第三章 建筑热工测量.ppt

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1、第三章第三章 建筑热工测量建筑热工测量 兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 土木工程学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院建环教研室建环教研室建环教研室建环教研室20122012年年年年1B1.1.温度测量温度测量温度测量温度测量 :温度及其温标；温度的测量温度及其温标；温度的测量温度及其温标；温度的测量温度及其温标；温度的测量方法方法方法方法 ；常用的温度测量仪表的测温；常用的温度测量仪表的测温；常用的温度测量仪表的测温；常用的温度测量仪表的测温(或工作或工作或工作或工作)机理，选型与使用。机理，选型与使用。机理，选型与使用。机理，选型与使用。B2.2.湿度测量湿度测量湿度测

2、量湿度测量 :湿度的表示方法；湿度的测湿度的表示方法；湿度的测湿度的表示方法；湿度的测湿度的表示方法；湿度的测量方法；常用的湿度测量仪表的测湿量方法；常用的湿度测量仪表的测湿量方法；常用的湿度测量仪表的测湿量方法；常用的湿度测量仪表的测湿(或工作或工作或工作或工作)机理，选型与使用。机理，选型与使用。机理，选型与使用。机理，选型与使用。B3.3.热量测量热量测量热量测量热量测量:热流密度；热流计、热水热流密度；热流计、热水热流密度；热流计、热水热流密度；热流计、热水(蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽)热量计的测量热量计的测量热量计的测量热量计的测量(或工作或工作或工作或工作)机理，组成环节，机理，组成环节，机

3、理，组成环节，机理，组成环节，应用。应用。应用。应用。学习和掌握的内容学习和掌握的内容(KeysKeys)2一、温度一、温度一、温度一、温度(temperature)(temperature)和温标和温标和温标和温标 (temperature scale)(temperature scale)BB 温度温度温度温度:宏观上，表征物体宏观上，表征物体宏观上，表征物体宏观上，表征物体(或系统、或环境或系统、或环境或系统、或环境或系统、或环境)冷冷冷冷、热热热热程度的物理量程度的物理量程度的物理量程度的物理量(或参数或参数或参数或参数)，t t 高高高高(低低低低)，谓之，谓之，谓之，谓之热热热热(

4、冷冷冷冷)。微。微。微。微观上，则是表征组成物质的分子运动平均动能大小，观上，则是表征组成物质的分子运动平均动能大小，观上，则是表征组成物质的分子运动平均动能大小，观上，则是表征组成物质的分子运动平均动能大小，反映物质内部的分子，做无规则热运动的剧烈程度。反映物质内部的分子，做无规则热运动的剧烈程度。反映物质内部的分子，做无规则热运动的剧烈程度。反映物质内部的分子，做无规则热运动的剧烈程度。温标温标温标温标:衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的衡量温度高低的标准尺度。它规定温度的读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由

5、读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由读数起点和测量单位。各种测温仪表的刻度数值由温标确定。温度计、固定点、内插方程称为温标温标确定。温度计、固定点、内插方程称为温标温标确定。温度计、固定点、内插方程称为温标温标确定。温度计、固定点、内插方程称为温标 (TSTS)的三要素。的三要素。的三要素。的三要素。分为：分为：分为：分为：摄氏温标、华氏温标、热力摄氏温标、华氏温标、热力摄氏温标、华氏温标、热力摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际学温标、国际学温标、国际学温标、国际(实用实用实用实用)温标温标温标温标等。等。等。等。3.1 温度测量温度测量3

6、1.1.摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标 JJ 在一个标准大气压下，将水的冰点定为在一个标准大气压下，将水的冰点定为在一个标准大气压下，将水的冰点定为在一个标准大气压下，将水的冰点定为 0 0 摄氏摄氏摄氏摄氏度，将水的沸点定为度，将水的沸点定为度，将水的沸点定为度，将水的沸点定为 100 100 摄氏度；摄氏度；摄氏度；摄氏度；0 0 摄氏度到摄氏度到摄氏度到摄氏度到100100 摄氏度之间分成摄氏度之间分成摄氏度之间分成摄氏度之间分成 100100 等分，每一等称为一摄氏度。等分，每一等称为一摄氏度。等分，每一等称为一摄氏度。等分，每一等称为一摄氏度。常用常用常用常用 t t 表示，单位符

