ch5温度测量课件

第第5章章 温度测量温度测量q温度：温度：q温标：华氏温标：华氏(Fahrenheit)、摄氏、摄氏(Celsius)、开氏、开氏(Kelvin)q测量目的测量目的监控、保证发动机正常工作监控、保证发动机正常工作温度对性能的影响温度对性能的影响性能评价性能评价q测量分类测量分类稳态：润滑油、冷却水、大气稳态：润滑油、冷却水、大气瞬态：缸内气体、进排气瞬态：缸内气体、进排气零件表面温度零件表面温度q测温基本原理测温基本原理温度温度T物体性质物体性质(随随T变化变化)输出输出尺寸、密度、体积、热电势、辐射强度、电阻尺寸、密度、体积、热电势、辐射强度、电阻q温度单位温度单位K、C1.q 测温仪表分类测温仪表分类接触式接触式膨胀式：液体、固体、压力温度计膨胀式：液体、固体、压力温度计热电阻热电阻热电偶热电偶非接触式非接触式辐射高温计辐射高温计光学高温计光学高温计比色高温计比色高温计对比：对比：被测温度场被测温度场 响应响应 精度精度接触式：接触式：破坏破坏 慢慢 高高非接触式非接触式：不破坏不破坏 快快 低低2.5.1 热电偶温度计热电偶温度计q特点：特点：精度高、范围广、响应快、远传、稳精度高、范围广、响应快、远传、稳定性好定性好一、测温原理及组成一、测温原理及组成1、热电效应、热电效应两种不同材料金属两种不同材料金属回路回路两接触点两接触点T不同不同3.5.1 热电偶温度计热电偶温度计q接触电势：接触电势：-电子扩散电子扩散材料电子密度不同材料电子密度不同(与与T、材料有关、材料有关)在两导体接触面在两导体接触面4.5.1 热电偶温度计热电偶温度计q温差电势：温差电势：-电子漂移电子漂移电子能量不同电子能量不同两端温度温度不同两端温度温度不同同一导体两端温度不同同一导体两端温度不同5.q总热电势总热电势6.q几点说明几点说明接触电势接触电势温差电势温差电势电子密度大的材料总是正极电子密度大的材料总是正极热电势方向总是与实际上高温端接触电势方向一致热电势方向总是与实际上高温端接触电势方向一致电子密度是温度电子密度是温度T的函数，但无法得到准确函数式的函数，但无法得到准确函数式EAB(T,T0)不能计算出来，而是通过实验得到的不能计算出来，而是通过实验得到的规定规定T00C时，将时，将EAB(T,T0)与与T的关系测量出来，制成表的关系测量出来，制成表热电偶的分度表热电偶的分度表热电势的大小用热电势的大小用EAB(T,T0)表示表示总热电势大小取决于材料、两端温度总热电势大小取决于材料、两端温度T，与热电偶丝的长，与热电偶丝的长短和粗细无关短和粗细无关A、B材料固定，则材料固定，则EAB(T,T0)f(T)-f(T0)当当T0固定，热电势是固定，热电势是T的单值函数的单值函数相同材料不产生热电势相同材料不产生热电势两端温度两端温度T相同也不产生热电势相同也不产生热电势7.q基本定律基本定律均质导体定律均质导体定律在用同一种均质材料组成的回路中，不论材料的截面积是否一致以及各在用同一种均质材料组成的回路中，不论材料的截面积是否一致以及各处的温度分布如何，该回路中的总热电势等于零。处的温度分布如何，该回路中的总热电势等于零。若要构成一热电偶，必须采用两种不同性质的材料若要构成一热电偶，必须采用两种不同性质的材料由同一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中产生热电势便说明由同一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中产生热电势便说明该材料是不均匀的。此定律可作为检验材质均匀性的原则。该材料是不均匀的。此定律可作为检验材质均匀性的原则。中间金属定律中间金属定律在热电偶回路中加入第三种导体，只要其两端温度相同，热电偶产生的在热电偶回路中加入第三种导体，只要其两端温度相同，热电偶产生的热电势保持不变。