测试技术温度测量温度测量流速测量

第5章 信号调理电路,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第5章 信号调理电路,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,测试技术温度测量温度测量流速测量,一、温标,度量温度上下的尺度，规定了温度的零点和根本测量单位。,热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。,华氏温标：,规定在标准大气压下冰的融点为,32,华氏度，水的沸点为,212,华氏度，中间等分为,180,份,，每一等份称为华氏一度，符号用。,摄氏温标：,规定标准大气压下纯水的冰融点为,0,度，水沸点为,100,度，中间等分为,100,格,，每格为摄氏,1,度，符号为。,第一节 概述,2,由卡诺循环，工质在温度,T,1,时吸收热量,Q,1,和在温度,T,2,时放出热量,Q,2,通过理想气体的关系式表达,热力学温标：,符号,T,，单位,开尔文,(K),。热力学温标,T,与摄氏温标,t,的关系为,热力学温标是国际单位制中7个根本物理单位之一。,3,几种温标的比照,正常体温为37 C ，相当于华氏温度多少度？,4,热力学温标实用时不方便。,1990,年国际温标,(ITS-90),指导思想是,应尽量与热力学温标接近，温度的复现性要好,。该温标有,17,个定义基准点。,国际实用温标：,5,6,二、温度计分类,.,接触式,7,.,非接触式,比较：,1)接触式容易破坏被测温度场。,2)接触式时间滞后大。,3)接触式测量高温时受到限制。,4)非接触式不适合测量低温。,5)接触式测量精度高。,8,第二节 接触式温度计,一、膨胀式温度计,1.玻璃管液体温度计,常用水银，200以下可作为精细标准温度计。,1-,玻璃温包；,2-,毛细管；,3-,刻度标尺；,4-,膨胀室,工作液体,测温范围（）,水银,30,750,甲苯,90,100,乙醇,100,75,石油醚,130,25,戊烷,200,20,特点：精度较高，读数直观，构造简单，价格廉价。,缺点：信号不能远程传输，不能用于自动测量系统。,9,10,使用玻璃管液体温度计应注意,:,1),零点漂移,:,玻璃的热胀冷缩。,2),露出液柱的校正,:,n为露出局部液柱所占的度数();为工作液体在玻璃中的视膨胀系数；tB为标定时外露局部空气温度(); tA为使用条件下外露局部空气温度()。,全浸入式,在使用时未能全浸，式中,t,B,为温度计测量时的示值。,局部浸入式：液柱只插入一定深度，外露局部处于环境温度下，按下式修正,11,2.,压力式温度计,1),充气压力式,，常用氮气。测温范围为,-80,550 ,，压力与温度接近线性关系。,2),工质为,低沸点液体,，如氯甲烷、氯乙烷等，测量范围,-20,200 ,。饱和蒸气压和饱和温度呈非线性关系，刻度不均匀。,3),工质为,液体,，如水银、二甲苯、甲醇等。测温范围,-40,200 ,。,12,使用时，必须将温包全部浸入被测物质中。,构造简单，价格廉价，抗振动。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。,检测内燃机油温或水温。,13,3.双金属温度计,测量范围-60500 。,按构造形状，分螺旋形和盘形。,14,15,二、热电阻温度计,测量精度高，响应速度快，可以,实现远距离测量显示和自动记录,。,常用,铂热,和,铜热,电阻。,铂热：,-200,500 ,；,铜热：,-30,100 ,。,16,WZC-111/12*1000mm Cu50,铜,热电阻,WZPK2-103/B,级,6*515mm(0-300),铂,热电阻,WZP2-240/A,级,3,线,300/150mmE(0-300),隔爆,17,装配式热电阻的型号含义,18,三、热电偶温度计,(,一,),常用热电偶的材料,1.铂铑10-铂热电偶,贵金属。,特点：精度高，理化性能稳定，测温上限1600，适于在氧化或中性气氛中使用。