沈航传感与测试技术第5章参数检测技术剖析优秀PPT.ppt

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1、2022/11/31参数检测技术参数检测技术ParameterDetectingTechnology2022/11/32参数检测技术参数检测技术(机械量检测技术机械量检测技术(温度测量技术温度测量技术(振动测试技术振动测试技术2022/11/33机械量检测技术机械量检测技术Mechanicalquantitymeasurement2022/11/34机械量检测技术机械量检测技术(位移检测位移检测(速度、加速度检测速度、加速度检测(力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测(转矩测量转矩测量 2022/11/35&位移检测包括：直线位移检测和角位移检测两种。位移检测包括：直线位移检测和角位移检测两

2、种。位移检测包括：直线位移检测和角位移检测两种。位移检测包括：直线位移检测和角位移检测两种。&常用的检测方法：积分法、相关测距法、回波法、线常用的检测方法：积分法、相关测距法、回波法、线常用的检测方法：积分法、相关测距法、回波法、线常用的检测方法：积分法、相关测距法、回波法、线位移和角位移相互转换法、位移传感器法。位移和角位移相互转换法、位移传感器法。位移和角位移相互转换法、位移传感器法。位移和角位移相互转换法、位移传感器法。&位移检测方式分类（传感器输出信号）：位移检测方式分类（传感器输出信号）：位移检测方式分类（传感器输出信号）：位移检测方式分类（传感器输出信号）：&模拟式位移传感器：电容

3、式位移检测、电感式位移检模拟式位移传感器：电容式位移检测、电感式位移检模拟式位移传感器：电容式位移检测、电感式位移检模拟式位移传感器：电容式位移检测、电感式位移检测测测测 、差动变压器式位移检测、光纤位移检测。、差动变压器式位移检测、光纤位移检测。、差动变压器式位移检测、光纤位移检测。、差动变压器式位移检测、光纤位移检测。&数字式位移传感器：利用栅格编码器将长度或角度的数字式位移传感器：利用栅格编码器将长度或角度的数字式位移传感器：利用栅格编码器将长度或角度的数字式位移传感器：利用栅格编码器将长度或角度的变更干脆转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括变更干脆转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包

4、括变更干脆转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括变更干脆转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光电码盘、感应同步器和光栅标尺、容栅标尺和磁栅光电码盘、感应同步器和光栅标尺、容栅标尺和磁栅光电码盘、感应同步器和光栅标尺、容栅标尺和磁栅光电码盘、感应同步器和光栅标尺、容栅标尺和磁栅标尺等多种方式。标尺等多种方式。标尺等多种方式。标尺等多种方式。位移检测位移检测2022/11/361.1.模拟式位移检测模拟式位移检测模拟式位移检测模拟式位移检测模拟式位移检测是指将位移量转换为模拟量的检模拟式位移检测是指将位移量转换为模拟量的检测方法。常用的有滑线电阻式位移检测、电容式测方法。常用的有滑线电阻式位移检

5、测、电容式位移检测、电感式位移检测、差动变压器式位移位移检测、电感式位移检测、差动变压器式位移检测和光纤位移检测等几种。检测和光纤位移检测等几种。(1)(1)电感式位移计电感式位移计位移检测位移检测(2)(2)差动变压器位移计差动变压器位移计2022/11/372.2.数字式位移检测数字式位移检测数字式位移检测数字式位移检测3.3.利用栅格编码器将长度或角度的变更干脆转换成脉利用栅格编码器将长度或角度的变更干脆转换成脉利用栅格编码器将长度或角度的变更干脆转换成脉利用栅格编码器将长度或角度的变更干脆转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺、容栅冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺、容栅冲

6、个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺、容栅冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺、容栅标尺、磁栅标尺等多种方式。标尺、磁栅标尺等多种方式。标尺、磁栅标尺等多种方式。标尺、磁栅标尺等多种方式。4.4.光电脉冲式位移传感器光电脉冲式位移传感器光电脉冲式位移传感器光电脉冲式位移传感器位移检测位移检测2022/11/38u光栅标尺光栅标尺光栅标尺光栅标尺u 在基体上刻制有等在基体上刻制有等在基体上刻制有等在基体上刻制有等间距匀整分布黑白条间距匀整分布黑白条间距匀整分布黑白条间距匀整分布黑白条纹的光学元件，指示纹的光学元件，指示纹的光学元件，指示纹的光学元件，指示光栅短于主光栅。光光栅短于主光栅。光光栅

