测试技术第05章温度测量.ppt

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1、测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量本章学习要求：本章学习要求：1.了解温标的概念及温度计的分类；了解温标的概念及温度计的分类；2.掌握热电偶温度计、热电阻温度计的测温原理、掌握热电偶温度计、热电阻温度计的测温原理、及相关电路；及相关电路；3.掌握光学辐射式测温计的测温原理；掌握光学辐射式测温计的测温原理；4.能正确地选用温度计并了解温度计的标定方法；能正确地选用温度计并了解温度计的标定方法；5.了解几种其它形式温度计的测温原理。了解几种其它形式温度计的测温原理。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

2、：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

3、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标与华氏温标的关系为：摄氏温标与华氏温标的关系为：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

4、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：K 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；K 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 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（Internatio

5、nal 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：，用，

6、用3He和和4He蒸汽温度计；蒸汽温度计；，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

7、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

8、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、全辐射高温计、单色高温单色高温计计与比色高温计。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

9、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

10、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

11、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51)51)。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

12、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：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

13、)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 (CHCH3 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

14、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

15、。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 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

16、测量温度测量热敏电阻器热敏电阻器thermistor 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

17、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

18、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、冰水共存容器、冰水共存容器、标准电位计双臂电桥标准电位计双臂电桥一只。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R100，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

19、，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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、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热损失导热损失而引起的误差。而引起的误差。使使测测温温元元件件处处于于管管道道中中心心，即即应应使使它它处处于于流流速速最最大大处处。当当在在管管道上倾斜安装时道上倾斜安装时(b)，保护管顶端要高出管中心线保护管顶端要高出管中心线510mm。随随着着测测温温元元件件插插入入深深度度的的增增加加，测测量量误误差差减减少少。插插入入深深

27、度度应应符符合合国国家家有有关关试试验验规规范范或或出出厂厂使使用用说说明明的的要要求求。如如不不用用保保护护管管时时，热电偶热电偶插入深度插入深度不应小于不应小于热电偶丝直径热电偶丝直径的的50倍倍。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热电偶与被测表面的接触方式热电偶与被测表面的接触方式 接接触触方方式式：点点接接触触式式（图图a），热热电电偶偶的的测测量量端端接接点点直直接接与与被被测测表表面面相相接接触触。面面接接触触式式（图图b），先先将将热热电电偶偶的的测测量量端端接接点点与与导导热热性性能能良良好好的的金金属属薄薄片片(如如铜铜片片)焊焊在在一一起起，然然后后再

28、再与与被被测测表表面面接接触触。等等温温线线接接触触式式（图图c），即即热热电电偶偶测测量量端端接接点点固固定定在在被被测测表表面面后后沿沿被被测测表表面面等等温温线线绝绝缘缘敷敷设设至至少少20倍倍线线径径的的距距离离，再再引引出出。分立接触式分立接触式（图（图d），两热电极分别与被测表面接触。，两热电极分别与被测表面接触。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 (三三)温度测量误差温度测量误差 图图520所所示示，位位置置(b)利利用用直直角角弯弯头头逆逆向向插插入入一一定定深深度度，可可以以测测得得真真实实温温度度位位置置(a)由由于于插插入入深深度度浅浅，露露在在大大气

29、气中中不不保保温温的的部部分分长长，所所以以测测定定值值低低于于真真实实值值；位位置置(c)由由于于插插入入深深度度稍稍浅浅，位位置置(d)插插入入深深度度不不够够，所所以以都都将将产产生生误误差差。这这种种由由于于插插入入深深度度产产生生的的误误差差，就就是是热热电电偶偶的的保保护护管管和和电电偶偶线线的的热传导热传导所产生的误差。所产生的误差。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环境温度与压力的影响环境温度与压力的影响 对对充充液液温温度度计计，因因流流体体和和毛毛细细管管材材料料的的温温度度膨膨胀胀系系数数不不同同将将引引起起误误差差，把把充充液液球球的的容容积积做做

30、得得大大些些，把把毛毛细细管管和和压压力力弹弹簧簧管管的的容容积积做得做得小小些些可减少误差。可减少误差。对对高高精精度度充充液液温温度度计计，往往往往将将一一根根能能使使空空间间的的体体积积膨膨胀胀和和液液体体的的膨膨胀胀相相匹匹配配的的细细金金属属丝丝，穿穿到到毛毛细细管管孔孔中中来来取取得得补补偿偿；也也有有采采用用一一根根带带有有二二次次压压力力弹弹簧簧管管的的补补偿偿毛毛细细管管或或在在指指针针联联接接装装置置中中采采用一双金属补偿片来提高温度计精度的。用一双金属补偿片来提高温度计精度的。由由于于压压力力弹弹簧簧管管通通常常用用做做测测量量大大气气压压力力，因因此此大大气气压压的的变