不受第三金属接入的影响。热电势保持不变。不受第三金属接入的影响。在热电偶回路中加入一种或几种其它均质材料，只要加入的材料两端温在热电偶回路中加入一种或几种其它均质材料，只要加入的材料两端温度相同，则对整个回路的热电势没有影响。根据该结论，就可以在热电度相同，则对整个回路的热电势没有影响。根据该结论，就可以在热电偶回路中接入仪表以便检测热电势的大小从而测出温度偶回路中接入仪表以便检测热电势的大小从而测出温度任何一种金属任何一种金属A或或B对另一种金属对另一种金属C的热电势为已知，则该两种金属组成的热电势为已知，则该两种金属组成的热电偶的热电势为它们对金属的热电偶的热电势为它们对金属C热电势的代数和。热电势的代数和。利用这一结论可以建立通用分度关系，使得热电偶的选配工作大大简化利用这一结论可以建立通用分度关系，使得热电偶的选配工作大大简化8.q基本定律基本定律中间温度定律中间温度定律热电偶在接点温度为热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为时的热电势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和和Tn、T0时相应的热电势的代数和。时相应的热电势的代数和。无论热电偶的工作温度为多少，都可以用一具有相同参考温度的分度表无论热电偶的工作温度为多少，都可以用一具有相同参考温度的分度表来确定其电势温度函数关系，该定律提供了电势与温度间的转换关系。来确定其电势温度函数关系，该定律提供了电势与温度间的转换关系。只要已知只要已知T1和和T2任一温度下的电势，则对应于任一温度下的电势，则对应于T1和和T2温差下的热电势温差下的热电势便为已知。该定律为热电偶的温差测量（差分热电偶）提供理论依据。便为已知。该定律为热电偶的温差测量（差分热电偶）提供理论依据。9.2、组成、组成q热电偶连接导线（补偿导线）指示仪表热电偶连接导线（补偿导线）指示仪表10.二、热电偶的冷端温度补偿二、热电偶的冷端温度补偿1、补偿原因、补偿原因qT0=const，EAB(T,T0)f(T)Cq分度表：分度表：T00C，EAB(T,0)f(T)q实际测量时，实际测量时，T0 0C，T0变化变化 2、补偿方法、补偿方法q冷端恒温法冷端恒温法q计算修正法计算修正法冷端冷端T0=const，EAB(T,0)EAB(T,T0)EAB(T0,0)T查分度表查分度表 测量测量 查分度表查分度表11.计算修正法举例：计算修正法举例：用铜用铜-康铜热电偶测量某介质温度，测出热电偶康铜热电偶测量某介质温度，测出热电偶输出的热电势为输出的热电势为-6.282mV，自由端，自由端(参比端参比端)置于置于恒温室内恒温室内t0=20，求该介质温度为多少？，求该介质温度为多少？12.q补偿导线法补偿导线法T0 const 补偿导线补偿导线 T0=const 计算修正计算修正选用热电偶匹配的材料选用热电偶匹配的材料q冷端补偿器冷端补偿器热电偶热电偶不平衡电桥直流电源毫伏计不平衡电桥直流电源毫伏计13.三、指示仪表三、指示仪表1、毫伏计、毫伏计q磁电式仪表磁电式仪表14.2、动圈式仪表、动圈式仪表q电流表电流表15.3、自动电位差计、自动电位差计q测温电桥产生电位差热电偶产生的热电势测温电桥产生电位差热电偶产生的热电势16.4、数字式仪表、数字式仪表四、多点热电偶测量线路四、多点热电偶测量线路17.18.19.20.五、热电偶常用材料及结构型式五、热电偶常用材料及结构型式1、材料要求、材料要求q二稳：二稳：物理：线性稳定物理：线性稳定化学：抗氧化、腐蚀化学：抗氧化、腐蚀q二高：二高：热电势高热电势高导电率高导电率高q复制性好：同样的热电偶，热电势相同复制性好：同样的热电偶，热电势相同q铁康铜铁康铜qNiCr-NiSiq铂铑铂铂铑铂21.22.q热电偶分度表热电偶分度表T0固定后，固定后，Et关系列成专门的表格关系列成专门的表格不同的热电偶具有不同的分度表。