熱工測量復習提綱(共8頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上溫度測量 溫度的宏觀概念：冷熱程度的表示，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。處于熱平衡狀態(tài)的所有熱力學系統(tǒng)都具有共同的宏觀性質，用溫度表示此性質，一切互為熱平衡的系統(tǒng)具有相同的溫度。溫度的微觀概念：概念：大量分子運動的平均強度；特征：分子運動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。溫標的作用：不同物質的不同物理特性與溫度有著不同的關系，即使用同一物質的不同特性，或不同物質的同一種特性對同一個溫度進行測量，也會得出不同的量值，這就需要建立統(tǒng)一的標準溫度單位，即溫標。種類：經驗溫標(攝氏、華氏和列氏(°Re)，熱力學溫標，絕對氣體溫標，國際實用溫標?！緮z氏華氏】：t=t9/5+32

2、 ;【熱力學溫標】與選用的測溫介質性質無關，克服了經驗溫標隨測溫介質而變的缺陷，故稱它為絕對熱力學溫標。由此而得的溫度稱為熱力學溫度，成為溫度測量的基準。接觸式測溫儀器:測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參數的量值就代表了被測對象的溫度值。優(yōu)點：直觀可靠。缺點：感溫元件影響被測溫度場的分布；接觸不良等帶來測量誤差；高溫和腐蝕性介質影響感溫元件的性能和壽命。膨脹式溫度計：液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計；熱電式溫度計：熱電偶、P-N結溫度計；電阻式溫度計：金屬熱電阻溫度計、半導體熱敏電阻溫度計。非接觸式溫度計以可見光輻射

3、為基礎，可分為輻射溫度計、亮度溫度計和比色溫度計。熱電偶溫度計：熱電偶溫度計測量原理：熱電效應（貝賽克效應）：兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在一起，組成閉合回路，當兩個接觸點（結點）溫度T和T0不相同時，回路中即產生電勢，并有電流流通，這種把熱能轉換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應?！净芈冯妱荩簾犭妱荨山饘俳z：偶極或熱電極。兩個結點中與被測介質接觸的一個稱為工作端（熱端），另一個稱為參考端（或自由端、冷端）?！拷佑|電勢（珀爾帖電勢，EAB(T)）：兩種導體相接觸，由于導體內的自由電子密度不同，電子密度大的向小的擴散；溫差電勢（湯姆遜電勢，E(T0,T)）：單一金屬導體，兩端的溫度不同，則兩端的自

4、由電子具有不同的動能。溫度高向低的一端擴散。失去電子的一端就處于正電位。兩端形成電位差，稱為溫差電勢；總熱電動勢：EAB(T0,T)=f(T0)-f(T)；熱電偶總結：1、熱電偶回路熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點處的溫度有關，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關。2、只有用兩種不同性質的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會產生熱電勢。3、熱電偶的電極材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點的溫度有關。如果T0已知且恒定，則f(T0)為常數?；芈房偀犭妱萘縀AB(T,T0)只是溫度T的單值函數。熱電偶回路的基本定律：1、均質導體定律：均質材料構成的熱電偶，其熱

5、電動勢大小只與材料及結點溫度有關，與熱電偶的尺寸大小、形狀及沿電極的溫度分布無關。材料如果不均勻、由于溫度梯度的存在，會產生附加電動勢。2、中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種材料的導體時，只要其兩端溫度相等，總回路電勢不變。用途：接入儀表測量線。3、中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點溫度為T、T0時的熱電動勢，等于該熱電偶在接點溫度為T、Tn和Tn、T0時熱電動勢的代數和，即EAB(T0,T)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0);補償導線補償導線補償導線補償導線補償導線補償導線補償導線補償導線4、標準電極定律(連接導體定律)：兩種導體A、B分別與第三種導體C組成熱電偶，如果A、C和