7、短于主光栅。光光栅短于主光栅。光源发出的光经光栅缝源发出的光经光栅缝源发出的光经光栅缝源发出的光经光栅缝隙透过，由光电元件隙透过，由光电元件隙透过，由光电元件隙透过，由光电元件（光电池、光敏三极（光电池、光敏三极（光电池、光敏三极（光电池、光敏三极管）检测透射光强，管）检测透射光强，管）检测透射光强，管）检测透射光强，可通过计数测位移，可通过计数测位移，可通过计数测位移，可通过计数测位移，可由相位推断移动方可由相位推断移动方可由相位推断移动方可由相位推断移动方向。向。向。向。位移检测位移检测两排光栅相位相差两排光栅相位相差1/41/4周期，周期，通过通过S1S1、S2S2输出信号的相输出信号的

8、相位关系，可以推断位关系，可以推断G1G1的移的移动方向。动方向。2022/11/39光电脉冲式光电脉冲式位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器位移检测位移检测事实上是一个位移事实上是一个位移数字编码器，工作时可将机械数字编码器，工作时可将机械位移转换成数量的电脉冲信号输出。位移转换成数量的电脉冲信号输出。1 圆盘圆盘 2 被测轴被测轴 3 光源光源 4 光敏二极管光敏二极管 5 平板平板2022/11/310光电脉冲式光电脉冲式位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器位移检测位移检测光电脉冲式位移传感器的后续测量电路和显示记录装光电脉冲式位移传感器的后续测量电路和显示记录装置如图所示。置如

9、图所示。若推断位移的方向，那若推断位移的方向，那若推断位移的方向，那若推断位移的方向，那么该如何变更？么该如何变更？么该如何变更？么该如何变更？2022/11/311&速度检测分为线速度检测和角速度检测。速度检测分为线速度检测和角速度检测。&常用的检测方法：微积分法、线速度和角速度相常用的检测方法：微积分法、线速度和角速度相互转换测速法、速度传感器法、时间、位移计算互转换测速法、速度传感器法、时间、位移计算测速法。测速法。&加速度检测是基于检测质量块敏感加速度产生惯加速度检测是基于检测质量块敏感加速度产生惯性力的测量。性力的测量。速度、加速度检测速度、加速度检测2022/11/312&加速度传

10、感器主要接受加速度传感器，并配用适加速度传感器主要接受加速度传感器，并配用适当的检测电路。当的检测电路。&磁电感应式速度测量（机磁电感应式速度测量（机-电能转换型）电能转换型）速度、加速度检测速度、加速度检测2.2.电磁脉冲式转速计（数字式仪表）电磁脉冲式转速计（数字式仪表）3.微机电系统加速度计微机电系统加速度计2022/11/313&按力产生的缘由不同，力分为重力、弹性力、惯性按力产生的缘由不同，力分为重力、弹性力、惯性力、膨胀力、摩擦力、浮力、电磁力等。力、膨胀力、摩擦力、浮力、电磁力等。&按力对时间的变更性质可分为静态力和动态力。静按力对时间的变更性质可分为静态力和动态力。静态力是指不

11、变的力或变更很缓慢的力；动态力是指态力是指不变的力或变更很缓慢的力；动态力是指随时间变更显著的力，如冲击力、交变力等。随时间变更显著的力，如冲击力、交变力等。&力的测量方法力的测量方法&利用力的动力效应（将使物体的运动状态或动量变利用力的动力效应（将使物体的运动状态或动量变更，使物体产生加速度）和力的静力效应（使物体更，使物体产生加速度）和力的静力效应（使物体产生应力，发生变形），力的测量方法可归纳为力产生应力，发生变形），力的测量方法可归纳为力平衡法、测位移法和利用物理效应测力等。平衡法、测位移法和利用物理效应测力等。力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测2022/11/3141.1.力的

12、测量方法力的测量方法(1)(1)力平衡法力平衡法力平衡式测量法是基于比较测量的原理，用一个已知力来力平衡式测量法是基于比较测量的原理，用一个已知力来平衡待测的未知力，从而得出待测力的值。平衡力可以是平衡待测的未知力，从而得出待测力的值。平衡力可以是已知质量的重力、电磁力或气动力等。已知质量的重力、电磁力或气动力等。力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测托盘托盘被测物被测物刻度板刻度板弹簧弹簧k阻尼阻尼cyx图图5.12 重力平衡式测力法重力平衡式测力法机械式力平衡装置机械式力平衡装置磁电式力平衡装置磁电式力平衡装置(b)机械杠杆机械杠杆(a)天平天平0

