测试技术温测量.pptx

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。第1页/共55页摄氏温标摄氏温标：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。第2页/共55页摄氏温标与华氏温标的关系为：第3页/共55页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273.16273.16K 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 第4页/共55页国际温标国际温标: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规定定的的内内插插公公式式分分度度的标准仪器来实现整个的标准仪器来实现整个热力学温标热力学温标。第5页/共55页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，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第6页/共55页（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。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。第7页/共55页2 接触式温度计接触式温度计 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制作的性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几几乎乎和和温温度度成成线线性性关关系系，所所以以可可作作为为精精密密的标准温度计。的标准温度计。第8页/共55页注意注意：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，应应定期校验零点定期校验零点位置。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下式求其修正值按下式求其修正值n为露出液柱所占的度数；K为工作液体在玻璃中可见的膨胀系数；t为主温度计指示的读数()；t0为由次温度计读出的液柱露出部分的平均温度()。第9页/共55页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传动动指指示示机机构构组组成成(图图5 51)1)。第10页/共55页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度温度。所充气体通常为氮气。测温范围为。所充气体通常为氮气。测温范围为-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：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)、氟里昂氟里昂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：水银水银(Hg)Hg)、二甲苯二甲苯(CC8 8H H1010)、甲醇甲醇(CHCH3 3OH)OH)等。测温范围为等。测温范围为4040550550 第11页/共55页3双金属温度计双金属温度计 双金属温度计是用线胀系数不同的两种金属构成的金属片作为感温元件，当温度变化时，两种金属的膨胀不同，双金属片就产生与被测温度大小成比例的变形，这种变形通过相应的传动机构由指针指示出温度数值，其测量范围在6060500500。根据感温双金属片结构形状的不同，有螺旋形双金属温度计和盘形双金属温度计两种。第12页/共55页二、电阻式温度计（二、电阻式温度计（热电温度计)原理：利用导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性所制成的测温仪表。