6、B、C熱電偶的熱電動勢已知，則導體A、B組成的熱電偶產生的電動勢為：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0);使用補償導線的理論依據：中間溫度定律和標準電極定律常用熱電偶的材料、特點、適用范圍：1、鉑銠10-鉑熱電偶 分度號為“S”。正極是鉑銠絲(鉑90%，銠l0%)，負極是純鉑絲。測溫范圍為01700。國際溫標中規(guī)定它為630.741064.43溫度范圍內復現(xiàn)溫標的標準儀器。常用作標準熱電偶或用于高溫測量。 2、銅-康銅熱電偶 分度號為“T”。正極是銅，負極是銅鎳合金。測溫范圍為-200+400。特點是精度高，在-2000范圍內，可制成標準熱電偶。3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶

7、 分度號為“B”。4、鎳鉻-鎳硅熱電偶 分度號為“K”。測溫范圍為-200+1300。5、鎳鉻-康銅熱電偶 分度號為“E”。測溫范圍為-200+1000。6、鐵-康銅熱電偶 分度號為“J”。測溫范圍為-200+1300。熱電偶的材料、特點：1、輸出較大的熱電勢，熱電勢和溫度之間盡可能線性關系；2、能應用于較寬的溫度范圍；3、物理化學性能、熱電特性都較穩(wěn)定，即要求有較好的耐熱性、抗氧化、抗還原、抗腐蝕等性能；4、有較高的導電率和較低的電阻溫度系數；5、具有較好的工藝性能，便于成批生產；6、具有良好的復現(xiàn)性。熱電偶的參比端處理（冷端補償）：why？【熱電偶產生的熱電動勢與兩端溫度有關。只有將冷端的

8、溫度恒定，熱電動勢才是熱端溫度的單值函數。熱電偶分度表以冷端溫度為0得到。在使用時要正確反映熱端溫度(被測溫度)，最好設法使冷端溫度恒為0。實際應用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，受到環(huán)境溫度的影響，溫度不是恒定不變。為此，必須采取一些措施進行補償或修正?！啃拚椒ǎ?、0恒溫法（2種接線）；2、熱電勢修正法：當熱電偶參比端不等于0時，需對儀表的示值加以修正。修正公式：E(T,0)=E(T,t0)+E(t0, 0)3、 補償導線：在一定溫度范圍（0100）內，與配用熱電偶的熱電特性相近的一對帶有絕緣層的廉金屬導線為補償導線。補償導線補償導線4、冷端補償器（電橋補償）法：補償電橋法是在熱電偶測

9、溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引入的誤差。熱電勢的測量儀表：動圈式溫度指示儀，直流電位差計，數字式電壓表，數據采集卡熱電阻溫度計特點：優(yōu)點：信號靈敏度高；與熱電偶相比，無需參比溫度 ；信號可以遠傳；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、準確度高、互換性好，可以用作基準儀表。缺點：需要電源；自熱，影響測量精度；測溫上限，鉑電阻上限低于1000 。測量原理：導體或半導體的電阻隨溫度變化的性質。大多數金屬在溫度升高1時電阻將增加0.40.6。半導體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高1，電阻約減小26。材料：用于制造熱電阻的材料，要求電

10、阻率、電阻溫度系數大；熱容量、熱慣性要小；電阻與溫度的關系近于線性；材料的物理、化學性質要穩(wěn)定，復現(xiàn)性好，易提純；價格盡可能便宜。常用熱電阻種類主要有鉑電阻、銅電阻和半導體熱敏電阻。常用熱電阻溫度計(鉑，銅)的性能：鉑電阻：Pt10的含義：在0時，鉑熱電阻的名義電阻值為10；鉑的優(yōu)點：穩(wěn)定性好、耐氧化性能很強。物性穩(wěn)定：ITS-90規(guī)定，在-259.34630.74范圍，鉑電阻溫度計作為基準溫度儀器。易提純，鉑電阻精度高，復現(xiàn)性好；工藝性好，可制極細的鉑絲（<0.02 mm）或極薄的鉑箔。鉑的電阻率較高。鉑的缺點：電阻溫度系數比較?。?3.9×10-3 /）；價格高銅電阻：銅電

