第二章-温度测量节课件.ppt
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1、第二章温度测量第二章温度测量 第一节第一节 测温仪表的分类测温仪表的分类一、温度和温标一、温度和温标 温度是表征物体或系统的冷热程度的物理温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。从微观上讲是物质分子运动平均动能大量。从微观上讲是物质分子运动平均动能大小的标志,它反映物质内部分子无规则运动小的标志,它反映物质内部分子无规则运动的剧烈程度。的剧烈程度。温标是用来衡量温度高低的标准尺度。它温标是用来衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的读数起点和测量单位。各种测温规定温度的读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由温标确定。国际上常用温仪表的刻度数值由温标确定。国际上常用温标有摄氏温标、华氏温标、国
2、际实用温标等。标有摄氏温标、华氏温标、国际实用温标等。国际实用温标是国际单位制中七个基本单位国际实用温标是国际单位制中七个基本单位之一之一 。(一)摄氏温标(一)摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰点定为规定标准大气压下纯水的冰点定为0 0摄氏度,把水摄氏度,把水的沸点定为的沸点定为100100摄氏度的一种温标。把摄氏度的一种温标。把0 0摄氏度到摄氏度到100100摄氏度之间分成摄氏度之间分成100100等分,每一等分为一摄氏度。常等分,每一等分为一摄氏度。常用代号表示,单位符号为用代号表示,单位符号为。(二)华氏温标(二)华氏温标 规定标准大气压下水的冰点温度为规定标准大气压下水的冰点温度为3
3、232度,沸点度,沸点温度为温度为212212度,中间划分度,中间划分180180等分。每一等分称为华等分。每一等分称为华氏一度。常用代号表示,单位符号为。氏一度。常用代号表示,单位符号为。摄氏度与摄氏度与华氏度的换算关系为:华氏度的换算关系为:)32(95Ft 摄氏温标、华氏温标都是用水银作为温度摄氏温标、华氏温标都是用水银作为温度计的测温介质,是依据液体受热膨胀的原理计的测温介质,是依据液体受热膨胀的原理来建立温标和制造温度计的。由于不同物质来建立温标和制造温度计的。由于不同物质的性质不同,它们受热膨胀的情况也不同,的性质不同,它们受热膨胀的情况也不同,测得的温度数值就会不同,温标难以统一
4、。测得的温度数值就会不同,温标难以统一。(三)热力学温标(三)热力学温标 热力学温标规定物质分子运动停止时的温热力学温标规定物质分子运动停止时的温度为绝对零度,是仅与热量有关而与测温物度为绝对零度,是仅与热量有关而与测温物质无关的温标。因是开尔文总结出来的,故质无关的温标。因是开尔文总结出来的,故又称为开尔文温标,用符号又称为开尔文温标,用符号K K表示。热力学温表示。热力学温标是一种理想温标,是不可能实现的。标是一种理想温标,是不可能实现的。(四)国际实用温标(四)国际实用温标 为了温度标准的统一及实用方便,国际上协商为了温度标准的统一及实用方便,国际上协商决定,建立一种既能体现热力学温度,
5、又使用方便、决定,建立一种既能体现热力学温度,又使用方便、容易实现的温标,这就是国际实用温标,又称国际容易实现的温标,这就是国际实用温标,又称国际温标,用代号温标,用代号T T表示,单位符号为表示,单位符号为K K。规定水三相点规定水三相点热力学温度为热力学温度为273.16273.16K K,1K1K定义为水三相点热力学定义为水三相点热力学温度的温度的1 1273.16273.16。水三相点是指化学纯水在固态、。水三相点是指化学纯水在固态、液态及气态三相平衡时的温度。液态及气态三相平衡时的温度。摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同,即摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同,即温度间隔温度间隔1
