第二章第三節(jié)溫度變送器

第二章第三節(jié)溫度變送器第一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、5、1DDZ-Ⅲ型溫度變送器作用：與熱電偶、熱電阻等配合使用，將溫度或其他直流毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，輸給顯示儀表或調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度等參數(shù)的指示記錄或自動(dòng)調(diào)節(jié)。信號(hào)類型：4～20mADC或1～5VDC種類：熱電偶式、熱電阻式、直流毫伏式線路結(jié)構(gòu)：量程單元和放大單元

免費(fèi)提供第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一量程單元組成：輸入回路、調(diào)零調(diào)量程回路及非線性反饋回路等。輸入回路？冷端溫度補(bǔ)償回路？調(diào)零調(diào)量程回路？非線性反饋回路？

免費(fèi)提供第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一放大單元組成：集成運(yùn)算放大器、功率放大器及輸入回路等。作用：接受量程單元的輸出信號(hào)，放大整流后得到變送器要求的4～20mADC或1～5VDC的輸出信號(hào)。

免費(fèi)提供第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一一體化溫度變送器組成：由測(cè)溫元件和變送器模塊部分構(gòu)成作用：變送器模塊把測(cè)溫元件的輸出信號(hào)E或R轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，主要是4～20mA的直流電流信號(hào)，供電電壓為24VDC。定義：是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便以及輸出信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，對(duì)于測(cè)溫元件采用熱電偶的變送器，還具有不必采用昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線，而節(jié)省安裝費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，因而一體化溫度變送器在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用

免費(fèi)提供第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.6接觸式測(cè)溫儀表的選擇與安裝

溫度計(jì)是指包括了感溫元件、變送器、連接導(dǎo)線及顯示儀表等在內(nèi)的一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)。溫度計(jì)的選擇：滿足生產(chǎn)工藝對(duì)測(cè)溫提出的要求。組成測(cè)溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套，感溫元件、變送器、顯示儀表和補(bǔ)償導(dǎo)線都有確定的性能及規(guī)格、型號(hào)，必須配套使用。注意儀表工作的環(huán)境。投資少且管理維護(hù)方便。

免費(fèi)提供第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.6接觸式測(cè)溫儀表的選擇與安裝感溫元件的安裝：必須正確選擇測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)避免熱輻射等引起的誤差應(yīng)防止引入干擾信號(hào)。應(yīng)確保安全可靠。

免費(fèi)提供第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.6.3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)極不要接錯(cuò)。(2)熱電阻應(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，但其電阻值要符合儀表的要求。(3)導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣。信號(hào)導(dǎo)線不能與交直流電源輸電線合用一根穿線管，導(dǎo)線應(yīng)遠(yuǎn)離電源動(dòng)力線敷設(shè)，以減弱電磁感應(yīng)帶入的干擾。

免費(fèi)提供第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.7帶計(jì)算機(jī)的溫度測(cè)量

免費(fèi)提供第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.8輻射測(cè)溫利用物體的輻射能隨溫度而變化的原理制成，測(cè)溫時(shí)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體即可而不必與被測(cè)物體直接接觸。

免費(fèi)提供第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一輻射測(cè)溫

高溫測(cè)量中應(yīng)用最廣泛，主要應(yīng)用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。任何物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)，都會(huì)以一定波長(zhǎng)電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測(cè)溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。測(cè)量時(shí)，只需把溫度計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，而不必與物體接觸，因此可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并不會(huì)破壞物體的溫度場(chǎng)。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達(dá)到被測(cè)物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測(cè)量高溫。非接觸測(cè)溫儀表分類：光學(xué)高溫計(jì)、輻射式溫度計(jì)第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一輻射測(cè)溫1熱輻射基本定理2光學(xué)高溫計(jì)3光電高溫計(jì)4輻射溫度計(jì)5比色溫度計(jì)第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1熱輻射基本定理

輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一

波長(zhǎng)范圍：10-3m～10-8m在低溫時(shí)，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短波方向移動(dòng)，在5000C左右時(shí)。輻射光譜包括了部分可見光；到8000C時(shí)可見光大大增加，即呈現(xiàn)“紅熱”；如果到30000C時(shí)，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現(xiàn)“白熱”。輻射測(cè)溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的“顏色”來大致判斷物體的溫度。第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一輻射能的分配當(dāng)物體接受到輻射能量以后，根據(jù)物體本身的性質(zhì)，會(huì)發(fā)生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。Q—輻射能單位為焦耳(J)第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一物體分類：

黑體（絕對(duì)黑體）： 照射到物體上的輻射能全部被吸收，既無反射也無透射。透明體： 照射到物體上的輻射能全部透射過去，既無吸收又無反射。鏡體、白體： 照射到物體上的輻射能全部反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射具有一定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體”；若反射無一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對(duì)白體”或者簡(jiǎn)稱為“白體”。第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一在自然界中黑體、白體和透明體都是不存在的。一般固體和液體的τ值很小或等于零，而氣體的τ值較大。對(duì)于一般工程材料來講，τ＝0而α+ρ=1，稱為灰體

從傳熱學(xué)角度看，可以人為制造黑體第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一熱輻射的重要參數(shù)①輻射能Q

以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。②輻射能通量是輻射能隨時(shí)間的變化率，又稱輻射率：

其單位是瓦特(W)。③輻射強(qiáng)度I

在給定方向上的立體角單元內(nèi)，離開點(diǎn)輻射源(或輻射源面單元)的輻射功率除以該立體角單元，稱為該方向上的輻射強(qiáng)度，其單位為瓦/球面度(W/sr)。第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一熱輻射的重要參數(shù)④輻射出射度M

離開輻射源表面一點(diǎn)處的面單元上的輻射能量除以該單元面積，稱為該點(diǎn)的輻射出射度，即

(2)

輻射出射度的單位為瓦/米2(W/m2)。⑤輻射亮度L和光譜輻射亮度表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度，除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱為該方向的輻射亮度L。輻射亮度實(shí)際上包括所有波長(zhǎng)的輻射能量。如果是輻射光譜中某一波長(zhǎng)的輻射能量則稱為在此波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度。第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一基爾霍夫定律各物體的輻射出射度和吸收率的比值都相同，和物體的性質(zhì)無關(guān)，是物體的溫度和發(fā)射波長(zhǎng)的函數(shù)式中：M0(λ,T),M1(λ,T),M2(λ,T)―物體的單色(λ)輻射出射度；

α0(λ,T),α2(λ,T),α2(λ,T)―物體的單色(λ)吸收率。第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一若物體A0絕對(duì)黑體，那么α0(λ,T)

，根據(jù)基氏定律物體的輻射出射度和吸收率之比等于絕對(duì)黑體在同樣的溫度下，相同波長(zhǎng)時(shí)的輻射出射度。這是基氏定律的另一種說法。設(shè)M(λ,T)為物體A在波長(zhǎng)為λ

，溫度為T下的輻射出射度。式中，ε稱為物體A的單色輻射率，或稱為單色黑度系數(shù)。它表明了在一定的溫度和波長(zhǎng)下，物體A的輻射出射度與相同溫度和波長(zhǎng)下黑體的輻射出射度之比?；鶢柣舴蚨烧f明，物體的輻射能力與它的吸收能力是相同的

第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一在全波長(zhǎng)內(nèi)，任何物體的全輻射出射度等于單波長(zhǎng)的輻射出射度在全波長(zhǎng)內(nèi)的積分式中，A(T)－物體A在溫度T下的全吸收率，

M0(T)－黑體在溫度T下的全輻射出射度。基氏定律的積分形式為它表明了在一定的溫度T下，物體A的輻射出射度與相同溫度下黑體的輻射出射度之比。一般物體的εT<1，εT越接近1,表明它與黑體的輻射能力越接近。第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一黑體輻射定律①普朗克定律(單色輻射強(qiáng)度定律)②維恩公式③斯蒂芬－波爾茲曼定律（全輻射強(qiáng)度定律，也稱為四次方定律）第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

