表面温度测量方法分析

1、表面温度测量方法分析 第1章 绪 论 1.1表面温度基本概念及意义 1基本概念 （1）表面温度传热：表面温度传热是研究表面温度热量传递规律的学科。 1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。 （2）表面温度热量传递过程： 根据物体温度与时间的关系，表面温度热量传递过程可分为两类：（1）稳态传热过程；（2）非稳态传热过程。 1）稳态传热过程（定常过程）：凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳态传热过程。 2）非稳态传热过程（非定常过程）：凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程

2、。 2表面温度传递测量的重要性及必要性 （1）表面温度传递测量是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。 （2）在生产技术领域中的应用十分广泛。如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。 （3）表面温度测量的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。 1.2 热量传递的三种基本方式 1导热（热传导） （1）定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热

3、运动而产生的热量传递称导热。 从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理，如图1.1所示。 1 ）气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温 - 1 - 处。 2 ）导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的

4、影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。 说明：只研究导热现象的宏观规律。 如图1.1所示。 图1.1 通过平板的维导热 1.3表面传热过程和传热系数 1.3.1表面传热过程 1概念：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。 2表面传热过程的组成：传热过程一般包括串联着的三个环节组成，即： 1） 热流体 壁面高温侧； 2） 壁面高温侧 壁面低温侧； 3） 壁面低温侧 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。 3传热过程的计算 针对稳态的传热过程，即 Q=const - 2 - 如图

5、1 3 ，其传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下： （1.1） 变形 （1.2） 整理 （1.3） 可写成 （1.4） 此式称为传热方程式。 （1.5） 其中 K 传热系数。 1.3.2传热系数 1 概念 是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上，它等于冷热流体间温差 C ，传热面积 时热流量的值。 K 值越大，则传热过程越强，反之，则弱。其大小受较多的因素的影响： 1）参与传热过程的两种流体的种类； 2）传热过程是否有相变 说明：若流体与壁面间有辐射换热现象，上述计算未考虑之。要计算辐射换热，则：表面传热系数应取复合换热表面传热系数，包含由辐射换热折算出来的表面传热系数在内。 2 传

6、热系数 K 的表达式 - 3 - （ 1.6） 表示 K 的构成：是由组成传热过程诸环节的之和的倒数组 成。 或写成 或 传热方程式可变为以下形式： （1.9） 此式与欧姆定律： 比较， 具有电阻之功能。 由此可见：传热过程热阻是由各构成环节的热阻组成。 串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相等，则串联热量传递过程的总热阻等于各串联环节热阻之和。 （1.7） （1.8） - 4 - 第2章 表面温度传感器 2.1表面温度传感器分类及发展 2.1.1表面温度传感器分类 温度传感器分类方法很多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被

7、测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。 温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 2.1.2表面温度传感器发展 1传

8、统的分立式温度传感器热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50-1600进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，最低可测到-269，钨-铼最高可达2800。 2集成(IC)温度传感器 1）模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度

9、快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。目前在国内外仍普遍应用的一种集成传感器，下面介绍一种具有高灵敏度和高精度的IC温度传感器AN6701。 2）智能温度传感器 传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感 - 5 - 器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特

10、点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。 3智能温度传感器发展的新趋势 21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 2.2温度传感器热电偶的应用原理、优点及种类 2.2.1 温度传感器热电偶的应用原理 当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电

11、流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与

12、导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开之间便有一电动势差V，其极性和大小与回路中的热电势一致。并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当V很小时，V与T成正比关系。定义V对T的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2.2.2温度传感器热电偶的优点 1测量精度高 因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

13、2测量范围广 - 6 - 常用的温度传感器热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。 3构造简单，使用方便 温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 2.2.3温度传感器热电偶的种类 常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。所调用标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级

14、上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化温度传感器热电偶 我国从1988年1月1日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化温度传感器热电偶为我国统一设计型温度传感器热电偶。 2.3数字温度传感器AD7416及其应用 AD7416 是美国模拟器件公司（ADI）出品的单片机温度监控系统集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25量化间隔的数字信号，以便用来与用户设置的温度点进行比较。AD7416片内寄存器可以进行高/低温度门限的设置当温度超过设置