13、 00 0未知力未知力GGFiFgFiab图图5.14 电磁式力平衡测力系统电磁式力平衡测力系统NS磁铁磁铁标准质量标准质量m线圈线圈光电管光电管放大器放大器RU0Fi液压和气压式测力系统液压和气压式测力系统2022/11/3151.1.力的测量方法力的测量方法(2)(2)测位移法测位移法在力作用下，弹性元件会产生变形。测位移法就是通过测在力作用下，弹性元件会产生变形。测位移法就是通过测量未知力所引起的位移（线位移或角位移），从而间接地量未知力所引起的位移（线位移或角位移），从而间接地测得未知力值。测得未知力值。力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测支

14、架支架极板极板弹性体弹性体绝缘材料绝缘材料Fi图图5.16电容式测力装置电容式测力装置弹簧弹簧线圈线圈Fi（a）（b）铁心铁心Fi变形部变形部线圈线圈下部下部上部上部图图5.17 差动变压器式测力装置差动变压器式测力装置2022/11/3161.1.力的测量方法力的测量方法(3)利用某些物理效应测力利用某些物理效应测力物体在力作用下会产生某些物理效应，如应变效应、压磁物体在力作用下会产生某些物理效应，如应变效应、压磁效应、压电效应等可以利用这些效应间接检测力值。效应、压电效应等可以利用这些效应间接检测力值。力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测力、重量和质量的检测2.电子

15、皮带秤电子皮带秤电子皮带秤是一种能连续称量散装颗粒物料重量的装置，它电子皮带秤是一种能连续称量散装颗粒物料重量的装置，它不但可以对某一瞬间在输送带上的输送物料重量进行称重，不但可以对某一瞬间在输送带上的输送物料重量进行称重，而且还可以在某段时间内对输送的物料总重进行称重。而且还可以在某段时间内对输送的物料总重进行称重。2022/11/317&转矩可分为静态转矩和动态转矩。转矩可分为静态转矩和动态转矩。&静态转矩是指不随时间变更或变更很小、很缓慢静态转矩是指不随时间变更或变更很小、很缓慢的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和微脉动转矩。微脉动转矩。&

16、动态转矩是指随时间变更很大的转矩，包括振动动态转矩是指随时间变更很大的转矩，包括振动转矩、过度转矩和随机转矩三种。转矩、过度转矩和随机转矩三种。&依据转矩的不同状况，可以实行不同的转矩测量依据转矩的不同状况，可以实行不同的转矩测量方法。方法。转矩的测量转矩的测量转矩的测量转矩的测量2022/11/3181.转矩的测量方法转矩的测量方法转转矩矩的的测测量量方方法法可可以以分分为为平平衡衡力力法法、能能量量转转换换法法和和传传递递法法。其其中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。(1)平衡力法及平衡力类转矩测量装置平衡力法及平衡力类转矩测

17、量装置转矩的测量转矩的测量转矩的测量转矩的测量通过测量机体上的平衡力矩通过测量机体上的平衡力矩(事实上是测量力和力臂事实上是测量力和力臂)来确定动力来确定动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。平衡力法干脆从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩平衡力法干脆从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题。但它适合测量匀速工作状况下的转矩，不能测动态转传递问题。但它适合测量匀速工作状况下的转矩，不能测动态转矩。矩。(2)能量转换法能量转换法依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数

18、来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。从方法上讲，能量转换法就是对功率和转速进行测量的方法。从方法上讲，能量转换法就是对功率和转速进行测量的方法。2022/11/3191.转矩的测量方法转矩的测量方法(3)传递法传递法转矩的测量转矩的测量转矩的测量转矩的测量传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变更与转矩的对传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变更与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又称为扭轴法。称为扭轴法。传递法转矩测

