工業(yè)儀表第3章溫度測(cè)量

1、Chapter Three,Measure of Temperature,3.1 概述(Summary),3.1.1　溫度測(cè)量的意義監(jiān)測(cè)和控制化學(xué)反應(yīng)及高溫固相燒結(jié)反應(yīng)中的溫度，使過(guò)程在要求的溫度下進(jìn)行；合理利用熱量，提高熱量利用率3.1.2 溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)C、華氏溫標(biāo)F、熱力學(xué)溫標(biāo)T，關(guān)系為,,,按測(cè)量溫度范圍分：　　高溫計(jì)>600℃；溫度計(jì)＜ 600℃,按用途分：　　標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、范型溫度計(jì)、實(shí)用溫度計(jì),按工作原理分

2、：　膨脹式、壓力式、熱電阻式、熱電偶式、輻射式,按測(cè)量方式分：　　接觸式、非接觸式,3.1.3　溫度儀表的分類,3.2　熱電偶溫度測(cè)量,熱電偶溫度計(jì)（熱電溫度計(jì)）,測(cè)溫范圍：－100～1600℃,熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)：感溫元件毫伏測(cè)量?jī)x表導(dǎo)線,3.2.1　熱電偶測(cè)溫原理,3.2.1.1熱電偶測(cè)溫基本原理1、構(gòu)成熱電偶：二性質(zhì)不同的金屬絲A、B焊接成的閉合回路熱電極：金屬絲A、B熱端（高溫端），置于溫度為t 的介質(zhì)中的接頭

3、參比端（冷端)：處于環(huán)境溫度的一端。(使用時(shí)并不焊接，而與測(cè)量?jī)x表相接）,熱電現(xiàn)象：將熱電偶的工作端插入溫度為t的介質(zhì)環(huán)境中，當(dāng)t≠t0時(shí)，儀表指針則偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明回路中有電流產(chǎn)生。由此產(chǎn)生的電流稱為熱電流；產(chǎn)生熱電流的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)（包括接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)）。,2、熱電現(xiàn)象,(1) 接觸電勢(shì),不同金屬材料的電子密度不同，且自由電子密度隨溫度的變化規(guī)律不同。不同性質(zhì)的金屬接觸時(shí)自由電子的擴(kuò)散和遷移產(chǎn)生電位差（接觸電勢(shì)）,玻爾茲曼常數(shù)

4、1.38×10－23J/K,溫度為t時(shí)A的自由電子密度,單位電荷4.802×10－12靜電單位,溫度為t時(shí)B的自由電子密度,接觸電勢(shì)的計(jì)算：,金屬二端溫度分別為t和t0時(shí)，,(2) 溫差電勢(shì),失電子帶正電,得電子帶負(fù)電,,,溫差電勢(shì)：,,(3) 熱電偶回路的熱電勢(shì),不同材料接觸電勢(shì)：　eAB(t) 和eAB(t0),A和B二端的溫差電勢(shì)：eA(t，t0)和 eB(t，t0),回路的總電勢(shì)：,,,,B 中間導(dǎo)體定

5、律：在熱電偶回路中插入另外的導(dǎo)體時(shí)，只要插入導(dǎo)體是均質(zhì)的，且二端的溫度相等，則無(wú)論其溫度分布如何，都不影響原熱電偶的熱電勢(shì)。,3.2.2 熱電偶的基本定律,A　均質(zhì)導(dǎo)體定律：二種均質(zhì)金屬組成的熱電偶的電勢(shì)與熱電極直徑、長(zhǎng)度及沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，僅與熱電極材料及二端溫度有關(guān)；熱電勢(shì)值是二端溫度差的函數(shù)，若二端溫度相等，則熱電勢(shì)為零。不均質(zhì)材料各處溫度不同時(shí)，將產(chǎn)生附加熱電勢(shì)造成測(cè)溫誤差。,,,,A,B,C,tn,t0,t0,3.