6、 1K K等于等于,标准大气压下冰的融化温度,标准大气压下冰的融化温度T T0 0=273.15K=273.15K。即水的三相点的温度比冰融点高出即水的三相点的温度比冰融点高出0.010.01,由于水的三相点温度易于复现,复现精度,由于水的三相点温度易于复现,复现精度高,而且保存方便,是冰点不能比拟的,所以国际高,而且保存方便,是冰点不能比拟的,所以国际实用温度规定,建立温标的唯一基准点选用水的三实用温度规定,建立温标的唯一基准点选用水的三相点。相点。15.273 tT二、温度检测的主要方法及分类二、温度检测的主要方法及分类温度检测方法一般可以分为两大类:接触测量法:测温敏感元件直接与被测介质
7、接触。使被测介质与测温敏感元件进行充分地热交换,使两者具有同一温度,达到测量的目的。非接触测量法:利用物质的热辐射原理,测温敏感元件不与被测介质接触。通过辐射和对流实现热交换。达到测量的目的。常用的测温方法、类型及特点见表2-1所示。常用温度计主要是根据物质的热膨胀效应、热辐射效应、热电势特性、热电阻特性等制成的。第二节第二节 双金属片温度计双金属片温度计 两种热膨胀系数不同的金属片将两片粘贴在一两种热膨胀系数不同的金属片将两片粘贴在一起,一端固定,另一端为自由端,自由端与指示系统起,一端固定,另一端为自由端,自由端与指示系统相联接。当温度由相联接。当温度由t t0 0变化到时,由于两种不同的
8、金变化到时,由于两种不同的金属片热膨胀不一致而发生弯曲,即双金属片由属片热膨胀不一致而发生弯曲,即双金属片由t t0 0时初时初始位置变化到时的相应位置,最后导致自由端产生始位置变化到时的相应位置,最后导致自由端产生一定的角位移。一定的角位移。一般应用在一般应用在-80-80600600范围内,最好情况下,精度范围内,最好情况下,精度可达可达0.50.51.01.0级级 突出特点是:抗震性能好,结构简单,牢固可靠,突出特点是:抗震性能好,结构简单,牢固可靠,读数方便,但它的精度不高,测量范围也不大。读数方便,但它的精度不高,测量范围也不大。)(0ttf第三节第三节 玻璃液柱温度计玻璃液柱温度计
9、 一、分类、结构形式和特点一、分类、结构形式和特点 玻璃液柱膨胀式温度计是利用液体体积随温玻璃液柱膨胀式温度计是利用液体体积随温度升高而膨胀,导致玻璃管内液柱长度增长的原理度升高而膨胀,导致玻璃管内液柱长度增长的原理制成的。将测温液体封入带有感温包和毛细管的玻制成的。将测温液体封入带有感温包和毛细管的玻璃内,在毛细管旁加上刻度即构成玻璃液柱膨胀式璃内,在毛细管旁加上刻度即构成玻璃液柱膨胀式温度计。其特点为结构简单,测量准确,价廉,读温度计。其特点为结构简单,测量准确,价廉,读数和使用方便,因而得到广泛应用。其缺点为易损数和使用方便,因而得到广泛应用。其缺点为易损坏,热惯性大,对温度波动跟随性差
10、,不能远传信坏,热惯性大,对温度波动跟随性差,不能远传信号和自动记录。玻璃液体膨胀式温度计类型如下。号和自动记录。玻璃液体膨胀式温度计类型如下。按感温液体分类:)水银玻璃温度计按感温液体分类:)水银玻璃温度计)有机液体玻璃温度计)有机液体玻璃温度计按用途精度分类:)普通型玻璃温度计按用途精度分类:)普通型玻璃温度计)精密型玻璃温度计)精密型玻璃温度计)贝克曼玻璃温度计)贝克曼玻璃温度计)电接点玻璃温度计)电接点玻璃温度计按结构形式分类:)棒式玻璃温度计按结构形式分类:)棒式玻璃温度计)内标式玻璃温度计)内标式玻璃温度计)可调电接点玻璃温度计)可调电接点玻璃温度计)固定电接点玻璃温度计)固定电接
