最新第5章 温度测量精品课件

第五章温度(wēndù)测量第一节温标第二节接触式温度计第三节非接触式温度计第四节气体温度计第五节红外技术(hónɡwàijìshù)在温度测量中的应用第一页，共79页。一、温标度量(dùliàng)温度高低的尺度，规定了温度的零点和基本测量单位。热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。华氏温标：规定在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点(fèidiǎn)为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号用℉。摄氏温标：规定(guīdìng)标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为℃。第一节概述第二页，共79页。由卡诺循环，工质在温度T1时吸收(xīshōu)热量Q1和在温度T2时放出热量Q2通过理想气体(lǐxiǎnɡqìtǐ)的关系式表达热力学温标：符号T，单位(dānwèi)开尔文(K)。热力学温标T与摄氏温标t的关系为热力学温标是国际单位制中7个基本物理单位之一。第三页，共79页。几种(jǐzhǒnɡ)温标的对比正常体温(tǐwēn)为37C，相当于华氏温度多少度（98.6）？第四页，共79页。热力学温标(wēnbiāo)实用时不方便。1990年国际温标(wēnbiāo)(ITS-90)指导思想是应尽量与热力学温标(wēnbiāo)接近，温度的复现性要好。该温标(wēnbiāo)有17个定义基准点。国际实用(shíyòng)温标：第五页，共79页。第六页，共79页。二、温度计分类(fēnlèi)Ⅰ.接触式第七页，共79页。Ⅱ.非接触式比较：1)接触式容易破坏被测温度场。2)接触式时间滞后大。3)接触式测量(cèliáng)高温时受到限制。4)非接触式不适合测量(cèliáng)低温。5)接触式测量(cèliáng)精度高。第八页，共79页。第二节接触式温度计一、膨胀(péngzhàng)式温度计1.玻璃管液体温度计常用水银，200℃以下(yǐxià)可作为精密标准温度计。1-玻璃(bōlí)温包；2-毛细管；3-刻度标尺；4-膨胀室工作液体测温范围（℃）水银－30～750甲苯－90～100乙醇－100～75石油醚－130～25戊烷－200～20特点：精度较高，读数直观，结构简单，价格便宜。缺点：信号不能远程传输，不能用于自动测量系统。第九页，共79页。第十页，共79页。使用玻璃管液体温度计应注意:1)零点(línɡdiǎn)漂移:玻璃的热胀冷缩。2)露出液柱的校正:n为露出部分液柱所占的度数(℃);γ为工作液体在玻璃中的视膨胀系数；tB为标定时外露部分空气温度(wēndù)(℃);tA为使用条件下外露部分空气温度(wēndù)(℃)。全浸入式在使用(shǐyòng)时未能全浸，式中tB为温度计测量时的示值。部分浸入式：液柱只插入一定深度，外露部分处于环境温度下，按下式修正第十一页，共79页。2.压力(yālì)式温度计1)充气压力式，常用氮气。测温范围为-80～550℃，压力与温度(wēndù)接近线性关系。2)工质为低沸点液体，如氯甲烷、氯乙烷等，测量范围-20～200℃。饱和(bǎohé)蒸气压和饱和(bǎohé)温度呈非线性关系，刻度不均匀。3)工质为液体，如水银、二甲苯、甲醇等。测温范围-40～200℃。第十二页，共79页。使用时，必须将温包全部浸入被测物质中。结构简单，价格便宜，抗振动(zhèndòng)。精度差，示值滞后时间长，毛细管易损坏。检测内燃机油温或水温。第十三页，共79页。3.双金属温度计测量范围-60～500℃。按结构(jiégòu)形状，分螺旋形和盘形。第十四页，共79页。第十五页，共79页。二、热电阻温度计测量(cèliáng)精度高，响应速度快，可以实现远距离测量(cèliáng)显示和自动记录。