包装测试技术 第四章 典型参数测试

1、浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系1第四章、第四章、 典型参数测试典型参数测试本章学习要求：本章学习要求：1.了解典型参数测试原理了解典型参数测试原理 2.掌握温度、湿度、压力和振动等掌握温度、湿度、压力和振动等典型参数的测量方法典型参数的测量方法3.了解同一参数的不同测量方法了解同一参数的不同测量方法包装测试技术包装测试技术浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系2第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系3第一节第一节 温度测试温度测试温度是表征物体冷热程度的物理量，温度量值用温标表示。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度量值用温标表示。 在I

2、TS90温标中指出，热力学温度是基本物理量，符号为T，其单位为开尔文，符号为K，它的大小定义为水的三相点（即水的固态、液态、气态三相共存的点）热力学温度的16.2731开尔文温度与摄氏温度之间的关系为：开尔文温度与摄氏温度之间的关系为：15.273 Tt温标的种类很多，华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标的种类很多，华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标，还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测温标，还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测的国际实用温标。的国际实用温标。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系4测温方式测温方式 测温仪表测温仪表 测温范围测温范围 主要特点主要

3、特点 接接触触式式 膨胀式膨胀式 玻璃液体玻璃液体 100600 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉；测量结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传 双金属双金属 80600 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用范围有限限 热电效应热电效应 热电偶热电偶 2001800 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需自由瑞温度补偿，中检测和自动控制，应用广泛；需自由瑞温度补偿，在低温段测量

4、精度较低在低温段测量精度较低 热阻效应热阻效应 铂电阻铂电阻 200600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；不能测高温控制，应用广泛；不能测高温 铜电阻铜电阻 50150 半导体热半导体热敏电阻敏电阻 50150 灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制较差，测量范围有一定限制 非接触式非接触式 非接触式非接触式 辐射式辐射式 03500 不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测运动物体的温度；易受外界环境的影

5、响，标定较困难体的温度；易受外界环境的影响，标定较困难 第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系5第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系6 热电效应热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及及 t0 的热源的热源中，则在该回路内就会产生热电势。中，则在该回路内就会产生热电势。ABBA图图 1 热电偶示意图A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,

6、t0)eB(t,t0)图图2 热电现象第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系7当当A A和和B B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同位体积的自由电子数目不同( (即电子密度不同即电子密度不同) )，因此，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。电子在两个方向上扩散的速率就不一样。在在A A、B B两导体的接触界面上便形成一个由两导体的接触界面上便形成一个由A A到到B B的电场。的电场。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A A扩散到扩散到导体

7、导体B B的自由电子数与在电场作用下自导体的自由电子数与在电场作用下自导体B B到导体到导体A A的的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，种状态下，A A与与B B两导体的接触处就产生了电位差，称两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。为接触电动势。第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系8对于导体对于导体A或或B，将其两端分别置于不同的温度，将其两端分别置于不同的温度场场t、t0中中(t t0)。在导体内部，热端的自由电子。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端

8、失去具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为差称为温差电动势温差电动势。温差电动势的大小取决于导。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度，如下式所示体的材料及两端的温度，如下式所示 第一节第一节 温度测试温度测试温差电动势温差电动势TTAAdTTTE0),(0TTBBdTTTE0),(0TTBABAdTTTETTE0)(),()

9、,(00浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系9A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接触电势温差电势00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet 第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系10热电偶的中间温度定律是指在热电偶回路中，两接点温度为热电偶的中间温度定律是指在热电偶回路中，两接点温度为T和和T0时的热电动势时的热电动势等于该热电偶在两接点温度为等于该热电偶在两接点温度为T、T

10、n和和Tn、T0时所产生的热电动势之代数和（如时所产生的热电动势之代数和（如图图4.5），即），即第一节第一节 温度测试温度测试),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB图图4.5 中间温度定律中间温度定律+=BATT0BATTnBATnT0浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系11例例 用用K K型热电偶来测量温度，在冷端温度为型热电偶来测量温度，在冷端温度为t t0 02525时，测得热电势为时，测得热电势为22.9mV22.9mV，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。 解解1 1： 根据题意有根据题意有 ( ,25)22.9KEtmV由由K K型热电偶的分度

11、表查出型热电偶的分度表查出 (25,0)1.000KEmV因此有因此有( ,0)( ,25)(25,0)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmVmV反查分度表有反查分度表有23.923.629570*10576.424.05523.629tC浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系12热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。可以组成热电偶，都会产生热电