11、点玻璃温度计 测温上限超过测温上限超过300300的采用硅硼玻璃,超过的采用硅硼玻璃,超过500500的采用石英玻璃。常用测温液体及其性能见表的采用石英玻璃。常用测温液体及其性能见表2-22-2。毛细管中未加压的水银玻璃温度计的测量上限毛细管中未加压的水银玻璃温度计的测量上限一般为一般为300300。如毛细管中充以。如毛细管中充以2 2MPaMPa的氮气,可将的氮气,可将测量上限提高到测量上限提高到500500。如充以。如充以8 8MPaMPa的氮气,可将的氮气,可将测量上限提高到测量上限提高到750750。(一)棒式玻璃温度计(一)棒式玻璃温度计 (二)内标式玻璃液体温度计(二)内标式玻璃液
12、体温度计 (三)电接点玻璃温度计(三)电接点玻璃温度计 (四)贝克曼玻璃温度计(四)贝克曼玻璃温度计贝克曼玻璃温度计是一种高精度温度计,用于贝克曼玻璃温度计是一种高精度温度计,用于微小温度变化的测量,其标尺的全部测量范围约微小温度变化的测量,其标尺的全部测量范围约55,其分度值为,其分度值为0.010.01或更小。或更小。二、玻璃液体膨胀式温度计的使用二、玻璃液体膨胀式温度计的使用(一)允许误差(一)允许误差 玻璃液体膨胀式温度计的示值误差表明其显示值玻璃液体膨胀式温度计的示值误差表明其显示值与真实值之间的偏差。普通型玻璃温度计与精密型与真实值之间的偏差。普通型玻璃温度计与精密型玻璃温度计的允
13、许示值误差见表玻璃温度计的允许示值误差见表2-32-3。(二)误差原因及处理(二)误差原因及处理使用玻璃液体膨胀式温度计时会产生各种误差,使用玻璃液体膨胀式温度计时会产生各种误差,因此在使用时应经常检查,以保证测温准确。这些因此在使用时应经常检查,以保证测温准确。这些误差一般是由于零点位移、标尺位移、液柱断裂、误差一般是由于零点位移、标尺位移、液柱断裂、温度计惰性、浸没深度变动、读数方法不正确等因温度计惰性、浸没深度变动、读数方法不正确等因素造成的。对各种误差成因的处理方法见表素造成的。对各种误差成因的处理方法见表2-42-4。第四节第四节 压力式温度计压力式温度计 压力式温度计靠在密闭容器中
14、液体或气体压力式温度计靠在密闭容器中液体或气体受热后压力的升高反映被测温度,指示仪表是受热后压力的升高反映被测温度,指示仪表是普通的压力表。由温包、毛细管和压力敏感元普通的压力表。由温包、毛细管和压力敏感元件件(如弹簧管、膜盒、波纹管等如弹簧管、膜盒、波纹管等)组成。温包、组成。温包、毛细管和弹簧管三者的内腔共同构成一个封闭毛细管和弹簧管三者的内腔共同构成一个封闭容器,其中充入工作物质。容器,其中充入工作物质。温包材料应具有防腐能力、良好的导热率、温包材料应具有防腐能力、良好的导热率、体膨胀系数要小。体膨胀系数要小。根据充人密闭系统内工作物质的不同可分为充气根据充人密闭系统内工作物质的不同可分
15、为充气体的压力温度计和充蒸气的压力温度计。体的压力温度计和充蒸气的压力温度计。一、充气体的压力温度计一、充气体的压力温度计气体状态方程式表明,对一定量气体状态方程式表明,对一定量n n的气体,如果它的气体,如果它的体积的体积V V一定,则它的温度一定,则它的温度T T与压力与压力p p成正比。因此,成正比。因此,在密封容器内充以气体,就构成充气体的压力温度计。在密封容器内充以气体,就构成充气体的压力温度计。工业上用的充气体的压力温度计通常充氮气,它能测工业上用的充气体的压力温度计通常充氮气,它能测量的最高温度可达量的最高温度可达500500550550,在低温下则充氢气,在低温下则充氢气,它的