31、变化化将将对对压压力力弹弹簧簧管管式式的的温温度度示示值值发发生生变变化化而而产产生生误误差差。采采用用高高压压充充注注系统系统可大大减少误差。可大大减少误差。对于热电偶，采用对于热电偶，采用冷端补偿冷端补偿。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.辐射引起的误差辐射引起的误差 因因温温度度计计的的测测温温元元件件在在测测量量气气体体温温度度时时存存在在着着辐辐射射传传热热而而使使测测温温读读数数(测测量量值值)低于被测气体的低于被测气体的实际温度实际温度。测测量量时时辐辐射射引引起起的的误误差差与与辐辐射射传传热热系系数数C成成正正比比，与与气气体体向向测测温温元元件件表表

32、面面的的传传热热系系数数h成成反反比比。为为减减少少测测量量误误差差，应应采采用用表表面面光光滑滑的的测测温温元元件件保保护护套套管管，以以减减少少辐辐射射传传热热系系数数；同同时时改改善善对对流流传传热热条条件件，以以增增大大气气体体向向测测温温元元件件表表面面的的传热系数。传热系数。4由于热传导引起的误差由于热传导引起的误差当当测测温温元元件件保保护护套套管管顶顶部部的的温温度度与与装装置置保保护护套套管管的的管管道道壁壁的的温温度度不不同同时时，就就会会有有热热量量沿沿测测温温元元件件套套管管流流向向温温度度较较低低的的管管壁壁，由由于于热热传传导导的的存存在在，使使测测温温元件感受的温

33、度元件感受的温度低于低于被测介质的温度。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在安装测温元件时，应减少引起热传导误差的因素。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.辐射引起的误差辐射引起的误差 因因温温度度计计的的测测温温元元件件在在测测量量气气体体温温度度时时存存在在着着辐辐射射传传热热而使测温而使测温读数读数(测量值测量值)低于被测气体的低于被测气体的实际温度实际温度。测测量量时时辐辐射射引引起起的的误误差差与与辐辐射射传传热热系系数数C成成正正比比，与与气气体体向向测测温温元元件件表表面面的的传传热热系系数数h成成反反比比。为为减减少少测测量量误误

34、差差，应应采采用用表表面面光光滑滑的的测测温温元元件件保保护护套套管管，以以减减少少辐辐射射传传热热系系数数；同同时时改改善善对对流流传传热热条条件件，以以增增大大气气体体向向测测温温元件表面元件表面的传热系数。的传热系数。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4由于热传导引起的误差由于热传导引起的误差当当测测温温元元件件保保护护套套管管顶顶部部的的温温度度与与装装置置保保护护套套管管的的管管道道壁壁的的温温度度不不同同时时，就就会会有有热热量量沿沿测测温温元元件件套套管管流流向向温温度度较较低低的的管管壁壁，由由于于热热传传导导的的存存在在，使使测测温温元元件件感感受受的的温

35、温度度低于低于被测介质的温度。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在安装测温元件时，应减少引起热传导误差的因素。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 5.高速流动气体的温度测量误差高速流动气体的温度测量误差 在在测测量量高高速速流流动动气气体体的的温温度度时时，因因测测温温元元件件固固定定安安装装于于管管道道中中心心，尤尤其其是是在在测测温温元元件件迎迎气气流流的的端端部部，将将会会产产生生前前面面所所述述的的气气体体动动能能转转换换为为热热能能的的现现象象，因因而而使使测测温温元元件件附附近近温温度度升升高高，从从而所测得的温度要比气体的实际温度高。

36、而所测得的温度要比气体的实际温度高。气气流流的的速速度度大大于于50m/s时时，须须考考虑虑此此项项误误差差，误误差差值值可可由由上上式式表示表示。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6.时滞现象和时滞的测定时滞现象和时滞的测定 1时滞现象时滞现象用用温温度度计计测测量量温温度度的的变变化化时时，仪仪表表的的指指示示值值要要经经过过一一定定的的时时间间才才逐逐渐渐接接近近被被测测介介质质的的温温度度，这这个个时时间间的的滞滞后后或或叫叫时时滞滞、滞滞后后或或滞延滞延。时时滞滞参参数数因因素素：1)测测温温元元件件的的热热惯惯性性：由由测测温温元元件件本本身身原原先先的的热热状

37、况状况T1过渡到新的热状况过渡到新的热状况T2的温度时需要一定的时间或滞后。的温度时需要一定的时间或滞后。2)指指示示仪仪表表的的机机械械惯惯性性及及阻阻尼尼：测测温温元元件件将将所所获获得得的的“热热信信号号”传传送送到到指指针针和和仪仪表表刻刻度度尺尺上上需需要要有有一一定定的的时时间间，这这种种滞滞后后是是传传送机构所固有的，取决于传送机构的特性送机构所固有的，取决于传送机构的特性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时滞的测定时滞的测定(1)衡衡量量时时滞滞的的单单位位 衡衡量量测测温温元元件件时时滞滞大大小小是是以以时时间间常常数数来来衡衡量量的的。是是指指测测温

38、温元元件件从从T1的的恒恒温温槽槽中中插插入入T2的的恒恒温温槽槽中中的的这这一一时时刻刻开开始始，直直到到测测温温元元件件的的温温度度达达到到T2温温度的度的63.2时所需的时间。时所需的时间。(2)影影响响时时间间常常数数的的因因素素 影影响响时时间间常常数数的的因因素素有有测测温温元元件的件的质量质量、比热容比热容、插入的表面积插入的表面积和和放热系数放热系数。(3)时时间间常常数数的的测测定定 可可采采用用瞬瞬间间反反应应法法（阶阶跃跃响响应应）测测定各种材料和结构的热电阻的时间常数。定各种材料和结构的热电阻的时间常数。测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量结论结论：v

