建筑环境测试技术温度测量课件教案资料.ppt
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1、建筑环境测试技术温度测量课件 1.摄氏温标摄氏温标 1740年瑞典人摄氏年瑞典人摄氏 定义定义v水银体膨胀是线性;水银体膨胀是线性;v标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度,标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度,沸点为沸点为100度,而将汞柱在这两点间等分度,而将汞柱在这两点间等分为为100格,每等分格为摄氏格,每等分格为摄氏1度,标记为度,标记为。2.华氏温标华氏温标定义定义l1714年年德德国国人人法法伦伦海海脱脱以以水水银银为为测测温温介介质质,制制成成玻玻璃璃棒棒水水银银温温度度计计。规规定定水水的的沸沸点点为为212度度,氯氯化化铵铵与与冰冰的的混混合合物物为为0度度,中中间间等等分分为为21
2、2份份,每每一一份份为为1度度记记作作。称为华氏温标。称为华氏温标。3.热力学温标热力学温标Q1:卡诺热机从高温热源吸收热量;Q0:卡诺热机向低温热源放出热量Q1/Q0 =T1/T0 假设一卡诺热机工作在温度为T0的低温热源和未知温度热源的高温热源之间,如果该卡诺热机向低温热源放出的热量为Q0,从高温热源吸收的热量为Q1,那么高温热源的温度为T1=Q1/Q0 T0T0T1卡诺热机Q0Q1热力学温度的热力学温度的内插方程内插方程假设一标准热源热力学温度为假设一标准热源热力学温度为100K,热,热力学温标如何规定力学温标如何规定300K的温度?的温度?拿标准热源作为低温热源,另一热源作拿标准热源作
3、为低温热源,另一热源作为高温热源,让一卡诺热机在两热源之为高温热源,让一卡诺热机在两热源之间运转,如果从高温热源吸收的热量间运转,如果从高温热源吸收的热量Q1与向标准热源放出的热量与向标准热源放出的热量Q0之比等于之比等于3,那么高温热源温度等于,那么高温热源温度等于300Kl现现实实中中热热力力学学温温标标是是应应用用气气体体特特性性方方程程实实现现的的。理理想想气气体体的的P、V、T之之间间的的关关系式为:系式为:v以以水水的的三三相相点点作作为为参参考考点点,这这样样可可按按照照气气体压力变化测温。体压力变化测温。(气体定容温度计)(气体定容温度计)v选选用用水水的的三三相相点点温温度度
4、为为273.16,定定义义水水的的三三相相点点温温度度的的1/273.16为为1度度,单单位位为为k,这这样样就就建建立立了了热热力力学学温温标标。只只要要确确定定一一个基准点,则整个温标就确定了。个基准点,则整个温标就确定了。4.国际温标国际温标ITS-90v指导思想指导思想:应尽量与热力学温标接近,温度应尽量与热力学温标接近,温度的复现性要好。的复现性要好。v内容内容(1 1)定义了固定点,共有)定义了固定点,共有1717个。个。(2)规定不同区域内的基准仪器。)规定不同区域内的基准仪器。(3)建建立立基基准准仪仪器器示示值值与与国国际际温温标标之之间间的的插插补公式。补公式。国国际际实实
5、用用温温标标指指出出,热热力力学学温温度度为为基基本本物物理理量量,规规定定水水的的三三相相点点温温度度为为273.16,单单位位为为k,1k的的大大小小为为水水的的三三相相点点热热力力学学温温度度的的1/273.16,由由于于摄摄氏氏温温标标将将冰冰点点定定义义为为0,而而冰冰点点比比水水的的三三相相点点低低0.01k0.01k,那么冰点温度为,那么冰点温度为273.15k,即,即单位单位。二、温度仪表分类与选择二、温度仪表分类与选择玻璃管液体温度计 固体膨胀式 压力式温度计膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法温度测量方法的分类温度测量方法的分类l1接接触触法法测测温温
6、:敏敏感感元元件件直直接接与与被被测测对对象象接接触触,通通过过传传导导或或对对流流达达到到热热平平衡衡,反反映映被被测测对对象的温度。象的温度。l优点优点:直观、可靠。:直观、可靠。l缺点缺点:存在负载效应,存在负载效应,l受受到到测测量量条条件件的的限限制制,不不能能充充分分接接触触,使使检检测元件温度与被测对象温度不一致。测元件温度与被测对象温度不一致。l热热量量传传递递需需要要一一定定时时间间造造成成测测温温滞滞后后现现象象。(动态误差)(动态误差)l2非接触法测温非接触法测温:检测部分与被测对象不直:检测部分与被测对象不直接接触,所以不破坏原有温度场。通常用来测接接触,所以不破坏原有