,缺点：在高温复原介质中容易被侵蚀和污染，热电动势较小，灵敏度低。,2.,铂铑,30-,铂铑,6,热电偶,贵金属,。,特点：测量精度高，测温,上限,1800,，适于在氧化或中性气氛中使用。,缺点：灵敏度较低、价格昂贵。,19,3.镍铬-镍硅热电偶,贱金属。,特点：价格低廉，灵敏度较高，测温重复性好，高温下抗氧化能力强，测温上限可达1300。,缺点：在复原性介质或含硫化物气氛中易被侵蚀。,4.,铜,-,康铜热电偶,贱金属,。测温范围,-200,400,。,特点：价格低，精度高，灵敏度高。,5.镍铬-康铜热电偶,贱金属。测温上限800 。,特点：灵敏度最高，价格最廉价。,缺点：抗氧化及抗硫化物的能力较差，适于在中性或复原性气氛中使用。,20,几种常用的我国标准型热电偶,21,测量特高温度的,铱锗,-,铱,热电偶，,2000,以上。,测量特低温度的,镍铬,-,金铁,热电偶，,2,273K,。,22,钢包温度测试,23,(二)常用热电偶构造,1.普通工业热电偶,保护绝缘套管在测量高温时用金属套管；低于1000时用工业陶瓷或氧化铝。,24,两个,热电极,25,热电偶接点,26,普通,装配型,热电偶的外形,安装螺纹,安装法兰,27,常见普通工业装配式热电偶的外形构造,28,装配式热电偶的型号意义,29,2.缆式热电偶,单芯和双芯。热惯性小、结实、抗振。,适合微小、狭窄场合。,缆式热电偶工作端构造,(a)单芯构造；(b)双芯碰底型；(c)双芯不碰底型；(d)双芯露头型；(e)双芯帽型,30,法兰,缆式,热电偶可长达上百米,薄壁金属保护套管,(,缆式,),31,常见铠装热电偶的外形构造,32,铠装热电偶例如,33,3.,隔爆型热电偶,厚壁保护管,压铸的接线盒,电缆线,接线盒采用压铸而成的防爆构造，当接线盒内有放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆。用于化学工业自控系统(易燃、易爆等气体或蒸汽。,34,4.薄膜热电偶,很薄可直接粘贴在被测物外表，快速测外表温度。热电极为镍铬-镍硅、铜-康铜等。温度范围300以下。,35,热电偶的插入方式,热电偶在扩大管上的安装,5.,热电偶的安装与测试,36,热电偶热电阻选用步骤流程图,37,四、温度计的校验,(,一,),热电阻,温度计的校验,1.比较法,将标准温度计(水银、铂电阻)与被校热电阻温度计一起插入恒温源，在规定的几个温度点下进展比较。,2,两点法,工业热电阻温度计只校验,0,时的,R,0,和,1O0,时,R,100,，并检查,R,100,/R,0,是否符合规定。,38,校验,R,100,/R,0,时，把标准热电阻温度计,(,材料与被校验温度计一样,),的电阻作标准电阻；,被标定热电阻作为未知电阻,，采用,半桥方式。,(R,100,/R,0,),B,为标准热电阻值,(,由标准查得,);,A,K,为水沸点槽内时的电桥读数,;,A,0,为冰点槽内时电桥读数。,先在冰点槽内放置30min进展电桥平衡，然后在水沸点槽内放置30min再进展电桥平衡。用下式计算R100/R0,39,(二)热电偶温度计的校验,标准铂铑10-铂热电偶进展三点(金、银、锌凝固点温度)分度；,其余热电偶在下表温度点校验。,40,调节电炉温度，稳定各校验点,10,内,，每个温度点应至少测量,4,次。,41,五、接触式温度测量误差,(二)安装误差,1.感温元件安装的根本要求,感温元件应迎着被测介质的流向插入(图a)，或迎着被测介质的流向斜插(图b)，至少正交(图c)，防止形成顺流。,42,不用保护管时，插入深度,不应小于热电偶丝直径的,50,倍,;,测定液体时，插入深度应是保护管直径的,9,12,倍,;,在直径小的管道上安装感温元件时，可,装置扩大管,。,43,2.,安装方式不同引起误差实例,a,插入过浅，误差最大,;,b,可,测得真实温度,；,c,和,d,介于两者之间。,44,3.热电偶与被测外表接触方式不同引起的误差,点接触式：测量误差最大。,面接触式：接点与金属薄片焊接后，与被测面接触。,等温线接触式：接点固定后沿被测外表等温线绝缘敷设至少20倍线径的距离。测量误差最小。,分立接触式：两热电极分别与被测外表接触。