12、势。但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表，接毫伏信号的检测仪表，那串接的检测仪表是那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？响呢？答：不会产生影响的。答：不会产生影响的。tt0ABCC毫伏计第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系13如果断开冷端，接入第三种导体如果断开冷端，接入第三种导体C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接触处的温接触处的温度

13、均为度均为t t0 0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和: : tABCt0t0ABtt0000( , )( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet当当t tt t0 0时，有时，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种导导体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原体以后，只要接入导体的两端温

14、度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。热电偶回路中的热电势均没有影响。根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。测量而不影响热电偶的输出。 tt0ABCC毫伏计第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系14例：求热电偶回路的电势。例：求热电偶回路的电势。 已知：已知：e eABAB(240)=9.747mV(240)=9.747mV，e eABAB(50)=2.02

15、3mV(50)=2.023mV，e eACAC(50)=3.048mV(50)=3.048mV，e eACAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。 解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(10)(10)， 而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E= e E= eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中间导体定律

16、解二：利用中间导体定律 E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBABA(50)+e(50)+eACAC(50)+e(50)+eCACA(10)(10) = e = eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV (50)=10.181 mV 。 第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系15从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。温度。但实际情况并非如此，为了保证在

17、工业现场应用可靠，并具有足够的精但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。 根据标准规定，热电偶的分度表是以根据标准规定，热电偶的分度表是

18、以t t0 000为基准进行分度的。为基准进行分度的。当当t t00时，所有型号热电偶产生的热电势为时，所有型号热电偶产生的热电势为0mV0mV；当当t0t0时，热电势为负值。时，热电势为负值。在所有标准化热电偶中，相同温度条件下在所有标准化热电偶中，相同温度条件下B B型热电偶产生的热电势最小，型热电偶产生的热电势最小，E E型最大。如果型最大。如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的。即：。即：00( , )()ABEt tK tt第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系16热

19、电偶种类热电偶种类 国际电工委员会在国际电工委员会在19751975年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合IECIEC标准标准的热电偶有六种，分别是：的热电偶有六种，分别是： (1)(1)铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6热电偶热电偶 这种热电偶分度号为这种热电偶分度号为“B B”。它的正极是铂铑丝。它的正极是铂铑丝( (铂铂70%70%，铑，铑30%)30%)，负极也是铂铑丝，负极也是铂铑丝( (铂铂94%94%，铑，铑6%)6%)，故俗称双铂铑。测温范围为，故俗称双铂铑。测温范围为0170001700。其特点。其特点是测温上限高。

20、在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。是测温上限高。在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。 (2)铂铑铂铑10-铂热电偶铂热电偶 这种热电偶分度号为这种热电偶分度号为“S”。它的正极是铂铑丝。它的正极是铂铑丝(铂铂90%，铑，铑l0%)，负极是纯铂丝。测温范围为，负极是纯铂丝。测温范围为01700。其特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜。其特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作。由于精度高，故国际温标中规定它为在氧化性、惰性气氛中工作。由于精度高，故国际温标中规定它为630.741064.43温温度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测

21、量。度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测量。 (3)(3)镍铬镍铬- -镍硅热电偶镍硅热电偶 这种热电偶分度号为这种热电偶分度号为“K K”。它的正极是镍铬合金。它的正极是镍铬合金( (镍镍90.5%90.5%，铬，铬9.5%)9.5%)，负极为镍硅，负极为镍硅( (镍镍97.5%97.5%，硅，硅2.5%)2.5%)。测温范围为。测温范围为-200+1300-200+1300。其特点是测温范围。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点是热电动势的稳定性很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点是热电动势的稳定性较较B B型

22、或型或S S型热电偶差，且负极有明显的导磁性，分度值见型热电偶差，且负极有明显的导磁性，分度值见表表5-35-3所示。所示。 (4)(4)镍铬镍铬- -康铜热电偶康铜热电偶 这种热电偶分度号为这种热电偶分度号为“E E”。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金合金( (铜铜55%55%，镍，镍45%)45%)。测温范围为。测温范围为-200+1000-200+1000。其特点是热电动势较其他常用热电偶。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。 (5)(5)铁铁- -康铜热电偶康铜热电偶 这种热电偶分度号为这