16、测温下限可达它的测温下限可达-120-120。在过高的温度下,温包中。在过高的温度下,温包中充填的气体会较多地透过金属壁而扩散,这样会使仪充填的气体会较多地透过金属壁而扩散,这样会使仪表读数偏低。表读数偏低。二、充蒸汽的压力温度计二、充蒸汽的压力温度计 根据低沸点液体的饱和蒸气压只和气液分界面的根据低沸点液体的饱和蒸气压只和气液分界面的温度有关这一原理制成的。其感温包中充入约占温度有关这一原理制成的。其感温包中充入约占2 23 3容积的低沸点液体,其余容积则充满液体的饱和蒸汽。容积的低沸点液体,其余容积则充满液体的饱和蒸汽。当感温包温度变化时,蒸汽的饱和蒸汽压发生相应变当感温包温度变化时,蒸汽
17、的饱和蒸汽压发生相应变化,这一压力变化通过一只插入到感温包底部的毛细化,这一压力变化通过一只插入到感温包底部的毛细管进行传递。管进行传递。其优点是感温包的尺寸比较小、灵敏度高。其优点是感温包的尺寸比较小、灵敏度高。其缺点是测量范围小、标尺刻度不均匀,而且由其缺点是测量范围小、标尺刻度不均匀,而且由于充人蒸汽的原始压力与大气压力相差较小,测量精于充人蒸汽的原始压力与大气压力相差较小,测量精度易受大气压力的影响。度易受大气压力的影响。压力温度计的主要特点是结构简单,强度较高,压力温度计的主要特点是结构简单,强度较高,抗振性较好。抗振性较好。第五节第五节 热电偶温度计热电偶温度计 一、热电偶测温原理
18、一、热电偶测温原理 (一)接触电势(一)接触电势接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势,又称帕尔贴度不同而在接触处形成的电动势,又称帕尔贴(PeltierPeltier)电势。电势。(二)温差电势(二)温差电势温差电势是在同一导体的两端因其温度不同而温差电势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。又称汤姆孙产生的一种热电势。又称汤姆孙(Thomson)Thomson)电势。电势。(三)热电偶回路的热电势(三)热电偶回路的热电势二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律(一)均质导体定律(一)均质导体定律 由一种均质导体或
19、半导体组成的闭合回路,由一种均质导体或半导体组成的闭合回路,不论其截面、长度如何以及各处的温度如何分不论其截面、长度如何以及各处的温度如何分布,都不会产生热电势。布,都不会产生热电势。(二)中间导体定律(二)中间导体定律 在热电偶回路中,接人第三种导体在热电偶回路中,接人第三种导体C C,只要只要这第三种导体两端温度相同,则热电偶所产生这第三种导体两端温度相同,则热电偶所产生的热电势保持不变。的热电势保持不变。(三)中间温度定律(三)中间温度定律(四)连接导体定律(四)连接导体定律三、热电偶的材料、分类与构造三、热电偶的材料、分类与构造(一)热电偶的材料(一)热电偶的材料(1)(1)在测温范围
20、内,热电性质稳定,不随时在测温范围内,热电性质稳定,不随时间和被测介质变化,物理化学性能稳定,不间和被测介质变化,物理化学性能稳定,不易氧化或腐蚀。易氧化或腐蚀。(2)(2)导电率要高,并且电阻温度系数要小。导电率要高,并且电阻温度系数要小。(3)(3)它们组成的热电偶,热电势随温度的变它们组成的热电偶,热电势随温度的变化率要大,并且希望该变化率在测温范围内化率要大,并且希望该变化率在测温范围内接近常数。接近常数。(4)(4)材料的机械强度要高,复制性要好,复材料的机械强度要高,复制性要好,复制工艺要简单,价格便宜。制工艺要简单,价格便宜。(二)热电偶的分类(二)热电偶的分类 按照标准化程度,
