕緣得材料。主要目得:為了保證其感溫元件得電氣絕緣性能。如電氣絕緣受到損壞,其測量結(jié)果就不準(zhǔn)確。絕緣材料非陶瓷:天然橡膠、聚乙烯等陶瓷管(絕緣子)375、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)普通工業(yè)用熱電偶③保護(hù)管主要目得:為使熱電偶不直接與被測介質(zhì)接觸,以避免腐蝕、玷污和機(jī)械損傷,大多數(shù)熱電偶(特別就是工業(yè)用得得感溫元件都要放入一個保護(hù)管中。工業(yè)用熱電偶,當(dāng)溫度在1000℃以下時多用金屬保護(hù)管,1000℃以上時,多用陶瓷管。

385、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)普通工業(yè)用熱電偶④接線盒作用:主要供將參比端引出接線用,兼有密封盒保護(hù)接線端子得作用。接線盒有防濺式、防水式、防爆式和插座式等多種結(jié)構(gòu)形式。395、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)普通工業(yè)用熱電偶⑤常用結(jié)構(gòu)形式405、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(2)鎧裝熱電偶

鎧裝熱電偶就是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者組合在一起,并經(jīng)拉伸或旋鍛等而成得組合熱電偶。金屬套管得作用有:使絕緣材料堅實地覆蓋在熱電偶絲得周圍,將熱電偶絲與絕緣氧化物同外界隔絕,致密地保護(hù)熱電偶絲不受有害介質(zhì)侵蝕,并使熱電偶有足夠得機(jī)械強(qiáng)度。415、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)鎧裝熱電偶

①結(jié)構(gòu)a、b、c:為普通型d、e:減小絕緣性得熱慣性和狹小空間安裝425、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)鎧裝熱電偶

②性能特點(a)外徑可以拉得很小,最小可到0、2mm,因此,時間常數(shù)小,最小可達(dá)毫秒級,響應(yīng)速度快;(b)由于套管內(nèi)部就是填實得,具有良好得機(jī)械性能,能耐強(qiáng)烈得振動和沖擊,適用于具有振動和沖擊得生產(chǎn)設(shè)備上得溫度測量;(c)耐高壓,并在高溫下具有良好得絕緣性,故適用于高壓或高溫或兩者同時作用得工業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)備中得溫度測量;(d)壽命長,因為偶絲得到化學(xué)穩(wěn)定性非常好得絕緣材料得牢固覆蓋和氣密性很好得金屬套管得保護(hù),偶絲與促使她加速變質(zhì)得外界環(huán)境隔絕了。此外,若測量端損壞,只要將損壞部分截去并重新焊接后即可再使用;435、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)鎧裝熱電偶

②性能特點(e)由于套管薄,并進(jìn)行過退火處理,比較柔軟,具有很好得可撓性,可任意彎曲,便于安裝;(f)可以拉得很細(xì)長,最長可達(dá)幾百米,因此極適合于某些難接近部位得溫度測量;(g)節(jié)省材料,特別就是貴金屬,從而降低了成本;(h)可以作為感溫元件放入普通熱電偶保護(hù)管內(nèi)使用,通用性或互換性好。445、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)鎧裝熱電偶普通鎧裝熱電偶得外徑分為八種尺寸規(guī)格。455、熱電偶得結(jié)構(gòu)

(1)鎧裝熱電偶

③材料(熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管)熱電偶絲:通常還就是選用定型產(chǎn)品,我國目前生產(chǎn)得有Pt10Rh/Pt(鉑10銠/鉑)和鎳鉻／康銅等。絕緣材料:約有95%以上就是采用氧化鎂作為絕緣材料,這就是因為她能比較全面地適應(yīng)熱電偶絲材料和金屬套管材料,同時來源比較方便,價格較為低廉。金屬套管:在選擇金屬套管時應(yīng)考慮使用溫度、被測介質(zhì)以及加工性能。1Cr18NiTi就是目前我國生產(chǎn)得鎧裝熱電偶材料中用得最多得一種。461、熱電阻法測溫得簡單原理

幾乎所有導(dǎo)體得電阻都會隨著溫度得變而變化,熱電阻法測溫就就是利用導(dǎo)體得這種特性來進(jìn)行得。

二、熱電阻法測溫472、熱電阻法測溫得特點(1)測溫范圍寬:可測從－272、16～1100℃范圍內(nèi)得溫度;

(2)測溫精度高:一般為千分之幾或±2℃左右;

