全辐射高温计-课件

第2章温度的测量本章介绍了温标的概念，然后按照测量方法的分类，分别介绍了各种测温方法和仪表：包括接触式测温仪表、非接触式测温仪表、新型温度传感器和仪表系列温度变送器。ppt课件1返总目录教学目录：2.1概述接触式测温方法及仪表

非接触式测温方法及仪表新型温度传感器温度变送器2.22.32.42.5ppt课件2返总目录2.1

概述温度和温标重点：几种常用温标的定义。难点：各种温标之间的换算。测温方法分类重点：分类原则、各种测温方法的优缺点。ppt课件返总目录3返本章目录2.1.1

温度和温标温度的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量温标温标就是温度的数值表示方法。温标的三要素（三个基本条件）：温度计、固定点和内插方程。温标的传递ppt课件返本章目录4返本节目录四种常用温标：摄氏温标（℃）摄氏温标规定在标准大气压下，水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，并将两固定点之间等分

100份，每一份称为摄氏一度，一般用“℃”表示摄氏度数。华氏温标（℉）

华氏温标规定在标准大气压下，水的冰点为32℉，水的沸点为212℉，在这两个固定点之间划分180等份，每一份称为华氏一度，用“℉”表示。华氏温标与摄氏温标有如下关系：m=1.8n+32式中，m、n分别表示华氏温度值和摄氏温度值。2.1.1

温度和温标ppt课件返本章目录5返本节目录（3）热力学温标（K）热力学温标是建立在热力学第二定律

基础之上的一种理想温标，它与物质性质无关。是纯理论性的，无法直接加以实现。（4）90国际温标（ITS—90）

ITS—90同时使用国际开尔文温度（符号T90）和国际实用摄氏温度（符号t90）。T90与t90的关系为：t90

=T90–273.15式中，T90的单位是开尔文（K），t90的单位是摄氏度（℃）。这里摄氏度与开尔文温度分度值相同，即温度间隔lK等于1℃。2.1.1

温度和温标ppt课件返本章目录6返本节目录例题例2-1

已知某点温度为10℃，将该温度转换为华式温标和90国际温标。解：根据各种温标间的关系

m=1.8n+32=(1.8×10+32)℉=50℉T90=t90+273.15=(10+273.15)K=283.15Kppt课件返本章目录7返本节目录2.1.2测温方法分类接触式测温膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计等。非接触式测温光学高温计、光电高温计、辐射高温计和比色高温计等。见课本表2-2ppt课件返本章目录8返本节目录2.2

接触式测温方法及仪表膨胀式温度计压力式温度计热电偶温度计热电阻温度计接触式测温实例返本章目录9ppt课件2.2.1

膨胀式温度计1.液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计是一种直读式的、应用最早的温度测量仪表，最常见的是玻璃管式温度计。1—安全包2—标尺3—毛细管4—感温包图2-1

