测试技术第章温测量学时试讲用PPT课件

1、1 温度测量概述温度测量概述1. 温度、温标温度、温标温度温度：是表示物体是表示物体冷热程度冷热程度的物理量，从分子的物理量，从分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动平运动平均动能均动能大小的一个大小的一个量度标志量度标志。温标温标：用来量度温度高低的用来量度温度高低的尺度尺度称为称为温度标尺温度标尺，简称温标。应用较多的有简称温标。应用较多的有摄氏温标摄氏温标和和华氏温标华氏温标、热力学温标热力学温标、国际温标。国际温标。第1页/共41页摄氏温标摄氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸度，水沸点为点为100度，

2、中间等分为度，中间等分为100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1度，符号为度，符号为。华氏温标华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为：规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸度，水沸点为点为212度，中间等分度，中间等分180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为 。第2页/共41页 摄氏温标与华氏温标的关系为：第3页/共41页 热力学温标热力学温标：又称开氏温标（：又称开氏温标（K）或绝对温标，它规定分）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。子运动停止时的温度为绝对零度。 卡诺定理：卡诺定理：温标的确定：温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度开尔文温度

3、规定水在标准大气压下的三相点温度为为273.16273.16K K；三相点到沸点之间分为三相点到沸点之间分为100100等份，每等份记为等份，每等份记为1 1K K；将三相点以下将三相点以下273.16273.16K K定为定为绝对零度绝对零度，记为，记为0 0 K K，符号：符号：T T 。绝对温标绝对温标T T与摄氏温标与摄氏温标t t的关系为的关系为 T Tt+273.15+273.15 1212QQTT第4页/共41页 国际温标国际温标: ITS90（International Temperature Scale of 1990） 是一种符合热力学温标又使用简单的温标，国际计量委员会是

4、一种符合热力学温标又使用简单的温标，国际计量委员会引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们进行温标确定的方法称作进行温标确定的方法称作国际温标国际温标。 ITS一一90基本内容为：基本内容为：l 重申重申国际实用温标国际实用温标单位仍为单位仍为K；l 国际摄氏温度国际摄氏温度和和国际实用温度国际实用温度关系为：关系为：l 把整个把整个温标温标分成分成4个温区，其相应的标准仪器，如下：个温区，其相应的标准仪器，如下： 0.655.0K，用，用3He和和4He蒸汽温度计；蒸汽温度计； 3.024.5561K，用，用3He和和4He定容

5、气体温度计；定容气体温度计； 13.803K961.78，用铂电阻温度计；，用铂电阻温度计； 961.78以上，用光学或光电高温计；以上，用光学或光电高温计；l 新确认和规定新确认和规定17个固定点温度值个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个的标准仪器来实现整个热力学温标热力学温标。9090273.15tT第5页/共41页2、温度计分类温度计分类u根据温度测量仪表的使用方式，通常可分为根据温度测量仪表的使用方式，通常可分为接触法接触法与与非接触法非接触法两大类。两大类。 （1） 接触法接触法u当两个物体接触后，经过

6、足够长的时间达到热平当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法这种测温方式称为接触法。u特点：特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，使温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。两者达到热平衡。u热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计第6页/共41页（2）非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温度变化利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，的原理测定物体温度，

7、这种测温这种测温方式称为非接触法方式称为非接触法。u特点：特点：不与被测物体接触，也不不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯改变被测物体的温度分布，热惯性小。性小。u全辐射高温计、单色高温计与比全辐射高温计、单色高温计与比色高温计。色高温计。第7页/共41页2.1 2.1 热电偶热电偶2 接触式温度计接触式温度计 应用热电效应测温应用热电效应测温 两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合回路，构成闭合回路，当两个接触端当两个接触端 T T T T0 0时，回路中会产生时，回路中会产生热电势。热电势。v热电效应一、一、测量原理第8页/共41页I.接触电势+_A AB B电

8、子扩散方向电子扩散方向方向方向ABeBAABnnQkTTeln)(BAABnnQkTTeln)(00ABTT0第9页/共41页II. 温差电势 +_A AA A电子扩散方向电子扩散方向方向方向AeTT0TABTT0TTAAdTTTe0),(0TTBBdTTTe0),(0第10页/共41页III. 总电势),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEABABABAB)(TeAB)(0TeAB),(0TTeA),(0TTeB)()()()()()(0000000TETEdTTedTTedTTeTeABABTBAABTBAABTTBAABAB第11页/共41页)()()()(),(00

9、0TfTfTETETTEABABAB结论： 热电偶两个电极材料A、B确定以后，热电势大小只与热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系 。 分分 度度 表表CtttABAB)(),(0 -热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系列成表格关系列成表格第12页/共41页1)1)均质材料定律均质材料定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势，即回路中的总热电势为零。生热电动势，即回路中的总热电势为零。v热电偶测温四基本定律)(Te

