第五章 温度测量-0414

2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量1第五章温度测量2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量2第一节概述第二节接触式温度计第三节非接触式温度计第四节气体温度计第五节红外技术在温度测量中的应用主要内容2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量3红外测温仪温度测量仪通道温度监测机箱温度监测海水温度监测2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量4第一节概述一、温度

温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子运动的观点看，温度是物体内部分子运动平均动能大小的一个度量标志。一、温度第一节概述2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量5第一节概述二、温标

用来度量温度高低的尺度称为温度标尺，简称“温标”，它规定了温度的零点和基本测量单位。目前使用较多的温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。其中摄氏温标与华氏温标之间的关系如下：tC为摄氏温标tF为华氏温标二、温标2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量6第一节概述二、温标

热力学温标又称开尔文温标或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。规定水的三相点（即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度）为273.1K。水的凝固点，即相当摄氏温标0℃，相当华氏温标32℉的开氏温标为273.15K。热力学温标（符号为T）它的单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。t为摄氏温标T为热力学温标2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量7第一节概述三、温度计分类三、温度计分类测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。1、接触式温度计温度计分为接触式和非接触式两大类。2、非接触式温度计非接触测温感温元件不与被测对象相接触，而是利用物体产生辐射能量的大小来测量温度。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量8第一节概述三、温度计分类接触式温度计和非接触式温度计各自的特点如下：1）由于接触式温度计必须将感温元件与被测物体接触，因此容易破坏被测温度场，非接触式温度计则无此问题；2）接触式温度计感温元件与被测物体达到热平衡需要一定时间，所以产生的时间滞后比较大，非接触式测温计直接测量被测物体的热辐射，响应速度快；3）由于感温元件难以承受很高的温度，所以接触式温度计测量高温时受到限制，非接触式温度计无此问题；2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量9第一节概述三、温度计分类4）由于低温时物体热辐射很小，所以非接触式温度计不适合测量低温；5）一般来说，接触式温度计的测量精度比非接触式温度计高。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量10第一节概述二、温度计分类温度计分类使用温度范围接触式膨胀式压力式温度计双金属温度计水银温度计有机液体温度计-80~550℃-100~600℃-38~356℃-100~100℃电阻式铂电阻温度计铜电阻温度计铑铁电阻温度计锗电阻温度计镍电阻温度计碳电阻温度计热敏电阻温度计13.18~961.78K-50~150℃0.1~73K0.015~100K-60~180℃30K以下至mK-40~150℃热电偶式铜-康铜铂铑-铂镍铬-康铜镍铬-镍硅（镍铝）-200~400℃0~1800℃0~800℃0~1300℃表5-1温度计分类及使用温度范围（低温、中温、高温）2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量11第一节概述二、温度计分类温度计分类使用温度范围非接触式辐射式全辐射高温计单色光学高温计比色光学高温计红外温度计700~2000℃800~2000℃800~2000℃100~700℃续表5-1温度计分类及使用温度范围2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量12第二节接触式温度计一、膨胀式温度计利用物质的体积随温度升高而膨胀的特性制作的温度计。分类：玻璃管液体温度计压力式温度计

第二节接触式温度计

一、膨胀式温度计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量13第二节接触式温度计一、膨胀式温度计1、玻璃管液体温度计

玻璃管液体温度计可以充填不同的工作液体，常用水银。水银不粘玻璃，不易氧化，在相当大温度范围内（-38~356℃）保持液态，200℃以下，膨胀系数和温度成线性关系，可作为精密标准温度计。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量14第二节接触式温度计一、膨胀式温度计应注意的问题：玻璃液体温度计的温度刻度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的。测量时外露部分处于环境温度下，若环境温度与标定分度时的温度不同，可按下式修正：玻璃的热胀冷缩会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度计应定期校验零点位置。零点漂移露出液柱的校正2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量15第二节接触式温度计一、膨胀式温度计tB为标定分度条件下外露部分空气温度n为露出部分液柱所占的度数γ为液体在玻璃管中的膨胀系数tA为使用条件下外露部分空气温度2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量16第二节接触式温度计一、膨胀式温度计玻璃管液体温度计的特点：精确度高，读数直观，结构简单，价格便宜，使用方便。不能远程运输，不能用于自动测量系统。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量172、压力温度计