玻璃管式温度计ppt课件返本章目录10返本节目录2.固体膨胀式温度计（1）杆式温度计（2）双金属式温度计1—拉簧2—摇板3—指针4—外壳5—弹簧6—测温管7—传递杆ppt课件返本章目录11返本节目录2.2.2压力式温度计测量原理：是基于封闭在容器中的液体、气体或某种低沸点的饱和蒸气受热后体积膨胀而使压力发生变化的性质。1—温包2—毛细管3—基座4—拉杆5—外壳6—扇形齿轮7—弹簧管8—齿轮轴9—刻度盘10—指针ppt课件返本章目录12返本节目录重点：热电偶的基本定律应用、冷端温度补偿、热电偶的选型、安装。难点：冷端温度补偿、热电偶的选型。组成:由热电偶、连接导线和显示仪表（电位差计或动圈仪表）组成。优点：结构简单、制造方便、测量范围宽（－271.15℃～2800℃）、热惯性小、精度高、适于远距离测量和便于自动控制等。2.2.3热电偶温度计ppt课件返本章目录13返本节目录2.2.3热电偶温度计热电偶的测温原理热电偶回路特性热电极材料热电偶的种类热电偶的结构形式热电偶的冷端温度补偿热电偶的实用测温电路热电偶的校验ppt课件返本章目录14返本节目录1.热电偶的测温原理热电效应：把两种不同材料的金属导体（或半导体）A和B连接成闭合回路，若两个接点温度t与t0不相等，则回路中就会产生热电动势，这一现象称为热电效应（塞贝克效应）。参比端（冷端或自由端）热电势热电极A热电极B测量端（热端或工作端）ppt课件返本章目录15返本节目录（1）温差电动势：tUA(t)t0UA(t0)UA(t,t0)t>t0EA(t,t0)=VA(t)-VA(t0)1.热电偶的测温原理ppt课件返本章目录16返本节目录1.热电偶的测温原理（2）接触电动势ppt课件返本章目录17返本节目录（3）热电偶回路的总电动势ppt课件返本章目录18返本节目录结论：ppt课件191）热电偶回路热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料及两端温度有关，而与热电偶的长度、热电极直径无关。若组成热偶回路的两热电极材料相同，无论两接点温度如何，由于两导体的电子密度相同，则不能形成接触电动势，而两个温差电动势大小相等，方向相反，回路中不能产生热电动势。如果热电偶两接点温度相同，热电偶回路总电动势为零。两个热电极材料确定后，热电偶的热电动势只与两端温度有关。2.热电偶回路特性（1）中间导体定律

在热电偶回路中引入第三种导体，只要第三种导体两端的温度相同，则此第三种导体的引入不会影响热电偶回路的热电动势。ppt课件返本章目录20返本节目录中间导体定律具有如下实用价值：2.热电偶回路特性1—显示仪表ppt课件返本章目录21返本节目录2—连接导线3—热电极A

4—热电极B

5—液态金属6—固态金属（2）中间温度定律中间温度定律具有如下实用价值：为在热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。为制定和使用热电偶分度表奠定了基础。ppt课件返本章目录22返本节目录例2-2

用镍铬—镍硅（K型）热电偶测量炉温，热电偶的冷端温度为40℃，测得的热电动势为35.72mV，问被测炉温为多少?解：查K型热电偶分度表知E(40,0)=1.611mV测得：E(t,40)=35.72mV则：E(t,0)=E(t,40)+E(40,0)=(35.72+1.611)mV=37.33mV查分度表知t=900.1℃，则被测炉温为900.1℃。ppt课件返本章目录23返本节目录（3）标准电极定律实用价值：只要知道某两种金属导体分别与标准电极相配的分度表，就可以计算出这两种导体组成的热电偶的分度表。ppt课件返本章目录24返本节目录3.热电极材料热电动势及热电动势率要大，保证足够的灵敏度。热电特性最好是线性或近似线性的单值函数关系。能在较宽的温度范围内使用，物理、化学性质要稳定。要有高的电导率、小的电阻温度系数及小的导热系数。复制性要好，即用同一种材料制成的热电偶其热电特性要一致，这样便于制作统一的分度表。材料组织要均匀，具有良好的韧性，焊接性能好，以便热电偶的制作。资源要丰富，价格低廉。ppt课件返本章目录25返本节目录4.热电偶的种类——标准化热电偶铂铑10—铂热电偶（S型）铂铑13—铂热电偶（R型）铂铑30—铂铑6热电偶（B型）镍铬—镍硅热电偶（K型）镍铬硅—镍硅热电偶（N型）镍铬—康铜（E型）铁—康铜（J型）铜—康铜（T型）ppt课件返本章目录26返本节目录5.热电偶的结构形式装配式热电偶铠装型热电偶薄膜型热电偶快速微型热电偶铠装型热电偶可长达上百米ppt课件返本章目录27返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿（1）补偿导线法补偿导线：在100℃以下的温度范围内，热电特性与所配热电偶相同且价格便宜的导线，称为补偿导线。补偿导线的作用：就是延长热电极，即将热电偶的冷端延伸到温度相对稳定区。补偿导线的型号：延伸型补偿导线——用于廉金属热电偶；补偿型补偿导线——用于贵金属热电偶和某些非标准热电偶。补偿导线的使用注意事项：ppt课件返本章目录28返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿例2-3用镍铬—镍硅热电偶测量某一实际为1000℃的对象温度。所配用仪表在温度为20℃的控制室里，设热电偶冷端温度为50℃。当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线连接时，测得温度各为多少?又与实际温度相差多少?ppt课件返本章目录29返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿解：查K型热电偶分度表，得E(1000,0)=41.269mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。若用补偿导线，仪表测得热电动势值为E(1000,20)=E(1000,0)

