08测量设备使用和维护知识(热工仪表类)—无需修订

,奇瑞,试验技术中心,/,计量中心,测量设备使用及维护知识,热工仪表类测量设备,前言,热工仪表测试技术涉及到我公司生产和实验各个过程环节当中，如公司发动机台架试验和轿车生产、计量检测及环境测试中大量运用了热工仪表，几乎遍及到生产的各个环节。通过这些仪表提供监控的数据来保证安全文明生产、保证产品质量和检验产品的性能。本教材适用于试验人员、生产技术工艺人员及对热工测试技术感兴趣的人员。,主要培训内容,温湿度概念及温湿度测量仪表,压力基础知识及压力类测量仪表,流量的基础知识及流量测量仪表,温度的概念及测量仪表,第一部分 基础知识,温度的定义,:,温度是一个基本物理量,它反映的是物体的冷热程度，也是一,个描述物质热学性能的状态参量,它与人类的生产、生活密切相关；而温度,的计量测试技术则涉及到国民经济的各个领域，如工农业生产、国防、科,研、医疗、卫生、环保、气象以及宇航等部门。,温度是描述系统不同自由度之间能量分布状况的基本物理量。温度是决定,一系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质,一切互为热平衡的系统都具,有相同的温度。,(,对于非平衡态系统,目前对温度尚缺乏准确的定义,),从微观角度，温度是与大量分子的平均动能相联系，它标志着物体内部无规则,运动的剧烈程度。,温标的定义,:,为了使温度这个物理量的测量结果在表述上统一，需要给物体的冷热程度以定量的标尺。这个度量物体冷热程度的标尺称温度标尺，简称温标。温标是借助于某些物质的物理量（如体积、压力、电阻、热电势等）随温度变化而变化的特性来定义温度数值的。现在人们熟悉的温标有热力学温标、国际实用温标等。目前国内外还在用的摄氏、华氏温标，实际上只是延用了过去的名称，而在内容上都已根据热力学温标给予了新的概念。,华氏温标（,o,F,）,规定：在标准大气压下，冰的熔点为,32,度，水的沸点为,212,度，中间划分,180,等分，每等分为华氏,1,度，符号为,o,F,。,摄氏温标（）,规定：在标准大气压下，冰的熔点为,0,度，水的沸点为,100,度，中间划分,100,等分，每等分为摄氏,1,度，符号为。,热力学温标,又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为,K,。,热力学温度和摄氏温度的主要区别：,两者的主要区别是在于计算温度的,起点,不同。以绝对零度（,0 K,）为起点计算的温度叫开尔文，用,K,表示，,K,没有负值。而以冰点（即,0,）为起点计算的温度叫摄氏度，用,0,以上用正值表示；在,0,以下用负值表示，最低值为,:-273.15(0 K),。,冰点是指在一个标准大气压（,101325 Pa,）下，纯净的雪花状的冰和含饱和水蒸气的水之间的平衡温度，其值为,0,，亦即,273.15 K,。,温度的测量：目前较为成熟的测温仪表可分为接触式和非接触式两大类,:,1,、接触式测温仪表,接触式测温仪表的感温元件与被测温介质直接接触，它包括：,（,1,）,膨胀式温度计,：它是利用液体、固体的体积随着温度变化的性质来测温的。（如玻璃液体温度计、石油产品用玻璃液体温度计、双金属温度计、体温计等）,（,2,）,压力式温度计,：它是利用液体、气体或汽体的压力随温度的变化性质来测温的。,（,3,）,热电阻温度计,：它是利用导体、半导体的电阻随温度的变化性质来测温的。（如铂热电阻、铜热电阻等）,（,4,）,热电偶温度计,：它是利用导体、半导体的热电效应随温度的变化性质来测温的。（贵金属热电偶、工业用廉金属热电偶）,2,、非接触式测温仪表,非接触式测温仪表的感温元件与被测温介质是不直接接触的，它包括：,（,1,）,全辐射高温计,：它是利用物体全辐射能量的大小随温度变化的性质来测温的。,（,2,）,光学高温计,：它是利用物体单色辐射强度的高低随温度变化的性质来测温的。,第二部分 工业常用测温仪表的测温原理介绍,1,、玻璃液体温度计：,一、什么叫平均体膨胀系数？什么叫视膨胀系数？,当温度变化,1,时引起物体体积改变与它在,0,时的体积之比，叫平均膨胀系数。