测试技术第章温测量学时试讲用学习教案.pptx

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1、会计学1测试测试(csh)技术第章温测量学时试讲用技术第章温测量学时试讲用第一页，共41页。1 1 温度测量温度测量温度测量温度测量(cling)(cling)概述概述概述概述1.温度、温标温度、温标温温度度：是是表表示示物物体体(wt)冷冷热热程程度度的的物物理理量量，从从分分子子运运动动论论的的观观点点看看，温温度度也也是是物物体体(wt)内内部部分分子子运动平均动能大小的一个量度标志。运动平均动能大小的一个量度标志。温温标标：用用来来量量度度温温度度高高低低的的尺尺度度称称为为温温度度标标尺尺，简简称称温温标标。应应用用较较多多的的有有摄摄氏氏温温标标和和华华氏氏温温标标、热热力力学温标

2、、国际温标。学温标、国际温标。第1页/共41页第二页，共41页。摄氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为摄氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为0 0度，度，水沸点为水沸点为100100度，中间度，中间(zhngjin)(zhngjin)等分为等分为100100格，每格，每格为摄氏格为摄氏1 1度，符号为度，符号为。华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为3232度，度，水沸点为水沸点为212212度，中间度，中间(zhngjin)(zhngjin)等分等分180180格，每格格，每格为华氏为华氏1 1度，符号为度，符号为。第2页/共41页第三页，共41

3、页。n n摄氏温标与华氏温标摄氏温标与华氏温标摄氏温标与华氏温标摄氏温标与华氏温标(hu sh wn bio)(hu sh wn bio)的关系为：的关系为：的关系为：的关系为：第3页/共41页第四页，共41页。热力学温标：又称开氏温标（热力学温标：又称开氏温标（K）或绝对温标，它）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。规定分子运动停止时的温度为绝对零度。卡诺定理：卡诺定理：温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为三相点温度为273.16K；三相点到沸点之间分为；三相点到沸点之间分为100等份，每等份记为等份，每等份记为1

4、K；将三相点以下；将三相点以下(yxi)273.16K定为绝对零度，记为定为绝对零度，记为0 K，符号：，符号：T。绝对温标绝对温标T与摄氏温标与摄氏温标t的关系为的关系为 Tt+273.15 第4页/共41页第五页，共41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量委员会引入了在各个测温范围(fnwi)内使用的标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国际准测温元件系列利用它们进行温标确定的方

5、法称作国际温标。温标。ITS一一90基本内容为：基本内容为：l 重申国际实用温标单位仍为重申国际实用温标单位仍为K；l 国际摄氏温度和国际实用温度关系为：国际摄氏温度和国际实用温度关系为：l 把整个温标分成把整个温标分成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：l 0.655.0K，用，用3He和和4He蒸汽温度计；蒸汽温度计；l 3.024.5561K，用，用3He和和4He定容气体温度计；定容气体温度计；l 13.803K961.78，用铂电阻温度计；，用铂电阻温度计；l 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 新确认和规定新确认和规定

6、17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式(gngsh)分度的标准仪器来实现整个热力学温标。分度的标准仪器来实现整个热力学温标。第5页/共41页第六页，共41页。2、温度计分类、温度计分类(fn li)u根根据据温温度度测测量量仪仪表表(ybio)的的使使用用方方式式，通通常常可可分分为接触法与非接触法两大类。为接触法与非接触法两大类。u （1）接触法接触法当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，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。如果其中之一为温度计，则它们的温度必然相等。如果其中之一

7、为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。方式称为接触法。特点：温度计要与被测物体有良好特点：温度计要与被测物体有良好(lingho)地热接触，地热接触，使两者达到热平衡。使两者达到热平衡。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41页第七页，共41页。（2）非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温度变化利用物体的热辐射能随温度变化(binhu)(binhu)的原理测定物体温度，的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法。这种测温方式称为非接触法。u特点：不与被测物体接触，也不改特点：不

8、与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。变被测物体的温度分布，热惯性小。u全辐射高温计、单色高温计与比色全辐射高温计、单色高温计与比色高温计。高温计。第7页/共41页第八页，共41页。2.1 2.1 热电偶热电偶2 接触式温度计接触式温度计 应用应用(yngyng)热电效应测温热电效应测温 两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成闭合构成闭合(b h)(b h)回路，回路，当两个接触端当两个接触端 T T0 T T0时，回路中会产生热电势。时，回路中会产生热电势。v热热电电效效应应(r din xio yng)一、一、测测量原理量原理第8页/共41页第九页，共41页。I.

