《ch温度测量》PPT课件.ppt

第5章 温度测量,温度： 温标：华氏(Fahrenheit)、摄氏(Celsius)、开氏(Kelvin) 测量目的 监控、保证发动机正常工作 温度对性能的影响 性能评价 测量分类 稳态：润滑油、冷却水、大气 瞬态：缸内气体、进排气 零件表面温度 测温基本原理 温度T物体性质(随T变化)输出 尺寸、密度、体积、热电势、辐射强度、电阻 温度单位 K、C,测温仪表分类 接触式 膨胀式：液体、固体、压力温度计 热电阻 热电偶 非接触式 辐射高温计 光学高温计 比色高温计 对比： 被测温度场 响应 精度 接触式： 破坏 慢 高 非接触式 ： 不破坏 快 低,5.1 热电偶温度计,特点：精度高、范围广、响应快、远传、稳定性好 一、测温原理及组成 1、热电效应 两种不同材料金属回路 两接触点T不同,5.1 热电偶温度计,接触电势： -电子扩散材料电子密度不同(与T、材料有关) 在两导体接触面,5.1 热电偶温度计,温差电势： -电子漂移电子能量不同两端温度温度不同 同一导体两端温度不同,总热电势,几点说明 接触电势温差电势 电子密度大的材料总是正极 热电势方向总是与实际上高温端接触电势方向一致 电子密度是温度T的函数，但无法得到准确函数式 EAB(T,T0)不能计算出来，而是通过实验得到的 规定T00C时，将EAB(T,T0)与T的关系测量出来，制成表热电偶的分度表 热电势的大小用EAB(T,T0)表示 总热电势大小取决于材料、两端温度T，与热电偶丝的长短和粗细无关 A、B材料固定，则EAB(T,T0)f(T)-f(T0) 当T0固定，热电势是T的单值函数 相同材料不产生热电势 两端温度T相同也不产生热电势,基本定律 均质导体定律 在用同一种均质材料组成的回路中，不论材料的截面积是否一致以及各处的温度分布如何，该回路中的总热电势等于零。 若要构成一热电偶，必须采用两种不同性质的材料 由同一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中产生热电势便说明该材料是不均匀的。此定律可作为检验材质均匀性的原则。 中间金属定律 在热电偶回路中加入第三种导体，只要其两端温度相同，热电偶产生的热电势保持不变。不受第三金属接入的影响。 在热电偶回路中加入一种或几种其它均质材料，只要加入的材料两端温度相同，则对整个回路的热电势没有影响。根据该结论，就可以在热电偶回路中接入仪表以便检测热电势的大小从而测出温度 任何一种金属A或B对另一种金属C的热电势为已知，则该两种金属组成的热电偶的热电势为它们对金属C热电势的代数和。 利用这一结论可以建立通用分度关系，使得热电偶的选配工作大大简化,基本定律 中间温度定律 热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。 无论热电偶的工作温度为多少，都可以用一具有相同参考温度的分度表来确定其电势温度函数关系，该定律提供了电势与温度间的转换关系。 只要已知T1和T2任一温度下的电势，则对应于T1和T2温差下的热电势便为已知。该定律为热电偶的温差测量（差分热电偶）提供理论依据。,2、组成 热电偶连接导线（补偿导线）指示仪表,二、热电偶的冷端温度补偿 1、补偿原因 T0=const， EAB(T,T0)f(T)C 分度表： T00C， EAB(T,0)f(T) 实际测量时， T00C， T0变化 2、补偿方法 冷端恒温法 计算修正法 冷端T0=const， EAB(T,0) EAB(T,T0) EAB(T0,0) T查分度表 测量 查分度表,计算修正法举例： 用铜-康铜热电偶测量某介质温度，测出热电偶输出的热电势为-6.282mV，自由端(参比端)置于恒温室内t0=20，求该介质温度为多少？,补偿导线法 T0const 补偿导线 T0=const 计算修正 选用热电偶匹配的材料 冷端补偿器 热电偶不平衡电桥直流电源毫伏计,三、指示仪表 1、毫伏计 磁电式仪表,2、动圈式仪表 电流表,3、自动电位差计 测温电桥产生电位差热电偶产生的热电势,4、数字式仪表 四、多点热电偶测量线路,五、热电偶常用材料及结构型式 1、材料要求 二稳： 物理：线性稳定 化学：抗氧化、腐蚀 二高： 热电势高 导电率高 复制性好：同样的热电偶，热电势相同 铁康铜 NiCr-NiSi 铂铑铂,热电偶分度表 T0固定后，Et关系列成专门的表格 不同的热电偶具有不同的分度表。 