建筑環(huán)境測(cè)試儀表36課件

第四講溫度測(cè)量的基本方法一.概述1.概念溫度是表征物體冷熱程度及周邊環(huán)境的物理量。溫度不能直接衡量（比較），只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來(lái)間接測(cè)量。∴接觸測(cè)溫量物體的某一物理量（如液體體積、導(dǎo)體電阻）必須是連續(xù)的、單值的、復(fù)現(xiàn)的。非接觸測(cè)溫則需響應(yīng)快速，不易受物質(zhì)腐蝕的某物體。2.重要性3.直接測(cè)量與間接測(cè)量二.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(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)為100度，而將汞柱在這兩點(diǎn)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(diǎn)為32oF，沸點(diǎn)為212oF，兩點(diǎn)間等分180格，每等分格為華氏1度，標(biāo)記為oF。可以有：℃=（oF-32）×5/93.熱力學(xué)溫標(biāo)又稱(chēng)絕對(duì)溫標(biāo)。是一種理想溫標(biāo)4.國(guó)際溫標(biāo)定義為：熱力學(xué)溫度（符號(hào)T）是基本的物理量，其單位為開(kāi)爾文（符號(hào)為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.15。規(guī)定了17個(gè)溫標(biāo)定義固定點(diǎn)，還有基準(zhǔn)溫度計(jì)和插補(bǔ)公式。測(cè)量溫度的方法玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫接觸法非接觸法測(cè)溫方法玻璃管液體溫度計(jì)固體膨脹式壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫接觸法非接觸法測(cè)溫方法三.玻璃液體溫度計(jì)1.原理2.結(jié)構(gòu)和類(lèi)型棒式、內(nèi)標(biāo)式、外標(biāo)式3.特點(diǎn)：1）測(cè)量范圍廣，為-200~600℃2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜，精確3）觀察、監(jiān)測(cè)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(jì)應(yīng)在凸面最高點(diǎn)讀數(shù)，水和無(wú)機(jī)液體溫度計(jì)應(yīng)在凹面最低點(diǎn)讀數(shù)。棒式溫度計(jì)刻度感溫包顯示變換傳感四.固體膨脹式溫度計(jì)1.雙金屬溫度計(jì)1）感溫元件2）測(cè)溫原理3）定義4）分類(lèi)5）特點(diǎn)2.桿式溫度計(jì)精度低，體積大五.壓力式溫度計(jì)1.工作原理與結(jié)構(gòu)形式2.蒸氣壓力表式溫度計(jì)1）原理2）工作液體3）結(jié)構(gòu)毛細(xì)管4）特點(diǎn)表面熱電偶熱電偶接觸電動(dòng)勢(shì)與溫差電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)

溫差電動(dòng)勢(shì)四.結(jié)構(gòu)形式種類(lèi)型號(hào)等級(jí)使用范圍絲徑特點(diǎn)缺點(diǎn)鉑銠10-鉑正-負(fù)SⅠⅡ0~1300(1600℃）0.5mm物理化學(xué)性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高熱電勢(shì)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(wú),0.04鎳鉻-銅鎳EⅠⅡⅢ0~600(900)還原性中性介質(zhì)0.3~3.2mm熱電勢(shì)大靈敏度高，價(jià)格低廉測(cè)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(shí)精度高，價(jià)格低康銅復(fù)制性差T型（銅-康銅）熱電偶溫度范圍

-200~400℃型號(hào)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(cè)量端為100℃時(shí)，熱電勢(shì)值為4.26mV。作為粗略估算，可以認(rèn)為在0~100℃范圍內(nèi)，電勢(shì)值隨測(cè)量端溫度線性變化。測(cè)量?jī)x器毫伏表（電位差計(jì)）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(cè)量端形式？材料？?jī)?yōu)點(diǎn)：熱容量小，動(dòng)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(dòng)，壽命長(zhǎng)，適用于各種工業(yè)測(cè)量。3.小慣性熱電偶？快速薄膜熱電偶特點(diǎn)4.其它熱電偶七.應(yīng)用1.熱電偶串聯(lián)提高測(cè)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+++②八.誤差對(duì)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(cè)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(cè)試、調(diào)試工作，還要注意合適的測(cè)量方法，配備合適的測(cè)量人員，一般應(yīng)該做到多次測(cè)量取平均值，同時(shí)應(yīng)注意保養(yǎng)和校驗(yàn)工作。當(dāng)然對(duì)于非精確測(cè)量，可以適當(dāng)放寬要求。第六講熱電阻一.概述1.優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、使用方便等尤其是功率大，無(wú)冷端補(bǔ)償問(wèn)題，對(duì)于熱敏半導(dǎo)體溫度計(jì)，又沒(méi)有熱惰性大的缺點(diǎn)。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(cè)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(lái)。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(jià)格便宜，工藝性好。2).半導(dǎo)體溫度計(jì)1.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)測(cè)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(jiǎn)單，靈敏度高，傳6感器體積小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以測(cè)量點(diǎn)溫度和動(dòng)態(tài)溫度。缺點(diǎn)：測(cè)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(cè)量線路彩不平衡電橋。2.熱敏二極管溫度計(jì)原理：當(dāng)流過(guò)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(cè)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(lái)恒定電流，或自制恒流源，則溫度的精度可達(dá)0.1℃，且易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。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。銅熱電阻測(cè)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半導(dǎo)體熱敏電阻電阻溫度系數(shù)為負(fù)值測(cè)溫范圍-40~350℃，不能用于350℃以上電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬熱電阻大10~100倍，電阻值比鉑熱電阻高1~4個(gè)數(shù)量級(jí)，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NS配熱電偶的動(dòng)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2.電橋法1.平衡電橋二線制三線制G被測(cè)電阻G2.不平衡電橋指示電橋不平衡時(shí)的電流對(duì)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(diǎn)僅得到部分補(bǔ)償，已經(jīng)足夠。3.自動(dòng)平衡電橋被測(cè)熱電阻平衡電橋二線法GR1R2R3RW2RW1Rtabcd電源電壓和穩(wěn)定性一般不影響測(cè)量結(jié)果如果不計(jì)RW隨溫度的變化，Rt與r1成線性關(guān)系RW隨溫度變化會(huì)引起測(cè)量誤差R0不平衡電橋法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI連續(xù)自動(dòng)顯示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜Rt與I成非線性關(guān)系電源電壓的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)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(huì)引起測(cè)量誤差，三線接法可以削弱4非接觸式測(cè)溫普朗克定律，即λ——波長(zhǎng)，mT——黑體的絕對(duì)溫度，Ke——自然對(duì)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在3000K以下，波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光范圍內(nèi)，可用維恩公式，其誤差不超過(guò)1%。單色輻射強(qiáng)度峰值處的波長(zhǎng)和溫度T之間的關(guān)系

