测试技术温测量.pptx
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1、测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量1 温度测量概述温度测量概述1.温度、温标温度、温标温度温度:是表示物体是表示物体冷热程度冷热程度的物理量,从分子的物理量,从分子运动论的观点看,温度也是物体内部分子运动论的观点看,温度也是物体内部分子运动平运动平均动能均动能大小的一个大小的一个量度标志量度标志。温标温标:用来量度温度高低的用来量度温度高低的尺度尺度称为称为温度标尺温度标尺,简称温标。应用较多的有简称温标。应用较多的有摄氏温标摄氏温标和和华氏温标华氏温标、热力学温标热力学温标、国际温标。国际温标。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量摄氏温标摄氏温标:规定标
2、准大气压下纯水的冰融点为规定标准大气压下纯水的冰融点为0度,水沸点度,水沸点为为100度,中间等分为度,中间等分为100格,每格为摄氏格,每格为摄氏1度,符号为度,符号为。华氏温标华氏温标:规定标准大气压下纯水的冰融点为:规定标准大气压下纯水的冰融点为32度,水沸度,水沸点为点为212度,中间等分度,中间等分180格,每格为华氏格,每格为华氏1度,符号为度,符号为。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量摄氏温氏温标与与华氏温氏温标的关系的关系为:测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量热力学温标热力学温标:又称开氏温标(:又称开氏温标(K)或绝对温标,它规定分)或
3、绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础,体现子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础,体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标,已作为国际统一的基本温标。想温标,已作为国际统一的基本温标。卡诺定理:卡诺定理:温标的确定:温标的确定:开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为为273.16273.16K K;三相点到沸点之间分为三相点到沸点之间分为100100等份,每等份记为等份,每等份记为1 1K K;将三相点以下将三相点以下273.16273.
4、16K K定为定为绝对零度绝对零度,记为,记为0 0 K K,符号:符号:T T。绝对温标绝对温标T T与摄氏温标与摄氏温标t t的关系为的关系为 T Tt+273.15+273.15 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量国际温标国际温标:ITS90(International Temperature Scale of 1990)是一种符合热力学温标又使用简单的温标,国际计量委员会引入了是一种符合热力学温标又使用简单的温标,国际计量委员会引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们进行温标确定的在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利用它们进行温标确定的方法称作方法称
5、作国际温标国际温标。ITS一一90基本内容为:基本内容为:l 重申重申国际实用温标国际实用温标单位仍为单位仍为K;l 国际摄氏温度国际摄氏温度和和国际实用温度国际实用温度关系为:关系为:l 把整个把整个温标温标分成分成4个温区,其相应的标准仪器,如下:个温区,其相应的标准仪器,如下:0.655.0K,用,用3He和和4He蒸汽温度计;蒸汽温度计;3.024.5561K,用,用3He和和4He定容气体温度计;定容气体温度计;13.803K961.78,用铂电阻温度计;,用铂电阻温度计;961.78以上,用光学或光电高温计;以上,用光学或光电高温计;l 新新确确认认和和规规定定17个个固固定定点点
6、温温度度值值以以及及借借助助依依据据这这些些固固定定点点和和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标热力学温标。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2、温度计分类温度计分类u根根据据温温度度测测量量仪仪表表的的使使用用方方式式,通通常常可可分分为为接接触触法法与与非接触法非接触法两大类。两大类。(1)接触法接触法u当两个物体接触后,经过足够长的时间达到热平当两个物体接触后,经过足够长的时间达到热平衡后,则它们的温度必然相等。如果其中之一为温衡后,则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计,就可以用它对另一个物体实现温度测量,度计,