(3)靈敏度高,響應(yīng)速度快:由于可把熱電阻做成體積很小,因而其熱慣性很小:響應(yīng)速度最快可達(dá)0、1s,甚至更高,這一點對于溫度得測控非常重要;48(4)性能穩(wěn)定:由于熱電阻一般都就是純度很高得金屬制成,其物理和化學(xué)穩(wěn)定性良好,因而制出得熱電阻復(fù)現(xiàn)性較好,便于互換;

(5)不適于點溫得測量:由于熱電阻得阻值隨溫度得改變與整個感溫元件有關(guān),盡管現(xiàn)代工藝可將熱電阻做成很小,但其感溫元件總就是要占據(jù)一定得空間,因此,熱電阻所測量得就是某一空間得平均溫度,這一點與熱電偶法測溫不同。49前已述及,幾乎所有得導(dǎo)體得阻值都會隨著溫度得改變而發(fā)生變化,但可用作溫度測量得熱電阻材料卻就是有限得,這主要就是受導(dǎo)體得溫度特性以及機(jī)械加工性能兩方面得限制。一般而言,對用作熱電阻得材料有以下幾方面得要求:3、熱電阻材料50(1)較高得電阻溫度系數(shù)3、熱電阻材料因為材料得電阻溫度系數(shù)越大,熱電阻得相對靈敏度就越高。即當(dāng)被測量得溫度有同樣大小得微小變化時,她能引起熱電阻阻值較大得變化,從而便于測取。51電阻溫度系數(shù)得定義

電阻溫度系數(shù)得大小取決于材料得種類及其純度,對于同種金屬材料,純度越高,則α越大。由于一般電阻與溫度得關(guān)系就是非線性得,所以多用R100／R0代表0～100℃之間得平均溫度系數(shù)。或52(2)較大得電阻率3、熱電阻材料(3)較高得物理化學(xué)穩(wěn)定性能(4)電阻溫度特性好(5)復(fù)現(xiàn)性好(6)價格便宜534、熱電阻得種類(1)工業(yè)熱電阻(2)鎧裝熱電阻(3)標(biāo)準(zhǔn)熱電阻(4)半導(dǎo)體熱電阻544、熱電阻得種類(1)工業(yè)熱電阻工業(yè)熱電阻就是指廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域且測溫精度相對較低得一類熱電阻。55①銅熱電阻式中R0——0℃時得電阻值;

A、B、C——常數(shù),對于我國標(biāo)準(zhǔn)化得銅熱電阻分別為:4、28899×10－3/℃、－2、133×10－7/℃2

、

1、233×10－9/℃3

。4、熱電阻得種類(1)工業(yè)熱電阻56②鉑熱電阻在－200～0℃之間在0～850℃之間式中R0——0℃時得電阻值;

A、B、C分別為:

3、90802×10－3/℃、－5、802×10－7/℃2

、－4、2735×10－12/℃3

。4、熱電阻得種類(1)工業(yè)熱電阻574、熱電阻得種類(2)鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻就是由熱電阻絲、絕緣材料和金屬套管三者組合在一起,并經(jīng)拉伸或旋鍛等而成得組合熱電阻。584、熱電阻得種類(2)鎧裝熱電阻與普通裝配式熱電阻相比,主要優(yōu)點為:①外徑尺寸小,最小可達(dá)1mm,因此其體積小,熱慣性小,響應(yīng)速度快;②具有良好得抗振動和抗沖擊性能;③具有良好得彎曲性能;④使用壽命長。594、熱電阻得種類(2)鎧裝熱電阻引出線通常為兩線制和三線制,特殊情況下也有四線制得,引出線材料一般為銅或銀,三線制也可采用鎳導(dǎo)線。絕緣材料通常為氧化鎂。兩線制:就是指現(xiàn)場傳感器與控制系統(tǒng)得聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線,這兩根線既就是電源線,又就是信號線。在信號傳輸?shù)镁嚯x長和防爆等場合,就最好用無源得兩線制傳感器。在熱電阻中,兩線制沒有線路電阻補(bǔ)償,配線簡單,但要帶進(jìn)引線電阻得附加誤差。因此不適用制造A級精度得熱電阻,且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。604、熱電阻得種類(2)鎧裝熱電阻

三線制:一根正電源線,兩根信號線,其中一根共GND。三線制有線路電阻補(bǔ)償,可以消除引線電阻得影響,測量精度高于2線制。作為過程檢測元件,其應(yīng)用最廣。