6、2.3 標(biāo)準(zhǔn)電極規(guī)則,中間導(dǎo)體C為標(biāo)準(zhǔn)電極，因其二端溫度相同，故熱電勢(shì)仍為EAB(T，T0)。同時(shí)可將其看成是由A、C和C、B組成的二對(duì)熱電偶。EAB(T，T0)= EAC(T，T0)+ ECB(T，T0) = EAC(T，T0)― ECB(T，T0),常為鉑電極,C　中間溫度定律：接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度tn對(duì)此沒(méi)有

7、任何影響。,3.2.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu),,3.2.4.1 熱電極材料和熱電偶種類(1）熱電極材料的選擇熱電偶的性能要求：可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度材質(zhì)要求(除測(cè)溫物質(zhì)的基本要求外)： 高溫下穩(wěn)定的物理化學(xué)性能；不氧化、不變質(zhì)；電極間互不滲透；電阻系數(shù)??；熱電阻與溫度之間呈線性或近似線性關(guān)系；機(jī)械性能好,(2) 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶A 鉑銠-鉑熱電偶優(yōu)點(diǎn)：純度高；便于復(fù)制，精確度高；物理化學(xué)穩(wěn)定性好，宜在氧化和中性氣氛中使用；熔

8、點(diǎn)高，故測(cè)溫上限高，長(zhǎng)期使用：>1300 ℃；短期： >1600 ℃缺點(diǎn)：熱電勢(shì)較小，價(jià)格昂貴；在還原氣氛下易污染；熱電性質(zhì)非線性較大；高溫下升華，導(dǎo)致熱電性不穩(wěn)定,B 鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：抗氧化性好；抗腐蝕性好；化學(xué)穩(wěn)定性好；復(fù)制性好；熱電勢(shì)較大；熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系好；熱電極材料便宜。長(zhǎng)期使用：＞1000 ℃；短期： ＞1300 ℃ 缺點(diǎn)：在>500 ℃和還原氣氛下易被腐蝕；測(cè)量精度較

9、鉑銠-鉑低,C 鎳鉻-考銅熱電偶優(yōu)點(diǎn)：熱電勢(shì)大；價(jià)格便宜缺點(diǎn)：易氧化；不能測(cè)高溫,E 銅-康銅熱電偶優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；熱電極易復(fù)制；價(jià)格低；低溫測(cè)量精確度高。缺點(diǎn)：測(cè)量溫度低,D 鉑銠30-鉑銠6熱電偶優(yōu)點(diǎn)：抗污能力強(qiáng)；高溫穩(wěn)定性好；精度高。長(zhǎng)期使用：1400~1600 ℃；短期： 1800 ℃缺點(diǎn)：靈敏度較低,正極含銠30%,負(fù)極含銠6%,3）非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,A 鎢-鉬熱電偶易氧化，宜在還原氣氛下使用，測(cè)量溫度高。測(cè)溫

10、范圍： 1300~2200 ℃B 鎢-錸系熱電偶 測(cè)溫上限高，高溫靈敏度高，電勢(shì)-溫度關(guān)系近線性。測(cè)溫范圍： 2400~2800 ℃ 。缺點(diǎn)：易氧化,C 銥銠系熱電偶熱電勢(shì)大，熱電關(guān)系近線性，是宇航技術(shù)中極其重要的測(cè)溫?zé)犭娕糄 鐵-康銅熱電偶靈敏度高，熱電關(guān)系近線性，價(jià)格低。但易銹蝕E 其它非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,3.2.4.2 熱電偶的結(jié)構(gòu),1）普通型主要組成部分：熱電偶、保護(hù)套管、絕緣子熱電偶偶絲直徑：貴金屬0.35

11、~0.65mm；賤金屬1 ~2mm絕緣子作用：避免二極之間短路常用的絕緣材料及使用溫度保護(hù)套管作用：避免熱電偶受有害氣體腐蝕或沾污及機(jī)械損傷要求：不透氣、化學(xué)惰性、耐腐蝕、熱慣性小,高溫下不分解，不與氧化、還原性氣體反應(yīng),,,,,常用絕緣材料及其使用溫度橡皮、絕緣漆　　　　 60～80 ℃ 絲、絕緣漆　　　　 100 ～ 130 ℃ 琺瑯、絕緣漆　　　　 100 ～ 150 ℃ 玻璃管　　　　 500