不同的热电偶具有不同的分度表。分度表中的数值通常分度表中的数值通常T0取为取为0，许多低温热电，许多低温热电偶分度表取偶分度表取T0为为0K。分度表中数值不是根据公式计算得到的（因为分度表中数值不是根据公式计算得到的（因为NA、NB与与T的函数关系很难得到），而是人们的函数关系很难得到），而是人们根据大量的科学实验总结出来的。根据大量的科学实验总结出来的。q分度号分度号与分度表相对应与分度表相对应23.2、结构型式、结构型式q工业用热电偶工业用热电偶露头型露头型绝缘型绝缘型接地型接地型24.q铠装式热电偶铠装式热电偶填充绝缘材料填充绝缘材料q薄膜式热电偶薄膜式热电偶25.2、热电偶测温误差分析、热电偶测温误差分析26.27.5.2 电阻式温度计电阻式温度计qRTq中低温，中低温，200 C 500 C一、电阻式温度传感元件一、电阻式温度传感元件1、热电阻、热电阻(1)铂电阻：铂电阻：100 C 500 CRt=R0(1+At+Bt2)0C t 650CRt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)3)-200C t 0CABCRt t近似呈线性近似呈线性q百度电阻比：百度电阻比：W(100)=R100/R0标准铂电阻：标准铂电阻：W(100)1.39256工业用标准铂电阻：工业用标准铂电阻：W(100)1.391分度号：分度号：Pt50、Pt100Pt100分度表28.q结构结构铂电阻丝铂电阻丝绝缘骨架绝缘骨架保护套管保护套管29.(2)铜电阻铜电阻50 C 150 CRt=R0(1+t)W(100)1.425，R0 50 、100 分度号：分度号：Cu50、Cu10030.(3)选用选用温度范围温度范围介质性质介质性质精度要求：标准热电阻、工程用热电阻精度要求：标准热电阻、工程用热电阻31.2、热敏电阻、热敏电阻q特性特性负温度系数型负温度系数型NTC测温测温正温度系数型正温度系数型PTC、临界温度型、临界温度型CTR开关元开关元件件q特点特点灵敏度高、热惯性小、体积小灵敏度高、热惯性小、体积小复制性差、输出非线性复制性差、输出非线性32.3、PN结型热敏元件结型热敏元件q二极管式二极管式q三极管式三极管式q集成电路集成电路33.三、指示仪表三、指示仪表1、动圈式指示调节仪、动圈式指示调节仪q不平衡电桥不平衡电桥q动圈电流热电阻动圈电流热电阻34.2、自动平衡电桥、自动平衡电桥q测量电桥与自动测量电桥与自动电位差计略有不电位差计略有不同同3、微机在温度测量、微机在温度测量中的应用中的应用35.三、连接导线（接线方法）三、连接导线（接线方法）q1、二导线法、二导线法q2、三导线法、三导线法36.四、误差分析四、误差分析q1、受热：不能自由膨胀、受热：不能自由膨胀内应力内应力q2、引线电阻、引线电阻q3、电流、电流发热发热q4、绝缘性、绝缘性q5、对温度场的影响、对温度场的影响q6、响应时间滞后、响应时间滞后q7、热辐射、热传导、热辐射、热传导q8、高速流动气体滞止、高速流动气体滞止 T 37.5.3 液体温度计液体温度计qT 液体液体膨胀膨胀1、玻璃管温度计、玻璃管温度计38.5.3 液体温度计液体温度计2、液体弹簧温度计、液体弹簧温度计39.5.4 电磁波高温计电磁波高温计一、光学高温计一、光学高温计q单色辐射强度与波长、温度有关单色辐射强度与波长、温度有关q单色亮度与单色辐射强度成正比单色亮度与单色辐射强度成正比qT 辐射能辐射能某一波长的单色射线的亮度某一波长的单色射线的亮度q利用亮度比较测温利用亮度比较测温二、辐射高温计二、辐射高温计qT 