23、种热电偶分度号为“J J”。它的正极是铁，负极是铜镍合金。测。它的正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为温范围为-200+1300-200+1300。其特点是价格便宜，热电动势较大，仅次于。其特点是价格便宜，热电动势较大，仅次于E E型热电偶。缺点型热电偶。缺点是铁极易氧化。是铁极易氧化。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系17热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500500以上较高温度的测量，普通型以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。 接线盒

24、保护套管绝缘管热电偶安装法兰引线口普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。套管和接线盒等主要部分组成。贵重金属热电极的直径一般为贵重金属热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属热电极的直径一般为，普通金属热电极的直径一般为0.50.53.2mm3.2mm；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为3503502000mm2000mm。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀

25、和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系18热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的套管三者经过拉伸加工成型的金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶

26、可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm8mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。，在使用中可以随测量需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。结构较复杂的装置上，应用十分广泛。 第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系19第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系20在工业应用中，热电偶一般适用于测量在工业应用中，热电偶一般适用于测量500500以上的较高温度。

27、对于以上的较高温度。对于500500以下的中、以下的中、低温度，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就低温度，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度区域，冷端温度的变化所引起的很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度，一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。相对误差也非常突出。所以测量中、低温度，一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下

28、的近似关系式表示： 001()ttRRtt式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度为温度t t0 0( (通常通常t t0 00 0) )时对应的电阻值时对应的电阻值 为温度系数。为温度系数。 tR0tR第一节第一节 温度测试温度测试)1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt当当t=0630.755时，铂丝的电阻时，铂丝的电阻值与温度之间的关系为值与温度之间的关系为当当t=-1900时，铂丝的电阻值与温度之时，铂丝的电阻值与温度之间的关系为间的关系为浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系21：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：半导体热

29、敏电阻的阻值和温度的关系为： 式中，式中， 为温度为温度t t时对应的电阻值时对应的电阻值 A A、B B是取决于半导体材料和结构的常数是取决于半导体材料和结构的常数 tRB ttRAe第一节第一节 温度测试温度测试1030405002080160240360温度/R/K图图4.7 热敏电阻的温度效应热敏电阻的温度效应 图4.9 热敏电阻的温度效应 时间（s） 103040500201电流（mA）32546789E=80V E=70V E=60V E=50V E=30V E=40V 0.111010010-510-410-610-310-703560图4.8热敏电阻伏安特性曲线电 压（V）电流

30、（mA） 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系22：热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有5050300300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于测量金属热电阻一般适用于测量200200500500范围内的温度测量，其范围内的温度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛

31、。极其广泛。 第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系23第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系24三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试1.热辐射的基本概念热辐射的基本概念任何物体，当其温度高于绝对零度（任何物体，当其温度高于绝对零度（273.15）时，都将有一部分）时，都将有一部分能量向外辐射。能量向外辐射。 对于测温来讲，主要是研究物体能吸收的，并且在吸收它们的能量以后，又能重新转变为热能的那些射线。明显具有这种性质的射线是波长从0.840m范围的红外线，其次是0.40.8m的可见光。把这种射线

32、又称作热射线，它的传递过程称为热辐射。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系25三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试1.热辐射的基本概念热辐射的基本概念0QQQQDRA1DRA0QQAA0QQRR0QQDD式中：物体的吸收率； 物体的反射率；物体的透射率。当当A1时，必然有时，必然有R0，D0，这说明落在物体上的辐射能全部被吸收，这说明落在物体上的辐射能全部被吸收，这类物体称为绝对黑体，或简称黑体。这类物体称为绝对黑体，或简称黑体。当当R1时，说明辐射能全被反射，时，说明辐射能全被反射，这类物体称为绝对白体，简称白体。当这类物体称为绝对白体，简称白体。当Dl时

33、，说明辐射能全被透射，这时，说明辐射能全被透射，这类物体称为绝对透明体。类物体称为绝对透明体。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系26三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试2热辐射的基本定律热辐射的基本定律 图4.11 黑体模型（1）绝对黑体模型辐射能几乎被全部吸收，可认为A = 1。 （2）普朗克定律11),(2510TcecTe在各种不同温度下，黑体辐射能量按波长分布的规律，其关系式（3）斯忒藩波耳兹曼定律（stefan-boltzmann law） dTeE000),(4T810式中：斯忒藩波耳兹曼常数，5.67（W/m2K4）。浙江科技学院包装工程系浙江

