建筑環(huán)境測試技術第3章溫度測量課件

第2篇測量儀表第四章濕度測量第五章壓力測量第六章物位測量第三章溫度測量第七章流速及流量測量第八章熱量測量第九章建筑環(huán)境測量第十章其它參數(shù)的測量第十一章電動顯示儀表1?第2篇測量儀表第四章濕度測量第五章壓力測量第六章第三章溫度測量3.1溫度測量概述3.2膨脹式溫度計3.3熱電偶測溫3.4熱電阻測溫3.5接觸式測溫3.6非接觸式測溫3.7集成型傳感器測溫2?第三章溫度測量3.1溫度測量概述3.5接觸式測溫2?3.1溫度測量概述3.1.1溫標用來衡量溫度的標準尺度。確定溫度的單位。1、經驗溫標2、熱力學溫標3、國際溫標華氏溫標攝氏溫標3?3.1溫度測量概述3.1.1溫標1、經驗溫標2、熱力學溫華氏溫標℉1714年，德國人法倫海脫(Fahrenheit)以水銀為測溫介質，制成玻璃棒水銀溫度計。規(guī)定水的沸點為212度，氯化銨與冰的混合物為0度。中間等分為212份，每一份為1度記作℉。稱為華氏溫標。攝氏溫標℃

水銀體膨脹是線性的；標準大氣壓下純水的冰點是0℃，沸點為100℃。將水銀柱在這兩點之間等分為100格，每一格為1℃。經驗溫標：借助于某一種物質的物理量與溫度變化的關系，用實驗方法或經驗公式所確定的溫標。4?華氏溫標℉1714年，德國人法倫海脫(Fahrenheit)熱力學溫標K經驗溫標具有局限性和隨意性，不能適用于任何地區(qū)或場合。開爾文定律（1848年）：在可逆條件下，工作于兩個熱源之間的卡諾熱機與兩個熱源的關系：T0T1卡諾熱機Q0Q1Q1：卡諾熱機從高溫熱源T1吸收的熱量Q0：卡諾熱機向低溫熱源T0放出的熱量Q1/Q0=T1/T01954年，國際計量會議選定水的三相點為273.16，并以1/273.16定為一度，這樣熱力學溫標就完全確定了，即：T=273.16(Q1/Q2)

5?熱力學溫標K經驗溫標具有局限性和隨意性，不能適用于任何地區(qū)或熱力學溫標是一種理想溫標。為了實用方便，國際溫標同時使用國際開爾文溫度（K）和國際攝氏溫度（℃）。規(guī)定水的三相點溫度為273.16，單位為K。1K的大小為水的三相點熱力學溫度的1/273.16。由于攝氏溫標將冰點定義為0℃，而冰點比水的三相點低0.01K，那么冰點溫度為273.15K，即國際溫標ITS-906?熱力學溫標是一種理想溫標。國際溫標ITS-906?

溫度計

固定點：給定的溫度值。華氏溫標：規(guī)定水的沸點為212度，氯化銨與冰的混合物為0度。攝氏溫標：標準大氣壓下純水的冰點是0度，沸點為100度。熱力學溫標：選定水的三相點為273.16K。溫標三要素