组成：由热电阻、显示仪表或变送器、调节器和连接导线等几部分组成。热电阻的材料常用的有铂热电阻和铜热电阻两类。第13页/共55页三、热电偶温度计v原理：热电偶是利用“热电效应”制成的一种测温元件。v结构：工业热电偶的结构如图53所示，它由热电偶、绝缘体、保护管和接线盒组成。第14页/共55页热敏电阻器热敏电阻器thermistor thermistor 第15页/共55页四、温度计标定1压力表式温度计的标定 标定设备：恒温器、标准温度计、盛有冰水共存的容器。标定方法：把温度计垂直挂在支柱上，将温包全部浸在恒温器内(或浸有冰水共存的容器内)，调整温度计到等于恒温器内温度的刻度点(或0)。一般标定点不少于三点，即刻度标尺的起点、中点和终点。对每一刻度点的标定，均要在恒温器的温度上升和下降时进行，并取其平均值。指示值的读数要进行两次，一次是在不敲表壳的情况下读出，一次是在轻敲一下表壳之后读出，轻敲表壳后的指针变化不应超过允许误差的一半。第16页/共55页2热电阻的标定标定设备：标准热电阻温度计(标准热电阻温度计所用的材料与被标定的一样)、加热恒温器、冰水共存容器、标准电位计或不低于0.05级双臂电桥一只。校验方法：有两个点必须进行标定，即0时的电阻值R0和100时的电阻值R100，并检查100时的电阻值Rl00对于0时的电阻值R0之比值(即R100/R0)是否符合规定。第17页/共55页在测定 R0时，要将热电阻放在冰水共存容器中。在标定R100R0的数值时，应该与标准热电阻温度计比较，标准热电阻温度计所用的材料应与被标定的一样，测量应该用双臂电桥进行，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阻。测试时，先在冰点恒温器中放置30min进行电桥平衡，然后在沸点校验器中放置30min再进行电桥平衡。在读数值时，应当注意两个热电阻是否在相同的温度条件下。在取得读数以后，用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，此值可由鉴定书得到或从国家标准中查得；Ak为放置在沸点恒温器中时电桥的读数；A0为放置在冰点恒温器中时电桥的读数。第18页/共55页3热电偶的标定标定设备和材料：标准铂铑铂热电偶、可以调节温度的管式电炉、具有冰水混合共存容器、试管、变压器油、转换开关、电压计或电位差计。标定方法：热电偶的标定方法是把所测量的几支热电偶与标准铂铑铂热电偶一起放在管式炉中比较它们的读数。第19页/共55页 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：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；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。但是，实际测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(例如热电偶热接点的温度)，将感温部的温度当作被铡对象种近似，某些情况下两者的差别可能很大。五、接触式温度测量误差第20页/共55页(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：一是被测介质传给测温元件的热量，包括介质对测温元件的导热、辐射和对流换热；二是由于测温元件阻挡了流动介质而在测温元件附近发生气流绝热压缩，因而使流体的动能转变为热能，这种现象在测量高速气流的温度时应当给予足够重视。散散热热：一种是由测温元件向周围冷壁的辐射散热和传热，一种是沿着测温元件向外部介质的传导散热(包括测温元件露在外部介质中的部分辐射散热)。后者在静态或中低速流动介质中测量时引起误差较大第21页/共55页(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 测温元件应与被测介质形成逆流，即安装时测温元件应迎着被测介质的流向插入(a)。