建筑环境测试仪表

建筑环境测试仪表第一页，共四十八页，2022年，8月28日二.温标1.摄氏温标定义为：水银体膨胀是线性的，标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度。标记为℃。2.华氏温标同上，纯水冰点为32ºF，沸点为212ºF，两点间等分180格，每等分格为华氏1度，标记为ºF。可以有：℃=（ºF-32）×5/93.热力学温标又称绝对温标。是一种理想温标4.国际温标定义为：热力学温度（符号T）是基本的物理量，其单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.15。规定了17个温标定义固定点，还有基准温度计和插补公式。第二页，共四十八页，2022年，8月28日测量温度的方法玻璃管液体温度计固体膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法玻璃管液体温度计固体膨胀式压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法第三页，共四十八页，2022年，8月28日常用温度测量仪表热膨胀式温度计热电偶温度计热电阻测温仪表非接触式测温第四页，共四十八页，2022年，8月28日三.玻璃液体温度计1.原理2.结构和类型棒式、内标式、外标式3.特点：1）测量范围广，为-200~600℃2)结构简单，使用方便，价格便宜，精确3）观察、监测不便。4）易损坏。4.读数方法视线应与温标垂直，水银温度计应在凸面最高点读数，水和无机液体温度计应在凹面最低点读数。棒式温度计刻度感温包显示变换传感第五页，共四十八页，2022年，8月28日四.固体膨胀式温度计1.双金属温度计1）感温元件2）测温原理3）定义4）分类5）特点2.杆式温度计精度低，体积大第六页，共四十八页，2022年，8月28日五.压力式温度计1.工作原理与结构形式2.蒸气压力表式温度计

1）原理

2）工作液体

3）结构毛细管

4）特点第七页，共四十八页，2022年，8月28日第五讲热电偶温度计一.热电偶的好处：结构简单、测温范围广、准确度高、热惯性小、输出为电信号、便于远传与转换等二.测温原理由两种不同导体（或半导体）组合成闭合回路，当两导体A与B相边处温度不同（θ>θ0）时，则回路中产生热电效应（也称之为塞贝克效应），所产生的电势称热电势EAB（θ，θ0

）。它由两部分组成，即汤姆逊温差电势E(θ，θ0)和珀尔贴电势EAB。θ0θABEA(θ,θ0)EB(θ,θ0)EAB(θ)EAB(θ0)第八页，共四十八页，2022年，8月28日表面热电偶第九页，共四十八页，2022年，8月28日热电偶第十页，共四十八页，2022年，8月28日接触电动势与温差电动势一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-一一一+-高温低温电子密度大电子密度小接触电动势

温差电动势第十一页，共四十八页，2022年，8月28日三.热电偶的三大定律1.均值导体定律一种导体组合成闭合回路，无论是否顾在温度梯度，均不能产生电势。2.中间导体定律在热电偶回路中加入第三种导体，只要插入导体的两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。3.中间温度定律热电偶在接点温度A、B两点之间的电势等于该热电偶在接点温度A、C与C、B时的热电势之和。即EAB(θ,θ0)=EAB(θ,θn)+EAB(θn,θ)由此有统一的热电偶分度表，可用补偿导线代替贵重金属。第十二页，共四十八页，2022年，8月28日四.结构形式种类型号等级使用范围丝径特点缺点铂铑10-铂正-负SⅠⅡ0~1300(1600℃）0.5mm物理化学性能稳定，测量精度高热电势小，0.009mV/℃,灵敏度低。镍铬-镍硅KⅠⅡⅢ-40~900(1300)氧化介质0.3,0.5,0.8,1.0,1.2

1.5,2.0

2.5,3.2、mm化学稳定，抗氧化，耐腐蚀，灵敏，线性好，复现性好，便宜。无,0.04镍铬-铜镍EⅠⅡⅢ0~600(900)还原性中性介质0.3~3.2mm热电势大灵敏度高，价格低廉测温上限不高，加工工艺较差。0.078铜-康铜T非标ⅠⅡⅢ-200~200℃(300)0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2mm灵敏度高，低温时精度高，价格低康铜复制性差第十三页，共四十八页，2022年，8月28日T型（铜-康铜）热电偶温度范围

