测试技术课件第九章温度测量精选.ppt

1、中国矿业大学机电学院第九章 温度测量9-1 9-1 温度和测温方法的分类温度和测温方法的分类一、基本概念：一、基本概念：温度：温度：是表征物体冷热程度的物理量是表征物体冷热程度的物理量 。测温物质：测温物质：通过测量某种物质的某一物理特性随通过测量某种物质的某一物理特性随温度变化的情况，来判断温度的变化，温度变化的情况，来判断温度的变化，则这种则这种物质称为测温物质。物质称为测温物质。温标：温标：用来衡量物体温度的标尺，称为温标。用来衡量物体温度的标尺，称为温标。1.1.摄氏温标，用字母摄氏温标，用字母t t表示表示(单位摄氏度单位摄氏度 )2.2.国际实用温标，用字母国际实用温标，用字母T

2、T表示表示(单位开尔文单位开尔文 K K）3.3.不同温标间的转换：不同温标间的转换：T=t+273.15T=t+273.15测试技术测试技术中国矿业大学机电学院接触法是基于热平衡原理。测温传感器敏感元件接触法是基于热平衡原理。测温传感器敏感元件直接与被测物体接触，在足够长的时间内，使传直接与被测物体接触，在足够长的时间内，使传感器与被测点达到热平衡，以实现温度测量。感器与被测点达到热平衡，以实现温度测量。其特点是：由于传感器与被测物体接触，所以测其特点是：由于传感器与被测物体接触，所以测量比较直观、可靠，测温准确度较高，但它直接量比较直观、可靠，测温准确度较高，但它直接影响被测物体温度场的分

3、布。使用该种方法需要影响被测物体温度场的分布。使用该种方法需要使测温元件与被测物体达到热平衡，所以测温时使测温元件与被测物体达到热平衡，所以测温时产生较大的时间滞后，并由此带来测量误差。测产生较大的时间滞后，并由此带来测量误差。测温范围在温范围在16001600以下，通常以下，通常10001000以下的温度容以下的温度容易测量，易测量，12001200以上的温度不易测量。以上的温度不易测量。二、测温法分类二、测温法分类（1 1）接触式测温法：）接触式测温法：中国矿业大学机电学院(2)非接触式测温法非接触式测温法测温传感器不接触被测物体，利用物体的热辐射测温传感器不接触被测物体，利用物体的热辐射

4、随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测温。温。其特点是：测温传感器不与被测物体接触，也不其特点是：测温传感器不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，动态测量改变被测物体的温度分布，热惯性小，动态测量反应快，适于测量高温；但是受环境条件影响较反应快，适于测量高温；但是受环境条件影响较大，测量精度较低。从理论上讲，其测温上限是大，测量精度较低。从理论上讲，其测温上限是无限的，实际上一般只用到无限的，实际上一般只用到30003000。在高温领域。在高温领域中，使用较多的有辐射高温计、光学高温计和光中，使用较多的有辐射高温计、光学高温计和光

5、电高温计等。近些年来，红外辐射高温计、比色电高温计等。近些年来，红外辐射高温计、比色温度计的应用也在逐渐扩大。温度计的应用也在逐渐扩大。中国矿业大学机电学院一、热膨胀式温度计一、热膨胀式温度计 常用的有水银、双金属、压力等类型温度计。常用的有水银、双金属、压力等类型温度计。1.1.双金属温度计双金属温度计 测温原理：是一种固体膨胀式温度计，由两测温原理：是一种固体膨胀式温度计，由两种热膨胀系数不同的金属箔片组成测温敏感元件，种热膨胀系数不同的金属箔片组成测温敏感元件，一端固定一端固定,另一端自由，当温度变化时，由于两另一端自由，当温度变化时，由于两者伸缩不一致而发生弯曲，自由端就产生位移。者伸

6、缩不一致而发生弯曲，自由端就产生位移。如如图图9-19-1所示。所示。第九章第九章 温度测量温度测量9-2 9-2 接触式测温法接触式测温法热膨胀式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计热膨胀式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计中国矿业大学机电学院图图9-1 9-1 双金属温度计双金属温度计第九章第九章 温度测量温度测量应用：可制成不同形式的温度计。还可以制作自应用：可制成不同形式的温度计。还可以制作自动调节装置的敏感元件如动调节装置的敏感元件如图图9-29-2所示。所示。中国矿业大学机电学院E12图图9-2 双金属温度计双金属温度计1-1-指示灯指示灯 2-2-双金属感温元件双金属感温元件第九章

7、第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院2.2.压力式温度计压力式温度计测温原理：测温原理：是利用液体是利用液体或蒸汽压力使其工作的或蒸汽压力使其工作的接触式测温方法。感温接触式测温方法。感温筒置于被测介质中筒置于被测介质中,随随温度升高，筒内的酒精温度升高，筒内的酒精或水银等液体受热膨胀。或水银等液体受热膨胀。通过毛细管使波登管端通过毛细管使波登管端部产生角位移，指示温部产生角位移，指示温度值。度值。1-1-感温筒感温筒 2-2-酒精或水银酒精或水银 3-3-毛细管毛细管 4-4-波登管波登管 图图9-3 9-3 压力式温度传感器压力式温度传感器第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学

8、机电学院二、电阻温度计二、电阻温度计1 1）全属丝热电阻）全属丝热电阻a.a.金属丝电阻与温度的关系：金属丝电阻与温度的关系：R Rt t=R=R0 01+1+(t-t(t-t0 0)=R)=R0 0(1+(1+t)t)式中式中 R Rt t 温度为温度为t t的电阻的电阻,R R0 0温度为温度为t t0 0时的电阻时的电阻,电阻温度系数电阻温度系数,随不同材料而异。随不同材料而异。第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院b.b.测温范围：测温范围：常用测温电阻丝材料有铂、镍、铜等。常用测温电阻丝材料有铂、镍、铜等。其中：铂其中：铂 -259.32-259.32630.74630.