15、门限时，过温漏级开路指示器（OTI）将输出有效信号。另外，可以通过I2C接口对AD7416的内部寄存器进行读/写操作，最多可允许8片AD7416挂接在同一个串行总线上。该温度传感器可广泛应用于数据采集系统中的环境温度监测、工业过程控制、电池充电以及个为计算机等系统。 1基本特性与引脚功能 AD AD7416具有如下基本特性： 工作电压范围为+2.7V+5.5V； 测温范围为-55+125； 具有10位数字输出温度值，分辨率为0.25； 精度为2(-25+100)和3（-55+125）； 转换时间为1530s，更新速率为400s； 带有过温漏级开路指示器（OTI）； 具有I2C兼容的串行接口和可

16、选的串行总线地址； 具有低功耗关闭模式（典型值为0.2A）； - 7 - 可用来升级替换LM75，如图2.1。 图2.1 AD7416引脚排列图 AD7416采用8脚表面贴SO和8脚小型SOIC封装形式，图1所示为AD7416的引脚排列图，各引脚功能如表1所列。 图2.2 AD7416的内部功能框图 - 8 - AD7416的内部功能框图如图2.2所示。它的片内带隙温度传感器可按预先设置的工作方式对环境温度进行实时测量，并将结果转化为数字量存入到温度值寄存器中（地址00H），其环境温度与输出数据的关系如表2所列。 表2 环境温度与输出数据的关系 自动测温方式，在这种方式下，AD7416每隔40

17、0s对环境温度测量一次，每次的量化转换时间为1530s，其余时间芯片则自动转入休眠状态，参照表3。 表3 自动测温状态 对环境温度进行测量时，可通过I2C串行接口总线来写入操作命令，此时，芯片将由休眠状态转入测温状态。当温度量化转换结束后，芯片将重新转入休眠状态。 AD7416内部的配置寄存器（地址01H）为8位读/写寄存器，可用于设置操作方式，其格式为： 配置寄存器各部分的功能如下： D7D5始终设置为000； D4和 D3用于设置故障排队长度，以防止测温系统在受到干扰时错误地触发过温指示器（OTI），故障排队长度可分别设置为1、2、4和6次； D2用于设置OTI的输出极性。0表示低电平输出

18、，1表示高电平输出； D1 用于设置OTI的工作方式。0表示采用比较方式工作，即当环境温度超过TOTI时触发OUT输出，其输出电平一直保持到环境温度降至THYST； - 9 - 1表示采用中断方式工作，即当环境温度超过TOTI的触发OTI输出，其输出电平将一直保持到下一次读操作，而在这期间，即使环境温度降到THYST，输出电平也不翻转； D0用于设置工作方式。0表示采用自动测温方式，1表示采用低功耗方式。 THYST温度点寄存器（地址02H）和TOTI温度点寄存器（地址03H）均是16位读/写寄存器，分别用于设置低端和高端温度点的门限值，所设数值以二进制补码的形式存入高9位，其余位置0。 图2

19、.3 AD7416与外设进行数据传输的时序 AD7416采用I2C串行总线和数据传输协议来实现同外设的数据传输。在数据传输过程中AD7416作为从器件通过数据输入/输出线SDA以及时钟信号线SCL与总线相连。其传输时序如图2.3所示。当SCL保持高电平时，SDA从高电平到低电平的跳变为数据传输的开始信号，随后传送AD7416的地址信息的读/写控制位。其地址信息的格式为：100A2A1A0R/W。 根据A2A1A0的不同编码，最多可允许8片AD7416挂接同一个串行总线上。读/写控制位为1时，表示对AD7416进行读操作，为0时，则表示进行写操作。当每个字节传送结束时，必须在收到接收数据一方的确

20、认信号（ACK）后方可开始下一步的操作。然后在地址信息和读/写控制位之后传送片内寄存器地址和数据。最后，在SCL保持高电平的情况下，当SDA从低电平跳变到高电平时将终止数据的传输操作。 3 应用实例 AD7416在每次上电时的默认参数如下： TOUI设置为80、THYST设置为75； OTI采用比较方式工作； OTI输出低电平有效； 故障排队长度设置为1。 这些默认值可使该温度传感器在不连接串行总线时用作自动调温器，图2.4所示就是 AD7416作为自动调温器的典型应用电路原理图。当被测量 - 10 - 的环境温度低于 THYST时，OTI输出高电平，Q1导通，继电器吸合，加热器开始工作；当被

