建筑环境测试技术温度测量课件实用教案

1、什么(shn me)是温标？ 衡量温度(wnd)的标准尺度。譬如规定什么样的温度(wnd)是150，什么样的温度(wnd)是2003-1 温度(wnd)的测量方法一、温标国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、 国际实用温标、摄氏温标、华氏温标。温标三要素：温度计、固定点、内插方程第1页/共80页第一页，共81页。 1.摄氏温标(sh sh wn bio) 1740年瑞典人摄氏 定义水银体膨胀是线性；标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点(fidin)为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度，标记为。第2页/共80页第二页，共81页。2.华氏温标(hu sh wn bio

2、)定义1714年德国人法伦海脱以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度，中间等分为212份，每一份(y fn)为1度记作。称为华氏温标。5(32)9CF第3页/共80页第三页，共81页。3.热力学温标Q1：卡诺(k nu)热机从高温热源吸收热量；Q0：卡诺(k nu)热机向低温热源放出热量Q1/Q0 =T1/T0 假设(jish)一卡诺热机工作在温度为T0的低温热源和未知温度热源的高温热源之间，如果该卡诺热机向低温热源放出的热量为Q0 ，从高温热源吸收的热量为Q1 ，那么高温热源的温度为T1 = Q1/Q0 T0T0T1卡诺热机Q0Q10011T

3、/Q Q T热力学温度的内插方程(fngchng)第4页/共80页第四页，共81页。 假设一标准热源热力学温度为假设一标准热源热力学温度为100K，热，热力学温标如何规定力学温标如何规定(gudng)300K的温度？的温度？拿标准热源作为低温热源，另一热源作拿标准热源作为低温热源，另一热源作为高温热源，让一卡诺热机在两热源之为高温热源，让一卡诺热机在两热源之间运转，如果从高温热源吸收的热量间运转，如果从高温热源吸收的热量Q1与向标准热源放出的热量与向标准热源放出的热量Q0之比等于之比等于(dngy)3 ，那么高温热源温度等于，那么高温热源温度等于(dngy)300K第5页/共80页第五页，共8

4、1页。 现实中热力学温标是应用气体(qt)特性方程实现的。理想气体(qt)的P、V、T之间的关系式为：恒量TPVv以水的三相点作为(zuwi)参考点，这样可按照气体压力变化测温。16.273参PTP（气体定容温度计）第6页/共80页第六页，共81页。v选用水的三相点温度为273.16，定义水的三相点温度的1/273.16为1度，单位为k，这样就建立了热力学温标。只要确定(qudng)一个基准点，则整个温标就确定(qudng)了。第7页/共80页第七页，共81页。4.国际(guj)温标ITS-90v 指导思想: : 应尽量与热力学温标接近，温度的复现性要好。v 内容v （1 1）定义(dngy)

5、(dngy)了固定点，共有1717个。v （2 2）规定不同区域内的基准仪器。v （3 3）建立基准仪器示值与国际温标之间的插补公式。第8页/共80页第八页，共81页。 国际实用温标指出，热力学温度为基本物理量，规定(gudng)水的三相点 温 度 为 2 7 3 . 1 6 ， 单 位 为 k ， 1 k 的 大 小 为 水 的 三 相 点 热 力 学 温 度 的1/273.16，由于摄氏温标将冰点定义为0，而冰点比水的三相点低0.01k，那么冰点温度为273.15k，即 单位。15.2739090 Tt第9页/共80页第九页，共81页。二、温度仪表分类(fn li)与选择玻璃管液体(yt)

6、温度计固体(gt)膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法温度测量方法的分类第10页/共80页第十页，共81页。 1接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对象的温度。 优点：直观、可靠。 缺点：存在负载效应， 受到测量条件的限制，不能充分接触，使检测元件温度与被测对象温度不一致。 热量传递需要(xyo)一定时间造成测温滞后现象。（动态误差）l2非接触法测温：检测部分与被测对象不直接接触，所以不破坏(phui)原有温度场。通常用来测量1000以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。第11页/共80页第十一页，共81页。防爆(