–E(20,0)=40.471mV查分度表得对应的温度为979.6℃若用铜导线，仪表测得热电动势值为E(1000,50)=E(1000,0)

–E(50,0)=39.247mV查分度表得对应的温度为948.4℃两种方法测得的温度相差31.2℃，测量误差分别为–20.4℃和–51.6℃。ppt课件返本章目录30返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿（2）冷端恒温法冰浴法恒温箱法3）恒温室法冰水混合物冰点器水银试管盖铜导线显示仪表ppt课件返本章目录31返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿（3）计算校正法1）准确计算校正法根据中间温度定律，对测得热电动势进行修正。适用于实验室中用直流电位差计来测温的情况。

2）近似计算校正法K的取值：K型热电偶，在0～1000℃范围内，K≈1；S型热电偶，在800～1300℃，K=0.6～0.5ppt课件返本章目录32返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿例2-4用分度号为S的铂铑10—铂热电偶测炉温，其冷端温度为30℃，而直流电位差计测得的热电动势为9.481mV，试求被测温度。解：查铂铑10—铂热电偶分度表，得E(30,0)=0.173mV，由式（2-5）得再查该分度表得被测温度t=1006.5℃。若不进行校正，则所测9.481mV对应的温度为991℃，误差–15.5℃。ppt课件返本章目录33返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿例2-5用S型热电偶测炉温，其冷端温度为30℃，显示仪表的指示值为991℃，试求炉温。解：在l000℃左右，铂铑10—铂热电偶的校正系数可近似取0.55，因此按式（2-9）可得炉温t为t=

t′+Ktn=

(991

+

0.55×30)℃=1007.5℃与例2-4相比可以看出，近似计算法仅比准确计算方法相差1℃。这说明此种方法在一些精度要求不高的现场是可以使用的。ppt课件返本章目录34返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿（4）仪表机械零点调整法用热电偶测温时，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷端温度tn的位置上。应用于：一些精度要求不高、冷端温度不经常变化的情况下。ppt课件返本章目录35返本节目录6.热电偶的冷端温度补偿（5）补偿电桥法补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电动势变化。ppt课件返本章目录36返本节目录7.热电偶的实用测温电路（1）工业用热电偶测温的基本线路（2）热电偶的串联1）热电偶的正向串联若将多支热电偶的测量端置于同一测量点上构成热电堆（如辐射温度计），测量微小温度变化或辐射能时，可大大提高灵敏度。ppt课件返本章目录37返本节目录7.热电偶的实用测温电路，2）热电偶的反向串联将两支同型号的热电偶反接起来可以测量两点间的温差。注意：用这种差动电路测量温差时，两支热电偶的热电特性必须相同且成线性，否则会引起测量误差。ppt课件返本章目录38返本节目录7.热电偶的实用测温电路（3）热电偶的并联三支同型号的热电偶的并联线路，此时输入到显示仪表的电动势值为：E=(E1+E2+E3)/3。ppt课件返本章目录39返本节目录8.热电偶的校验（1）温度校验点各种不同型号的热电偶必须在表2-7规定的校验点进行校验，且每个温度校验点应控制在±10℃范围内。表2-7工业用热电偶校验点温度ppt课件返本章目录40返本节目录8.热电偶的校验2）校验用仪器与设备1、调压变压器2、管式电炉3、标准热电偶4、被校热电偶5、冰点槽ppt课件返本章目录41返本节目录6、切换开关7、直流电位差计8、镍块9、试管8.热电偶的校验（3）校验方法热电偶插入炉中的深度一般为300mm，热电偶的冷端置于冰点槽中以保持其为0℃。用自耦变压器来调节炉温，当达到预定校验点温度±10℃以内，并且每分钟变化不超过0.2℃时，便可开始读数。在每一个校验点上的读数不应少于四次。当同时校验几支热电偶时，其读数顺序：标准→被检l→被检