若不能迎着被测介质的流向插入，可采用迎着被测介质的流向斜插(b)的方式，至少也须与被测介质正交(即90)(c)，应尽量避免与被测介质形成顺流。第22页/共55页测定液体温度时，插入深度应是保护管直径的912倍。在直径小的管道上安装测温元件时，可装置扩大管(图518)。在测温元件插入处附近的管道或容器壁外，要有足够的绝热层，以减少由于辐射和导热损失而引起的误差。使测温元件处于管道中心，即应使它处于流速最大处。当在管道上倾斜安装时(b)，保护管顶端要高出管中心线510mm。随着测温元件插入深度的增加，测量误差减少。插入深度应符合国家有关试验规范或出厂使用说明的要求。如不用保护管时，热电偶插入深度不应小于热电偶丝直径的50倍。第23页/共55页2热电偶与被测表面的接触方式 接触方式：点接触式（图a），热电偶的测量端接点直接与被测表面相接触。面接触式（图b），先将热电偶的测量端接点与导热性能良好的金属薄片(如铜片)焊在一起，然后再与被测表面接触。等温线接触式（图c），即热电偶测量端接点固定在被测表面后沿被测表面等温线绝缘敷设至少20倍线径的距离，再引出。分立接触式（图d），两热电极分别与被测表面接触。第24页/共55页 (三三)温度测量误差温度测量误差 1.安装误差图520所示，位置(b)利用直角弯头逆向插入一定深度，可以测得真实温度位置(a)由于插入深度浅，露在大气中不保温的部分长，所以测定值低于真实值；位置(c)由于插入深度稍浅，位置(d)插入深度不够，所以都将产生误差。这种由于插入深度产生的误差，就是热电偶的保护管和电偶线的热传导所产生的误差。第25页/共55页2环境温度与压力的影响 对充液温度计，因流体和毛细管材料的温度膨胀系数不同将引起误差，把充液球的容积做得大些，把毛细管和压力弹簧管的容积做得小些可减少误差。对高精度充液温度计，往往将一根能使空间的体积膨胀和液体的膨胀相匹配的细金属丝，穿到毛细管孔中来取得补偿；也有采用一根带有二次压力弹簧管的补偿毛细管或在指针联接装置中采用一双金属补偿片来提高温度计精度的。由于压力弹簧管通常用做测量大气压力，因此大气压的变化将对压力弹簧管式的温度示值发生变化而产生误差。采用高压充注系统可大大减少误差。对于热电偶，采用冷端补偿。第26页/共55页3.辐射引起的误差 因温度计的测温元件在测量气体温度时存在着辐射传热而使测温读数(测量值)低于被测气体的实际温度。测量时辐射引起的误差与辐射传热系数C成正比，与气体向测温元件表面的传热系数h成反比。为减少测量误差，应采用表面光滑的测温元件保护套管，以减少辐射传热系数；同时改善对流传热条件，以增大气体向测温元件表面的传热系数。4由于热传导引起的误差当测温元件保护套管顶部的温度与装置保护套管的管道壁的温度不同时，就会有热量沿测温元件套管流向温度较低的管壁，由于热传导的存在，使测温元件感受的温度低于被测介质的温度。在安装测温元件时，应减少引起热传导误差的因素。第27页/共55页3.辐射引起的误差 因温度计的测温元件在测量气体温度时存在着辐射传热而使测温读数(测量值)低于被测气体的实际温度。测量时辐射引起的误差与辐射传热系数C成正比，与气体向测温元件表面的传热系数h成反比。为减少测量误差，应采用表面光滑的测温元件保护套管，以减少辐射传热系数；同时改善对流传热条件，以增大气体向测温元件表面的传热系数。第28页/共55页4由于热传导引起的误差当测温元件保护套管顶部的温度与装置保护套管的管道壁的温度不同时，就会有热量沿测温元件套管流向温度较低的管壁，由于热传导的存在，使测温元件感受的温度低于被测介质的温度。在安装测温元件时，应减少引起热传导误差的因素。第29页/共55页 5.高速流动气体的温度测量误差 在测量高速流动气体的温度时，因测温元件固定安装于管道中心，尤其是在测温元件迎气流的端部，将会产生前面所述的气体动能转换为热能的现象，因而使测温元件附近温度升高，从而所测得的温度要比气体的实际温度高。气流的速度大于50m/s时，须考虑此项误差，误差值可由上式表示。第30页/共55页6.