7、fn bo)热电阻温度传感器第12页/共80页第十二页，共81页。室外温度传感器装配式热电偶第13页/共80页第十三页，共81页。3-2 膨胀(png zhng)式温度计测温敏感元件在受热后尺寸(ch cun)或体积发生变化，采取一些简便方法，测出它的尺寸(ch cun)或体积变化的大小。分类：液体膨胀式、固体(gt)(gt)膨胀式、压力式第14页/共80页第十四页，共81页。（一）工作原理利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分。液体可为：水银、酒精、甲苯等。当温度超过300时，应采用(ciyng)硅硼玻璃，500以上要采用(ciyng)石

8、英玻璃。一.玻璃管液体(yt)温度计4第15页/共80页第十五页，共81页。（二）结构与类型(lixng)棒式玻璃温度计内标式玻璃温度计电接点式温度计利用水银(shuyn)(shuyn)的热胀冷缩和水银(shuyn)(shuyn)的导电性。功能:(1:(1）指示温度， （2 2）恒温自动控制。 第16页/共80页第十六页，共81页。第17页/共80页第十七页，共81页。玻璃棒温度计第18页/共80页第十八页，共81页。（三）误差(wch)分析（1）玻璃材料有较大(jio d)的热滞后效应。（2）温度计插入深度不够将引起误差，（3）非线性误差（4）工作液的迟滞性（5）读数误差第19页/共80页第

9、十九页，共81页。 液柱应全部浸入被测介质中。若只有部分(b fen)液柱被浸没时，应对指示值进行修正。 )(attnt某水银温度某水银温度(wnd)测量水温为测量水温为90，插入，插入处刻度为处刻度为10，环境温度，环境温度(wnd)为为10 ，则测量误差为则测量误差为-1.024n: 露出液体部分所占的刻度数，露出液体部分所占的刻度数，: 工作液体对工作液体对玻璃的相对体膨胀系数玻璃的相对体膨胀系数(png zhng xsh)（汞（汞0.00016，洒精，洒精0.000103），），t: 温度计的示值，温度计的示值，ta: 露出液柱部分所处的环境温度露出液柱部分所处的环境温度第20页/共8

10、0页第二十页，共81页。玻璃管液体(yt)温度计使用注意事项 温度计与被测介质应接触足够长的时间，以使温度计与被测介质达到热平衡。 读数时，视线应与标尽垂直，并与液柱于同一水平面上(min shn)，手持温度计顶端的小耳环，不可触摸标尺。第21页/共80页第二十一页，共81页。二.固体(gt)膨胀式温度计（一）类型及工作原理 利用固体受热膨胀原理制成的温度计1. 杆式温度计 利用固体（一般采用膨胀系数(png zhng xsh)较大的金属）材料构成第22页/共80页第二十二页，共81页。2 双金属温度计 它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固地结合(jih)在一起制成。l可作温度继电控制

11、(kngzh)、极值温度控制(kngzh)信号固定端自由端BBAA第23页/共80页第二十三页，共81页。双金属温度计第24页/共80页第二十四页，共81页。三.压力(yl)式温度计（一）工作原理与结构形式1 原理 压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化(binhu)来测温；2 分类按所充物质相态分充气式、冲液式、蒸发式按功能分：指示式、记录式、报警式和温度调节式等第25页/共80页第二十五页，共81页。3 组成 温包、毛细管、感压元件(yunjin)（弹簧管、波纹管等） （二）使用方法与特点 对毛细管采取(ciq)保护措施，防止损坏；注意安装方式与位置对精度的影响。 特点：结构

12、简单，价格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。第26页/共80页第二十六页，共81页。3-3 热电偶温度计热电偶温度计一热电偶的工作原理1热电效应：将两种不同材料的导体或半导体组成一个闭和回路，如果两端点的温度不同，则回路中将产生一定大小的电流，这个电流的大小同材料的性质以及节点温度有关，上述现象(xinxing)称为热电效应。这个现象(xinxing)是1821年Seebeck发现的故又称为塞贝克效应。BTAT0第27页/共80页第二十七页，共81页。 2接触( jich)电势：当两种不同的导体接触( jich)时，由于两者有不同的电子密度而产生的电势。 BAABNN