內插方程：確定各點溫度間的計算公式。華氏溫標：0-212度等分為212份，每一份為1℉。攝氏溫標：標準大氣壓下純水的冰點是0℃，沸點為100℃。0-100度等分為100分，每一份為1℃。熱力學溫標：以1/273.16定為1K。7?溫度計溫標三要素內插方程：確定各點溫度間的計算公式。7?3.1.2溫度測量方法、測量儀表分類液體膨脹式壓力式固體膨脹式膨脹式溫度計測溫熱電偶測溫熱電阻測溫接觸法非接觸法測溫方法8?3.1.2溫度測量方法、測量儀表分類液體膨脹式壓力式固體膨接觸式測溫與非接觸式測溫接觸式非接觸式特點1、測量熱容量小、移動物體測溫有困難2、可測量物體的任何部位3、便于多點集中測量和自動控制1、不改變被測物體的溫度2、可測量移動物體3、通常測量表面溫度測量條件1、測量元件與被測對象良好接觸。2、接觸測量元件不能改變被測對象的溫度由被測對象發(fā)出的輻射能充分照射到檢測元件。因此需要獲知被測對象的有效發(fā)射率。測量范圍容易測量1000℃以下的溫度，測量1200℃以上的溫度有困難可測量-30℃以上的溫度準確度0.5%-1%。根據(jù)測量條件，可達到0.01%一般誤差較大響應速度1-2min2-3s9?接觸式測溫與非接觸式測溫接觸式非接觸式特點1、測量熱容量小、3.2膨脹式溫度計原理：物體受熱膨脹。液體膨脹式溫度計壓力式溫度計固體膨脹式溫度計10?3.2膨脹式溫度計原理：物體受熱膨脹。液體膨脹式溫度計13.2.1液體膨脹式溫度計原理：玻璃管內液體的體積隨溫度的升高而膨脹。優(yōu)點：直觀、測量準確、結構簡單、造價低廉。缺點：不能自動記錄、不能遠傳、易碎、延遲。41-水銀儲存器2-毛細管3-標尺4-膨脹室工作液體測溫范圍（℃）水銀-30~750或更高甲苯-90~100乙醇-100~75石油醚-130~25戊烷-200~20玻璃材料：300℃以上，使用特殊的硅硼玻璃；500℃以上，使用石英玻璃。11?3.2.1液體膨脹式溫度計原理：玻璃管內液體的體積隨溫度的玻璃棒溫度計12?玻璃棒溫度計12?液體膨脹式玻璃管溫度計的誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后效應——造成零點漂移。（2）溫度計插入深度不夠。若只有部分液柱被浸沒時，應對指示值進行修正：其中：n——露出液體部分所占的刻度數(shù)（℃）——工作液體對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（1/℃，汞0.00016，酒精0.000103）t——溫度計的示值（℃）ta——露出液柱部分所處的環(huán)境溫度（℃）13?液體膨脹式玻璃管溫度計的誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后（3）非線性誤差：水銀隨著溫度變化，體積膨脹看成完全的線性關系。事實并非完全如此，存在一定的非線性度。（4）工作液的遲滯性：水銀與玻璃管壁面之間的表面吸附力，造成水銀流動的遲滯性，甚至出現(xiàn)液柱中斷的情況——溫度計與被測介質應接觸足夠長的時間；輕彈溫度計。（5）讀數(shù)誤差：視線與刻度不垂直——視線應與刻度垂直，并與液柱處于同一水平面上。例：使用水銀溫度計測量蒸汽溫度。溫度計的指示值為280℃。溫度計插入處的刻度是60℃，液柱漏出部分的環(huán)境平均溫度為30℃。求真實溫度。14?（3）非線性誤差：水銀隨著溫度變化，體積膨脹看成完全的線性關3.2.2壓力式溫度計原理：密封系統(tǒng)中工作介質的壓力隨溫度變化。工作過程：彈簧管4一端焊接在基座3上，內腔與毛細管2相通，另一端封死，為自由端。溫度變化時，彈簧管4內的壓力發(fā)生變化，帶動自由端變化。自由端通過拉桿、齒輪傳動機構與指針相連，指針的轉角在刻度盤上指示出溫度。彈簧管溫包毛細管基座自由端指針工作距離不超過60m，溫度范圍-50~550℃。特點：抗振性能好。動態(tài)性能差、示值滯后較大，不能測量迅速變化的溫度。15?3.2.2壓力式溫度計原理：密封系統(tǒng)中工作介質的壓力隨溫度3.2.3固體膨脹式溫度計原理：將兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬片焊成一體，構成雙金屬片溫度計。工作過程：雙金屬片的一端固定，另一端為自由端。溫度變化時，由于兩種金屬線膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲變形。彎曲的偏轉角α反映了被測溫度值。特點：結構簡單、可靠；測量精度不高。K：比彎曲(℃-1)L：雙金屬片的有效長度(mm)δ：雙金屬片總厚度(mm)t,t0：被測溫度和起始溫度(℃)16?3.2.3固體膨脹式溫度計原理：將兩種具有不同線膨脹系數(shù)的3.3熱電偶測溫熱電偶溫度計：以熱電偶作為測溫元件，用熱電偶測得與溫度相應的熱電動勢，由儀表顯示出溫度。工作原理：基于1821年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象。兩種不同的導體A、B連接在一起，構成一個閉合回路。當兩個接點1和2的溫度不同時，如T>T0，在回路中就會產生電動勢EAB——熱電效應。導體A、B稱為熱電極。測量時，接點1置于待測溫度場中，稱為被測量端。接點2要求溫度恒定，稱為參考端。熱電極測量端參考端17?3.3熱電偶測溫熱電偶溫度計：以熱電偶作為測溫元件，用熱電電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-電子密度大電子密度小接觸電動勢

AB1、接觸電動勢導體內部的電子密度是不同的。當兩種電子密度不同的導體A和B互相接觸時，就會發(fā)生自由電子電子擴散現(xiàn)象。自由電子從電子密度高的導體A流向電子密度低的物體B。導體A因為失去電子，帶正電。導體B因為得到電子，帶負電。形成電位差。帕爾貼電勢：接觸電動勢K——玻爾茲曼常數(shù)；e——電荷單位；NAT、NBT——溫度為T時，A和B的電子密度；T——接觸處的溫度18?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一接觸電動勢：注：腳標A、B的順序代表電位差的方向。如果改變腳標順序，E前面的符號也相應改變。接觸電動勢的大小只與接觸點的溫度、導體A和B的電子密度N有關。19?接觸電動勢：注：19?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢2、溫差電動勢由于導體兩端溫度不同而產生的電勢。由于溫度梯度，改變了電子的能量分布。高溫端(T)電子向低溫端(T0)遷移。使得高溫端帶正電，低溫端帶負電。導體A、B分別產生的溫差電動勢為：NAt、NBt——A和B在溫度為t時的電子密度。一一一+-高溫低溫溫差電動勢湯姆遜溫差電勢20?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢2、溫差電動勢NAt、NB熱電偶回路中總熱電勢=接觸電動勢+溫差電動勢

A與B相接觸產生的接觸電動勢B的溫差產生的溫差電動勢A的溫差產生的溫差電動勢減號：在任何溫度下，如果A的電子密度高于B，電子都是從A流向B，A總是正電，B總是負電。EAB的方向都是A→B，在整個循環(huán)回路中，是兩個相反的方向。所以需要用減號。測量端參考端課本圖錯誤！EB的方向與EAB一致，而EA的方向與EAB相反。21?熱電偶回路中總熱電勢A與B相接觸產生的B的溫差產生的溫差電結論任意兩種不同性質的導體材料都可制成熱電偶。對于兩種材料A和B，熱電偶所產生的電動勢，僅與T和T0有關，與A和B的形狀與尺寸無關。熱電偶的參考端溫度T0必須保持恒定。一般保持在0℃。22?結論任意兩種不同性質的導體材料都可制成熱電偶。22?

