建筑環(huán)境測試儀表

建筑環(huán)境測試儀表第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日二.溫標(biāo)1.攝氏溫標(biāo)定義為：水銀體膨脹是線性的，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點是攝氏零度，沸點為100度，而將汞柱在這兩點間等分為100格，每等分格為攝氏1度。標(biāo)記為℃。2.華氏溫標(biāo)同上，純水冰點為32oF，沸點為212oF，兩點間等分180格，每等分格為華氏1度，標(biāo)記為oF?？梢杂校骸?（oF-32）×5/93.熱力學(xué)溫標(biāo)又稱絕對溫標(biāo)。是一種理想溫標(biāo)4.國際溫標(biāo)定義為：熱力學(xué)溫度（符號T）是基本的物理量，其單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點的熱力學(xué)溫度的1/273.15。規(guī)定了17個溫標(biāo)定義固定點，還有基準(zhǔn)溫度計和插補(bǔ)公式。第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日測量溫度的方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法玻璃管液體溫度計固體膨脹式壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日常用溫度測量儀表熱膨脹式溫度計熱電偶溫度計熱電阻測溫儀表非接觸式測溫第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日三.玻璃液體溫度計1.原理2.結(jié)構(gòu)和類型棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式3.特點：1）測量范圍廣，為-200~600℃2)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格便宜，精確3）觀察、監(jiān)測不便。4）易損壞。4.讀數(shù)方法視線應(yīng)與溫標(biāo)垂直，水銀溫度計應(yīng)在凸面最高點讀數(shù)，水和無機(jī)液體溫度計應(yīng)在凹面最低點讀數(shù)。棒式溫度計刻度感溫包顯示變換傳感第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日四.固體膨脹式溫度計1.雙金屬溫度計1）感溫元件2）測溫原理3）定義4）分類5）特點2.桿式溫度計精度低，體積大第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日五.壓力式溫度計1.工作原理與結(jié)構(gòu)形式2.蒸氣壓力表式溫度計

1）原理

2）工作液體

3）結(jié)構(gòu)毛細(xì)管

4）特點第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日第五講熱電偶溫度計一.熱電偶的好處：結(jié)構(gòu)簡單、測溫范圍廣、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、輸出為電信號、便于遠(yuǎn)傳與轉(zhuǎn)換等二.測溫原理由兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組合成閉合回路，當(dāng)兩導(dǎo)體A與B相邊處溫度不同（θ>θ0）時，則回路中產(chǎn)生熱電效應(yīng)（也稱之為塞貝克效應(yīng)），所產(chǎn)生的電勢稱熱電勢EAB（θ，θ0

）。它由兩部分組成，即湯姆遜溫差電勢E(θ，θ0)和珀爾貼電勢EAB。θ0θABEA(θ,θ0)EB(θ,θ0)EAB(θ)EAB(θ0)第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日表面熱電偶第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日熱電偶第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日接觸電動勢與溫差電動勢一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-一一一+-高溫低溫電子密度大電子密度小接觸電動勢

溫差電動勢第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日三.熱電偶的三大定律1.均值導(dǎo)體定律一種導(dǎo)體組合成閉合回路，無論是否顧在溫度梯度，均不能產(chǎn)生電勢。2.中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中加入第三種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對回路的熱電勢沒有影響。3.中間溫度定律熱電偶在接點溫度A、B兩點之間的電勢等于該熱電偶在接點溫度A、C與C、B時的熱電勢之和。即EAB(θ,θ0)=EAB(θ,θn)+EAB(θn,θ)由此有統(tǒng)一的熱電偶分度表，可用補(bǔ)償導(dǎo)線代替貴重金屬。第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日四.結(jié)構(gòu)形式種類型號等級使用范圍絲徑特點缺點鉑銠10-鉑正-負(fù)SⅠⅡ0~1300(1600℃）0.5mm物理化學(xué)性能穩(wěn)定，測量精度高熱電勢小，0.009mV/℃,靈敏度低。鎳鉻-鎳硅KⅠⅡⅢ-40~900(1300)氧化介質(zhì)0.3,0.5,0.8,1.0,1.2