2→…→被检n→被检n→…→被检2→被检1→标准→标准→被检l→…的循环顺序读数，再进行数据处理。ppt课件返本章目录42返本节目录8.热电偶的校验（4）数据处理热电偶校验后进行数据处理时，一定要考虑标准热电偶本身的测量值也有一定误差，必须考虑这部分误差后计算出测量点的真实温度。例2-6在1000℃下，测得被校K型热电偶的热电动势之算术平均值为41.347mV

，二等标准S型热电偶的热电动势

之算术平均值为9.601mV。该标准热电偶证书上写明，在测量端为1000℃、冷端为0℃时的热电动势为9.624mV。求此被校K型热电偶在1000℃时的误差，并验证是否合格。ppt课件返本章目录43返本节目录8.热电偶的校验解：查S型热电偶的分度表，E(1000,0)=9.585mV，则该标准热电偶的修正值为9.624–9.585=0.039mV，因此要把标准热电偶热电动势的算术平均值减去修正值：9.601–0.039=9.562mV。再查S型热电偶的分度表得998℃，即真实温度。从K型热电偶的分度表中查得41.347mV相当于1002℃，所以此被校热电偶在1000℃时的误差为：1002–998=4℃。被校K型热电偶在–40～1300℃的温度范围内，允许偏差为±0.75%|t|，所以4℃<998×0.75%=7.5℃。此热电偶在该校验点合格。ppt课件返本章目录44返本节目录2.2.4热电阻温度计热电阻重点：标准化热电阻型号、选型，接线制。难点：接线制。半导体热敏电阻重点：热敏电阻的特性及分类。ppt课件返本章目录45返本节目录1.热电阻（1）热电阻的材料与温度的关系电阻温度系数与电阻比W100=R100/R0

的关系可见：W100越大，电阻丝的纯度越高，α值越大；W100越小，电阻丝的杂质越多，α值越小，而且不稳定。因此，热电阻常用纯金属制成。电阻温度系数是指温度每变化1℃的电阻值的相对变化量，用α来表示：若导体的电阻与温度的关系是线性的，则α可用下式表示：ppt课件返本章目录46返本节目录1.热电阻（2）热电阻的测温原理当温度发生改变时，热电阻的阻值随之变化。通过变化的电阻值可间接地测得温度的变化量，这就是热电阻的测温原理。这种电阻随温度变化的特性可用如下三种方法表示：列表法（分度表）作图法（特性曲线）数学表示法ppt课件返本章目录47返本节目录1.热电阻（3）热电阻的结构普通工业用铂电阻和铜电阻由电阻体、引出线、绝缘管、保护管和接线盒等组成。1）电阻体（无感双绕法）1-外壳或绝缘体ppt课件返本章目录48返本节目录2-铂丝3-骨架4-引出线（3）热电阻的结构2）热电阻的引出线①两线制。方式简单，费用低引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。②三线制。可以较好地消除引线电阻的影响，测量准确度高于两线制，所以应用较广。③四线制。精度高，但是麻：烦。1、热电阻2、引出线3、接线盒4、连接线5、显示仪表ppt课件返本章目录49返本节目录（4）标准化热电阻1）铂电阻优点：铂是一种贵金属，具有准确度高、稳定性好、性能可靠以及抗氧化性很强。在–259.3467～961.78℃的温域内以铂电阻温度计作为标准仪器。缺点：铂电阻的电阻值与温度为非线性关系，电阻温度系数α比较小，……。工业用铂电阻温度计的使用范围：–200～850℃分度号：Pt10

