课程-性能测试-温度检测技术

温度检测技术

参考资料

早期温度测量设备在约1592年，伽利略发明了温度计，在开口的容器中装满有色酒精，并悬挂一个喉部狭长的玻璃管，管顶部是一个空心球。通过标注液体在管内的位置观察球体的温度波动。这一“倒置”的温度计只是一个简劣的指示器，因为液位会随大气压力变化并且玻璃管没有刻度。佛罗伦萨温度计-纳入了密封结构和刻度尺人们依靠物理现象确定温度-基准温度

IPTS-68基准温度（在标准大气环境中）平衡点K0C氢的沸点20.28-252.87氧的三相点54.361-218.789水的三相点273.160.01水的沸点373.15100锌的冰点692.73419.58金的冰点1337.581064.43温度传感器类型

接触式和非接触式1.热电偶2.电阻温度探测器（热电阻与热敏电阻）3.双金属器件4.液体膨胀式器件5.相变器件6.红外辐射器接触式热电偶理论依据-塞贝克现象：热电偶的基本定律均质导体定律两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一从均质导体定律得到：用一种均质导体构成的回路不能产生热电势热电偶必须由两种不同的热电极构成热电偶的经验定律：中间金属定律在铁和康铜导线之间插入Cu导线将不会改变输出电压V，无论铜导线的温度如何热电偶的经验定律：内部温度定律输出电压V将为Fe-C对在温度为T时的电压，不论是否对任一测量导线应用外部热源热电偶的经验定律：插入的金属定律电压V将为Fe-C热电偶在温度为T时的电压，只要铂线的两端为相同温度热电偶焊接碳弧、气焊等简单而方便的盐水焊接法（适用于0.03-0.5mm）：热电偶类型（部分）代码材料类型温度范围环境+导线-导线JFeCu-Ni-210～1200˚C还原、真空、惰性环境。

限制用于高温还原环境。不建议在

低温下使用KNi-CrNi-AI-270～1372˚C清洁的氧化和惰性环境。限制用于真空

或还原环境。温度范围宽，最常用TCuCu-Ni-270～400˚C轻度氧化、还原、真空或惰性环境。在潮湿环境中性能良好。低温和冷冻应用RPt-13%RhPt-50～1768˚C氧化或惰性环境。切勿插入金属管道。注意防止污染。适用于高温SPt-10%RhPt-50～1768˚C氧化或惰性环境。切勿插入金属管道。注意防止污染。适用于高温钨铼热电偶适用于极端高温0~2320°C护套-防止热电偶线氧化或腐蚀手持式铠装热电偶某宝上很多、很便宜覆盖Nextel®陶瓷绝缘层的柔性热电偶元件耐高温！如何选择热电偶类型？热电偶的选择依据通常包括以下条件：•温度范围•精度•工艺兼容性

（化学和机械）•仪器兼容性热电偶线直径尺寸对误差的影响尺寸较小的热电偶线受扩散、杂质和不均匀性的影响比大尺寸线大得多ASTM标准线误差温度传感器类型

接触式和非接触式1.热电偶2.电阻温度探测器（热电阻与热敏电阻）3.双金属器件4.液体膨胀式器件5.相变器件6.红外辐射器接触式电阻式温度检测器(RTD)“材料物理性能”知识回顾：马基申定律：

(T)=0(1+T)

（0—在00C下的电阻率）金属的电阻率表现出明显的温度依赖性。铂能够在承受高温同时保持出色的稳定性,铂用作所有高精度电阻温度计中的主要元件。经典电阻式温度检测器(RTD)结构由C.H.梅尔斯于1932年提出。将一个铂螺旋线圈缠在一个交叉的云母圈上并在一个玻璃管内安装该组件。此结构将电线上的应力减至最低，同时使电阻升至最高。热敏电阻热敏电阻通常由半导体材料制成，阻值大（常见的热敏电阻值为5000欧姆(25˚C)，测量误差小）大多数热敏电阻都使用负温度系数(TC)在三种主要的传感器分类（热电偶,RTD,热敏）中，热敏电阻温度系数最大，单片线性温度传感器

