建筑环境测试技术 第4版 课件 Chapter 4 温度测量

1第四章温度测量BuiltEnvironmenttestingtechnology建筑环境测试技术第四章温度测量温度测量概述常用温度测量仪表(热膨胀式温度计，热电偶测温，热电阻测温，辐射测温）3温度测量仪表的选用和校准4应用实例21.了解温标及常用测温仪表；2.掌握热电偶温度计、热电阻温度计的工作原理及方法；3.掌握热电偶应用定律和冷端温度处理方法；4.熟悉常用热电偶、热电阻种类及测量范围；5.了解热电偶与热电阻的校验方法。

本章目标34温度与温标4温度：表征物体冷热程度的一个状态参数。度量分子运动平均动能的一个尺度。温标：为了保证温度量值的统一和准确而建立的用来衡量温度的标准尺度，是用数值来表示温度的一套规则。1）热力学温标

<绝对温标，开尔文温标>2）国际温标（ITS-90）3）摄氏温标4）华氏温标1848年英国物理学家开尔文（Kelvin）1740年瑞典物理学家摄尔修斯（Celsius）1714年德国物理学家华伦海特（Fahrenheit）<温度只与热量有关，而与工质无关>1990年1月1日各国开始采用国际温标4.1概述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1、温度测量方法的分类54.1概述温度仪表分类与选择56（1）接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对象的温度。优点：简单、可靠、测量精度较高。缺点：①测温元件要与被测物体接触并充分换热，从而带来了测温滞后现象；②测温元件可能与被测物体发生化学反应；③由于受到耐高温材料的限制，接触式测量仪表不可应用于很高温度的测量。（2）非接触法测温：测量范围原则上不受限制，测温速度较快，还可以在运动中测量。受到被测物质的发射率、被测物质与测量仪表之间的距离，以及其他中间介质的影响，测温误差较大。4.1概述测温方法7常用测温仪表测温方法测温原理温度计名称测温范围使用场合接

触

式体积变化固体热膨胀双金属温度计-80～550℃室内、外环境的温度，做现场指示或易爆、有振动处温度液体热膨胀玻璃液体温度计，压力式温度计-270～600℃气体热膨胀压力式温度计（充气体）-270～500℃变化电阻金属热电阻铂、铜、镍热电阻-260～850℃液体、气体、蒸汽中、低温半导体热敏电阻碳、金属氧化物热敏电阻-50～350℃热电效应普通金属热电阻铜-康铜、镍铬-镍硅等热电偶-200～1300℃液体、气体、蒸汽的中、高温，能远距离传送贵重金属热电偶铂铑-铂、铂铑-铂铑等热电阻0～1800℃难熔金属热电偶钨-铼、钨-钼等热电阻2200～3000℃非金属热电偶碳化物-硼化物等热电阻600～2300℃非接触式辐射测温亮度计光学高温计800～3200℃用于测量火焰等不能直接测量的高温场合全辐射法辐射高温计700～2000℃比色法比色温度计800～2000℃4.1概述7

测温敏感元件在受热后尺寸或体积发生变化，采取一些简便方法，测出它的尺寸或体积变化的大小。液体膨胀式、固体膨胀式、压力式4.2热膨胀式温度计温度计分类8工作原理

利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀。液体体积变化公式：结构组成组成：玻璃温包、毛细管、刻度标尺、安全泡液体可为：水银、酒精、甲苯等4.2热膨胀式温度计液体膨胀式——玻璃管液体温度计9水银温度计测温范围：-35~375℃优点：读数直观、结构简单、造价低廉缺点：灵敏度较低、玻璃管易碎、无法实现远距离测量有机液体温度计测温范围：主要用于低温测量，戊烷：-200℃，酒精：-80℃缺点：工作液体易黏在玻璃壁面上，从而降低精确度，同时其热容大、热惯性大、线性不好。4.2热膨胀式温度计液体膨胀式——玻璃管液体温度计10工作原理利用水银的热胀冷缩和水银的导电性。功能