1.5,2.0

2.5,3.2、mm化學(xué)穩(wěn)定，抗氧化，耐腐蝕，靈敏，線性好，復(fù)現(xiàn)性好，便宜。無,0.04鎳鉻-銅鎳EⅠⅡⅢ0~600(900)還原性中性介質(zhì)0.3~3.2mm熱電勢大靈敏度高，價格低廉測溫上限不高，加工工藝較差。0.078銅-康銅T非標(biāo)ⅠⅡⅢ-200~200℃(300)0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm靈敏度高，低溫時精度高，價格低康銅復(fù)制性差第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日T型（銅-康銅）熱電偶溫度范圍

-200~400℃型號I型-40~350℃，±0.5℃或者±0.4%II型

-40~350℃，±1℃或者±0.75%III型

-200~40℃，±0.5℃或者±1.5%如果參考端為0℃，則測量端為100℃時，熱電勢值為4.26mV。作為粗略估算，可以認(rèn)為在0~100℃范圍內(nèi)，電勢值隨測量端溫度線性變化。測量儀器毫伏表（電位差計）第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日五結(jié)構(gòu)型式1.普通型工業(yè)用熱電偶它由熱電極、絕緣瓷管、（接線盒、接線座、接線柱）和保護(hù)套管所組成。？材料2.鎧裝熱電偶?結(jié)構(gòu)？測量端形式？材料？優(yōu)點：熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐沖擊，搞振動，壽命長，適用于各種工業(yè)測量。3.小慣性熱電偶？快速薄膜熱電偶特點4.其它熱電偶第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日六.冷端補(bǔ)償方法1.冰浴法實驗室用?廣口保溫瓶，(內(nèi)有冰塊混合，有兩只試管（試管直徑15mm，內(nèi)盛變壓器油)插入深度≤100mm，有蓋密封。結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)原理圖2.計算法在常溫下測量，測出熱電勢，用分度表查出常溫下的熱電勢，二者相加，用分度表掃求出溫度數(shù)值來。例3-1：用鎳鉻—鎳硅熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度θn=25℃,EAB（θ,θn）=40.347mV，由分度表查得EAB(θn，0℃)=1.00mV，則：EAB(θ,0)=EAB（θ,θn)+EAB(θn,0℃)=40.347+1.00=41.347mV同樣，用分度表查得θ=1002℃。3.校正儀表機(jī)械零點法EAB（θ,θn)+EAB(θn,0℃)=EAB(θ,0)4.補(bǔ)償電橋法？？不平衡電橋？原理第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日七.應(yīng)用1.熱電偶串聯(lián)提高測量精度，求微小溫度2.并聯(lián)求平均溫度3.反接直接求溫差，可間接求其它有關(guān)溫差的量值。主一++-+t1t2③

主一+-+_①+++②第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日八.誤差對熱電偶儀表系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析?1.系統(tǒng)誤差1）.工具誤差與環(huán)境影響方面：2）.方法誤差方面：3）.測試人員誤差方面：??2.隨機(jī)誤差方面，不可消除的誤差因素：?3.粗大誤差方面：∴我們應(yīng)該合理地配置儀器設(shè)備進(jìn)行必要的測試、調(diào)試工作，還要注意合適的測量方法，配備合適的測量人員，一般應(yīng)該做到多次測量取平均值，同時應(yīng)注意保養(yǎng)和校驗工作。當(dāng)然對于非精確測量，可以適當(dāng)放寬要求。第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日第六講熱電阻一.概述1.優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用方便等尤其是功率大，無冷端補(bǔ)償問題，對于熱敏半導(dǎo)體溫度計，又沒有熱惰性大的缺點。2.原理是金屬（或半導(dǎo)體）的電阻隨著溫度的升高而升高（或降低），用顯示儀表測出熱電阻的電阻值，從而可得到與電阻值相應(yīng)的溫度值來。3.條件：（1）電阻溫度系數(shù)大；（2）復(fù)現(xiàn)性好，復(fù)制性強(qiáng)，互換性好；（3）電阻率大；（4）價格便宜，工藝性好。第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日二.分類1.金屬熱電阻