19、量传递法转矩测量应变式转矩测量应变式转矩测量 (2)压磁式转矩传感器压磁式转矩传感器(3)扭转角式转矩测量扭转角式转矩测量光电式转矩传感器光电式转矩传感器 相位差式转矩传感器相位差式转矩传感器振弦式转矩传感器振弦式转矩传感器受扭轴受扭轴振弦振弦测量环测量环l l图图5.23 振弦式转矩传感器振弦式转矩传感器2022/11/320温度测量技术温度测量技术Temperaturemeasurementtechnology2022/11/321温度测量技术温度测量技术(温标与标定温标与标定(测温法分类及其特点测温法分类及其特点(热阻式测温方法热阻式测温方法(热电式测温方法热电式测温方法(集成温度传感器

20、集成温度传感器AD590 (热辐射测温热辐射测温2022/11/322&温度是反映物体的冷热程度的物理量。温度是反映物体的冷热程度的物理量。&温度的测量只能利用一些物质的某些物性温度的测量只能利用一些物质的某些物性(如尺寸、如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变更的随温度变更的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的精确并利于传递，须要建立一个衡量证温度量值的精确并利于传递，须要建立一个衡量温度的同一尺度，即温标。温度的同一尺度，即温标。&温标温标衡量温度的标尺。是温度数值化的标尺，衡量温度

21、的标尺。是温度数值化的标尺，它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位和温度起点。温度的测量单位和温度起点。温标与标定温标与标定温标与标定温标与标定2022/11/3231.1.阅历温标阅历温标2.2.依据某些物质的体积膨胀与温度的关系，用试验方法或阅依据某些物质的体积膨胀与温度的关系，用试验方法或阅历公式所确定的温标称为阅历温标。历公式所确定的温标称为阅历温标。3.3.华氏温标华氏温标4.4.德国人法勒海特德国人法勒海特(Fahrenheit)(Fahrenheit)在在17141714年以水银为测温介质，年以水银为测温介质，制成玻

22、璃水银温度计，选取氯化铵和冰水混合物的温度作制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水混合物的温度作为温度计的零摄氏度，人体温度为温度计的为温度计的零摄氏度，人体温度为温度计的100100度，把水银度，把水银温度计从温度计从0 0度到度到100100度按水银的体积膨胀距离分成度按水银的体积膨胀距离分成100100份，每份，每一份为一份为1 1华氏度，记作华氏度，记作“1”“1”。依据华氏温标，水的冰点。依据华氏温标，水的冰点为为3232，沸点为，沸点为212212。5.5.摄氏温标摄氏温标6.6.17401740年瑞典人摄氏年瑞典人摄氏(Celsius)(Celsius)提出在标准大气压下，把水的提

23、出在标准大气压下，把水的冰点规定为冰点规定为0 0度，水的沸点规定为度，水的沸点规定为100100度。依据水这两个固度。依据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度，平均分成定温度点来对玻璃水银温度计进行分度，平均分成100100等份，等份，每一份为每一份为1 1摄氏度，记作摄氏度，记作11。7.7.摄氏温度摄氏温度t t和华氏温度和华氏温度T T的关系为：的关系为：温标与标定温标与标定温标与标定温标与标定2022/11/3241.1.阅历温标阅历温标温标与标定温标与标定温标与标定温标与标定除华氏温标和摄氏温标外，还有一些类似阅历温标，如列氏温标、兰除华氏温标和摄氏温标外，还有一些类似阅历

24、温标，如列氏温标、兰氏温标等。阅历温标均依靠于其规定的测量物质，测温范围也不能超过氏温标等。阅历温标均依靠于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限其上、下限(如摄氏温标为如摄氏温标为00、100)100)，超过了这个温区，摄氏温标将，超过了这个温区，摄氏温标将不能进行温度标定。不能进行温度标定。2.2.热力学温标热力学温标3.3.18481848年由开尔文年由开尔文(Kelvin)(Kelvin)提出的以卡诺循环提出的以卡诺循环(Carnot(Carnot Cycle)Cycle)为基础建立的热力学温标，把志向气体压力为零时为基础建立的热力学温标，把志向气体压力为零时对应的温度对应的温

25、度确定零度确定零度(在试验中无法达到的理论温度，在试验中无法达到的理论温度，低于低于0K0K的温度不行能存在的温度不行能存在)与水的三相点温度分成与水的三相点温度分成273.16273.16份，份，每份为每份为1K(Kelvin)1K(Kelvin)。热力学温度的单位为。热力学温度的单位为“K”“K”。4.4.是一种志向而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制是一种志向而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本量单位之一。中七个基本量单位之一。2022/11/325温标与标定温标与标定温标与标定温标与标定3.3.确定气体温标确定气体温标4.4.从志向气体状态方程入手，复现的热力学温标叫