时滞现象和时滞的测定 1时滞现象用温度计测量温度的变化时，仪表的指示值要经过一定的时间才逐渐接近被测介质的温度，这个时间的滞后或叫时滞、滞后或滞延。时滞参数因素：1)测温元件的热惯性：由测温元件本身原先的热状况T1过渡到新的热状况T2的温度时需要一定的时间或滞后。2)指示仪表的机械惯性及阻尼：测温元件将所获得的“热信号”传送到指针和仪表刻度尺上需要有一定的时间，这种滞后是传送机构所固有的，取决于传送机构的特性第31页/共55页 2时滞的测定(1)衡量时滞的单位 衡量测温元件时滞大小是以时间常数来衡量的。是指测温元件从T1的恒温槽中插入T2的恒温槽中的这一时刻开始，直到测温元件的温度达到T2温度的63.2时所需的时间。(2)影响时间常数的因素 影响时间常数的因素有测温元件的质量、比热容、插入的表面积和放热系数。(3)时间常数的测定 可采用瞬间反应法（阶跃响应）测定各种材料和结构的热电阻的时间常数。第32页/共55页结论结论：v1)时间常数并不是不变的，它是被测温度的函数，也就是说，某一测温元件的时间常数只是指这一测温元件在某一温度区域内的时间常数。在高温时，辐射对于测温元件的热传导影响是很明显的，这时测温元件的时滞可以变小。v2)当被测温度的物体是流体时，流体的流速变化也会使时滞变化，如图523所示。因此，要在流速无规律变化的流体中测量测温元件的时间常数似乎是不可能的。第33页/共55页3 非接触式温度计非接触式温度计 第34页/共55页v工作原理：工作原理：测定物体辐射能的方法测定温度。它不与被测测定物体辐射能的方法测定温度。它不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场，动态响应好，因介质接触，不会破坏被测介质的温度场，动态响应好，因此可用于测量非稳态热力过程的温度值。此可用于测量非稳态热力过程的温度值。v根据根据普朗克定律普朗克定律，绝对黑体绝对黑体的单色辐射强度为的单色辐射强度为 T3000K用维恩用维恩(Vien)公式公式 Cl3.6810-16W/m2为普朗克第一辐射常量；C21.43810-2mK为普朗克第二辐射常量；为波长(m)；T为黑体的热力学温度(K)第35页/共55页 一、单色辐射式光学高温计一、单色辐射式光学高温计v原理：原理：利用亮度比较取代辐射强度比较进行测温的。由于物体的温度高于700时就会明显地发出可见光，并具有一定的亮度，其单色亮度 与单色辐射强度 成正比，代人维恩公式Ts为黑体的温度 灰体为灰体的亮度，为灰体单色辐射强度，为物体的单色灰度，T为灰体的温度 灰体黑体的亮度与灰体的亮度相等时 01，所以：TsT。需要根据物体表面的灰度用上式加以修正 第36页/共55页1灯丝隐灭式光学高温计灯丝隐灭式光学高温计特特点点：灯灯丝丝隐隐灭灭式式光光学学高高温温计计是是一一种种典典型型的的单单色色辐辐射射光光学学高高温温计计，在在所所有有的的辐辐射射式式温温度计中，它的精度最高，因而可用作复现黄金凝固点温度以上的国际实用温标。度计中，它的精度最高，因而可用作复现黄金凝固点温度以上的国际实用温标。图图2727为隐丝式光学高温计原理图。它是将被测物单色辐射亮度与一个可调电流的为隐丝式光学高温计原理图。它是将被测物单色辐射亮度与一个可调电流的温度灯的亮度进行比较，每一个电流对应的灯丝温度是已知的，如果两者的亮度温度灯的亮度进行比较，每一个电流对应的灯丝温度是已知的，如果两者的亮度相同，则灯丝轮廓就隐灭于被测物体的影像中相同，则灯丝轮廓就隐灭于被测物体的影像中(图图2828c)c)。电流的读数用温度直接电流的读数用温度直接刻度，此温度即为物体的亮度温度，再根据图刻度，此温度即为物体的亮度温度，再根据图5 52626求出物体的真实温度。各种求出物体的真实温度。各种物体的单色黑度系数可从有关资料中查得。物体的单色黑度系数可从有关资料中查得。第37页/共55页2光电高温计光电高温计 v光电高温计采用光电高温计采用光电器件光电器件作为敏感元件感受作为敏感元件感受辐射源辐射源的的亮度亮度变化，并将其转换变化，并将其转换成与成与亮度亮度成成比例的电信号比例的电信号，此信号经电子放大器放大后被自动记录下来作为，此信号经电子放大器放大后被自动记录下来作为被测物体的被测物体的温度值温度值。