1、均質導體定律由同一均質導體（電子密度處處相等）組成的閉合回路中，不論導體的截面、長度以及溫度分布如何，均不產生熱電勢。3.3.2熱電偶的應用定則A、B必須為不同的導體材料

2、中間導體定則在熱電偶回路中接入第三種導體C，只要A、B與C相連接的兩端溫度相同，則不會對熱電偶回路的總電勢造成影響。23?1、均質導體定律3.3.2熱電偶的應用定則A、B必須為不3、中間溫度定則

熱電偶在兩接點溫度為T、T0時的熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫度分別為T、TN和TN、T0時相應熱電勢的代數(shù)和。意義：如果實際應用中，T0的溫度不是0℃而是某一個中間溫度TN，則儀表顯示的電動勢EAB(T,TN)，通過查分度表獲得EAB(TN,0)，就可以通過上式計算EAB(T,0)。24?3、中間溫度定則意義：如果實際應用中，T0的溫度不是0℃而是熱電偶分度表中冷端溫度為0℃。在實際測量中，若熱電偶的冷端溫度為20℃，則可應用中間溫度定律進行計算。舉例：用鉑銠10—鉑熱電偶測溫，冷端溫度為20℃，輸出電勢為0.668mV，試求被測對象的溫度。再查表得被測溫度為122℃。（附錄3只是分度表的整數(shù)部分數(shù)據(jù)）查表25?熱電偶分度表中冷端溫度為0℃。在實際測量中，若熱電偶的冷端溫3.3.3熱電偶的結構和標準化按照結構分類：鎧裝熱電偶、薄膜式熱電偶1、鎧裝熱電偶“鎧裝”：在產品的最外面加裝一層金屬保護，以免內部的有效層在運輸和安裝時受到損壞，例如鎧裝電纜……熱電極4：直徑由材料的價格、機械強度、導電率、用途、測溫范圍決定。熱電極絕緣套管保護套管接線盒熱電極26?3.3.3熱電偶的結構和標準化按照結構分類：鎧裝熱電偶、薄1、鎧裝熱電偶27?1、鎧裝熱電偶27?2、薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍或者化學涂層等制造工藝，將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶。熱極點非常薄，約0.01~0.1微米。適用于表面溫度的快速測量，響應時間約為數(shù)毫秒。測溫范圍在300℃以下。引出線熱電極熱極點絕緣基板28?2、薄膜式熱電偶熱極點非常薄，約0.01~0.1微米。引出線3.3.4熱電偶的分類1、標準化熱電偶：工藝成熟、成批生產、性能優(yōu)良且已列入工業(yè)標準文件中的熱電偶，具有統(tǒng)一的分度表（附錄3）。國際電工委員會（ICE）推薦了7種標準化熱電偶：標準化熱電偶、非標準化熱電偶分度號名稱特點廉金屬熱電偶T銅-康銅準確度高K鎳鉻-鎳鋁或鎳硅測溫范圍最寬E鎳鉻-康銅靈敏度高J鐵-康銅最通用貴金屬熱電偶S鉑銠10-鉑準確度等級最高R鉑銠13-鉑僅引進，不大量生產B鉑銠30-鉑銠16穩(wěn)定性高，靈敏度低29?3.3.4熱電偶的分類1、標準化熱電偶：工藝成熟、成批生產3.3.5熱電偶測溫系統(tǒng)1、熱電偶參考端溫度的處理（1）補償導線法（2）計算修正法（3）冷端恒溫法（4）補償電橋法2、熱電偶的校準和誤差（1）熱電偶的校準（2）熱電偶測溫誤差30?3.3.5熱電偶測溫系統(tǒng)1、熱電偶參考端溫度的處理30?1、熱電偶參考端溫度的處理在熱電偶的分度表中，冷端溫度T0保持在0℃。實際使用時，由于現(xiàn)場條件的限制，冷端溫度無法維持在0℃，使得熱電偶輸出的電勢值產生誤差。因此，需要對熱電偶的冷端溫度進行處理。（1）補償導線法原理：A’、B’為補償導線，其熱電性能分別與A、B基本相同。熱電偶的冷端從T0’處移到T0處。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’如果T0=0℃，則可以直接計算得出T值。如果T0≠0℃，則繼續(xù)修正。31?1、熱電偶參考端溫度的處理在熱電偶的分度表中，冷端溫度T0保常用的補償導線型號為SC、KC、KX、EX、JX、TX。第一個字母為主熱電偶A和B的分度號。第二個字母為X，代表延伸型導線；第二個字母為C，代表補償型導線。延伸型導線：A’、B’與A、B的化學成分相同。補償型導線：A’、B’與A、B的化學成分不同。精度較低，優(yōu)點在于價格便宜。32?常用的補償導線型號為SC、KC、KX、EX、JX、TX。32如果T0≠0℃，如何處理？（2）計算修正法原理：中間溫度定則。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’例：用K型熱電偶在冷端溫度為25℃，測得的電動勢為34.36V。試求熱電偶熱端的實際溫度。解：1）根據(jù)附錄3，查K型熱電偶分度表，E(20,0)=0.798405mV；E(30,0)=1.203408mV。