7、温度场。通常用来测量量1000以上的移动、旋转、或反映迅速的高以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。温物体。防爆热电阻防爆热电阻温度传感器温度传感器室外温度传感器室外温度传感器装配式热电偶装配式热电偶3-2 膨胀式温度计膨胀式温度计测测温温敏敏感感元元件件在在受受热热后后尺尺寸寸或或体体积积发发生生变变化化,采采取取一一些些简简便便方方法法,测测出出它它的的尺尺寸寸或或体积变化的大小。体积变化的大小。分类:分类:液体膨胀式、固体膨胀式、压力式液体膨胀式、固体膨胀式、压力式(一)工作原理(一)工作原理w利用玻璃管内液体的体积随温度利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。的升高而膨胀的原
8、理。w组成:液体存储器、毛细管、标组成:液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分。尺、安全泡四部分。w液体可为:水银、酒精、甲苯等。液体可为:水银、酒精、甲苯等。w当温度超过当温度超过300时,应采用硅时,应采用硅硼玻璃,硼玻璃,500500以上要采用石英玻以上要采用石英玻璃。璃。一一.玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计4(二)结构与类型(二)结构与类型棒式玻璃温度计棒式玻璃温度计内标式玻璃温度计内标式玻璃温度计电接点式温度计电接点式温度计利利用用水水银银的的热热胀胀冷冷缩缩和和水银的导电性。水银的导电性。功能功能:(:(1 1)指示温度,)指示温度,(2 2)恒温自动控制。)恒温自动控制。玻璃棒
9、温度计玻璃棒温度计(三)(三)误差分析误差分析(1)玻璃材料有较大的热滞后效应。)玻璃材料有较大的热滞后效应。(2)温度计插入深度不够将引起误差,)温度计插入深度不够将引起误差,(3)非线性误差)非线性误差(4)工作液的迟滞性)工作液的迟滞性(5)读数误差)读数误差l液柱应全部浸入被测介质中。液柱应全部浸入被测介质中。若只有部若只有部分液柱被浸没时,应对指示值进行修正。分液柱被浸没时,应对指示值进行修正。某水银温度测量水温为某水银温度测量水温为90,插入处刻,插入处刻度为度为10,环境温度为,环境温度为10,则测量误,则测量误差为差为-1.024n:露出液体部分所占的刻度数,露出液体部分所占的
10、刻度数,:工作液体工作液体对玻璃的相对体膨胀系数(汞对玻璃的相对体膨胀系数(汞0.00016,洒精,洒精0.000103),),t:温度计的示值,温度计的示值,ta:露出液柱露出液柱部分所处的环境温度部分所处的环境温度玻璃管液体温度计使用注意事项玻璃管液体温度计使用注意事项l温度计与被测介质应温度计与被测介质应接触足够长的时间接触足够长的时间,以使温度计与被测介质达到热平衡。以使温度计与被测介质达到热平衡。l读数时,读数时,视线应与标尽垂直,并与液柱视线应与标尽垂直,并与液柱于同一水平面上,手持温度计顶端的小于同一水平面上,手持温度计顶端的小耳环,不可触摸标尺。耳环,不可触摸标尺。二二.固体膨
11、胀式温度计固体膨胀式温度计(一)类型及工作原理(一)类型及工作原理利用固体受热膨胀原利用固体受热膨胀原理制成的温度计理制成的温度计1.杆式温度计杆式温度计利用固体(一般采用利用固体(一般采用膨胀系数较大的金属)膨胀系数较大的金属)材料构成材料构成2 双金属温度计双金属温度计l它的感温元件是由它的感温元件是由膨胀系数不同的两膨胀系数不同的两种金属片牢固地结种金属片牢固地结合在一起制成。合在一起制成。l可作温度继电控制、可作温度继电控制、极值温度控制信号极值温度控制信号固定端自由端双金属温度计双金属温度计三三.压力式温度计压力式温度计(一)工作原理与结构形式(一)工作原理与结构形式1原理原理压力式