常用(chánɡyònɡ)铂热和铜热电阻。铂热：-200～500℃；铜热：-30～100℃。第十六页，共79页。WZC-111/Φ12*1000mmCu50铜热电阻WZPK2-103/B级Φ6*515mm(0-300℃)铂热电阻WZP2-240/A级3线300/150mmE(0-300℃)隔爆第十七页，共79页。装配式热电阻的型号(xínghào)含义第十八页，共79页。三、热电偶温度计(一)常用(chánɡyònɡ)热电偶的材料1.铂铑10-铂热电偶贵金属。特点：精度高，理化性能稳定，测温上限1600℃，适于在氧化或中性气氛中使用。缺点：在高温还原介质(jièzhì)中容易被侵蚀和污染，热电动势较小，灵敏度低。2.铂铑30-铂铑6热电偶贵金属。特点：测量(cèliáng)精度高，测温上限1800℃，适于在氧化或中性气氛中使用。缺点：灵敏度较低、价格昂贵。第十九页，共79页。3.镍铬-镍硅热电偶贱金属。特点：价格低廉，灵敏度较高，测温重复性好，高温下抗氧化能力强，测温上限可达1300℃。缺点(quēdiǎn)：在还原性介质或含硫化物气氛中易被侵蚀。4.铜-康铜热电偶贱金属。测温范围(fànwéi)-200～400℃。特点：价格低，精度高，灵敏度高。5.镍铬-康铜热电偶贱金属。测温上限800℃。特点：灵敏度最高，价格最便宜(biànyí)。缺点：抗氧化及抗硫化物的能力较差，适于在中性或还原性气氛中使用。第二十页，共79页。几种常用的我国标准型热电偶第二十一页，共79页。测量(cèliáng)特高温度的铱锗-铱热电偶，2000℃以上。测量(cèliáng)特低温度的镍铬-金铁热电偶，2～273K。第二十二页，共79页。钢包温度(wēndù)测试第二十三页，共79页。(二)常用热电偶结构1.普通工业热电偶保护绝缘(juéyuán)套管在测量高温时用金属套管；低于1000℃时用工业陶瓷或氧化铝。第二十四页，共79页。两个(liǎnɡɡè)热电极第二十五页，共79页。热电偶接点(jiēdiǎn)第二十六页，共79页。普通(pǔtōng)装配型热电偶的外形安装(ānzhuāng)螺纹安装(ānzhuāng)法兰第二十七页，共79页。常见普通(pǔtōng)工业装配式热电偶的外形结构第二十八页，共79页。装配式热电偶的型号(xínghào)意义第二十九页，共79页。2.缆式热电偶单芯和双芯。热惯性小、牢固、抗振。适合微小、狭窄(xiázhǎi)场合。缆式热电偶工作(gōngzuò)端结构(a)单芯结构；(b)双芯碰底型；(c)双芯不碰底型；(d)双芯露头型；(e)双芯帽型第三十页，共79页。法兰缆式热电偶可长达上百米薄壁金属(jīnshǔ)保护套管(缆式)第三十一页，共79页。常见铠装(kǎizhuānɡ)热电偶的外形结构第三十二页，共79页。铠装(kǎizhuānɡ)热电偶示例第三十三页，共79页。3.隔爆型热电偶厚壁保护(bǎohù)管压铸的接线盒电缆线接线盒采用压铸而成的防爆结构(jiégòu)，当接线盒内有放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆。用于化学工业自控系统(易燃、易爆等气体或蒸汽）。第三十四页，共79页。4.薄膜热电偶很薄可直接粘贴在被测物表面，快速测表面温度。热电极为(jíwéi)镍铬-镍硅、铜-康铜等。温度范围300℃以下。第三十五页，共79页。热电偶的插入方式热电偶在扩大管上的安装5.热电偶的安装(ānzhuāng)与测试第三十六页，共79页。热电偶（热电阻）选用(xuǎnyòng)步骤 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 第三十七页，共79页。四、温度计的校验(xiàoyàn)(一)热电阻温度计的校验(xiàoyàn)1.比较法将标准(biāozhǔn)温度计(水银、铂电阻)与被校热电阻温度计一起插入恒温源，在规定的几个温度点下进行比较。