21、测量的环境温度高于TOTI时，OTI输出低电平，将Q1的基极电位拉低以使其截止，继电器释放，加热器停止工作。 图2.4 AD7416典型应用电路图 实际应用中应注意以下几个问题： 为防止环境干扰，AD7416的电源同地线之间要并接容值大于0.1F的钽电容； AD7416的感温器件在芯片内部，因此芯片表面要被测物体紧密接触； 由于芯片自耗电的存在，AD7416工作时的自身温升约为0.2，所以在精确测温时应采取低功耗的工作方式； OTI输出端的上拉电阻的阻值越大，流入AD7416的电流越小，其温升也越小，但上拉电阻最大不能超过30k，通常选10k； - 11 - 第3章 表面温度计检定装置 表面温

22、度计试行检定规程本规程适用于新制的、使用中和修理后的测温范围为0300以热电偶作感温元件的弓形表面温度计的检定。不适用于其它类型表面温度计的检定。本章主要介绍表面温度试行检定规程及其检定装置特点要求及其方法。 3.1表面温度计试行规程简介 1表面温度计 弓形表面温度计(以下简称温度计)主要用于测量圆柱形或球形静态固体表面的温度。温度计用热电偶为镍铬-镍硅及镍铬-考铜热电偶。温度计由焊在一起的扁带形热电极组成的热电偶、补偿导线及温度指示仪表组成。热电偶固定在弓形支架上，热电极与弓形支架间用垫片绝缘，再由延长型补偿导线通过保护管与指示仪表连接。为补偿热电偶参考端温度不为0的影响，在温度计手柄处装有

23、温度补偿元件。温度计的外型结构如图3.1所示。 图3.1温度计的外形结构 2技术要求 外观 （1）热电偶的测量端应焊接牢固，并处于中心位置，其偏移不大于5mm，表面平滑、无气孔、毛刺。如有严重的腐蚀，电极脆弱或严重磨损不予检定。 （2）温度计电路连接部分的极性应正确，接触应良好；机械连接部分应牢固可靠；活动部分应转动自如。 （3）指示仪表的刻度盘的刻线应清晰，其上应标有制造厂名(或厂标)，温度计型号与准确度等级，国际实用温标答号()，温度计编号和出厂年、月。 - 12 - 对指示仪表的要求 （1）指示仪表不应有影响使用准确度和内部零件损坏的缺陷，否则应进行修理。 （2）温度计的零位起点为30(

24、感温元件与补偿热电偶均处于相同的室温下)，零位调节器应能保证指针向右移动到40，向左移动到20。 （3）温度计指示仪表的基本误差、回程误差、指针不回机械零位以及修理后阻尼时间等，应符合JJG187-78配热电偶用动圈式温度指示仪表，指示位式调节仪表检定规程的规定。 注：指示仪表的检定条件、检定方法以及数据处理按规程中有关条款进行。 （4）倾斜的影响：指示仪表的规定工作位置应与水平成30角。当指示仪表自规定工作位置向任何方向倾斜45角时，其示值变化不应超过允许基本误差。 允许温差条件 热电偶和补偿导线的允许误差应符合JJG141-83工作用镍铬-镍硅、镍铬-考铜热电偶检定规程的规定(镍铬-镍硅热

25、电偶允许误差应符合级)。 注：热电偶与补偿导线的检定条件、检定方法与数据处理均按规程中有关条款进行。 温度计允许基本误差计算 （3.1） 式中：t1-热电偶的允许误差()； t2-指示仪表的允许基本误差()； t3-补偿导线的允许误差()。 绝缘电阻 当环境温度为205，相对湿度不大于80%时，热电极和保护管之间的绝缘电阻不小于5M。 3检定条件 （1）温度计进行分立元件检定时，所需标准仪器和设备按第2.2条、 第3条有关规定。 （2）表面温度计检定炉一台。热板最高使用温度为300，并在热板中心位置具有20350mm2的恒温面，不均匀温场不于2。热板表面应平整、 光滑、无油垢和灰尘等物质。热板