7、号为表示，单位符号为表示，单位符号为表示，单位符号为 。2.2.华氏温标华氏温标华氏温标华氏温标JJ 在一个标准大气压下，将纯水的冰点温度定为在一个标准大气压下，将纯水的冰点温度定为在一个标准大气压下，将纯水的冰点温度定为在一个标准大气压下，将纯水的冰点温度定为 3232华氏度，将水的沸点温度定为华氏度，将水的沸点温度定为华氏度，将水的沸点温度定为华氏度，将水的沸点温度定为 212212华氏度，中华氏度，中华氏度，中华氏度，中间划分间划分间划分间划分180 180 等分。每一等分称为一华氏度。常用等分。每一等分称为一华氏度。常用等分。每一等分称为一华氏度。常用等分。每一等分称为一华氏度。常用

8、F F表示，单位符号为表示，单位符号为表示，单位符号为表示，单位符号为0 0F F 。摄氏度与华氏度的换算摄氏度与华氏度的换算摄氏度与华氏度的换算摄氏度与华氏度的换算关系为：关系为：关系为：关系为：*摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标，华氏温标华氏温标华氏温标华氏温标都是依据液体受热膨胀的都是依据液体受热膨胀的都是依据液体受热膨胀的都是依据液体受热膨胀的原理来建立温标和制造温度计的，用水银作为温度原理来建立温标和制造温度计的，用水银作为温度原理来建立温标和制造温度计的，用水银作为温度原理来建立温标和制造温度计的，用水银作为温度计的测温介质，称为经验温标。计的测温介质，称为经验温标。计的测温介质，

9、称为经验温标。计的测温介质，称为经验温标。43.3.热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标 JJ 基于卡诺热机循环建立起来。基于卡诺热机循环建立起来。基于卡诺热机循环建立起来。基于卡诺热机循环建立起来。是仅与热量有关而与测温物质无关的温标，又称为是仅与热量有关而与测温物质无关的温标，又称为是仅与热量有关而与测温物质无关的温标，又称为是仅与热量有关而与测温物质无关的温标，又称为开尔文温标，用符号开尔文温标，用符号开尔文温标，用符号开尔文温标，用符号K K 表示。它规定物质的分子运表示。它规定物质的分子运表示。它规定物质的分子运表示。它规定物质的分子运动停止时的温度为绝对零度，动停止时的温度为绝

10、对零度，动停止时的温度为绝对零度，动停止时的温度为绝对零度，0 0 KK。*热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标是一种理想温标，是不可能是一种理想温标，是不可能是一种理想温标，是不可能是一种理想温标，是不可能“实现实现实现实现”的。的。的。的。4.4.国际实用温标国际实用温标国际实用温标国际实用温标(international practice(international practice temperature scale,IPTS)temperature scale,IPTS)，J 又称国际温标又称国际温标又称国际温标又称国际温标 ITSITS ，用，用，用，用 T T 表示，单位为表

11、示，单位为表示，单位为表示，单位为 KK。它规定水三相点它规定水三相点它规定水三相点它规定水三相点(气、液、固态共存气、液、固态共存气、液、固态共存气、液、固态共存)的热力学温度的热力学温度的热力学温度的热力学温度 为为为为 273.16 K273.16 K ，1K1K 定义为水三相点热力学温度的定义为水三相点热力学温度的定义为水三相点热力学温度的定义为水三相点热力学温度的 1 1273.16273.16。JJ 现行国际实用温标是国际计量委员会在现行国际实用温标是国际计量委员会在现行国际实用温标是国际计量委员会在现行国际实用温标是国际计量委员会在19901990年年年年通过的，简称通过的，简称

12、通过的，简称通过的，简称 ITS-1990ITS-1990。5 二、温度测量的主要方法及分类二、温度测量的主要方法及分类J 接触式测量法接触式测量法 测温敏感元件直接与被测介质接触，被测介质与测温敏感元件直接与被测介质接触，被测介质与测温敏感元件直接与被测介质接触，被测介质与测温敏感元件直接与被测介质接触，被测介质与测温敏感元件进行充分的热交换测温敏感元件进行充分的热交换测温敏感元件进行充分的热交换测温敏感元件进行充分的热交换 (热传导和热对流热传导和热对流热传导和热对流热传导和热对流 )，当建立热平衡时，当建立热平衡时，当建立热平衡时，当建立热平衡时，T Tx x=T Tc c，从而达到温度