①普朗克定律(單色輻射強(qiáng)度定律)溫度為T的單位面積元的絕對(duì)黑體，在半球面方向所輻射的波長(zhǎng)為的輻射出射度為式中，c―光速；

h―普朗克常數(shù)，6.626176×10-34J·s；

k―波爾茲曼常數(shù)，1.38066244×10-23J/K；

C1―第一輻射常數(shù)，＝3.7418×10-16W·m2；

C2―第二輻射常數(shù)，＝1.4388×10-12m·K；

T―絕對(duì)溫度。公式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是它對(duì)于低溫與高溫都是適用的第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

②維恩公式理論上說明了黑體在各種溫度下能量波長(zhǎng)分布的規(guī)律公式簡(jiǎn)單，但是僅適用于不超過3000K的溫度范圍黑體的輻射本領(lǐng)是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，當(dāng)波長(zhǎng)一定時(shí)，黑體的輻射本領(lǐng)就僅僅是溫度的函數(shù)，即上式就是光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)測(cè)溫的理論根據(jù)

第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一③斯蒂芬－波爾茲曼定律溫度為T的絕對(duì)黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射出射度與溫度T的四次方成正比。

式中，σ―斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，5.66961×10-3W/(m2·K4)。上式就是輻射式溫度計(jì)測(cè)溫的理論根據(jù)。全輻射強(qiáng)度定律是單色輻射強(qiáng)度定律在全波長(zhǎng)內(nèi)積分的結(jié)果。第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一6.4輻射測(cè)溫1熱輻射基本定理2光學(xué)高溫計(jì)3光電高溫計(jì)4輻射溫度計(jì)5比色溫度計(jì)第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一2光學(xué)高溫計(jì)

精密光學(xué)高溫計(jì)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測(cè)試；

標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測(cè)定中使用。 光學(xué)高溫計(jì)可用來測(cè)量800～32000C的高溫。 由于采用用肉眼進(jìn)行色度比較，所以測(cè)量誤差與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。 光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)分類隱絲式 利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏?，?dāng)燈絲的亮度與被測(cè)物體的亮度一致時(shí)，燈泡的亮度就代表了被測(cè)物體的亮度溫度。恒定亮度式 利用減光楔來改變被測(cè)物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相等時(shí)，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測(cè)物體的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一隱絲式光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)系統(tǒng) 紅色濾波片，造成一個(gè)較窄的有效波長(zhǎng) 吸收玻璃，目的是擴(kuò)展量程 目鏡和物鏡是一套光學(xué)系統(tǒng)電測(cè)系統(tǒng)包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。光學(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)輻射源 電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測(cè)量電路原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色濾波片；5－目鏡；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開關(guān)；R1－刻線調(diào)整電阻第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一亮度溫度

為了校正光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量非黑體的溫度比真實(shí)溫度偏低的偏差。定義：當(dāng)被測(cè)物體為非黑體，在同一波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度同絕對(duì)黑體的光譜輻射亮度相等時(shí)，則黑體的溫度稱為被測(cè)物體在波長(zhǎng)為時(shí)的亮度溫度。左邊為非黑體光譜輻射亮度，右邊為黑體的光譜輻射亮度第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一根據(jù)維恩公式有對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)，并加以整理，得式中，ελT―被測(cè)物體在溫度為，波長(zhǎng)為時(shí)的單色黑度系數(shù)；

