第一章第一節(jié)溫度測(cè)量第二講

1、 溫度變送器溫度變送器1 1、DDZ-DDZ-型型溫度變送器溫度變送器變送器是指借助檢測(cè)元件接受被測(cè)變量，并將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信變送器是指借助檢測(cè)元件接受被測(cè)變量，并將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的儀表。號(hào)的儀表。DDZ-型溫度型溫度 ( (溫差溫差) )變送器是電動(dòng)單元組合儀表中變送器是電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)變送單元。的一個(gè)變送單元。根據(jù)根據(jù)輸入信號(hào)的不同輸入信號(hào)的不同，DDZ-型溫度變送器主要有型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。送器三種類型。 DDZ-DDZ-型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)型熱電

2、偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測(cè)元件、輸入電路、放大電路和大體上可以分為溫度檢測(cè)元件、輸入電路、放大電路和反饋電路反饋電路, ,其原理框圖如圖所示。其原理框圖如圖所示。溫度檢測(cè)元件輸入電路放大電路反饋電路被測(cè)溫度輸出電流I0溫度變送器原理框圖工作原理工作原理一體化溫度變送器一體化溫度變送器它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ盟侵笇⒆兯推髂K安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器接線盒內(nèi)的一種溫度變送器 一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖測(cè)溫元件和變送器模塊-20+80AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等接觸式測(cè)溫儀表的選擇與安裝接觸式測(cè)

3、溫儀表的選擇與安裝必須接觸被測(cè)對(duì)象必須接觸被測(cè)對(duì)象1、滿足生產(chǎn)工藝對(duì)測(cè)溫提出的要求、滿足生產(chǎn)工藝對(duì)測(cè)溫提出的要求2、組成測(cè)溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套、組成測(cè)溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套3、注意儀表的工作環(huán)境、注意儀表的工作環(huán)境4、投資少且管理維護(hù)方便、投資少且管理維護(hù)方便感溫元件的安裝感溫元件的安裝1、必須正確選擇測(cè)溫點(diǎn)、必須正確選擇測(cè)溫點(diǎn) 當(dāng)測(cè)量管道中介質(zhì)溫度時(shí)，應(yīng)保證測(cè)量元件與流當(dāng)測(cè)量管道中介質(zhì)溫度時(shí)，應(yīng)保證測(cè)量元件與流體充分接觸。因此要求測(cè)溫元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道體充分接觸。因此要求測(cè)溫元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大處，且應(yīng)迎著被測(cè)介質(zhì)流向插入，不得形中流速最大處，且應(yīng)迎著被測(cè)介質(zhì)流向插

4、入，不得形成順流，至少應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)流向垂直成順流，至少應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)流向垂直2、應(yīng)避免熱輻射或測(cè)溫元件外露部分的熱損失而引、應(yīng)避免熱輻射或測(cè)溫元件外露部分的熱損失而引起的誤差，因此，一是要保證有足夠的插入深度；二起的誤差，因此，一是要保證有足夠的插入深度；二是在測(cè)溫元件外露部分進(jìn)行保溫是在測(cè)溫元件外露部分進(jìn)行保溫3、應(yīng)防止引入干擾信號(hào)。同時(shí)應(yīng)使接線盒的出線孔、應(yīng)防止引入干擾信號(hào)。同時(shí)應(yīng)使接線盒的出線孔向下，以防止水汽、灰塵等進(jìn)入而影響測(cè)量。向下，以防止水汽、灰塵等進(jìn)入而影響測(cè)量。4、應(yīng)確保安全可靠、應(yīng)確保安全可靠布線要求布線要求1、熱電偶溫度計(jì)應(yīng)按規(guī)定型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，正、負(fù)、熱電偶溫度

5、計(jì)應(yīng)按規(guī)定型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，正、負(fù)極不要接錯(cuò)。極不要接錯(cuò)。2、人電阻應(yīng)采用三線制接法與顯示儀表相接；導(dǎo)線可采用普通銅、人電阻應(yīng)采用三線制接法與顯示儀表相接；導(dǎo)線可采用普通銅導(dǎo)線，但其阻值要符合儀表要求導(dǎo)線，但其阻值要符合儀表要求3、導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣。、導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣。非接觸式溫度檢測(cè)非接觸式溫度檢測(cè)利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)。溫度進(jìn)行檢測(cè)。主要方法：主要方法： 亮度法亮度法 全輻射法全輻射法 比色法比色法輻射測(cè)溫輻射測(cè)溫通過測(cè)出物體在全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能量通過測(cè)出物體在全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能量F(