13、测量的，从而达到温度测量的，从而达到温度测量的，从而达到温度测量的目的。目的。目的。目的。JJ 非接触式测量法非接触式测量法 当当当当T Tx x 极高，超过了测温物质的耐温上限极高，超过了测温物质的耐温上限极高，超过了测温物质的耐温上限极高，超过了测温物质的耐温上限(熔点温度熔点温度熔点温度熔点温度)时，时，时，时，测温元件会溶化。基于高温物质的测温元件会溶化。基于高温物质的测温元件会溶化。基于高温物质的测温元件会溶化。基于高温物质的热辐射热辐射热辐射热辐射原理，通过测量原理，通过测量原理，通过测量原理，通过测量出其辐射能量出其辐射能量出其辐射能量出其辐射能量 E E入入入入，进而计算出其温

14、度大小。，进而计算出其温度大小。，进而计算出其温度大小。，进而计算出其温度大小。或者被测物体距离太远，无法实施接触式测温。或者被测物体距离太远，无法实施接触式测温。或者被测物体距离太远，无法实施接触式测温。或者被测物体距离太远，无法实施接触式测温。本专业所涉及的测温方式本专业所涉及的测温方式本专业所涉及的测温方式本专业所涉及的测温方式(如空气、水等介质的温度如空气、水等介质的温度如空气、水等介质的温度如空气、水等介质的温度)为为为为接触式测温接触式测温接触式测温接触式测温6常用测温方法、类型及特点常用测温方法、类型及特点 测温测温方式方式温度计或传感器类型温度计或传感器类型测量范围测量范围精度

15、精度%特特 点点接触接触式式热热 膨膨胀胀 式式水银水银-50-506506500.10.11 1 简单方便；易损坏，感温部位尺寸大简单方便；易损坏，感温部位尺寸大双金属双金属0 03003000.10.11 1结构紧凑、牢固可靠结构紧凑、牢固可靠压力压力表式表式液体液体-30-306006001 1耐振、坚固、价廉；感温部大耐振、坚固、价廉；感温部大气体气体-20-20350350热电偶热电偶铂铑铂铑-铂铂其其 他他0 01 6001 600-200-200110011000.20.20.50.50.40.41.01.0种类多、适应性强、结构简单、经济方种类多、适应性强、结构简单、经济方便、

16、应用广泛；须注意寄生热电势及动便、应用广泛；须注意寄生热电势及动圈式仪表电阻对测量结果的影响。圈式仪表电阻对测量结果的影响。热电阻热电阻铂铂镍镍铜铜-260-260600600-500-5003003000 01801800.10.10.30.30.20.20.50.50.10.10.30.3精度及灵敏度均较好；感温部大，须注精度及灵敏度均较好；感温部大，须注意环境温度的影响。意环境温度的影响。热敏电阻热敏电阻-50-50350350 0.3 0.30.50.5体积小，响应快，灵敏度高；线性差，体积小，响应快，灵敏度高；线性差，须注意环境温度的影响。须注意环境温度的影响。非接非接触式触式 辐射

17、温度计辐射温度计 光光学学高温计高温计80080035003500700700300030001 11 1非接触测温，不干扰被测温度场，辐射非接触测温，不干扰被测温度场，辐射率影响小，应用简便。率影响小，应用简便。热探测器热探测器热敏电阻探测器热敏电阻探测器光子探测器光子探测器20020020002000-50-50320032000 0350035001 11 11 1非接触测温，不干扰被测温度场，响应非接触测温，不干扰被测温度场，响应快，测温范围大，适于测温度分布；易快，测温范围大，适于测温度分布；易受外界干扰，标定困难。受外界干扰，标定困难。7接触式测温法接触式测温法接触式测温法接触式测

18、温法 (1)(1)基于物质热胀冷缩效应基于物质热胀冷缩效应基于物质热胀冷缩效应基于物质热胀冷缩效应的温度测量的温度测量的温度测量的温度测量 BB利用液体，气体或固体热胀冷缩的性质，将其制利用液体，气体或固体热胀冷缩的性质，将其制利用液体，气体或固体热胀冷缩的性质，将其制利用液体，气体或固体热胀冷缩的性质，将其制作成测温敏感元件，感知被测温度的变化，发生热作成测温敏感元件，感知被测温度的变化，发生热作成测温敏感元件，感知被测温度的变化，发生热作成测温敏感元件，感知被测温度的变化，发生热交换，其几何尺寸交换，其几何尺寸交换，其几何尺寸交换，其几何尺寸(长度或体积长度或体积长度或体积长度或体积)将发