1)鉑電阻，為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，性質(zhì)穩(wěn)定，常做基準(zhǔn)溫度計使用。測溫范圍為-200~500，電阻絲直徑d=0.05~0.07mm，電阻溫度系數(shù)小，為3.8~3.9×10-3，近線性，價格貴。Rθ=R0（1+Aθ+Bθ2）2)銅熱電阻-50~50℃,絲徑為0.1mm,線性，電阻溫度系數(shù)大，為43~43×10-3，價格廉。也容易制造。3)鎳熱電阻，-50~100℃，絲徑為0.5mm，線性較差，常用于空調(diào)系統(tǒng)中，其電阻溫度系數(shù)為6.3~6.7×10-31/℃。第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日2).半導(dǎo)體溫度計1.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計測量范圍為-100~300℃。有較大的負(fù)溫度系數(shù)，約為-2~6*10-2(1/℃),配用的二次儀表簡單，靈敏度高，傳6感器體積小，構(gòu)造簡單，可以測量點溫度和動態(tài)溫度。缺點：測溫范圍較窄，溫度系數(shù)電阻變化呈非線性，復(fù)現(xiàn)性差，穩(wěn)定性差。結(jié)構(gòu)：珠形、桿形、片形等，測量線路彩不平衡電橋。第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.熱敏二極管溫度計原理：當(dāng)流過晶體管的電流恒定量，二極管P-N結(jié)因溫度變化而電壓隨著變化，由此可測溫。與熱敏電阻相比：有溫度與電壓的線性關(guān)系，更有-2.4mV/℃的靈敏和0.1℃的靈敏限，又成本低，重復(fù)性與穩(wěn)定性好。？？若給予硅電壓不整流器來恒定電流，或自制恒流源，則溫度的精度可達(dá)0.1℃，且易實現(xiàn)數(shù)字化。第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日三構(gòu)造與誤差分析（略）1.構(gòu)造大部同熱電偶？也有不同之處2.誤差分析方法一致內(nèi)容大部相同，但不完全一樣。第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日鉑熱電阻測溫范圍

-200~650℃工業(yè)應(yīng)用

W(100℃)=1.387~1.390，標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻

W(100℃)≧1.3925命名

Pt10、Pt100、Pt500性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，精度高阻值與溫度的關(guān)系近似線性較貴第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日銅熱電阻測溫范圍

-50~150℃性能穩(wěn)定阻值與溫度的關(guān)系呈線性關(guān)系較便宜銅容易加工提純第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體熱敏電阻電阻溫度系數(shù)為負(fù)值測溫范圍-40~350℃

，不能用于350℃以上電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬熱電阻大10~100倍，電阻值比鉑熱電阻高1~4個數(shù)量級，可以采用精度較低的顯示儀表電阻溫度系數(shù)與溫度成反比，=-B/T2，電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，Rt=Rt0exp(B/T)穩(wěn)定性及互換性差較便宜第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日熱電阻測溫電路平衡電橋測溫不平衡電橋測溫有源電橋式熱電阻數(shù)字儀表測溫有源四線制熱電阻測溫第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日四顯示儀表1.動圈式指示儀表(配熱電阻，要求線路電阻5或2.5Ω）33VAC變壓器硅整流器測量電橋三線制熱敏電阻動圈儀表第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日NS配熱電偶的動圈式儀表外線路總電阻為15Ω熱電偶冷端補(bǔ)償電橋刻度表量程調(diào)整電阻限流電阻第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.電橋法1.平衡電橋二線制三線制G被測電阻G第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.不平衡電橋指示電橋不平衡時的電流對應(yīng)值電橋采用三線制，在下限值（電橋平衡）得到全補(bǔ)償，在其它點僅得到部分補(bǔ)償，已經(jīng)足夠。3.自動平衡電橋被測熱電阻第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日平衡電橋二線法GR1R2R3RW2RW1Rtabcd電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測量結(jié)果如果不計RW隨溫度的變化，Rt與r1成線性關(guān)系RW隨溫度變化會引起測量誤差R0第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日不平衡電橋法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI連續(xù)自動顯示，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜Rt與I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對測量結(jié)果有影響，應(yīng)該使用穩(wěn)壓電源連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化會引起測量誤差，三線接法可以削弱第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日4非接觸式測溫普朗克定律，即λ——波長，mT——黑體的絕對溫度，Ke——自然對數(shù)的底數(shù)C1——第一輻射常數(shù)，其值為3.743×10-16W·㎡C2——第二輻射常數(shù)，其值為1.4387×10-2m·K第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日在3000K以下，波長較短的可見光范圍內(nèi)，可用維恩公式，其誤差不超過1%。單色輻射強(qiáng)度峰值處的波長和溫度T之間的關(guān)系