、Pt100ppt课件返本章目录50返本节目录（4）标准化热电阻2）铜电阻优点：价格低廉，具有较大的电阻温度系数，材料容易提纯，具有较好的复制性，容易加工成绝缘的铜丝，铜的电阻值与温度的关系在测量范围内几乎是线性的。缺点：易氧化，氧化后即失去其线性关系。工业用铜电阻温度计的使用范围：–50～150℃分度号：Cu50

、Cu100ppt课件返本章目录51返本节目录（6）热电阻的校验方法Rt=

(Ut/UN)

RN1-加热恒温器2-被检验电阻体3-标准温度计4-毫安表5-标准电阻6-分压器7-双刀双掷切换开关8-电位差计ppt课件返本章目录52返本节目录将电阻体从保护管中抽出后，放入恒温器中，使之达到检验点温度并

保持恒温，然后调节分

压器使毫安表指示约为

4mA。将切换开关倒向标准电阻RN的一边，读出电位差计示值UN；然后立即将切换开关倒向

被测热电阻Rt的一边，

读出电位差计的示值Ut。2.半导体热敏电阻（1）热敏电阻的特性及分类1、概念：用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件。负温度系数热敏电阻NTC正温度系数热敏电阻PTC临界温度系数热敏电阻CTR其中：PTC、CTR一般是利用其在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件；NTC一般用于温度检测。ppt课件返本章目录53返本节目录2.半导体热敏电阻（2）热敏电阻的结构（3）热敏电阻的特点电阻温度系数大，灵敏度高，电阻率大；互换性差，部分产品稳定性不好。ppt课件返本章目录54返本节目录2.2.5接触式测温实例1.固体表面温度的测量（1）热电偶与被测表面的接触形式ppt课件返本章目录55返本节目录2.2.5接触式测温实例2.管道中流体温度的测量主要误差：导热误差。（1）感温元件的安装要求把感温元件的外露部分用保温材料包起来。感温元件应逆着介质流动方向倾斜安装，至少应正交，切不可顺流安装。

3）感温元件应有足够的插入深度。感温元件应与被测介质充分接触。应使测温管或保护管的壁厚和外径尽量小一些。ppt课件返本章目录56返本节目录2.2.5接触式测温实例（2）应用实例分析1-蒸汽管道ppt课件返本章目录57返本节目录2-保温层（a）中，热电偶逆着气流方向沿管道中心插得很深，热电偶外露部分很短，在安装部位有保温层，测量误差很小。热电偶插到管道中心，外露部分有保温层，测量误差为-1℃。热电偶保护管的直径及壁厚都较大，插入深度超过管道中心，误差增大到-2℃。没插到管道中心，误差为-15

℃。热电偶安装部位的管道没有保温层，外露部分多，误差达到-45

℃2.3非接触式测温方法及仪表辐射测温的基础理论光学高温计光电高温计全辐射高温计比色高温计前置反射器辐射温度计非接触式测温实例重点：基本概念、黑体辐射定律，各种温度计的原理、结构、使用。难点：基本概念。返本章目5录8ppt课件2.3.1辐射测温的基础理论1.基本概念辐射能 所有物体，温度高于热力学零度，都会以电磁波的形式向外发射辐射能。热辐射辐射测温技术最关心是物体所能吸收的，在吸收时可以重新转换为热能的那些射线，这部分电磁波为热辐射。辐射功率：物体在单位时间内从单位面积向半球空间发射的全部波长的总辐射能量。符号W，单位W/m2。单色辐射功率：物体在一定波长下的辐射功率。用符号Wλ表示，单位为W/m2μm。发射率单色发射率ppt课件返本章目录59返本节目录2.3.1辐射测温的基础理论——2.辐射能的分配当辐射能投射到物体表面时，一般情况下，其中的一部分被物体吸收，一部分被反射，另一部分可透过物体。式中，α、ρ、τ分别是吸收率、反射率、透射率。α=1的物体称为绝对黑体，简称为黑体。ρ=1的物体称为绝对镜白体，简称白体；或绝对镜体，简称镜体。τ=1的物体称为绝对透明体，简称为透明体。对于一般工程材料来讲，τ=0而α+ρ=1，称为灰体。ppt课件返本章目录60返本节目录2.3.1辐射测温的基础理论——3.黑体辐射定律（1）普朗克定律λ为辐射波长，单位为um；T为黑体的热力学温度，单位为K；Wbλ为黑体的单色辐射功率，单位为W/m2.um，它是波长λ和热力学温度T的函数，C1为普朗克第一常数，