19、生变化，然后直将发生变化，然后直将发生变化，然后直将发生变化，然后直接测出此变化，进而得知被测温度的大小。由此制成接测出此变化，进而得知被测温度的大小。由此制成接测出此变化，进而得知被测温度的大小。由此制成接测出此变化，进而得知被测温度的大小。由此制成的温度计叫的温度计叫的温度计叫的温度计叫 膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计。*膨胀式温度计分为膨胀式温度计分为膨胀式温度计分为膨胀式温度计分为 液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计、固体膨胀固体膨胀固体膨胀固体膨胀式温度计式温度计式温度计式温度计和和和和(气体气体气体气体)压力式温度计压力式温度计压力式

20、温度计压力式温度计三类三类三类三类。3.1 温度测量温度测量81.1.液体膨胀式液体膨胀式液体膨胀式液体膨胀式 (玻璃液柱式玻璃液柱式玻璃液柱式玻璃液柱式)温度计温度计温度计温度计 *(垂直管段垂直管段垂直管段垂直管段)()(水平管段水平管段水平管段水平管段)JJ其特点为结构简单，测量准确，价格低廉，其特点为结构简单，测量准确，价格低廉，其特点为结构简单，测量准确，价格低廉，其特点为结构简单，测量准确，价格低廉，线性刻度，读数和使用方便，得到广泛应用。线性刻度，读数和使用方便，得到广泛应用。线性刻度，读数和使用方便，得到广泛应用。线性刻度，读数和使用方便，得到广泛应用。其缺点为易损坏，热惯性大

21、，具有一定的时滞，其缺点为易损坏，热惯性大，具有一定的时滞，其缺点为易损坏，热惯性大，具有一定的时滞，其缺点为易损坏，热惯性大，具有一定的时滞，不能远传信号和自动记录不能远传信号和自动记录不能远传信号和自动记录不能远传信号和自动记录 (现场指示现场指示现场指示现场指示)。9测温液测温液体名称体名称使用温度使用温度体膨胀体膨胀系数系数视膨胀视膨胀系数系数*汞铊汞铊水银水银甲苯甲苯乙醇乙醇煤油煤油石油醚石油醚戊烷戊烷62030+60080+10080+80030012000020 0.000177 0.00018 0.00109 0.00105 0.00095 0.00142 0.00092 0.

22、000157 0.00016 0.00107 0.000103 0.00093 0.00140 0.00090常用测温液体及其性能常用测温液体及其性能 玻璃液体膨胀式温度计的玻璃管均采用优质玻玻璃液体膨胀式温度计的玻璃管均采用优质玻玻璃液体膨胀式温度计的玻璃管均采用优质玻玻璃液体膨胀式温度计的玻璃管均采用优质玻璃，对测温上限超过璃，对测温上限超过璃，对测温上限超过璃，对测温上限超过 300300的采用硅硼玻璃，超的采用硅硼玻璃，超的采用硅硼玻璃，超的采用硅硼玻璃，超过过过过 500 500 的采用石英玻璃。的采用石英玻璃。的采用石英玻璃。的采用石英玻璃。10电接点水银温度计电接点水银温度计 电

23、接点水银玻璃温度计不仅用于电接点水银玻璃温度计不仅用于电接点水银玻璃温度计不仅用于电接点水银玻璃温度计不仅用于显显显显示温度示温度示温度示温度，还可用来，还可用来，还可用来，还可用来控制温度和信号报警控制温度和信号报警控制温度和信号报警控制温度和信号报警。如图所示的为一种固定电接点玻璃如图所示的为一种固定电接点玻璃如图所示的为一种固定电接点玻璃如图所示的为一种固定电接点玻璃温度计的结构。由图可见两个金属接点温度计的结构。由图可见两个金属接点温度计的结构。由图可见两个金属接点温度计的结构。由图可见两个金属接点熔封入毛细管中，再通过导线与终端接熔封入毛细管中，再通过导线与终端接熔封入毛细管中，再通

24、过导线与终端接熔封入毛细管中，再通过导线与终端接头相连。当工作液体水银上升到与两个头相连。当工作液体水银上升到与两个头相连。当工作液体水银上升到与两个头相连。当工作液体水银上升到与两个接点接触时，电路接通，并输出信号进接点接触时，电路接通，并输出信号进接点接触时，电路接通，并输出信号进接点接触时，电路接通，并输出信号进行温度调节或报警。电接点玻璃温度计行温度调节或报警。电接点玻璃温度计行温度调节或报警。电接点玻璃温度计行温度调节或报警。电接点玻璃温度计也可制成可调的；在这种温度计中，下也可制成可调的；在这种温度计中，下也可制成可调的；在这种温度计中，下也可制成可调的；在这种温度计中，下端接点制

