热工测量复习提纲(共8页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上温度测量 ●温度的宏观概念：冷热程度的表示，互为热平衡的两物体，其温度相等处于热平衡状态的所有热力学系统都具有共同的宏观性质，用温度表示此性质，一切互为热平衡的系统具有相同的温度●温度的微观概念：概念：大量分子运动的平均强度；特征：分子运动愈激烈其温度表现越高●温标的作用：不同物质的不同物理特性与温度有着不同的关系，即使用同一物质的不同特性，或不同物质的同一种特性对同一个温度进行测量，也会得出不同的量值，这就需要建立统一的标准温度单位，即温标种类：经验温标(摄氏、华氏和列氏(Re))，热力学温标，绝对气体温标，国际实用温标摄氏华氏】：t[℉]=t[℃]9/5+32 ;【热力学温标】与选用的测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质而变的缺陷，故称它为绝对热力学温标由此而得的温度称为热力学温度，成为温度测量的基准●接触式测温仪器:测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值优点：直观可靠缺点：感温元件影响被测温度场的分布；接触不良等带来测量误差；高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。

膨胀式温度计：液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力式温度计；热电式温度计：热电偶、P-N结温度计；电阻式温度计：金属热电阻温度计、半导体热敏电阻温度计非接触式温度计以可见光辐射为基础，可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计 ●热电偶温度计：■热电偶温度计测量原理：热电效应（贝赛克效应）：两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成闭合回路，当两个接触点（结点）温度T和T0不相同时，回路中即产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应回路电势：热电势两金属丝：偶极或热电极两个结点中与被测介质接触的一个称为工作端（热端），另一个称为参考端（或自由端、冷端）■接触电势（珀尔帖电势，EAB(T)）：两种导体相接触，由于导体内的自由电子密度不同，电子密度大的向小的扩散；■温差电势（汤姆逊电势，E(T0,T)）：单一金属导体，两端的温度不同，则两端的自由电子具有不同的动能温度高向低的一端扩散失去电子的一端就处于正电位两端形成电位差，称为温差电势；■总热电动势：EAB(T0,T)=f(T0)-f(T)；■热电偶总结：1、热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。

2、只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势3、热电偶的电极材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关如果T0已知且恒定，则f(T0)为常数回路总热电势量EAB(T,T0)只是温度T的单值函数■热电偶回路的基本定律：1、均质导体定律：均质材料构成的热电偶，其热电动势大小只与材料及结点温度有关，与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极的温度分布无关材料如果不均匀、由于温度梯度的存在，会产生附加电动势2、中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导体时，只要其两端温度相等，总回路电势不变用途：接入仪表测量线3、中间温度定律：在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时热电动势的代数和，即EAB(T0,T)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0);补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线4、标准电极定律(连接导体定律)：两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，如果A、C和B、C热电偶的热电动势已知，则导体A、B组成的热电偶产生的电动势为：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0);■使用补偿导线的理论依据：中间温度定律和标准电极定律■常用热电偶的材料、特点、适用范围：1、铂铑10-铂热电偶 分度号为“S”。

正极是铂铑丝(铂90%，铑l0%)，负极是纯铂丝测温范围为0~1700℃国际温标中规定它为630.74~1064.43℃温度范围内复现温标的标准仪器常用作标准热电偶或用于高温测量 2、铜-康铜热电偶 分度号为“T”正极是铜，负极是铜镍合金测温范围为-200~+400℃特点是精度高，在-200~0℃范围内，可制成标准热电偶3、铂铑30-铂铑6热电偶 分度号为“B”4、镍铬-镍硅热电偶 分度号为“K”测温范围为-200~+1300℃5、镍铬-康铜热电偶 分度号为“E”测温范围为-200~+1000℃6、铁-康铜热电偶 分度号为“J”测温范围为-200~+1300℃■热电偶的材料、特点：1、输出较大的热电势，热电势和温度之间尽可能线性关系；2、能应用于较宽的温度范围；3、物理化学性能、热电特性都较稳定，即要求有较好的耐热性、抗氧化、抗还原、抗腐蚀等性能；4、有较高的导电率和较低的电阻温度系数；5、具有较好的工艺性能，便于成批生产；6、具有良好的复现性■热电偶的参比端处理（冷端补偿）：why？【热电偶产生的热电动势与两端温度有关只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数热电偶分度表以冷端温度为0℃得到。