13、eKTTEln)(11BAABNNeKTTEln)(00一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-电子密度大电子密度小接触电动势 珀尔贴电势AB第28页/共80页第二十八页，共81页。10101),(TTAAdTTTE10101),(TTBBdTTTEA，B材料的汤姆逊系数AB一 一一+-高温低温温差电动势汤姆逊温差电势3.温差温差(wnch)电势（汤姆逊电势（汤姆逊温差温差(wnch)电势）电势）第29页/共80页第二十九页，共81页。10101010101)(ln)(),(),()()(),(10dTNNTTeKTTETTETETETTEATTBBAABABABAB)()(),(),(010

14、101TfTfTTfTTEAB如果(rgu)T0=const.，则EAB=f(T1)热电偶回路(hul)中总热电势BEAB（T1）EAB（T0）EA（T1 ，T0 ）EB（T1 ，T0 ）A ),()(),()(),(10001101TTETETTETETTEABABABAB),()(),()(010011TTETETTETEAABBAB第30页/共80页第三十页，共81页。二、热电偶的基本定律 利用(lyng)热电偶来检测温度，必须引入变换器和显示器。ABT1T0第31页/共80页第三十一页，共81页。（一）热电偶均质导体(dot)定律 由同一均质导体（电子密度处处相等）组成的闭合回路中，由

15、同一均质导体（电子密度处处相等）组成的闭合回路中， 不论导体的截不论导体的截面、长度以及温度分布如何面、长度以及温度分布如何(rh)(rh)，均不产生热电势。，均不产生热电势。检验检验(jinyn)热电偶丝的热电偶丝的均匀性均匀性l由均质定律知：如果热电偶的两电极是由两种均质导体组成，那么热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，与热电极的中间温度分布无关第32页/共80页第三十二页，共81页。（二）中间导体(dot)定律 在热电偶回路中接入第三导体，只要与第三种导在热电偶回路中接入第三导体，只要与第三种导体相连接的两端温度相同，接入第三种导体后，体相连接的两端温度相同，接入第三种导体后，对热电偶回

16、路中的总热电势没有对热电偶回路中的总热电势没有(mi yu)(mi yu)影影响。响。),(),(00TTETTEABCAB第33页/共80页第三十三页，共81页。),()(),()(),()(),(0000000TTETETTETETTETETTEACACBCBABABC)()(ln)()(ln)()(ln)()(00000000000TNTNekTTNTNekTTNTNekTTETEABACCBCABC)()()(ln0000TETNTNekTABBA),()(),()(),()(),(0000000TTETETTETETTETETTEACACBCBABABC),()()(),()(000

17、0TTETETETTETEACABCBABT0TT0AcB第34页/共80页第三十四页，共81页。热电偶基本(jbn)接法精密(jngm)测量第35页/共80页第三十五页，共81页。热电偶基本(jbn)接法工业(gngy)测量第36页/共80页第三十六页，共81页。思考题（一）ABCDEFT1T1T1T1T2T2六种不同的导体组成如图回路(hul)，写出回路(hul)中总的热电势。第37页/共80页第三十七页，共81页。（三）热电偶的中间温度(wnd)定律 热电偶在两接点温度为热电偶在两接点温度为T、T0时热电势时热电势(dinsh)等于该热电偶在两接点温度分别为等于该热电偶在两接点温度分别为

18、T、TN时时TN、T0时时相应热电势相应热电势(dinsh)的代数和。的代数和。),(),(),(00TTETTETTENABNABABTT0TNABBA第38页/共80页第三十八页，共81页。 结论（1）已知热电偶在某一冷端温度下进行分度，只要引入适当的修正就可在另一冷端温度下使用。 热电偶分度表中冷端温度为0，在实际测量(cling)中若热电偶的冷端温度为20，则可应用中间温度定律进行计算。)0 ,20()20,()0 ,(ABABABETETEmV811. 0143. 0668. 0)0 ,25()25,()0 ,(sssetete举例：用铂铑10铂热电偶测温，冷端温度为25，输出电势(