25、成固定的，上端接点制成可动端接点制成固定的，上端接点制成可动端接点制成固定的，上端接点制成可动端接点制成固定的，上端接点制成可动的，这样可根据需要调节控制温度点。的，这样可根据需要调节控制温度点。的，这样可根据需要调节控制温度点。的，这样可根据需要调节控制温度点。11 电磁电磁式继电器一般由铁芯、式继电器一般由铁芯、线圈线圈、衔铁衔铁、触点簧片等组、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力电磁力吸引的作吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁

26、芯，从而带动衔铁的动触点用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（与静触点（常开触点常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（动触点与原来的静触点（常闭触点常闭触点）释放。这样吸合、）释放。这样吸合、释放释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。从而达到了在电路中的导通、切断的目的。KA（继电器）（继电器）LNKA-1加热加热元件元件KA-2 温度的双位温度的双位(T=Tg)控制电路控制电路TR1R2122.2.固

27、体膨胀固体膨胀固体膨胀固体膨胀(双金属双金属双金属双金属)式温度计式温度计式温度计式温度计 JJ 图中所示就是图中所示就是图中所示就是图中所示就是双金属双金属双金属双金属温度计。它是由两种热膨温度计。它是由两种热膨温度计。它是由两种热膨温度计。它是由两种热膨胀系数不同的金属片组合而成。将两片粘贴在一起，胀系数不同的金属片组合而成。将两片粘贴在一起，胀系数不同的金属片组合而成。将两片粘贴在一起，胀系数不同的金属片组合而成。将两片粘贴在一起，一端固定，另一端为自由端，自由端与指示系统相一端固定，另一端为自由端，自由端与指示系统相一端固定，另一端为自由端，自由端与指示系统相一端固定，另一端为自由端，

28、自由端与指示系统相联接。联接。联接。联接。当温度由当温度由当温度由当温度由t t0 0变化到变化到变化到变化到 t t 时，由于两种不同的金属时，由于两种不同的金属时，由于两种不同的金属时，由于两种不同的金属片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由片热膨胀程度不一致而发生弯曲，即双金属片由t t0 0时初始位置变化到时初始位置变化到时初始位置变化到时初始位置变化到 t t 时的相应位置，最后导致自由端时的相应位置，最后导致自由端时的相应位置，最后导致自由端时的相应位置，最后导致自由端产生一定的角度变化产生一定

29、的角度变化产生一定的角度变化产生一定的角度变化 。13其突出特点是：其突出特点是：其突出特点是：其突出特点是：抗震性能好，结构简单，牢固可抗震性能好，结构简单，牢固可抗震性能好，结构简单，牢固可抗震性能好，结构简单，牢固可靠，读数方便，可以替代靠，读数方便，可以替代靠，读数方便，可以替代靠，读数方便，可以替代水银温度计水银温度计水银温度计水银温度计(-30(-30600 600)。-80-80600 600 范围内，精度可达范围内，精度可达范围内，精度可达范围内，精度可达0.50.51.01.0级。也可以级。也可以级。也可以级。也可以用于双位控制。用于双位控制。用于双位控制。用于双位控制。14

30、3.3.气体膨胀式气体膨胀式气体膨胀式气体膨胀式 (或称为压力表式或称为压力表式或称为压力表式或称为压力表式)温度计温度计温度计温度计 压力式温度计主要由压力式温度计主要由压力式温度计主要由压力式温度计主要由温包、毛细管温包、毛细管温包、毛细管温包、毛细管和压力敏感元件和压力敏感元件和压力敏感元件和压力敏感元件(如弹簧管如弹簧管如弹簧管如弹簧管)组成。组成。组成。组成。温包、毛细管和弹簧管三者的内腔温包、毛细管和弹簧管三者的内腔温包、毛细管和弹簧管三者的内腔温包、毛细管和弹簧管三者的内腔共同构成一个封闭容器共同构成一个封闭容器共同构成一个封闭容器共同构成一个封闭容器,其中充满其中充满其中充满其

31、中充满气态工作物质。气态工作物质。气态工作物质。气态工作物质。15压力表式温度计虽然压力表式温度计虽然压力表式温度计虽然压力表式温度计虽然属于膨胀式温度计，但它不是属于膨胀式温度计，但它不是属于膨胀式温度计，但它不是属于膨胀式温度计，但它不是靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反映温度靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反映温度靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反映温度靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反映温度，而是而是而是而是依据密闭容器中气体受热后压力的升高反映被依据密闭容器中气体受热后压力的升高反映被依据密闭容器中气体受热后压力的升高反映被依据密闭容器中气体受热后压力的升高反映被测温