用,表示，即：,=,（,V,t2,-V,t1,）,/V,0,（,t,2,-t,1,）,式中：,V,0,物体在,0,时的体积；,V,t1,物体在,t,1,时的体积,；,V,t2,物体在,t,2,时的体积,。,视膨胀系数是指感温液体的体膨胀系数,与玻璃的体膨胀系数,之差，有,K,表示，即：,K=-,玻璃液体温度计的测温原理：根据物体的体积热胀冷缩的性质来测量温度的，是感温液体的体积随温度变化而发生变化与玻璃的（主要是感温泡）体积随温度变化而发生变化之差实现对温度的测量。实际上，温度计的示值是反映了视膨胀系数的大小。,玻璃液体温度计的结构：主要由感温泡、感温液体、毛细管、标尺、中间泡和安全泡等组成。,感温泡用于容纳感温液体并直接感受被测对象温度；感温液体体积随感受温度不同而发生变化，是主要的测温物质；毛细管主要用来容纳体积膨胀了的感温液体；标尺是用于指示出温度数值；中间泡的作用是贮存一部分感温液体，从而提高测温上限和缩短标尺；为防止过分超温使温度计炸裂，故在温度计顶部制有安全泡。,使用玻璃液体温度计应注意哪些问题,?,1),不允许超过温度计的测量上限,;,2),用于测较高温度要事先预热,测较低温度要事先预冷,以防温度计炸裂,;,3),要按规定浸没方式使用,;,4),如发现液柱断节应修复并经检定后方可使用,;,5),插入被测介质后须稳定一段时间后方可读数,;,6),要按规定周期送检。,热电偶的测温原理：将两根电子密度不同的导体构成闭合回路时，如果自由端和工作端的温度不同，就会在回路中产生电流，这种物理现象称为,“,热电效应,”,，相应的电动势称为热电势。,两根电子密度不同的组合体称为热电偶，其中，各单根导体称为热电极，而两个接合点分别称为工作端（或称热端、测量端）和自由端（或称为冷端、参比端）。,热电偶之所以能测量温度，就是因为热电偶的热电势和冷端温度之间有一定的函数关系，其关系式可用下述式表示：,热电偶原理示意图：,A,I,t,t,0,A,B,EAB,（,t,，,0,）,=EAB,（,t,，,t,0,）,+EAB,（,t,0,，,0,）,式中,EAB,（,t,，,t,0,）,由,A,、,B,热电极构成的热电偶，其热端温度为,t,和冷端温度为,t,0,时产生的热电势；,EAB,（,t,，,0,）,热端温度为,t,和冷端温度为,0,时的热电势；,EAB,（,t,0,，,0,）,热端温度为,t,0,和冷端温度为,0,时的热电势。,从以上各式中分析可知，如果,t,0,=0,或保持不变，则,EAB,（,t,0,，,0,）为零或常数，热电势,EAB,（,t,，,0,）和,EAB,（,t,，,t,0,）便成为热端温度,t,的函数。通常所用的热电偶分度表都是在,t0=0,时分度的，表中电势为,EAB,（,t,，,0,）。,工业上运用热电偶测量温度时，冷端温度,t,0,不为,0,，所以测出的热电势就不能直接从热电偶分度上查其对应的温度值。必须引用以上公式和查热电偶分度表求出,EAB,（,t,0,，,0,），然后计算出所测的温度值来。,热电偶产生的热电势只与热电极所用的材料和两端接点的温差有关，而与热电极的直径和长度及沿长度上的温度分布状态无关。,铠装热电偶的构造形式：由热电极、绝缘材料和金属套管三者组合加工成的坚实组合体，其优点是：,（,1,）动态响应快：因为小型结构，体积小，热惯性小，所以对被测温度反应快，时间数小。,（,2,）测量端热容量小：由于铠装热电偶外径可制得很小，在热容量较小的被测物体上，也能测量到较准确的温度；,（,3,）强度高：铠装热电偶结构坚实紧密、机械强度高、耐强烈振动、耐压、特别适用于恶劣工况；,（,4,）挠性好：套管材料经退火处理以后，有良好的挠性。,在现场使用热电偶应注意哪些问题？,应使热电偶的测量端位于有代表性的温度区域。,根据被测对象的状态和环境气氛选择合适的热电偶和保护管。,热电偶的参考端应低于,100,，以便与补偿导线配用。,热电偶与补偿导线应避开强电场和强磁场，以免引入干扰。,热电偶的插入深度一般为保护管直径的,810,倍，以便减小导热误差。,热电偶插入的空隙部位应加入填料密封，防止空气对流的影响。