34、科技学院包装工程系27三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试2热辐射的基本定律热辐射的基本定律 把灰体全辐射能把灰体全辐射能E与同一温度下黑体全辐射能与同一温度下黑体全辐射能E0相比较，相比较，就得到物体的另一个特征量就得到物体的另一个特征量 0EEe e e称为黑度，反映物体接近黑体的程度，黑度说明物体辐射能称为黑度，反映物体接近黑体的程度，黑度说明物体辐射能力的大小程度，它的数值在力的大小程度，它的数值在0 01 1之间。之间。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系28三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试4辐射温度计辐射温度计 辐射温

35、度计的工作原理是基于四次方定律。辐射温度计的工作原理是基于四次方定律。 404TT40TT 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系29三、热辐射测温仪三、热辐射测温仪第一节第一节 温度测试温度测试3红外辐射温度计红外辐射温度计 被测物体的热辐射线由光学系统聚焦，经光栅盘调制后变换为一定频率被测物体的热辐射线由光学系统聚焦，经光栅盘调制后变换为一定频率的光能，照射在热敏电阻探测器上，经电桥转变为交流电压信号，放大的光能，照射在热敏电阻探测器上，经电桥转变为交流电压信号，放大后输出显示或记录。光栅盘由两片扇形光栅板组成，一块固定，另一块后输出显示或记录。光栅盘由两片扇形光栅板组成，一块固定，

36、另一块受光栅调制电路控制，按一定频率正、反向转动，实现开（光可透过）、受光栅调制电路控制，按一定频率正、反向转动，实现开（光可透过）、关（光不通过），使入射线变为一定频率的能量作用在探测器上。这种关（光不通过），使入射线变为一定频率的能量作用在探测器上。这种红外测温仪可测红外测温仪可测0 0600600范围内的物体表面温度。范围内的物体表面温度。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系30第一节第一节 温度测试温度测试浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系31浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系32第二节第二节 湿度测试湿度测试 湿度是指气体中水蒸气含量的多少，可以表示为湿

37、度是指气体中水蒸气含量的多少，可以表示为绝对湿度和绝对湿度和相对湿度相对湿度。1绝对湿度绝对湿度 单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度，单位单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度，单位g/m3。湿度与水。湿度与水蒸气压、温度有关，在一个大气压（蒸气压、温度有关，在一个大气压（101325Pa）下，绝对湿度）下，绝对湿度D与水蒸气压、温与水蒸气压、温度的关系为度的关系为teD00366. 0100794. 02相对湿度相对湿度某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比定义为相对湿度，即某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比定义为相对湿度，即)%(100RHeeHs绝

38、对湿度与相对湿度、饱和水蒸气压的关系为绝对湿度与相对湿度、饱和水蒸气压的关系为 tHeDs00366. 0100794. 0浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系33第二节第二节 湿度测试湿度测试干湿球湿度计干湿球湿度计 干湿球湿度计由两个结构相同的温度计干湿球湿度计由两个结构相同的温度计（如水银温度计或酒精温度计）组成，如（如水银温度计或酒精温度计）组成，如图图4.14所示。一个谓干球，其感温部暴露所示。一个谓干球，其感温部暴露在被测气体中；另一个谓湿球，其感温部在被测气体中；另一个谓湿球，其感温部被水湿棉布包裹。被水湿棉布包裹。 )(ttkPees浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包

39、装工程系34第二节第二节 湿度测试湿度测试干湿球湿度计干湿球湿度计 ttQ浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系35第二节第二节 湿度测试湿度测试电阻式湿度计电阻式湿度计 1、湿敏电阻湿度、湿敏电阻湿度计计湿敏电阻湿度计是利用某些物质的电阻随湿度变化而变化的湿敏电阻湿度计是利用某些物质的电阻随湿度变化而变化的性质制成的，即电阻与相对湿度是一一对应的。性质制成的，即电阻与相对湿度是一一对应的。 种类种类测湿范围测湿范围适用范围适用范围电阻变化电阻变化响应速度响应速度回程误差回程误差精度精度半导体湿敏半导体湿敏陶瓷陶瓷带热清洗带热清洗5 590%90%1 180800 0C C10108 8