（1）指示温度（2）恒温自动控制4.2热膨胀式温度计液体膨胀式——电接点式玻璃管温度计11按所测温度范围和精度要求选择相应温度计，并进行校验。温度计一般应置于被测介质中10~15min后进行读数。观测温度时，人体应离开温度计，更不要对着温包呼吸，读数时应屏住呼吸。如需手拿温度计时，要拿温度计的上部。为了消除人体温度对测温的影响，读数要快，而且要先读小数，后读大数。读数时应使眼睛、刻度线和水银面在一水平线上。4.2热膨胀式温度计水银温度计测温时注意事项12固体膨胀式温度计测温范围：80~600℃精度：最高可达0.5级优点：结构简单、抗震性好工作原理：

利用固体受热膨胀原理制成的温度计4.2热膨胀式温度计13工作原理:压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化测温最大工作距离：60m测温范围：-50~550℃

优点：简单可靠、抗震性好、具有良好的防爆性。（常用于飞机、汽车上）缺点：动态性能差，示值的滞后大，不能测量迅速变化的温度。4.2热膨胀式温度计压力式温度计1415测温原理应用定律3种类结构4冷端补偿4.3热电偶温度计

热电偶是锅炉、管道等工业和实验中最常用的测温元件，可测试气体、液体及固体表面的温度，测温范围-200~1600℃。热电偶软体热电偶铠装热电偶164.3热电偶温度计?热电偶标准热电偶表面热电偶装配式热电偶测量范围很广结构简单使用方便测温准确可靠便于信号的远传、自动记录和集中控制4.3热电偶温度计热电偶温度计特点17

热电效应：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，上述现象称为热电效应，又称塞贝克效应（1821年，T.J.Seebeck）。t1t0金属A金属B热电势4.3热电偶温度计18

在热电偶闭合回路中产生的热电势包括接触电势和温差电势。（1）接触电势（珀尔贴电势）

由于不同金属的电子密度的不同，会使电子从密度大的金属向密度小的金属扩散，而扩散又会产生静电场，阻止扩散的进行，动平衡后产生的电位差称为接触电势。4.3热电偶温度计工作原理19在热电偶闭合回路中产生的热电势包括接触电势和温差电势（2）温差电势（汤姆逊电势）

由于温度梯度的存在，高温端电子将向低温端迁移，致使高温端因失电子而带正电，低温端得电子带负电。在同一导体两端产生电位差，并阻止电子迁移，动平衡时所建立的电位差称温差电势。

4.3热电偶温度计工作原理2021在热电偶闭合回路中产生的热电势包括接触电势和温差电势（3）闭合回路的总电势温差电势<<接触电势方向相反，相互抵消4.3热电偶温度计工作原理21（4）热电偶的分度表4.3热电偶温度计工作原理22热电偶的应用定律（1）均质导体定律（2）中间导体定律（3）中间温度定律234.3热电偶温度计

由同一均质导体（电子密度处处相等）组成的闭合回路中，不论导体的截面、长度以及温度分布如何，均不产生热电势。热电偶的应用定律作用：检验热电偶丝的均匀性（如：点加热法、同名极法）（1）均质导体定律244.3热电偶温度计（2）中间导体定律

由不同材料组成的闭合回路，当各种材料接触点的温度都相同时，则回路中热点势的总和等于0。在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要插入导体两端温度相同，则对回路的热电势没有影响。254.3热电偶温度计接点温度为T1和T3的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为T1、T2，和T2、T3的两支同性质热电偶的代数和。（3）中间温度定律热电偶的冷端温度补偿计算。热电偶的补偿导线的使用。264.3热电偶温度计（1）铂铑30-铂铑6热电偶【B】（2）铂铑10-铂热电偶【S】（3）镍铬-镍硅热电偶【K】（4）镍铬-康铜热电偶【E】（5）铜-康铜热电偶【T】274.3热电偶温度计热电偶的种类（1）热电极（2）绝缘管（3）保护管（4）接线盒

热电偶的结构284.3热电偶温度计热电偶的构造及结构形式热电偶的冷端补偿（1）冷端温度保持为0℃的方法（实验室用）294.3热电偶温度计热电偶的冷端补偿

用计算的方法来修正冷端温度为恒定值时对测温的影响，只适用于实验室或临时测温，在连续测量中不实用。（2）冷端温度修正法304.3热电偶温度计热电偶的冷端补偿（3）补偿电桥法