-200~400℃型号I型-40~350℃，±0.5℃或者±0.4%II型

-40~350℃，±1℃或者±0.75%III型

-200~40℃，±0.5℃或者±1.5%如果参考端为0℃，则测量端为100℃时，热电势值为4.26mV。作为粗略估算，可以认为在0~100℃范围内，电势值随测量端温度线性变化。测量仪器毫伏表（电位差计）第十四页，共四十八页，2022年，8月28日五结构型式1.普通型工业用热电偶它由热电极、绝缘瓷管、（接线盒、接线座、接线柱）和保护套管所组成。？材料2.铠装热电偶?结构？测量端形式？材料？优点：热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，耐冲击，搞振动，寿命长，适用于各种工业测量。3.小惯性热电偶？快速薄膜热电偶特点4.其它热电偶第十五页，共四十八页，2022年，8月28日六.冷端补偿方法1.冰浴法实验室用?广口保温瓶，(内有冰块混合，有两只试管（试管直径15mm，内盛变压器油)插入深度≤100mm，有盖密封。结构，系统原理图2.计算法在常温下测量，测出热电势，用分度表查出常温下的热电势，二者相加，用分度表扫求出温度数值来。例3-1：用镍铬—镍硅热电偶测温，热电偶冷端温度θn=25℃,EAB（θ,θn）=40.347mV，由分度表查得EAB(θn，0℃)=1.00mV，则：EAB(θ,0)=EAB（θ,θn)+EAB(θn,0℃)=40.347+1.00=41.347mV同样，用分度表查得θ=1002℃。3.校正仪表机械零点法EAB（θ,θn)+EAB(θn,0℃)=EAB(θ,0)4.补偿电桥法？？不平衡电桥？原理第十六页，共四十八页，2022年，8月28日七.应用1.热电偶串联提高测量精度，求微小温度2.并联求平均温度3.反接直接求温差，可间接求其它有关温差的量值。主一++-+t1t2③

主一+-+_①+++②第十七页，共四十八页，2022年，8月28日八.误差对热电偶仪表系统进行误差分析?1.系统误差1）.工具误差与环境影响方面：2）.方法误差方面：3）.测试人员误差方面：??2.随机误差方面，不可消除的误差因素：?3.粗大误差方面：∴我们应该合理地配置仪器设备进行必要的测试、调试工作，还要注意合适的测量方法，配备合适的测量人员，一般应该做到多次测量取平均值，同时应注意保养和校验工作。当然对于非精确测量，可以适当放宽要求。第十八页，共四十八页，2022年，8月28日第六讲热电阻一.概述1.优点是结构简单、精度高、使用方便等尤其是功率大，无冷端补偿问题，对于热敏半导体温度计，又没有热惰性大的缺点。2.原理是金属（或半导体）的电阻随着温度的升高而升高（或降低），用显示仪表测出热电阻的电阻值，从而可得到与电阻值相应的温度值来。3.条件：（1）电阻温度系数大；（2）复现性好，复制性强，互换性好；（3）电阻率大；（4）价格便宜，工艺性好。第十九页，共四十八页，2022年，8月28日二.分类1.金属热电阻

1)铂电阻，为标准化热电阻，性质稳定，常做基准温度计使用。测温范围为-200~500，电阻丝直径d=0.05~0.07mm，电阻温度系数小，为3.8~3.9×10-3，近线性，价格贵。Rθ=R0（1+Aθ+Bθ2）2)铜热电阻-50~50℃,丝径为0.1mm,线性，电阻温度系数大，为43~43×10-3，价格廉。也容易制造。3)镍热电阻，-50~100℃，丝径为0.5mm，线性较差，常用于空调系统中，其电阻温度系数为6.3~6.7×10-31/℃。第二十页，共四十八页，2022年，8月28日2).半导体温度计1.半导体热敏电阻温度计测量范围为-100~300℃。有较大的负温度系数，约为-2~6*10-2(1/℃),配用的二次仪表简单，灵敏度高，传6感器体积小，构造简单，可以测量点温度和动态温度。缺点：测温范围较窄，温度系数电阻变化呈非线性，复现性差，稳定性差。结构：珠形、杆形、片形等，测量线路彩不平衡电桥。第二十一页，共四十八页，2022年，8月28日2.热敏二极管温度计原理：当流过晶体管的电流恒定量，二极管P-N结因温度变化而电压随着变化，由此可测温。与热敏电阻相比：有温度与电压的线性关系，更有-2.4mV/℃的灵敏和0.1℃的灵敏限，又成本低，重复性与稳定性好。？？若给予硅电压不整流器来恒定电流，或自制恒流源，则温度的精度可达0.1℃，且易实现数字化。第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日三构造与误差分析（略）1.构造大部同热电偶？也有不同之处2.误差分析方法一致内容大部相同，但不完全一样。第二十三页，共四十八页，2022年，8月28日铂热电阻测温范围

-200~650℃工业应用

W(100℃)=1.387~1.390，标准铂热电阻

W(100℃)≧1.3925命名

Pt10、Pt100、Pt500性能稳定，重复性好，精度高阻值与温度的关系近似线性较贵第二十四页，共四十八页，2022年，8月28日铜热电阻测温范围

-50~150℃性能稳定阻值与温度的关系呈线性关系较便宜铜容易加工提纯第二十五页，共四十八页，2022年，8月28日半导体热敏电阻电阻温度系数为负值测温范围-40~350℃

