建筑环境测试技术 第4版 课件 Chapter 3 测量误差与数据处理、Chapter 4 温度测量

建筑环境测试技术第三章测量误差与数据处理BuiltEnvironmenttestingtechnology12第三章测量误差与数据处理概述误差分类误差合成与分配数据处理1．掌握测量误差的概念及测量系统的选择方法

2．了解测量误差的分类及误差的性质3．了解测量误差的来源4．掌握测量误差的评价指标及数据的处理方法

本章目标3在实际测量中，由于测量仪器不准确、测量手段不完善、环境影响、测量操作不熟悉及工作疏忽等因素，导致测量仪表的测量值与被测量的真值之间会存在一定的差值，这个差值成为测量误差。说明：真值是指需要测量的物理量所具有的客观存在的量值，是无法测得的。在实际测量中常用高精度的测量值或平均值代表真值。1.测量误差的概念43.1概述（1）绝对误差：测量值X和真值X0之差为绝对误差。记为：

反映测量值与真值的偏离程度和方向。

（2）相对误差：测量的绝对误差和真值的比值。记为：

反映实验结果的精确程度。2.误差的表示方法53.1概述（3）测量仪表的基本误差：

=最大绝对误差量程×100%

（4）测量仪表的允许误差：仪器的基本误差不应超过某一规定值，这一规定值称为仪表的允许误差。62.误差的表示方法3.1概述基本误差不应超过允许误差；允许误差去掉百分号的值为仪表的精度等级。对于同一精度仪表，窄量程仪表产生的绝对误差小于宽量程仪表的绝对误差。绝对误差基本误差相对误差允许误差基本误差是系统误差的一种；仪表精度只用于估计基本误差尽可能选择量程较小的仪表，

使测量值在满刻度的2/3左右精度72.误差的表示方法3.1概述例2：某台测温仪表的标尺范围0~500℃，精度等级为1.0级，已知校验时其最大绝对误差值为6℃，问该仪表是否合格？解：∵δj>δk，∴不合格该仪表实际精度等级为1.5级。例1：仪表1:量程范围0～500℃,0.5级；

仪表2:量程范围0～100℃,1.0级。仪表选择时，在满足测试要求的前提下，尽可能选择小量程的仪表。83.1概述例3：某台0~1000℃的温度显示仪表，工艺上要求指示误

差不超过7℃，问如何确定仪表的精度等级？解：

选择0.5级的仪表可满足要求。小结根据校验数据，判断仪表是否合格：δj≤δk(基本误差不超过允许误差)根据工艺要求，选择仪表精度等级：δk≤δ’j(允许误差不超过要求的误差)（精度等级：0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等）93.1概述例4：欲测量约90V的电压，实验室现有0.5级0～300V和1.0级0～100V的电压表，试问选择哪一种电压表测量最好。

【解】用0.5级0～300V测量，相对误差：用1.0级0～100V测量，相对误差：如果量程选择适当，1.0级仪表进行测量比0.5级仪表测量可能更准确。小结已知量程与精度，对比仪表性能：计算相对误差或绝对误差大小。103.1概述课堂测验111、测量某一管道的压力P1=0.235MPa，误差为∆P1=0.002MPa；测量另一管道的压力P2=0.855MPa，误差为∆P2=0.004MPa。试问哪一个压力的测量效果好？2、测量某一管道压力0.832MPa，其测量值的相对误差要求不超过2.0％。现有精度2.0级、1.0级、1.0级三个压力测量仪表，测量范围分别为0～1.0MPa、0～1.5MPa、0～2.0MPa，试问选用哪块表较合适？12课堂测验1、答：相对误差越小，精度越高。相对误差为：0.002/0.235×100%=0.851%；0.004/0.855×100%=0.468%。第二个压力值测得的示值相对误差更小。因此，第二个测量精度高，测量效果好。13课堂测验2、答：由题可得，其允许最大误差∆X=2.0%×0.832=0.01664MPa；分别计算这三个仪表的测量误差：精度等级为2.0级的测量仪表的最大绝对误差∆Xmax1=2.0%×1=0.02MPa；精度等级为1.0的测量仪表的最大误差∆Xmax2=1.0%×1.5=0.015MPa；精度等级为1.0的测量仪表的最大误差∆Xmax3=1.0%×2=0.02MPa。因此，精度等级为1.5的测量仪表更合适。按测量误差的性质分：1）系统误差确定系统误差不确定系统误差2）随机误差/偶然误差服从正态分布，可用概率统计方法处理。3）粗大误差测量人员粗心大意、操作不当等造成。坏值或异常值修正估计剔除143.2误差分类误差的分类和鉴别方法分类误差产生的原因误差的鉴别系统误差仪器结构不良；周围环境的改变测量值总往一个方向偏，或呈周期性变化；误差的大小和符号几乎相同随机误差某种难以控制的偶然因素造成误差不会超出一定的范围；绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；绝对值相等的正、负误差出现机会相同；比真值大的测量值与比真值小的测量值出现的概率相等粗大误差粗心或操作不当造成测量结果与事实不符；认真操作可以消除153.2误差分类①校准测量仪器。②恰当选择仪器的量程和精确度。③完善实验原理。④进行多次重复实验，求其平均值。⑤以图像法代替公式法处理实验数据。⑥改进实验方法。减小误差的方法163.2误差分类