利用不平衡电桥产生的电势来补偿电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。314.3热电偶温度计热电偶的冷端补偿（4）热电偶补偿导线

用两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，材料又是廉价金属。324.3热电偶温度计热电偶测温误差分析

热电偶分度误差冷端温度变化引起的误差热交换所引起的误差补偿导线的误差显示仪表和测量线路的误差334.3热电偶温度计34测温原理常用热电阻3热电阻结构4.4热电阻温度计测温原理由于温度的变化导致金属导体电阻的变化，通过测量桥路转换成电压（毫伏级）信号，然后送入显示仪器指示或记录被测温度。输出信号大，测量准确，便于远传。与不平衡电桥或平衡电桥配套使用，能自动显示、记录和实现多点测量。354.4热电阻温度计特点金属热电阻（铂、铜、镍、铁、铑、铁合金）铂热电阻铜热电阻半导体热敏电阻（锗、硅、碳其他金属氧化物）

虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不都能作为测温用的热电阻。364.4热电阻温度计常用热电阻优点：铂金属易于提纯，在氧化性介质中，甚至在高温下其物理、化学性质都非常稳定。缺点：铂金属易于提纯，在氧化性介质中，甚至在高温下其物理、化学性质都非常稳定。在0~630.755℃，在-190~0℃，374.4热电阻温度计铂电阻

铂的纯度常以R100/R0来表示，一般要求R100/R0

≥1.385。铂电阻体是用很细的铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上做成的。体积小热惯性大气密性好384.4热电阻温度计铂电阻在-50~150℃，优点：

铜容易被加工提纯，电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系，具有很好的稳定性。缺点：

温度超过150℃后易被氧化，不适合在腐蚀性介质和高温下工作。394.4热电阻温度计铜电阻

铜电阻体是一个铜丝绕组（包括锰铜补偿部分），它是由直径为0.1mm的高强度漆包铜线用双线无感绕法绕在圆柱形塑料支架上而成。404.4热电阻温度计铜电阻随着温度的增高阻值降低，具有负的温度系数，测温范围-40～350℃。仅次于热电偶、热电阻，测温第三。电阻值随温度按指数曲线变化。电阻温度系数大。10-100倍TRt热敏电阻灵敏度高热惯性小结构简单可制成各种形状4.4热电阻温度计半导体热敏电阻41热电阻的结构

工业用热电阻分为普通型热电阻、铠装热电阻、特殊热电阻等，它们都是由电阻体、绝缘套、保护套和接线盒组成。424.4热电阻温度计表4.8热电阻的结构及特点434.4热电阻温度计热电阻的测温电路

为克服环境温度变化对导线电阻的影响，常采用三线制或四线制减少误差。（1）不平衡电桥444.4热电阻温度计热电阻的测温电路（2）自动平衡电桥454.4热电阻温度计46测温原理光学高温计3光电高温计4全辐射高温计5红外测温仪6红外热像仪4.5辐射测温仪表非接触式测温方法特点由于非接触，仪表不会破坏被测介质的温度场；因为温度计的感受件不必与被测介质达到同样的温度值，因而仪表的测量上限不会受到感受件材料熔点的限制；在测温过程中，温度计的感受件不必和被测介质达到热平衡，所以仪表的滞后性小。474.5辐射测温仪表辐射测温的基本原理温度T上升时，单色辐射强度Ebλ也随之增长，增长程度视波长不同而不同。当温度上升时，单色辐射强度Ebλ的峰值向波长较短的方向转移。维恩偏移定律：4.5辐射测温仪表48绝对黑体的全辐射定律：全辐射能量σ0——斯蒂芬-玻尔兹曼常数实际物体的光谱辐射强度与单色辐射强度的关系：实际物体全部光谱辐射强度总和4.5辐射测温仪表辐射测温的基本原理49