6、T)確定物體溫度。確定物體溫度。熱輻射熱輻射溫度高于絕對(duì)零度的各種物體都會(huì)向外輻射出能量。物體溫度高于絕對(duì)零度的各種物體都會(huì)向外輻射出能量。物體溫度越高，則輻射到周圍空間去的能量越多。以電磁波的溫度越高，則輻射到周圍空間去的能量越多。以電磁波的形式輻射出去，包括波長(zhǎng)范圍可以從形式輻射出去，包括波長(zhǎng)范圍可以從射線已知到無線電波。射線已知到無線電波。通常把電磁波攜帶的能量稱為輻射能。通常把電磁波攜帶的能量稱為輻射能。測(cè)溫的時(shí)候主要測(cè)溫的時(shí)候主要 研究物體能吸收，并且在吸收他們的能量研究物體能吸收，并且在吸收他們的能量時(shí)又能把它轉(zhuǎn)化成熱能的那部分射線。時(shí)又能把它轉(zhuǎn)化成熱能的那部分射線。生活中由哪些常

7、見的例子呢？生活中由哪些常見的例子呢？取取 暖暖冶金過程中的熱輻射冶金過程中的熱輻射太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射太陽(yáng)能熱水器太陽(yáng)能熱水器電磁波譜圖電磁波譜圖黑體輻射黑體輻射自然界所有物體對(duì)輻射能都有吸收、反射和透射的本領(lǐng)。自然界所有物體對(duì)輻射能都有吸收、反射和透射的本領(lǐng)。Q0QRQAQD物體對(duì)輻射能的吸收、反射與透射物體對(duì)輻射能的吸收、反射與透射Q0 落在該物體上的落在該物體上的總輻射能總輻射能QA 被吸收的能量被吸收的能量QR 被反射的能量被反射的能量QD 被透射的能量被透射的能量因此有因此有QA+QR+QD=Q0或者可以寫成：或者可以寫成：10d0r0aQQQQQQ可以寫成：可以寫成： A+R+D=1

8、式中式中 A物體的吸收率，物體的吸收率，A=QA/Q0； B物體的反射率，物體的反射率，R=AR/Q0； D物體的透射率，物體的透射率，D=QD/Q0。所以，當(dāng)所以，當(dāng)A=1的時(shí)候，落在物體上的輻射能全部被吸收，就稱它的時(shí)候，落在物體上的輻射能全部被吸收，就稱它為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。 當(dāng)當(dāng)R=1的時(shí)候，輻射能被全反射，就稱它為絕對(duì)白體。的時(shí)候，輻射能被全反射，就稱它為絕對(duì)白體。 當(dāng)當(dāng)D=1的時(shí)候，輻射能被全透射，就稱它為絕對(duì)透明體。的時(shí)候，輻射能被全透射，就稱它為絕對(duì)透明體。 它們都是實(shí)際物體熱輻射性能的理想模型，自然界并它們都是實(shí)際物體熱輻射性能的理想模型，自然界并不存

9、在這樣三類物體，但有些物體的性能又非常接近它們不存在這樣三類物體，但有些物體的性能又非常接近它們 。煙煤的煙煤的 高度拋光的純金高度拋光的純金 常溫下空氣對(duì)熱射線呈現(xiàn)透明的性質(zhì)常溫下空氣對(duì)熱射線呈現(xiàn)透明的性質(zhì)例如：例如：96. 0A98. 0R注注意：意：誤區(qū)：白顏色的物體一定是白體，黑色的物體就一定是黑體；白顏色物體白顏色物體：反射的射線在可見光部分呈白色。：反射的射線在可見光部分呈白色。 玻璃只透過可見光，對(duì)玻璃只透過可見光，對(duì) 3m 的紅外線不透明的紅外線不透明例如例如 雪對(duì)可見光是良好的反射體，對(duì)肉眼是白色的，但對(duì)紅外線幾乎能全雪對(duì)可見光是良好的反射體，對(duì)肉眼是白色的，但對(duì)紅外線幾乎能

10、全部吸收部吸收 = 0.985；白布和黑布對(duì)可見光吸收率不同，但對(duì)紅外線的吸收率基本相同白布和黑布對(duì)可見光吸收率不同，但對(duì)紅外線的吸收率基本相同自然界中并不存在絕對(duì)黑體、絕對(duì)白體和絕對(duì)透明體。一自然界中并不存在絕對(duì)黑體、絕對(duì)白體和絕對(duì)透明體。一般我們遇到的固體和液體，既能吸收也能反射輻射能，我般我們遇到的固體和液體，既能吸收也能反射輻射能，我們稱為們稱為“灰體灰體”所以說所以說黑體模型黑體模型全輻射能與輻射強(qiáng)度全輻射能與輻射強(qiáng)度物體在單位時(shí)間內(nèi)及單位面積上所輻射出的總輻射物體在單位時(shí)間內(nèi)及單位面積上所輻射出的總輻射能量稱為全輻射能。能量稱為全輻射能。即：即： FQE式中式中 Q輻射能；輻射能；

