汽車試驗學6溫度測量.ppt

汽車試驗學,哈爾濱工業(yè)大學(威海)汽車工程學院 264209 山東威海文化西路2號,第6章 溫度測量,本章主要內(nèi)容,基本概念 穩(wěn)態(tài)溫度的測量 瞬態(tài)溫度測量 零部件溫度的測量,6.1 基本概念,6.1.1 溫度 溫度的微觀概念是表示構成物體的大量分子運動的平均強度。分子運動愈激烈其溫度越高。溫度的宏觀概念是建立在熱平衡的基礎上，表示物體的冷熱程度。溫度是表征物體或系統(tǒng)達到熱平衡狀態(tài)的量度標志。 6.1.2 溫標 1. 經(jīng)驗溫標 經(jīng)驗溫標的基礎是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關系。 2熱力學溫標 熱力學溫標是建立在熱力學第二定律的基礎上。 3國際實用溫標 為使溫標更易于實施及準確復現(xiàn)，1927年國際計量大會決定采用國際實用溫標。,6.1 基本概念,6.1.3 測溫方法分類 1.接觸法 接觸法是基于熱平衡原理，測溫敏感元件(傳感器)直接與被測物體接觸，在足夠長時間內(nèi)，使敏感元件與被測點達到熱平衡，通過測量敏感元件與溫度有關的特性(如熱膨脹、電阻值、熱電交換、熱輻射等)參數(shù)，從而實現(xiàn)溫度測量。 2 非接觸法 測溫敏感元件不直接與被測物體相接觸，而利用物體的熱輻射或其他特性(如聲學特性)，通過對輻射能量的檢測而實現(xiàn)溫度測量。,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.1 膨脹式溫度計 1.玻璃管式液體溫度計 玻璃管式溫度計是最普通的膨脹式溫度計。 2壓力式溫度計 壓力式溫度計是由溫包、 毛細管和彈簧管所構成的密閉系統(tǒng)和傳動指示機構組成。密閉系統(tǒng)內(nèi)充注的不可壓縮流體或可揮發(fā)性液體。測量時，感溫包置于被測流體中，當溫度發(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，由連桿機構帶動指針偏轉，實現(xiàn)溫度測量 。 3雙金屬溫度計 雙金屬溫度計是利用線脹系數(shù)不同的兩種金屬構成的金屬片作為感溫元件。當溫度發(fā)生變化時，兩種金屬的膨脹不同，雙金屬片產(chǎn)生于被測溫度成正比的變形，其偏轉角即反應被測溫度的大小。,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.2 電阻式溫度計 電阻式溫度計又稱熱電式溫度計，它是利用金屬電阻或半導體熱敏電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。 1.金屬絲溫度計 由物理學可知，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 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，即具有負的溫度系數(shù)。,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.3 熱電偶式溫度計 1.結構及型式 熱電偶是由熱電極、絕緣體、保護套管及接線盒組成。熱電偶接點的安裝型式有：露頭型、絕緣型和接地型。 2安裝要求 為了減小測量誤差，熱電偶在安裝時，測溫元件應與被測介質(zhì)形成逆流。若不能采用逆流，可采用迎著被測介質(zhì)流向斜插，至少與被測介質(zhì)正交，盡量避免形成順流。另外，在測溫元件插入處附近的管道或容器壁外要有足夠的絕緣層。,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.3 熱電偶式溫度計 3.特殊熱電偶 1)高溫熱電偶 2)抽氣式熱電偶 3)快速消耗型熱電偶,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.3 熱電偶式溫度計 4.標定 1) 靜態(tài)標定 2)動態(tài)標定,6.2 穩(wěn)態(tài)溫度的測量,6.2.4 溫度測量誤差分析 1.熱輻射引起的誤差 2.熱傳導引起的誤差 3. 高速氣流滯止引起的速度誤差,6.3 瞬態(tài)溫度測量,6.3.1 輻射測溫的基本原理 任何高于絕對零度(-273.15)的物體總是以一定的電磁波波長向外輻射能量，能量的強度取決于物體的溫度。