第3章建筑环境测试技术

1、12 3 国际普遍使用的温标有四种：热力学国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、温标、 国际实用温标、摄氏温标、华氏温标。国际实用温标、摄氏温标、华氏温标。 3.热力学温标热力学温标B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100K100K，热力学温标如何，热力学温标如何规定规定300K300K的温度？的温度？B拿标准热源作为低温热源，另一热源作为高温热源，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间运转，如果从高温热源吸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收的热量Q1Q1与向标准热源放出的热量与向标准热源放出的热量Q0Q0之比等于之比等

2、于3 3 ，那么高温热源温度等于那么高温热源温度等于300K300K。B现实中热力学温标是应用气体特性方程实现的。理想现实中热力学温标是应用气体特性方程实现的。理想气体的气体的P、V、T之间的关系式为：之间的关系式为：（气体定（气体定容温度计）容温度计）7二、温度测量方法及测量仪表的分类二、温度测量方法及测量仪表的分类B1、温度测量方法的分类、温度测量方法的分类玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计固体膨胀式固体膨胀式压力式温度计压力式温度计膨胀式温度计测温膨胀式温度计测温热电偶测温热电偶测温热电阻测温热电阻测温接触法接触法非接触法非接触法测温方法测温方法9防爆热电阻防爆热电阻温度传感器温度传感器装

3、配式热电偶装配式热电偶室外温度传感器室外温度传感器123.2 膨胀式温度计膨胀式温度计1.1.基本概念基本概念 J 膨胀式温度计：利用物体受热膨胀原理膨胀式温度计：利用物体受热膨胀原理制成的温度计。制成的温度计。J 主要有主要有液体膨胀式液体膨胀式、固体膨胀式固体膨胀式和和压力压力式温度计式温度计三种。三种。13 (1).(1).工作原理工作原理 利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。原理。 组成：液体存储器、毛细管、组成：液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分。标尺、安全泡四部分。 液体可为：水银、酒精、甲苯等。液体可为：水银、酒精、甲苯等

4、。 当温度超过当温度超过300300时，应采用硅硼时，应采用硅硼玻璃，玻璃，500500以上要采用石英玻璃。以上要采用石英玻璃。 14液体膨胀式温度计：液体膨胀式温度计：式中：式中： 分别为工作液体在分别为工作液体在00及温度为及温度为t t1 1、t t2 2时的体积；时的体积； 分别为工作液体和玻璃的体膨胀系数。分别为工作液体和玻璃的体膨胀系数。 )()(1 . 2 . 3)()(12012202101ttVVVVtVVtVVTTTTTTT）（210TTTVVV、(2).用途用途J标准温度计标准温度计J实验室、工业用温度计实验室、工业用温度计J电接点式温度计电接点式温度计玻璃棒温度计玻璃棒

5、温度计17(3).(3).误差分析误差分析J玻璃材料有较大的热滞后效应。玻璃材料有较大的热滞后效应。 J温度计插入深度不够将引起误差。温度计插入深度不够将引起误差。 玻璃管温度计测温误差修正玻璃管温度计测温误差修正 式中：式中： 漏出液体部分的温度修正值（漏出液体部分的温度修正值（）；）； 漏出液柱部分所占的刻度数（漏出液柱部分所占的刻度数（）；）； 工作液体对玻璃的相对膨胀系数（工作液体对玻璃的相对膨胀系数（1/1/）；）； 温度计的指示值（温度计的指示值（）；）； 漏出液柱部分所处的环境温度（漏出液柱部分所处的环境温度（）。）。）（2 . 2 . 3)(attnttntat某水银温度测量水

6、温为某水银温度测量水温为90，插入处刻度为，插入处刻度为10，环境温度为环境温度为10 ，则测量误差为？，则测量误差为？J非线性误差非线性误差 J工作液的迟滞性工作液的迟滞性 J读数误差读数误差19 组成组成 ： 温包、毛细管、感压元件（弹簧管、波纹管等）。温包、毛细管、感压元件（弹簧管、波纹管等）。20 (2). (2).使用方法与特点使用方法与特点 对毛细管采取保护措施，防止损坏；注意安对毛细管采取保护措施，防止损坏；注意安装方式与位置对精度的影响。装方式与位置对精度的影响。 特点：结构简单，价格便宜，刻度清晰，防特点：结构简单，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