11、阻普遍用于測量精度要求不高、溫度較低的場合，測量-50150的溫度。優(yōu)缺點：1、電阻率小。制成相同阻值的電阻時，銅電阻絲要細，因此機械強度不高，或者就要長，使體積增大。2、銅很容易氧化，工作溫度的上限為150。3、銅電阻價格便宜，因此仍被廣泛采用。熱電阻的測量方法：兩線制、三線制及四線制，如何接線？兩線制：在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導線的引線形式。配線簡單，安裝費用低，存在引線電阻的附加誤差，不適用于A級熱電阻。在使用時引線及導線都不宜過長。三線制：在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線(見圖) 。構成測量電橋，可以消除內引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)

12、檢測中應用最廣。在測溫范圍窄或導線長或導線途中溫度易發(fā)生變化的場合必須考慮采用三線制。四線制：四線制不僅可以消除內引線電阻的影響，而且在連接導線阻值相同時，消除該電阻的影響。還可以通過改變測量熱電阻中的電流方向，消除測量過程中的寄生電勢影響。熱電阻的自熱誤差的來源及消除的方法由通過電阻的電流引起；電流大可提高輸出信號，但帶來的自熱誤差也大。一般工業(yè)熱電阻工作電流被限制在6mA以內，這樣自熱溫差就不會超過0.1 。雙金屬溫度計和壓力式溫度計的工作原理：雙金屬：用兩種不同膨脹系數的固體材料制成?；诠腆w受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數差異相對較大的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬片感溫元件

13、（俗稱雙金屬溫度計）。當溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數差異相對很大而產生不同的膨脹和收縮，導致雙金屬片產生彎曲變形。壓力式：充有感溫介質的感溫包、傳遞壓力元件(毛細管)及壓力敏感元件齒輪或杠桿傳動機構、指針和讀數盤組成。測溫方法：測溫時將感溫包置入被測介質中，溫包內的感溫介質(氣體、液體或蒸發(fā)液體)因被測溫度的高低而導致其體積膨脹或收縮造成壓力的增減，壓力的變化經毛細管傳給彈簧管使其產生變形，進而通過傳動機構帶動指針偏轉，指示出相應的溫度。（強度高、抗沖擊，不易破損、讀數方便的優(yōu)點，但準確度較低、耐腐蝕性較差。）接觸式測溫的誤差分析：流體溫度測量導熱誤差分析高溫氣體溫度測量輻射

14、誤差分析當被測氣體溫度增高，溫度傳感器與周圍容器壁的輻射換熱在總換熱所占比例增大;當測溫元件周圍有冷壁面時，導致測溫元件對冷壁面輻射熱較大，使得溫度計示值低于實際氣體溫度，造成以輻射為主的測溫誤差。（解決：提高熱電偶周圍冷表面的溫度，遮熱罩；加大對流換熱系數，雙熱偶；降低熱電偶的黑度系數，抽氣式熱電偶；）高速氣流溫度測量速度誤差分析1、靜溫T0：無法測量得到；2、動溫TV ：v2/2cp；3、總溫（滯止溫度）T*：T0+ TV；4、有效溫度Tr ：實際測量得到的溫度；5、恢復系數r ： (Tr- T0) /(T* - T0)；壁面溫度測量：點接觸，面接觸，等溫線接觸，分立接觸非接觸式溫度計熱輻

15、射的概念，掌握黑體輻射的兩個定律，非接觸式溫度測量：光學輻射式高溫計：單色光學高溫汁，光電高溫計，全輻射高溫計，比色高溫計單色輻射光學高溫計與全輻射高溫計的特點燈絲隱滅式光學高溫計的工作原理，灰色吸收玻璃的作用，紅色濾光片的作用比色溫度定義紅外輻射測溫儀結構原理壓力測量 壓力的分類絕對壓力，表壓力，真空液柱式壓力計U形管、單管、斜管液柱式壓力計測量影響因素：（1） 環(huán)境溫度，（2） 重力加速度（3） 毛細現(xiàn)象彈性壓力計組成環(huán)節(jié)：彈性元件，變換放大機構，指示機構，調整機構常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜。單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓或真空度的測量；波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量。