2两点法工业热电阻温度计只校验0℃时的R0和1O0℃时R100，并检查R100/R0是否符合规定。第三十八页，共79页。校验R100/R0时，把标准热电阻(diànzǔ)温度计(材料与被校验温度计一样)的电阻(diànzǔ)作标准电阻(diànzǔ)；被标定热电阻(diànzǔ)作为未知电阻(diànzǔ)，采用半桥方式。(R100/R0)B为标准热电阻值(由标准查得);AK为水沸点槽内时的电桥读数(dúshù);A0为冰点槽内时电桥读数(dúshù)。先在冰点槽内放置30min进行(jìnxíng)电桥平衡，然后在水沸点槽内放置30min再进行(jìnxíng)电桥平衡。用下式计算R100/R0第三十九页，共79页。(二)热电偶温度计的校验标准铂铑10-铂热电偶进行(jìnxíng)三点(金、银、锌凝固点温度)分度；其余热电偶在下表温度(wēndù)点校验。第四十页，共79页。调节电炉温度(wēndù)，稳定各校验点±10℃内，每个温度(wēndù)点应至少测量4次。第四十一页，共79页。五、接触式温度(wēndù)测量误差(二)安装误差1.感温元件安装的基本要求感温元件应迎着被测介质(jièzhì)的流向插入(图a)，或迎着被测介质(jièzhì)的流向斜插(图b)，至少正交(图c)，避免形成顺流。第四十二页，共79页。不用保护管时，插入深度不应小于热电偶丝直径的50倍;测定液体时，插入深度应是保护管直径的9～12倍;在直径小的管道上安装(ānzhuāng)感温元件时，可装置扩大管。第四十三页，共79页。2.安装方式不同引起(yǐnqǐ)误差实例a插入过浅，误差(wùchā)最大;b可测得真实温度；c和d介于两者之间。第四十四页，共79页。3.热电偶与被测表面接触方式不同引起的误差点接触式：测量误差最大。面接触式：接点与金属薄片焊接后，与被测面接触。等温线接触式：接点固定后沿被测表面等温线绝缘(juéyuán)敷设至少20倍线径的距离。测量误差最小。分立接触式：两热电极分别与被测表面接触。第四十五页，共79页。(三)辐射引起的误差感温元件辐射传热(chuánrè)产生的误差Δtf为Tk——感温元件的热力学温度；T0——容器内壁的热力学温度；C——辐射传热系数；h——气体(qìtǐ)向感温元件表面的传热系数。减少测量误差措施：采用表面光滑的保护套管(tàoɡuǎn)，以减少辐射传热系数C；改善对流传热条件，以增大气体向感温元件表面的传热系数h。第四十六页，共79页。当Tk→T0时，Δtf→0；故在感温元件周围(zhōuwéi)应加一热容量小的薄防辐射隔离罩，以减小误差。第四十七页，共79页。(四)热传导引起的误差保护套管顶部热量(rèliàng)会流向温度较低的管壁，存在热传导误差Δtpt为被测介质温度(wēndù)；t0为保护套管座处的管壁温度(wēndù)；L为插入深度；h为被测介质向感温元件的传热系数；λ为感温元件材料的热传导率；S为感温元件外周围长；f为感温元件截面积；coshx为x的双曲余弦。第四十八页，共79页。(五)高速(ɡāosù)气流的温度测量误差感温元件的指示值介于(jièyú)静温T0和总温T*之间，称有效温度Tr，定义恢复系数r因气流运动(yùndòng)引起的温度测量误差为κ为气体的等墒指数;Ma为气流的马赫数。第四十九页，共79页。恢复系数越低，马赫数越高，测温误差越大。提高(tígāo)恢复系数(接近于1)，可减小误差。恢复系数的测定(cèdìng)：1-稳压箱；2-待测热电偶；3-总温热电偶；4-总压管；5-压力计；6-冰瓶；7-切换(qiēhuàn)开关；8-电位差计；9-喷管第五十页，共79页。(六)感温元件的响应接触式靠热交换测温，因热惯性(guànxìng)而存在时滞1)感温元件的热惯性(guànxìng):2)指示仪表的机械惯性(guànxìng):当t=τ时感温元件感受(gǎnshòu)的温度Tτ为第五十一页，共79页。