通過計算已知波長上發(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，黑體的單色輻射強度與波長之間的關系. 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度隨溫度變化的規(guī)律，而關于黑體的全輻射強度與溫度的關系，可由斯蒂芬玻爾茲曼定律確定，即單色輻射強度在熱輻射全部波長范圍內(nèi)積分。,6.3 瞬態(tài)溫度測量,6.3.2 部分輻射溫度計 部分輻射溫度計是通過濾光片及傳感元件有選擇的測試物體在某狹窄波段范圍內(nèi)發(fā)出的單色輻射能，并由此來確定物體的表面溫度 1.單色亮度溫度計 單色亮度溫度計是利用亮度比較取代輻射強度。當物體的溫度高于700時就會明顯發(fā)出可見光，并具一定亮度，其單色亮度與單色輻射強度成正比。 2.比色式溫度計 比色溫度計是利用兩種不同波長的輻射強度的比值來測量溫度，故又稱雙色高溫計。,6.3 瞬態(tài)溫度測量,6.3.2 部分輻射溫度計,6.3 瞬態(tài)溫度測量,6.3.3 全輻射溫度計 全輻射溫度計是在整個光譜范圍內(nèi)測量被測表面的輻射量。根據(jù)四次方定律，對于發(fā)射率為 的物體其全輻射強度為 只要測量出被測物體的全部輻射能，就可得到物體的溫度。,6.3 瞬態(tài)溫度測量,6.3.4 紅外測溫儀 輻射式溫度計在(0-700)此溫度段內(nèi)，物體所發(fā)出的輻射能不再是可見光而全是紅外輻射，故需要利用個紅外探測器(熱敏電阻、熱電偶或光電池等)來檢測。圖6.22為紅外測溫儀的典型系統(tǒng)框圖。當被測物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦后照射到紅外探測器上 ,并轉換成電信號 ,再通過放大電路、補償電路及線性處理后，在顯示終端顯示被測溫度值。,6.4 零部件溫度的測量,6.4.1電測法 1熱電偶法 根據(jù)溫度信號的引出方式不同，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上采用附屬機構將熱電偶導線引出缸體外， 并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。,6.4 零部件溫度的測量,6.4.1電測法 2) 接觸法 對于高轉速的發(fā)動機若采用引線法測量，難以保證熱電偶導線長期工作的可靠性，因而通常采用接觸法。觸點是接觸法的關鍵元件，其好壞及使用壽命直接影響測量結果的正確與否。圖6.25示出了該三種觸點裝置的安裝示意圖。,6.4 零部件溫度的測量,6.4.1電測法 2紅外遙感法 紅外遙感測量系統(tǒng)是一種將熱電偶信號轉換成電信號通過紅外遙感裝置輸出缸外的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強,，是比較理想的內(nèi)燃機活塞溫度測試系統(tǒng)。工作原理是，在活塞預測部位布置好熱電偶，通過熱電偶將測點的溫度信號轉變成電壓信號,再用電壓/頻率轉換器使之轉變成為頻率信號，頻率信號驅動紅外發(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，通過接收器記錄的電壓值反映出測點的溫度值，并與數(shù)據(jù)采集電路相連接。,6.4 零部件溫度的測量,6.4.2 非電測法 1易熔合金法 該方法是利用某種給定成分的合金其熔點一定的特性實現(xiàn)零部件的溫度測量。該方法操作簡便，但由于需要事先估計被測零件的溫度，因而往往需要多次才能測得溫度。另外，易熔合金法需要在被測零件上鉆若干小孔，從而影響了零件的強度和溫度變化。 2 硬度塞法 該方法是利用金屬材料的硬度變化來確定對應溫度的方法。即運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。硬度塞法是測量發(fā)動機溫度場是一種方便實用的方法,硬度塞加工容易、安裝簡便、成本較低。缺點是只限定于某一工況下的溫度，且測溫時間較長，精度不高。但在只需了解零件溫度的粗略值時，尤其在活塞溫度場的測量中，該方法經(jīng)常采用。,6.4 零部件溫度的測量,6.4.2 非電測法 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行測溫。示溫涂料是由粘結劑和變色劑組成。粘結劑