第二节接触式温度计一、膨胀式温度计压力式温度计1-指针；2-刻度盘；3-弹簧管；4-连杆5-传动机构；6-毛细管；7-温包；8-感温工质

压力式温度计是基于密闭系统内的气体或液体受热后压力变化的原理而制成的，它由温包、毛细管和弹簧管所构成的密闭系统和传动指示机构组成，如右图2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量18第二节接触式温度计一、膨胀式温度计使用压力式温度计时，必须将温包全部浸入被测物质中。当毛细管所处的环境温度有较大波动时会给测量结果带来误差，所以毛细管不能太长。这种温度计精度较低，但使用简单，具有抗振动的优点，检测内燃机和其他动力机械的油温或水温常用这种温度计。2023/2/4热能与动力工程测试技术第五章温度测量19分类第二节接触式温度计一、膨胀式温度计

1）工质为气体，常用氮气，测温范围-80-550℃。压力与温度关系近线性。2）工质为低沸点液体，如氯甲烷、氯乙烷、丙酮。测温范围-20-200℃。由于饱和蒸汽压和饱和温度呈非线性关系，刻度不均匀。3）工质为液体，如水银、二甲苯、甲醇等，测温范围为-40-200℃。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量203、双金属温度计

第二节接触式温度计一、膨胀式温度计工作原理：利用两种金属线胀系数不同的原理制成。当温度变化时，两种金属的膨胀不同，双金属片产生与被测温度成正例的变形。特点：体积小、成本低、坚固、抗振性好，测温范围为-60℃~500℃，精度较低，主要用于工业中。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量21第二节接触式温度计二、热电阻温度计二、热电阻温度计

原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性制作的温度计。热电阻温度计由热电阻、变送器、连接导线和显示仪表等几部分组成。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量22第二节接触式温度计二、热电阻温度计特点：测量精度较高。响应速度快。整个测量范围内呈线性关系。可实现远距离测量显示和自动记录。铂热电阻远传温度计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量23第二节接触式温度计二、热电阻温度计常用的两种热电阻（探头材料不同）铂热电阻：长期使用的温度范围是-200~500℃。铜热电阻：长期使用的温度范围是-30~100℃。铂热电阻温度计铜热电阻温度计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量24第二节接触式温度计三、热电偶温度计三、热电偶温度计

原理：利用“热电效应”制作的感温元件。2023/2/4热能与动力工程测试技术第五章温度测量25第二节接触式温度计三、热电偶温度计（一）常用热电偶的材料

热电偶是利用“热电效应”制成的一种感温元件，理论上任何两种不同金属或合金都可以组成热电偶，但为保证工作可靠和足够的测温精度，热电偶材料应满足第四章所述的要求。常用的有：1.铂铑10-铂热电偶贵金属热电偶，使用直径为0.35-0.5mm。精度高，理化性能稳定，短期测温上限达1600℃

，适用于氧化或中性气氛中使用。缺点是在高温还原介质中易被侵蚀和污染，热电动势小，因此灵敏度较低。2023/2/4热能与动力工程测试技术第五章温度测量26第二节接触式温度计三、热电偶温度计2.铂铑30-铂铑6热电偶贵金属热电偶，使用直径为0.3-0.5mm。精度高，短期测温上限达1800

℃，适用于氧化或中性气氛中使用。缺点是灵敏度较低，价格昂贵。3.镍铬-镍硅热电偶贱金属热电偶，工业应用时直径为0.5-3mm。价格低，灵敏度高，测温重复性好，高温下抗氧化能力强，短期使用时测温上限可达1300

