現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)-李英順-電子教案-第11章課件

1、第11章溫度測(cè)量、11.2熱電偶、11.3熱阻和熱敏電阻、11.4集成溫度傳感器ad 590、11.1概述、1、學(xué)習(xí)交流PPT、第三通用流程參數(shù)測(cè)量、流程控制系統(tǒng)至少具有控制對(duì)象(或稱為控制流程)、檢測(cè)裝置(傳感器)測(cè)試設(shè)備檢測(cè)測(cè)試參數(shù)(例如溫度、壓力、流量、液位和組件量)，將其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)募蓸?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并起到系統(tǒng)顯示、記錄或下一步曹征控制的作用。檢測(cè)裝置實(shí)際上由兩部分組成，首先檢測(cè)控制參數(shù)，然后發(fā)射機(jī)將其轉(zhuǎn)換為集成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。2，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，溫度是表征物體冷熱程度的一種物理量，是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常見和最重要的熱參數(shù)之一。溫度不能直接測(cè)量，只能根據(jù)冷熱物體之間的熱交換或冷

2、熱程度而改變物體物理特性的特性間接測(cè)量。根據(jù)溫度測(cè)量方法，可分為接觸式溫度測(cè)量法和非接觸式溫度測(cè)量法兩類。3，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，11.1.1.1溫度測(cè)量方法接觸溫度接觸溫度測(cè)量的特點(diǎn)是溫度檢測(cè)元件直接與測(cè)量對(duì)象接觸，兩者都進(jìn)行了完全的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時(shí)溫度計(jì)的顯示值是測(cè)量對(duì)象的溫度。以接觸式方式測(cè)量溫度的常用溫度計(jì)是玻璃溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、熱電偶和熱電阻等接觸式溫度測(cè)量，特別適合下面，是熱容量大、無腐蝕的對(duì)象的連續(xù)在線溫度測(cè)量。4，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，非接觸溫度測(cè)量非接觸溫度測(cè)量的特點(diǎn)是溫度檢測(cè)組件不直接與測(cè)試對(duì)象接觸，接受測(cè)試對(duì)象的熱輻射，可以熱

3、交換，因此測(cè)量測(cè)試對(duì)象的溫度。非接觸溫度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是，不改變被測(cè)量物體的溫度分布，熱慣性小，溫度測(cè)量上限高，方便測(cè)量移動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。為了準(zhǔn)確、容易地傳遞溫度值，應(yīng)該制作測(cè)量溫度的綜合尺度溫度計(jì)。確定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零)和測(cè)量溫度的基本單位。5、學(xué)習(xí)交換PPT、11.1概述、1。經(jīng)驗(yàn)溫度計(jì)根據(jù)特定物質(zhì)的體積膨脹和溫度的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式確定的溫度計(jì)稱為經(jīng)驗(yàn)溫度計(jì)。華氏溫度標(biāo)志是大氣壓下純凈水的冰點(diǎn)是32度，沸點(diǎn)是212度，中間是180等分，每個(gè)華氏1度。在攝氏溫度標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，下水的冰點(diǎn)記為0度，水的沸點(diǎn)記為100度，100-100之間的100等分，1等用攝氏1度，符號(hào)

4、t表示。11.1.2溫度單位，6，學(xué)習(xí)通信PPT，11.1概述，攝氏溫度和華氏關(guān)系，(11-1)熱力學(xué)溫度計(jì)，基于1848年凱爾文提出的卡諾循環(huán)，是理想的、實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)的理論溫度計(jì)，是國(guó)際單位制的7個(gè)基本物理單位之一。與攝氏度的關(guān)系是(11-2)單位為開，并記錄為k。7，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，3。從絕對(duì)氣體溫度標(biāo)準(zhǔn)異常氣體狀態(tài)方程開始，鄭在玹熱力學(xué)溫標(biāo)稱為絕對(duì)氣體溫度指示，在玻爾定律(11-3)中p特定質(zhì)量氣體的壓力；這種氣體的體積是v。r普遍常數(shù)T熱力學(xué)溫度。氣體體積恒定時(shí)，其壓力與溫度的單值函數(shù)(11-4)的比率關(guān)系完全類似于開爾文給定的熱力學(xué)溫度計(jì)的比率關(guān)系。因此，如果使用相同

5、的固定點(diǎn)(水的三相點(diǎn))作為參照點(diǎn)，則兩個(gè)溫度指示在數(shù)值上是相同的。常識(shí)是理想氣體的溫度顯示方程。8，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，國(guó)際溫度計(jì)按照國(guó)際溫度計(jì)的規(guī)定：熱力學(xué)溫度是基本溫度，用符號(hào)t表示，單位是開，k表示。將水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度(即固體、液體、氣體三相共存時(shí)的平衡溫度)定義為273.16K，將1K(開爾文一度)定義為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。一般規(guī)定比水的三相點(diǎn)低0.01K的氣溫為攝氏0度，這與(11-5)溫度范圍的分節(jié)和插值方程有關(guān)。攝氏溫度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系仍然可以從形式(11-5)來看(11-6)，9，學(xué)習(xí)交換PPT，11.1概述，11.1.3溫度計(jì)的分類，廣泛的

