固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)技術(shù)第六章

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)技術(shù)主講：劉平安CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity1熱電偶基本原理

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

什么是熱電偶

熱電偶與熱電阻均屬于溫度測(cè)量中的接觸式測(cè)溫，盡管其作用相同都是測(cè)量物體的溫度，但是他們的原理與特點(diǎn)卻不盡相同.

熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測(cè)量范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號(hào)，便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)有兩種電勢(shì)組成；溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電勢(shì)也不相同，而接觸電勢(shì)顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌援a(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢(shì)，接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。目前國(guó)際上應(yīng)用的熱電偶具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度，分別為B，R，S，K，N，E，J和T，其測(cè)量溫度的最低可測(cè)零下270攝氏度，最高可達(dá)1800攝氏度，其中B，R，S屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組成，而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)過(guò)拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號(hào)卻需要一種特殊的導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長(zhǎng)型兩種，延長(zhǎng)導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?，但是?shí)際中，延長(zhǎng)型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。26.6溫度測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中測(cè)量的溫度有：發(fā)動(dòng)機(jī)殼體與噴管組件的表面溫度、燃?xì)鉁囟?、試?chē)臺(tái)環(huán)境溫度和試驗(yàn)設(shè)備溫度等。測(cè)量溫度的方法分為接觸式和非接觸式兩類，它們的特點(diǎn)如下：1）接觸式測(cè)溫可直接求得被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度。非接觸式測(cè)溫只能獲得對(duì)象的表觀溫度，需要通過(guò)對(duì)被測(cè)對(duì)象表而發(fā)射率的修正才能接近真實(shí)溫度。因此，一般說(shuō)來(lái)非接觸法測(cè)溫精度較接觸法低。2）接觸法可測(cè)液體內(nèi)部溫度，非接觸法可測(cè)表面溫度分布。3）非接觸法可對(duì)運(yùn)動(dòng)物體或熱容量小的物體的溫度進(jìn)行測(cè)量，接觸法難以實(shí)現(xiàn)。4）非接觸法測(cè)溫范圍很寬，從理論上講可以測(cè)量極低溫至極高溫，接觸法受材料限制，通常測(cè)2000℃以下。5）接觸法較非接觸法反應(yīng)慢。6）接觸法要求傳感器檢測(cè)部分的熱容量小，安裝接觸良好，非接觸法安裝時(shí)要注意輻射通道中的吸收和光路污染等間題。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity3CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity

6.6.1熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕冀Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、精度和穩(wěn)定性也較高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中用得最多的測(cè)溫元件。熱電偶是利用熱電效應(yīng)工作的感溫元件，其測(cè)量電路如圖6-24所示。4CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity

熱電偶的熱電特性，即熱電勢(shì)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可用三種方法表示：列表法（用分度表）、數(shù)學(xué)表示法（用特性方程）和作圖法（用特性曲線）。最常用的是分度表。（l）熱電偶的選擇熱電偶材料和結(jié)構(gòu)形式有多種，按測(cè)量要求與使用條件來(lái)選擇。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中常用的熱電偶有：銅-康銅、鎳鉻-鎳硅、鉑銠10-鉑、鉑銠30-鉑銠6和鎢錸系列熱電偶。除鎢錸系列外，其余幾種屬標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，同一型號(hào)有統(tǒng)一的分度表，互換性好，使用方便。5

測(cè)量300℃以下的溫度時(shí)，選用銅-康銅熱電偶。這種熱電偶熱電勢(shì)率較高，加工性好，價(jià)格低廉，其最大特點(diǎn)是可以測(cè)量低溫，測(cè)量下限為70K。鎳鉻-鎳硅熱電偶的熱電勢(shì)率也較高，且熱電勢(shì)與溫度近似成線性關(guān)系，測(cè)量范圍為0～1300℃。這兩種熱電偶是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中用得最多的。鉑銠10-鉑和鉑銠30-鉑銠6的性能穩(wěn)定，精度高，但價(jià)格貴，可作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，多用于實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量，也用于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量1000℃以上的高溫。鎢錸系列熱電偶是目前測(cè)溫上限最高的，用于測(cè)量2000℃以上的高溫。普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體、蒸汽和液體介質(zhì)的溫度。根據(jù)測(cè)溫范圍和環(huán)境氣氛，選擇合適的熱電極材料和保護(hù)管。此種熱電偶的安裝采用螺紋連接或法蘭連接。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity6CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity

鎧裝熱電偶與普通熱電偶相比有以下優(yōu)點(diǎn)：外徑可做得很?。ㄗ罴?xì)可到0.25mm），因此熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好（可達(dá)毫秒級(jí)），且測(cè)量端熱容量小，可以更準(zhǔn)確地測(cè)量熱容量小的物體的溫度；撓性好，能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上測(cè)溫；機(jī)械性能好，適用于具有振動(dòng)和沖擊的設(shè)備的溫度測(cè)量；耐高溫和高壓，可用于各種高溫高壓下工作的設(shè)備的溫度測(cè)量。

薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。其測(cè)量端既小且?。s），因此熱容量很小，可用于微小面積上的溫度測(cè)量。動(dòng)態(tài)響應(yīng)很好，時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級(jí)，適于測(cè)量瞬態(tài)溫度。在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，溫度測(cè)點(diǎn)很多，并且受到安裝條件限制，所以使用的熱電偶大多是根據(jù)測(cè)量要求選擇標(biāo)準(zhǔn)的熱電極材料現(xiàn)場(chǎng)制作的。7

（2）熱電偶的校準(zhǔn)熱電偶不僅在使用前要校準(zhǔn)，在使用一段時(shí)間后其熱電特性可能發(fā)生變化，也需要進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于新制作的熱電偶，必須通過(guò)校準(zhǔn)來(lái)確定其熱電特性和精度。熱電偶的校準(zhǔn)通常稱為分度。常用校準(zhǔn)方法有固定點(diǎn)校準(zhǔn)和比較法校準(zhǔn)。固定點(diǎn)校準(zhǔn)是在純物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等固定溫度點(diǎn)上進(jìn)行的，校準(zhǔn)精度高。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，采用比較法校準(zhǔn)可以得到足夠的精度。比較法是將被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（如標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，電阻溫度計(jì)或玻璃管液體溫度計(jì)）一起放入加熱設(shè)備中，使它們感受相同溫度，用高精度測(cè)量?jī)x表測(cè)出被校熱電偶的電勢(shì)值，與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的輸出相比較，給出被校熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系以及分度誤差。此法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity8

用于比較法分度的加熱設(shè)備有管式電爐和各種不同介質(zhì)的恒溫槽（如水、油、丙酮、熔化鹽等），各使用溫度范圍不同，根據(jù)校準(zhǔn)要求選擇。比較法校準(zhǔn)的效果一般取決于能使被校熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)感溫元件達(dá)到相同溫度的能力，也受標(biāo)準(zhǔn)元件精度限制。校準(zhǔn)過(guò)程中，熱電偶的參比端溫度必須是已知的，一般是使其保持在0℃。

（3）參比端處理方法熱電偶的分度表和根據(jù)分度表刻度的測(cè)溫儀表，都是以參比端溫度為0℃做出的。在實(shí)際使用中，要使參比端保持在0℃常常是很困難的。為了保證測(cè)量精度，需要對(duì)參比端采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā?/p>

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a．參比端保持在0℃純凈的冰屑和水混和在一起，達(dá)到熱平衡時(shí)即為0℃。這種方法可以使接點(diǎn)溫度誤差非常微小.但是，如果使用不當(dāng)，可能造成嚴(yán)重誤羞。最大的誤差是由于冰熔化使參比端在冰層之下而僅僅被水包圍所引起的，接點(diǎn)周?chē)鷾囟瓤赡苓_(dá)4℃。這種方法主要用于實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量。在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用很麻煩，并且由于周?chē)h(huán)境影響，很難保證恒定在0℃。目前已制造出一些能保持在0℃的自動(dòng)恒溫裝置。b．參比端保持在非0℃的恒定溫度為了使熱電偶參比端保持在某一恒定溫度，可采用各種恒溫裝置，如電加熱的恒溫箱、裝填絕熱物的鐵盒、充滿變壓器油的保溫瓶等。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity10

采用帶有溫控系統(tǒng)的電加熱恒溫箱，可以達(dá)到很好的恒溫效果。為了獲得足夠的溫度精度，需配備較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。通用的恒溫箱精度為0.05～0.1℃。推薦使用的參比端溫度高于周?chē)h(huán)境溫度，典型的為66℃。此外，還應(yīng)保證恒溫箱內(nèi)溫度的均勻性。