12、 ℃以下 石英管　　　　 1000 ℃ 以下瓷管 1000 ～ 1500 ℃ 高溫陶瓷管　　　　 1500 ℃ 以上,常用保護(hù)套管及其使用溫度無(wú)縫鋼管　　　　 600℃以下 不銹鋼管　　　　 1000 ℃ 以下高鉻鋼管、石英管　　　　 1200 ℃以下 普通瓷管　　　　 1400 ℃以下 氧化鋁瓷管　　　　

13、 1500 ℃ 以下高溫陶瓷管 1500 ℃ 以上,,3.2.4.3 鎧裝熱電偶,將保護(hù)套管、絕緣材料與熱電偶組合在一起拉制而成,又稱套管熱電偶。套管外徑：1-8mm；偶絲直徑：0.025-1.3mm；管壁厚度：0.12-0.6mm；長(zhǎng)度可達(dá) 100m以上優(yōu)點(diǎn)：體積??；反應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)小，＜20s；柔性好，可彎成各種形狀；機(jī)械性能好，耐震動(dòng)，耐沖擊性好。,一般地，在常壓下可采用普通式結(jié)構(gòu)；測(cè)量動(dòng)態(tài)溫度

14、時(shí)采用時(shí)間常數(shù)小的熱電偶；在被測(cè)介質(zhì)具有一定壓力的情況下，可采用固定螺紋和普通接線盒結(jié)構(gòu)；當(dāng)環(huán)境惡劣須防水、防氣、防爆時(shí)，應(yīng)采用防濺式接線盒；對(duì)于高壓流動(dòng)介質(zhì)，需采用具有固定螺紋和錐形保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)；對(duì)于狹小管道內(nèi)溫度的測(cè)量，則采用鎧裝熱電偶，它也適用于高壓和動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。,3.2.4.4 熱電偶型式的選擇,3.2.4.5 熱電偶參比端溫度的處理,1、恒溫法－將參比端置入恒溫器中，使溫度恒定在某一數(shù)值。2、冷端溫度修正法 測(cè)

15、量數(shù)值是一個(gè)相對(duì)量，因此，冷端溫度可以不在零度，而是其他溫度。這個(gè)時(shí)候需要查出冷鍛溫度下的熱電勢(shì)，修改測(cè)量的數(shù)值。3、校正儀表零點(diǎn)法 在工作環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的情況下，采用環(huán)境下熱電勢(shì)為零的方法，使儀表指針從環(huán)境溫度開始偏轉(zhuǎn)。4、補(bǔ)償導(dǎo)線法 用于熱點(diǎn)極性能相近的材料代替貴重?zé)犭娕疾牧?，延長(zhǎng)熱電偶至遠(yuǎn)離被測(cè)量對(duì)象的冷端。該材料為補(bǔ)償導(dǎo)線，該方法為補(bǔ)償導(dǎo)線法,輔助熱電偶參比端恒溫法輔助熱電偶測(cè)量端恒溫法,,與普通型相

16、比，結(jié)構(gòu)不同。測(cè)量時(shí):將測(cè)量端直接焊在被測(cè)金屬表面或緊壓在被測(cè)固體表面。,3.2.4.6 測(cè)量表面溫度的熱電偶,便?式表面溫度計(jì),3.2.4.7熱電偶的誤差來(lái)源,1）分度誤差2）補(bǔ)償導(dǎo)線所致誤差3）參比端溫度變化所致誤差4）熱電極變質(zhì)使熱電性質(zhì)變化所致誤差,測(cè)量范圍： ― 270~500 ℃，特殊情況―270~1000 ℃熱電阻傳感器的特點(diǎn)：1）精確度高（鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度計(jì)）；2）靈敏度高；3）中低溫（500℃

17、以下）測(cè)量時(shí)熱電勢(shì)信號(hào)大，易于信號(hào)顯示和遠(yuǎn)距離傳送；4）金屬熱電阻的電阻-溫度線性關(guān)系好，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性都好；但體積大，熱慣性大，不利于動(dòng)態(tài)測(cè)量；半導(dǎo)體與之相反；5）無(wú)冷端補(bǔ)償問(wèn)題,3.3 熱電阻溫度計(jì),3.3.1 熱電阻的測(cè)溫原理,導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨溫度的變化關(guān)系對(duì)于導(dǎo)體對(duì)于半導(dǎo)體,,,,電阻溫度系數(shù),,參比溫度,,,,,,,（1）熱電阻的材料對(duì)熱電阻材料的要求：電阻溫度系數(shù)大，且不隨溫度變化；電阻率大；重