，不能用于350℃以上电阻温度系数的绝对值比金属热电阻大10~100倍，电阻值比铂热电阻高1~4个数量级，可以采用精度较低的显示仪表电阻温度系数与温度成反比，=-B/T2，电阻值随温度按指数曲线变化，Rt=Rt0exp(B/T)稳定性及互换性差较便宜第二十六页，共四十八页，2022年，8月28日热电阻测温电路平衡电桥测温不平衡电桥测温有源电桥式热电阻数字仪表测温有源四线制热电阻测温第二十七页，共四十八页，2022年，8月28日四显示仪表1.动圈式指示仪表(配热电阻，要求线路电阻5或2.5Ω）33VAC变压器硅整流器测量电桥三线制热敏电阻动圈仪表第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日NS配热电偶的动圈式仪表外线路总电阻为15Ω热电偶冷端补偿电桥刻度表量程调整电阻限流电阻第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日2.电桥法1.平衡电桥二线制三线制G被测电阻G第三十页，共四十八页，2022年，8月28日2.不平衡电桥指示电桥不平衡时的电流对应值电桥采用三线制，在下限值（电桥平衡）得到全补偿，在其它点仅得到部分补偿，已经足够。3.自动平衡电桥被测热电阻第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日平衡电桥二线法GR1R2R3RW2RW1Rtabcd电源电压和稳定性一般不影响测量结果如果不计RW随温度的变化，Rt与r1成线性关系RW随温度变化会引起测量误差R0第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日不平衡电桥法RW2RW1RtdIR1R2R3abcI连续自动显示，结构简单，价格便宜Rt与I成非线性关系电源电压的稳定性对测量结果有影响，应该使用稳压电源连接导线电阻随温度变化会引起测量误差，三线接法可以削弱第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日4非接触式测温普朗克定律，即λ——波长，mT——黑体的绝对温度，Ke——自然对数的底数C1——第一辐射常数，其值为3.743×10-16W·㎡C2——第二辐射常数，其值为1.4387×10-2m·K第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日在3000K以下，波长较短的可见光范围内，可用维恩公式，其误差不超过1%。单色辐射强度峰值处的波长和温度T之间的关系

第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日绝对黑体的全辐射定律若要得到波长λ从0～∞之间全部辐射能量的总和，可把Ebλ对λ(0～∞)进行积分即全辐射能量为

——斯蒂芬－玻尔兹曼常数，等于4.96×10-8绝对黑体的全辐射能量和绝对温度的四次方成正比。

第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日实际物体的光谱辐射出射度于温度、波长的关系为

——波长λ下实际物体的光谱辐射强度

——实际物体在波长λ下的光谱发射率（黑度）。把公式代入，即：实际物体全部光谱辐射强度总和为第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日光学高温计光学高温计就是利用受热物体的单色辐射强度（在可见光范围）随温度升高而增长的原理来进行高温测量的仪表。当物体的黑度系数ελ越小，则亮度温度与真实温度间的差别也就越大。因为0＜ελ＜1，因此测得物体的亮度温度始终低于其真实温度。缺：测温准确度比热电偶热电阻低，构造复杂、价格昂贵、不能测内部温度第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日光学温度计的结构和影响因素

（1）光学温度计的结构光学系统电测系统（2）光学高温计的影响因素非黑体的影响中间介质的影响应尽量做到不在反射光很强的地方进行测量，否则要产生误差。第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日全辐射高温计构造和原理全辐射高温计是根据全辐射定律制作的温度计。使用全辐射高温计的注意事项全辐射体的发射率ε随物体的成分、表面状态、辐射条件和温度的不同而不同，因此应尽可能准确地确定被测物体的ε，以提高测量的准确度。被测物体与高温计之间的距离L和被测物体的直径D之比（L/D）有一定的限制。使用时环境温度不宜太高，否则会引起热电堆参比端温度升高而增加测量误差。第四十页，共四十八页，2022年，8月28日光电高温计光电高温计依据的是光谱辐射亮度的原理，采用光电器件作为仪表的感受元件，替代人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，该信号对应于被测物体的温度。

优：可以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值缺：更换反馈灯或光电器件时，必须对整个仪表进行重新调整和刻度第四十一页，共四十八页，2022年，8月28日红外测温仪红外测温仪表是一种测温上限较低的仪表，可测量0～400℃范围的温度。红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表等部分组成。第四十二页，共四十八页，2022年，8月28日3.3温度测量仪表的选用和校验温度仪表的选用根据生产或实验所要求的测量范围、允许的误差，根据现场对仪表功能的要求根据仪表的工作条件正确安装测温元件正确选择具有代表性的测温点，测温元件应插入被测物的足够深度；要有合适的保护措施第四十三页，共四十八页，2022