图。图2929为光电高温计原理图。为光电高温计原理图。v工作过程：被测物体2发射的辐射能量由物镜3聚焦，通过光阑4和遮光板8上的孔9，透过安装在遮光板内的红色滤光片(图上未示)射至光电器件(硅光电池)12上，由瞄准透镜6、反射镜5和观察孔7组成瞄准观察系统，使被测物体发出的光束盖满孔9。v从反馈灯11发出的辐射能量，通过遮光板8上的孔10并透过同一块红色滤光片，也投射到同一光电器件上。在遮光板8前面放置光调制器，光调制器的励磁绕组17通以50Hz交流电，所产生的交变磁场与永久磁钢16相互作用，使调制片15产生50Hz的机械振动或转动一只圆盘，交替地打开和遮住孔9和10，使被测物体和反馈灯的辐射能量交替地投射到光电器件12上。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，它与这两个单色辐射能量之差成比例。当I的数值经过放大器负反馈，使反馈灯的亮度与被测物体的亮度相等时，脉冲光电流为零。电子电位差计I用来自动指示和记录光电流I的数值，其刻度用温度值表示。第38页/共55页 二、全辐射高温计二、全辐射高温计 v原理：原理：借助于测量物体全部辐射能来确定物体温度的。5.666910-8W(m2K)。当某个基准温度T1下的黑体辐射能（E0）1为已知时，测量未知温度T的黑体辐射能 E0蒂芬玻耳兹曼 公式 所测物体为灰度为的灰体时，其温度可修正 第39页/共55页三、比色高温计 v原理：原理：比色高温计是利用两种不同波长的辐射强度的比值来测量温度的，因此又称双色高温计。v特点：特点：对于黑体有 1 2 1，灰体有 1 2，此时都有P0。因此，用双色高温计测定灰体时，其温度测定值与同等辐射强度比的黑体温度相等，故无需修正。单色辐射率为物体的单色辐射强度两个单色波长为1和2的同温度的辐射强度之比 第40页/共55页三、比色高温计 1.1.单通道光电比色高温计单通道光电比色高温计图533为单通道光电比色高温计的原理图。v被测物体的辐射能经物镜组1聚焦，经过通孔成像镜2被硅光电池接受器5接受。同步电动机4带动调制盘3转动，盘上装有两种不同颜色的滤光片，交替通过两种波长的光，使接受器5输出两个相应的电信号。对被测对象的瞄准由反射镜8、倒像镜7和目镜6来实现。为使光电池工作稳定，将其安装在一恒温容器内，容器温度由光电池恒温电路自动控制。第41页/共55页2 2双通道比色高温计双通道比色高温计图534为双通道比色高温计原理图。v它采用分光镜把辐射能分成不同波长的两路，即红外光透过分光镜7投射到硅光电池6上；可见光则被分光镜反射到另一光电池10上。利用两个硅光电池输出信号的差值，就可求得被测物体的比色温度值。第42页/共55页四、红外测温仪四、红外测温仪当当被被测测物物体体的的温温度度低低于于700700时时，不不会会明明显显地地发发出出可可见见光光，难难以以使使用用辐辐射射式温度计式温度计来测温。来测温。需需要要用用红红外外敏敏感感元元件件来来检检测测。图图5 53535为为红红外外测测温温仪仪的的工工作作原原理理图图，它它和和光光电电高高温温计计的的工工作作原原理理相相似似，为为光光学学反反馈馈式式结结构构。被被测测物物体体S S和和参参考考源源R R的的红红外外辐辐射射经经调调制制盘盘T T调调制制后后输输至至红红外外探探测测器器D D。调调制制盘盘T T由由同同步步电电动动机机MM带带动动，探探测测器器D D的的输输出出电电信信号号经经放放大大器器A A和和相相敏敏整整流流器器K K后后送送至至控控制制放放大大器器CC，控控制制参参考考源源的的辐辐射射强强度度。当当参参考考源源和和被被测测物物体体的的辐辐射射强强度度一一致致时时，参参考源的考源的加热电流加热电流即代表即代表被测温度被测温度。