℃，应用较广。缺点是在还原性介质或含硫化物气氛中容易被腐蚀。2023/2/4热能与动力工程测试技术第五章温度测量27第二节接触式温度计三、热电偶温度计4.铜-康铜热电偶贱金属热电偶，常用直径为0.2-1.6mm。测温范围-200~400

℃。特点是价格低廉，测量精度高，温度性好，灵敏度较高。5.镍铬-康铜热电偶贱金属热电偶，直径一般为0.5-3mm。短期使用时测温上限为800

℃，灵敏度在这五种热电偶中最高，价格也最便宜，应用前景非常广泛。缺点是抗氧化及抗硫化物的能力较差，适用于中性或还原性气氛中使用。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量28第二节接触式温度计三、热电偶温度计（二）热电偶常用结构：1、普通工业热电偶

保护套管在测量温度高于1000℃时用金属，低于1000℃用工业陶瓷或铝。保护套管有时不用以减小热惯性，提高精度。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量29第二节接触式温度计三、热电偶温度计2、铠装热电偶

铠装热电偶可以做得很长、很细，且可以弯曲，可满足测量的特殊需要。铠装热电偶结构1-保护套管；2-绝缘材料；3-热电极；左为单芯结构，右为双芯结构铠装热电偶具有惯性小、结构紧凑、牢固、抗振、可挠等特点。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量30第二节接触式温度计三、热电偶温度计3、薄膜热电偶

采用真空蒸镀或化学涂层的方法将热电偶材料沉积在绝缘基板上制成的热电偶称为薄膜热电偶。薄膜热电偶适用于壁面温度的快速测量。使用温度范围在300℃以下。薄膜热电偶示意图1-热电极；2-热接点；3-绝缘基板；4-引出线2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量31第二节接触式温度计四、温度计的校验两点法一般工业热电阻温度计可只校验0℃时和100℃时电阻值R0和R100，并检查R0/R100是否符合规定。比较法将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校热电阻温度计一起插入恒温热源中，在规定的温度点下读数比较，偏差不得超过规定的最大误差。四、温度计的校验1、热电阻温度计的校验2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量32热电偶在使用一段时间后，由于氧化、腐蚀、还原等因素的影响，原分度值会逐渐产生偏差，使测量准确度下降，因此热电偶需要定期校验。校验装置如右图所示。2、热电偶温度计的校验热电偶比较式校验装置第二节接触式温度计四、温度计的校验稳压电源和调压器管式电炉切换开关直流电位差计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量331、热力学平衡条件感温元件与被测对象成孤立的热力学系统，经历足够时间二者达到热平衡。2、传感器的热容和热阻为零被测对象温度变化时，感温元件的温度能实时地跟着变化。五、接触式温度测量误差接触式温度计感温元件须满足的条件：第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量34（一）感温元件传热的基本情况感温元件接受的热量基本上来自两个方面：一是被测介质传给感温元件的热量，包括介质对感温元件的导热、辐射和对流换热；二是由于感温元件阻挡流动介质而在其附近发生气流绝热压缩，因而使流体的动能转变为热能，这种现象在测量高速气流的温度时应当予以足够重视。感温元件的散热途经基本上有两种：一是由感温元件向周围冷壁的辐射散热和传热，二是沿着感温元件向外部介质的传导散热（包括感温元件露在外部介质中的部分辐射散热）。后者在静态或中低速流动介质中测量时会引起较大误差。第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量35安装误差辐射引起的误差热传导引起的误差高速气流的温度测量误差感温元件的响应时滞误差来源：第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量36（二）安装误差：第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差满足感温元件的安装要求理想安装形式：管道中心与流体形成逆流2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量37第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差热电偶的安装方式不同引起的误差安装方式不同误差不同2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量38第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差热电偶的与被测表面的接触方式a-点接触式；b-面接触式；c-等温线接触式；d-分立接触式abcd热电偶与被测表面的接触方式2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量39第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差（三）辐射引起的误差