26、表面不允许有影响检定准确度的表面氧化。 - 13 - 1）在检定炉的热板下，沿等温面敷设二等标准铂铑10-铂热电偶，该热电偶不应破坏热板的温场。 2）不低于0.05级低电势直流电位差计及配套装置。 3）炉温自动控制仪DWK-702一台，或其它控温设备。 4）标准热电偶用参考端恒温槽一个。 5）分度值为0.1，测量范围为050的贴附温度计一支。 4检定项目及检定方法 温度计的检定项目见表3.1。 表3.1 5检定结果的处理 综合示值误差计算方法如下： 热板表面的实际温度t实可由公式计算： （3.2） 式中：e实-热板表面温度相应的热电动势(mV)； e-标准热电偶4次读数的算术平均值(mV)；

27、e-标准热电偶的修正值(mV)。 算毕，查该热电偶的分度表，得温度值为t实。 被检温度计指示温度，按如下式计算： （ 3.3 ） - 14 - 式中：t被-被检温度计修正参考端温度后的示值()； t示-被检温度计指示仪表的示值()； t参-被检温度计参考端温度()。 被检温度计的修正值按如下式计算： （3.4） 式中：C-被检温度计修正值()； t实，t被-同式(2)，(3)。 例：有一支WREA-891M型表面温度计，温度范围为0300，准确度等级为3级。在表面温度计检定装置的热板上与标准热电偶用比较法进行整体检定。当热板温度恒定在200附近时，测得标准铂铑10-铂热电偶热电动势平均值为1.

28、402mV，标准热电偶修正值为+0.011mV，得被检温度计指示值为200，参考端温度为20，求该温度计在 200处的修正值。 （3.5） 查分度表1.413mV对应的温度值为197，即t实 =197。 （3.6） 该支表面温度计在200点的修正值为+7。 经检定符合本规程要求的温度计，发给检定证书，并给出修正值；不符合本规程要求的，发给检定结果通知书。 温度计检定周期一般为半年，也可根据具体使用情况确定。 3.2表面温度计检定的特点 - 15 - 表面温度温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80-+500范围内液体蒸汽和气体介质温 1表面温度计特点 现场显示

29、温度，直观方便，安全可靠，使用寿命长；抽芯式温度计可不停机短时间维护或更换机芯。轴向型、径向型、135o型、万向型等品种齐全，适应于各种现场安装的需要。表面温度温度计是基于绕制成环性弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀时，带动指针旋转，工作仪表便显示出热电势所应的温度值。 工作原理热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度 2表面温度计技术参数 产品执行标准： JB/T8803-1998 GB3836-83 标度盘公称直径：60、100、150 精度等级：1.0、1.5 热响应时间：40s 防护等级：IP55 角度调整误差

30、： 角度调整误差应不超过其量程的1.0 回差： 表面温度温度计回差应不大于基本误差限的绝对值 重复性：表面温度温度计重复性极限范围切应不大于基本误差限绝对值的12 3.3双金属温度计 3.3.1双金属温度计适用 1主题内容与适用范围 本标准规定了工业双金属温度计（以下简称温度计）的术语及定义、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装等。 本标准适用于由双金属元件和护套组成温度检测元件，具有圆形标度盘，以及测量范围为-80+500的温度计。 2引用标准 ZBY 002 仪器仪表运输、运输贮存基本环境条件及试验方法 ZBY003 仪表仪表包装技术条件 ZBY120 工业自动化仪表工作条件

31、温度、湿度和大气压力 ZBY122 工业自动化仪表指针指示部分的基本型式、尺寸及指针的一般技术要求 3.3.2术语及定义 本标准除采用ZB Y247外，还有以下术语及定义适用于本标准。 1角型 检测元件轴线与标度盘平面垂直的型式，亦称轴向型。 2直型 检测元件轴线与标度盘平面平行的型式，亦称径向型。 - 16 - 3插入长度 从检测元件下端至安装连接接合面或锥螺纹下端的长度。 4置入长度 从检测元件下端算起，检测元件处于被测介质中的长度。 3.3.3产品分类和基本参数 1型式 温度计按指示装置与检测元件连接安装方式不同分为下列四种型式； 1）径向 2）轴向 3）万向 4）角型 机械电子工业部1