7、就可以用它对另一个物体实现温度测量,这这种测温方式称为接触法种测温方式称为接触法。u特点:特点:温度计要与被测物体有良好地热接触,使温度计要与被测物体有良好地热接触,使两者达到热平衡。两者达到热平衡。u热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量(2)非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度变化的原理测定物体温度,度,这种测温方式称为非这种测温方式称为非接触法接触法。u特点:特点:不与被测物体接触,不与被测物体接触,也不改变被测物体的温度也不改变被测物体的温度分布,热惯性小。
8、分布,热惯性小。u全辐射高温计、单色高温全辐射高温计、单色高温计与比色高温计。计与比色高温计。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2 接触式温度计 一、一、膨胀式温度计膨胀式温度计(利利用用物物质质的的体体积积随随温温度度升升高高而而膨膨胀胀的的特特性性制作的制作的温度计温度计)1玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计 常常用用:水水银银温温度度计计和和有有机机液液体体温温度度计计两两种种。前前者者不不粘粘玻玻璃璃,不不易易氧氧化化,容容易易获获得得很很高高的的精精度度,在在相相当当大大的的温温度度范范围围内内(38356)保保持持液液态态,在在200以以下下,其其膨膨胀胀系系数数
9、几几乎乎和和温温度度成成线性关系,所以可作为精密的标准温度计。线性关系,所以可作为精密的标准温度计。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量注意注意:1)零零点点漂漂移移:玻玻璃璃的的热热胀胀冷冷缩缩也也会会引引起起零零点点位位置置的的移移动动,因因此此使使用用玻玻璃璃管管液液体体温温度度计计时时,应应定定期校验零点期校验零点位置。位置。2)露露出出液液柱柱的的校校正正:使使用用时时必必须须严严格格掌掌握握温温度度计计的的插插入入深深度度,因因为为温温度度刻刻度度是是在在温温度度计计液液柱柱全全部部浸浸入入介介质质中中标标定定的的,而而使使用用时时液液柱柱可可按按下下式式求其修正
10、值求其修正值n为露出液柱所占的度数;为露出液柱所占的度数;K为工作液为工作液体在玻璃中可见的膨胀系数体在玻璃中可见的膨胀系数;t为主温为主温度计指示的读数度计指示的读数();t0为由次温度计为由次温度计读出的液柱露出部分的平均温度读出的液柱露出部分的平均温度()。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2压力式温度计压力式温度计 压压力力式式温温度度计计由由温温包包、毛毛细细管管和和弹弹簧簧管管所所构构成成的的密密闭闭系系统统及及传动指示传动指示机构组成机构组成(图图5 51)1)。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量根据密闭系统内所充工作物质的不同,压力式温度
11、计可分为根据密闭系统内所充工作物质的不同,压力式温度计可分为三种三种:(1)(1)充气体的充气体的压力式压力式温度计温度计 其其工工作作原原理理是是利利用用温温度度变变化化时时密密闭闭系系统统中中充充填填气气体体膨膨胀胀或或收收缩缩产产生生的的压压力力变变化化来来测测量量温温度度。所所充充气气体体通通常常为为氮氮气气。测测温温范围为范围为-80-80550550。(2)(2)充蒸气充蒸气的压力式温度计的压力式温度计 其其工工作作原原理理是是利利用用温温度度变变化化时时密密闭闭系系统统中中所所充充低低沸沸点点液液体体饱饱和和蒸蒸气气压压力力的的变变化化测测温温。所所充充低低沸沸点点液液体体有有:
12、氯氯甲甲烷烷(CHCH3 3Cl)Cl)、氯氯 乙乙 烷烷(CHCH2 2CHCH2 2C1)C1)、丙丙 酮酮(CHCH3 3-CO-CH-CO-CH3 3)、氟氟 里里 昂昂12(12(CClCCl2 2F F2 2)、乙醚乙醚(CHCH3 3OCHOCH3 3)等。测温范围为等。测温范围为-20-20200200(3)(3)充液体充液体的的压力式压力式温度计温度计 其其工工作作原原理理是是利利用用温温度度变变化化时时密密闭闭系系统统中中所所充充液液体体的的体体积积变变化化测测温温。所所充充液液体体有有:水水银银(Hg)Hg)、二二甲甲苯苯(CC8 8H H1010)、甲甲醇醇 (CHCH