19、dinsh)为0.668mV，试求被测对象的温度。查表得被测温度(wnd)为122。第39页/共80页第三十九页，共81页。（2）补偿(bchng)导线锅炉(gul)mVTT0 T0 T0 T0 贵锅炉mVTT0 T0 T0 T0 参考点温度不易保证AB第40页/共80页第四十页，共81页。 如果在如果在T0T0 范围内，某对廉价导线的热电性能与贵金属热电偶相同，范围内，某对廉价导线的热电性能与贵金属热电偶相同，则可以用这对导线代替从则可以用这对导线代替从T0 点到点到T0点一段的热电偶线，而不影响热电点一段的热电偶线，而不影响热电偶的热电势值，同时降低偶的热电势值，同时降低(jingd)热电

20、偶测量成本。热电偶测量成本。第41页/共80页第四十一页，共81页。补偿(bchng)导线锅炉(gul)mVTT0 T0 T0 T0 将热电偶全用补偿将热电偶全用补偿(bchng)导线代导线代替行吗？替行吗？第42页/共80页第四十二页，共81页。补偿(bchng)导线 性能 在一定温度范围(fnwi)和误差范围(fnwi)内与热电偶的热电性能相同 作用 使热电偶冷端远离热源 注意 两个接点温度不能超过规定温度 两个接点温度应当相同。否则，由于热电偶与补偿导线的热电特性并不完全相同，可能会引起较大的测量误差。 正负极不能接反第43页/共80页第四十三页，共81页。三、热电偶的种类(zhngli

21、)及结构形式（一）种类：国际电工委员会（ICE）对热电偶公认性能(xngnng)比较好的材料制定了统一的标准，ICE推荐的标准化热电偶7种。名称分度号名称分度号名称分度号铂铑10-铂S铜-康铜T镍铬-镍硅K铂铑30-铂铑6B镍铬-康铜E 铂铑13-铂R铁-康铜J 第44页/共80页第四十四页，共81页。第45页/共80页第四十五页，共81页。（二）热电偶的结构(jigu)类型1.普通工业热电偶结构：热电极，绝缘套管(to un)，接线盒，保护套管(to un)第46页/共80页第四十六页，共81页。2.2.凯装热电偶结构：热电极，绝缘材料，保护(boh)套管特点：测量端热容量小，动态响应(xi

22、ngyng)快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐振动，寿命长，适用各种工业测量。第47页/共80页第四十七页，共81页。3.3.小惯性(gunxng)(gunxng)热电偶特点：响应快，时间常数小，可作温度变化的动态(dngti)测量。第48页/共80页第四十八页，共81页。四、热电偶冷端温度(wnd)的补偿方法1.冰点(bngdin)法精度高多用于实验室工业用冷端恒温器第49页/共80页第四十九页，共81页。冰瓶(bngpng)的制作 冰呈屑状，试管较细，插入较深，底部装变压器油或者(huzh)水银第50页/共80页第五十页，共81页。2.2.计算(j sun)(j sun)补偿法 原理(yu

23、nl),(),(),(00TTETTETTENABNABABTT0TNABBA第51页/共80页第五十一页，共81页。 例用镍铬-镍硅热电偶测温，冷端Tn=25，EAB(T，Tn)=40.347mV，求被测对象的实际(shj)温度。 由分度表知： EAB(25 ，0 )=1mV EAB(T， 0 )=40.347+1.00mV41.347mV 由分度表知，T1002 第52页/共80页第五十二页，共81页。3.3.校正(jiozhng)(jiozhng)仪表机械零点法 当热电偶与动圈仪表配套使用时，如果冷端相对恒定，测量精度要求不高，可将仪表的机械零点调到热电偶冷端温度Tn，这就相当于在输入电