32、度测温度测温度测温度，因此这种温度计的指示仪表实际上就是普，因此这种温度计的指示仪表实际上就是普，因此这种温度计的指示仪表实际上就是普，因此这种温度计的指示仪表实际上就是普通的压力表，只不过是通的压力表，只不过是通的压力表，只不过是通的压力表，只不过是温度刻度标尺温度刻度标尺温度刻度标尺温度刻度标尺()。特点：特点：特点：特点：JJ 结构简单，强度较高，抗振性较好，测量精度结构简单，强度较高，抗振性较好，测量精度结构简单，强度较高，抗振性较好，测量精度结构简单，强度较高，抗振性较好，测量精度可以。测温范围可以。测温范围可以。测温范围可以。测温范围 -120-120 550 550。类似地，与类

33、似地，与类似地，与类似地，与继电器配合使用，也可以用于温度的双位控制。继电器配合使用，也可以用于温度的双位控制。继电器配合使用，也可以用于温度的双位控制。继电器配合使用，也可以用于温度的双位控制。*膨胀式温度计不能远传温度信号膨胀式温度计不能远传温度信号膨胀式温度计不能远传温度信号膨胀式温度计不能远传温度信号 和自动记录和自动记录和自动记录和自动记录 (只能现场指示只能现场指示只能现场指示只能现场指示)16接触式测温法接触式测温法接触式测温法接触式测温法 (2)(2)基于金属导体热电效基于金属导体热电效基于金属导体热电效基于金属导体热电效应的温度测量应的温度测量应的温度测量应的温度测量热电偶测

34、温原理热电偶测温原理热电偶测温原理热电偶测温原理:又称为塞贝克效应又称为塞贝克效应又称为塞贝克效应又称为塞贝克效应(SeebackSeeback effect effect)在两种不同的导体在两种不同的导体在两种不同的导体在两种不同的导体(A A和和和和B B组成组成组成组成的闭合回路中，如果它们两个的闭合回路中，如果它们两个的闭合回路中，如果它们两个的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产接点的温度不同，则回路中产接点的温度不同，则回路中产接点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常称这种现生一个电动势，通常称这种现生一个电动势，通常称这种现生一个电动势，通常称这种现象为热电效应

35、，该电势被称为象为热电效应，该电势被称为象为热电效应，该电势被称为象为热电效应，该电势被称为热电势热电势热电势热电势.其中：置于温度为其中：置于温度为其中：置于温度为其中：置于温度为 T T 的被测对象中的接点称为的被测对象中的接点称为的被测对象中的接点称为的被测对象中的接点称为测量端，测量端，测量端，测量端，又称工作端或热端又称工作端或热端又称工作端或热端又称工作端或热端；而温度为参考温度而温度为参考温度而温度为参考温度而温度为参考温度T T0 0的接点称为的接点称为的接点称为的接点称为参比端或参考端，又称参比端或参考端，又称参比端或参考端，又称参比端或参考端，又称自由端或冷端自由端或冷端自

36、由端或冷端自由端或冷端。17 (1)(1)接触电势接触电势接触电势接触电势 接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度不接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度不接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度不接触电势就是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势，又称帕尔贴同而在接触处形成的电动势，又称帕尔贴同而在接触处形成的电动势，又称帕尔贴同而在接触处形成的电动势，又称帕尔贴(PeltierPeltier)电势。电势。电势。电势。产生产生产生产生 E EABAB(T T)和和和和E EABAB(T T0 0)e e=1.610=1.610-9-9（C C）k k=1.3810

37、=1.3810-23-23（J/KJ/K）N NA A：材料：材料：材料：材料A A 在温度为在温度为在温度为在温度为T T时的自由电子密度时的自由电子密度时的自由电子密度时的自由电子密度 N NB B：材料：材料：材料：材料B B 在温度为在温度为在温度为在温度为T T时的自由电子密度时的自由电子密度时的自由电子密度时的自由电子密度18(2)(2)温差电势温差电势温差电势温差电势 温差电势是在同一导体的两端温差电势是在同一导体的两端温差电势是在同一导体的两端温差电势是在同一导体的两端,因其温度不同而因其温度不同而因其温度不同而因其温度不同而产生的一种热电势。又称汤姆孙产生的一种热电势。又称汤

