热工测量与自动控制-课件

热工测量与自动控制教学教学大纲说明大纲说明：（一）课程的基本要求（一）课程的基本要求 初步掌握工程的测量方法以及误差分析与数据处初步掌握工程的测量方法以及误差分析与数据处理，能够正确选择和使用安装测量仪表、仪器，合理理，能够正确选择和使用安装测量仪表、仪器，合理组建常用的测量系统，了解自动控制的基本原理，能组建常用的测量系统，了解自动控制的基本原理，能准确地提出本专业对自动控制的要求正确绘制自动控准确地提出本专业对自动控制的要求正确绘制自动控制原理示意图，并能配合自控人员进行工程调试。制原理示意图，并能配合自控人员进行工程调试。（二）本课程与其它课程的关系（二）本课程与其它课程的关系 本课程是本专业的一门专业课，与其它课程有横本课程是本专业的一门专业课，与其它课程有横向联系，在学生对于其它专业课的内容有所了解的基向联系，在学生对于其它专业课的内容有所了解的基础上，开设本课使学生对于该专业各参数是如何测量础上，开设本课使学生对于该专业各参数是如何测量的有所认识。的有所认识。（三）教学要求、重点、深广度和教学方法建议（三）教学要求、重点、深广度和教学方法建议 要求学生掌握教学大纲要求的内容、重点是各热要求学生掌握教学大纲要求的内容、重点是各热工参数的测量和自动测量的基本知识和术语，对于各工参数的测量和自动测量的基本知识和术语，对于各种仪表的制造原理有所了解，重点掌握各种的仪表使种仪表的制造原理有所了解，重点掌握各种的仪表使用方法和各专业运行调试的方法。对于自动控制部分用方法和各专业运行调试的方法。对于自动控制部分的内容作为了解。的内容作为了解。绪论TC1M温度传感器温度传感器控制器控制器恒温室恒温室热工测量热工测量-测量与测量仪表的基本知识、误差的基本性测量与测量仪表的基本知识、误差的基本性质与处理、各种热工参数测量仪表的结构、原理与使用质与处理、各种热工参数测量仪表的结构、原理与使用测量热工参数测量热工参数:温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量自动控制自动控制-自动控制原理、自动控制仪表、自动控制系自动控制原理、自动控制仪表、自动控制系统、自动控制在暖通工程上的应用统、自动控制在暖通工程上的应用20温度计温度计恒温室恒温室20 1 第一章 测量的基本知识测量的基本知识（授课授课4 4学时）学时）1-1 测量的意义及方法一、测量的概念一、测量的概念测量就是用专门的技术工具依靠实验和计算找到测量值测量就是用专门的技术工具依靠实验和计算找到测量值1 1、测量的定义：以同性质的标准量与被、测量的定义：以同性质的标准量与被 测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。被测量：被测量：X=a U X=a U 两者的比值（测量值）两者的比值（测量值）测量单位（测量单位（S SI I）测量方法测量方法 测量仪器与设备测量仪器与设备测量过程的三要素测量过程的三要素玻璃感温包玻璃感温包毛毛细细管管标标尺尺(1-1)标准量（测量单位）标准量（测量单位）测量的基本方程式测量的基本方程式X=a U2 2、测量过程及变换（转换）：、测量过程及变换（转换）：测量过程测量过程包括包括调零、对比、示差、调平衡、读数调零、对比、示差、调平衡、读数五个动作。五个动作。测量变换的定义是指把被测量按一定的规律变换成另测量变换的定义是指把被测量按一定的规律变换成另一个物理量的过程。实现该过程的元件称为测量元件。一个物理量的过程。实现该过程的元件称为测量元件。变换是测量的核心。变换是测量的核心。二、测量的方法二、测量的方法(如何实现如何实现被测量与标准量比较的方法被测量与标准量比较的方法)（一）按照获取测量结果的程序分（一）按照获取测量结果的程序分（二）按照仪表特点分（二）按照仪表特点分（三）按照被测对象在测量过程中的状态分（三）按照被测对象在测量过程中的状态分（四）按照测量精度分（四）按照测量精度分直接测量测量间接测量测量组合测量组合测量非零测量法测量法零位法法 微差法微差法等精度测量等精度测量 不等精度测量不等精度测量接触测量法测量法 非非接触测量法测量法静态(稳态)动态点测量点测量 场测量场测量等精度测量等精度测量测量条件完全相同的情况下进行测量，其精度相同测量条件完全相同的情况下进行测量，其精度相同。热水热量指示积算仪热水热量指示积算仪测量过程包括调零、对比、示差、调平衡、读数五个动作测量过程包括调零、对比、示差、调平衡、读数五个动作铂热电阻铂热电阻caRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 2caRRtbEGdRt0R2R4R3Rpr1求解联立方程，求解联立方程，得出常数得出常数A、B大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点A B213dd0Dh1h2hH01020300203020101010203030封液封液(水、酒水、酒精、水银精、水银)U形管压力计形管压力计610mm时间室内温度0室外温度0时间PAPB流量 1-2 测量系统-为完成为完成测量测量任务而被组合在一起的整体。