测试技术 第十一章 温度测量

1、测试技术 第十一章 温度测量第1页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四1 概述一、测温方法接触式测温膨胀式温度计电阻式温度计热电偶温度计其他非接触式测温辐射式温度计亮度温度计比色温度计光导纤维测温第2页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四2 膨胀式温度计和压力式温度计一、膨胀式温度计1、液体膨胀式图9-1 液体：水银、酒精、甲苯等2、固体膨胀式a）杆式温度计图9-2a）杆对外套产生相对运动b）双金属温度计图9-2a）螺旋式、螺线式第3页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四二、压力式温度计图9-3充气式：温包内充氮气充液式：甲醇、甘油、

2、二甲苯等第4页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四3 热电偶式传感器测量高温热电势效应：两种导体组成一回路，如两连接点温度不同，回路中便有电流产生。见图9-4第5页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四热电势由接触电势和温差电势组成。接触电势：由于不同导体具有不同的自由电子浓度，两导体接触后，电子从浓度高低，形成静电性的电位差。温差电势：同一导体两点温度不同时，高温端的电子吸收热量多而动能大，它向低温端扩散，电子在高温端少，低温端多，形成电位差。常用的热电偶材料：表9-1第6页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四4、电阻温度计利用导体和

3、半导体的电阻随温度变化做成的温度计。金属：温度升高1，电阻增加0.40.6%常用铂、铜、镍。半导体：.，.26%但重复性和高温稳定性不理想。第7页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四一、铂电阻温度计金属铂Pt元素表中排在78两种规格：初始电阻为：100 和50 特点：测量范围：-200 850 。精度高、稳定性好、耐氧化性能强。缺点：电阻温度系数小，3.910-3 / ，即灵敏度低。价格贵。应用：气象等高精度应用场合。第8页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四二、铜电阻温度计两种规格：初始电阻为：100 和50 特点：测量范围：-50 150 。比铂小。

4、温度系数比铂电阻高， 约4.2510-3 / 。价格低缺点：电阻率小，所以铜电阻丝细，易氧化。应用：精度要求不高的场合。第9页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四三、半导体热敏电阻特点：测量范围：300 。温度系数大。电阻率大、体积小、寿命长。缺点：重复性和互换性较差。上限温度不高。应用：第10页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四四、电阻温度计的测温误差来源1、热电阻的基本误差热电阻参数实际值偏离标准值而产生的误差过大的电流引起电阻发热造成测量误差。一般工作电流 6mA2、引线热电阻的误差金属引线受热使其电阻变化，造成测量误差。解决方法：第11页，共2

5、6页，2022年，5月20日，11点58分，星期四解决方法：（三线制接法图9-9）使两条引线电阻分别加到电桥相邻的两臂，将误差抵消。第12页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四3、显示仪表的误差第13页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四5、光辐射测温任何物体受热后，都将有一部分的热能转变为辐射能。温度测量常用可见光和红外线。第14页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四一、辐射温度计1、全辐射温度计它是通过测量物体在全光谱范围的总辐射功率，测出被测对象的温度。其结构见图9-12，包括光学系统、辐射接收器等。辐射接收器可用热电堆，由8对

6、热电偶串联组成，热端涂上黑层吸收热辐射。说明： 测出的是辐射温度，不是实际温度，需要进行修正 测温范围：700 2000 测量时注意被测物与仪表间的距离。第15页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四2、部分辐射温度计工作光谱限于一定的光谱范围内。如红外光。A、气动型利用气体吸收红外辐射后，温度升高，体积增大的特性。见图4-79常用于实验室内作标定基准。第16页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四B、热释电型某些晶体在外电场作用下产生极化。在红外辐射下，温度升高，引起极化强度下降，表面电荷减少。热释电效应特点：工作温度：300K响应时间：10ms常用于光谱

7、仪、测稳仪、红外摄像等第17页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四三、亮度温度计利用物体在不同温度下辐射的单色亮度不同。单色亮度：指波长范围一定。图9-14被测物体辐射的单色亮度和仪表内的高温灯泡的灯丝亮度比较，两者亮度相同时，灯丝亮度隐没在背景中，灯丝温度与被测温度一致。灯丝温度可通过流过的电流大小来确定。第18页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四四、光导纤维测温光纤用于传输光，可使光路转弯。1、液晶-光导纤维温度计利用液晶热色效应，即温度不同时液晶的液色不同，从而导致液晶对入射单色光（红光）反射强弱的变化。图9-17内部有两束光纤。第19页，共26

8、页，2022年，5月20日，11点58分，星期四2、荧光-光导纤维温度计利用某些元素的光致发光效应，即在光波激励下（如紫外线）发出荧光。荧光强度随温度而变化。传感头见图9-18荧光-光导纤维温度计见图9-193、马赫-珍德相位干涉型光纤温度计光沿单模光纤（芯径小、折射率小的光纤）传播时，光的振幅、相位、偏振等会因外界因素（温度、压力、加速度、振动和电磁场等）改变而改变。图9-20两根同样材质、且长度基本相同的单模光纤，它们的出射端平行，则出射光会产生干涉条纹。当被测温度变化时，测量光线出射光的相位改变，干涉条纹移动。第20页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四6 温度检测系

9、统设计举例例：有一温度为400 左右的空气流，速度为150200m/s，静压p = 0.4MPa，管道直径为500mm，管壁温度100 ，要求连续测量气流的总温。一、何为总温？总温Th = 静温T0 + 动温TV静温：温度计与气流相对静止时测得的温度。动温：气流受阻滞时动能变为热能， ，使气体温度升高，升高的温度即为动温。把温度计插入气流中，实测温度Tg在静温和总温之间。气流速度不高时，Tg T0 。超过 70m/s 时，就要考虑速度动能影响。第21页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四总温可通过下式求得：流速已知，气体的气压比热容CP可查表，只要恢复系数 r 一定，测出T

10、g 就可求出总温。二、方案选择根据被测介质和被测温度400 ，确定用热电偶。第22页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四三、结构设计1、以上分析可知，测量过程中要使 r 值稳定。扭焊和对焊的热电偶的恢复系数 r 的试验曲线见图9-21第23页，共26页，2022年，5月20日，11点58分，星期四2、辐射误差问题被测温度400 ，管壁温度100 ，热电偶工作端与管内壁辐射交换引起误差。解决办法：a）加强管道保温，降低温差。b）热电偶外加屏蔽罩，将热电偶和管壁隔离。c）热电极选细些，减小表面发射率。d）改善热电偶与气流的换热条件。3、沿热电偶向外界导热损失引起误差测量时，热电偶要有足够的插入深度。第24页，共26页，2022年，5月2