9、74，常用作国际实用温，常用作国际实用温标的基准器。铜及镍一般用于低温测量，铜标的基准器。铜及镍一般用于低温测量，铜0 0180180，镍，镍5050300 300 。c.c.接线法：接线法：一般采用电桥转换为电压的变化一般采用电桥转换为电压的变化,并由动圈式并由动圈式仪表仪表(毫伏计等毫伏计等)直接测量或经放大器输出，实行自直接测量或经放大器输出，实行自动测量或记录。动测量或记录。第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院 图图9-49-4是一种电阻丝测温传感器的结构形是一种电阻丝测温传感器的结构形式。引出导线有二线式、三线式等。采用三式。引出导线有二线式、三线式等。采用三线接法时线

10、接法时,具有相同温度特性的导线具有相同温度特性的导线r r1 1、r r2 2接接于相邻两桥臂上，此时，由于附加电阻引起于相邻两桥臂上，此时，由于附加电阻引起的输出将自行补偿。的输出将自行补偿。第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院图图9-4 9-4 热电桥电阻接法热电桥电阻接法返回返回第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院2 2）热敏电阻）热敏电阻a.a.测温原理测温原理0110TTBeRRR R0 0温度为温度为T T0 0时的电阻值时的电阻值BB电阻温度系数，通常取值为电阻温度系数，通常取值为3400K3400K第九章第九章 温度测量温度测量b.b.主要优缺点主要

11、优缺点 优点：灵敏度高；体积小，热惯性小，响应速优点：灵敏度高；体积小，热惯性小，响应速度快；电阻值大；稳定性好度快；电阻值大；稳定性好 缺点：非线性大；老化快；对环境温度敏感性大缺点：非线性大；老化快；对环境温度敏感性大c.c.应用应用 测温仪表、自动控制、自动检测等测温仪表、自动控制、自动检测等中国矿业大学机电学院 1.1.热电偶热电偶 测量原理：测量原理：基于两种不同材料的热电效应，基于两种不同材料的热电效应，输入是温度，输出是热电势。输入是温度，输出是热电势。基本要求：基本要求：在所测温度范围内具有较好的在所测温度范围内具有较好的灵敏度和直线性；熔点足够高，物理化学性能灵敏度和直线性；

12、熔点足够高，物理化学性能稳定；导电性和抗氧化性能好，电阻温度系数稳定；导电性和抗氧化性能好，电阻温度系数小等。小等。三、热电偶温度计三、热电偶温度计第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院 2.2.热电势测量：热电势测量：测温仪表：测温仪表：测量热电势可用动圈式仪表、电位测量热电势可用动圈式仪表、电位差计以及电子电位差计等。差计以及电子电位差计等。采用动圈式仪表测量热电势时，注意外接电阻采用动圈式仪表测量热电势时，注意外接电阻不能太大，这样有：不能太大，这样有：tiitteRRReE0RiRi仪表内阻；仪表内阻；R R0 0外接电阻外接电阻第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机

13、电学院第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院测温仪表同热电偶的组合测温仪表同热电偶的组合 针对不同的测温目的和要求，测温仪表与热电偶针对不同的测温目的和要求，测温仪表与热电偶可采用不同的组合方式。可采用不同的组合方式。（1 1）平均温度测量）平均温度测量（2 2）两点温度测量）两点温度测量（3 3）多点温度测量）多点温度测量（4 4）自然热电偶法）自然热电偶法第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院3 3、冷端补偿、冷端补偿（1 1）冷端恒温）冷端恒温(,0)(,)(,0)nnE tE t tE t第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院（2 2）冷端补偿）冷端

14、补偿第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院4 4、标定、标定第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院9-3 9-3 非接触式测温法非接触式测温法 一一:辐射温度计辐射温度计 工作原理如图工作原理如图9-59-5所示基于全辐射定律所示基于全辐射定律(即黑体的全范辐射出射度和它的绝对温度的即黑体的全范辐射出射度和它的绝对温度的四次方成正比四次方成正比)通常被测物体是通常被测物体是 的灰体的灰体(称为黑度称为黑度)，如果以黑体辐射作为基准进行定标刻度，如果以黑体辐射作为基准进行定标刻度，知道了物体的知道了物体的 值，即可根据公式求得物体值，即可根据公式求得物体的温度。的温度。1

15、04TTTT被测物体的温度被测物体的温度T T0 0黑体全辐射所具有的温度黑体全辐射所具有的温度第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院图图9-5 9-5 辐射温度计工作原理辐射温度计工作原理 11物镜物镜 22受热板受热板 33热电偶热电偶 44目镜目镜 55被测物体被测物体图9-5第九章第九章 温度测量温度测量中国矿业大学机电学院二二.红外测温红外测温 红外测温与辐射温度计测温原理相同，红外测温与辐射温度计测温原理相同，都是基于热辐射原理。不同之处是它有一都是基于热辐射原理。不同之处是它有一个红外探测器，辐射温度计多用于个红外探测器，辐射温度计多用于 以上的高温和可见光范围，而红外测温则以上的高温和可见光范围，而红外测温则用于低温和红外线范围。用于低温和红外线范围。800oC第九章第九章 温度测量温度测量