,45,(,三,),辐射引起的误差,感温元件,辐射传热产生的,误差,t,f,为,Tk感温元件的热力学温度；,T0容器内壁的热力学温度；,C辐射传热系数；,h气体向感温元件外表的传热系数。,减少测量误差措施：,采用外表光滑的保护套管，以减少辐射传热系数C；,改善对流传热条件，以增大气体向感温元件外表的传热系数h。,46,当,T,k,T,0,时，,t,f,0,；故,在感温元件周围应加一热容量小的薄防辐射隔离罩,，以减小误差。,47,(,四,),热传导引起的误差,保护套管顶部热量会,流向温度较低的管壁,，存在热传导误差,t,p,t,为被测介质温度,；,t,0,为保护套管座处的管壁温度,；,L,为插入,深度,；,h,为被测介质向感温元件的,传热系数,；,为感温元件材料的,热传导率,；,S,为感温元件,外周围长,；,f,为感温元件,截面积,；,coshx,为,x,的双曲余弦。,48,(,五,),高速气流的温度测量误差,感温元件的,指示值介于静温,T,0,和总温,T,*,之间,，称有效温度,T,r,，定义恢复系数,r,因气流运动引起的温度测量误差为,为气体的等墒指数,;Ma,为气流的马赫数。,49,恢复系数越低，马赫数越高,，测温,误差越大,。提高恢复系数,(,接近于,1),，可减小误差。,恢复系数的测定：,1-,稳压箱；,2-,待测热电偶,；,3-,总温热电偶；,4-,总压管；,5-,压力计；,6-,冰瓶；,7-,切换开关；,8-,电位差计；,9-,喷管,50,(,六,),感温元件的响应,接触式靠,热交换,测温，因,热惯性,而存在,时滞,1),感温元件的热惯性,:,2),指示仪表的机械惯性,:,当,t=,时感温元件感受的温度,T,为,51,影响时间常数的因素：感温元件的质量、比热容、插入的外表积和外表传热系数等。感温元件的质量和比热容越小，响应越快。,在测量瞬时温度时必须用时间常数小的感温元件。,52,其他一些温度测量方法,示温涂料,(,变色涂料,),装满热水后图案变得清晰可辨,53,变色涂料在电脑内部温度中的示温作用,CPU,散热风扇,低温时,显示蓝色,温度升高后变为红色,54,第三节 非接触式温度计,接触式温度计：构造简单、可靠性好、测量精度高；传感器须受被测介质腐蚀、氧化等作用，且会破坏被测温度场分布。,非接触式：,基于,热辐射,；不会破坏被测介质温度场，动态响应好。,适于,非稳态,热力过程测量、,高温测量,。,55,红外线辐射温度计外形,激光仅用于瞄准,56,热辐射根本概念,低温,时，物体辐射能量小，主要发射,红外线,。温度升高，辐射能量增加，辐射光谱向短波方向移动。,500左右时，辐射光谱包括局部可见光；,800 时可见光大大增加，即呈现“红热；,3000 时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热。,辐射测温的根本原理：观察灼热物体外表的“颜色来大致判断物体的温度。,57,辐射能的分配：,当物体承受到辐射能量以后，根据物体本身的性质，会发生局部能量吸收、透射和反射,吸收率；, ,透射率；, ,反射率。,Q,辐射能,单位焦耳,(J),58,物体分类：,黑体绝对黑体：照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。,透明体：照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。,镜体、白体：照射到物体上的辐射能全部反射出去。镜体假设物体表现平整光滑，反射具有一定规律；绝对白体假设反射无一定规律。,59,在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。一般固体和液体的,透射率,值很小或等于零，气体的,值较大。一般工程材料，,0,而,+ =1,，称为,灰体。,从传热学角度看，可以人为制造黑体,60,一、热辐射理论根底,由普朗克定律，绝对黑体的,单色辐射出射度,M,0,为,c,1,为普朗克第一辐射常量；,c,2,普朗克第二辐射常量；,为波长；,T,为黑体的热力学温度。