26、确定气体从志向气体状态方程入手，复现的热力学温标叫确定气体温标。当气体的而体积为恒定温标。当气体的而体积为恒定(定容定容)时，其压强就是温度时，其压强就是温度的单值函数，即有：的单值函数，即有：这种比值关系与开尔文给出的热力学温标的比值关系完全类似。这种比值关系与开尔文给出的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点因此若选用同一固定点(水的三相点水的三相点)作参考点，两种温标在数作参考点，两种温标在数值上就完全相同。值上就完全相同。志向气体仅是一种数学模型，事实上并不存在，故只能用真实志向气体仅是一种数学模型，事实上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。因此，干脆用气体温度计来

27、统一国际气体来制作气体温度计。因此，干脆用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大，很困难，而且操作特别困难，困温标，不仅技术上难度很大，很困难，而且操作特别困难，困难。于是，出现了协议性的国际好用温标。难。于是，出现了协议性的国际好用温标。国际好用温标和国际温标国际好用温标和国际温标经国际协议产生的国际好用温标的指导思想是要尽可能地接近经国际协议产生的国际好用温标的指导思想是要尽可能地接近热力学温标，热力学温标，1989 1989年年7 7月第月第7777届国际计量委员会批准建立了新届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称的国际温标，简称ITS-90ITS-90。为和。为和IPTS-

28、68IPTS-68温标相区分，用表示温标相区分，用表示ITS-90ITS-90温标。我国从温标。我国从19941994年起先全面推行年起先全面推行ITS-90ITS-90新温标。新温标。2022/11/326温标与标定温标与标定温标与标定温标与标定5.5.标定标定6.6.对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。7.7.标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点固定温度点(恒温恒温)作标准值，把被标定温度计作标准值，把被标定温度计(或传感器或传感器)依次置于这些标准温度值之下，

29、记录下温度计的相应示值依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出或传感器的输出)，并利用国际温标规定的内插公式对温，并利用国际温标规定的内插公式对温度计度计(传感器传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定。标定后的温度计可作为标准温度计运用。标定。标定后的温度计可作为标准温度计运用。8.8.标准表法是把被标定温度计标准表法是把被标定温度计(传感器传感器)与已被标定好的更高与已被标定好的更高一级精度的温度计一级精度的温度计(传感器传感器)，紧靠在一起，共同置于可调，紧靠在一起，共同置于可调整的恒温槽中，分别把槽温调整到所选择

30、的若干温度点，整的恒温槽中，分别把槽温调整到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温、降温，重复测试，若这些差值稳定，即可把记录下的温、降温，重复测试，若这些差值稳定，即可把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，完成对被标定温度这些差值作为被标定温度计的修正量，完成对被标定温度计的标定。计的标定。2022/11/327测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点&按测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温顺非接按测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温顺非接触式测温两大类。触式

31、测温两大类。&接触式测温是基于热平衡原理，温度敏感元件与被测对象接触式测温是基于热平衡原理，温度敏感元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，当传热量为零，二者接触，依靠传热和对流进行热交换，当传热量为零，二者温度相等。温度相等。&依据测温转换的原理，接触式测温可分为膨胀式、热阻式、依据测温转换的原理，接触式测温可分为膨胀式、热阻式、热电式等多种形式。如水银温度计、热电偶温度计等。热电式等多种形式。如水银温度计、热电偶温度计等。非接触式测温时温度敏感元件不与被测对象接触，而是非接触式测温时温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或者是温度敏感元件接收被测通过热辐射进行热交换

32、，或者是温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小推出被测对象对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小推出被测对象的温度，如辐射测温；或是利用敏感元件感受温度使其的温度，如辐射测温；或是利用敏感元件感受温度使其参数发生变更，通过非接触的场的耦合进行检测，如电参数发生变更，通过非接触的场的耦合进行检测，如电涡流式测温。涡流式测温。2022/11/328测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点&热膨胀式测温方法：热膨胀式测温方法：&膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。为液体膨