32、988-06-12批准-1989-01-01实施 2标度盘公称直径 温度计的标度盘公称直径为60，100，1500mm 3测量范围 温度计的测量范围应符合表3.2的规定。 表3.2 测 量 范 围 -80 +40 -40 +80 0 50 0 100 0 150 0 200 0 300 - 17 - 温度计的插入长度为75，100，150，200，250，300，400，500mm。 注：插入长度大于500mm的，由制造厂与用方商定。 6护套的公称压力 温度计护套的公称压力应从1.0，1.6，2.5，4.0，6.4MPa系列中选取。 7安装连接方式 温度计的安装连接方式分为下列四种 1）可调管

33、接头； 2）管接头（外螺纹）； 3）管接头（内螺纹）； 4）固定螺纹。 8指示调整机构 温度计按指示装置有无指示调整机构分为下列三种： 1）无指示调整机构； 2）外部指示调整机构； 3）内部指示调整机构。 3.3.4技术要求 - 18 - - 19 - 带出厂包装的温度计应能承受按ZBY002规定的高温（+55）、低温（-40）、连续冲击（加速度：98m/s2，脉冲持续时间：11ms）和自由跌落（高度：250mm）试验。 3试验方法 1）外观、结构及装配质量检查 根据要求要用目检法和相应的工具进行检查。 试验条件： 环境温度为1535，相对温度为45%75%，大气压力为86kPa106kPa；

34、 温度计的置入长度应符合产品使用说明书的要求； 无颠震和振动。 2）试验设备和标准仪表 试验设备为恒温槽，标准仪表为标准温度计。测量恒温槽温度时，所采用的测量方法的极限误差应不大于被试温度计基本误差限的四分之一。 3）试验点 每台温度计的试验点不得少于4个，且应均匀分布在测量范围内的长标度线上（包括测量上限、下限和0）。 4）试验要求 将被试温度计的检测元件与标准温度计插在恒温槽中，恒温槽温度应稳定在规定的试验点温度，由标准温度计读数，然后读取被试温度计的示值。 被试温度计与标准温度计示值的差值，即为温度计在该试验点的基本误差。 应沿正反行程在各试验点至少各试验一次，每次试验的结果均应符合规定

35、。 5）回差试验 回差试验采用与基本误差限试验相同的试验条件、试验设备、标准仪表、试验点（除被测量上限和下限外）和方法，并与基本误差限试验同时进行。在每一试验点正、反行程的示值的差值，即为温度计的回差，它应符合规定。 6）重复性试验 重复性试验采用与基本误差限试验相同的试验条件、试验设备、标准仪表和试验点。应沿同一行程（正行程或反行程）在每个试验点至少读取三次的示值。沿同一行程在每个试验点诸示值间的最大差值即为温度计的重复性，它应符合规定。同时，仍应符合相应的其他的规定。 4热稳定性试验 - 20 - 温度计的检测元件插入恒温装置中，在测量上限保持表3.7规定的时间。试验时，恒温装置的温度表化

36、应不大于2。试验后，温度计仍应符合规定。 1）时间常数试验 温度计的检测元件处于是温度较低的介质中，待示值稳定后迅速移入处于另一温度较高的恒温槽内（前一种介质的温度与恒温槽的温度之差大于温度计量程的50%，以形成温度阶跃），同时启动秒表，当温度计示值的变化达到温度之差（阶跃值）的63.2%时，嵌停秒表，秒表所记下的时间即为时间常数。 2）耐振性试验 将温度计安装在振动台上。温度计的标度盘应与重力加速度向平行。然后经受符合铅垂方向振动。 3）位置影响试验 将在室温条件下的温度计从参比工作位置前、后、左、右各倾斜90，然后测量由此产生的示值变化。 4）耐压试验 温度计护套的耐压试验应在室温条件下用