2）利用插值公式，計算25℃時的熱電動勢為1.00mV。

3）已知E(T,25)=34.36mV，E(25,0)=1.00mV，則E(T,0)=E(T,25)+E(25,0)=34.36+1.00=35.36mV。

4）再查分度表，E(850,0)=35.314404mV，E(860,0)=35.718403mV。利用插值公式，得到實際溫度T為851.14℃。33?如果T0≠0℃，如何處理？mVTT0’T0’T0T0（3）冷端恒溫法第一種方法：把冷端引至冰點槽內，維持冷端溫度始終為0℃。一般用于實驗室精密測量?？梢再徺I高精度的冰點槽，也可以使用保溫瓶自制冰點槽。第二種方法：把冷端補償導線引至加熱的恒溫器內，維持冷端為某一恒定的溫度。適用于工業(yè)應用。34?（3）冷端恒溫法34?（4）補償電橋法原理：在熱電偶測溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個不平衡電橋，此電橋的輸出電壓隨著熱電偶冷端的溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引入的誤差。35?（4）補償電橋法35?2、熱電偶的校準和誤差1）熱電偶的校準熱電偶出廠使用一段時間后，必須定期校準。熱電偶校準方法：比較法。使用被校準的熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被測熱電偶的基本誤差。36?2、熱電偶的校準和誤差1）熱電偶的校準36?2）熱電偶測溫誤差（1）分度誤差：使用標準熱電偶檢定時產生的誤差。（2）冷端溫度變化引起的誤差。（3）補償導線的誤差：補償導線與主導線不完全相同。（4）熱交換引起的誤差：熱電偶的熱端難以直接與被測對象接觸。（5）測量線路和顯示儀表的誤差：外部線路帶入的電阻。（6）其它誤差：由于屏蔽不良導致的干擾電壓等等。37?2）熱電偶測溫誤差37?3.4熱電阻測溫3.4.1熱電阻的特性3.4.2常用熱電阻3.4.3熱電阻測溫電路3.4.4熱電阻的校準原理：導體或半導體的電阻率與溫度有關。常用測溫范圍：-200~600℃。優(yōu)勢：低溫測量；準確度高。38?3.4熱電阻測溫3.4.1熱電阻的特性3.4.2常用熱3.4.1熱電阻的特性熱電阻：用金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。電阻溫度系數(shù)α：在某一溫度間隔內，溫度變化1℃時的電阻相對變化量，單位為1/℃。其中：Rt：t℃時的電阻值。Rt0：t0℃時的電阻值。金屬導體的電阻一般隨溫度升高而增大，α為正值。半導體材料的α為負值。39?3.4.1熱電阻的特性熱電阻：用金屬導體或半導體材料制成的金屬熱電阻鉑熱電阻銅熱電阻鎳熱電阻半導體熱敏電阻3.4.2常用熱電阻40?金屬熱電阻3.4.2常用熱電阻40?3.5.1流體溫度測量3.5.2高溫氣體溫度測量3.5.3壁面溫度測量3.5接觸式測溫方法接觸式測溫：當兩個物體接觸，經過足夠長的時間達到熱平衡之后，其溫度相等。

優(yōu)點：溫度測量準確度高。

缺點：破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，有時受到被測物質的腐蝕作用。相類似41?3.5.1流體溫度測量3.5接觸式測溫方法接觸式測溫：當3.5.1流體溫度測量測量管道或容器內流體的溫度時，溫度傳感器一般安裝在套管內（起保護作用）。因此，需要考慮保護套管導致的導熱誤差。導熱誤差：溫度傳感器套管的管壁和容器的溫度與流體溫度接近（藍色圈圈處達到平衡）。流體向傳感器傳熱。同時，傳感器向環(huán)境散熱。減小導熱誤差的措施：

采取有效的安裝方式。溫度傳感器管道安裝原理圖1、傳感器外露部分做好保溫。

2、傳感器的工作端置于管道中流速最大的地方。3、傳感器要有足夠的插入深度。

4、如果套管管徑太小，可選擇適宜部位安裝擴大管。

5、迎著流體的流動方向沿著管道中心線安裝傳感器。

6、盡量選擇直徑細、導熱性能差的套管。42?3.5.1流體溫度測量測量管道或容器內流體的溫度時，溫度傳3.5.3壁面溫度測量溫度傳感器在測量固體表面溫度時，容易改變固體表面的熱狀態(tài)，因此準確測量固體表面溫度存在很多困難。減小導熱誤差的措施：

連接溫度傳感器的導線直徑要小，減小導線的導熱誤差。

實際安裝時，最好把溫度傳感器輻射在壁面以內（凹槽），保持壁面的原狀。溫度傳感器與被測壁面的接觸方式a:點接觸b:薄片接觸(面接觸)c:針式接觸(等溫線接觸)43?3.5.3壁面溫度測量溫度傳感器在測量固體表面溫度時，容易3.6.1熱輻射測溫的基本原理3.6.5紅外溫度計及紅外熱像儀3.6非接觸測溫非接觸測溫：利用被測環(huán)境或被測物體的光學輻射原理或紅外輻射原理進行的溫度測量。

光學輻射紅外輻射44?3.6.1熱輻射測溫的基本原理3.6非接觸測溫非接觸測溫3.6.1熱輻射測溫的基本原理絕對黑體的單色輻射強度：普朗克定律輻射強度與波長和溫度的關系曲線絕對黑體的全輻射定律：

輻射強度與熱力學溫度的四次方成正比。45?3.6.1熱輻射測溫的基本原理絕對黑體的單色輻射強度：普朗3.6.5紅外溫度計及紅外熱像儀原理：任何物體只要其溫度高于絕對零度，都會因為分子的熱運動而輻射紅外線。物體發(fā)出紅外輻射能量與物體的絕對溫度的四次方成正比。

1、紅外溫度計物鏡濾光片紅外探測器調制盤46?3.6.5紅外溫度計及紅外熱像儀原理：任何物體只要其溫度高2、紅外熱像儀

紅外溫度計測量的是物體表面某點周圍非常小的面積的平均溫度。如果要測量物體表面的溫度分布，就要采用紅外熱像儀——測量二維溫度場。焦平面熱像儀成像機理簡圖焦平面熱像儀外形結構圖原理：焦平面探測器呈二維平面形狀，具有電子子掃描功能。被測物體的紅外輻射通過物鏡之后，聚焦成像在探測器的陣列平面上。陣列平面將信號以不同的亮度和顏色組合成整體圖像。被測物體物鏡外殼焦平面探測器47?2、紅外熱像儀