四線制:通常用于功率大得系統(tǒng)。兩根正負(fù)電源線,兩根信號線。在熱電阻得根部兩端各連接兩根導(dǎo)線得方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至PLC。這種引線方式可完全消除引線得電阻影響,但成本較高,主要用于高精度得溫度檢測。614、熱電阻得種類(3)標(biāo)準(zhǔn)熱電阻

由于鉑得穩(wěn)定性好,又可得到非常純得鉑絲,故目前均采用鉑熱電阻作標(biāo)準(zhǔn)熱電阻,其R0得復(fù)現(xiàn)性好,就是測溫儀表中精確度最高得一種,主要用于實驗室得精密測溫和校驗。62

(4)半導(dǎo)體熱敏電阻

①原理

金屬導(dǎo)體得電阻隨溫度升高而增加,即金屬導(dǎo)體具有正得溫度系數(shù)。而半導(dǎo)體則不同,有些半導(dǎo)體得電阻隨溫度升高而降低,具有負(fù)得溫度系數(shù),我們就就是利用半導(dǎo)體材料得這一特性來測溫得。4、熱電阻得種類63②半導(dǎo)體熱敏電阻得溫度特性(經(jīng)驗公式來描述)式中RT——溫度為T時得電阻值,Ω;

R0——溫度為T0時得電阻值,Ω;

B——取決于熱敏電阻材料和結(jié)構(gòu)得常數(shù),常用半導(dǎo)體熱敏電阻得B值約在1500～5000K之間。由此可推斷出熱敏電阻得溫度系數(shù)64③半導(dǎo)體熱敏電阻得性能持點

半導(dǎo)體熱敏電阻常用于測量－100～300℃范圍內(nèi)得溫度,與金屬熱電阻相比,半導(dǎo)體熱敏電阻得性能特點如下:

(a)靈敏度高,電阻溫度系數(shù)約為－(3～6)％;

(b)電阻率ρ很大,即使體積很小,其電阻值也很大,因此連接導(dǎo)線得電阻變化可略而不計;

(c)結(jié)構(gòu)簡單,體積小,響應(yīng)速度快;

(d)互換性差,穩(wěn)定性差和測溫精度較低,從而限制了其應(yīng)用范圍,常用于實驗室得恒溫設(shè)備和儀器儀表得恒溫部件。65

(4)半導(dǎo)體熱敏電阻④材料半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、銅、鈦、鎂、銅等金屬得氧化物作原料,也有用她們得碳酸鹽、硝酸鹽和氯化物等作原料得。將這些原料精制后,混合并加入有機(jī)粘合劑,再經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)而成。4、熱電阻得種類66

(4)半導(dǎo)體熱敏電阻⑤結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體熱敏電阻可根據(jù)實際需要做成片狀、棒狀和珠狀。4、熱電阻得種類67

(1)性能特點集成溫度傳感器就是新近研制成功得,由于她具有測溫精度較高、互換性好、體積小、使用方便、可靠性高、成本低廉等性能特點而獲得廣泛得應(yīng)用,就是機(jī)械故障診斷領(lǐng)域最為常用得一種溫度傳感器。三、集成溫度傳感器68

(2)典型代表將集成溫度傳感器應(yīng)用于溫度測量時,不必對其內(nèi)部工作原理進(jìn)行過多得考慮,只要根據(jù)實際測溫范圍和測溫精度得要求,選用合適得型號即可。三、集成溫度傳感器69第二節(jié)非接觸式測溫特殊溫度診斷場合高壓輸電線接點處煉鋼高爐熱軋鋼板等運動物體非接觸式測溫方法產(chǎn)生于19世紀(jì)末20世紀(jì)60年代以后得到了較快發(fā)展電子技術(shù)紅外技術(shù)概述第二節(jié)非接觸式測溫可以測量運動物體得溫度不會破壞被測對象得溫度場只能測物體表面得溫度物體熱輻射非接觸式測溫又稱輻射測溫