13、3 3OH)OH)等。测温范围为等。测温范围为4040550550 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量3双金属温度计双金属温度计 双双金金属属温温度度计计是是用用线线胀胀系系数数不不同同的的两两种种金金属属构构成成的的金金属属片片作作为为感感温温元元件件,当当温温度度变变化化时时,两两种种金金属属的的膨膨胀胀不不同同,双双金金属属片片就就产产生生与与被被测测温温度度大大小小成成比比例例的的变变形形,这这种种变变形形通通过过相相应应的的传传动动机机构构由由指指针针指指示示出出温温度度数数值值,其其测测量量范范围围在在6060500500。根根据据感感温温双双金金属属片片结结构
14、构形形状状的的不不同同,有有螺螺旋旋形形双双金金属属温温度度计计和盘和盘形双金属温度计形双金属温度计两种。两种。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量二、电阻式温度计(二、电阻式温度计(热电温度计热电温度计)原原理理:利利用用导导体体或或半半导导体体的的电电阻阻值值随随温温度度而而变变化化的的特性所制成的测温仪表。特性所制成的测温仪表。组组成成:由由热热电电阻阻、显显示示仪仪表表或或变变送送器器、调调节节器器和和连连接导线接导线等几部分组成。等几部分组成。热热电电阻阻的的材材料料常常用用的的有有铂铂热电阻热电阻和和铜热电阻铜热电阻两类。两类。测试技术基础测试技术基础第五章第五章
15、 温度测量温度测量三、热电偶温度计三、热电偶温度计v原原理理:热热电电偶偶是是利利用用“热热电电效效应应”制制成成的的一一种种测测温温元件。元件。v结结构构:工工业业热热电电偶偶的的结结构构如如图图53所所示示,它它由由热热电电偶偶、绝绝缘缘体体、保保护护管管和和接接线盒线盒组成。组成。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量热敏电阻器热敏电阻器thermistor 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量四、温度计标定四、温度计标定1压力表式温度计的标定压力表式温度计的标定 标定设备标定设备:恒温器、:恒温器、标准温度计标准温度计、盛有冰水共存的容器。、盛有冰水共
16、存的容器。标标定定方方法法:把把温温度度计计垂垂直直挂挂在在支支柱柱上上,将将温温包包全全部部浸浸在在恒恒温温器器内内(或或浸浸有有冰冰水水共共存存的的容容器器内内),调调整整温温度度计计到到等等于于恒恒温温器器内内温温度度的的刻刻度度点点(或或0)。一一般般标标定定点点不不少少于于三三点点,即即刻刻度度标标尺尺的的起起点点、中中点点和和终终点点。对对每每一一刻刻度度点点的的标标定定,均均要要在在恒恒温温器器的的温温度度上上升升和和下下降降时时进进行行,并并取取其其平平均均值值。指指示示值值的的读读数数要要进进行行两两次次,一一次次是是在在不不敲敲表表壳壳的的情情况况下下读读出出,一一次次是是
17、在在轻轻敲敲一一下下表表壳壳之之后后读读出出,轻轻敲敲表表壳壳后后的的指指针针变变化化不应超过允许误差的一半。不应超过允许误差的一半。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量2热电阻的标定热电阻的标定标标定定设设备备:标标准准热热电电阻阻温温度度计计(标标准准热热电电阻阻温温度度计计所所用用的的材材料料与与被被标标定定的的一一样样)、加加热热恒恒温温器器、冰冰水水共共存存容容器器、标标准准电电位位计计或或不不低低于于0.05级级双双臂臂电桥电桥一只。一只。校校验验方方法法:有有两两个个点点必必须须进进行行标标定定,即即0时时的的电电阻阻值值R0和和100时时的的电电阻阻值值R10
18、0,并并检检查查100时时的的电电阻阻值值Rl00对对于于0时时的的电电阻阻值值R0之之比比值值(即即R100/R0)是否符合规定。是否符合规定。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量在测定在测定 R0时,要将时,要将热电阻热电阻放在冰水共存容器中。在标定放在冰水共存容器中。在标定R100R0的数值时,应该与的数值时,应该与标准热电阻温度计标准热电阻温度计比较,比较,标准热电阻温度计标准热电阻温度计所所用的材料应与被标定的一样,测量应该用用的材料应与被标定的一样,测量应该用双臂电桥双臂电桥进行,把标准进行,把标准热电阻温度计的电阻当作标准电阻,而被标定热电阻作为未知电热电阻温度
19、计的电阻当作标准电阻,而被标定热电阻作为未知电阻。测试时,先在冰点恒温器中放置阻。测试时,先在冰点恒温器中放置30min进行电桥平衡,然后进行电桥平衡,然后在沸点校验器中放置在沸点校验器中放置30min再进行电桥平衡。在读数值时,应当再进行电桥平衡。在读数值时,应当注意注意两个热电阻两个热电阻是否是否在相同的温度条件下在相同的温度条件下。在取得读数以后,用。在取得读数以后,用下列公式确定被标定的热电阻的下列公式确定被标定的热电阻的R100/R0(Rl00R0)B为标准热电阻的值,此值可由鉴为标准热电阻的值,此值可由鉴定书得到或从国家标准中查得;定书得到或从国家标准中查得;Ak为放置为放置在沸点