40、10104 42 23min3min5%RH5%RH不带热清洗不带热清洗303090%90%0 050500 0C C500k500k数数kk2.5min2.5min5%RH5%RH导电高分子材料导电高分子材料303090%90%0 050500 0C C6.6M6.6M3.6K3.6K2%RH2%RH2%RH2%RH浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系36第二节第二节 湿度测试湿度测试电阻式湿度计电阻式湿度计 1 1、热敏电阻湿度、热敏电阻湿度计计热敏电阻湿度计是利热敏电阻湿度计是利用干、湿空气热传导用干、湿空气热传导率的差异来测定湿度率的差异来测定湿度的。即电阻随温度的的。即电阻随

41、温度的变化而变化，这一特变化而变化，这一特性称为热敏特性。性称为热敏特性。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系37第二节第二节 湿度测试湿度测试电容式湿度计电容式湿度计 单片智能化湿度单片智能化湿度/温度传感器温度传感器 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系38浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系39二、厚度测量二、厚度测量1.非接触式测厚仪非接触式测厚仪非接触式测厚仪的种类很多，应用较多的是非接触式测厚仪的种类很多，应用较多的是 射线测厚仪，射线测厚仪，目前已研制出红外线纸张测厚仪，它们统称为射线测厚仪目前已研制出红外线纸张测厚仪，它们统称为射线测厚仪 。heII0

42、浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系40二、厚度测量二、厚度测量1.非接触式测厚仪非接触式测厚仪浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系41二、厚度测量二、厚度测量2 接触式测厚仪接触式测厚仪 在带钢上下各装一个位移传感器（如差动变压在带钢上下各装一个位移传感器（如差动变压器式传感器）。当带钢厚度变化时，上下与带钢器式传感器）。当带钢厚度变化时，上下与带钢接触的传感器同时测出位移变化量，从而形成厚接触的传感器同时测出位移变化量，从而形成厚度偏差信号输出。度偏差信号输出。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系42三、物位的测量三、物位的测量1、电感测量法、电感测量法浮子通过刚性

43、杆与电感浮子通过刚性杆与电感测头的铁芯相连，带动测头的铁芯相连，带动铁芯与液位升降同步运铁芯与液位升降同步运动。铁心在线圈内移动动。铁心在线圈内移动时，会引起线圈电感的时，会引起线圈电感的变化，从而将物位转化变化，从而将物位转化为电信号。为电信号。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系43浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系44dDL1DdL2H212ln()LCD d212 ()ln()HCKHD d 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系45浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系46三、物位的测量三、物位的测量3、超声波测量法超声波测量法超声波测量法的原理是利用

44、超声波在不同介质中超声波测量法的原理是利用超声波在不同介质中反射和折射速度不同的特点，发射超声波后再接反射和折射速度不同的特点，发射超声波后再接收，根据回波时间测定物位高度，并将声波信号收，根据回波时间测定物位高度，并将声波信号转变为电信号。转变为电信号。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系47三、物位的测量三、物位的测量4、透射法透射法光源发射的光线透过容器被光电元件接收，当光线光源发射的光线透过容器被光电元件接收，当光线被内装物遮挡时，光电元件接收的光通量减弱或降被内装物遮挡时，光电元件接收的光通量减弱或降为零，并发出控制信号。为零，并发出控制信号。 浙江科技学院包装工程系浙江科技

45、学院包装工程系48三、物位的测量三、物位的测量4、透射法透射法在料斗上下物位极限位置两测分别安装光源和光电管，并开在料斗上下物位极限位置两测分别安装光源和光电管，并开设透光孔。当包装速度加快时，如果物位低于下极限位置，设透光孔。当包装速度加快时，如果物位低于下极限位置，则光电管接收到光信号，发出控制信号，使电机转速增加，则光电管接收到光信号，发出控制信号，使电机转速增加，向料斗内送料速度加快；反之，如果物位超过上极限时，光向料斗内送料速度加快；反之，如果物位超过上极限时，光电管的光信号被切断，发出控制信号，降低电机转速，送料电管的光信号被切断，发出控制信号，降低电机转速，送料速度减慢，这样，控

46、制物位在上下极限范围之内。速度减慢，这样，控制物位在上下极限范围之内。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系49三、物位的测量三、物位的测量5、放射性同位素测量法放射性同位素测量法放射性同位素测量物位的原理，是基于射线经过被测材料时，放射性同位素测量物位的原理，是基于射线经过被测材料时，会被材料吸收而使射线探测器接收到的射线强度发生变化。测会被材料吸收而使射线探测器接收到的射线强度发生变化。测试装置由辐射源、接收器、测量线路和显示仪表组成。试装置由辐射源、接收器、测量线路和显示仪表组成。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系50一、测重传感器一、测重传感器:电阻式、电感式、电阻