24、势(dinsh)之前，就有一个补偿电势(dinsh)EAB(Tn， 0 )，则( ,)(,0)( ,0)ABNABNABET TETET第53页/共80页第五十三页，共81页。3.3.补偿(bchng)(bchng)电桥法 利用电桥不平衡原理，桥臂热电阻随温度(wnd)变化，产生补偿电压V),(),(),(00TTETTETTENABABNAB),(),(0TTEVTTEABNAB),(0TTEVNAB第54页/共80页第五十四页，共81页。具体实现(shxin)方法vR1=R2=R3=1v 与温度无关v热电阻20，RCU= 1，vVab=0；环境不等于20 ，电桥失去平衡，产生电势Vab与E

25、(Tn,T0)相等，叠加补偿v电桥又叫毫伏发生器v使用时，注意(zh y)零点是20 第55页/共80页第五十五页，共81页。五、热电偶误差(wch)及校验（一）热电偶测量误差(wch)1.热电偶分度误差(wch)2.补偿导线与热电偶的热电特性不完全相同带来的误差(wch)3.冷端温度变化引起的误差(wch)4.热电极变质产生的误差(wch)5.绝缘不良引起的误差(wch)6.二次仪表的基本误差(wch)第56页/共80页第五十六页，共81页。（二）热电偶的校验(xio yn) 热电偶出厂使用一段时间后，或热电偶重新焊制后，应进行校验 高于300热电偶的校验原理(yunl)与方法第57页/共8

26、0页第五十七页，共81页。3-43-4电阻电阻(dinz)(dinz)温度温度计温度温度计热电 阻测温原理(yunl)热电 阻的类型(lixng)热电 阻测温电路三种测温方法比较本节主要内容第58页/共80页第五十八页，共81页。一、热电阻测温原理(yunl)对于一个给定对于一个给定(i dn)电阻，电阻，其电阻值是温其电阻值是温度的单值函数，度的单值函数，因而可以通过因而可以通过测量电阻值来测量电阻值来推算温度。推算温度。TRt铂电阻热敏电阻第59页/共80页第五十九页，共81页。电阻温度系数(xsh)：在某一温度间隔内，温度变化1时的电阻相对变化量，单位为1/ 。 平均电阻(dinz)温度

27、系数dtdRRt01tRRt0v金属导体电阻温度系数一般(ybn)为正值v 纯金属一般(ybn)为0.380.68%，金属纯度越高，其电阻温度系数越大v半导体材料的电阻温度系数一般(ybn)为负值第60页/共80页第六十页，共81页。电阻(dinz)比 电阻比：W（100）= 金属导体(dot)纯度越高，电阻比越大。0100RRv电阻温度系数应大v复现性要好v电阻率大v价格便宜，工艺性好第61页/共80页第六十一页，共81页。二、热电阻的类型(lixng)v金属金属(jnsh)热电阻热电阻v 铂热电阻铂热电阻v 铜热电阻铜热电阻v 镍热电阻镍热电阻v半导体热敏电阻半导体热敏电阻第62页/共80

28、页第六十二页，共81页。1 铂热电阻 特点：准确度高，稳定性好、性能可靠(kko)、有较高电阻率，广泛应用于基准、标准化仪器中，是目前测温复现性最好的一种。 使用范围：-200850，在90年国际温标中规定平衡氢三相点13.8k到银凝固点961.78标准仪器应用铂电阻。 电阻纯度：W（100）= 1.3850 规格型号：Pt100、Pt10、Pt1000。第63页/共80页第六十三页，共81页。结构(jigu)(jigu)：电阻丝、绝缘管、保护套管、接线盒第64页/共80页第六十四页，共81页。铂电阻第65页/共80页第六十五页，共81页。2 铜热电阻v 特 点 ： 线 性 度 高 、 电 阻

