溫度測量方法分類及優(yōu)缺點概述

1、.溫度測量方法分類及優(yōu)缺點概述摘要：溫度是表征物體冷熱程度的物理量,是國際單位制中七個基本物理量之一 , 它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究有著密切關系。 隨著科學技術水平的不斷提高 , 溫度測量技術也得到了不斷的發(fā)展 。本文將討論總結溫度測量的各種方式，并分析他們各自的優(yōu)缺點。1. 溫度測量的分類溫度測量的分類可以通過其與被測量的物體是否接觸分為接觸式和非接觸式。接觸式測量儀表比較簡單、可靠，測量精度高。但是因為測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換， 所以其需要一定的時間才能達到熱平衡。 接觸式測量儀存在測溫延遲現(xiàn)象， 同時受耐高溫和耐低溫材料的限制， 不能應用于這些極端的溫度測量。非接觸

2、式儀表測溫儀是通過熱輻射的原理來測量溫度的， 測溫元件不需要與被測介質接觸， 測溫范圍廣， 不受測溫上限的限制， 也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；但受到物體發(fā)射率、測量距離、煙塵和水汽等外界因素的影響，其測量誤差較大。2. 接觸式測量方法2.1 膨脹式溫度測量原理：利用物質的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關系進行溫度測量。熱脹冷縮式溫度計包括玻璃液體溫度計、 雙金屬膨脹式溫度計和壓力式溫度計等。優(yōu)點：結構簡單 , 價格低廉 , 可直接讀數(shù) , 使用方便 , 非電量測量方式 , 適用于防爆場合。缺點：準確度比較低 ,不易實現(xiàn)自動化 ,而且容易損壞。2.2 電量式測

3、溫方法利用材料的電勢、 電阻或其它電性能與溫度的單值關系進行溫度測量， 包括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。1. 熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起 , 當參考端和測量端有溫差時 , 就會產(chǎn)生熱電勢 , 根據(jù)該熱電勢與溫度的單值關系就可以測量溫度。 熱電偶具有結構簡單 , 響應快 , 適宜遠距離測量和自動控制的特點 , 應用比較廣泛。2. 熱電阻是根據(jù)材料的電阻和溫度的關系來進行測量的, 輸出信號大 , 準確度比較高 , 穩(wěn)定性好 , 但元件結構一般比較大 , 動態(tài)響應較差 , 不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。3. 熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的

4、半導體熱敏感元件 , 具有靈敏度高、價格便宜的特點 , 但其電阻值和溫度的關系線性度差 , 且穩(wěn)定性和互換性也不好。4. 石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測量溫度的。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好 , 可用于高精度和高分辨力的測量場合。隨著電子技術的發(fā)展 , 可以將感溫元件和相關電子線路集成在一個小芯片上,構成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片 , 輸出信號可以是電壓、頻率 , 或者是總線數(shù)字信號 , 使用非常方便 , 適用于便攜式設備。2.3 接觸式光電、熱色測溫方法.原理：接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象 , 將溫度變化引起的熱輻射或其他光電信號

5、引出 , 通過光電轉換器件檢測該信號 , 從而獲得測溫結果的方法。優(yōu)點：這種方法不像電量式測量方法容易受到電磁的干擾 , 可以在電磁環(huán)境下進行溫度測量 ; 可以避免像非接觸式輻射溫度計那樣容易受到被測對象表面發(fā)射率和中間介質的影響。缺點：會干擾被測對象的溫度,帶來接觸式測溫方法引起的一些誤差。光纖式溫度測量技術近年來發(fā)展迅速,根據(jù)光纖所起的作用 ,可分為兩類 :一類是利用光纖本身具有的某種敏感功能測量溫度,屬于功能型傳感器 ;另一類 , 光纖僅僅起到傳輸光信號的作用 , 必須在光纖端面配合其他敏感元件才能實現(xiàn)測量 , 稱為傳輸型傳感器。基于不同的原理 , 有很多種光纖溫度傳感器 , 適用于不同

6、的測溫場合。熱色測溫方法主要通過示溫敏感材料的顏色在不同溫度下發(fā)生變化來指示溫度的 , 示溫漆和示溫液晶都屬于熱色測溫。 示溫漆可以測量運動物體或其他復雜條件表面的溫度分布 , 使用簡單方便 , 缺點是影響判別溫度結果的因素比較多 , 如涂層厚度、判讀方法、樣板和示溫顆粒大小等 , 目前主要還是靠人工判讀。示溫液晶的主要成分是膽甾醇類 , 這類液晶在一定的溫度范圍內(nèi) , 其顏色隨溫度靈敏地變化 , 改變液晶的成分 , 可以靈活調(diào)整其測溫量程和測溫靈敏度。3. 非接觸式測溫方法原理及特點3.1輻射式測溫方法原理：是以熱輻射定律為基礎， 它可分為全輻射高溫計、 亮度式高溫計和比色式高溫計。全輻射高