33、胀式和固体膨胀式两类。&膨胀式温度计按膨胀基体可分为液体膨胀式玻璃温膨胀式温度计按膨胀基体可分为液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。双金属温度计。&玻璃温度计玻璃温度计&玻璃温度计按运用方式又可分为全浸式和局浸式两玻璃温度计按运用方式又可分为全浸式和局浸式两大类。大类。(2)(2)压力温度计压力温度计(3)(3)压力温度计是依据确定质量的液体、气体、蒸汽压力温度计是依据确定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下，其压力与温度呈确定函数在体积不变的条件下，其压力与温度呈确定函数关系的原理来实现测温功能。关系的原理

34、来实现测温功能。2022/11/329测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点测温法分类及其特点&热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法(3)(3)双金属温度计双金属温度计(4)(4)基于固体受热膨胀原理，通常是把两片线膨胀基于固体受热膨胀原理，通常是把两片线膨胀系数相对差异很大的金属片叠焊在一起，构成系数相对差异很大的金属片叠焊在一起，构成双金属感温元件。当温度变更时，因双金属片双金属感温元件。当温度变更时，因双金属片的两个不同材料的线膨胀系数相对差异很大而的两个不同材料的线膨胀系数相对差异很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。

35、曲变形。(5)(5)双金属温度计的感温双金属元件的形态有平面双金属温度计的感温双金属元件的形态有平面螺旋型和直线螺旋型两大类螺旋型和直线螺旋型两大类 。2022/11/330热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法&热阻式测温是依据金属导体或半导体的电阻值随温度变更热阻式测温是依据金属导体或半导体的电阻值随温度变更的性质，将电阻值的变更转换为电信号，从而达到测温的的性质，将电阻值的变更转换为电信号，从而达到测温的目的。目的。&常用的热电阻主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。常用的热电阻主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。&热电阻的结构热电阻的结构&热电阻主要由感温元件（电阻

36、体）、内引线、爱护管三部热电阻主要由感温元件（电阻体）、内引线、爱护管三部分构成。分构成。安装固定件安装固定件电阻体电阻体绝缘套筒绝缘套筒不锈钢套管不锈钢套管引线口引线口接线盒接线盒图图5.26 工业热电阻的基本结构工业热电阻的基本结构2022/11/3311.1.热电阻的结构热电阻的结构热电阻元件的种类：热电阻元件的种类：热电阻传感器的类型：一般型、铠装型、小型、薄膜型、热电阻传感器的类型：一般型、铠装型、小型、薄膜型、防爆型等。防爆型等。2.2.热电阻的引线形式热电阻的引线形式3.3.内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件能与外部

37、测量及限制装置相连接。使感温元件能与外部测量及限制装置相连接。4.4.热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种。热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种。5.5.二线制：二线制：tR1R2R3RtEout(a)二线制二线制三线制：三线制：tR1R2R3RtEout(b)三线制三线制四线制：四线制：tiRtEout恒恒流流源源(c)四线制四线制热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法2022/11/3323.3.热电阻的应用热电阻的应用4.4.热电阻以其测温范围广、灵敏度高、结构简洁、成热电阻以其测温范围广、灵敏度高、结构简洁、成本低等优点在工业上得到广泛应用，用于工业温度本

38、低等优点在工业上得到广泛应用，用于工业温度参数的测控，以及可转换成温度测量的其他物理量参数的测控，以及可转换成温度测量的其他物理量的测量，如流体流量检测、气体成分分析等。的测量，如流体流量检测、气体成分分析等。5.5.热敏电阻流量检测热敏电阻流量检测热敏电阻气体成分分析热敏电阻气体成分分析“电子干湿式电子干湿式”湿度传感器湿度传感器热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法热阻式测温方法2022/11/333热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法&热电偶测温是基于热电效应的原理。热电偶测温是基于热电效应的原理。1.1.热电偶的分类及特性热电偶的分类及特性2.2.国际电工委员会

39、（国际电工委员会（IECIEC）举荐的工业用标准热电偶）举荐的工业用标准热电偶为八种。其中分度号为为八种。其中分度号为S S、R R、B B的三种热电偶均由的三种热电偶均由铂和铂铑合金制成，属于贵金属热电偶。分度号分铂和铂铑合金制成，属于贵金属热电偶。分度号分别为别为K K、N N、T T、E E、J J的五种热电偶，是由镍、铬、的五种热电偶，是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成，属贱硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成，属贱金属热电偶。这八种标准热电偶的热电极材料、最金属热电偶。这八种标准热电偶的热电极材料、最大测温范围、适用气氛等可查阅有关大测温范围、适用气氛等可查阅有关I