9、接触电势接触电势+_A AB B电子扩散电子扩散(kusn)(kusn)方向方向方方向向(f(fngxngxining)g)ABTT0第9页/共41页第十页，共41页。II.温差温差(wnch)电势电势 +_A AA A电子扩散电子扩散(kusn)(kusn)方向方向方向方向(fngxi(fngxing)ng)TT0ABTT0第10页/共41页第十一页，共41页。III.总电势总电势(dinsh)第11页/共41页第十二页，共41页。结论结论(jiln)：热电偶两个电极材料热电偶两个电极材料A、B确定以后，热电势确定以后，热电势(dinsh)大大小只与热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度小只与

10、热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度t0 固定，则总电势固定，则总电势(dinsh)就只与温度就只与温度t成单值函数关系成单值函数关系。分分 度度 表表 -热电势与热端温度之间热电势与热端温度之间 关系关系(gun x)(gun x)列成表格列成表格第12页/共41页第十三页，共41页。1)1)均质材料定律均质材料定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度体的横截面积、长度以及温度(wnd)(wnd)分布如分布如何均不产生热电动势，即回路中的总热电势为何均不产生热电动势，即回路中的总热电势为零。零。v热电偶测温四基本定律热电偶测温四

11、基本定律第13页/共41页第十四页，共41页。2)中间(zhngjin)导体定律代入，则代入，则TT0ABCT0TT0VABCT0C第14页/共41页第十五页，共41页。3)3)中间温度中间温度(wnd)(wnd)定律定律代入，则代入，则TnTnTAT0BAB第15页/共41页第十六页，共41页。如果回路中导体如果回路中导体(dot)A与与A，B与与B 材材料相同，则热电偶回路中的总热电势可以表达料相同，则热电偶回路中的总热电势可以表达为：为：结论结论(jiln)1(jiln)1：该定律说明当热电偶参考端温度该定律说明当热电偶参考端温度(wnd)t00时，只要能测得热电势时，只要能测得热电势E

12、(t,t0)，且，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度被测温度(wnd)t值。值。第16页/共41页第十七页，共41页。例例 用镍铬用镍铬镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考(cnko)端温度为端温度为T030，测得的热电势从，测得的热电势从EEU(T,T0)为为33.29mV，求燃气温度。，求燃气温度。解：解：查镍铬查镍铬镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得EEU(30,0)=1.2mV。EEU(T,0)=EEU(T,30)+EEU(30,0)=33.29+1.2=34.49mV 根据根据(gnj)其查分度表得其查分度表得

13、T=829.5。第17页/共41页第十八页，共41页。结论结论(jiln)2(jiln)2：若连接导线若连接导线A、B 的热电势的热电势(dinsh)与热电偶与热电偶A、B的的热电势热电势(dinsh)相同，即：相同，即：总热电势总热电势(dinsh)为：为：可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属可采用价格低廉的补偿导线取代贵重金属导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸到远处温度稳定的地方。伸到远处温度稳定的地方。补偿导补偿导线线第18页/共41页第十九页，共41页。4)4)标准标准(biozhn)(biozhn)电极定律电极定律TT0ABCT0第19页/

14、共41页第二十页，共41页。例：求钼钨热电偶的热电动势例：求钼钨热电偶的热电动势(热端热端100，冷端，冷端0)解：钼和铂相配解：钼和铂相配(xin pi)的热电动势为的热电动势为+1.31mV。钨和铂相配钨和铂相配(xin pi)的热电动势为的热电动势为+0.79mV，钼钨相配钼钨相配(xin pi)后的热电动势为后的热电动势为 1.31(+0.79)mV=+0.52mV，ABTT0=ACTT0CBTT0第20页/共41页第二十一页，共41页。v热热 电电 偶偶 种种 类类(zhngli)二、二、热电偶的种类热电偶的种类(zhngli)和结和结构构 八种国际八种国际(guj)(guj)通用热