Δtf为辐射误差，是被测温度与感温元件温度的差C0为辐射传热系数h为气体向感温元件表面的传热系数T0为容器内壁热力学温度Tk为感温元件热力学温度2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量40第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差采用表面光滑的感温元件保护套，减小辐射传热系数C0；改善对流传热条件，增大气体向感温元件表面的传热系数h。在感温元件周围加一热容量小的薄防辐射隔离罩，以减小辐射温差。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量41第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差（四）热传导引起的误差Δtp为热传导误差t为被测介质温度tk为感温元件的温度t0为保护套处管壁温度L为感温元件插入被测介质深度S为感温元件外围周长λ为感温元件材料导热率f为感温元件材料的截面积h为被测介质向感温元件的传热系数2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量42第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差在管道外壁与保护套管座处加绝热材料覆盖，以提高保护套管座处的温度t0；增加感温部分的插入深度L；采用较薄的保护套管，提高S/f；注意安装的基本要求。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量43第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差（五）高速气流的测量误差Ma为马赫数T*总温，静温动温之和Tr为有效温度k为气体等熵指数r为恢复系数

由上式，传感器的恢复系数越低，马赫数越高，测量误差越大。实验表明测量误差与被测气体的性质、马赫数、传感器结构、安装位置有关，对于高速气流温度测量用的传感器要专门进行设计和实验。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量44第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差（六）感温元件的响应

由于感温元件的热惯性和指示仪表的机械惯性，动态响应误差近似为：T为被测物体实际温度Tk为温度计的指示温度τ为时间常数影响时间常数大小的因素包括感温元件的质量、比热容、插入的表面积和表面积传热系数等。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量45第二节接触式温度计五、接触式温度测量误差感温元件的质量和比热容越小，时间常数越小，响应越快；反之，时间常数越大，感温元件的温度越接近平均温度。因此测量瞬时温度时须采用时间常数小的感温元件，测量平均温度时可用时间常数大的感温元件。（六）感温元件的响应

2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量46第三节非接触式温度计第三节非接触式温度计

非接触式温度计利用测定物体辐射能的方法测定温度。由于它不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场，且动态响应好，因此可用于测量非稳态热力过程的温度值。此外。它的测量上限不受材料性质的影响，测量范围大，特别适用于高温测量。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量47第三节非接触式温度计一、热辐射理论基础一、热辐射理论基础任何物体的温度高于热力学温度零度时就有能量释出，其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射。

根据普朗克定律，绝对黑体的单色辐射出射度M0λ[W/(m2·m)]为式中，c1=3.74x10-16W·m2为普朗克第一辐射常量；c2=1.438x10-2m·K为普朗克第二辐射常量；λ为波长（m）；T为黑体的热力学温标（K）2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量48第三节非接触式温度计一、热辐射理论基础当温度在3000K以下时，普朗克定律可用维恩公式代替由上两式知，当确定波长λ之后，只要能测定相应波长的辐射出射度M0λ值，便可得到温度T。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量49第三节非接触式温度计一、热辐射理论基础辐射出射度与波长和温度的关系曲线右图为普朗克定律确定的单色辐射出射度与波长和温度的关系曲线。当温度升高时，单色辐射出射度随之增加，曲线的峰值随着温度增高向波长较短的方向移动。单色辐射出射度峰值处的波长λm和热力学温度T之间的关系由维恩位移定律表示：λmT=2897μm.K2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量50第三节非接触式温度计一、热辐射理论基础普朗克定律只给出了绝对黑体单色辐射出射度，若想得到所有波长全部辐射出射度M0（W/m2）的总和，需对普朗克定律公式两边进行积分：式中，σ0=5.7x10-8W/(m2·K4),为斯忒潘-玻尔兹曼常数。上式称为绝对黑体的全辐射定律，也称为斯忒潘-玻尔兹曼定律。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量51第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计二、单色辐射式光学高温计单色辐射式光学高温计主要有：灯丝隐灭式光学高温计。光电高温计。