絕對(duì)黑體的全輻射定律若要得到波長(zhǎng)λ從0～∞之間全部輻射能量的總和，可把Ebλ對(duì)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(duì)黑體的全輻射能量和絕對(duì)溫度的四次方成正比。

實(shí)際物體的光譜輻射出射度于溫度、波長(zhǎng)的關(guān)系為

——波長(zhǎng)λ下實(shí)際物體的光譜輻射強(qiáng)度——實(shí)際物體在波長(zhǎng)λ下的光譜發(fā)射率（黑度）。把公式代入，即：實(shí)際物體全部光譜輻射強(qiáng)度總和為光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)就是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度（在可見(jiàn)光范圍）隨溫度升高而增長(zhǎng)的原理來(lái)進(jìn)行高溫測(cè)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(shí)溫度間的差別也就越大。因?yàn)?＜ελ＜1，因此測(cè)得物體的亮度溫度始終低于其真實(shí)溫度。缺：測(cè)溫準(zhǔn)確度比熱電偶熱電阻低，構(gòu)造復(fù)雜、價(jià)格昂貴、不能測(cè)內(nèi)部溫度光學(xué)溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和影響因素

（1）光學(xué)溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)電測(cè)系統(tǒng)（2）光學(xué)高溫計(jì)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(cè)量，否則要產(chǎn)生誤差。全輻射高溫計(jì)構(gòu)造和原理全輻射高溫計(jì)是根據(jù)全輻射定律制作的溫度計(jì)。使用全輻射高溫計(jì)的注意事項(xiàng)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(cè)物體的ε，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。被測(cè)物體與高溫計(jì)之間的距離L和被測(cè)物體的直徑D之比（L/D）有一定的限制。使用時(shí)環(huán)境溫度不宜太高，否則會(huì)引起熱電堆參比端溫度升高而增加測(cè)量誤差。光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)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(lái)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(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測(cè)物體的溫度。

優(yōu)：可以自動(dòng)平衡亮度、自動(dòng)連續(xù)記錄被測(cè)溫度示值缺：更換反饋燈或光電器件時(shí)，必須對(duì)整個(gè)儀表進(jìn)行重新調(diào)整和刻度紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀表是一種測(cè)溫上限較低的儀表，可測(cè)量0～400℃范圍的溫度。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理放大部分及顯示儀表等部分組成。3.3溫度測(cè)量?jī)x表的選用和校驗(yàn)溫度儀表的選用根據(jù)生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)所要求的測(cè)量范圍、允許的誤差，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儀表功能的要求根據(jù)儀表的工作條件正確安裝測(cè)溫元件正確選擇具有代表性的測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫元件應(yīng)插入被測(cè)物的足夠深度；要有合適的保護(hù)措施3.4測(cè)溫儀表的應(yīng)用實(shí)例3.4.1室內(nèi)采暖溫度的測(cè)量1）檢測(cè)地點(diǎn)的確定和要求2）檢測(cè)地點(diǎn)的選擇要求3）儀器的選擇4）檢測(cè)步驟5）數(shù)字溫度計(jì)校正方法6）測(cè)量結(jié)果計(jì)算五溫度計(jì)的選擇和安裝1.選擇①實(shí)際可行，經(jīng)濟(jì)可行②品種和規(guī)格盡量少③被測(cè)參數(shù)與儀表的兼容性（測(cè)量范圍、測(cè)量精度，耐腐蝕，環(huán)境溫度、壓力和介質(zhì)、傳感器的滯后時(shí)間和慣性時(shí)間）④考慮就地讀數(shù)還是遠(yuǎn)方讀數(shù)等讀數(shù)方式。2.安裝①測(cè)點(diǎn)布置。？？②與介質(zhì)有良好的換熱條件，插入管道深度一般是（1/2~2/3)D，應(yīng)迎著介質(zhì)流動(dòng)方向。。③與周?chē)h(huán)境有少的熱交換④便于儀表工作人員的檢修。誤差分析1.1）熱電偶的分度誤差，是由電極材料非嚴(yán)格均值或復(fù)現(xiàn)；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全匹配；熱電極變質(zhì)；絕緣不良而漏電；環(huán)境溫度改變而引起冷端溫度的變化等。2）測(cè)點(diǎn)不當(dāng)，被測(cè)參數(shù)不能反映實(shí)際參數(shù)；儀器測(cè)量方法