分度表中的数值通常T0取为0，许多低温热电偶分度表取T0为0K。 分度表中数值不是根据公式计算得到的（因为NA、NB与T的函数关系很难得到），而是人们根据大量的科学实验总结出来的。 分度号 与分度表相对应,2、结构型式 工业用热电偶 露头型 绝缘型 接地型,铠装式热电偶 填充绝缘材料 薄膜式热电偶,2、热电偶测温误差分析,5.2 电阻式温度计,RT 中低温，200 C 500 C 一、电阻式温度传感元件 1、热电阻 (1) 铂电阻： 100 C 500 C Rt=R0(1+At+Bt2) 0C t 650C Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)3) -200C t 0C ABC Rt t近似呈线性 百度电阻比：W(100)=R100/R0 标准铂电阻：W(100) 1.39256 工业用标准铂电阻： W(100) 1.391 分度号：Pt50、Pt100,Pt100分度表,结构 铂电阻丝 绝缘骨架 保护套管,(2) 铜电阻 50 C 150 C Rt=R0(1+t) W(100) 1.425， R0 50 、100 分度号：Cu50、Cu100,(3) 选用 温度范围 介质性质 精度要求：标准热电阻、工程用热电阻,2、热敏电阻 特性 负温度系数型NTC测温 正温度系数型PTC、临界温度型CTR开关元件 特点 灵敏度高、热惯性小、体积小 复制性差、输出非线性,3、PN结型热敏元件 二极管式 三极管式 集成电路,三、指示仪表 1、动圈式指示调节仪 不平衡电桥 动圈电流热电阻,2、自动平衡电桥 测量电桥与自动电位差计略有不同 3、微机在温度测量中的应用,三、连接导线（接线方法） 1、二导线法 2、三导线法,四、误差分析 1、受热：不能自由膨胀内应力 2、引线电阻 3、电流发热 4、绝缘性 5、对温度场的影响 6、响应时间滞后 7、热辐射、热传导 8、高速流动气体滞止 T ,5.3 液体温度计,T 液体膨胀 1、玻璃管温度计,5.3 液体温度计,2、液体弹簧温度计,5.4 电磁波高温计,一、光学高温计 单色辐射强度与波长、温度有关 单色亮度与单色辐射强度成正比 T 辐射能某一波长的单色射线的亮度 利用亮度比较测温 二、辐射高温计 T 辐射能黑体T 热电偶,5.5 温度计的校验,5.5 温度计的校验,一、比较检定法 被校温度计、标准温度计同时测定同一被测温度 1、液体槽 水 199 C 润滑油 80300 C 硝酸钾硝酸钠 160630 C 2、管状电炉 T600 C,5.5 温度计的校验,二、定点检定法 标准温度(国际实用温标),5.5 温度计的校验,5.5 温度计的校验,(1) 沸点 温度较高时用硫沸点，稍低时用乙醇沸点。在低温下则用氧、氮、氢或氦沸点。 由于物质的沸点受气压影响很大，例如压力每升高1mmHg，水沸点温度升高0.036，硫沸点温度升高0.09。 在检定时，要同时测量大气压数值，并根据此进行温度指示值的修正。 (2) 凝固点 凝固点受大气压变化的影响非常小. 受物质纯度的影响比较大。如在金属中含有1/104的杂质可引起凝固点温度降低0.1。蒸馏水和纯冰的均匀混合物可得到冰融点温度. 金属凝固点是高温温度计定点检定常用的固定点，用这种方法时要防止金属的氧化和沾污问题。一旦发生氧化，混合物的熔点就会降低。 (3) 三相点 实验研究表明，物质的三相点不受大气压的影响，也不需测量压强。所以人们普遍认为用三相点作为温度的固定点比沸点更好。 现在已研制成功多种密封的三相点容器（如氩、氮、氢、氧等）以及水三相点瓶。它们具有长期的稳定性和良好的复现性，准确度达0.1mK，这将给温度校验带来极大的方便。,5.6 发动机中实际温度的测量,一、稳定流体 稳定工况 大气、冷却水、润滑油、燃料 液体温度计、热电偶、热电阻 二、高速脉动气流 排气 要求热惯性小 薄膜热电偶 热电阻,5.6 发动机中实际温度的测量,三、喷油嘴