,3,、热电阻的测温原理：几乎所有的导体和半导体的电阻都随本身温度的变化而变化，这种物理现象称为,“,热电阻效应,”,。利用这一原理制成的温度测量元件称为热电阻或热敏电阻。其测温系统由四部分组成：检测部分、连接线路、供电电源和显示仪表。,常用的热电阻有铂电阻温度计（,-200 650,）、铜电阻温度计（,-50 150,）、镍电阻温度计（,-60 180,）、热敏电阻（,-40 150,）,怎样正确使用热电阻,使用热电阻应注意以下几个问题：,采用三线制或四线制接法，以便消除引线电阻的影响。,保证足够的插入深度，一般为保护管直径的,810,倍。,防止过冷或过热冲击。,测温时，应使热电阻与被测介质接触良好，并达到热平衡后再进行测温。,不同分度号的热电阻应与相应的显示仪表配用。,湿度的定义,:,日常生活中所指的湿度为相对湿度，用,RH%,表示，即气体中,(,通常为空气,中,),所含水蒸气量,(,水蒸气压,),与其空气相同情况下饱和水蒸气量,(,饱和水蒸气压,),的百分,比。常见的湿度测量方法有动态法（双压法、双温法、分流法）、静态法（饱和盐,法、硫酸法）、露点法、干湿球法和电子式传感器法。,干湿温度计是测量空气温度和湿度的一对并列安置的温度表。干湿球温度表是同时测,定空气温度和湿度的一对规格相同，装置在小,百叶箱,中的温度表。一支用来测定气,温，称,“,干球温度表,”,；另一支球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯,内。杯口距球部,3cm,，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用，称,“,湿球温度表,”,。湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得,出。,压力测量仪表,压力的概念：压力是垂直作用于单位面积上的，而且均匀分布在此面积上的力。法定计量单位中压力的单位是帕斯卡，简称帕，用符号,Pa,表示。它的物理意义是：一牛顿的力垂直作用于一平方米面积上所产生的压力，,即,1 Pa=1N/1m,2,。,何谓,“,大气压力,”,、,“,表压力,”,、,“,真空度,”,？,大气压力：地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力。,表压力：绝对压力与大气压力之差，称为表压力。,真空度：当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值，此负压力值的绝对值，称为真空度。,压力的测量：压力传感器、活塞式压力计、液体压力计、补偿式微压计、倾斜式微压计、精密弹簧压力表、工作弹簧压力表等。,压力传感器测量方框图：多数传感器是把非电量的物理量转换成电量输出经放大输给显示器、记录设备或把信号进行处理。基本测试线路：,传感器,测量电路,电源,指示仪器,记录或显示,数据处理,电参量,传感器测量方框图,P,将能感受压力并转换为与压力成一定关系的电信号输出的传感器称为压力传感器，其典型结构包括感压部分、传输和转换部分及激励部分。感压元件的功能是直接承受被测压力的作用。转换部分的功能是将被测压力转换成电信号。激励部分的功能是供给传感器电源。,对压力传感器大致要求：体积 小、重量轻、高频响应好、测量准确度高、抗干扰能力强、适应较宽的温度范围。,常见的压力传感器,:,应变式压力传感器、压电式压力传感器、光导纤维压力传感器,使用压力传感器应注意的事项：,1,、根据被测对象选择适当量程的传感器。,2,、使用环境温度不易过高，传感器在测量中会与温度高的气体接触，超过传感器容许的温度，需采用隔热装置。,3,、防止振动，传感器经常用于动态测试，如外加振动传到传感器上，就会干扰被测信号，同时振动加速度会引起传感器破坏。,单管弹簧式压力表的结构及工作原理,：,单管弹簧式压力表由带螺纹接头的支持器、表壳、罩壳、表玻璃、,衬圈、表盘、指针、弹簧管、拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、上下夹板、,夹板紧固螺钉、游丝、示值调节螺钉等组成。,其工作原理：弹簧