47、式、电感式、电容式、压磁式、压电式等电容式、压磁式、压电式等 1、柱式弹性元件柱式弹性元件 在包装工程中，物料的充填方式之一是称重式充填，即将产在包装工程中，物料的充填方式之一是称重式充填，即将产品按预定质量充填到包装容器内。称重方式有间歇式和连续品按预定质量充填到包装容器内。称重方式有间歇式和连续式称重两种，采用的装置有机械式和电子式。式称重两种，采用的装置有机械式和电子式。 图图4.29 柱式弹性元件柱式弹性元件a ） 实心圆柱实心圆柱b ） 空心圆柱空心圆柱FFFF柱式弹性元件可分为实心和空心两种柱式弹性元件可分为实心和空心两种. 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系51在弹性元

48、件上粘贴在弹性元件上粘贴8个金属应变片，其中个金属应变片，其中4片轴向粘贴，另片轴向粘贴，另4片周向粘贴，连接成桥式电路片周向粘贴，连接成桥式电路 。 、浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系52一、测重传感器一、测重传感器:电阻式、电感式、电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等电容式、压磁式、压电式等 2、梁式弹性元件梁式弹性元件 梁式弹性元件有悬臂梁、两端固定梁等形式梁式弹性元件有悬臂梁、两端固定梁等形式 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系53一、测重传感器一、测重传感器:电阻式、电感式、电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等电容式、压磁式、压电式等 3环式弹性元件环式

49、弹性元件在圆环式弹性元件上施加径向力时，在圆环式弹性元件上施加径向力时，圆环各处的应变不同，其中与作用圆环各处的应变不同，其中与作用力成力成39.6处（图处（图4.32中中B点）应变点）应变等于零。水平中心线上则有最大的等于零。水平中心线上则有最大的应变。应变。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系54一、测重传感器一、测重传感器:电阻式、电感式、电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等电容式、压磁式、压电式等 4轮辐式弹性元件轮辐式弹性元件具有对加载方式不敏感、抗偏载能具有对加载方式不敏感、抗偏载能力强、侧向稳定、外形矮等特点力强、侧向稳定、外形矮等特点 . .浙江科技学院包装工程系

50、浙江科技学院包装工程系55二、皮带电子秤二、皮带电子秤皮带电子秤是一种连续式称重充填机，主要用于测量输送皮带电子秤是一种连续式称重充填机，主要用于测量输送过程中固体散料的流量，并对散料流量进行积分，求得被过程中固体散料的流量，并对散料流量进行积分，求得被输送物料的总重量。其称重过程是连续的。所求的称重值，输送物料的总重量。其称重过程是连续的。所求的称重值，实际上是对一段时间内物料流量的累计。实际上是对一段时间内物料流量的累计。 其工作原理是：物料其工作原理是：物料经闸门、传送带连续经闸门、传送带连续送入称斗中。测重传送入称斗中。测重传感器和测速传感器分感器和测速传感器分别将称盘范围内的重别将称

51、盘范围内的重量、皮带速度转换为量、皮带速度转换为电信号，放大后输入电信号，放大后输入积分器进行计算。积分器进行计算。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系56二、皮带电子秤二、皮带电子秤LWqvLWvqWitidtWW0设称盘长度为设称盘长度为 ，流经称盘物料重量为，流经称盘物料重量为 ，皮带速度为，皮带速度为 ，则其单位长度上的重量则其单位长度上的重量 为为LWvq皮带瞬时传送量为皮带瞬时传送量为在在0t时间内皮带输送物料总量为时间内皮带输送物料总量为 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系57三、定量电子秤三、定量电子秤 定量电子秤用于称量液体、粉状、定量电子秤用于称量液体、粉

52、状、粒状、块状等物料，其精度可达粒状、块状等物料，其精度可达0.50.51.01.0。 物料经料门流入称斗，传感器通过物料经料门流入称斗，传感器通过称重杠杆测量料斗中物料的重量，当物称重杠杆测量料斗中物料的重量，当物料重量达到预定值时，传感器发出电信料重量达到预定值时，传感器发出电信号，通过控制系统使气缸活塞动作，关号，通过控制系统使气缸活塞动作，关闭储料斗门，打开料斗门，将物料充填闭储料斗门，打开料斗门，将物料充填到容器中。到容器中。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系58压力压力：工业生产中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位：工业生产中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。