影响时间常数的因素：感温元件(yuánjiàn)的质量、比热容、插入的表面积和表面传热系数等。感温元件(yuánjiàn)的质量和比热容越小，响应越快。在测量瞬时温度时必须用时间常数小的感温元件(yuánjiàn)。第五十二页，共79页。其他一些(yīxiē)温度测量方法示温涂料(túliào)(变色涂料(túliào))装满热水(rèshuǐ)后图案变得清晰可辨第五十三页，共79页。变色涂料(túliào)在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇(fēngshàn)低温(dīwēn)时显示蓝色温度升高后变为红色第五十四页，共79页。第三节非接触式温度计接触式温度计：结构简单、可靠性好、测量精度高；传感器须受被测介质腐蚀、氧化等作用(zuòyòng)，且会破坏被测温度场分布。非接触式：基于(jīyú)热辐射；不会破坏被测介质温度场，动态响应好。适于非稳态热力过程测量、高温测量。第五十五页，共79页。红外线辐射(fúshè)温度计外形激光(jīguāng)仅用于瞄准第五十六页，共79页。热辐射基本概念低温时，物体辐射能量小，主要发射红外线。温度升高(shēnɡɡāo)，辐射能量增加，辐射光谱向短波方向移动。500℃左右(zuǒyòu)时，辐射光谱包括部分可见光；800℃时可见光大大增加，即呈现“红热”；3000℃时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面(biǎomiàn)的“颜色”来大致判断物体的温度。第五十七页，共79页。辐射能的分配(fēnpèi)：当物体接受到辐射能量以后(yǐhòu)，根据物体本身的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。Q—辐射能单位(dānwèi)焦耳(J)第五十八页，共79页。物体(wùtǐ)分类：黑体（绝对黑体）：照射到物体(wùtǐ)上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。透明体：照射到物体(wùtǐ)上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。镜体、白体：照射到物体(wùtǐ)上的辐射能全部反射出去。镜体——若物体(wùtǐ)表现平整光滑，反射具有一定规律；绝对白体——若反射无一定规律。第五十九页，共79页。在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。一般固体和液体的透射率τ值很小或等于零，气体的τ值较大。一般工程材料，τ＝0而α+ρ=1，称为(chēnɡwéi)灰体。从传热学角度看，可以人为制造黑体第六十页，共79页。一、热辐射理论(lǐlùn)基础由普朗克定律，绝对黑体(hēitǐ)的单色辐射出射度M0λ为c1为普朗克第一辐射常量；c2普朗克第二(dìèr)辐射常量；λ为波长；T为黑体的热力学温度。当波长λ确定后，只要测定相应波长的M0λ值，便可求出温度T。第六十一页，共79页。温度升高(shēnɡɡāo)，单色辐射出射度增加、峰值向短波长方向移动。第六十二页，共79页。所有波长全部(quánbù)辐射出射度M0的总和为σ0为斯忒藩-玻耳兹曼常数(chángshù)。上式为绝对黑体全辐射(fúshè)定律。第六十三页，共79页。二、单色辐射式光学高温计利用(lìyòng)亮度比较测温：温度高于700℃会发出可见光，其单色亮度B0λ与单色辐射出射度M0λ成正比代入维恩位移(wèiyí) 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 式，得当温度为Ts黑体的亮度B0λ与温度为T实际物体(wùtǐ)的亮度Bλ相等时，得第六十四页，共79页。