无系统误差，测量正确度高。（如图２.2ａ所示）。

存在恒定系统误差，误差大小和方向不变。（如图2.2b所示）。

存在累增（减）系统误差。随着测量时间的增加，误差变大（小），基本呈线性变化。（如图2.2ｃ所示）。存在周期性系统误差，误差大小和符号有规律地周期变化。（如图2.2ｄ所示）。系统误差的性质173.2误差分类单峰性——绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多，即误差的概率与误差的大小有关。对称性——绝对值相等的正误差或负误差出现的次数相当，即误差的概率相同。有界性——极大的正误差或负误差出现的概率都非常小，即大的误差一般不会出现，误差落[-3,3]的概率为0.9973。低偿性——随着测量次数n→∞，偶然误差的算术平均值趋近于零。随机误差服从正态分布规律，特征如下：随机误差的基本特征183.2误差分类称为高斯误差分布定律，亦称为误差方程。式中，σ为标准误差。曲线下面的面积对应误差在不同区间出现的概率。由概率知识可知：误差出现在±σ内的概率为68.3％，出现在±2σ内的概率为95.5％，而出现在±３σ内的概率为99.7％。因此，当误差大于3σ的，可以认为是由于过失误差或实验条件变化未被发觉等原因引起的，应予以舍弃。这种判断可疑实验数据的原则称为３σ准则。可疑观测值的舍弃式中σ——标准误差，

e——自然对数的底。随机误差的基本特征3.2误差分类δf(δ)①δ绝对值越小，愈大，说明绝对值小的误差出现的概率大。②大小相等符号相反的误差出现的概率相等。③σ愈小，正态分布曲线愈尖锐，σ愈大，正态分布曲线愈平缓。说明σ反映了测量的精密度。随机误差的基本特征203.2误差分类仪器、工具误差；人员误差；外界环境误差；方法误差；如：某人使用某种仪器根据某种方法在某种环境中进行测量。人员误差仪器误差方法误差环境影响误差测量误差产生的原因213.2误差分类

在对某一被测量进行多次测量时，由于随机误差的存在，其测量结果会各不相同，只能对其真值作最佳估算，即所谓的最优概值。

标准误差：极限误差：测量的标准误差：设n个测量值为x1、x2……xn，则这组测量值的标准误差σ等于式中—残差或剩余误差，，称为此式称贝塞尔公式。根据它可以由剩余误差求测量列的标准误差。贝塞尔公式1.测量误差的评价指标223.3误差合成与分配服从正态分布的直接测量值的最优概值就是这组测量列的算术平均值

，可以推得算术平均值的标准误差。算术平均值的标准误差：1.测量误差的评价指标233.3误差合成与分配测量的极限误差：

从概率论中得知，随机误差落在〔－3σx，3σx〕区间内概率为99.7％，而落在外面的只有0.3％，即每测得1000次其误差绝对值大于3σ的次数仅有3次。

因此，在有限次的测量中，就认为不出现大于3σ的误差。故把3σ定为极限误差。当在测量中出现绝对值大于3σ的误差测量值，就认为该测量值属于粗大误差，而予以剔除。工程意义1.测量误差的评价指标243.3误差合成与分配

最优概值的极限误差1.测量误差的评价指标253.3误差合成与分配随机误差的合成：

随机误差的合成，经常采用标准差合成。若测量结果中有q个彼此独立的随机误差，各单次测量误差的标准方差分别是，则q个独立随机误差的综合效应是它们方和根，综合后误差的标准差为：在计算综合误差时，经常用极限误差合成，只要测量的次数足够多，可按正态分布来处理，极限误差为：合成后的极限误差：