任务而被组合在一起的整体。一、测量系统的基本功能一、测量系统的基本功能二、测量系统的组成二、测量系统的组成变换功能变换功能 选择功能选择功能 比较和运算功能显比较和运算功能显示和记录功能示和记录功能传感器传感器 中间变换器中间变换器显示装置显示装置传感器传感器中间变换器中间变换器显示显示(记录记录)电源电源y=f(x)x被测信号被测信号控制控制器器玻璃感温包玻璃感温包毛细管标尺在实际应用中，一般用干、湿球温度计来测量出湿球温在实际应用中，一般用干、湿球温度计来测量出湿球温度，近似代替热力学湿球温度。并且得到相对湿度。度，近似代替热力学湿球温度。并且得到相对湿度。v2.5m/s为常数为常数湿球温度干球温度t-ts纱布水变换元件变换元件Xg1g2gmY=f(X,g1,g2gm)风扇变换功能变换功能 选择功能选择功能 比较和运算功能显比较和运算功能显示和记录功能示和记录功能三、热工测量仪表的分类三、热工测量仪表的分类（一）按被测参数分类（一）按被测参数分类-温度、湿度、压力、流量、温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量流速、液位、热量（二）按显示记录形式分类（二）按显示记录形式分类 （三）工作原理分类（三）工作原理分类:机械式机械式/电子式电子式/气动式气动式/液动式液动式（四）其他分类（四）其他分类模拟式仪表模拟式仪表记录仪表记录仪表指针指示仪表指针指示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表模拟式信号记录仪表模拟式信号记录仪表数字打印记录仪表数字打印记录仪表记录仪表记录仪表指示仪表指示仪表按显示功能分类按显示功能分类用途：标准用途：标准/实验实验/工程用仪表工程用仪表 装置地点：就地安装仪表和盘用仪表装置地点：就地安装仪表和盘用仪表使用方法：固定式仪表和便携式仪表使用方法：固定式仪表和便携式仪表1-3 测量误差与测量精度被测量的真值：被测量的真值：一、测量误差：测量结果与被测量的真值之间的差一、测量误差：测量结果与被测量的真值之间的差系统误差（系差）系统误差（系差）随机误差（偶然误差）随机误差（偶然误差）粗大误差（过失误差）粗大误差（过失误差）.按误差产生的原因按误差产生的原因 及性质的不同分为及性质的不同分为 按误差的按误差的 表示方法分表示方法分绝对误差绝对误差 =X-X0 (1-3)相对误差相对误差测量结果表达式：测量结果表达式：X0=a U X0为一不确定值，在一区间范围内。只有当给出了测为一不确定值，在一区间范围内。只有当给出了测量结果量结果X、误差范围、误差范围 max 及其单位，测量才算完成。及其单位，测量才算完成。（一）系统误差（一）系统误差:在多次等精度测量同一恒定值时，在多次等精度测量同一恒定值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时也按误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时也按某种规律变化的误差，简称系差。某种规律变化的误差，简称系差。产生原因：五条产生原因：五条P.11P.11（二）随机误差（二）随机误差:在多次等精度测量同一恒定值时，在多次等精度测量同一恒定值时，其绝对值和符号无规则变化的误差，测量次数足够多其绝对值和符号无规则变化的误差，测量次数足够多时，服从统计规律，误差的平均值趋近于零。又称偶时，服从统计规律，误差的平均值趋近于零。又称偶然误差。然误差。产生原因：三条产生原因：三条P.11 P.11（三）粗大误差（三）粗大误差:在一定的测量条件下，测量值明显在一定的测量条件下，测量值明显地偏离实际值所形成的误差，简称粗差，又称过失误地偏离实际值所形成的误差，简称粗差，又称过失误差。差。产生原因：产生原因：粗心失误粗心失误毛毛细细管管标标尺尺标标准准温温度度计计6780100200二、二、测量精度测量精度(a)弹着点分散而偏斜弹着点分散而偏斜,测量中既不精密测量中既不精密,也不正确也不正确,即精确度很低。即精确度很低。(b)弹着点仍较分散，但大致围绕靶心，属于正确而欠精密。弹着点仍较分散，但大致围绕靶心，属于正确而欠精密。(c)弹着点密集，但明显偏向一方，属于精密高而正确度差弹着点密集，但明显偏向一方，属于精密高而正确度差(准星准星 (d)弹着点相离很近且都围绕靶心，弹着点相离很近且都围绕靶心，有问题有问题)属于即精密高又正确，精确度很高。属于即精密高又正确，精确度很高。B点为坏值，应予以剔除。点为坏值，应予以剔除。