11、 F物體的輻射面積。物體的輻射面積。這輻射能量包含著波長(zhǎng)這輻射能量包含著波長(zhǎng)=0的一切波長(zhǎng)的總輻射的一切波長(zhǎng)的總輻射能量。能量。如果波長(zhǎng)如果波長(zhǎng)到到+d間的全輻射能是間的全輻射能是dE與與d之比稱為輻射強(qiáng)度（或稱單色輻之比稱為輻射強(qiáng)度（或稱單色輻射強(qiáng)度），即射強(qiáng)度），即dd EE這就是物體在一定波長(zhǎng)下的全輻射能，是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)。這就是物體在一定波長(zhǎng)下的全輻射能，是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)。熱輻射基本定律熱輻射基本定律普朗克定律普朗克定律維恩定律維恩定律斯蒂芬斯蒂芬-玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：普朗克定律普朗克定律 物體的輻射力在各個(gè)波長(zhǎng)上分布是不均勻的，也就是說物體發(fā)射不同熱射線的

12、能力也有所不同。 定義式定義式251,1bcTcEfTe式中 稱為第一輻射常數(shù)； 稱為第二輻射常數(shù)； e 自然對(duì)數(shù)的底； 輻射波長(zhǎng)，m 241cm/m37413cWKm14388c2普朗克定律的圖示普朗克定律的圖示維恩定律維恩定律普朗克公式理論上可以適用于任意高的溫度，但計(jì)算很不方便。當(dāng)普朗克公式理論上可以適用于任意高的溫度，但計(jì)算很不方便。當(dāng)溫度低于溫度低于3000K時(shí)，普朗克公式可簡(jiǎn)化為維恩公式，即時(shí)，普朗克公式可簡(jiǎn)化為維恩公式，即TE/-5-102ec關(guān)系曲線圖關(guān)系曲線圖斯蒂芬玻爾茲曼定律（四次方定律）（四次方定律）定義式定義式4000dTEE式中 斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)， =5.6710

13、-12W/(cm2K2)此式表明，黑體的全輻射能和絕對(duì)溫度的四次方成正比此式表明，黑體的全輻射能和絕對(duì)溫度的四次方成正比的，所以又稱四次方定律。它也是全輻射溫度計(jì)測(cè)溫的的，所以又稱四次方定律。它也是全輻射溫度計(jì)測(cè)溫的理論依據(jù)理論依據(jù)黑度系數(shù)黑度系數(shù)定義物體的單色輻射強(qiáng)度定義物體的單色輻射強(qiáng)度E與同一溫度下黑體的單與同一溫度下黑體的單色輻射強(qiáng)度色輻射強(qiáng)度Eo之比之比0EE輻射式溫度計(jì)輻射式測(cè)溫的特點(diǎn)輻射式測(cè)溫的特點(diǎn)(1)輻射式測(cè)溫是非接觸測(cè)溫，特別適合用于較遠(yuǎn)距離的高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量；(2)輻射式測(cè)溫反應(yīng)速度快，它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程，只要接收到目標(biāo)的紅外輻射

14、即可測(cè)定溫度，反映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)；(3)輻射式測(cè)溫靈敏度高，由于物體的輻射能量與溫度的四次方成正比，因此物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量較大的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測(cè)出來；(4)(4)輻射式測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來溫度分輻射式測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)，其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)，其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.10.1以內(nèi)，以內(nèi)，甚至更小；甚至更小；(5)(5)輻射式測(cè)溫范圍廣泛，可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍；輻射式測(cè)溫范圍廣泛，可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍；(6)(6)輻射式測(cè)溫方法，幾乎可在所有溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。測(cè)例如，各種工業(yè)輻射式測(cè)溫方法，幾乎可在所有溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。測(cè)例如，各種工業(yè)窯爐、熱處理爐溫度測(cè)量、感應(yīng)加熱過程中的溫度測(cè)量，尤其是鋼鐵工窯爐、熱處理爐溫度測(cè)量、感應(yīng)加熱過程中的溫度測(cè)量，尤其是鋼鐵工業(yè)中的高速線材、無縫鋼管軋制，有色金屬連鑄、熱軋等過程的溫度測(cè)業(yè)中的高速線材、無縫鋼管軋制，有色金屬連鑄、熱軋等過程的溫度測(cè)量等；軍事方面的應(yīng)用如各種運(yùn)載工具發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度測(cè)量、導(dǎo)彈紅外量等；軍事方面的應(yīng)用如各種運(yùn)載工具發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度測(cè)量、導(dǎo)