7、坏。爆。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。 由于受毛细管长度的限制，一般工作距离不由于受毛细管长度的限制，一般工作距离不超过超过60m60m，被测温度，被测温度-55-55 550550。 213.4.3.4.固体膨胀式温固体膨胀式温度计度计( (一一).).类型及工作原理类型及工作原理 利用固体受热膨胀原利用固体受热膨胀原理制成的温度计。理制成的温度计。 1. 1.杆式温度计杆式温度计 利用固体（一般采用膨胀利用固体（一般采用膨胀系数较大的金属）材料构系数较大的金属）材料构成。成。22J 2.2.双金属温度计双金属温度计 它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属它的感温元件是由膨胀系数不同

8、的两种金属片牢固地结合在一起制成。片牢固地结合在一起制成。233.3 热电偶温度计热电偶温度计 1.1.基本概念基本概念 J 热电温度计热电温度计 以以热电偶热电偶作为测温元件，测得与温度相应的作为测温元件，测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度的一种温度计。热电动势，由仪表显示出温度的一种温度计。 J 热电效应热电效应 将两种不同材料的导体或半导体组成一个闭和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

9、述现象称为热电效应。这个现象节点温度有关，上述现象称为热电效应。这个现象是是1821年年Seebeck发现的故又称为塞贝克效应。发现的故又称为塞贝克效应。 242.2.热电偶热电偶 热电偶是一种换能器，它将热电偶是一种换能器，它将热能转化为电能，用所产生的热热能转化为电能，用所产生的热电动势测量温度。该电动势实际电动势测量温度。该电动势实际上是由接触电势（珀尔帖电势）上是由接触电势（珀尔帖电势）与温差电势（汤姆逊电势）所组与温差电势（汤姆逊电势）所组成。成。25J接触电势（珀尔贴电势）接触电势（珀尔贴电势） 当两种不同的导体接触时，由于两者有不当两种不同的导体接触时，由于两者有不同的电子密度而

10、产生的电势。同的电子密度而产生的电势。 珀尔帖电势或接触电势：珀尔帖电势或接触电势：图图3.3.2接触电动势接触电动势51012exp(/) 1EccT（3.3.1）26J 温差电势（汤姆逊温差电势）温差电势（汤姆逊温差电势）A A导体和导体和B B导体所产生的温差电势：导体所产生的温差电势：）（4 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE）（5 . 3 . 31,00TTAtAtAtNdNekTTE图图3.33温差电势温差电势27J热电偶回路中总热电势热电偶回路中总热电势28闭合回路的总热电势闭合回路的总热电势）（7 . 3 . 3ln,00TTBtAtABdtNNekTTE2

11、9J 结论结论 1 1）凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热）凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热电偶；电偶； 2 2）热电偶产生的热电势在热电极材料一定时，）热电偶产生的热电势在热电极材料一定时，仅决定测量端和参考端的温度，而与热电极的仅决定测量端和参考端的温度，而与热电极的形状和尺寸无关；形状和尺寸无关； 3 3）热电偶参考端的温度必须保持恒定，最好保）热电偶参考端的温度必须保持恒定，最好保持持00。30 3.3.热电偶的基本定律热电偶的基本定律 利用热电偶来检测温度，必须引入变利用热电偶来检测温度，必须引入变换器和显示器。换器和显示器。 31J 热电偶均质导体定则热电偶均质导体定则 由同

12、一均质导体（电子密度处处相同）组成由同一均质导体（电子密度处处相同）组成的闭合回路中，的闭合回路中， 不论导体的不论导体的截面截面、长度长度以及以及温度温度分布如何，均不产生热电势。分布如何，均不产生热电势。 由均质定律知：如果热电偶的两电极是由由均质定律知：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两接点的温度有关，与热电极的中间温度分布无关。即两种材料相同的热电极不能构成热电无关。即两种材料相同的热电极不能构成热电偶。当热电偶两端的温度相同时，也不会产生偶。当热电偶两端的温度相同时，也不会产