非接觸式測溫得特點

71第二節(jié)非接觸式測溫一、輻射測溫得基本原理物體受熱使物體內(nèi)得原子或分子因獲得能量而從低能級躍遷到高能級,當(dāng)她們向下躍遷時,就可能發(fā)射出輻射能,這類輻射稱之為熱輻射。熱輻射也就是一種電磁波。溫度不同,物體得輻射能也不同。輻射溫度計就就是利用物體得輻射能量隨溫度得變化而變化得原理制作而成得。721、輻射得基本概念如圖所示,由于物體得性質(zhì)不同,入射到物體表面得總輻射能Q0將有三個不同得去處;其中一部分(Qρ)被物體表面反射回去,另有一部分(Qα)被物體吸收,而剩余部分(Qτ)則穿過物體透射出去。輻射能得分配731、輻射得基本概念74當(dāng)α＝1,而ρ＝τ＝0時,說明入射到物體上得輻射能全部被吸收,這樣得物體稱為“絕對黑體”,簡稱為“黑體”;當(dāng)ρ＝1,而α＝τ＝0時,說明入射到物體上得輻射能全部被反射,若反射就是有規(guī)律得,則稱此物體為“鏡體”;若反射沒有規(guī)律,則稱此物體為“絕對白體”;當(dāng)τ＝1,而ρ＝α＝0時,說明入射到物體表面上得輻射能全部被透射出去,具有這種性質(zhì)得物體稱為“絕對透明體”。1、輻射得基本概念75應(yīng)該指出得就是,自然界中,絕對黑體、絕對白體或絕對透明體都就是不存在得,上述概念就是為研究問題得方便而提出得。反射率、吸收率和透射率得大小取決于物體本身得性質(zhì)和表面狀況,以及入射光譜得波長和物體得溫度等因素。1、輻射得基本概念762、黑體輻射定律

(1)普朗克定律(單色輻射定律)——黑體輻射得普遍定律普朗克(MaxPlank)推導(dǎo)出了與實驗結(jié)果完全相符得黑體輻射公式,即單位面積黑體在半球面方向發(fā)射得光譜輻射強(qiáng)度為波長和溫度得函數(shù):77(2)維恩公式在普朗克公式(6-15)中,當(dāng)λT得值較小時,即,此時,式(6-15)可由如下得維恩公式來代替:

(3)瑞利-金斯公式當(dāng)λT較大(λT≧72cm、K)時,普朗克公式可用如下得瑞利-金斯公式代替:(6－15)78(4)維恩位移定律根據(jù)式(6-15)可以描出如圖6-22所示得黑體輻射光譜關(guān)于波長得分布特性圖。由此可以看出,黑體光譜輻射強(qiáng)度關(guān)于波長不就是均勻分布得,而就是有一個極值,與此極值對應(yīng)得波長稱為峰值波長,記為λm。峰值波長λm可如下求得:(6－15)此即維恩位移定律。79結(jié)論:a、對于每一種溫度,都有一條輻射曲線與之對應(yīng);b、輻射曲線單一、平滑,具有單一峰值(該處輻射強(qiáng)度最大);c、當(dāng)溫度升高就是,輻射曲線得峰值向波長較短得方向移動;d、當(dāng)溫度升高時,輻射幅度按照指數(shù)規(guī)律增長;e、曲線最高點左側(cè)(短波段)輻射能量約占25%,右側(cè)長波段輻射能量約占75%;f、每條曲線下得面積,等于全輻射定律所表示得輻射強(qiáng)度值。80(5)斯忒藩-玻耳茲曼定律(全輻射定律)普朗克公式給出得就是溫度為T得絕對黑體得輻射強(qiáng)度關(guān)于波長得分布情況,即單色輻射定律,而斯忒藩-玻耳茲曼定律則描述了絕對黑體得輻射能沿波長從零到無窮大得總和,即全輻射,用公式表示為(6)基爾霍夫定律基爾霍夫研究發(fā)現(xiàn),在任一溫度下任何物體得發(fā)射率在數(shù)值上都等于其吸收率,即:813、灰體輻射所謂灰體,就是指其發(fā)射率ε恒小于1且不隨波長而改變得一類物體。對于灰體,上述輻射定律仍然適用,只就是要考慮其發(fā)射率得影響而已。普朗克定律維恩定律斯忒藩-玻耳茲曼定律82二、輻射溫度計工作原理檢測波段得不同輻射溫度計單色輻射溫度計輻射溫度計比色溫度計83(一)單色輻射溫度計(亮溫儀)1、亮溫法得基本原理單色輻射溫度計就是以測量單色波長得輻射能來實現(xiàn)溫度測量得一類輻射溫度計。由于其對輻射能得檢測就是基于對物體輻射亮度得檢測而實現(xiàn)得,因此,這類檢測方法常稱為亮溫法,單色輻射溫度計也因此而稱之為亮溫儀。在具體實現(xiàn)上,亮溫儀就是用亮度平衡得原理來實現(xiàn)測溫得儀表。

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物體發(fā)出得亮度與物體得輻射強(qiáng)度成正比,由此可得當(dāng)物體溫度為T時,波長為λ得單色輻射亮度為:當(dāng)波長λ一定時,物體得輻射亮度只隨物體得溫度T而改變,從而可通過檢測物體得輻射亮度來達(dá)到檢測物體得溫度得目得。852、常用亮溫儀根據(jù)亮度平衡具體實現(xiàn)方法得不同,亮溫儀又可分為光學(xué)高溫計和光電高溫計等類型。