2.误差的合成263.3误差合成与分配

确定系统误差的合成：①代数合成法：已知各系统误差的分量的大小及符号，可采用各分量的代数和求得总系统误差，即

又称已定系统误差，是指测量误差的大小、方向和变化规律是可以掌握的。只要是已定的系统误差，都应当用代数的方法计算其合成误差。

当系统误差纯属于定值系统误差（大小和符合确定）时，可直接将大小相等、负荷相反的量修正测试结果，修正后该些项就不存在了。2.误差的合成3.3误差合成与分配27

②绝对值合成法：在测量中只能估计出各系统误差分量的数值大小，但不能确定其符号时，可采用最保守的合成方法，绝对值合成法。

确定系统误差的合成：2.误差的合成283.3误差合成与分配

③

方和根合成法：在测量中只能估计出各系统误差分量的数值大小，但不能确定其符号时，且系统误差分量又比较多（m>10），误差分量可以相互抵消一部分。采用绝对值估计过大。

确定系统误差的合成：2.误差的合成293.3误差合成与分配

①

系统不确定度线性相加，得到总的不确定度，即：会将误差估计过大，一般在p≤9时，才能应用此方法。②

方和根合成法：当p＞10时，可采用方和根合成法。

不确定系统误差又称未定系统误差，指测量误差既具有系统误差可知的一面，又具有不可预测的随机误差一面。

不确定系统误差的合成：2.误差的合成303.3误差合成与分配

由系统误差不确定度ei算出标准差σi,再取方和根合成，即：为置信系数。在一般科学与工程领域不确定系统误差项q很少超过10，所以，对不确定系统误差采用线形相加法比较合适。

随机误差和系统误差的合成：

在测量结果中，一般既有随机误差又有系统误差，其综合误差如下：

不确定系统误差的合成：2.误差的合成313.3误差合成与分配

在科学实验中，有许多量是无法直接测量的，只能通过直接测量后，在进行函数计算才能确定。由直接测量量代入公式计算得到的结果称为间接测量，由于直接测量存在误差，因此由计算得到的间接测量量也存在误差，这就是误差传递。

研究间接测量误差，就要分析直接测量的误差量是怎样通过已知的函数关系传递到间接测量结果中的？应该怎样估计间接测量值的误差？

3.间接测量的误差传递323.3误差合成与分配

函数系统误差的传递公式为独立的测量量；为待测物理量。在直接测量存在误差时，将使间接测量具有误差，其关系式为：如果函数连续且可微，则可将上式用泰勒级数展开，取一阶近似，成为式中

函数误差；各直接测量值的误差；各个误差的传递系数。3.间接测量的误差传递333.3误差合成与分配函数的一般形式为，各个测量量都进行了n次测量。如果对间接测量的测量列同直接测量一样定义测量列的标准误差，有：式中

函数标准误差；直接测量值的标准误差；称为随机误差传递公式。为真值则

函数随机误差的传递公式3.间接测量的误差传递343.3误差合成与分配

等作用分配误差

误差分配是在已知总误差的前提下，合理分配各误差分量的问题。当规定了间接测量的总误差不能超过某一规定值时，可以利用误差传递公式来求各测量量的误差允许值，从而满足间接测量误差的要求。误差分配一般按以下方法进行：等作用原则就是认为各个部分误差对函数误差的影响相等，则；如各直接测量量的误差满足上式，则所有的间接误差不会超过允许误差的给定值。4.间接测量的误差分配353.3误差合成与分配

按可能性调整误差

按等作用原则分配误差可能会出现不合理的情况。这是因为计算出来的各个局部误差都相等，对于其中有的测量量要保证它的测量误差不超过允许范围是比较容易实现的。而对于其中另外的测量量由于要求的测量误差太小，势必要采用高精度仪表，获增大测量次数及成本代价，或技术上很难实现。

因此，在等作用原则分配误差的基础上，根据具体情况进行适当调整。对难以实现的测量误差项适当扩大，对容易实现的缩小。4.间接测量的误差分配363.3误差合成与分配误差调整后，应按照误差合成公式计算实际误差；若超出给定的允许误差范围，应选择可能缩小的误差项再进行缩小；若实际总误差较小，可适当扩大难以实现的误差项的误差，合成后与要求的总误差进行比较，直至满足要求。