16、彈簧管壓力計：可調螺釘、游絲的作用，彈簧管壓力表的精度，不同壓力環(huán)境下的使用界限膜式壓力計：膜片壓力計，膜盒壓力計（測量氣體的微壓和負壓）。波紋管式壓差計：單波紋管和雙波紋管。測量原理（以波紋管為感壓件件來測量壓差信號）真空測量：各種方法的測量原理U形管真空計熱導式真空計：根據在低壓強下氣體熱導率與其壓力之間關系制成的一種測量低真空的相對真空計。電阻真空計：在較低的壓力(小于13.3 Pa)時，熱電阻絲的電阻值取決于周圍氣體的壓強。熱電偶真空計：利用真空度不同，氣體傳熱性不同，進而使溫差電動勢不同的特性來測量真空度。電離真空計：通過在稀薄氣體中引起電離，然后利用離子電流測量壓力。壓力傳感器：測

17、量原理壓阻式壓力傳感器：壓阻效應，電橋測量壓電式壓力傳感器：不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力應變式壓力傳感器：基于導體和半導體的“應變效應”。電阻應變的溫度補償電容式壓力傳感器：差動變極距式，變面積式電感式壓力傳感器：原理（彈性元件的位移量轉換為電路中電感量的變化或互感量的變化）力平衡式壓力變送器諧振式壓力傳感器：測量原理（被測壓力所形成的應力改變彈性元件的諧振頻率），振筒式，振膜式氣流的壓力測量總壓測量與總壓管偏流角，總壓管的不敏感偏流角，選用總壓管的考慮因素（氣流的速度，流道的條件，對氣流方向的敏感性，結構型式） L型總壓管，圓柱型總壓管，多點總壓管，附面層（邊界層）總壓管靜壓測量與靜壓

18、管1壁面靜壓孔：開孔處有足夠的直管段，管道內壁面要光滑平整?？讖揭话阋?.51.0mm2靜壓管：靜壓孔軸線應垂直于氣流方向。(1) L型靜壓管，(2) 圓盤型靜壓管，(3) 帶導流管的靜壓管壓力檢測儀表的使用與校準儀表的量程：（最大值穩(wěn)定壓力，脈動壓力，高壓時，被測壓力的最小值）儀表的精度壓力檢測儀表的校準(1) 靜態(tài)校準校準方法通常有兩種：將被校表與標準表的示值在相同條件下進行比較；將被校表的示值與標準壓力比較。標準儀表的選擇原則；主要儀表：液柱式壓力計；活塞式壓力計；配有高精度標準表的壓力校驗泵。(2) 動態(tài)校準:用于動態(tài)壓力測量的傳感器或測壓系統(tǒng)必須進行動態(tài)校準，以確定其動態(tài)特性參數，如

19、頻率響應函數、固有頻率、阻尼比等。標準動態(tài)壓力信號:穩(wěn)態(tài)周期性壓力信號源，如機械正弦壓力發(fā)生器、凸輪控制噴嘴、電磁諧振器；穩(wěn)態(tài)壓力信號源，如激波管、閉式爆炸器、快速卸載閥及落錘液壓動校裝置。流速測量測壓管與測速技術氣流速度測量:測量原理伯努利方程，表達式各參數的含義1. L型動壓管(皮托管)2. T型動壓管3. 笛型動壓管平面氣流測量平面氣流的測量包括氣流方向的測量和氣流速率的測量。為了準測出氣流的方向，要求方向管或復合管對氣流方向的變化盡量敏感，這恰恰與總壓管、靜壓管的要求相反。對向測量和不對向測量熱線熱膜風速計(HWFA)測量原理激光多普勒測速激光多普勒測速原理差動多普勒技術方向模糊性及解決辦法：光束的頻移散射粒子的選擇依據粒子圖象測速技術(PIV)源密度概念，物理意義像密度概念，物理意義粒子圖象測速原理圖像分析算法：自相關分析：自相關分析要進行二次二維快速傅里葉變換(FFT)變換，查問區(qū)內的圖像G(x,y)被認為是第一個脈沖光所形成的圖像g1(x,y)和第二個脈沖光所形成的圖像g2(x,y)相疊加的結果?；ハ嚓P分析：互相關分析要進行3次