利用亮度比较取代辐射强度比较。当物体的温度高于700℃时就会明显发出可见光，并具有一定的亮度，其单色亮度与单色辐射出射度M0λ成正比。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量52第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计单色辐射式光学高温计是利用亮度比较取代辐射强度比较进行测温的。由于物体的温度高于700℃时就会明显发出可见光，并具有一定的亮度，其单色亮度B0λ与单色辐射出射度M0λ成正比。即式中,C为比例系数。将维恩位移公式带入上式得式中,Ts为绝对黑体的温度。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量53第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计实际黑体也有类似上式的关系式，即式中,Bλ为实际物体的亮度；Mλ为实际黑体的单色辐射出射度；ελ为实际物体的单色发射率；T为实际物体的温度。当温度为Ts的黑体的亮度B0λ与温度为T的实际物体的亮度Bλ相等时，由上两式联立得2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量54第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计因为0<ελ<1，因此Ts<T。用光学温度计直接测到的温度Ts称为被测物体的“亮度温度”，它可定义为：在波长为λm的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度Bλ和绝对黑体在温度为Ts时的亮度B0λ相等，则把Ts称为被测物体的亮度温度，亮度温度要比物体的实际温度低。所以必须根据物体表面的单色黑度系数ελ用上式加以修正，或据下图所示的光学高温计修正曲线进行修正。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量55第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计光学高温计修正曲线2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量56第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计1、灯丝隐灭式光学高温计灯丝隐灭式光学高温计简称隐丝式高温计，是一种典型的单色辐射光学高温计，在所有的辐射式温度计中，它的精度最高，因此常被用来作为基准仪器，以复现黄金凝固点温度以上的国际实用温标。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量57第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计隐丝式高温计原理图1-物镜；2-吸收玻璃；3-标准灯；4-目镜；5-红色滤光片；6-测量电表；7-可调电阻7

由可调电阻7可以调整灯丝电流改变亮度，标准灯灯丝的亮度温度由测量电表6测出。调整目镜的位置可以使观察者能清晰的看到灯丝，调整物镜的位置使被测物体成像在灯丝平面上，在物像形成的发光背景上可以看到灯丝。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量58隐丝式高温计亮度调整观察比较灯丝和背景的亮度。当灯丝亮度与被测物体亮度相等时，灯丝隐灭在物像的背景里。测量电表指示的电流值就是被测物体亮度温度对应的度数。第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量59实物图优点：使用方便，灵敏度高，测量范围广缺点：主观误差大，测量不连续，也不能实现自动测量。第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量602、光电高温计第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计光电高温计采用光电器件被作为敏感元件感受辐射的亮度变化，并将其转换成与亮度成正比的电信号，此信号经放大后被自动记录下来表示物体的温度值。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量61光调制器光电高温计原理图第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量62光电高温计优势灵敏度高测温范围广响应时间短可实现自动测量与控制实物图第三节非接触式温度计二、单色辐射式光学高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量63第三节非接触式温度计三、全辐射高温计三、全辐射高温计根据黑体的全辐射定律设计的高温计称为全辐射高温计。全辐射高温计是基于被测物体的辐射热效应进行工作的。在整个波长范围内，依据辐射能量与温度的关系，并用辐射系数修正后，来确定物体的实际温度。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量64全辐射高温计原理图热电堆（由4-8只微型热电偶组成）第三节非接触式温度计三、全辐射高温计被测物体发出的辐射能量通过物镜和补偿光栅聚焦投射到热电堆上，把温度信号转化为电信号，输入到测温仪表转化为温度显示出来。热电堆是由多支微型热电偶串联而成的，以得到较大的热电势。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量65第三节非接触式温度计三、全辐射高温计全辐射高温计是按绝对黑体对象进行分度的。用它测量发射率为ε