6、溫度測(cè)量范圍，溫度計(jì)的種類很多。根據(jù)工作原理，有膨脹、熱阻、熱電偶和輻射。根據(jù)測(cè)量方法的不同，有接觸類別和非接觸類別。根據(jù)溫度范圍，可分為低溫、低溫、中溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫度一般被認(rèn)為是0-10K，低溫是10-800K，中溫是乙，高溫是指，胃是超高溫。10、學(xué)習(xí)交流PPT、表11-1常用溫度測(cè)量?jī)x、11、學(xué)習(xí)交流PPT、12、學(xué)習(xí)交流PPT、11.2熱電偶、溫度測(cè)量有多種測(cè)量方法，但熱電偶作為溫度測(cè)量元素準(zhǔn)確度高。測(cè)量范圍寬度，常用熱電偶，低溫可測(cè)量對(duì)高溫可測(cè)量對(duì)左右，特殊材料的熱電極，最小可測(cè)量，最大可達(dá)到溫度。靈敏度好。使用方便。13，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，將兩個(gè)徐璐不同材

7、料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a，b螺紋為閉合回路，節(jié)點(diǎn)1和2存在不同溫度t，電路的熱電勢(shì)，產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。11.2.1熱電效應(yīng)，圖11-1熱電偶電路，14，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，圖11-2溫差電位，1，產(chǎn)生熱電勢(shì)的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩個(gè)導(dǎo)體的接觸電位和單個(gè)導(dǎo)體的溫差電位組成。熱電偶的溫差電位僅與熱電極的材料和兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度相關(guān)，與熱電極的幾何尺寸無關(guān)。15，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，單導(dǎo)體的溫差電位在兩端溫度不同的情況下在導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電位，這種電位稱為溫差電位。記憶，(11-7)，A，b的溫差電動(dòng)勢(shì)分別為，16，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，圖11-3接觸電位，接觸電位：兩

8、個(gè)導(dǎo)體的接觸電位，接觸電位與接觸點(diǎn)溫度，17，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，熱電偶電路的總熱電偶電位為兩個(gè)觸點(diǎn)的溫度和兩個(gè)導(dǎo)體的電子密度不同的情況(11-8)，18，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，2，熱電偶由均勻?qū)wa組成的封閉回路包括：圖11-4同質(zhì)導(dǎo)體回路，19，交流PPT學(xué)習(xí)，11.2熱電偶，因此電路的總熱電勢(shì)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：所有熱電偶必須由兩個(gè)具有不同特性的導(dǎo)體組成。如果熱電偶由兩個(gè)均勻?qū)w組成，則熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩個(gè)觸點(diǎn)溫度相關(guān)，而不是與沿?zé)犭姌O的溫度分布相關(guān)。因?yàn)榉忾]回路中的材料相同，所以兩個(gè)接觸點(diǎn)的接觸位移為零。也就是說，導(dǎo)體a的兩端溫度不同，因此存在溫差電位，

9、但電路的兩條道路溫差電位大小相同，方向相反，電路的總溫差電位為0，即，20，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律如果中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則接近中間導(dǎo)體后，熱電偶電路的總熱電勢(shì)不受影響。敘述句是：21，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，圖11-5中有中間導(dǎo)體的熱電偶回路，22，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，因?yàn)榕e例分析，用導(dǎo)體a，b構(gòu)成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)；25，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，圖11-6標(biāo)準(zhǔn)電極定律，26，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律連接導(dǎo)體定律中，熱電偶電路中的熱電極a，b連接導(dǎo)線a，b，27，學(xué)習(xí)AC PPT，11.2熱電

10、偶，如果a和a，b材料相同，節(jié)點(diǎn)溫度為，則根據(jù)連接導(dǎo)體的法則獲得電路的熱電勢(shì)，圖11-7連接導(dǎo)體的法則，(11-12)，熱電勢(shì)，中間溫度定律為熱電偶開發(fā)分度表提供了理論依據(jù)。根據(jù)此定律，只要列出基準(zhǔn)溫度與時(shí)間熱電溫度的關(guān)系，就可以向上求出基準(zhǔn)溫度不等的熱電勢(shì)。29，學(xué)習(xí)交換PPT，11.2熱電偶，熱電偶電極材料的1，熱電偶材料的主要要求如下。配置的熱電偶必須具有較大的熱電偶電位，熱電勢(shì)和溫度之間的線性關(guān)系或近似線性關(guān)系?？稍谳^大的溫度范圍內(nèi)使用，長(zhǎng)期運(yùn)行后，理化性能和熱電性能比較穩(wěn)定。電導(dǎo)率要求高，電阻溫度系數(shù)小。復(fù)制簡(jiǎn)便、過程簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。第二，熱電偶模型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶國(guó)際電氣技術(shù)委員會(huì)(I