第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日絕對黑體的全輻射定律若要得到波長λ從0～∞之間全部輻射能量的總和，可把Ebλ對λ(0～∞)進(jìn)行積分即全輻射能量為

——斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，等于4.96×10-8絕對黑體的全輻射能量和絕對溫度的四次方成正比。

第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日實際物體的光譜輻射出射度于溫度、波長的關(guān)系為

——波長λ下實際物體的光譜輻射強(qiáng)度

——實際物體在波長λ下的光譜發(fā)射率（黑度）。把公式代入，即：實際物體全部光譜輻射強(qiáng)度總和為第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計就是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度（在可見光范圍）隨溫度升高而增長的原理來進(jìn)行高溫測量的儀表。當(dāng)物體的黑度系數(shù)ελ越小，則亮度溫度與真實溫度間的差別也就越大。因為0＜ελ＜1，因此測得物體的亮度溫度始終低于其真實溫度。缺：測溫準(zhǔn)確度比熱電偶熱電阻低，構(gòu)造復(fù)雜、價格昂貴、不能測內(nèi)部溫度第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)和影響因素

（1）光學(xué)溫度計的結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)電測系統(tǒng)（2）光學(xué)高溫計的影響因素非黑體的影響中間介質(zhì)的影響應(yīng)盡量做到不在反射光很強(qiáng)的地方進(jìn)行測量，否則要產(chǎn)生誤差。第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日全輻射高溫計構(gòu)造和原理全輻射高溫計是根據(jù)全輻射定律制作的溫度計。使用全輻射高溫計的注意事項全輻射體的發(fā)射率ε隨物體的成分、表面狀態(tài)、輻射條件和溫度的不同而不同，因此應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地確定被測物體的ε，以提高測量的準(zhǔn)確度。被測物體與高溫計之間的距離L和被測物體的直徑D之比（L/D）有一定的限制。使用時環(huán)境溫度不宜太高，否則會引起熱電堆參比端溫度升高而增加測量誤差。第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日光電高溫計光電高溫計依據(jù)的是光譜輻射亮度的原理，采用光電器件作為儀表的感受元件，替代人眼來感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號，該信號對應(yīng)于被測物體的溫度。

優(yōu)：可以自動平衡亮度、自動連續(xù)記錄被測溫度示值缺：更換反饋燈或光電器件時，必須對整個儀表進(jìn)行重新調(diào)整和刻度第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日紅外測溫儀紅外測溫儀表是一種測溫上限較低的儀表，可測量0～400℃范圍的溫度。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號處理放大部分及顯示儀表等部分組成。第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.3溫度測量儀表的選用和校驗溫度儀表的選用根據(jù)生產(chǎn)或?qū)嶒炈蟮臏y量范圍、允許的誤差，根據(jù)現(xiàn)場對儀表功能的要求根據(jù)儀表的工作條件正確安裝測溫元件正確選擇具有代表性的測溫點，測溫元件應(yīng)插入被測物的足夠深度；要有合適的保護(hù)措施第四十三頁，共四十八頁，2022