21、热电偶分为标准热电偶按照标准化程度,热电偶分为标准热电偶和非标准热电偶。国际电工委员会和非标准热电偶。国际电工委员会(简称简称IEC)IEC)对被公认性能较好的材料,制定了统一的标准,对被公认性能较好的材料,制定了统一的标准,共有八种,我国已决定标准热电偶均采用共有八种,我国已决定标准热电偶均采用IECIEC标准。如表标准。如表2-52-5所示为常用热电偶简要技术数所示为常用热电偶简要技术数据。据。(三)热电偶的结构(三)热电偶的结构按照构造热电偶分为普通型、铠装型和按照构造热电偶分为普通型、铠装型和薄膜型等类。普通型热电偶由热电极、绝薄膜型等类。普通型热电偶由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒
22、等组成,如图缘管、保护套管和接线盒等组成,如图2-2-1111所示;所示;.热电极热电极热电偶常以热电极材料种类来命名,贵金属热电极直径大多热电偶常以热电极材料种类来命名,贵金属热电极直径大多是是0.130.130.650.65mmmm,普通金属热电极直径为普通金属热电极直径为0.50.53.23.2mmmm。热电极长热电极长度通常为度通常为35035020002000mmmm。.绝缘管绝缘管 又称绝缘子,用来防止两根热电极短路,常用的是氧化铝又称绝缘子,用来防止两根热电极短路,常用的是氧化铝和耐火陶瓷。它一般制成圆形,中间有孔,长度为和耐火陶瓷。它一般制成圆形,中间有孔,长度为2020mmm
23、m,使用时使用时根据热电极的长度,可多个串起来使用。根据热电极的长度,可多个串起来使用。.保护套管保护套管为使热电极与被测介质隔离,并使其免受化学侵蚀或机械损伤,为使热电极与被测介质隔离,并使其免受化学侵蚀或机械损伤,热电极在套上绝缘管后再装入套管内。对保护套管的要求一方面热电极在套上绝缘管后再装入套管内。对保护套管的要求一方面要经久耐用,能耐温度急剧变化,耐腐蚀,不分解出对电极有害要经久耐用,能耐温度急剧变化,耐腐蚀,不分解出对电极有害的气体,有良好的气密性及足够的机械强度;另一方面是传热良的气体,有良好的气密性及足够的机械强度;另一方面是传热良好,传热性能好,传热性能 。.接线盒接线盒接线
24、盒供热电偶与补偿导线连接用。一般用铝合金制成,分普接线盒供热电偶与补偿导线连接用。一般用铝合金制成,分普通式和防溅式通式和防溅式(密封式密封式)两类,为防止灰尘、水份及有害气体侵入两类,为防止灰尘、水份及有害气体侵入保护套管内。接线端子上注明热电极的正、负极性。保护套管内。接线端子上注明热电极的正、负极性。铠装热电偶是由热电极、绝缘材料铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管经拉伸加工而成的组合体。和金属套管经拉伸加工而成的组合体。它可以做得很长很细,在使用中可以随它可以做得很长很细,在使用中可以随测量需要进行弯曲。热电极和套管之间测量需要进行弯曲。热电极和套管之间填满了绝缘材料的粉末,目前常
25、用的绝填满了绝缘材料的粉末,目前常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。目前生产缘材料有氧化镁、氧化铝等。目前生产的铠装热电偶外径一般为的铠装热电偶外径一般为0.250.251212mmmm,有多种规格。最长的可达有多种规格。最长的可达100100m m以上。铠以上。铠装热电偶的主要特点是,测量端热容量装热电偶的主要特点是,测量端热容量小,动态响应快,机械强度高,抗性好,小,动态响应快,机械强度高,抗性好,耐高压、耐强烈震动和耐冲击,可安装耐高压、耐强烈震动和耐冲击,可安装在结构复杂的装置上,因此已被广泛用在结构复杂的装置上,因此已被广泛用在许多工业部门中。在许多工业部门中。四、热电偶冷端温度补偿四
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