29、 温 度 系 数 高 、 价 格 便 宜 、 电 阻 率 低 、 易 氧 化(ynghu)(ynghu)。v 使用范围：-50-50180180。002. 0428. 1)100(W)1 (0tRRtv电阻值与温度关系v标准化热电阻Cu50, Cu100第66页/共80页第六十六页，共81页。3、半导体热敏电阻(r mn din z) 随着温度的增高阻值(z zh)(z zh)降低，具有负的温度系数，测温范围-40-40350350。 电阻值(z zh)(z zh)随温度按指数曲线变化，)11(exp00TTBRRtTRt热敏电阻第67页/共80页第六十七页，共81页。 与金属热电阻比较： 电

30、阻温度系数大，热敏电阻的电阻温度系数约为-（36）%，金属热电阻约为0.40.6%。 电阻率大，可将电阻作的很大而体积很小，电阻阻值大，连接导线所用的电阻可忽略不计。 结构简单(jindn)，体积小，可用于测量点温度 热惯性小 工艺和互换性差。 第68页/共80页第六十八页，共81页。4、热电阻的分类(fn li) (1)、普通型热电阻 (2)、铠装(ki zhun)热电阻（3）薄膜铂热电阻（4）厚膜铂热电阻第69页/共80页第六十九页，共81页。三、热电阻测温电路(dinl) 分类： 平衡电桥(din qio) 二线制 不平衡电桥(din qio) 三线制 四线制 第70页/共80页第七十页

31、，共81页。平衡(pnghng)电桥二线法电源电压和稳定性一般不影响电源电压和稳定性一般不影响测量结果测量结果如果不计如果不计RWRW随温度的变化，随温度的变化，RtRt与与RH RH 触点位置成线性关系触点位置成线性关系连接连接(linji)(linji)导线的电阻导线的电阻随温度变化引起测量误差随温度变化引起测量误差1 平衡平衡(pnghng)电桥电桥GR1R2R3RW2RW1RtabcdR0RH1RH2222122113121132113212()/ / - tWWHHtWWHHtHWWHRRRRRRRRRRRRRRR RRRRR RRRR（）（）（）222122113121132113

32、212()/ / - tWWHHtWWHHtHWWHRRRRRRRRRRRRRRR RRRRR RRRR（）（）（）222122113121132113212()/ / - tWWHHtWWHHtHWWHRRRRRRRRRRRRRRR RRRRR RRRR（）（）（）第71页/共80页第七十一页，共81页。平衡电桥(din qio)三线法电源电压和稳定性一般不电源电压和稳定性一般不影响测量结果影响测量结果连接导线的电阻随温度变连接导线的电阻随温度变化引起化引起(ynq)(ynq)测量误差测量误差被削弱被削弱 / )(212223112231121HWWHtWHHWtRRRRRRRRRRRRRR

33、RRR）（）（）（RW2RW1RtdGR1R2R3abcR0RH1RH2第72页/共80页第七十二页，共81页。不平衡(pnghng)电桥法I)(IfRt连续自动显示，结构简单连续自动显示，结构简单(jindn)(jindn)，价格便宜，价格便宜RtRt与与I I成非线性关系成非线性关系电源电压的稳定性对测量结果电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源有影响，应该使用稳压电源连接导线电阻随温度变化会引连接导线电阻随温度变化会引起测量误差，三线接法可以削起测量误差，三线接法可以削弱弱RW2RW1RtdIR1R2R3abc二线(r xin)制第73页/共80页第七十三页，共81页。 三线(sn xin)制第74页/共80页第七十四页，共81页。数字(shz)表法（四线接法）VIRt=V/Iv高精度恒流源高精度恒流源v电压表回路电压表回路(hul)中无电流，热电阻中无电流，热电阻两端电压不受影响两端电压不受影响v自热自热电流很小电流很小 v 电流不大于电流不大于6mA，高精度电流源不大高精度电流源不大于于1mA，热敏电阻，热敏电阻不大于不大于100A。第75页/共80页第七十五页，共81页。四、三种(sn zhn)测温方法的比较大类大类小类小类适用温域适用温域允