Ts为被测物体亮度温度，亮度温度要比物体的实际温度低。须根据单色黑度(hēidù)系数ελ用上式修正或根据光学高温计修正曲线修正。第六十五页，共79页。单色辐射式：灯丝(dēnɡsī)隐灭式和光电高温计。1.灯丝(dēnɡsī)隐灭式光学高温计精度高，用作基准仪器。第六十六页，共79页。可调电阻(diànzǔ)7调整灯丝电流改变灯丝亮度。调整目镜4的位置以清晰地看到灯丝；调整物镜1使被测物体成像在灯丝平面上。第六十七页，共79页。若灯丝(dēnɡsī)亮度比被测物体的亮度低，则灯丝(dēnɡsī)在背景上呈现暗的弧线(图a);反之，显现出亮的弧线(图b);当亮度相等时，灯丝(dēnɡsī)隐灭在物像的背景里(c).第六十八页，共79页。2.光电高温计隐丝式易有误差，且测量(cèliáng)不连续，无法自动记录。采用光电器件作为敏感元件感受辐射的亮度(liàngdù)变化。第六十九页，共79页。被测物体辐射能量(néngliàng)→物镜聚焦→遮光板孔→滤光片→光电器件。反馈灯→遮光板孔→光电器件。遮光板前的调制片交替(jiāotì)打开和遮住上、下两孔，使被测物体和反馈灯的辐射能量交替(jiāotì)地投射到光电器件上。第七十页，共79页。当两辐射能量不相等时，光电器件就产生一个脉冲(màichōng)光电流I(与两个单色辐射能量之差成比例)，当反馈灯的亮度与被测物体的亮度相等时，I为零。主要特点：①采用光器件代替人眼的观察；②可使参考辐射源在选定的波长范围内的亮度自动跟踪(gēnzōng)被测物体的辐射亮度；③参考辐射源选用钨丝灯泡，能保持较高的稳定性，故具有较高的精度和连续测量的特性；④设计了手动值修正环节，可显示物体的真实温度；⑤采用新型光敏元件，测量范围宽(200～1600℃)。第七十一页，共79页。三、全辐射(fúshè)高温计根据绝对黑体全辐射(fúshè)定律，基准温度T1的黑体辐射(fúshè)出射度(M0)1与未知温度Ts的黑体辐射(fúshè)出射度M0关系温度为T的物体全辐射出射度M等于温度为Ts的绝对(juéduì)黑体全辐射出射度M0时，温度Ts为被测物体的辐射温度发射率ε=M/M0。第七十二页，共79页。所有波长全辐射能→物镜聚焦→光阑→热电堆(多只微型热电偶串连)。由目镜观察(guānchá)瞄准物体。第七十三页，共79页。适于环境条件恶劣的工业现场(xiànchǎng)中使用，如烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场(xiànchǎng)。红色(hóngsè)黄色(huángsè)四、比色高温计第七十四页，共79页。比色温度计第七十五页，共79页。维恩定律：波长λ1和λ2的亮度比值随温度(wēndù)而变化，测量亮度比确定黑体的温度(wēndù)，比色温度(wēndù)Ts测得两个(liǎnɡɡè)波长下的亮度比B0λ1和B0λ2，可求出Ts。物体(wùtǐ)实际温度和比色温度的关系为第七十六页，共79页。1.单通道光电比色高温计被测物体辐射能→物镜组1聚焦→通孔成像镜2→硅光电池5。同步电机4带动调制盘3转动，盘上两种不同颜色滤光片，交替(jiāotì)通过两种波长的光，使接收器5输出两个相应的电信号。第七十七页，共79页。2.双通道比色高温计分光镜7把辐射能分成不同波长两路：红外光透过分光镜7投射到硅光电池6上;可见光被分光镜7反射到硅光电池10上。利用两个硅光电池输出信号的差值，求得被测物体(wùtǐ)的比色温度。第七十八页，共79页。测温仪表选用(xuǎnyòng)的基本原则仪表精度(jīnɡdù)/范围全量程30％～70％，最高不得(bude)超过90%接触式测温细小/运动物体测温辐射高温计热电偶、热电阻光学高温计辐射高温计光电高温计比色高温计现场接触式测温现场环境条件玻璃温度计压力式温度计双金属温度计半导体温度计高精度/无振集中/指示清晰有振/指示清晰间断表面温度第七十九页，共79页。