40、TS1990ITS1990国国际温标手册。际温标手册。3.3.常用热电偶的热电特性均有分度表可查。温度与热常用热电偶的热电特性均有分度表可查。温度与热电势之间的关系也可以用函数式来表示，称为参考电势之间的关系也可以用函数式来表示，称为参考函数。函数。ITS1990ITS1990给出了新的热电偶分度表和参考给出了新的热电偶分度表和参考函数，它们是热电偶测温的依据。函数，它们是热电偶测温的依据。2022/11/334热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法2.2.热电偶的结构热电偶的结构热电偶的基本结构：热电偶的基本结构：热电偶的结构分为一般工业用热电偶和铠装热电热电偶的结构分为一

41、般工业用热电偶和铠装热电偶两种。偶两种。安装固定件安装固定件电偶丝电偶丝绝缘套筒绝缘套筒不锈钢套管不锈钢套管引线口引线口接线盒接线盒热端热端2022/11/335热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法3.3.热电偶温度测量热电偶温度测量4.4.补偿导线补偿导线5.5.在确定温度范围内，与配用热电偶的热电热性相同在确定温度范围内，与配用热电偶的热电热性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。其作用是的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。其作用是将热电偶的参比端延长到远离热源或环境温度较恒将热电偶的参比端延长到远离热源或环境温度较恒定的地方，以保证冷端温度恒定。定的地方，以保证冷端

42、温度恒定。6.6.原理：原理：由连接导体定律可知：由连接导体定律可知：可见，适当选取可见，适当选取A、B、使得：使得：由中间温度定律，上式即为：由中间温度定律，上式即为：可见，通过连接补偿导线，可使中间温度的影响消退掉。可见，通过连接补偿导线，可使中间温度的影响消退掉。2022/11/336热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法热电式测温方法3.3.热电偶温度测量热电偶温度测量4.4.参比端处理参比端处理5.5.热电偶分度表都是以热电偶参比端为热电偶分度表都是以热电偶参比端为00条件下制条件下制作的。在试验室条件下可实行诸如在保温瓶内盛满作的。在试验室条件下可实行诸如在保温瓶内盛满冰水混合

43、物冰水混合物(最好用蒸馏水及用蒸馏水制成的冰最好用蒸馏水及用蒸馏水制成的冰)。6.6.在工业测温现场一般不能使参比端保持在工业测温现场一般不能使参比端保持00，随着，随着计算机尤其是微处理器和单片机推广普及，智能化计算机尤其是微处理器和单片机推广普及，智能化测温仪普遍接受以软件为主的补偿方式。测温仪普遍接受以软件为主的补偿方式。2022/11/337集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器AD590AD590&集成温度传感器是一种把温敏元件、偏置电路、放大电路集成温度传感器是一种把温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。及线性化电路集成在同一芯片上

44、的温度传感器。&AD590AD590是美国是美国ADAD公司推出的集成化半导体温度传感器，是电公司推出的集成化半导体温度传感器，是电流输出型集成温度传感器的代表产品。它利用晶体管流输出型集成温度传感器的代表产品。它利用晶体管PNPN结结的正向压降随温度上升而降低的特性而制成，的正向压降随温度上升而降低的特性而制成，1.1.基本应用电路基本应用电路2.2.摄氏温度测量电路摄氏温度测量电路3.3.温差测量电路及其应用温差测量电路及其应用2022/11/338热辐射测温热辐射测温热辐射测温热辐射测温&辐射式温度计利用受热物体的辐射能大小与温度的关系确辐射式温度计利用受热物体的辐射能大小与温度的关系确

45、定被测物体的温度，其主要优点是非接触式测温，具有很定被测物体的温度，其主要优点是非接触式测温，具有很高的测温上限，响应快，输出信号大，灵敏度高；它的主高的测温上限，响应快，输出信号大，灵敏度高；它的主要缺点是结构困难，测量精确度不如接触式温度计高。要缺点是结构困难，测量精确度不如接触式温度计高。&辐射测温系统的基本组成：光学系统、检测元件、转换电辐射测温系统的基本组成：光学系统、检测元件、转换电路和信号处理电路。路和信号处理电路。被测被测对象对象光学光学系统系统检测检测元件元件转换转换电路电路信号信号处理处理参考参考光源光源辐射测温仪表主要组成框图辐射测温仪表主要组成框图2022/11/339