7、溫計結構相對簡單 , 但受被測對象發(fā)射率和中間介質影響比較大 , 測溫偏差較大 , 不適合用于測量低發(fā)射率目標。亮度溫度計靈敏度比較高 , 受被測對象發(fā)射率和中間介質影響相對較小 , 測量的亮度溫度與真實溫度偏差較小 , 但也不適用于測量低發(fā)射率物體的溫度 , 并且測量時要避開中間介質的吸收帶。比色測溫法測量結果最接近真實溫度 , 并且適用于低發(fā)射率物體的溫度測量 , 但結構比較復雜 , 價格較貴。紅外測溫儀具有如下優(yōu)點 : 可以采用偽彩色直觀顯示物體表面的溫度場 ; 溫度分辨力高 , 能準確區(qū)分的溫度差甚至達 0.01 以下。3.2 光譜測溫方法光譜測溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測量

8、。 當單色光線照射透明物體時 , 會發(fā)生光的散射現(xiàn)象 , 散射光包括彈性散射和非彈性散射 , 彈性散射中的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強都與介質的溫度有關。相比而言 , 拉曼散射光譜測溫技術的實用性更好 , 常用拉曼散射光譜來測量溫度。 由于自發(fā)拉曼散射的信號微弱且非相干 , 對于許多具有光亮背景和熒光干擾的實際體系 , 它的應用受到一定的限制。 而受激拉曼散射能大幅度提高測量的信噪比 , 更具有實用性。如相干反斯托克斯拉曼散射 (CARS) 測溫方法 , 可使收集到的有效散射光信號強度比自發(fā)拉曼散射提高好幾個數(shù)量級 , 同時還具有方向性強、抗噪聲、熒光性好、脈沖效率高和所需脈沖輸入能量

9、小等優(yōu)點 , 適合于含有高濃度顆粒的兩相流場非清潔火焰的溫度診斷。但是 , CARS法的整套測量裝置價格十分昂貴 , 其信號的處理相當復雜 , 限制了其廣泛使用。受激熒光光譜法是指在入射光的激勵下 , 分子發(fā)出的熒光光譜在若干個波長上有較強的尖峰 , 這些特征波長的強度是溫度的函數(shù)。 通過測量其特征波長下.的絕對強度、相對強度 ,或者熒光的馳豫時間 ,就可以確定被測介質的溫度。譜線反轉法也稱自蝕法或譜線隱現(xiàn)法 , 最常見的是鈉 D 線反轉法 , 可用于火焰等高溫測量。它的基本原理是在目標火焰中均勻地加入微量鈉鹽 , 產(chǎn)生兩條波長為 5889.95A 和 5895.92A 的黃色明亮譜線。當背景

10、光源的自然光線照射并通過鈉蒸氣時 , 調(diào)節(jié)背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時 , 光源的亮溫就等于火焰的溫度。 譜線反轉法的裝置簡單 , 適用于火焰穩(wěn)定、 測量方向溫度梯度不大的場合。3.3 聲波、微波測溫方法聲學測溫是基于聲波在介質中的傳播速度與介質溫度有關的原理實現(xiàn)的 , 因此只要測得聲速 , 就可以推算出溫度?？梢酝ㄟ^直接測量聲波在被測介質中的傳播速度 , 也可以測量放在被測介質中細線的聲波傳播速度來得到溫度。 這種方法可以用于測量高溫氣體或液體的溫度 , 在高溫時會有更高的靈敏度。微波衰減法可以用來測量火焰溫度 , 其原理是當入射微波通過火焰時 , 與火焰中的等離子體相互作用 , 使出射的微波強度減弱 , 通過測量入射微波的衰減程度可以確定火焰氣體的溫度。4. 總結傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測溫方法以其技術成熟、 結構簡單、使用方便等特點 , 在未來溫度測量領域中 , 依然能夠廣泛使用。隨著新材料、新工藝以及一些新技術的發(fā)展 , 其應用范圍更加拓展。 在溫度測量方面， 我們還需要還要不斷探索新的溫度測量方法 , 改進原有測量技術 , 以滿足各種條件下的溫度測量需求。5. 參考文獻1. 楊永軍 , 蔡靜 特殊條件下的溫度測量中國計量出版社 , 200812. 王魁漢