紅外溫度計測量的是物體表面某點周圍非常小的面3.7集成型傳感器測溫將溫度傳感器、校正電路、變送電路及其它電路集成為一個集成電路芯片，構成集成型溫度傳感器。

集成型溫度傳感器主要分為模擬式集成溫度傳感器和數(shù)字式集成溫度傳感器兩大類。

3.7.1模擬式集成溫度傳感器

特點：輸出量與溫度呈線性關系。

例：電流輸出式集成溫度傳感器AD590

1：正極2：負極3：連接殼管

工作原理：

采用激光修正的校準電阻，

使得298K(25℃)下的輸出電流恰好為298.2μA。

對應于溫度每變化1K，輸出電流就變化1μA。AD590外形(a)與符號(b)48?3.7集成型傳感器測溫將溫度傳感器、校正電路、變送電路及其3.7.2數(shù)字式集成溫度傳感器

例：DS18B20——單總線式集成溫度傳感器。用戶可以組網(wǎng)進行溫度測量和信號傳輸。

引腳與封裝內部原理框圖49?3.7.2數(shù)字式集成溫度傳感器

例：DS18B20——單總作業(yè)P104-1052、3、5、6、7、8、9、1150?作業(yè)P104-10550?眼到、手到、心到，一個不良也逃不掉。11月-2211月-22Monday,November7,2022成就團隊輝煌，助我人生成長。01:48:3301:48:3301:4811/7/20221:48:33AM安全相伴，因為親人在盼。11月-2201:48:3301:48Nov-2207-Nov-22為己為家為國、安全必須牢記。01:48:3301:48:3301:48Monday,November7,2022日常記錄好習慣，追溯分析利改善。11月-2211月-2201:48:3301:48:33November7,2022客戶服務，重在回訪．仔細傾聽，你認心情。2022年11月7日1:48上午11月-2211月-22寧繞百丈遠不冒一步險。07十一月20221:48:33上午01:48:3311月-22健康的身體離不開鍛煉，美滿的家庭離不開安全。十一月221:48上午11月-2201:48November7,2022安全就是生命，責任重于泰山。2022/11/71:48:3301:48:3307November2022時代精神演繹靈魂，優(yōu)質精神構筑時代精神。1:48:33上午1:48上午01:48:3311月-22嚴格要求安全在，松松夸夸事故來。11月-2211月-2201:4801:48:3301:48:33Nov-22安全規(guī)程是真經，規(guī)章制度血寫成。2022/11/71:48:33Monday,November7,2022消防法規(guī)系生命，自覺遵守是保障。11月-222022/11/71:48:3311月-22謝謝大家！眼到、手到、心到，一個不良也逃不掉。11月-2211月-22第2篇測量儀表第四章濕度測量第五章壓力測量第六章物位測量第三章溫度測量第七章流速及流量測量第八章熱量測量第九章建筑環(huán)境測量第十章其它參數(shù)的測量第十一章電動顯示儀表52?第2篇測量儀表第四章濕度測量第五章壓力測量第六章第三章溫度測量3.1溫度測量概述3.2膨脹式溫度計3.3熱電偶測溫3.4熱電阻測溫3.5接觸式測溫3.6非接觸式測溫3.7集成型傳感器測溫53?第三章溫度測量3.1溫度測量概述3.5接觸式測溫2?3.1溫度測量概述3.1.1溫標用來衡量溫度的標準尺度。確定溫度的單位。1、經驗溫標2、熱力學溫標3、國際溫標華氏溫標攝氏溫標54?3.1溫度測量概述3.1.1溫標1、經驗溫標2、熱力學溫華氏溫標℉1714年，德國人法倫海脫(Fahrenheit)以水銀為測溫介質，制成玻璃棒水銀溫度計。規(guī)定水的沸點為212度，氯化銨與冰的混合物為0度。中間等分為212份，每一份為1度記作℉。稱為華氏溫標。攝氏溫標℃

水銀體膨脹是線性的；標準大氣壓下純水的冰點是0℃，沸點為100℃。將水銀柱在這兩點之間等分為100格，每一格為1℃。經驗溫標：借助于某一種物質的物理量與溫度變化的關系，用實驗方法或經驗公式所確定的溫標。55?華氏溫標℉1714年，德國人法倫海脫(Fahrenheit)熱力學溫標K經驗溫標具有局限性和隨意性，不能適用于任何地區(qū)或場合。開爾文定律（1848年）：在可逆條件下，工作于兩個熱源之間的卡諾熱機與兩個熱源的關系：T0T1卡諾熱機Q0Q1Q1：卡諾熱機從高溫熱源T1吸收的熱量Q0：卡諾熱機向低溫熱源T0放出的熱量Q1/Q0=T1/T01954年，國際計量會議選定水的三相點為273.16，并以1/273.16定為一度，這樣熱力學溫標就完全確定了，即：T=273.16(Q1/Q2)

56?熱力學溫標K經驗溫標具有局限性和隨意性，不能適用于任何地區(qū)或熱力學溫標是一種理想溫標。為了實用方便，國際溫標同時使用國際開爾文溫度（K）和國際攝氏溫度（℃）。規(guī)定水的三相點溫度為273.16，單位為K。1K的大小為水的三相點熱力學溫度的1/273.16。由于攝氏溫標將冰點定義為0℃，而冰點比水的三相點低0.01K，那么冰點溫度為273.15K，即國際溫標ITS-9057?熱力學溫標是一種理想溫標。國際溫標ITS-906?