T―被測(cè)物體的真實(shí)溫度；

TL―被測(cè)物體的亮度溫度。已知物體的單色黑度系數(shù)，就可以通過亮度溫度求出物體的真實(shí)溫度。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一6.4輻射測(cè)溫1熱輻射基本定理2光學(xué)高溫計(jì)3光電高溫計(jì)4輻射溫度計(jì)5比色溫度計(jì)第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一3光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是由人工操作來完成亮度平衡工作的，其測(cè)量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和記錄，當(dāng)被測(cè)溫度低于8000C時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無法進(jìn)行平衡。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型測(cè)溫儀表。它采用新型的光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測(cè)量的目的。第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一主要特點(diǎn)：①采用光敏電阻或者光電池作為感受輻射源的敏感元件來代替人眼的觀察；②采用一參考輻射源與被測(cè)物體進(jìn)行亮度比較，由光敏元件和電子放大器組成鑒別和調(diào)整環(huán)節(jié)，使參考輻射源在選定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的亮度自動(dòng)跟蹤被測(cè)物體的輻射亮度，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)即可得到測(cè)量值；③在平衡式測(cè)量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，參考輻射源選用鎢絲燈泡，能保持較高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度和連續(xù)測(cè)量的特性；④設(shè)計(jì)了手動(dòng)值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實(shí)溫度；⑤采用新型光敏元件，測(cè)量范圍寬，約為200～16000C。第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一WDL-31型光電高溫計(jì)的工作原理1－物鏡；2－同步信號(hào)發(fā)生器；3－調(diào)制鏡；4－微電機(jī)；5－反光鏡；6－聚光鏡；7－參比燈；8－探測(cè)元件第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一(1)瞄準(zhǔn)光路由物鏡對(duì)0.5m～處被測(cè)物體調(diào)焦成像在分劃板上。通過目鏡組可清晰地觀察到被測(cè)物體的瞄準(zhǔn)部位1－調(diào)制鏡；2－微電機(jī)；3－反光鏡；4－可變光闌；5－聚光鏡組；6－參比燈；7-目鏡組8、9-保護(hù)窗；10－物鏡；11-入射光瞳；12-衰減玻璃；13－探測(cè)元件；14-濾光片；15-保護(hù)光闌；16-分劃板；17－透鏡玻璃；18-出射光闌；19-保護(hù)玻璃第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

(2)檢測(cè)光路物鏡將被測(cè)物體的輻射能量會(huì)聚，經(jīng)過衰減玻璃及與物鏡光軸成450角的調(diào)制鏡的反射，進(jìn)入視場(chǎng)光闌孔中，由探測(cè)元件接收。(3)參比光路參比燈輻射的能量經(jīng)聚光燈組會(huì)聚后，通過可變光闌，由反射鏡反射，再穿過調(diào)制鏡葉片的空間，進(jìn)入視場(chǎng)光闌孔中，經(jīng)濾波片也由探測(cè)元件接收。 隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制鏡，對(duì)兩路輻射通量作切換調(diào)制，使其交替被探測(cè)元件接收。 在參比光路中的可變光闌用作黑度系數(shù)的手動(dòng)修正。第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

儀器的工作光譜范圍由光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)元件決定。 量程范圍在400～8000C及以下各量程，采用硫化鉛光敏電阻作探測(cè)元件，并配合鍺濾光片。光譜范圍短限由鍺濾光片確定，長(zhǎng)限由光學(xué)玻璃材質(zhì)的物鏡確定，約在1.8～2.7。峰值由探測(cè)元件確定，約為2.5。 量程范圍600～10000C及以上各量程，采用硅光電池作探測(cè)元件，并配合HB850有色玻璃濾光片。光譜范圍的短限也由濾光片確定，長(zhǎng)限和峰值由探測(cè)元件確定。光譜范圍約在0.8～1.1，峰值約為0.95，均在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 儀器的量程范圍用光學(xué)衰減的方式改變。 各種量程都保持參比燈工作電流在某一固定范圍內(nèi)變化，即在量程上限時(shí)工作電流不超過250mA。 對(duì)于低溫量程，將參比燈的輻射能量衰減； 對(duì)于高溫量程，則將被測(cè)輻射能量進(jìn)行衰減。 探測(cè)元件為硫化鉛光敏電阻時(shí)，衰減玻璃選用GRB1隔熱玻璃。探測(cè)元件為硅光電池時(shí)，采用LB6綠色玻璃。第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一輻射測(cè)溫1熱輻射基本定理2光學(xué)高溫計(jì)3光電高溫計(jì)4輻射溫度計(jì)5比色溫度計(jì)第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一4輻射溫度計(jì)根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即物體的總輻射強(qiáng)度與物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來進(jìn)行測(cè)量的。

組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分 可用于測(cè)量400～20000C的高溫，多為現(xiàn)場(chǎng)安裝式結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計(jì)測(cè)量的