,当波长,确定后，只要测定相应波长的,M,0,值，便可求出温度,T,。,61,温度升高，单色辐射出射度增加、峰值向短波长方向移动。,62,所有波长全部辐射出射度,M,0,的总和为,0,为斯忒藩,-,玻耳兹曼常数。,上式为绝对黑体,全辐射,定律。,63,二、单色辐射式光学高温计,利用亮度比较测温：温度高于700会发出可见光，其单色亮度B0 与单色辐射出射度M0 成正比,代入维恩位移公式式，得,当,温度为,T,s,黑体的亮度,B,0,与,温度为,T,实际物体的亮度,B,相等时，得,64,T,s,为被测物体亮度温度，,亮度温度要比物体的实际温度低,。,须根据,单色黑度系数,用上式修正或根据光学高温计,修正曲线,修正。,65,单色辐射式：,灯丝隐灭式,和,光电,高温计。,1.,灯丝隐灭式光学高温计,精度高,，用,作,基准仪器,。,66,可调电阻,7,调整灯丝电流改变灯丝亮度。,调整目镜,4,的位置以清晰地看到灯丝；,调整物镜,1,使被测物体成像在灯丝平面上。,67,假设灯丝亮度比被测物体的亮度低，那么灯丝在背景上呈现暗的弧线(图a);,反之，显现出亮的弧线(图b);,当亮度相等时，灯丝隐灭在物像的背景里(c).,68,2.,光电高温计,隐丝式易有,误差,，且测量不连续，,无法自动记录,。,采用,光电器件,作为敏感元件感受辐射的亮度变化。,69,被测物体辐射能量物镜聚焦遮光板孔滤光片,光电器件,。,反响灯遮光板孔光电器件。遮光板前的调制片交替翻开和遮住上、下两孔，使被测物体和反响灯的辐射能量交替地投射到光电器件上。,70,当两辐射能量不相等时，光电器件就产生一个脉冲光电流I(与两个单色辐射能量之差成比例)，当反响灯的亮度与被测物体的亮度相等时，I为零。,主要特点：,采用光器件代替人眼的观察；,可使参考辐射源在选定的波长范围内的亮度自动跟踪被测物体的辐射亮度；,参考辐射源选用钨丝灯泡，能保持较高的稳定性，故具有较高的精度和连续测量的特性；,设计了手动值修正环节，可显示物体的真实温度；,采用新型光敏元件，测量范围宽,(200,1600,),。,71,三、全辐射高温计,根据绝对黑体全辐射定律，,基准温度,T,1,的黑体辐射出射度,(M,0,),1,与,未知温度,T,s,的黑体辐射出射度,M,0,关系,温度为,T,的物体全辐射出射度,M,等于,温度为,T,s,的绝对黑体全辐射出射度,M,0,时，温度,T,s,为被测物体的辐射温度,发射率,=M/M,0,。,72,所有波长全辐射能物镜聚焦光阑,热电堆,(,多只微型热电偶串连,),。,由目镜观察瞄准物体。,73,适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。,红色,黄色,四、比色高温计,74,比色温度计,75,维恩定律：,波长,1,和,2,的亮度比值随温度而变化，,测量亮度比确定黑体的温度，比色温度,T,s,测得两个波长下的亮度比,B,0,1,和,B,0,2,，可求出,T,s,。,物体实际温度和比色温度的关系为,76,1.,单通道光电比色高温计,被测物体辐射能,物镜组,1,聚焦,通孔成像镜,2,硅光电池,5,。同步电机,4,带动调制盘,3,转动，盘上两种不同颜色滤光片，交替通过两种波长的光，使接收器,5,输出两个相应的电信号。,77,2.,双通道比色高温计,分光镜,7,把辐射能分成不同波长两路：,红外光,透过分光镜,7,投射到,硅光电池,6,上,;,可见光,被分光镜,7,反射到,硅光电池,10,上。,利用两个硅光电池输出信号的差值，求得被测物体的比色温度。,78,测温仪表选用的根本原那么,仪表精度,/,范围,全量程,30,70,，,最高不得超过,90%,接触式测温,细小,/,运动物体测温,辐射高温计,热电偶、热电阻,光学高温计,辐射高温计,光电高温计,比色高温计,现场接触式测温,现场环境条件,玻璃温度计,压力式温度计,双金属温度计,半导体温度计,高精度,/,无振,集中,/,指示清晰,有振,/,指示清晰,连续外表温度,79,谢谢！,80,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,。,