保证精确度高应满足三个方面的条件：保证精确度高应满足三个方面的条件：(a)(b)(c)(d)靶心靶心-测量的真值测量的真值 靶上的弹着点靶上的弹着点-测量的结果测量的结果随机误差小随机误差小-精密度精密度高系统误差小系统误差小-正确度正确度高粗大误差粗大误差-坏值坏值精确度高精确度高三、随机误差的特性与处理三、随机误差的特性与处理（一）随机误差的特性随机误差的特性剔出粗差，消除系差，对同一量值进行无数次等精度剔出粗差，消除系差，对同一量值进行无数次等精度测量，得到的测量值测量，得到的测量值X Xi i叫测量列：叫测量列：X X1 1、X X2 2、X Xn n 被测参数的真值被测参数的真值组别x1x2x3x4x5x6xmax-xminA6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30 0.1237.806.300.05B6.00 6.30 6.60 6.20 6.40 6.30 0.6037.806.300.20n次测量的最佳值或次测量的最佳值或 最优概值最优概值(算术平均值算术平均值)：5676.30保证精确度高应满足三个方面的条件：保证精确度高应满足三个方面的条件：（1 1）性能优良的测量仪表）性能优良的测量仪表（2 2）正确的测量方法）正确的测量方法（3 3）正确细心的测量操作）正确细心的测量操作要实现准确测量必须做到要实现准确测量必须做到:(1)(1)尽量避免过失误差（粗差）尽量避免过失误差（粗差）(2)(2)尽量减少系统误差到可以忽略的程度尽量减少系统误差到可以忽略的程度(3)(3)仔细地设计测量，并尽可能地进行多次（多次测仔细地设计测量，并尽可能地进行多次（多次测量的平均值，其随机误差比单个测量值的随机误量的平均值，其随机误差比单个测量值的随机误差小）差小）1.1.正态分布：正态分布：若一系列测量值中不含系统若一系列测量值中不含系统误差和粗大误差，随机误差：误差和粗大误差，随机误差：图图1-4 正态分布的正态分布的 随机误差概率密度曲线随机误差概率密度曲线(1-7)-标准偏差的最佳估计值标准偏差的最佳估计值（1-9）算术平均值的标准偏差算术平均值的标准偏差（1-10）-标准偏差（教材上称标准误差）标准偏差（教材上称标准误差）0 正态分布函数为正态分布函数为 :(随机误差落在随机误差落在 到到的概率的概率)（1-8）分布密度函数：分布密度函数：正态分布函数为：正态分布函数为：0（1-8）2、正态分布的随机误差具有的特性：正态分布的随机误差具有的特性：（1）随机误差的正负值分布具有对称性）随机误差的正负值分布具有对称性（2）随机误差数值分布的规律性）随机误差数值分布的规律性（3）随机误差绝对值的有限性）随机误差绝对值的有限性（4）曲线的对称性）曲线的对称性（二）随机误差的处理：（二）随机误差的处理：随机误差随机误差 i 落在落在 到到的概率为：的概率为：随机误差随机误差i落在落在-到到的概率为的概率为令：令：正态分布积分表（表正态分布积分表（表1-1）P.14：随机误差随机误差i落在落在（-，+）区间的概率为）区间的概率为0-2-23-3标准正态分布的分布函数标准正态分布的分布函数随机误差随机误差i落在（落在（-，+）区间的概率为：区间的概率为：随机误差绝对值大于随机误差绝对值大于3的可能性（概率）仅为的可能性（概率）仅为0.0027，实际出现的可能性极小，因此定义，实际出现的可能性极小，因此定义3为极限误为极限误差（或叫最大误差、随机不确定度）。差（或叫最大误差、随机不确定度）。在多次等精度测量中，通常将在多次等精度测量中，通常将 的测量值判为的测量值判为坏值，删除掉。坏值，删除掉。i i落在（落在（-2-2，+2+2）区间的概率为：）区间的概率为：i i落在（落在（-3-3，+3+3）区间的概率为：）区间的概率为：0-2-23-3有限次等精度测量最终结果表达式有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗差消除系差，剔出粗差)(可信度可信度99.7%)99.7%)的误差叫粗大误差的误差叫粗大误差i12345678910Xi90.9 91.2 91.5 90.2 91.8 91.3 91.6 92.1 90.7 91.4 i-0.4-0.10.2-1.10.500.30.8-0.60.1 2i0.16 0.01 0.04 1.21 0.2500.09 0.64 0.36 0.01(1)最优概值最优概值(3)极限误差极限误差(2)标准偏差标准偏差(4)最优概值标准偏差最优概值标准偏差(5)有限次等精度测量最终结果表达式有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗消除系差，剔出粗差差)将将【例例1-11-1】所列的等精度测量结果进行处理，并导所列的等精度测量结果进行处理，并导出其最终结果表达式（出其最终结果表达式（P.14P.14）（无粗大误差）（无粗大误差）(可信度可信度99.7%)i12345678910Xi105.30104.94105.63105.24104.84104.97105.35105.16105.71105.36 i0.05-0.31-0.38-0.01-0.39-0.280.10-0.090.460.11 2i0.00250.09610.14440.00010.15210.07840.010.00810.21160.0121(1)最优概值最优概值(3)极限误差极限误差(2)标准偏差标准偏差(4)最优概值标准偏差最优概值标准偏差(5)有限次等精度测量最终结果表达式有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗消除系差，剔出粗差差)P18.11 P18.11 题题 求测量标准偏（误）差，求测量标准偏（误）差，最优概值标准最优概值标准偏（误）差；偏（误）差；置信度分别为置信度分别为95.5%95.5%，99.7%99.7%的测量结果。