裝填絕熱物或充滿變壓器油的恒溫器，不需電加熱設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)便易行。對(duì)于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，工作時(shí)間短，可以獲得滿意的恒溫效果。當(dāng)參比端保持在某一非0℃的恒定溫度時(shí)，其測(cè)量結(jié)果與參比端為0℃時(shí)相差一個(gè)固定值，需要進(jìn)行修正，其方法有兩種：CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity11

一是熱電勢(shì)修正法。首先按照所用熱電偶的分度表，查出參比端對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)。然后根據(jù)中間溫度定律，用下式計(jì)算：

（6-19）式中t—測(cè)量端溫度（℃）；—參比端溫度（℃）；—熱電偶分度時(shí)的參比端溫度（℃），此處為0℃；—參比端溫度為，被測(cè)溫度為時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)；—測(cè)量所得電勢(shì)，即測(cè)量端溫度為，參比端溫度為對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)；—由分度表查出的參比端溫度所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)。最后，由對(duì)照所用熱電偶的分度表，求出被測(cè)溫度的值。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity12

二是溫度修正法。這是一種近似修正法。此法不需要將參比端溫度換算為電勢(shì)，而是直接用溫度計(jì)算，公式為

（6-20）式中—由測(cè)量所得的電勢(shì)對(duì)照分度表得出的溫度（℃）；—修正系數(shù)，其值決定于所用熱電極材料及被測(cè)溫度，對(duì)于熱電特性近似為線性的熱電偶，。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity13

c．補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線又稱延長(zhǎng)導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線是由兩種金屬材料組成，在一定的溫度范圍內(nèi)，它們與所配用的熱電偶其有相同的熱電特性。使用時(shí)，分別將這兩種導(dǎo)線與熱電極連接起來(lái)，再引至某一恒定溫度處tn（見(jiàn)圖6-24）。這樣，回路中的總熱電勢(shì)只與測(cè)量端溫度t和補(bǔ)償導(dǎo)線與傳輸導(dǎo)線連接處的溫度tn有關(guān)，而與補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極連接處的溫度無(wú)關(guān)，這就相當(dāng)于把熱電極延長(zhǎng)了。tn當(dāng)不為0℃時(shí)，應(yīng)按b中所述方法修正。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)應(yīng)注意：1）各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能配一定熱電極材料的熱電偶，且只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；2）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接時(shí)，必須正、負(fù)極分別相對(duì)應(yīng)，且兩個(gè)連接點(diǎn)必須處于同一溫度。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity14

（4）熱電偶的安裝熱電偶的安裝方法對(duì)測(cè)量結(jié)果起著重要作用。引起熱電偶測(cè)溫誤差的原因有熱電偶本身性能、測(cè)量?jī)x器的精度、測(cè)量線路影響、由安裝帶來(lái)的誤差等。精心選擇性能優(yōu)良的熱電偶和高精度的測(cè)量?jī)x器，并合理地連接整個(gè)電測(cè)系統(tǒng)，則由熱電偶、測(cè)量?jī)x器和連接線路所產(chǎn)生的誤差相對(duì)于熱電偶安裝造成的誤差來(lái)說(shuō)是非常小的。用熱電偶測(cè)量表面溫度的關(guān)鍵問(wèn)題是至今還沒(méi)有一種能保證測(cè)量出表面真實(shí)溫度的比較理想的安裝方法。熱電偶安裝到被測(cè)表面后，測(cè)量端附近的表面將通過(guò)導(dǎo)熱把熱量傳遞給熱電極而散失到周?chē)橘|(zhì)中。這樣，由于沿?zé)犭姌O導(dǎo)熱的影響破壞了被測(cè)表面的溫度場(chǎng)，熱電偶所指示的溫度并不是被測(cè)表面的真實(shí)溫度，這就產(chǎn)生了誤差。這種誤差是導(dǎo)熱誤差，可用安裝系數(shù)表示。實(shí)際的測(cè)量誤差與最大可能出現(xiàn)的誤差之比，稱為安裝系數(shù)，用下式表示CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity15式中—安裝系數(shù)；—被測(cè)表面真實(shí)溫度；—熱電偶測(cè)得的溫度；—被測(cè)表面周?chē)橘|(zhì)溫度。在給定工況下，愈小測(cè)溫準(zhǔn)確度愈高。的大小與熱電偶材料、尺寸、安裝方式、被測(cè)表面狀態(tài)以及周?chē)h(huán)境等因素有關(guān)。其值可由理論計(jì)算獲得，但如果要求準(zhǔn)確值，則應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity16輻射誤差是由于熱電偶測(cè)量端與周?chē)h(huán)境之間的輻射換熱，使熱電偶測(cè)出的溫度偏離被測(cè)表面溫度而產(chǎn)生的誤差。為了減小導(dǎo)熱誤差的輻射誤差，在安裝熱電偶時(shí)采取以下措施：1）采用沿等溫線敷設(shè)的方法來(lái)安裝熱電偶。熱電偶的測(cè)量端與被測(cè)表而直接接觸后，熱電極再沿表面等溫線敷設(shè)至少50倍熱電極直徑的距離后再引離表面，熱電極與被測(cè)表面用絕緣材料隔開(kāi)。2）對(duì)于導(dǎo)熱性差的被測(cè)表面（例如非金屬?gòu)?fù)合材料），先將熱電偶的測(cè)量端與導(dǎo)熱性能良好的集熱片（如銅片）焊接在一起，然后再與被測(cè)表面接觸。3）熱電偶安裝到被測(cè)表面上后，采取絕熱防護(hù)措施，例如用石棉布、玻璃纖維布等覆蓋，或加隔熱屏蔽罩，以減小熱電偶測(cè)量端與周?chē)h(huán)境的傳熱和輻射換熱帶來(lái)的誤差。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity17