15、电偶：通用热电偶：B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6R:R:铂铑铂铑1313铂铂S:S:铂铑铂铑1010铂铂K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍J:J:铁铁铜镍铜镍T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝第21页/共41页第二十二页，共41页。热电偶工作热电偶工作(gngzu)(gngzu)端端固定固定(gdng)(gdng)螺螺纹纹 不锈钢保护不锈钢保护(boh)管管 引出线套管引出线套管 接线接线盒盒v热电偶的结构热电偶的结构第22页/共41页第二十三页，共41页。普通普通普通普通(ptng)(ptn

16、g)(ptng)(ptng)装配型热电偶装配型热电偶装配型热电偶装配型热电偶安装安装(nzhung)螺纹螺纹安装安装(nzhung)法兰法兰第23页/共41页第二十四页，共41页。BA柔性安装柔性安装柔性安装柔性安装(nzhung)(nzhung)(nzhung)(nzhung)型铠装结型铠装结型铠装结型铠装结构热电偶构热电偶构热电偶构热电偶法兰法兰法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属(jnsh)(jnsh)保护套管保护套管（铠体）（铠体）绝缘材料绝缘材料(ju yun(ju yun ci lio)ci lio)铠装型铠装型热电偶热电偶横截面横截面第24页

17、/共41页第二十五页，共41页。隔爆隔爆隔爆隔爆型热电偶型热电偶型热电偶型热电偶厚壁保护厚壁保护(boh)管管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线第25页/共41页第二十六页，共41页。型型号号表表示示WRN2230 第26页/共41页第二十七页，共41页。问题问题(wnt)引引出出热电偶的分度表所表征的是冷端温热电偶的分度表所表征的是冷端温度为度为00时的热电势时的热电势-温度关系，与热温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表电偶配套使用的显示仪表(ybio)(ybio)就是就是根据这一关系进行刻度的。根据这一关系进行刻度的。解决解决(jiju)方方法法冰浴法冰浴法 冷端温度修正法冷端温度修正法

18、 补偿导线法补偿导线法补偿电桥法补偿电桥法 三、三、热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿第27页/共41页第二十八页，共41页。1）冷端恒温冷端恒温(hngwn)法法（冰浴法（冰浴法）适用于实验室中的精确测量和检定适用于实验室中的精确测量和检定(jindng)热电偶时使用热电偶时使用第28页/共41页第二十九页，共41页。2）修正公式修正公式(中间温度中间温度(wnd)定律定律)冷端温度冷端温度(wnd)修正修正法法设：冷端温度设：冷端温度(wnd)(wnd)恒为恒为t0 t0（t00t00）被测温度）被测温度(wnd)(wnd)为为 t t 冷端冷端 t t0 0的热电势的热电势测量得出

19、的热电势测量得出的热电势 被测温度被测温度 t t 的热电势的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至将显示仪表的机械零点调至 t t0 0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势 E(tE(t0 0,0),0)第29页/共41页第三十页，共41页。用螺丝刀调用螺丝刀调用螺丝刀调用螺丝刀调节仪表面板上节仪表面板上节仪表面板上节仪表面板上的的的的“机械零点机械零点机械零点机械零点”，使指针指，使指针指，使指针指，使指针指到气温到气温到气温到气温(qwn)t0(qwn)t0(qwn)t0(qwn)t0（图中为（图中为（

20、图中为（图中为40 40 40 40 C C C C）的刻度）的刻度）的刻度）的刻度上。上。上。上。机械机械(jxi)(jxi)零零点点指针指针(zhzhn)被预调到室温（被预调到室温（40 C）可补偿可补偿冷端损失冷端损失第30页/共41页第三十一页，共41页。3）补偿补偿(bchng)导线法（热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿导线法（热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿(bchng)方法）方法）u原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性(txng)(txng)相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为