C1=3.7415*108

W．m-2.um4

；C2为普朗克第二常数，

C2=1.4388*104

um.K。ppt课件返本章目录61返本节目录（2）维恩位移定律当温度升高时，单色辐射功率也随之增大，其增大程度因波长不同而不同。当温度升高时，单色辐射功率的最大值向短波方向移动。ppt课件62（3）斯蒂芬—玻尔兹曼定律将普朗克定律公式在整个波长范围内积分，得到波长λ在0~∞范围内黑体的辐射功率Eb为：ppt课件63σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，σ=5.6697*10-8W/m2.K42.3.2光学高温计1.光学高温计的工作原理受热物体亮度大小也反映了物体温度的高低。但因为各种物体的单色发射率是不相同的，因此即使它们亮度相同，而温度却不一定相同。光学高温计用黑体的温度来进行仪表刻度。

亮度温度TL

：在波长为λ的光线中，物体在温度T时的亮度与黑体在温度为TL时的亮度相等，则称TL为这个物体在波长为λ时的亮度温度。ppt课件返本章目录64返本节目录2.3.2光学高温计2.光学高温计的结构1-物镜

2-吸收玻璃

3-灯泡

4-目镜5-红色滤光片

6-指示仪表

7-可调电阻ppt课件返本章目录65返本节目录2.3.2光学高温计3.光学高温计的使用例2-6用光学高温计测量有氧化层表面光滑的钢板温度，光学高温计的读数为1250℃，ε0.66=0.8求钢板的真实温度。解：根据钢板表面状态在表2-10中查出单色发射率

ε0.66=0.8，在图2-54中，从横坐标为1250℃、ε0.66=0.8，查出24℃，此值即为修正值。T=(1250+24)

℃=1274℃ppt课件返本章目录66返本节目录2.3.3光电高温计光学高温计在测量时要靠手动平衡亮度，用人眼判断亮度是否平衡，所以不能连续测温，在应用上受到了一定限制。光电高温计可以自动平衡亮度，它是在光学高温计基础上发展起来的自动连续测温仪表。ppt课件返本章目录67返本节目录2.3.4全辐射高温计1.全辐射高温计的测温原理的温度。辐射温度：被测目标的辐射能用透镜收集起来，经光栏在涂黑的热点堆热接点上成像。热点堆将辐射能转变为热电动势后送到显示仪表，由显示仪表进行指示或记录被测物体ppt课件返本章目录68返本节目录1-透镜2-可调光栏3-固定光栏4-热点堆受光面2.3.4全辐射高温计全辐射高温计的使用正确连接线路和外接电阻。环境温度不许高于100℃，否则应冷却。随着感温器到被测物体的距离L的不同，对被测物体的大小（通常指直径D）有一定的限制值，感温器要与被测表面垂直。显示仪表上读数为辐射温度，要修正得到物体的真实温度。ppt课件返本章目录69返本节目录2.3.5比色高温计1.比色高温计的测温原理及特点根据维恩位移定律，测得亮度比的变化便可测得相应的温度。比色温度：特点：比色温度可小于、等于或大于真实温度。与真实温度之差小得多，测量准确度高。比色高温计可在恶劣环境中使用。ppt课件返本章目录70返本节目录2.3.6前置反射器辐射温度计只要被测表面的发射率大于0.6（无需知道确切值）就可直接测得真实

温度，而不需进行

任何修正。ppt课件返本章目录71返本节目录2.3.7非接触式测温实例1.非接触式测温的干扰分析光路中的干扰：在波长为1.8～2.8µm、3.0～5.5µm和8～14µm三个波段内辐射