验算调整后的总误差4.间接测量的误差分配373.3误差合成与分配【例题】试设计一个简单的散热器热工性能实验装置，利用下式计算散热量：设计工况为：

，要求测量误差不大于10％，需要如何配置仪表。【解】①根据误差传递公式，写出相对误差关系式。由题意可知，这是间接测量问题，直接测量参数为热水流量Ｗ和进出口水温t1，t2。为简单起见，设W，t1，t2是相互独立且为正态误差分布，ρ，c为常量，误差为0。根据误差传递公式可以写出：依正态分布写成误差限，两边除以Q2，则：383.3误差合成与分配②将题意给定的总误差分解，初步估计直接测量误差限。由题意已知，要求测量的误差限：故应满足：显然，可能有无穷多解。根据误差等作用原则。令：则：以此作为初选仪表的依据。393.3误差合成与分配③配置测量仪器。现有测量范围为40～400L/h，精度为1.5级的浮子流量计，可用于水流量的测量；还有0～100℃，允许误差为1℃的玻璃水银温度计，用于测量水温。首先，判断可能的测量误差：流量误差：根据所给的条件，上述浮子流量计的最大测量误差为：在设计工况下，流量为50L/h时，该流量计的相对误差最大值为：超出按照误差等作用原则给出的初选指标Ｄ≤5.8％，应重新选择精度更高仪表。温度测量：根据所给的条件，设计工况规定的温差t1-t2＝25℃，则温差测量的相对误差为：403.3误差合成与分配温差测量的相对误差没有超出初选的指标。如果按照这种仪器配置，总误差将为12.2％，不满足要求。为此，重新选用40～400L/h的浮子流量计，使其精度提高为1.0级。这时，流量的最大测量误差为：

该流量计的相对误差最大值为：较初选指标略高，但考虑到温度测量精度的余量，仍可能满足精度。进行复核结果：符合设计要求，故选用仪表可用。413.3误差合成与分配

有效数字概念

有效数字是由准确数字和存疑数字组成，存疑数字一般只取一位。（1）在第一位非0数字左边的“0”不是有效数字，而在非0数字中间的“0”和右边的“0”是有效数字。（2）有效数字与测量误差的关系：一般规定误差不超过有效数字末位单位数字的一半。因此有效数字的末位数字位为“0”时，不能随意删除。（3）若用“10”的方幂来表示数据，则“10”的方幂前面的数字都是有效数字。（4）有效数字不能因选用的单位变化而改变。1.数据处理的基本知识423.4数据处理有效数字举例二位0.00101.51.2×103三位32.0540±72.30×103四位31.033.551732.0五位2139.062.0011.2000六位121.0541.2661472.5000433.4数据处理

有效数字概念

有效数字是由准确数字和存疑数字组成，存疑数字一般只取一位。1.数据处理的基本知识

数据的舍入规则，当只需要N位有效数字时，对N+1位及其后面各位数字就要根据舍入规则进行处理，规则有：（1）“四舍六入”：（2）当N+1位为5时，看N位的奇偶性，偶数后面舍弃，奇数N+1。3.1416→3.14

2.7384→2.74

9.376→9.38

124.5→124

0.5234→0.523

1.335→1.34“四舍六入，五凑双”仪器仪表精度，只入不舍，0.0316—0.04443.4数据处理

有效数字概念1.数据处理的基本知识我们对有效数字的运算作如下规定：（1）在加减计算中，有两种方法：方法一：先将各数据小数点后的位数处理成与小数点后有效数字位数最少的数据相同后再进行计算。例如：将24.65，0.0082，1.632三个数字相加时，应写为：

24.65+0.01+1.63=26.29方法二：先将各数据小数点后的位数处理成比小数点后最少有效数字多一位的数据，再进行计算，最终取最少小数位。

例如：先最多保留为三位小数再相加，应写为：24.65+0.008+1.632=26.291.数据处理的基本知识

有效数字运算453.4数据处理（3）其他运算。乘方，开方的有效数字与原数的有效数字多一位。如：（2）在乘除运算中，先将各数据处理成与有效数字位数最少的数据相同或多一位后再进行计算，运算结果的有效数字位数也应处理成与有效数字位数最少的数据相同。例如：0.0121×25.64×1.05782应写成0.0121×25.6×1.06=0.328。上例说明，虽然这三个数的乘积为0.32818231，但只应取其积为0.328。463.4数据处理1.数据处理的基本知识