溫度計

固定點：給定的溫度值。華氏溫標：規(guī)定水的沸點為212度，氯化銨與冰的混合物為0度。攝氏溫標：標準大氣壓下純水的冰點是0度，沸點為100度。熱力學溫標：選定水的三相點為273.16K。溫標三要素

內插方程：確定各點溫度間的計算公式。華氏溫標：0-212度等分為212份，每一份為1℉。攝氏溫標：標準大氣壓下純水的冰點是0℃，沸點為100℃。0-100度等分為100分，每一份為1℃。熱力學溫標：以1/273.16定為1K。58?溫度計溫標三要素內插方程：確定各點溫度間的計算公式。7?3.1.2溫度測量方法、測量儀表分類液體膨脹式壓力式固體膨脹式膨脹式溫度計測溫熱電偶測溫熱電阻測溫接觸法非接觸法測溫方法59?3.1.2溫度測量方法、測量儀表分類液體膨脹式壓力式固體膨接觸式測溫與非接觸式測溫接觸式非接觸式特點1、測量熱容量小、移動物體測溫有困難2、可測量物體的任何部位3、便于多點集中測量和自動控制1、不改變被測物體的溫度2、可測量移動物體3、通常測量表面溫度測量條件1、測量元件與被測對象良好接觸。2、接觸測量元件不能改變被測對象的溫度由被測對象發(fā)出的輻射能充分照射到檢測元件。因此需要獲知被測對象的有效發(fā)射率。測量范圍容易測量1000℃以下的溫度，測量1200℃以上的溫度有困難可測量-30℃以上的溫度準確度0.5%-1%。根據(jù)測量條件，可達到0.01%一般誤差較大響應速度1-2min2-3s60?接觸式測溫與非接觸式測溫接觸式非接觸式特點1、測量熱容量小、3.2膨脹式溫度計原理：物體受熱膨脹。液體膨脹式溫度計壓力式溫度計固體膨脹式溫度計61?3.2膨脹式溫度計原理：物體受熱膨脹。液體膨脹式溫度計13.2.1液體膨脹式溫度計原理：玻璃管內液體的體積隨溫度的升高而膨脹。優(yōu)點：直觀、測量準確、結構簡單、造價低廉。缺點：不能自動記錄、不能遠傳、易碎、延遲。41-水銀儲存器2-毛細管3-標尺4-膨脹室工作液體測溫范圍（℃）水銀-30~750或更高甲苯-90~100乙醇-100~75石油醚-130~25戊烷-200~20玻璃材料：300℃以上，使用特殊的硅硼玻璃；500℃以上，使用石英玻璃。62?3.2.1液體膨脹式溫度計原理：玻璃管內液體的體積隨溫度的玻璃棒溫度計63?玻璃棒溫度計12?液體膨脹式玻璃管溫度計的誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后效應——造成零點漂移。（2）溫度計插入深度不夠。若只有部分液柱被浸沒時，應對指示值進行修正：其中：n——露出液體部分所占的刻度數(shù)（℃）——工作液體對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（1/℃，汞0.00016，酒精0.000103）t——溫度計的示值（℃）ta——露出液柱部分所處的環(huán)境溫度（℃）64?液體膨脹式玻璃管溫度計的誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后（3）非線性誤差：水銀隨著溫度變化，體積膨脹看成完全的線性關系。事實并非完全如此，存在一定的非線性度。（4）工作液的遲滯性：水銀與玻璃管壁面之間的表面吸附力，造成水銀流動的遲滯性，甚至出現(xiàn)液柱中斷的情況——溫度計與被測介質應接觸足夠長的時間；輕彈溫度計。（5）讀數(shù)誤差：視線與刻度不垂直——視線應與刻度垂直，并與液柱處于同一水平面上。例：使用水銀溫度計測量蒸汽溫度。溫度計的指示值為280℃。溫度計插入處的刻度是60℃，液柱漏出部分的環(huán)境平均溫度為30℃。求真實溫度。65?（3）非線性誤差：水銀隨著溫度變化，體積膨脹看成完全的線性關3.2.2壓力式溫度計原理：密封系統(tǒng)中工作介質的壓力隨溫度變化。工作過程：彈簧管4一端焊接在基座3上，內腔與毛細管2相通，另一端封死，為自由端。溫度變化時，彈簧管4內的壓力發(fā)生變化，帶動自由端變化。自由端通過拉桿、齒輪傳動機構與指針相連，指針的轉角在刻度盤上指示出溫度。彈簧管溫包毛細管基座自由端指針工作距離不超過60m，溫度范圍-50~550℃。特點：抗振性能好。動態(tài)性能差、示值滯后較大，不能測量迅速變化的溫度。66?3.2.2壓力式溫度計原理：密封系統(tǒng)中工作介質的壓力隨溫度3.2.3固體膨脹式溫度計原理：將兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬片焊成一體，構成雙金屬片溫度計。工作過程：雙金屬片的一端固定，另一端為自由端。溫度變化時，由于兩種金屬線膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲變形。彎曲的偏轉角α反映了被測溫度值。特點：結構簡單、可靠；測量精度不高。K：比彎曲(℃-1)L：雙金屬片的有效長度(mm)δ：雙金屬片總厚度(mm)t,t0：被測溫度和起始溫度(℃)67?3.2.3固體膨脹式溫度計原理：將兩種具有不同線膨脹系數(shù)的3.3熱電偶測溫熱電偶溫度計：以熱電偶作為測溫元件，用熱電偶測得與溫度相應的熱電動勢，由儀表顯示出溫度。工作原理：基于1821年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象。兩種不同的導體A、B連接在一起，構成一個閉合回路。當兩個接點1和2的溫度不同時，如T>T0，在回路中就會產生電動勢EAB——熱電效應。導體A、B稱為熱電極。測量時，接點1置于待測溫度場中，稱為被測量端。接點2要求溫度恒定，稱為參考端。熱電極測量端參考端68?3.3熱電偶測溫熱電偶溫度計：以熱電偶作為測溫元件，用熱電電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-電子密度大電子密度小接觸電動勢