37、水进行外压试验，试验压力为公称压力的1.5倍，试验时间为1min。试验过程中，护套应不损坏和渗漏。 5）运输、运输贮存基本环境条件试验 将带出厂包装的温度计按ZBY002规定进行高温、低温、连续冲击和自由跌落试验。 5检验规则 1）出厂检验 每台温度计均应按相应试验方法进行出厂检验。经出厂检验合格的温度计方能出厂，并应附有合格证。 2）检验 温度计有下列情况之一，应进行型式检验： 新产品试制或老产品转厂生产时； 正式生产后，如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能时； 正常生产时，定期或积累一定产量后，应周期性进行一次检验； 产品长期停产后，恢复生产时； 出厂检验结果与上次型式检验有较大

38、差异时； 国家质量监督机构提出进行型式检验的要求时。 6标志、包装 1）标志 温度计的标度盘上应有以下标志： 制造厂名或厂标； - 21 - 产品名称； 产品型号； 测量单位符号“”； 精确度等级； 产品编号与制造年月。 2）包装 温度计的包装应符合ZBY003的规定。 - 22 - 第4章 辐射温度计测量 4.1 红外线测量仪 4.1.1 红外线测温仪原理 红外测温仪的测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。红外测温技术已发展到可对有热变化表面进行扫描测温，确定其温

39、度分布图像，迅速检测出隐藏的温差， 这就是红外热像仪红外热像仪最先应用于军事上，美国TI公司19“年研制出世界上第一台红外扫描侦察系统。以后，红外热成像技术在西方国家陆续用于飞机、坦克、军舰和其他武器上，作为侦察目标的热瞄系统，大大提高了搜索、命中目标的能力。瑞典AGA公司生产的红外热像仪在民用技术上处于领先地位。但是，怎样使红外测温技术得到广泛应用，目前仍然是一个值得研究的应用课题。 先进的光学技术，能够以更远的距离测量更小的目标发射率可调，更加精确地测量温度可选的最大、最小、差分和平均功能，可以即时显示数值，并具有Hi/Lo报警温度测量范围扩展至 750 (1400 F)选配探针附件，用于

40、双接触或非接触式温度测量Fluke 68:激光瞄准系统，能以1%的准确度进行瞄准12个点的数据记录先进的光学技术，能够以更远的距离测量更小的目标发射率可调，更加精确地测量温度可选的最大、最小、差分和平均功能，可以即时显示数值，并具有Hi/Lo报警温度测量范围扩展至760 oC (1400 oF)选配探针附件，用于双接触式或非接触式温度测量 4.1.2 红外测温仪工作原理 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信

41、号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为 1 。但是，自然界中存在的实际物体， - 23 - 几乎都不是黑体，为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模

42、型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称 黑体辐射定律 。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1 的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。 当用红外辐射测温仪测量目标的温度时

43、首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。 选择红外测温仪可分为三个方面： 性能指标方面,如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等;环境和工作条件方面,如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等;其他选择方面,如使用方便、维修和校准性能以及价格等,也对测温仪的选择产生一定的影响。随着技术和不断发展,红外测温仪最佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的仪器,扩大了选择余地。 确定测温范围，测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。如TIME（时代）、Raytek(雷泰)产品覆盖

44、范围为-50-+3000,但这不能由一种型号的红外测温仪来完成。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。根据黑体辐射定律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化,因此,测温时应尽量选用短波较好。 确定目标尺寸，红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于测温仪的视

45、场,测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。 对于Raytek(雷泰)双色测温仪,其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测目标很小,没有充满现场,测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡对辐射能量有衰减时,都不会对测量结果产生影响。甚至在能量衰减了95%的情况下,仍能保证要求的测温精度。对于目标细小,又处于运动或振动之中的目标;有时在视场内运动,或可能部分移出视场的目标,在此条件下,使用双色测温仪是最佳选择。如果测温仪和目标之间不 - 24 - 可能直接瞄准,测量通道弯曲、狭小、受阻等情况下,双色光纤测温仪是最佳选择。这是由于其直径小,有柔性,可以在弯曲、阻挡和折叠的通道上传输光辐

46、射能量,因此可以测量难以接近、条件恶劣或靠近电磁场的目标。 确定光学分辨率(距离及灵敏)光学分辨率由D与S之比确定,是测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高,即增大D:S比值,测温仪的成本也越高。 确定波长范围，目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。在高温区,测量金属材料的最佳波长是近红外,可选用0.18-1.0m波长。其他温区可选用 1.6m、2.2m和3.9m波长。由于有些材料在一定波长是透明的,红外能量会穿透