21、补偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路回路(hul)总热电势为总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层第31页/共41页第三十二页，共41页。4）补偿补偿(bchng)电桥法电桥法(冷端补偿冷端补偿(bchng)器器)补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该电势一补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如果冷端温度在般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影

22、响。保证一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保证(bozhng)(bozhng)温度仪温度仪表示值等于被测值。表示值等于被测值。第32页/共41页第三十三页，共41页。1)1)热电偶测量热电偶测量(cling)线路线路2)2)热电偶反接（差动热电偶）热电偶反接（差动热电偶）:测量测量(cling)温差温差测温要求测温要求(yoqi)（1）补偿导线的冷端温度相同）补偿导线的冷端温度相同 （2）热电势）热电势E和温度和温度 T呈线性呈线性四、热电偶测温回路四、热电偶测温回路(hul)第33页/共41页第三十四页，共41页。.热电偶并联热电偶并联热电偶并联热电偶并联(bnglin)(bnglin

23、)：多点温度的平均值：多点温度的平均值：多点温度的平均值：多点温度的平均值.热电偶串连热电偶串连(chun lin)（热电堆）：加大信号（热电堆）：加大信号N倍倍 E=2(E1+E2)第34页/共41页第三十五页，共41页。2)2)热电偶测量仪表热电偶测量仪表热电偶测量仪表热电偶测量仪表3)3)磁电式直流表：输入信号为热电偶的热电磁电式直流表：输入信号为热电偶的热电磁电式直流表：输入信号为热电偶的热电磁电式直流表：输入信号为热电偶的热电势，输出信号为仪表指针势，输出信号为仪表指针势，输出信号为仪表指针势，输出信号为仪表指针(zh(zh zhn)zhn)相对相对相对相对于标尺的位移。于标尺的位移

24、。于标尺的位移。于标尺的位移。第35页/共41页第三十六页，共41页。II.II.直流电位差计：采用把被测量与已知标准量比较后的直流电位差计：采用把被测量与已知标准量比较后的直流电位差计：采用把被测量与已知标准量比较后的直流电位差计：采用把被测量与已知标准量比较后的差值调至零的测量方法。差值调至零的测量方法。差值调至零的测量方法。差值调至零的测量方法。III.III.工作电流标准化：（工作回路）工作电流标准化：（工作回路）工作电流标准化：（工作回路）工作电流标准化：（工作回路）IV.IV.调整调整调整调整(tiozhng)(tiozhng)工作工作工作工作RsRs改变电流改变电流改变电流改变电

25、流I IV.V.使使使使EN=IRNEN=IRN，检流计指零。，检流计指零。，检流计指零。，检流计指零。VI.VI.测量电流归零化：测量电流归零化：测量电流归零化：测量电流归零化：（测量回路）（测量回路）（测量回路）（测量回路）VII.VII.调整调整调整调整(tiozhng)(tiozhng)电阻盘电阻盘电阻盘电阻盘RABCRABC，使检流计指零。，使检流计指零。，使检流计指零。，使检流计指零。第36页/共41页第三十七页，共41页。接大地铜排接大地铜排黄黄红红L L2 L L3 电炉电炉接零接零热电偶热电偶绿绿L L1 热热热热电电电电偶偶偶偶测测测测温温温温、控控控控温温温温电电电电路路

26、路路(d(diinlnl)第37页/共41页第三十八页，共41页。第38页/共41页第三十九页，共41页。小结：小结：本次课主要学习了温度测量本次课主要学习了温度测量(cling)中温中温度、温标的概念，重点介绍了热电偶的测温度、温标的概念，重点介绍了热电偶的测温原理、结构、种类及其使用中的基本定律，原理、结构、种类及其使用中的基本定律，以及测量以及测量(cling)中如何通过冷端补偿方中如何通过冷端补偿方法减少误差。法减少误差。第39页/共41页第四十页，共41页。作业作业(zuy)：P120，51，52，54上网查找上网查找(ch zho)5家以上生产热电家以上生产热电偶的企业，列出它们所生产的热电偶型偶的企业，列出它们所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。号规格，了解其特性和适用范围。第40页/共41页第四十一页，共41页。