的测量结果。（无粗大误差）（无粗大误差）(可信度可信度99.7%)【作业作业1-11-1】将下列两组等精度测量结果进行将下列两组等精度测量结果进行处理，并导出最终结果表达式。（单位处理，并导出最终结果表达式。（单位 ）x1x2x3x4x5x6A仪器6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30B仪器6.00 6.30 6.60 6.20 6.40 6.30组别测量列作业作业 P18.11题题 三位有效数字三位有效数字两位有效数字两位有效数字最后一位数字为欠准数字最后一位数字为欠准数字567010206.30 6.3 误差理论：误差理论：6.256.356.2956.305 注意测量时几位有效数字的取值，计算结果要和给注意测量时几位有效数字的取值，计算结果要和给出的数字取同样多的位数，运算过程中至多要比给出的出的数字取同样多的位数，运算过程中至多要比给出的数字取多一位的位数或相同位数，多了也没用。数字取多一位的位数或相同位数，多了也没用。1000kPa 1Mpa 0.5MPa1.5MPa999.5kPa 1000.5kPa=1.000MPa0.9995MPa1.0005MPai123456XiA6.25 6.30 6.366.246.356.30XiB6.00 6.30 6.606.206.406.30 iA-0.0500.06-0.060.050 iB-0.3000.30-0.1000(1)(1)最优概值最优概值(3)(3)极限误差极限误差(2)(2)标准偏差标准偏差(4)(4)最优概值标准偏差最优概值标准偏差（5 5）有限次等精度测量最终结果）有限次等精度测量最终结果 表达式（消除系差，剔出粗差）表达式（消除系差，剔出粗差）【作业作业1-11-1】将下列两组等精度测量结果进行处理，并导出最将下列两组等精度测量结果进行处理，并导出最终结果表达式。终结果表达式。(单位：单位：）（无粗大误差）（无粗大误差）(可信度可信度99.7%)1-4 1-4 测量仪表的基本技术指标测量仪表的基本技术指标 允许误差限内，测量仪表的被测量值的范围叫作测量允许误差限内，测量仪表的被测量值的范围叫作测量范围。测量范围上限值范围。测量范围上限值(最高值最高值)与下限值与下限值(最低值最低值)之差之差称作量程称作量程XmXm一、仪表的精度与稳定性一、仪表的精度与稳定性1 1、测量误差、测量误差 （1 1）示值绝对误差）示值绝对误差 =X-X=X-X0 0 (1-16)(1-16)（2 2）示值相对误差）示值相对误差（3 3）引用误差）引用误差（4 4）基本误差）基本误差（5 5）允许误差：基本误差不超过某一规定值。）允许误差：基本误差不超过某一规定值。2 2、仪表的精度、仪表的精度-允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级0100 单位KPa精度:1级2 2、仪表的精度、仪表的精度 基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级。允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级。0.0050.005、0.010.01、0.020.02、（、（0.0350.035）、）、0.040.04、0.050.05、0.10.10.20.2、（、（0.350.35）、）、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、4.04.0、5.05.0掌握仪表的精度要注意的几点（掌握仪表的精度要注意的几点（P15P15）：）：（1 1）用户只可降级使用不可升级使用。）用户只可降级使用不可升级使用。（2 2）在测量中使用同一精度（）在测量中使用同一精度（1.01.0级），量程又相同的级），量程又相同的仪表仪表(50(50 100 100 ),所测值的绝对误差所测值的绝对误差(0.5)(0.5)与与被测参数的数值无关。被测参数的数值无关。(3)(3)两块同一精度的仪表（两块同一精度的仪表（1.01.0级），量程不等级），量程不等(一块一块0 0 50 50 ,另一块一块0 0 100 100），则在测量中可能产），则在测量中可能产生的绝对误差是不相同的生的绝对误差是不相同的(0.5 (0.5 、1 )1 )科学研究用工业检测用(3)(3)两两只只同一精度的仪表（同一精度的仪表（1.01.0级），量程不等级），量程不等(一一只只0 0 50 50 ,另一一只只0 0 100 100），测同一环境温度），测同一环境温度为为40 40，用那一块更好？