11、EC)推薦的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有8種，我國(guó)已經(jīng)采用。11.2.2熱電偶材料，型號(hào)和結(jié)構(gòu)，30，學(xué)習(xí)交換PPT，11.2熱電偶，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，成熟，廣泛應(yīng)用，良好的性能穩(wěn)定性，批量生產(chǎn)，相同型號(hào)交換，均勻索引和輔助顯示設(shè)備。工作團(tuán)溫度高于標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)的話，之前的導(dǎo)體是熱電勢(shì)的兩極，后者是前者的電子密度大于后者的陰極。鉑銠10-鉑熱電偶(索引號(hào)s)鉑銠30-鉑銠6熱電偶(索引號(hào)b)鉑13-鉑熱電偶(索引號(hào)r)鎳鉻鎳硅熱電偶(索引號(hào)k)鎳鉻硅熱電偶這是因?yàn)槟壳斑€沒有達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化水平，未標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶不能達(dá)到使用范圍或兩側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，通常沒有固定的索引表。 銥40-銥熱電偶是目前在氧化氣氛下唯一能測(cè)量的

12、高溫?zé)犭娕?，因此成為航天火箭技術(shù)中重要的溫度測(cè)量因素，并在范圍內(nèi)使用。鎳鉻金鐵不能用金屬熱電偶材料解決，使用，32，學(xué)習(xí)交換PPT，11.2熱電偶，石墨和耐火化合物，具有高熔點(diǎn)，在上述高溫條件下性能穩(wěn)定的特性。目前開發(fā)了碳石墨、石墨-碳化硅、石墨-碳化鉬和硼化碳-碳等非金屬熱電偶。3，熱電偶結(jié)構(gòu)：普通熱電偶、行業(yè)常用普通熱電偶的結(jié)構(gòu)包括熱電極1、絕緣套管2(防止兩個(gè)熱電極在中間位置短路)、保護(hù)套管3(保護(hù)熱電極不受化學(xué)侵蝕和機(jī)械損傷)、接線盒4(通過接線盒連接到熱電極的接線盒4)、接線盒5，33，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，普通熱電偶主要用于氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度測(cè)量，這些熱電偶以標(biāo)

13、準(zhǔn)形式制造，可以根據(jù)溫度測(cè)量范圍和環(huán)境條件選擇合適的熱電極材料和保護(hù)套。圖11-8一般熱電偶的基本結(jié)構(gòu)，34，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，手套熱電偶(也稱為電纜熱電偶)手套熱電偶，將熱電極，邊緣材料與金屬保護(hù)套一起拉，使其非常細(xì)長(zhǎng)，直徑可以小到1-3毫米，可彎曲，小物體的每個(gè)手套熱電偶的種類很多，可以制成單芯、雙核及四芯等。主要特征是末端熱容量小?？焖賱?dòng)態(tài)響應(yīng)；有很好的彈性，容易彎曲。防塵性能好，強(qiáng)度高。薄膜熱電偶是以真空沉積(或真空濺射)方式在絕緣基板上積累熱電偶材料而成的熱電偶稱為薄膜熱電偶。熱電偶可以變得很薄，因此在測(cè)量表面溫度時(shí)不影響測(cè)量表面的溫度分布，其本身的熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快

14、，適合測(cè)量小區(qū)域和瞬時(shí)變化的溫度。35、學(xué)習(xí)交流PPT、11.2熱電偶、圖11-9薄膜熱電偶、1-測(cè)量端2-絕緣基板3、4-熱電極5、6-引線7-連接器固定裝置、36、36，37，學(xué)習(xí)AC PPT，11.2熱電偶，一，溫度測(cè)量原理和方法理論根據(jù)已知熱電偶兩電極的材料確定，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與熱電偶的雙端溫度相關(guān)，如果基準(zhǔn)端溫度保持不變，給定材料的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與工作端溫度t和單值函數(shù)關(guān)系(即，(11-14)，圖11-11使用熱電偶和動(dòng)態(tài)環(huán)形儀表連接，39，學(xué)習(xí)交流PPT，11.2熱電偶，此力矩m使線圈繞中心軸旋轉(zhuǎn)。線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生與線圈偏轉(zhuǎn)成比例的反作用力矩。(11-16)，即在設(shè)定線圈的幾何大小和