38、姆孙产生的一种热电势。又称汤姆孙产生的一种热电势。又称汤姆孙(Thomson Thomson)电势。电势。电势。电势。有有有有 E EA A(T,TT,T0 0)和和和和 E EB B(T,TT,T0 0)。A A，B B 材料材料材料材料 A A，B B的汤姆孙系数，的汤姆孙系数，的汤姆孙系数，的汤姆孙系数，与材料性质和两端温与材料性质和两端温与材料性质和两端温与材料性质和两端温 度有关度有关度有关度有关 19(3)(3)热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势 JJ金属导体金属导体金属导体金属导体 A A、B B组成热电偶回路时，总的热电势组成热电偶回路时，

39、总的热电势组成热电偶回路时，总的热电势组成热电偶回路时，总的热电势包括两个接触电势和两个温差电势，即包括两个接触电势和两个温差电势，即包括两个接触电势和两个温差电势，即包括两个接触电势和两个温差电势，即 20JJ由于温差电势远小于接触电势，所以，当热电偶由于温差电势远小于接触电势，所以，当热电偶由于温差电势远小于接触电势，所以，当热电偶由于温差电势远小于接触电势，所以，当热电偶材料一定时，热电偶的总电势为温度材料一定时，热电偶的总电势为温度材料一定时，热电偶的总电势为温度材料一定时，热电偶的总电势为温度T T 和和和和 T T0 0的函数差。的函数差。的函数差。的函数差。*若冷端温度若冷端温度

40、若冷端温度若冷端温度 T T0 0固定，则对一定材料的热电偶，其固定，则对一定材料的热电偶，其固定，则对一定材料的热电偶，其固定，则对一定材料的热电偶，其总电势就只与热端温度总电势就只与热端温度总电势就只与热端温度总电势就只与热端温度 T T 成单值函数关系，即：成单值函数关系，即：成单值函数关系，即：成单值函数关系，即：一般，在固定温度一般，在固定温度一般，在固定温度一般，在固定温度T T0 0=0=0条件下，通过实验，条件下，通过实验，条件下，通过实验，条件下，通过实验，将将将将E EABAB(T T,0),0)-T T的数据列为表格，称为热电偶分度的数据列为表格，称为热电偶分度的数据列为

41、表格，称为热电偶分度的数据列为表格，称为热电偶分度表。表。表。表。见见见见 本书的附录本书的附录本书的附录本书的附录 2 2，方便使用，方便使用，方便使用，方便使用。21 热电偶的基本定律热电偶的基本定律热电偶的基本定律热电偶的基本定律 (目的便于制造、使用目的便于制造、使用目的便于制造、使用目的便于制造、使用)1.1.均质导体定律均质导体定律均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论其截由一种均质导体组成的闭合回路，不论其截由一种均质导体组成的闭合回路，不论其截由一种均质导体组成的闭合回路，不论其截面、长度如何以及各处的温度如何分布，都不会面、长度如何以及各处的温度如何分布

42、，都不会面、长度如何以及各处的温度如何分布，都不会面、长度如何以及各处的温度如何分布，都不会产生热电势。即热电偶必须采用两种不同材料作产生热电势。即热电偶必须采用两种不同材料作产生热电势。即热电偶必须采用两种不同材料作产生热电势。即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。为电极。为电极。为电极。热电偶制造厂家用于检验热电极材质的均匀性热电偶制造厂家用于检验热电极材质的均匀性热电偶制造厂家用于检验热电极材质的均匀性热电偶制造厂家用于检验热电极材质的均匀性2.2.中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中，接入第三种导体在热电偶回路中，接入第三种导体在热电偶回路中，接入第三种导体

43、在热电偶回路中，接入第三种导体 C C，如图所如图所如图所如图所示，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶示，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶示，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶示，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变。即第三种导体所产生的热电势保持不变。即第三种导体所产生的热电势保持不变。即第三种导体所产生的热电势保持不变。即第三种导体C C 的引的引的引的引入对热电偶回路的总电势没有影响。可推导出热入对热电偶回路的总电势没有影响。可推导出热入对热电偶回路的总电势没有影响。可推导出热入对热电偶回路的总电势没有影响。可推导出热电偶回路接入中间导体电偶回路接入