10、AB)(0TeAB),(0TTeA),(0TTeB第13页/共41页2)中间导体定律中间导体定律)()()(),(0000TETETETTTECABCABABC)()()()()()(0000000TETETETETETEABCABCCABCAB代入，则代入，则),()()(),(0000TTETETETTTEABABABABCTT0ABCT0TT0VABCT0C第14页/共41页3)3)中间温度定律中间温度定律)()()()(),(00nAAABnBBABnAABBTETETETETTTE)()()()(0nAAnABnBBnABTETETETE代入，则代入，则),(),(0TTETTEnB

11、AnABTnTnTAT0BAB)()()()(),(00nABABnABABnAABBTETETETETTTE第15页/共41页 如果回路中导体A与A，B与B 材料相同，则热电偶回路中的总热电势可以表达为：),(),(),(),(000TTETTETTETTTEABnABnABnAB结论结论1 1： 该定律说明当热电偶参考端温度该定律说明当热电偶参考端温度t00时，只要能测得热电势时，只要能测得热电势E(t,t0)，且，且t0已知，仍已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。值。第16页/共41页例 用镍铬镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考端温度为T030，测

12、得的热电势从EEU(T,T0)为33.29mV，求燃气温度。解： 查镍铬镍硅热电偶分度表得EEU(30,0)=1.2mV。 EEU(T,0) = EEU(T,30) +EEU(30,0)=33.29+1.2 =34.49mV 根据其查分度表得T=829.5。第17页/共41页结论结论2 2：),(),(00TTETTEnBAnAB),(),(),(),(000TTETTETTETTTEABnABnABnAABB若连接导线A、B 的热电势与热电偶A、B的热电势相同，即：总热电势为： 可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸导

13、线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸到远处温度稳定的地方。到远处温度稳定的地方。补偿导补偿导线线第18页/共41页4)4)标准电极定律标准电极定律0)()()()(0)()()()()()()(),(00000000TETETETETETETETETETETETTTECABCABABCCABCABABCCABCABABC),(),(),(000TTETTETTEBCACABTT0ABCT0第19页/共41页例：例：求钼钨热电偶的热电动势求钼钨热电偶的热电动势 (热端100，冷端0)解：钼解：钼和和铂铂相配的热电动势为相配的热电动势为+1.31mV。 钨钨和和铂铂相配的热电动势为相配的热电动势

14、为+0.79mV， 钼钨相配后的热电动势为钼钨相配后的热电动势为 1.31(+0.79)mV=+0.52mV，ABTT0=ACTT0CBTT0第20页/共41页v热电偶种类二、二、 热电偶的种类和结构热电偶的种类和结构 八种国际通用热电偶：B:B:铂铑3030铂铑6 6R:R:铂铑1313铂S:S:铂铑1010铂K:K:镍铬镍硅N:N:镍铬硅镍硅E:E:镍铬铜镍J:J:铁铜镍T:T:铜铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝第21页/共41页热电偶工作端热电偶工作端固定螺纹固定螺纹 不锈钢不锈钢保护管保护管 引出线套管引出线套管 接线盒v热电偶的结构第22页/共4

15、1页普通装配型普通装配型热电偶热电偶安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰第23页/共41页BA柔性安装型铠装结构热电柔性安装型铠装结构热电偶偶法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体） 绝缘材料绝缘材料铠装型铠装型热电偶热电偶横截面横截面第24页/共41页隔爆隔爆型热电偶型热电偶厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线第25页/共41页型型号号表表示示WRN2230 第26页/共41页 问题引出问题引出热电偶的分度表所表征的是冷端温度热电偶的分度表所表征的是冷端温度为为00时的热电势时的热电势- -温度关系，与热电温

16、度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。关系进行刻度的。 解决方法解决方法冰浴法冰浴法 冷端温度修正法冷端温度修正法 补偿导线法补偿导线法补偿电桥法补偿电桥法 三、三、 热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿第27页/共41页1） 冷端恒温法（冰浴法 ） 适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用第28页/共41页 2）修正公式修正公式(中间温度定律中间温度定律)0 ,(),()0 ,(00TETTETEABABAB冷端温度修正法设：冷端温度恒为设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测

17、温度为）被测温度为 t t 冷端冷端 t t0 0的热电势的热电势测量得出的热电势测量得出的热电势 被测温度被测温度 t t 的热电势的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势仪表输入了电势E(tE(t0 0, 0) , 0) 第29页/共41页 用螺丝用螺丝刀调节仪表刀调节仪表面板上的面板上的“机械零机械零点点”，使指，使指针指到气温针指到气温t0（图中为图中为40 40 C）的）的刻度上。刻度上。机械零点机械零点指针被预调到室温（指针被预调到室温（4

18、0 C ） 可补偿冷端损失可补偿冷端损失第30页/共41页3） 补偿导线法（热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿方法）u原理：原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。的廉金属导线为补偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层第31页/共41页4）补偿电桥法 (冷端补偿器) 补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保证温度仪表示值等于被测值。证温度仪表示值等于被测值。 第32页/共41页1)热电偶测量线路热电偶测量线路I.热电偶反接（差动热电偶）热电偶反接（差动热电偶）:测量温差测量温差测温要求测温要求（1）补偿导线的）补偿导线的冷端温度相同冷端温度相同 （2）热电势热电势E和温度和温度 T呈线性呈线性四、热电偶测