熱電偶測(cè)量表面溫度的安裝方法，對(duì)于薄壁，可采用焊接、壓緊和粘貼，以焊接安裝為最好；對(duì)于厚壁，可用壁面開(kāi)槽埋設(shè)，并用填充物（如耐熱水泥、釬料等）填平，再將表面打光。發(fā)動(dòng)機(jī)上通常不允許焊接或開(kāi)槽，也不易壓緊。所以，熱電偶用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度時(shí)，最常用的安裝方法是粘貼，在有的情況下也可以用壓緊。（5）測(cè)量系統(tǒng)溫度測(cè)量系統(tǒng)組成如圖6-25所示。熱電偶為自源式傳感器，其輸出為幾百微伏至幾十毫伏，經(jīng)放大后由數(shù)據(jù)采集與記錄設(shè)備記錄。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity18溫度測(cè)量系統(tǒng)可采用溫度量校準(zhǔn)或電量校準(zhǔn)。

溫度量校準(zhǔn)是采用一定的加熱設(shè)備在所測(cè)溫區(qū)內(nèi)對(duì)熱電偶連續(xù)或定點(diǎn)加熱，來(lái)對(duì)包括熱電偶在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定測(cè)量系統(tǒng)的輸出與被測(cè)溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其校準(zhǔn)方法與熱電偶校準(zhǔn)相似。用溫度量校準(zhǔn)可以修正包括熱電偶本身誤差在內(nèi)的系統(tǒng)誤差，得到較高的測(cè)量精度。在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)熱電偶加熱很麻煩，也難以實(shí)現(xiàn)。并且由于校準(zhǔn)過(guò)程需時(shí)間長(zhǎng)，不易保證測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件與校準(zhǔn)時(shí)相同，會(huì)帶來(lái)誤差。因此，在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)通常采用電校準(zhǔn)法。電校準(zhǔn)法是用精密直流電壓代替在給定溫度下熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，接入測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成校準(zhǔn)（見(jiàn)圖6-25）。此法簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是不能對(duì)熱電偶的熱電特性進(jìn)行校準(zhǔn)。通常的做法是事先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)熱電偶進(jìn)行校準(zhǔn)或校驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)只對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行電校準(zhǔn)即可。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity19CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity6.6.2熱電阻測(cè)溫（1）電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的特性制成的測(cè)溫元件。與熱電偶相比，主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，測(cè)量精度高，不需冷端補(bǔ)償；缺點(diǎn)是體積較大，反應(yīng)速度慢。大多數(shù)金屬材料具有正的電阻溫度系數(shù)（表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化

），而半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。對(duì)制造電阻溫度計(jì)的材料，要求具有盡可能大而穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和盡可能大的電阻系數(shù)，并能承受一定的溫度。固體發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中常用的有鉑電阻溫度計(jì)和銅電阻溫度計(jì)兩種。鉑電阻的測(cè)量精度很高，能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，并可做得體積很小。銅電阻價(jià)格便宜，一般測(cè)量中多被采用。其缺點(diǎn)是精度不高，測(cè)溫范圍窄，熱慣性大。20