44、中间导体电偶回路接入中间导体电偶回路接入中间导体C C 后热电偶回路的总热电后热电偶回路的总热电后热电偶回路的总热电后热电偶回路的总热电势为势为势为势为 22中间导体回路中间导体回路 JJ同理，在热电偶回路中接入多种导体，同理，在热电偶回路中接入多种导体，同理，在热电偶回路中接入多种导体，同理，在热电偶回路中接入多种导体，只要只要只要只要保证接入的每种导体的两端温度相同保证接入的每种导体的两端温度相同保证接入的每种导体的两端温度相同保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电，则对热电，则对热电，则对热电偶的热电势没有影响。偶的热电势没有影响。偶的热电势没有影响。偶的热电势没有影响。JJ根据热电

45、偶的这一性质，可以在热电偶的回路根据热电偶的这一性质，可以在热电偶的回路根据热电偶的这一性质，可以在热电偶的回路根据热电偶的这一性质，可以在热电偶的回路中引入各种仪表和连接导线等。例如，在热电偶中引入各种仪表和连接导线等。例如，在热电偶中引入各种仪表和连接导线等。例如，在热电偶中引入各种仪表和连接导线等。例如，在热电偶的自由端接入一块测量电势的仪表，并保证两个的自由端接入一块测量电势的仪表，并保证两个的自由端接入一块测量电势的仪表，并保证两个的自由端接入一块测量电势的仪表，并保证两个接点的温度相等，就可以对热电势进行测量，而接点的温度相等，就可以对热电势进行测量，而接点的温度相等，就可以对热电

46、势进行测量，而接点的温度相等，就可以对热电势进行测量，而且不影响热电势的输出。且不影响热电势的输出。且不影响热电势的输出。且不影响热电势的输出。233.3.中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律 在热电偶回路中，在热电偶回路中，在热电偶回路中，在热电偶回路中，两接点温度为两接点温度为两接点温度为两接点温度为t t，t t0 0时的热电时的热电时的热电时的热电势等于该热电偶在接点温度为势等于该热电偶在接点温度为势等于该热电偶在接点温度为势等于该热电偶在接点温度为t t，t tn n和和和和t tn n，t t0 0 时热电势时热电势时热电势时热电势的代数和，即：的代数和，即：的代数和，

47、即：的代数和，即：根据这一定律，只要给出自由端为根据这一定律，只要给出自由端为根据这一定律，只要给出自由端为根据这一定律，只要给出自由端为 0 0 时的热时的热时的热时的热电势和温度的关系，就可以求出冷端为任意温度电势和温度的关系，就可以求出冷端为任意温度电势和温度的关系，就可以求出冷端为任意温度电势和温度的关系，就可以求出冷端为任意温度 t tn n的热电偶热电势。的热电偶热电势。的热电偶热电势。的热电偶热电势。244.4.连接导体定律连接导体定律连接导体定律连接导体定律 (2)(2)、(3)(3)综合综合综合综合 在热电偶回路中，若热电极在热电偶回路中，若热电极在热电偶回路中，若热电极在热

48、电偶回路中，若热电极 A A，B B分别与连接分别与连接分别与连接分别与连接导线导线导线导线AA，BB相连，各接点温度为相连，各接点温度为相连，各接点温度为相连，各接点温度为t t，t tn n，t t0 0，则，则，则，则回路的总电势等于热电偶两端处于回路的总电势等于热电偶两端处于回路的总电势等于热电偶两端处于回路的总电势等于热电偶两端处于t t 和和和和 t tn n条件下的条件下的条件下的条件下的热电势热电势热电势热电势E EABAB(t t,t tn n)与连接导线与连接导线与连接导线与连接导线 AA和和和和BB两端处于两端处于两端处于两端处于t tn n和和和和t t0 0条件下热电

49、势的代数和。即：条件下热电势的代数和。即：条件下热电势的代数和。即：条件下热电势的代数和。即：25 热电偶的构造与分类热电偶的构造与分类热电偶的构造与分类热电偶的构造与分类 (分度号分度号分度号分度号)(1)(1)热电偶的材料热电偶的材料热电偶的材料热电偶的材料 理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够的灵敏度

50、、可互换性以及具有一定的机械强度等的灵敏度、可互换性以及具有一定的机械强度等的灵敏度、可互换性以及具有一定的机械强度等的灵敏度、可互换性以及具有一定的机械强度等性能，性能，性能，性能，热电极的材料一般应满足如下要求：热电极的材料一般应满足如下要求：热电极的材料一般应满足如下要求：热电极的材料一般应满足如下要求：JJ在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和被测介质变化，物理化学性能稳定，不易氧化或被测介质变化，物理化学性能稳定，不易氧化或被测介质变化，物理化学性能稳定，不易氧化或被测介