在使用时要正确反映热端温度(被测温度)，最好设法使冷端温度恒为0℃实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，受到环境温度的影响，温度不是恒定不变为此，必须采取一些措施进行补偿或修正■修正方法：1、0℃恒温法（2种接线）；2、热电势修正法：当热电偶参比端不等于0℃时，需对仪表的示值加以修正修正公式： E(T,0℃)=E(T,t0)+E(t0, 0℃)3、 补偿导线：在一定温度范围（0～100℃）内，与配用热电偶的热电特性相近的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线补偿导线补偿导线4、冷端补偿器（电桥补偿）法：补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差■热电势的测量仪表：动圈式温度指示仪，直流电位差计，数字式电压表，数据采集卡●热电阻温度计■特点：优点：信号灵敏度高；与热电偶相比，无需参比温度 ；信号可以远传；金属热电阻稳定性高、准确度高、互换性好，可以用作基准仪表缺点：需要电源；自热，影响测量精度；测温上限，铂电阻上限低于1000 ℃■测量原理：导体或半导体的电阻随温度变化的性质大多数金属在温度升高1℃时电阻将增加0.4～0.6％。

半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1℃，电阻约减小2~6％■材料：用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数大；热容量、热惯性要小；电阻与温度的关系近于线性；材料的物理、化学性质要稳定，复现性好，易提纯；价格尽可能便宜常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻■常用热电阻温度计(铂，铜)的性能：•铂电阻：Pt10的含义：在0℃时，铂热电阻的名义电阻值为10Ω；铂的优点：稳定性好、耐氧化性能很强物性稳定：ITS-90规定，在-259.34℃～630.74℃范围，铂电阻温度计作为基准温度仪器易提纯，铂电阻精度高，复现性好；工艺性好，可制极细的铂丝（<0.02 mm）或极薄的铂箔铂的电阻率较高铂的缺点：电阻温度系数比较小（ 3.910-3 /℃）；价格高•铜电阻：铜电阻普遍用于测量精度要求不高、温度较低的场合，测量-50~150℃的温度优缺点：1、电阻率小制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，因此机械强度不高，或者就要长，使体积增大2、铜很容易氧化，工作温度的上限为150℃3、铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用■热电阻的测量方法：两线制、三线制及四线制，如何接线？两线制：在热电阻感温元件的两端各连一根导线的引线形式。

配线简单，安装费用低，存在引线电阻的附加误差，不适用于A级热电阻在使用时引线及导线都不宜过长三线制：在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线(见图) 构成测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制目前三线制在工业检测中应用最广在测温范围窄或导线长或导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制四线制：四线制不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，消除该电阻的影响还可以通过改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响■热电阻的自热误差的来源及消除的方法由通过电阻的电流引起；电流大可提高输出信号，但带来的自热误差也大一般工业热电阻工作电流被限制在6mA以内，这样自热温差就不会超过0.1 ℃ ■双金属温度计和压力式温度计的工作原理：双金属：用两种不同膨胀系数的固体材料制成基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对较大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形压力式：充有感温介质的感温包、传递压力元件(毛细管)及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。

测温方法：测温时将感温包置入被测介质中，温包内的感温介质(气体、液体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度强度高、抗冲击，不易破损、读数方便的优点，但准确度较低、耐腐蚀性较差■接触式测温的误差分析：•流体温度测量—导热误差分析•高温气体温度测量—辐射误差分析当被测气体温度增高，温度传感器与周围容器壁的辐射换热在总换热所占比例增大;当测温元件周围有冷壁面时，导致测温元件对冷壁面辐射热较大，使得温度计示值低于实际气体温度，造成以辐射为主的测温误差解决：提高热电偶周围冷表面的温度，遮热罩；加大对流换热系数，双热偶；降低热电偶的黑度系数，抽气式热电偶；）•高速气流温度测量—速度误差分析1、静温T0：无法测量得到；2、动温TV ：v2/2cp；3、总温（滞止温度）T*：T0+ TV；4、有效温度Tr ：实际测量得到的温度；5、恢复系数r ： (Tr- T0) /(T* - T0)；■壁面温度测量：点接触，面接触，等温线接触，分立接触 ●非接触式温度计热辐射的概念，掌握黑体辐射的两个定律，非接触式温度测量：光学辐射式高温计：单色光学高温汁，光电高温计，全辐射高温计，比色高温计单色辐射光学高温计与全辐射高温计的特点灯丝隐灭式光学高温计的工作原理，灰色吸收玻璃的作用，红色滤光片的作用比色温度定义红外辐射测温仪结构原理 压力测量 压力的分类绝对压力，表压力，真空 液柱式压力计U形管、单管、斜管液柱式压力计测量影响因素：（1） 环境温度，（2） 重力加速度（3） 毛细现象弹性压力计组成环节：弹性元件，变换放大机构，指示机构，调整机构常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜。

单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量；波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量弹簧管压力计：可调螺钉、游丝的作用，弹簧管压力表的精度，不同压力环境下的使用界限膜式压力计：膜片压力计，膜盒压力计（测量气体的微压和负压）波纹管式压差计：单波纹管和双波纹管测量原理（以波纹管为感压件件来测量压差信号） 真空测量：各种方法的测量原理U形管真空计热导式真空计：根据在低压强下气体。