热热像像仪仪是是利利用用红红外外扫扫描描原原理理来来测测量量物物体体表表面面温温度度分分布布的的，它它摄摄取取来来自自被被测测物物体体各各部部分分射射向向仪仪器器的的红红外外辐辐射射通通量量的的分分布布，利利用用红红外外探探测测器器水水平平扫扫描描和和垂垂直直扫扫描描，顺顺序序地地直直接接测测量量被被测测物物体体各各部部分分发发射射出出的的红红外外辐辐射射，综综合合起起来来就就得得到到物物体体发发射射的的红红外外辐辐射射通通量量的的分分布布图图像像，这这种种图图像像称称为为热热像像图图或或称为称为温度场图温度场图。第43页/共55页一、气体温度计一、气体温度计1.气体温度计的基本原理气体温度计的基本原理原理原理:根据根据热力学原理热力学原理，理想气体状态方程，理想气体状态方程.种类种类：定容气体定容气体温度计、温度计、定压气定压气体温度计和体温度计和测温泡定温测温泡定温气体气体温度计。由于温度计。由于定压定压的方法测量体积比较困难，的方法测量体积比较困难，定温法定温法适用于高温，而在低温时，气体分子吸附作用的影响不大，适用于高温，而在低温时，气体分子吸附作用的影响不大，定容技术定容技术上又要求简单，而且有较高的灵敏度，所以低温上又要求简单，而且有较高的灵敏度，所以低温气体温度计大多数气体温度计大多数采用定容法采用定容法。4 气体温度计气体温度计第44页/共55页定容气体温度计：定容气体温度计：由测由测温泡温泡、一根热导率小的一根热导率小的德银毛细管德银毛细管和和压力表压力表组成。其原理图如图组成。其原理图如图536所示。通常，所示。通常，测温泡测温泡用用铜制作，体积约几十铜制作，体积约几十3，设，设其其体积为体积为VB。压力表压力表(可以用水可以用水银压力计，也可以用弹簧压力银压力计，也可以用弹簧压力表表)的容积为的容积为VM，测温泡和压测温泡和压力表之间通常用一根外径为力表之间通常用一根外径为0.5mm、内径为内径为0.3mm的的德银德银(或不锈钢或不锈钢)毛细管连接毛细管连接，其体，其体积积为为Vd，Vd称称有害体积有害体积或死体或死体积积 常数 在两个已知温度下测出相应的压力值，其中一个选为室温T0及T0下的充气压力P0，进一步即可求得a、b，可算出所测得的某一压力p下的温泡温度T VB为测温泡容积；VM为室温压力计容积；T0为室温；T为测温泡的温度；P为压力计指示压力；P0为充气压力。第45页/共55页2.试验室用气体温度计结构图为试验室用气体温度计的结构示意图。从温泡B内引出德银毛细管C，用环氧树脂封接到玻璃毛细管G上，W和V用同样管径(10mm)的玻璃管制作，W处的水银面要尽量高，以减小VM，但不能进入玻璃管直径有变化处，而且每次测量时要在同一位置(基准O)上，从而保证测温泡气体体积的恒定。加一段玻璃毛细管的目的是为了能观察有否水银偶然进入毛细管中。水银面的升降是靠向F充气或减压来实现的。N是一针尖阀，N前再加一个可控制水银面高度的微调阀S。测温泡受热后，气体可以存在泡D中，使水银面降到了以下。可以通过管V对温度计进行抽空或充气，随着测温泡温度了而变化的气体压力户由管V中水银面相对于标记O的高度读出第46页/共55页3.气体温度计的基本原理 1 1）工作气体的非理想性修正）工作气体的非理想性修正真实气体的状态方程式，即用无穷级数或维里系数表示式表示 充气温度或标定温度与待测温度越接近，值越小，气体的非理想性引起的误差也越小。同样，温度越低，压力越高，产生的误差也越大。B(T)和C(T)分别是第二、三维里系数，是温度的函数，可由试验测定。在室温下充气，T=Ts，充气压力为Ps 当VMVB、T0T 气体非理想性引起的温度误差 第47页/共55页2 2）毛细管体积修正）毛细管体积修正 由于毛细管的上部处于室温中，它的体积可以认为已包括在VM中，但它的温度从室温到低温变化很大，要准确计算这段毛细管引起的误差是十分困难的。一般假定这段毛细管各部分的温度均等于测温泡的温度，则由毛细管引起的最大温度误差为 从上式可知，若要求温度计的准确度高于1，则当毛细管内径为0.5mm，长50cm(VC0.1cm3)时，测温泡的体积应大于10cm3。在使用时还要注意，毛细管的温度不应比温泡低，否则大部分气体集中在毛细管中会引起很大误差。