53、面积上的力。 若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，还会造成严重生产事故。质量，还会造成严重生产事故。 压力测试广泛用于包装生产及试验中，如压力罐装、压力测试广泛用于包装生产及试验中，如压力罐装、真空包装；塑料材料及容器的气密性、透湿性试验；玻璃真空包装；塑料材料及容器的气密性、透湿性试验；玻璃瓶耐内压强度试验等。瓶耐内压强度试验等。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系59pa绝对压力零线绝对压力零线pphpa大气压大气压p01.01325105Pa0appp0happp浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系60 。浙江

54、科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系61 波登管虽有较高测量精度，但因尺寸和质量较大，固有波登管虽有较高测量精度，但因尺寸和质量较大，固有频率较低，且有明显滞后，故不宜作动态压力测量。频率较低，且有明显滞后，故不宜作动态压力测量。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系62 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系63浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系641. 1. 应变式压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器的原理，是利用粘贴应变式压力传感器的原理，是利用粘贴在弹性元件上的应变片，感受压力作用在弹性元件上的应变片，感受压力作用时弹性元件的局部应变，测量被测压力时弹

55、性元件的局部应变，测量被测压力值的大小。值的大小。 图图4.37 膜片应变式压力传感器膜片应变式压力传感器 R2R4R3R1PUiEr1r2R3R4AB(b)测量电桥浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系652. 2. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器是以单晶硅膜片压阻式压力传感器是以单晶硅膜片作为敏感元件作为敏感元件,在该膜片上采用集成在该膜片上采用集成电路工艺制作四个电阻，并组成惠电路工艺制作四个电阻，并组成惠斯登电桥。斯登电桥。 Ri1Ri2Ri3Ri4浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系663.3.压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器利用了某些

56、具有压电式压力传感器利用了某些具有压电效应的压电晶体（如石英、云压电效应的压电晶体（如石英、云母等）制成的。母等）制成的。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系67浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系68弹簧管（波登管）的封闭端弹簧管（波登管）的封闭端通过机械装置与真空计表针通过机械装置与真空计表针相联，当真空计与真空系统相联，当真空计与真空系统连接时，封闭端的位移驱动连接时，封闭端的位移驱动与表针固联的齿轮转动，从与表针固联的齿轮转动，从而显示压力值。而显示压力值。浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系69热电偶真空计是通过检测细灯丝热电偶真空计是通过检测细灯丝温度来测

57、量压力的。温度来测量压力的。 测量范围为测量范围为0.133133Pa）。）。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系70皮拉尼真空计是通过检测电阻的阻值来皮拉尼真空计是通过检测电阻的阻值来测量压力的。测量范围为测量压力的。测量范围为1.3310313.3Pa。 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系71vAqvdAvA0tvvQq dtmvqqmvQQ浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系72电磁流量计超声波流量计涡轮式流量计测速式流量计靶式流量计转子流量计流体阻力式流量计差压式流量计腰轮转子流量计椭圆齿轮流量计容积式流量计流量计浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系

58、734vqVn浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系74(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系751v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系761v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqApqAp浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系77SNvqqv浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系78xEKBDv24vDqv4vxDqEBK浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系79浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系80浙江科技学

59、院包装工程系浙江科技学院包装工程系81h浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系82 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系83 浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系84)sin(tAx浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系85运输包装件的振动运输包装件的振动在研究包装件的振动时，通常将其简化在研究包装件的振动时，通常将其简化为质量、弹性、阻尼的单自由度系统振为质量、弹性、阻尼的单自由度系统振动力学模型。动力学模型。 taxssin支座做简谐振动支座做简谐振动ssxckxkxxcxm 产品运动微分方程产品运动微分方程:)sin(tBx解为解为:浙江科技学院包装工程系浙江科技学院包装工程系86激励方式通常可以分为激励方式通常可以分为稳态正弦激振和瞬态激振稳态正弦激振和瞬态激振。 1稳态正弦激振稳态正弦激振稳态正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激振设备对被测对象施加一个频稳态正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。其优点是激振功率大，信噪比高，能保证响应测试的精率可控的简谐激振力。其优点是激振功率大，信噪比高，能保证响应测试的精度。稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比和相位差。度。稳态