有效数字运算测得一组数据具体处理过程如下：①求出直接测量量的最优概值：直接测量最优概值为该组测量值的算术平均值：②计算每一测量量的剩余误差：

③计算标准误差：2.直接测量值的整理473.4数据处理④判断有误异常数据：如果测量中出现剩余误差予以剔除.重复上述工作，直至无异常为止⑤计算算术平均值的标准误差：

⑥写出测量结果的表达形式：

（置信度为68.3%）

（置信度为99.7%）2.直接测量值的整理483.4数据处理例题：对某未知电阻进行了15次测量，测量值如下表所示，求最优概值及误差。序号1105.30.090.00812104.94-0.270.07293105.630.420.17644105.240.030.00095104.86-0.350.12256104.97-0.240.05767105.350.140.01968105.16-0.050.00259105.710.500.250010104.70-0.510.260111105.360.150.022512105.210.000.000013105.19-0.020.000414105.210.000.000015105.320.110.0121∑1578.1501.00563.4数据处理【解】（1）计算被测量的最优概值：

（2）计算每一测量值的剩余误差，如表中所示；

（3）计算被测量值的标准误差：503.4数据处理

（4）根据：判别有无的情况，查表得无；

（5）计算最优概值（平均值）的标准误差：

（6）测试结果的表达形式：

（置信度为68.3%）；

（置信度为99.7%）；513.4数据处理

（1）计算间接测量的最优概值：

间接测量值的最优概值可以把各直接测量的自变量的最优概值代到函数式中求得，即：

（2）计算标准误差：随机误差传递公式3.间接测量值的整理523.4数据处理

根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过求解联立方程组以求得未知的数值，称为组合测量。组合测量数据处理常用最小二乘法。最小二乘法(LS)核心原则是测量值残差的平方和最小。（最小平方法）①设所测的未知量有m个：，各次测量值是的函数组合，且每次测量的组合可能不同。如果进行了n次测量，得到的测量列{yi}：4.组合测量值的整理533.4数据处理如非线性，利用泰勒公式展开并取线性部分，将其线性化。一般说来，互相独立含有m个未知量的n个方程，当：

n<m，即方程个数小于未知量的个数时，则上方程组有无限多个解。说明由于测量的次数不够，没有足够的数据来求解未知量。

n=m，即方程个数等于未知量的个数时，则上方程组有唯一的一组解。

n>m，即方程个数大于未知量的个数时，一般可以把方程分成两部分。②这里未知量的组合法即函数是已知的，并常把它当做线形的，即令4.组合测量值的整理3.4数据处理③对于测量列而言，如果求得的最优概值：那么测量列{yi}的残差为：利用最小二乘法，使测量值残差的平方和最小，即：④为求得最小值，只要求出它对各未知量的一阶偏导数，并令其为0，

得：4.组合测量值的整理553.4数据处理⑤整理得到方程组：

方程组在最小二乘法中称为正规方程组。求解可以用代数的方法进行。4.组合测量值的整理563.4数据处理重点内容：误差的概念及测量系统的选择方法、测误差分类及性质、数据处理。重点公式：

的应用。难点：对δJ引入的理解（举例说明，并归纳小结）误差的合成与传递要求：了解误差的性质及产生的原因；根据校验数据能确定仪表的精度等级；误差的合成方法；直接测量、间接测量、组合测量的整理。总结571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591.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6061温度与温标61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624.1概述温度仪表分类与选择6263（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64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64

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65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66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67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68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69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70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7172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734.3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74

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75

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76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7778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78（4）热电偶的分度表4.3热电偶温度计工作原理79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804.3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814.3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。824.3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。834.3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】844.3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854.3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）864.3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874.3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。884.3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。894.3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904.3热电偶温度计91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。924.4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。934.4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℃，944.4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954.4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。964.4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。974.4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98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。994.4热电阻温度计表4.8热电阻的结构及特点1004.4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1014.4热电阻温度计热电阻的测温电路（2）自动平衡电桥1024.4热电阻温度计103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。1044.5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105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106

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。1074.5辐射测温仪表107光学高温计

光学系统电测系统4.5辐射测温仪表108

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109

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110

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111

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112

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113

4.5辐射测温仪表红外热像仪114115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