的实际物体温度时，示值并非真实温度，而是被测物体的“辐射温度”。温度为T的物体全辐射出射度M等于温度为Ts的绝对黑体全辐射出射度M

0时，则温度Ts称为被测物体的辐射温度。因为ε的定义为ε=M/M

0，故当所测物体为发射率ε的物体时，其温度可用下式进行修正。

发射率ε

，是指实际物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射能量的比率。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量66第三节非接触式温度计四、比色高温计四、比色高温计

由维恩位移定律可知，当温度升高时，绝对黑体的最大辐射能量向波长减小的方向移动，因而两个固定波长λ1和λ2的亮度比值随温度而变化。因此，测量亮度比就可确定黑体的温度，比色高温计就是根据此原理设计的。用这种方法测得的温度称为比色温度。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量67比色温度C2=1.438×10-2m·K为普朗克第二发射常量B0λ1为温度为Ts波长λ1的亮度B0λ2为温度为Ts波长λ2的亮度第三节非接触式温度计四、比色高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量68第三节非接触式温度计四、比色高温计

比色温度可定义为：当温度T的物体在两波长下的亮度等于温度为Ts的黑体在同样波长下的亮度比值时，

Ts就为这个物体的比色温度。

再应用维恩公式，就可推导物体实际温度和比色温度的关系为2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量69第三节非接触式温度计四、比色高温计由上式知，对于绝对黑体和灰体，因为ελ1=ελ2，所以T=Ts；对于一般物体，因为ελ1≠ελ2，所以T≠Ts。当一般物体的ελ1和ελ2的比值变化要比ελ和ε的单值变化小得多，因此，比色法测出的比色温度要比亮度温度和辐射温度更接近物体的实际温度值。当被测物体难以得到其发射率时，用比色温度代替真实温度比其他方法更准确。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量70单通道光电比色高温计原理图1-物镜组（接收被测物体辐射能）；2-通孔成像镜；3-调制盘（两种不同颜色滤光镜）；4-同步电动机；5-硅光电池（接收器）；6-目镜（被测对象瞄准）；7-倒像镜；8-反射镜第三节非接触式温度计四、比色高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量71双通道光电比色高温计原理图1-物镜；2-反光镜；3-倒像镜；4-目镜；5-人眼；6、10-硅光电池（输出信号差值）；7-分光镜（红外光6和可见光10）；8-物镜；9-视场光阑第三节非接触式温度计四、比色高温计2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量72第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理根据热力学原理，理想气体的状态方程为pV=nRT，用理想气体温度计测出的就是热力学温度，是低温测量技术中常用的，也可用作标定其他温度计的基准温度计。气体温度计有三种：定容气体温度计、定压气体温度计和测温泡定温气体温度计。低温时，气体分子吸附作用的影响不大，且定容气体温度计技术上要求简单，灵敏度高，所以低温气体温度计多用定容法。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量73第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理定容气体温度计由测温泡、一根热导率小的德银毛细管和压力表组成。其原理图如下定容气体温度计原理图2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量74第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理定容气体温度计原理图a)状态1：温度为T0时相应压力为p0b)状态2：温度改变为T时相应压力改变为p2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量75第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理通常，测温泡用铜制作，其体积VB约为几十立方厘米。压力表（可以用水银压力计，也可用弹簧压力表）的容积为VM，测温泡和压力表之间通常用一根外径为0.5mm、内径为0.3mm的德银（或不锈钢）毛细管连接，毛细管体积为Vb，称为有害体积或死体积。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量76第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理当Vb<<VB，则有当VB、VM处于室温T0下，上式可写成2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量77第四节气体温度计一、气体温度计的基本原理由上式可得所测的某一压力p下的温泡温度T，a、b均为常数，由实验确定2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量78试验室用气体温度计结构示意图B-低温测温泡；C-德银毛细管；G-玻璃毛细管W、V-铂铑管；N-针尖阀；S-微调阀；F-容器二、气体温度计结构第四节气体温度计二、气体温度计结构2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量79第四节气体温度计二、气体温度计结构从低温测温泡B内引出德银毛细管C用环氧树脂封接到玻璃毛细管G上，W和V为直径10mm的玻璃管。W处的水银面要尽量高，以减小VM，但不能进入玻璃直径变化处，而且每次测量水银面要在基准O上，从而保证测温泡气体体积恒定。加一段玻璃毛细管的目的是为了观察是否有水银偶然进入毛细管中。水银面的升降是靠向容器F充气或抽空来实现的。N是一个针尖阀，它的前面有一个可控制水银面高度的微调阀S。测温泡受热后，气体存在泡D中，使水银面降到J以下。可通过管V对温度计进行抽空或充气，随测温泡温度T而变化的气体压力p由管V中水银面相对于标记O的高度读出。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量80三、气体温度计的修正第四节气体温度计三、气体温度计的修正1、工作气体的非理想性修正对于非理想气体，不能用理想气体状态方程，结合实际气体状态方程，可算出由于气体非理想性引起的温度误差为T1,T分别为充气（标定）温度和待测温度Bs,B(T)分别为充气温度和待测温度下的第二维里系数2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量81第四节气体温度计三、气体温度计的修正2、毛细管体积修正假定这段毛细管温度等于测温泡的温度，则由毛细管引起的温度误差为由上式，若要求温度计的准确度高于1%，则当毛细管内径为0.5cm3，长度为50cm（VC=0.1cm3）时，测温泡的体积应大于10cm32023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量82第四节气体温度计三、气体温度计的修正3、测温泡体积冷缩的修正严格地说，等容气体温度计并不是“等容”的，由于测温泡体积受冷收缩ΔVB引起的测量误差为由于ΔVB<0，故ΔT3<02023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量83第四节气体温度计三、气体温度计的修正4、热分子压差的修正当气体的平均自由行程比毛细管直径大时，处在室温T0下的压力读数和低温泡中的实际压力有所差别，这就是热分子压差效应。