46、热辐射测温热辐射测温热辐射测温热辐射测温&辐射测温的常用方法：辐射测温的常用方法：&亮度法：依据物体的光谱或部分连续波长辐射亮度亮度法：依据物体的光谱或部分连续波长辐射亮度推算温度。推算温度。&全辐射法：依据物体全波长范围内的辐射亮度推算全辐射法：依据物体全波长范围内的辐射亮度推算温度。温度。&比色法：依据物体两个波长的光谱辐射亮度之比推比色法：依据物体两个波长的光谱辐射亮度之比推算温度。算温度。&多色法：依据物体多个波长的光谱辐射亮度或物体多色法：依据物体多个波长的光谱辐射亮度或物体放射率随波长变更的规律来推算温度。放射率随波长变更的规律来推算温度。&辐射式温度计有全辐射高温计、光学高温计、

47、光电辐射式温度计有全辐射高温计、光学高温计、光电高温计、比色高温计和红外辐射辐射测温仪等。高温计、比色高温计和红外辐射辐射测温仪等。2022/11/340热辐射测温热辐射测温热辐射测温热辐射测温&辐射测温仪表的表观温度辐射测温仪表的表观温度辐射测温仪表的表观温度辐射测温仪表的表观温度&辐射测温仪表均以黑体炉作基准进行标定和刻度的，辐射测温仪表均以黑体炉作基准进行标定和刻度的，辐射测温仪表均以黑体炉作基准进行标定和刻度的，辐射测温仪表均以黑体炉作基准进行标定和刻度的，实际测量时要修正。实际测量时要修正。实际测量时要修正。实际测量时要修正。&表观温度：指在仪表工作波长范围内，温度为表观温度：指在仪

48、表工作波长范围内，温度为表观温度：指在仪表工作波长范围内，温度为表观温度：指在仪表工作波长范围内，温度为T T的辐射的辐射的辐射的辐射体的辐射状况与温度为体的辐射状况与温度为体的辐射状况与温度为体的辐射状况与温度为TLTL的确定黑体的辐射状况相等，的确定黑体的辐射状况相等，的确定黑体的辐射状况相等，的确定黑体的辐射状况相等，则则则则TLTL就是该辐射体的表观温度。与测温仪表相对应的就是该辐射体的表观温度。与测温仪表相对应的就是该辐射体的表观温度。与测温仪表相对应的就是该辐射体的表观温度。与测温仪表相对应的表观温度有：亮度温度、辐射温度和比色温度。表观温度有：亮度温度、辐射温度和比色温度。表观温

49、度有：亮度温度、辐射温度和比色温度。表观温度有：亮度温度、辐射温度和比色温度。亮度温度：亮度温度：辐射温度：辐射温度：比色温度：比色温度：2022/11/341热辐射测温热辐射测温1.1.全辐射高温计全辐射高温计基本原理：基本原理：斯特潘斯特潘-波尔兹曼定律，也称为全辐射定律，它是波尔兹曼定律，也称为全辐射定律，它是全辐射高温计测温的理论基础。全辐射高温计测温的理论基础。由式可知，当知道黑体的全辐射强度后，就可以知道温度。由式可知，当知道黑体的全辐射强度后，就可以知道温度。全辐射高温计是以黑体的辐射实力与温度的关系进行刻度的。全辐射高温计是以黑体的辐射实力与温度的关系进行刻度的。但在实际中，被

50、测物体并非黑体，而是被称为灰体，对于灰但在实际中，被测物体并非黑体，而是被称为灰体，对于灰体的全辐射强度与温度的关系为：体的全辐射强度与温度的关系为：用全辐射高温计测量非黑体温度时，温度计读数是被测物体用全辐射高温计测量非黑体温度时，温度计读数是被测物体的辐射温度，再依据已知物体的吸取系数的辐射温度，再依据已知物体的吸取系数(注不同物质的吸取注不同物质的吸取系数可查相关的资料系数可查相关的资料)，利用该式可计算被测物体的真是温度。，利用该式可计算被测物体的真是温度。2022/11/342热辐射测温热辐射测温2.2.比色温度计比色温度计3.3.基本原理：由维恩位移定律（基本原理：由维恩位移定律（