辐射能辐射能黑体黑体T 热电偶热电偶40.5.5 温度计的校验温度计的校验41.5.5 温度计的校验温度计的校验一、比较检定法一、比较检定法q被校温度计、标准温度计同时测定同一被测被校温度计、标准温度计同时测定同一被测温度温度1、液体槽、液体槽q水水 199 Cq润滑油润滑油 80300 Cq硝酸钾硝酸钠硝酸钾硝酸钠 160630 C2、管状电炉、管状电炉qT600 C42.5.5 温度计的校验温度计的校验二、定点检定法二、定点检定法q标准温度标准温度(国际实用温标国际实用温标)43.5.5 温度计的校验温度计的校验44.5.5 温度计的校验温度计的校验(1)沸点沸点 q温度较高时用硫沸点，稍低时用乙醇沸点。在低温下则用氧、氮、氢或温度较高时用硫沸点，稍低时用乙醇沸点。在低温下则用氧、氮、氢或氦沸点。氦沸点。q由于物质的沸点受气压影响很大，例如压力每升高由于物质的沸点受气压影响很大，例如压力每升高1mmHg，水沸点温，水沸点温度升高度升高0.036，硫沸点温度升高，硫沸点温度升高0.09。q在检定时，要同时测量大气压数值，并根据此进行温度指示值的修正。在检定时，要同时测量大气压数值，并根据此进行温度指示值的修正。(2)凝固点凝固点 q凝固点受大气压变化的影响非常小凝固点受大气压变化的影响非常小.q受物质纯度的影响比较大。如在金属中含有受物质纯度的影响比较大。如在金属中含有1/104的杂质可引起凝固点温的杂质可引起凝固点温度降低度降低0.1。蒸馏水和纯冰的均匀混合物可得到冰融点温度。蒸馏水和纯冰的均匀混合物可得到冰融点温度.q金属凝固点是高温温度计定点检定常用的固定点，用这种方法时要防止金属凝固点是高温温度计定点检定常用的固定点，用这种方法时要防止金属的氧化和沾污问题。一旦发生氧化，混合物的熔点就会降低。金属的氧化和沾污问题。一旦发生氧化，混合物的熔点就会降低。(3)三相点三相点 q实验研究表明，物质的三相点不受大气压的影响，也不需测量压强。所实验研究表明，物质的三相点不受大气压的影响，也不需测量压强。所以人们普遍认为用三相点作为温度的固定点比沸点更好。以人们普遍认为用三相点作为温度的固定点比沸点更好。q现在已研制成功多种密封的三相点容器（如氩、氮、氢、氧等）以及水现在已研制成功多种密封的三相点容器（如氩、氮、氢、氧等）以及水三相点瓶。它们具有长期的稳定性和良好的复现性，准确度达三相点瓶。它们具有长期的稳定性和良好的复现性，准确度达0.1mK，这将给温度校验带来极大的方便。，这将给温度校验带来极大的方便。45.5.6 发动机中实际温度的测量发动机中实际温度的测量一、稳定流体一、稳定流体q稳定工况稳定工况大气、冷却水、润滑油、燃料大气、冷却水、润滑油、燃料液体温度计、热电偶、热电阻液体温度计、热电偶、热电阻二、高速脉动气流二、高速脉动气流q排气排气q要求热惯性小要求热惯性小薄膜热电偶薄膜热电偶热电阻热电阻46.5.6 发动机中实际温度的测量发动机中实际温度的测量三、喷油嘴三、喷油嘴q燃油温度燃油温度热电偶热电偶q针阀阀座温度针阀阀座温度热电偶热电偶47.5.6 发动机中实际温度的测量发动机中实际温度的测量四、火花塞四、火花塞q中央电极温度中央电极温度热电偶热电偶48.5.6 发动机中实际温度的测量发动机中实际温度的测量五、燃烧火焰五、燃烧火焰q接触法热电阻或热电偶测温法接触法热电阻或热电偶测温法热惯性更小热惯性更小物理化学性能好物理化学性能好q非接触法光学测温法非接触法光学测温法二色法二色法燃用重质燃料的发动机燃用重质燃料的发动机光谱转化法光谱转化法轻质燃料或气体发动机轻质燃料或气体发动机49.5.6 发动机中实际温度的测量发动机中实际温度的测量六、零部件六、零部件易熔合金法易熔合金法硬度硬度示温涂料示温涂料50.个人观点供参考，欢迎讨论！