39、1)时时间间常常数数并并不不是是不不变变的的，它它是是被被测测温温度度的的函函数数，也也就就是是说说，某某一一测测温温元元件件的的时时间间常常数数只只是是指指这这一一测测温温元元件件在在某某一一温温度度区区域域内内的的时时间间常常数数。在在高高温温时时，辐辐射射对对于于测测温温元元件件的的热热传传导导影影响响是是很很明明显显的的，这这时时测测温温元元件的时滞可以变小。件的时滞可以变小。v2)当当被被测测温温度度的的物物体体是是流流体体时时，流流体体的的流流速速变变化化也也会会使使时时滞滞变变化化，如如图图523所所示示。因因此此，要要在在流流速速无无规规律律变变化化的的流流体体中中测测量量测测

40、温温元元件件的的时时间常数似乎是不可能的。间常数似乎是不可能的。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 非接触式温度计 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。它不与被测介质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，因此可用于接触，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。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

41、.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)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 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体的温度高于700时就会明显地发出可见光，并具有一定时就会明显地发出可见光，并具有一定的亮度，其单色亮度的亮度，其单色亮度 与单色辐射强度与单色辐射强度 成正比，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

42、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 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

43、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526526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。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

44、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工作过程工作过程：被测物体：被测物体2发射的辐射能量由物镜发射的辐射能量由物镜3聚焦，通过光阑聚焦，通过光阑4和遮光板和遮光板8上上的孔的孔9，透过安装在遮光板内的红色滤光片，透过安装在遮光板内的红色滤光片(图上未示图上未

45、示)射至光电器件射至光电器件(硅光电硅光电池池)12上，由瞄准透镜上，由瞄准透镜6、反射镜、反射镜5和观察孔和观察孔7组成瞄准观察系统，使被测物体组成瞄准观察系统，使被测物体发出的光束盖满孔发出的光束盖满孔9。v从反馈灯从反馈灯11发出的辐射能量，通过遮光板发出的辐射能量，通过遮光板8上的孔上的孔10并透过同一块红色滤光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，光调制器的励前面放置光调制器，光调制器的励磁绕组磁绕组17通以通以50Hz交流电，所产生的交变磁场与永久磁钢交流电，所产生的交变磁场与永久磁钢16相互作用，使调相互作

46、用，使调制片制片15产生产生50Hz的机械振动或转动一只圆盘，交替地打开和遮住孔的机械振动或转动一只圆盘，交替地打开和遮住孔9和和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它与这两个单色辐射能量之差成比例。当成比例。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。电子电位差计等时，脉冲光电流为零。电子电位差

47、计I用来自动指示和记录光电流用来自动指示和记录光电流I的数值，的数值，其刻度用温度值表示其刻度用温度值表示。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、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借助于测量物体全部辐射能辐射能来确定物体温度的。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 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量三、比色高温计三、比色高温计 v原理：原理：比色高温计是利用两种比色高温

48、计是利用两种不同波长不同波长的的辐射强度辐射强度的比值来测量温的比值来测量温度的，因此又称度的，因此又称双色双色高温计。高温计。v特点：特点：对于黑体有对于黑体有 1 2 1，灰体有，灰体有 1 2，此时都有，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。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 测试技术基础测试技术基础第五章第五章 温度测量温度测量三、比色高温计三、比色高温计 图图533为单通道光电比色高温计的原理图。为单

49、通道光电比色高温计的原理图。v被被测测物物体体的的辐辐射射能能经经物物镜镜组组1聚聚焦焦，经经过过通通孔孔成成像像镜镜2被被硅硅光光电电池池接接受受器器5接接受受。同同步步电电动动机机4带带动动调调制制盘盘3转转动动，盘盘上上装装有有两两种种不不同同颜颜色色的的滤滤光光片片，交交替替通通过过两两种种波波长长的的光光，使使接接受受器器5输输出出两两个个相相应应的的电电信信号号。对对被被测测对对象象的的瞄瞄准准由由反反射射镜镜8、倒倒像像镜镜7和和目目镜镜6来来实实现现。为为使使光光电电池池工工作作稳稳定定，将将其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。安装在一恒温容器内，容器温度

50、由光电池恒温电路自动控制。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 2双通道比色高温计双通道比色高温计图图534为双通道比色高温计原理图。为双通道比色高温计原理图。v它它采采用用分分光光镜镜把把辐辐射射能能分分成成不不同同波波长长的的两两路路，即即红红外外光光透透过过分分光光镜镜7投投射射到到硅硅光光电电池池6上上；可可见见光光则则被被分分光光镜镜反反射射到到另另一一光光电电池池10上上。利利用用两两个个硅硅光光电电池池输输出出信信号号的的差差值值，就就可可求求得得被测物体的被测物体的比色温度值比色温度值。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、红外测温仪四、