光学高温计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测量高温。光学高温计光亮度辐射强度波长为

λ

的物体：

真实温度

T与亮度温度

Ts的关系：λ=0.65μm（红光波长）黑度系数，0<ελ

<1ελ

越小，T与

Ts的差别越大。504.5辐射测温仪表50光学高温计

光学系统电测系统4.5辐射测温仪表51

影响因素：非黑体的影响被测物体是非绝对黑体，且物体的黑度系数为非常数，与波长、物体的表面情况及温度高低均有关系。中间介质的影响灰尘、烟雾或二氧化碳气体对热辐射会有吸收作用，因而造成误差。反射光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。特点：准确度低；（非黑体的影响）构造复杂、价格昂贵；不能测内部点的温度。4.5辐射测温仪表光学高温计52

依据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。光学高温计光电高温计4.5辐射测温仪表光电高温计53

真实温度T辐射温度Tp使用注意事项：全辐射体的发射率ε随物体的成分、表面温度、辐射条件和温度的不同而不同；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。4.5辐射测温仪表全辐射高温计54

工作原理通过接受被测物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。测温仪内的探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换为数字信号显示在LCD液晶屏上。4.5辐射测温仪表红外测温仪55

特点：携带测量方便；测量精确度较高（读数值的1%）；测温范围为32~500℃；响应时间为500ms（95%响应）；具有高、低温报警功能。4.5辐射测温仪表红外测温仪56

4.5辐射测温仪表红外热像仪5758测温仪表选用热电偶校验热电阻校验4.6

温度测量仪表选用与校验

测量仪表的选用通常应考虑测量范围、仪表的使用要求、测量环境、仪表的可维修性及成本。1根据生产或试验所要求的测量范围、允许的误差，选择合适的测量仪表，使之有足够的量程和精度。但不能单纯追求仪表的精度，以免造成不合理的经济支出。2根据现场对仪表功能的要求，可以选用一般性的仪表、自动记录仪表、可远传及自动控温系统等。3根据仪表的工作条件，选择合适的仪表及保护措施，防止过多地维护管理费用。4.6温度测量仪表选用与校验59

热电偶在使用过程中，由于热端受到氧化、腐蚀作用和高温下热电偶材料发生再结晶，引起热电特性发生变化，使测温误差越来越大。4.6温度测量仪表选用与校验热电偶校验60

4.6温度测量仪表选用与校验热电偶校验61

标准铂电阻温度计：三定点铂或铜电阻温度计：比较法恒温器（冰点槽、恒温水槽、恒温油槽）两点法【只校验R0与R100/R0】只需冰点槽和水沸点槽水三相点水沸点锌凝固点4.6温度测量仪表选用与校验热电阻校验6263室内采暖温度测量固体表面温度测量3管内流体温度测量4.7应用实例（1）检测地点的确定和要求室内面积不足16㎡，测室中央一点。室内面积16

㎡以上，但不足30㎡测两点。室内面积30

㎡以上，但不足60㎡测三点。室内面积60

㎡以上的测五点。644.7应用实例室内采暖温度测量（2）检测地点的选择要求

检测点离地面高度为0.8～1.6ｍ，应离开墙壁和热源不小于0.5ｍ。（3）仪器的选择玻璃水银温度计：温度计的刻度最小分度值不大于0.2℃，测量精度±0.5℃。数字温度计：数字温度计最小分辨率为0.1℃，测量范围为0～50℃，测量精度±0.5℃。悬挂式温度计支架和放大镜。654.7应用实例室内采暖温度测量（4）检测步骤检测应在门窗关闭30分钟以上，并且做好防止日光等热辐射的影响。检测仪器根据室内面积不同按要求进行摆放，在等待5～10分钟温度稳定后进行读数，玻璃水银温度计按凸出弯月面的最高点读数；数字温度计可直接读出数字量值。读数应快速准确，以免人的呼吸和体热辐射影响读数的准确性。玻璃水银温度计零点位移误差的修正。玻璃液体温度计零点位置应经常用标准温度计校正，如果零点有位移时，应把零点位移值加在读数上。664.7应用实例室内采暖温度测量（5）数字温度计校正方法①将欲校正的数字温度计感温元件与标准温度