47、这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用10m、2.2m和3.9m(被测玻璃要很厚,否则会透过)波长;测量玻璃内部温度选用5.0m波长;测低区区选用8-14m波长为宜;再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43m波长,聚醋类选用4.3m或7.9m波长。厚度超过0.4mm选用8-14m波长;又如测火焰中的C02用窄带4.24-4.3m波长,测火焰中的C0用窄带4.64m波长,测量火焰中的N02用4.47m波长。 确定响应时间，响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。新型红外测温仪响

48、应时间可达1ms。这要比接触式测温方法,快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。 4.1.3 红外测温仪的使用 红外测温仪已被证实是检测和诊断电子设备故障的有效工具。可节省大量开支，用红外测温仪，你可连续诊断电子连接问题和通过查找在 DC 电池上的输出滤波器连接处的热点，以检测不间断电源（ UPS ）的功能状态，你可检验电池组件和功率配电盘接

49、线端子，开关齿轮或保险丝连接，防止能源消耗；由于松的连接器和组合会产生热，红外测温仪有助于识别回路中断器的绝缘故障 . 或监视电子压缩机；日常扫描变压器的热点可探测开裂的绕组和接线端子。 使用红外测温仪的好处： 便捷，红外测温仪可快速提供温度测量，在用热偶读取一个渗漏连接点的时间内，用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度。另外由于红外测温仪坚实。 - 25 - 轻巧，且不用时易于放在皮套中。在工厂巡视和日常检验工作时都可携带。 精确，红外测温仪通常精度都是 1 度以内。这种性能在做预防性维护时特别重要，如监视恶劣生产条件和将导致设备损坏或停机的特别事件时。用红外测温仪，你甚至可快速探测操作温

50、度的微小变化，在其萌芽之时就可将问题解决，减少因设备故障造成的开支和维修的范围。 安全，红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度 ，可以在仪器允许的范围内读取目标温度。非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行，精确测量就象在手边测量一样容易。 4.1.4 红外测温仪在设备故障诊断时的使用 设备故障红外诊断最核心的问题，是要求准确地获得被测设备的温度分布或故障相关部位温度值与温升值。这个温度信息不仅是判断设备有无故障的依据，也是判断故障属性、位置、严重程度的客观依据。因此，对被测设备故障相关部位温度的计算与合理修正，将是提高检测设备表面温度准确性的关键环节。然而在现场

51、进行设备红外检测时，由于检测条件和环境的影响变化，可能导致同一设备因检测条件不同，而得到不同的结果。因此，为了提高红外检测的准确度，必须对现场检测过程中或对检测结果的分析处理中，采取相应的对策与措施或选择良好的检测条件，或对检测现场结果进行合理的修正。 4.2 红外线测量仪的影响与策略 1运行状态的影响与对策 电气设备故障无论是电流效应引起的发热故障 ( 导电回路故障 ) ，发热功率与负荷电流值的平方成正比。电压效应引起的发热故障 ( 绝缘介质故障 ) ，发热功率与运行电压的平方成正比。因此，设备的工作电压和负荷电流的大小，将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。泄漏电流的增大，能造成高压设备部

52、分电压不均匀。如果没有加载运行或者负荷很低，则会使设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能因特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升才越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，即使不能做到连续满负荷运行，也应编制一个运行方案，以便在检测前和检测过程中，能让设备满负荷运行一段时间 ( 如 4 6h) ，使设备故障部位有足够的发热时间，并保证其表面达到稳定温升。 由于电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际

53、运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升。 - 26 - 2设备表面发射率的影响与对策 任何红外测量仪器都是通过测量电气设备表面红外辐射功率，来获得设备温度信息的。并且在红外诊断仪器接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到不同的检测结果。也就是说，相同辐射功率，发射率越低，就会显示越高的温度。因物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态 ( 如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等 ) 。因此为了应用红外热像仪器准确地测量电气设备温度，必须要知道受检目标的发射率值，并将该值作为计算温度的重要参数输入计算机或者调整红外测量仪的修正值，以便对所测量的温度输出值进行发射率修正