AB1、接觸電動勢導體內部的電子密度是不同的。當兩種電子密度不同的導體A和B互相接觸時，就會發(fā)生自由電子電子擴散現(xiàn)象。自由電子從電子密度高的導體A流向電子密度低的物體B。導體A因為失去電子，帶正電。導體B因為得到電子，帶負電。形成電位差。帕爾貼電勢：接觸電動勢K——玻爾茲曼常數(shù)；e——電荷單位；NAT、NBT——溫度為T時，A和B的電子密度；T——接觸處的溫度69?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一接觸電動勢：注：腳標A、B的順序代表電位差的方向。如果改變腳標順序，E前面的符號也相應改變。接觸電動勢的大小只與接觸點的溫度、導體A和B的電子密度N有關。70?接觸電動勢：注：19?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢2、溫差電動勢由于導體兩端溫度不同而產生的電勢。由于溫度梯度，改變了電子的能量分布。高溫端(T)電子向低溫端(T0)遷移。使得高溫端帶正電，低溫端帶負電。導體A、B分別產生的溫差電動勢為：NAt、NBt——A和B在溫度為t時的電子密度。一一一+-高溫低溫溫差電動勢湯姆遜溫差電勢71?電動勢：接觸電動勢+溫差電動勢2、溫差電動勢NAt、NB熱電偶回路中總熱電勢=接觸電動勢+溫差電動勢

A與B相接觸產生的接觸電動勢B的溫差產生的溫差電動勢A的溫差產生的溫差電動勢減號：在任何溫度下，如果A的電子密度高于B，電子都是從A流向B，A總是正電，B總是負電。EAB的方向都是A→B，在整個循環(huán)回路中，是兩個相反的方向。所以需要用減號。測量端參考端課本圖錯誤！EB的方向與EAB一致，而EA的方向與EAB相反。72?熱電偶回路中總熱電勢A與B相接觸產生的B的溫差產生的溫差電結論任意兩種不同性質的導體材料都可制成熱電偶。對于兩種材料A和B，熱電偶所產生的電動勢，僅與T和T0有關，與A和B的形狀與尺寸無關。熱電偶的參考端溫度T0必須保持恒定。一般保持在0℃。73?結論任意兩種不同性質的導體材料都可制成熱電偶。22?

1、均質導體定律由同一均質導體（電子密度處處相等）組成的閉合回路中，不論導體的截面、長度以及溫度分布如何，均不產生熱電勢。3.3.2熱電偶的應用定則A、B必須為不同的導體材料

2、中間導體定則在熱電偶回路中接入第三種導體C，只要A、B與C相連接的兩端溫度相同，則不會對熱電偶回路的總電勢造成影響。74?1、均質導體定律3.3.2熱電偶的應用定則A、B必須為不3、中間溫度定則

熱電偶在兩接點溫度為T、T0時的熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫度分別為T、TN和TN、T0時相應熱電勢的代數(shù)和。意義：如果實際應用中，T0的溫度不是0℃而是某一個中間溫度TN，則儀表顯示的電動勢EAB(T,TN)，通過查分度表獲得EAB(TN,0)，就可以通過上式計算EAB(T,0)。75?3、中間溫度定則意義：如果實際應用中，T0的溫度不是0℃而是熱電偶分度表中冷端溫度為0℃。在實際測量中，若熱電偶的冷端溫度為20℃，則可應用中間溫度定律進行計算。舉例：用鉑銠10—鉑熱電偶測溫，冷端溫度為20℃，輸出電勢為0.668mV，試求被測對象的溫度。再查表得被測溫度為122℃。（附錄3只是分度表的整數(shù)部分數(shù)據(jù)）查表76?熱電偶分度表中冷端溫度為0℃。在實際測量中，若熱電偶的冷端溫3.3.3熱電偶的結構和標準化按照結構分類：鎧裝熱電偶、薄膜式熱電偶1、鎧裝熱電偶“鎧裝”：在產品的最外面加裝一層金屬保護，以免內部的有效層在運輸和安裝時受到損壞，例如鎧裝電纜……熱電極4：直徑由材料的價格、機械強度、導電率、用途、測溫范圍決定。熱電極絕緣套管保護套管接線盒熱電極77?3.3.3熱電偶的結構和標準化按照結構分類：鎧裝熱電偶、薄1、鎧裝熱電偶78?1、鎧裝熱電偶27?2、薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍或者化學涂層等制造工藝，將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶。熱極點非常薄，約0.01~0.1微米。適用于表面溫度的快速測量，響應時間約為數(shù)毫秒。測溫范圍在300℃以下。引出線熱電極熱極點絕緣基板79?2、薄膜式熱電偶熱極點非常薄，約0.01~0.1微米。引出線3.3.4熱電偶的分類1、標準化熱電偶：工藝成熟、成批生產、性能優(yōu)良且已列入工業(yè)標準文件中的熱電偶，具有統(tǒng)一的分度表（附錄3）。國際電工委員會（ICE）推薦了7種標準化熱電偶：標準化熱電偶、非標準化熱電偶分度號名稱特點廉金屬熱電偶T銅-康銅準確度高K鎳鉻-鎳鋁或鎳硅測溫范圍最寬E鎳鉻-康銅靈敏度高J鐵-康銅最通用貴金屬熱電偶S鉑銠10-鉑準確度等級最高R鉑銠13-鉑僅引進，不大量生產B鉑銠30-鉑銠16穩(wěn)定性高，靈敏度低80?3.3.4熱電偶的分類1、標準化熱電偶：工藝成熟、成批生產3.3.5熱電偶測溫系統(tǒng)1、熱電偶參考端溫度的處理（1）補償導線法（2）計算修正法（3）冷端恒溫法（4）補償電橋法2、熱電偶的校準和誤差（1）熱電偶的校準（2）熱電偶測溫誤差81?3.3.5熱電偶測溫系統(tǒng)1、熱電偶參考端溫度的處理30?1、熱電偶參考端溫度的處理在熱電偶的分度表中，冷端溫度T0保持在0℃。實際使用時，由于現(xiàn)場條件的限制，冷端溫度無法維持在0℃，使得熱電偶輸出的電勢值產生誤差。因此，需要對熱電偶的冷端溫度進行處理。（1）補償導線法原理：A’、B’為補償導線，其熱電性能分別與A、B基本相同。熱電偶的冷端從T0’處移到T0處。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’如果T0=0℃，則可以直接計算得出T值。如果T0≠0℃，則繼續(xù)修正。82?1、熱電偶參考端溫度的處理在熱電偶的分度表中，冷端溫度T0保常用的補償導線型號為SC、KC、KX、EX、JX、TX。第一個字母為主熱電偶A和B的分度號。第二個字母為X，代表延伸型導線；第二個字母為C，代表補償型導線。延伸型導線：A’、B’與A、B的化學成分相同。補償型導線：A’、B’與A、B的化學成分不同。精度較低，優(yōu)點在于價格便宜。83?常用的補償導線型號為SC、KC、KX、EX、JX、TX。32如果T0≠0℃，如何處理？（2）計算修正法原理：中間溫度定則。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’例：用K型熱電偶在冷端溫度為25℃，測得的電動勢為34.36V。試求熱電偶熱端的實際溫度。解：1）根據(jù)附錄3，查K型熱電偶分度表，E(20,0)=0.798405mV；E(30,0)=1.203408mV。