，用那一块更好？结论：尽量选择量程小的仪表，并使测量值在上限至量程结论：尽量选择量程小的仪表，并使测量值在上限至量程的三分之二左右。的三分之二左右。两块仪表，精度、量程均不等，测同一参数用那一块更好？两块仪表，精度、量程均不等，测同一参数用那一块更好？【作业作业1-2】测测90 90 温度，现有温度，现有两只温度计，一只精度两只温度计，一只精度0.50.5级，量程级，量程0 0 300 300；另；另一只精度一只精度1.01.0级，量程级，量程0 0 100 100，问用那一只，问用那一只温度计测量温度计测量更好？更好？测量中测量中可能产生的最大绝对误差为：可能产生的最大绝对误差为：用第一块更好用第一块更好,可能产生的可能产生的最大最大绝对误差更小。绝对误差更小。0100 单位KPa精度:1级0100 单位KPa精度:1级0100 单位KPa精度:1级【作业作业1-2】测测90 温度，现有两只温度计，一只精度温度，现有两只温度计，一只精度0.5级，量程级，量程0 300；另一只精度；另一只精度1.0级，量程级，量程0 100，问用那一只温度计测量更好？，问用那一只温度计测量更好？可能产生的最大绝对误差为：可能产生的最大绝对误差为：用用1.01.0级，量程级，量程0 0 100 100 的温度计更好的温度计更好,可能产生的可能产生的绝对误差更小。绝对误差更小。结论：精度低、量程小的仪表可能产生的绝对误差更小，结论：精度低、量程小的仪表可能产生的绝对误差更小，而且降低成本。测量值在上限至量程的三分之二左右。而且降低成本。测量值在上限至量程的三分之二左右。3、稳定性、稳定性稳定度稳定度 各环境影响系数各环境影响系数0100 单位KPa精度:1级二、仪表的特性二、仪表的特性（静态特性：与时间无关的参数描述测量仪表的特性）（静态特性：与时间无关的参数描述测量仪表的特性）1 1、灵敏度、灵敏度2 2、灵敏限、灵敏限 （分辨率）（分辨率）3 3、线性度、线性度4 4、变差、变差5 5、温度误差、温度误差三、动态特性三、动态特性:仪表对随时间变化的参数的响应特性仪表对随时间变化的参数的响应特性YX0图图1-5 仪表的仪表的 静特性曲线静特性曲线图图1-6 仪表的仪表的变差示意图变差示意图XX、Y-Y-被测量的输入被测量的输入增量增量、输出增量、输出增量YX0（其他温度测量值与（其他温度测量值与20 时测量值的差值）时测量值的差值）Y Ymaxmax仪表量程仪表量程三、动态特性三、动态特性:仪表对随时间变化的参数的响应特性仪表对随时间变化的参数的响应特性0t实际值实际值测量值测量值最大绝对误差小于测量最大允许误差最大绝对误差小于测量最大允许误差4 4，所以是合，所以是合适的。适的。作业作业 P67.10P67.10【例例1-11-1】精度精度0.50.5级，量程为级，量程为600 600 12001200。测量。测量最大允许误差为最大允许误差为4 4【解解】最大绝对误差为：最大绝对误差为：作业作业 P67.10标准表读数（标准表读数（MPaMPa）0246810被校表正行程读数（被校表正行程读数（MPaMPa）01.993.975.957.989.98被校表反行程读数（被校表反行程读数（MPaMPa）02.034.036.058.0210.02【解解】（1 1）变差）变差因为基本误差因为基本误差允许误差允许误差所以该仪表符合所以该仪表符合1.0级精度。级精度。(2)如果该压力表的精度等级为如果该压力表的精度等级为1.0级，则允许误差为级，则允许误差为1.0%基本误差基本误差第二章第二章 温度测量温度测量（本章授课本章授课6 6学时）学时）2-1 测温仪表的分类一、温度和温标一、温度和温标（一）摄氏温标（一）摄氏温标(代号代号t):1atmt):1atm纯水冰点纯水冰点0,0,沸点沸点100 100，之间之间100100等份，其中等份，其中1 1等份等份=1 =1 （二）华氏温标（二）华氏温标(代号代号F):1atmF):1atm纯水冰点纯水冰点32F32F，沸点，沸点212F,212F,之间之间180180等份等份,其中其中1 1等份等份=1F=1F摄氏温标与华氏温标换算关系：摄氏温标与华氏温标换算关系：（三）热力学温标：纯理论不能付诸实用。（三）热力学温标：纯理论不能付诸实用。（四）国际实用温标（四）国际实用温标(代号代号T T）：单位）：单位K K（开尔文）（开尔文）水三相点热力学温度水三相点热力学温度(温标的唯一基准点温标的唯一基准点)的的1/273.16=1K1/273.16=1K T=t+273.15 (2-1)T=t+273.15 (2-1)273.15K=0=T273.15K=0=T0 0-标准大气压下冰的熔化温度标准大气压下冰的熔化温度二、温度的检测方法的主要方法和分类（表二、温度的检测方法的主要方法和分类（表2-12-1）P20 P20（测温介质为水银）（测温介质为水银）2-2 2-2 双金属片温度计双金属片温度计=f（t-t0）（2-3）应用范围应用范围-80 600，精度，精度0.5 1级，常作为恒级，常作为恒定温度的控制元件。