12、温度计是利用密封系统中测温物压力式温度计是利用密封系统中测温物质的压力随温度变化来测温;质的压力随温度变化来测温;2分类分类按所充物质相态分充气式、冲液式、按所充物质相态分充气式、冲液式、蒸发式蒸发式按功能分:指示式、记录式、报警式按功能分:指示式、记录式、报警式和温度调节式等和温度调节式等3组成组成温包、毛细管、感压元温包、毛细管、感压元件(弹簧管、波纹管等)件(弹簧管、波纹管等)l(二)(二)使用方法与特点使用方法与特点l对毛细管采取保护措施,对毛细管采取保护措施,防止损坏;注意安装方防止损坏;注意安装方式与位置对精度的影响。式与位置对精度的影响。l特点特点:结构简单,价格:结构简单,价格
13、便宜,刻度清晰,防爆。便宜,刻度清晰,防爆。精度差,示值滞后时间精度差,示值滞后时间长,毛细管易损坏。长,毛细管易损坏。3-3 热电偶温度计一热电偶的工作原理一热电偶的工作原理1热热电电效效应应:将将两两种种不不同同材材料料的的导导体体或或半半导导体体组组成成一一个个闭闭和和回回路路,如如果果两两端端点点的的温温度度不不同同,则则回回路路中中将将产产生生一一定定大大小小的的电电流流,这这个个电电流流的的大大小小同同材材料料的的性性质质以以及及节节点点温温度度有有关关,上上述述现现象象称称为为热热电电效效应应。这这个个现现象象是是1821年年Seebeck发发现现的的故又称为塞贝克效应。故又称为
14、塞贝克效应。BTAT0l2接接触触电电势势:当当两两种种不不同同的的导导体体接接触触时时,由由于于两两者者有有不不同同的的电电子子密密度度而而产产生生的的电电势。势。一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-电子密度大电子密度小接触电动势 珀尔贴电势珀尔贴电势ABA,B材料的汤姆逊系数一 一一+-高温低温温差电动势汤姆逊温差电势3.温差电势温差电势(汤姆逊温差电势(汤姆逊温差电势)如果如果T0=const.,则,则EAB=f(T1)热电偶回路中总热电势热电偶回路中总热电势BEAB(T1)EAB(T0)EA(T1,T0)EB(T1,T0)A 二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律l利用热电偶来检
15、测温度,必须引入变换利用热电偶来检测温度,必须引入变换器和显示器。器和显示器。ABT1T0(一)热电偶均质导体定律(一)热电偶均质导体定律 由同一均质导体(电子密度处处相等)由同一均质导体(电子密度处处相等)组成的闭合回路中,组成的闭合回路中,不论导体的截面、不论导体的截面、长度以及温度分布如何,均不产生热电长度以及温度分布如何,均不产生热电势。势。检验热电偶丝的均匀性检验热电偶丝的均匀性l由均质定律知:如果热电偶的两电极是由均质定律知:如果热电偶的两电极是由两种均质导体组成,那么热电偶的热由两种均质导体组成,那么热电偶的热电势仅与两接点的温度有关,与热电极电势仅与两接点的温度有关,与热电极的
16、中间温度分布无关的中间温度分布无关(二)中间导体定律(二)中间导体定律l 在热电偶回路中接入第三在热电偶回路中接入第三导体,只要与第三种导体导体,只要与第三种导体相连接的两端温度相同,相连接的两端温度相同,接入第三种导体后,对热接入第三种导体后,对热电偶回路中的总热电势没电偶回路中的总热电势没有影响。有影响。T0TT0AcB热电偶基本接法热电偶基本接法精密测量精密测量热电偶基本接法热电偶基本接法工业测量工业测量思考题(一)ABCDEFT1T1T1T1T2T2六种不同的导体组成如图回路,写出回路中总的热电势。(三)热电偶的中间温度定律(三)热电偶的中间温度定律热电偶在两接点温度为热电偶在两接点温
17、度为T T、T T0 0时热电势等时热电势等于该热电偶在两接点温度分别为于该热电偶在两接点温度分别为T T、T TN N时时T TN N、T T0 0时相应热电势的代数和。时相应热电势的代数和。TT0TNABBAl结结论论(1)已已知知热热电电偶偶在在某某一一冷冷端端温温度度下下进进行行分分度度,只只要要引引入入适适当当的的修修正正就就可可在在另一冷端温度下使用。另一冷端温度下使用。l热热电电偶偶分分度度表表中中冷冷端端温温度度为为0,在在实实际际测测量量中中若若热热电电偶偶的的冷冷端端温温度度为为20,则则可应用中间温度定律进行计算。可应用中间温度定律进行计算。举例:用铂铑举例:用铂铑10铂
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