2）利用插值公式，計算25℃時的熱電動勢為1.00mV。

3）已知E(T,25)=34.36mV，E(25,0)=1.00mV，則E(T,0)=E(T,25)+E(25,0)=34.36+1.00=35.36mV。

4）再查分度表，E(850,0)=35.314404mV，E(860,0)=35.718403mV。利用插值公式，得到實際溫度T為851.14℃。84?如果T0≠0℃，如何處理？mVTT0’T0’T0T0（3）冷端恒溫法第一種方法：把冷端引至冰點槽內，維持冷端溫度始終為0℃。一般用于實驗室精密測量?？梢再徺I高精度的冰點槽，也可以使用保溫瓶自制冰點槽。第二種方法：把冷端補償導線引至加熱的恒溫器內，維持冷端為某一恒定的溫度。適用于工業(yè)應用。85?（3）冷端恒溫法34?（4）補償電橋法原理：在熱電偶測溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個不平衡電橋，此電橋的輸出電壓隨著熱電偶冷端的溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動引入的誤差。86?（4）補償電橋法35?2、熱電偶的校準和誤差1）熱電偶的校準熱電偶出廠使用一段時間后，必須定期校準。熱電偶校準方法：比較法。使用被校準的熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被測熱電偶的基本誤差。87?2、熱電偶的校準和誤差1）熱電偶的校準36?2）熱電偶測溫誤差（1）分度誤差：使用標準熱電偶檢定時產生的誤差。（2）冷端溫度變化引起的誤差。（3）補償導線的誤差：補償導線與主導線不完全相同。（4）熱交換引起的誤差：熱電偶的熱端難以直接與被測對象接觸。（5）測量線路和顯示儀表的誤差：外部線路帶入的電阻。（6）其它誤差：由于屏蔽不良導致的干擾電壓等等。88?2）熱電偶測溫誤差37?3.4熱電阻測溫3.4.1熱電阻的特性3.4.2常用熱電阻3.4.3熱電阻測溫電路3.4.4熱電阻的校準原理：導體或半導體的電阻率與溫度有關。常用測溫范圍：-200~600℃。優(yōu)勢：低溫測量；準確度高。89?3.4熱電阻測溫3.4.1熱電阻的特性3.4.2常用熱3.4.1熱電阻的特性熱電阻：用金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。電阻溫度系數(shù)α：在某一溫度間隔內，溫度變化1℃時的電阻相對變化量，單位為1/℃。其中：Rt：t℃時的電阻值。Rt0：t0℃時的電阻值。金屬導體的電阻一般隨溫度升高而增大，α為正值。半導體材料的α為負值。90?3.4.1熱電阻的特性熱電阻：用金屬導體或半導體材料制成的金屬熱電阻鉑熱電阻銅熱電阻鎳熱電阻半導體熱敏電阻3.4.2常用熱電阻91?金屬熱電阻3.4.2常用熱電阻40?3.5.1流體溫度測量3.5.2高溫氣體溫度測量3.5.3壁面溫度測量3.5接觸式測溫方法接觸式測溫：當兩個物體接觸，經過足夠長的時間達到熱平衡之后，其溫度相等。

優(yōu)點：溫度測量準確度高。

缺點：破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，有時受到被測物質的腐蝕作用。相類似92?3.5.1流體溫度測量3.5接觸式測溫方法接觸式測溫：當3.5.1流體溫度測量測量管道或容器內流體的溫度時，溫度傳感器一般安裝在套管內（起保護作用）。因此，需要考慮保護套管導致的導熱誤差。導熱誤差：溫度傳感器套管的管壁和容器的溫度與流體溫度接近（藍色圈圈處達到平衡）。流體向傳感器傳熱。同時，傳感器向環(huán)境散熱。減小導熱誤差的措施：

采取有效的安裝方式。溫度傳感器管道安裝原理圖1、傳感器外露部分做好保溫。

2、傳感器的工作端置于管道中流速最大的地方。3、傳感器要有足夠的插入深度。

4、如果套管管徑太小，可選擇適宜部位安裝擴大管。

5、迎著流體的流動方向沿著管道中心線安裝傳感器。

6、盡量選擇直徑細、導熱性能差的套管。93?3.5.1流體溫度測量測量管道或容器內流體的溫度時，溫度傳3.5.3壁面溫度測量溫度傳感器在測量固體表面溫度時，容易改變固體表面的熱狀態(tài)，因