抗震性能好，结构简单，牢固可靠，定温度的控制元件。抗震性能好，结构简单，牢固可靠，读数方便，精度不高，测量范围不大。读数方便，精度不高，测量范围不大。绝缘体绝缘体调节螺钉调节螺钉双金属片温度计双金属片温度计ZJ继电器继电器加加热热器器灯泡灯泡电源电源电源电源2-3 玻璃液柱温度计一、一、玻璃液柱膨胀式温度计的玻璃液柱膨胀式温度计的分类、结构形式和特点分类、结构形式和特点玻璃温包玻璃温包毛细管标标尺尺水银水银 有机液体有机液体普通型温度计普通型温度计精密型温度计精密型温度计贝克曼温度计贝克曼温度计电接点温度计电接点温度计棒式棒式图图2-2(b)内标式内标式图图2-2(a)可调式电接点温度计可调式电接点温度计固定式电接点温度计固定式电接点温度计分类分类感温感温液体液体用途用途结构结构形式形式水银水银凸面凸面有机液有机液体凹面体凹面表表2-3 2-3 P.23P.23分度值小于分度值小于0.010.01(图图2-3)（表（表2-2）ZJ继电器继电器加加热热器器灯泡灯泡电源电源电源电源二、二、玻璃液柱膨胀式温度计的玻璃液柱膨胀式温度计的使用使用（一）允许示值误差（表（一）允许示值误差（表2-32-3）示值误差示值误差=显示值显示值-真实值真实值（二）误差原因及处理（表（二）误差原因及处理（表2-42-4）（避免或减少误差）（避免或减少误差）2-4 压力式温度计 密闭容器中液体或气体受热后压力的升高来反映密闭容器中液体或气体受热后压力的升高来反映被测温度。此温度计结构简单，强度较高，抗震性能被测温度。此温度计结构简单，强度较高，抗震性能好。好。(图图P.24P.58)P.24P.58)一、充气体的一、充气体的压力温度计温度计 PV=mRTPV=mRT 二、充蒸汽的二、充蒸汽的压力温度计温度计 蒸汽的饱和蒸汽压蒸汽的饱和蒸汽压 温度温度充氮气测温充氮气测温-120 2-5 热电偶温度计热电偶温度计是目前最为广泛的温度传感器，结构简热电偶温度计是目前最为广泛的温度传感器，结构简单、测温范围广（单、测温范围广（-100-100 1600 1600），准确度高，惯），准确度高，惯性小，输出为电信号，便于远传与转换的优点。性小，输出为电信号，便于远传与转换的优点。一、热电偶温度计的测温原理一、热电偶温度计的测温原理+-A（T）B（T）NANBEAB(T)接触电势接触电势 (帕尔贴电势帕尔贴电势)电子扩散方向电子扩散方向T T0EA(T,T0)AT0T温差电势温差电势 (汤姆逊电势汤姆逊电势)-+T0参比参比(考考)端端 自自由端或冷端由端或冷端一般一般恒定在恒定在0 0 T测量端测量端 工作端或热端工作端或热端ABEA(T,T0)EB(T,T0)EAB(T0)EAB(T)T T0NANB热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势:（一）接触电势（一）接触电势 (帕尔贴电势帕尔贴电势)（二）温差电势（二）温差电势 (汤姆逊电势汤姆逊电势)e-e-单位电荷，单位电荷，e=1.610e=1.610-9-9 C C k-k-玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，k=1.3810k=1.3810-23-23 J/K J/K N NA A，N NB B-材料材料A A、B B的自由电子密度，是温度的函数。的自由电子密度，是温度的函数。A、B-导体导体A A、B B的汤姆逊系数，与材料的性质和两端温的汤姆逊系数，与材料的性质和两端温度有关。度有关。（三）热电偶回路的热电势（三）热电偶回路的热电势若冷端温度固定若冷端温度固定 (常数常数)(2-6)(2-7)(2-8)ABEAB(T,T0)TT0=0 令令T T0 0=0=0，根据分度表（例如表，根据分度表（例如表2-62-6），电势和温度），电势和温度的对应值，得出的对应值，得出T T值来。值来。(热电偶种类：表热电偶种类：表2-5)2-5)【例例2-12-1】用铂铑用铂铑10-10-铂热电偶测温，热电偶冷端温度铂热电偶测温，热电偶冷端温度为为 0 0，测得热电势一次为，测得热电势一次为0.173mV0.173mV，另一次为，另一次为2.58mV,2.58mV,求两次所测点的温度。求两次所测点的温度。解：查表解：查表2-62-6（P29P29）(1)0.173mV 30(1)0.173mV 30(2)0.258mV t=?(2)0.258mV t=?t=300+28=328 t=300+28=328【作业2-1】用铂铑用铂铑10-铂热电偶测温，热电偶冷端温度铂热电偶测温，热电偶冷端温度为为0，测得热电势为，测得热电势为1.00mV，求所测点的温度。，求所测点的温度。mV0t1t2tV1VV2TT0BT0T/0T/0AB/A/1、热电偶（感温元件）、热电偶（感温元件）2、连接导线连接导线（铜导线或补偿导线）（铜导线或补偿导线）毫毫伏伏计计。