20、恒温器中时电桥的读数;在沸点恒温器中时电桥的读数;A0为放置在为放置在冰点恒温器中时电桥的读数。冰点恒温器中时电桥的读数。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量3热电偶的标定标标定定设设备备和和材材料料:标标准准铂铂铑铑铂铂热热电电偶偶、可可以以调调节节温温度度的的管管式式电电炉炉、具具有有冰冰水混合共存容器水混合共存容器、试管、试管、变压器油变压器油、转换开关、转换开关、电压计电压计或或电位差计电位差计。标定方法:标定方法:热电偶的标定方法是把热电偶的标定方法是把所测量所测量的几支热电偶与的几支热电偶与标准标准铂铑铂铂铑铂热电偶一起放在热电偶一起放在管式炉中管式炉中比较它们的
21、比较它们的读数读数。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量 使接触式测温的感受元件的输出能反映被测对象的真实温度,使接触式测温的感受元件的输出能反映被测对象的真实温度,必须满足两个条件:必须满足两个条件:热力学平衡的条件,即要使温度汁和被测对象组成热力学孤热力学平衡的条件,即要使温度汁和被测对象组成热力学孤立系统,并经历足够时间;立系统,并经历足够时间;当对象温度变化时,温度计的温度能够不延迟地跟着变化,当对象温度变化时,温度计的温度能够不延迟地跟着变化,即要使温度计的热容和热阻为零。即要使温度计的热容和热阻为零。但是,实际测温中不可能满足上述条件,例如温度计除了与但是,实际测
22、温中不可能满足上述条件,例如温度计除了与被测对象要进行热量交换外,还要和周围环境交换热量,从而产被测对象要进行热量交换外,还要和周围环境交换热量,从而产生误差;温度计的热容与热阻实际上也不可能为零。事实上,接生误差;温度计的热容与热阻实际上也不可能为零。事实上,接触式温度计指示的温度只是感温部本身的温度触式温度计指示的温度只是感温部本身的温度(例如热电偶热接例如热电偶热接点的温度点的温度),将感温部的温度当作被铡对象种近似,某些情况下,将感温部的温度当作被铡对象种近似,某些情况下两者的差别可能很大两者的差别可能很大。五、接触式温度测量误差五、接触式温度测量误差测试技术基础测试技术基础第五章第五
23、章 温度测量温度测量(一一)测温元件吸热与发热的基本情况测温元件吸热与发热的基本情况 吸吸热热:一一是是被被测测介介质质传传给给测测温温元元件件的的热热量量,包包括括介介质质对对测测温温元元件件的的导导热热、辐辐射射和和对对流流换换热热;二二是是由由于于测测温温元元件件阻阻挡挡了了流流动动介介质质而而在在测测温温元元件件附附近近发发生生气气流流绝绝热热压压缩缩,因因而而使使流流体体的的动动能能转转变变为为热热能能,这这种种现现象象在在测测量量高高速速气气流流的的温温度度时时应应当当给给予予足足够够重视。重视。散散热热:一一种种是是由由测测温温元元件件向向周周围围冷冷壁壁的的辐辐射射散散热热和和
24、传传热热,一一种种是是沿沿着着测测温温元元件件向向外外部部介介质质的的传传导导散散热热(包包括括测测温温元元件件露露在在外外部部介介质质中中的的部部分分辐辐射射散散热热)。后后者者在在静静态态或或中中低低速速流流动动介介质质中中测量时引起误差较大测量时引起误差较大测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量(二二)测温元件的安装测温元件的安装1.1.测温元件安装的基本要求测温元件安装的基本要求 测测温温元元件件应应与与被被测测介介质质形形成成逆逆流流,即即安安装装时时测测温温元元件件应应迎迎着着被被测测介介质质的的流流向向插插入入(a)。若若不不能能迎迎着着被被测测介介质质的的流流向
25、向插插入入,可可采采用用迎迎着着被被测测介介质质的的流流向向斜斜插插(b)的的方方式式,至至少少也也须须与与被被测测介介质质正正交交(即即90)(c),应尽量避免与被测介质形成应尽量避免与被测介质形成顺流顺流。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量测测定定液液体体温温度度时时,插插入入深深度度应应是是保保护护管直径管直径的的912倍。倍。在在直直径径小小的的管管道道上上安安装装测测温温元元件件时时,可装置可装置扩大管扩大管(图图518)。在在测测温温元元件件插插入入处处附附近近的的管管道道或或容容器器壁壁外外,要要有有足足够够的的绝绝热热层层,以以减减少少由由于于辐射辐射和和导
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