（2）熱敏電阻（利用的原理是溫度引起電阻變化

）熱敏電阻與金屬導(dǎo)體熱電阻比較有以下優(yōu)點(diǎn)：1）有很大的負(fù)電阻溫度系數(shù)，因此靈敏度很高，是金屬熱電阻的8～10倍；2）體積小，熱容量小，可用于測(cè)量“點(diǎn)”溫度和快速度化的溫度；3）制造工藝比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是互換性差，精度低，非線性大，性能不穩(wěn)定，使用溫度范圍窄。（3）測(cè)量電路

熱電阻溫度計(jì)的電阻與溫度成一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定電阻的值就可以相應(yīng)地得到所測(cè)溫度值。測(cè)量電阻的方法都可用于熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量電路。常用的有三線制恒壓源電路和四線制恒流源電路兩種。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity21

（4）測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)電阻溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)的校準(zhǔn)通常采用電校準(zhǔn)法。將傳感器從測(cè)量系統(tǒng)中斷開(kāi)，用一個(gè)精密電阻器代替?zhèn)鞲衅鹘尤胂到y(tǒng)來(lái)完成校準(zhǔn)。精密電阻器的阻值按照預(yù)定的測(cè)溫范圍和所用傳感器的電阻-溫度特性來(lái)確定。6.6.3感溫元件的熱慣性與動(dòng)態(tài)誤差采用接觸法測(cè)溫時(shí)，都是將溫度傳感器與被測(cè)物體接觸，利用熱傳導(dǎo)使二者的溫度達(dá)到平衡來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。由于達(dá)到熱平衡需要一定的時(shí)間，測(cè)溫儀器并不能立即反應(yīng)出被測(cè)溫度，而有一段滯后時(shí)間，這就產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)誤差。產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差的因素有：感溫元件的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、體積和受熱面積；被測(cè)介質(zhì)的熱容量、導(dǎo)熱系數(shù)與流動(dòng)情況；測(cè)量?jī)x表的滯后等。在一般情況下，感溫元件的熱慣性影響最大。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity22克服動(dòng)態(tài)誤差的方法，一是通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量確定動(dòng)態(tài)誤差范圍，對(duì)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；二是采取各種可能措施，將動(dòng)態(tài)誤差減小到允許范圍之內(nèi)。根據(jù)推導(dǎo)，感溫元件瞬時(shí)溫度（℃）與被測(cè)介質(zhì)溫度（℃）之間的關(guān)系用下式表示

（6-22）式中—感溫元件的初始的溫度（℃）；—時(shí)間；—感溫元件的時(shí)間常數(shù)。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity23

時(shí)間常數(shù)不僅與感溫元件的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料有關(guān)，而且在不同的情況下，感溫元件的放熱系數(shù)、比熱和尺寸都可能不同，很難準(zhǔn)確地得到的瞬時(shí)值。為了減小動(dòng)態(tài)誤差，可選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，使用比熱、密度和體積均小的感溫元件，增大感溫元件與被測(cè)表面的接觸面積，以及采取其他增大放熱系數(shù)的措施。6.6.4非接觸式測(cè)溫采用非接觸法測(cè)溫時(shí)，在溫度參數(shù)的檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，因此可以對(duì)高溫對(duì)象、熱容量小的對(duì)象、熱接觸困難或不希望擾亂其溫度分布的對(duì)象以及運(yùn)動(dòng)體等的溫度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫和測(cè)量表面溫度的分布。

輻射溫度計(jì)是非接觸式測(cè)溫計(jì)中的一類，本節(jié)簡(jiǎn)單介紹光學(xué)高溫計(jì)和熱像儀。CollegeofAerospaceandCivilEngineeringHarbinEngineeringUniversity24

（1）光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是使用最早的輻射溫度計(jì)。它是利用受熱物體在某一特定波長(zhǎng)下的光譜輻射能量的大小與該物體溫度之間存在一定的關(guān)系來(lái)進(jìn)行測(cè)溫的，物體在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)光，其亮度與輻射強(qiáng)度成正比，所以受熱物體的亮度反映了物體的溫度。直接測(cè)量物體的亮度是困難的，一般都是采用比較法。比較法是利用一已知溫度的亮度與被測(cè)物體亮度進(jìn)行比較來(lái)確定被測(cè)溫度的。光學(xué)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量范圍寬（700～3200℃）。其主要缺點(diǎn)是人的主觀因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，并且不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫和自動(dòng)記錄。使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)，測(cè)量距離應(yīng)保持在0.7～5m之內(nèi)。影響測(cè)量精度的主要因素