TnBABATnTT0。TnBAB/A/TnTT0(二二)中间导体定律中间导体定律(三三)中间温度定律中间温度定律(四四)连接导体定律连接导体定律二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律P.27P.27(一一)均质导体定律均质导体定律。TnCBABTnT0TP30补偿补偿导线导线BATnTT0BABATT0【例例2-22-2】用铂铑用铂铑10-10-铂热电偶测温，热电偶冷端温度为铂热电偶测温，热电偶冷端温度为 30 30，测得热电势为，测得热电势为0.699mV0.699mV，求所测点的温度。，求所测点的温度。解：解：查表查表2-6（P29）t=130【作业作业2-2】用铂铑用铂铑10-铂热电偶测温，热电偶冷端温度铂热电偶测温，热电偶冷端温度为为 20，测得热电势为，测得热电势为0.682mV，求所测点的温度。，求所测点的温度。连接导体定律的应用连接导体定律的应用补偿导线补偿导线P30，表，表2-7中间温度定律的应用中间温度定律的应用。TnBABATnTT0三、热电偶的材料、分类与构造三、热电偶的材料、分类与构造（一）材料：满足四点要求（一）材料：满足四点要求P.28P.28（二）分类（二）分类（三）构造（三）构造四、热电偶冷端温度的补偿四、热电偶冷端温度的补偿标准标准 非标准非标准普通型普通型铠装型铠装型薄膜型薄膜型冰浴法冰浴法(四，图四，图2-14)2-14)校正法校正法(二二,中间温度定律中间温度定律计算计算)仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法(五五)补偿电桥法补偿电桥法(三，图三，图2-13)2-13)0t0caRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 2R Rt t为热电阻为热电阻平衡电桥和不平衡电桥平衡电桥和不平衡电桥1 1、不平衡电桥测、不平衡电桥测温度温度 c c、d d两点间的电位相等，检流计两点间的电位相等，检流计G G中没有电流通过时，中没有电流通过时，电桥平衡：电桥平衡：电桥对边的电阻值乘积电桥对边的电阻值乘积相等，电桥就平衡。相等，电桥就平衡。温度升高，热电阻温度升高，热电阻RtRt变大，变大，I G 变大，根据检流计指针检流计指针的偏移得知热电阻所测量的温度。的偏移得知热电阻所测量的温度。或或（可取）（可取）I G=0I G=0不平衡电桥不平衡电桥R Rt t为热电阻为热电阻,R,Rp p为滑线电阻，在为滑线电阻，在测量温度下限时测量温度下限时Rt有最小阻值有最小阻值Rt0,电阻滑动触点应在电阻滑动触点应在Rp的左的左端，此时让电桥平衡端，此时让电桥平衡,即：即：caRRtbEGdRt0R2R4R3Rpr12 2、平衡电桥、平衡电桥测温度测温度若I G=0调整滑线电阻，使调整滑线电阻，使I G=0 滑线电阻中触点位置反映了热电阻阻值的变化，也就滑线电阻中触点位置反映了热电阻阻值的变化，也就反映了热电阻所在环境温度的变化。反映了热电阻所在环境温度的变化。（所测温度（所测温度 t 大于测量温度下限大于测量温度下限 t0）2-6 热电阻温度计金属或半导体的电阻值随温度的变化而变化金属或半导体的电阻值随温度的变化而变化一、金属热电阻（铂电阻、铜电阻、镍电阻等）传感器一、金属热电阻（铂电阻、铜电阻、镍电阻等）传感器（一）铂热电阻（一）铂热电阻（二）铜热电阻（非国际标准）（二）铜热电阻（非国际标准）二、半导体热敏电阻温度计二、半导体热敏电阻温度计 热电阻温度计由热电阻或半导体热敏电阻、显示仪热电阻温度计由热电阻或半导体热敏电阻、显示仪表和连接导线组成。表和连接导线组成。要求热电阻要求热电阻稳定；稳定；复现性好，互换；复现性好，互换；电阻温度系数大，电阻温度系数大，灵敏度高；灵敏度高；电阻率大，体积小；电阻率大，体积小；线性；线性；价格低。价格低。特点：特点：中低温，精度高于热电偶温度计；中低温，精度高于热电偶温度计；灵敏度高灵敏度高,温度升高温度升高1，金属热电阻阻值增（，金属热电阻阻值增（0.4%0.6%）；半导）；半导体热敏电阻阻值减少（体热敏电阻阻值减少（3%6%）体积比热电偶大。体积比热电偶大。（2-14）（2-15）铂丝的纯度用铂丝的纯度用R R100100/R/R0 0表示，越大越好表示，越大越好,越纯。越纯。R0表示表示0 电阻值电阻值,越小越纯。愈纯、稳定性愈高、复现性好、越小越纯。愈纯、稳定性愈高、复现性好、精度愈高。精度愈高。实验室：实验室：，0 电阻值，电阻值，Pt50、Pt100、Pt300工业用：工业用：表表2-82-8，表，表2-9 P342-9 P34一、金属热电阻传感器一、金属热电阻传感器（一）铂热电阻（一）铂热电阻（二）铜热电阻（非国际标准）（二）铜热电阻（非国际标准）-50-50150150CuCu5050和和CuCu100100（表（表2-102-10，P34P34）CuCu100100分度表（表分度表（表2-112-11）等于等于Cu50的分度值乘以的分度值乘以2即即Cu50分度表是将分度表是将Cu100分度表中的阻值除以分度表中的阻值除以2【例例2-32-3】用用CuCu100100热电热电阻阻测出的阻值为测出的阻值为78.49 78.49 ，所测，所测点的温度是多少？