13、生热电势。热电势。 检验热电偶丝的均匀性检验热电偶丝的均匀性。 32J 中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第三种导体相连接的两端温度相同，接入第三种三种导体相连接的两端温度相同，接入第三种导体后，对热电偶回路中的总热电势没有影响。导体后，对热电偶回路中的总热电势没有影响。 图图3.3.5 热电偶回路接入第三种导体热电偶回路接入第三种导体33 00(,)(,)ABABCET TET T0000 000( , )( )( , )( )( , )( )( , )A B CA BBB CCC AAE TTE T E TT E T E T

14、T E T E TT0000 000(, )() (, )( ) ( , )( ) ( , )A B CA BBB CCC AAE TT E T ETT E T ETT ET ETT00000000000()()()()lnln()()()ln()BCBCCACABAkTNTkTNTETETeNTeNTkTNTeNT0000()ln()()AABBkTNTETeNT 00(,)(,)ABABCET TET TABCDEFT1T1T1T1T2T2 六种不同的导体组成如图回路，六种不同的导体组成如图回路，写出回路中总的热电势。写出回路中总的热电势。21(,)BDET T35结论：结论：1 1）根据

15、这一定则，可以在热电偶回路中引入各种）根据这一定则，可以在热电偶回路中引入各种仪表、连接导线等；仪表、连接导线等；2 2）利用这一定则，可推导出参考电极定则，即采）利用这一定则，可推导出参考电极定则，即采用同一参考电极（纯铂丝）与各种不同材料组用同一参考电极（纯铂丝）与各种不同材料组成的热电偶，以测其热电特性，然后再利用这成的热电偶，以测其热电特性，然后再利用这些特性组成各种配对的热电偶些特性组成各种配对的热电偶研究、测试热研究、测试热电偶通用方法。电偶通用方法。 36J 热电偶的中间温度定律热电偶的中间温度定律 热电偶在两接点温度为热电偶在两接点温度为T、T0时热电势等于该热电偶在两接点温时

16、热电势等于该热电偶在两接点温度分别为度分别为T、TN时时TN、T0时相应热时相应热电势的代数和。电势的代数和。 如果如果T T0 0=0=0，则上式变为：，则上式变为： 各种热电偶分度表都是在冷端各种热电偶分度表都是在冷端00制成的。制成的。 00( ,)( ,)(,)ABABNABNET TET TETT（3.3.11）（12. 3 . 3)0 ,(),()0 ,(NABNABABTETTETE37结论：结论： 热电偶分度表中冷端温度为热电偶分度表中冷端温度为00，在实际测量，在实际测量中若热电偶的冷端温度为中若热电偶的冷端温度为2020，则可应用中间，则可应用中间温度定律进行计算。温度定律

17、进行计算。 ( ,0)( ,20)(20,0)ABABABETETE举例：用铂铑举例：用铂铑10铂热电偶测温，冷端温度为铂热电偶测温，冷端温度为25，输出电势为输出电势为0.668mV，试求被测对象的温度。，试求被测对象的温度。查表得被测温度为查表得被测温度为122。mV811. 0143. 0668. 0)0 ,25()25,()0 ,(sssetete384.4.热电偶的结构和标准比热电偶的结构和标准比 根据热电偶结构不同，分为根据热电偶结构不同，分为铠装铠装式式热电偶和热电偶和薄膜薄膜式热电偶。式热电偶。 J铠装式热电偶铠装式热电偶 1 1）热电极：贵金属）热电极：贵金属d=0.3d=0

18、.30.65mm0.65mm；廉；廉金属金属d=0.5d=0.5 3.2mm3.2mm；L=350L=350 2000mm2000mm； 2 2）绝缘套管：普通陶瓷（）绝缘套管：普通陶瓷（10001000）；）；高纯氧化氯（高纯氧化氯（13001300）；刚玉）；刚玉（16004V4V即可；即可； 4 4）. .引脚之间应有可靠绝缘，否则影响测量引脚之间应有可靠绝缘，否则影响测量 精度。精度。 三三. .数字集成温度传感器数字集成温度传感器J 1.DS18B20单总线式集成温度传感器单总线式集成温度传感器132图图3.7.63.7.6数字式集成温度传感器数字式集成温度传感器DS18B20DS18B20（a a）TO-9TO-9封装封装 （b b）SOICSOIC封装封装VDDVDD电源电压端；电源电压端；DQDQ数据输入数据输入/