（I.C传感器）集成电路温度传感器，在电压和电流输出配置中均可用，与绝对温度成线性比例。典型值为1μA/K和10mV/K热电偶、RTD和热敏电阻选型指南RTD比热电偶更加稳定可靠。RTD的温度范围较窄，热敏电阻的工作范围更小热敏电阻和RTD都是电阻式器件，通过让电流流过传感器来工作的，即使通常仅使用非常小的电流，但也会产生一定的热量常用温度传感器比较双金属器件利用不同金属的膨胀系数差异。便于携带且不需要电源，但通常不如热电偶或RTD精确，且不太适合温度记录液体膨胀式器件通常分为：水银类和有机液体，典型：家用温度计优点：无需电源，不存在爆炸隐患，并且即使多次重复使用也依然可靠缺点：产生的数据通常不易记录或传输相变温度传感器达到一定温度时外观会发生变化的标签、颗粒、颜料、油漆或液晶特点：响应时间一般为几分钟，精度低。相变是不可逆的（液晶显示器的情况例外）如果在产品运输过程中，例如由于技术或法律方面的原因，需要确认某件设备或材料的温度尚未超过一定数值，相变传感器还是比较方便。温度传感器：优势和劣势完美的温度传感器评判标准：对所测量的介质没有影响非常准确响应及时输出易于调节红外线测温仪温度传感器类型

接触式和非接触式1.热电偶2.电阻温度探测器（热电阻与热敏电阻）3.红外辐射器4.双金属器件5.液体膨胀式器件6.相变器件红外线测温仪InfraredThermometer17世纪，牛顿采用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。红外线的波长在0.76～100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类。由于分子和原子无规则的运动，任何物体在常规环境下都会辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大黑体辐射特征谱地球温度的黑体辐射人体的大多数能量以红外线的形式散射掉了。一些材料对可见光是不透明的，但是对红外线却没有任何遮盖能力（注意照片中的垃圾袋），

相反另一些材料对可见光是透明的，反而会对红外线产生阻挡或反射（注意照片中人物的眼镜）。摘自维基百科钢材加热温度与颜色图谱红外测温的理论基础1.基尔霍夫定律：a=e物体达到热平衡时，吸收量等于辐射量2.斯蒂芬-玻尔兹曼定律：Q=T4物体温度越高，放射出的红外线能量越多红外测温的理论基础3.维恩位移定律：MAX=b/Tb为比例常数，称为维恩位移常数，数值等于2.8977721(26)×10–3mK4.普朗克方程式I：辐射率，在单位时间内从单位表面积和单位立体角内以单位频率间隔或单位波长间隔辐射出的能量h-普朗克常数;c

-光速;k

-玻尔兹曼常数;

-电磁波的频率;

T-黑体的温度.自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率能量守恒定律说明辐射（吸收）的透射、反射和发射的系数之和必须等于1：

tλl+rλ+aλ=1并且发射率等于吸收：Eλ=aλ因此：Eλ=1-tλ-rλ大多数被测物体是不透明的，发射率系数可以简化成：Eλ=1-rλl玻璃、塑料和硅等材料是例外，但是通过选择适当的光谱滤光，可以在这些物体的不透明红外线区测量它们影响发射率的主要因素材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等红外测温仪使用时应注意哪些问题1、只能测量表面温度。2、波长在5um以上不能透过石英玻璃进行测温，玻璃有很特殊的反射和透过特性，不能精确读数。但可通过红外窗口测温。红外测温仪最好不用于光亮的或抛光的金属表面的测温（不锈钢、铝等）。3、定位热点，要发现热点，仪器瞄准目标，然后在目标上作上下扫描运动,直至确定热点。4、注意环境条件：蒸汽、尘土、烟雾等。它阻挡仪器的光学系统而影响精确测温。5、环境温度，如果测温仪突然暴露在环境温差为20℃或更高的情况