若用点的温度是多少？若用CuCu5050热电热电阻阻测出的阻值也为测出的阻值也为78.49 78.49 ，所测点的温度又是多少？，所测点的温度又是多少？78.49 x2=156.98 查查CuCu100100分度表得分度表得CuCu5050热电热电阻所测温度阻所测温度133.05【作业作业2-32-3】用用CuCu100100热电热电阻阻测出的阻值为测出的阻值为81.20 81.20 ，所，所测点的温度是多少？若用测点的温度是多少？若用CuCu5050热电热电阻阻测出的阻值也为测出的阻值也为81.20 81.20 ，所测点的温度又是多少？，所测点的温度又是多少？二、半导体热敏电阻温度计二、半导体热敏电阻温度计 和金属热电阻相比优点：和金属热电阻相比优点：具有大的负温度系数，具有大的负温度系数，灵敏度高；灵敏度高；电阻率大，体积小，惯性小，可测点温电阻率大，体积小，惯性小，可测点温度和动态温度。度和动态温度。特点：非线性严重，元件性能不稳定，互换性差，精特点：非线性严重，元件性能不稳定，互换性差，精度较低。用在测温要求较低的场合。度较低。用在测温要求较低的场合。所测点的温度为所测点的温度为-50(Cu100)查表查表2-11，78.49145.67 B不是常数，每只半导体热敏电阻温度计单独分度不是常数，每只半导体热敏电阻温度计单独分度2-7 温度计的选择与安装一、温度计的选用：一、温度计的选用：扩展到测量热工参数时选择热工仪表必须要考虑的问题扩展到测量热工参数时选择热工仪表必须要考虑的问题二、测温元件的安装二、测温元件的安装三、热电阻测温元件的结构三、热电阻测温元件的结构caRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 22-8 其他测温仪表(辐射式测温仪表、非接触式测温仪表)900K800K700K600K500KE0(，T)图2-23 黑体辐射能与波黑体辐射能与波长、温度之间的关系长、温度之间的关系一、辐射式测温与辐射基本定律辐射式测温与辐射基本定律（2-202-20）绝对黑体全辐射定律绝对黑体全辐射定律 （2-212-21）绝对黑体辐射能（普朗克公式）绝对黑体辐射能（普朗克公式）T3000K，维恩公式代替普朗克公式，维恩公式代替普朗克公式，误差误差700 T700 时，发出可见光，亮度为：时，发出可见光，亮度为：绝对黑体波长为绝对黑体波长为，亮度为，亮度为B B00与温度与温度T T0 0的关系的关系实际物体波长为实际物体波长为，亮度为，亮度为B B与温度与温度T T的关系：的关系：绝对黑体全辐射能绝对黑体全辐射能实际物体全辐射能实际物体全辐射能当当 有有若若，有，有红色滤光片红色滤光片实际物体全辐射能被实际物体全辐射能被绝对黑体全部吸收温度升高绝对黑体全部吸收温度升高T0 测出此温度测出此温度四、比色温度计四、比色温度计(图图2-27）(测量范围测量范围900 2000,误差在测量上限的误差在测量上限的1%以内）以内）看看P20P20，表，表2-12-1温度的检测温度的检测方法的主要方法和分类方法的主要方法和分类被测对象的两个不同波长的被测对象的两个不同波长的光谱辐射能量投射到一个检光谱辐射能量投射到一个检测元件上，根据黑体和实际测元件上，根据黑体和实际物体的亮度比值相等，导出物体的亮度比值相等，导出被测对象温度与黑体温度之被测对象温度与黑体温度之间的关系实现辐射测温。间的关系实现辐射测温。光学高温计与全辐射高温计光学高温计与全辐射高温计缺点是受物体发射率的影响缺点是受物体发射率的影响和辐射途径上各种介质的选和辐射途径上各种介质的选择性吸收辐射能的影响择性吸收辐射能的影响 基准温度计用于复现温标固定点，固定点以外基准温度计用于复现温标固定点，固定点以外的数值可用插补公式计算得到：的数值可用插补公式计算得到：0.65K 0.65K 5.0K 5.0K 基准氦蒸汽压温度计基准氦蒸汽压温度计 3.0K 3.0K 24.5561K 24.5561K 基准氢气体温度计基准氢气体温度计13.8033K 13.8033K 961.78K 961.78K 基准铂电阻温度计基准铂电阻温度计 961.78K961.78K以上以上 基准光学高温计基准光学高温计 氦氦(He)(He)（蒸汽压点）（蒸汽压点）3 3 5K 5K 氖氖(Ne)(Ne)（三相点）（三相点）24.5561K 24.5561K 水（水（H H2 2O O）（三相点）（三相点）273.16K 273.16K 银（银（AgAg）（熔点或凝固点）（熔点或凝固点）1234.93K1234.93K 铜（铜（CuCu）（熔点或凝固点）（熔点或凝固点）1357.77K1357.77K人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。