例如，毛细管内径为0.5mm，压力p<2.66kPa时，其热分子压差引起的误差为0.1%。

此项不可修正。2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量84第五节红外技术在温度测量中的应用一、红外测温仪红外测温仪工作原理图S-被测物体；L-光学系统；D-红外探测器；A-放大器；K-相敏整流器；C-控制放大器；R-参考源；M-电动机；T-调制盘；I-指示器第五节红外技术在温度测量中的应用一、红外测温仪2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量85第五节红外技术在温度测量中的应用一、红外测温仪红外测温仪和光电高温计的工作原理相似，为光学反馈式结构。被测物体S和参考源R的红外辐射经调制后输至红外探测器D。调制盘T由同步电动机M带动，探测器D的输出电信号经放大器A和相敏整流器K后送至控制放大器C，控制参考源的辐射强度。当参考源和被测物体的辐射强度一致时，参考源的加热电流即代表被测温度。由指示器I显示出被测物体的温度值。红外测温仪工作原理2023/2/4热能与动力测试技术第五章温度测量86第五节红外技术在温度测量中的应用一、红外测温仪红外测温仪的结构有透射式和反射式两种。

透射式光学系统的透光镜采用能透过被测温度下热辐射波段的材料。如被测温度在700℃以上，辐射的波段主要在0.76~3μm的近红外区，此时可采用一般光学玻璃或石英透镜；当被测温度在100~700℃之间时，辐射的波段主要在3~5μm的中红外区，此时多采用氟化镁、氧化镁等热压光学透镜；测量低于100℃的温度时，辐射的波段主要在