第48页/共55页3 3）测温泡体积冷缩的修正）测温泡体积冷缩的修正 由于测温泡体积受冷收缩引起的测量误差为 测温泡通常用导热性好的纯铜制作，从90K受冷到4K仅收缩5。因此，以液氧和液氦温度来分度，此项误差将小于0.05。第49页/共55页4 4）热分子压差的修正）热分子压差的修正 当气体的平均自由行程比毛细管直径大时，处在室温T0下的压力读数和低温泡中的压力有所差别，这就是热分子压差效应。例如，毛细管内径为0.5mm，压力p2.66kPa时，其热分子压差引起的误差仅为0.1，因此，通常其修正值可以略去不计。有时还需要对参考温度测量的准确度、压力测量的准确度以及气体吸附等加以修正。第50页/共55页作业：P120，51，52，54第51页/共55页1.内燃机稳态温度测量 测量项目测量项目测量仪表测量仪表测量位置测量位置精度精度环境温度环境温度（进气温度）（进气温度）液体温度计液体温度计中小功率内燃机在离进气管中小功率内燃机在离进气管150mm处处以内测量，大功率内燃机离进气管以内测量，大功率内燃机离进气管1.5m以内测量。传感器逆气流安装，以内测量。传感器逆气流安装，测量端位于气流中心测量端位于气流中心1排气温度排气温度高温热电偶高温热电偶离排气道离排气道150mm，传感器逆气流安装，传感器逆气流安装，测量端位于气流中心测量端位于气流中心2.5机油温度机油温度热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计压力式温度计压力式温度计在主油道或主油道入口处，也可在油在主油道或主油道入口处，也可在油底壳内测量。具有机油冷却器的内燃底壳内测量。具有机油冷却器的内燃机在机油入口和出口两处测量机在机油入口和出口两处测量2.5进水温度进水温度热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计压力式温度计压力式温度计液体温度计液体温度计水泵进口或内燃机冷却水进口处水泵进口或内燃机冷却水进口处2（作热（作热平衡试平衡试验时验时0.1出水温度出水温度同上同上内燃机冷却水出口处内燃机冷却水出口处同上同上第52页/共55页测量项目测量项目测量仪表测量仪表测量位置测量位置精度精度柴油温度柴油温度热电偶温度计热电偶温度计在直列喷油泵进口处测量，在直列喷油泵进口处测量，VE喷油泵在回油出口处测量喷油泵在回油出口处测量1冷却空气温度冷却空气温度热电偶温度计热电偶温度计液体温度计液体温度计风冷发动机前后空气流种，一风冷发动机前后空气流种，一般在离开被冷却体几十般在离开被冷却体几十cm处测处测量，避免热辐射的影响量，避免热辐射的影响1零件温度（活塞，零件温度（活塞，气门温度、气缸气门温度、气缸壁、气缸盖温度、壁、气缸盖温度、散热片温度等）散热片温度等）热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计应据不同零件位置和其温度温应据不同零件位置和其温度温度特点，选择不同测量方法。度特点，选择不同测量方法。（活塞温度测量）（活塞温度测量）内燃机稳态温度测量(续)第53页/共55页2.内燃机动态温度测量 测量项目测量项目测量仪表测量仪表测量位置测量位置进、排气瞬进、排气瞬时温度时温度热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计离排气道离排气道150mm，传感器逆气流安装，传感器逆气流安装，测量端位于气流中心测量端位于气流中心燃气温度燃气温度热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计光学测量法光学测量法（比色高温计，（比色高温计，单色辐射式光学单色辐射式光学高温计高温计，全辐射高温计，全辐射高温计）声速测量法声速测量法 活塞温度活塞温度热电偶温度计热电偶温度计易熔合金法易熔合金法 硬度塞硬度塞示温涂料法示温涂料法 测量电路设计测量电路设计（引线机构设计）（引线机构设计）第54页/共55页谢谢您的观看！第55页/共55页