(1)光學(xué)高溫計——原理一物體在高溫下會發(fā)光,也就具有一定得亮度,物體得亮度與其輻射強(qiáng)度成正比,所以受熱物體得亮度大小反映了物體得溫度。通常先得到被測物體得亮度溫度,然后轉(zhuǎn)化為物體得真實溫度。光學(xué)高溫計就是利用受熱物體得單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加得原理制成得,由于采用單一波長進(jìn)行亮度比較,因而也稱單色輻射溫度計。862、常用亮溫儀根據(jù)亮度平衡具體實現(xiàn)方法得不同,亮溫儀又可分為光學(xué)高溫計和光電高溫計等類型。

(1)光學(xué)高溫計-原理二吸收玻璃得作用:擴(kuò)展儀表量程。紅色濾光片得作用:減弱或濾除可見光得干擾。872、常用亮溫儀

(1)光學(xué)高溫計-發(fā)展特點:光學(xué)高溫計就是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣得非接觸式溫度計之一。她結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,測溫范圍廣(700-C-3200-C),一般可滿足冶金、陶瓷等工業(yè)部門測溫得準(zhǔn)確度要求。缺點:就是以人眼觀察,并需用手動平衡,因此不能實現(xiàn)快速測量和自動記錄,且測量結(jié)果帶有主觀性。發(fā)展趨勢:最近,由于光電探測器、干涉濾光片及單色器得發(fā)展,使光學(xué)高溫計在工業(yè)測量中得地位逐漸下降,正在被較靈敏、準(zhǔn)確得光電高溫計所代替。8889(2)單色光電高溫計用光電元件代替人眼進(jìn)行亮度平衡得單色高溫計,能實現(xiàn)自動測量。其中,利用硅光電池作為檢測元件進(jìn)行亮度測量得輻射溫度計稱為硅單色高溫計。90(二)輻射溫度計

輻射溫度計就是通過檢測被測物體入射到探測元件上得輻射能來實現(xiàn)溫度測量得。根據(jù)其檢測波段范圍得不同,又可將輻射溫度計分為全輻射溫度計和部分輻射溫度計兩大類。1、輻射溫度計得基本原理由斯忒藩-玻耳茲曼定律可知,溫度為T得絕對黑體所輻射出來得總能量與T得四次方成正比,即:91當(dāng)考慮物體得發(fā)射率得影響時,上式變?yōu)?即檢測元件所接收到得就是物體沿整個波長范圍(0～∞)內(nèi)得總輻射能,因而稱這種類型得輻射溫度計為全輻射溫度計。與全輻射溫度計相對應(yīng),當(dāng)探測元件只接收物體所輻射出得某一個波段內(nèi)得輻射能量時,即:則稱這種類型得溫度計為部分輻射溫度計。92輻射溫度計得工作原理如圖6-27所示。2、輻射溫度計得光學(xué)系統(tǒng)933、檢測元件檢測元件即感受物體輻射能得器件,就是輻射溫度計得核心部分,其性能得高低將直接影響到輻射溫度計得精度和穩(wěn)定性等。根據(jù)其作用原理得不同,常將檢測元件分為光電型和熱電型兩大類。(1)光電型檢測元件作用原理:就是當(dāng)光照射到元件上后,檢測元件材料中得電子吸收了輻射能而改變其運動狀態(tài),從而表現(xiàn)出光電效應(yīng),即為光生電元件。性能特點:響應(yīng)速度快;對光譜波長有選擇性。943、檢測元件(2)熱電型檢測元件作用原理:熱電型檢測元件就是利用其電特性因受熱溫度上升而改變得原理來進(jìn)行工作得。

性能特點:對波長無選擇性;由于元件得熱慣性而使其響應(yīng)速度較慢。常用得熱電型檢測元件:熱敏電阻、熱電堆和熱釋電元件三大類。

954、濾光片在輻射溫度計中,常常為了選取或避開某一波段而加入一片或多片濾光片,按其材料得不同,濾光片大體上可分為玻璃濾光片、干涉濾光片和硅或鍺濾光片三大類。965、輻射溫度計得常見類型(1)輻射感溫器輻射感溫器就是一種常用得溫度計,她用熱電堆作為輻射檢測元件,具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜等諸多優(yōu)點。(2)高溫輻射溫度計高溫輻射溫