18、現(xiàn)性和穩(wěn)定性好；價(jià)格便宜。,3.3.2 熱電阻傳感器的材料和結(jié)構(gòu)形式,靈敏度高,制作的熱電阻體積小，熱慣性小，對(duì)溫度的響應(yīng)時(shí)間快。,（2）結(jié)構(gòu)形式,1）鉑熱電阻特點(diǎn)：精度高， 穩(wěn)定性好，性能可靠。還原介質(zhì)中易被沾污而變脆。測(cè)溫范圍：-12～５５０,2）銅熱電阻在-50~150 ℃范圍內(nèi)電阻-溫度關(guān)系近似線性；價(jià)格便宜，但易氧化。,3.3.3 熱電阻的結(jié)構(gòu)型式它主要由四部分組成：電阻絲、支架、引出線 和保護(hù)套管。,３.３

19、.４半導(dǎo)體熱電阻,1-電阻體；2-引線；3-導(dǎo)體；4-玻璃管；5-保護(hù)管；6-密封填料；7-錫箔,特點(diǎn)：抗腐蝕性好，靈敏度高，熱慣性小，體積小，壽命長(zhǎng)，遠(yuǎn)距離傳送；但是，互換性差，測(cè)溫范圍小。,對(duì)骨架材料的要求： 1）電絕緣性能好； 2）足夠的機(jī)械強(qiáng)度； 3）體積膨脹系數(shù)小，以免給熱阻絲造成應(yīng)力； 4）對(duì)電阻絲無(wú)化學(xué)作用。引線的要求： 1）電阻小，且電阻-溫度系數(shù)很??； 2）與熱電阻絲連接處的熱電勢(shì)

20、小。保護(hù)套管的要求：免遭有害氣體的腐蝕和沾污，以及機(jī)械損傷。,結(jié)構(gòu)組成：骨架、引出線、保護(hù)套管,3.4 非接觸式測(cè)溫儀表,特點(diǎn)：（1）測(cè)溫傳感器不破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；（2）不受被測(cè)介質(zhì)的腐蝕和毒化；（3）傳感器不必與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡；（4）動(dòng)態(tài)特性好，可測(cè)量處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象溫度,非接觸式測(cè)溫的主要原理：利用物體的熱輻射,光學(xué)高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)比色高溫計(jì)紅外溫度計(jì),輻射高溫計(jì)的種類：,在熱輻射分析中，光譜吸收比與波長(zhǎng)

21、無(wú)關(guān)的物體,（1）物體的熱輻射與溫度的關(guān)系絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系：,3.4.1　輻射測(cè)溫的物理基礎(chǔ),單位時(shí)間單位面積上對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)λ的輻射能,,維恩公式,普郎克第一輻射常數(shù),普郎克第二輻射常數(shù),（2）灰體和實(shí)際物體的黑度在同溫度下，灰體的輻射能力低于絕對(duì)黑體，其單色輻射強(qiáng)度Eλ和全輻射能E均比絕對(duì)黑體小。關(guān)系：,,對(duì)單色輻射強(qiáng)度在λ＝0～∞區(qū)間積分得全輻射能E0：,灰體的單色輻射黑度,斯蒂芬－波爾茲曼公式,灰體的黑度

22、等于它的吸收比，它們不隨波長(zhǎng)而變化！　　實(shí)際物體的黑度隨波長(zhǎng)而變化，但一般工程物體的黑度隨波長(zhǎng)的變化不太明顯，可近似看作是灰體。,灰體的全輻射強(qiáng)度,顯然，溫度越高，輻射能越大。,3.4.2　光學(xué)高溫計(jì),工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)有：隱絲式:利用調(diào)節(jié)電阻來(lái)改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏鳎?dāng)燈絲的亮度與被測(cè)物體的亮度—致時(shí)，燈泡的亮度就代表了被測(cè)物體的亮度溫度。 恒定亮度式：利用減光楔來(lái)改變被測(cè)物體的亮度，使它與恒定亮度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相等

23、時(shí)，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度 。該儀器測(cè)量的溫度是亮度溫度，它不等于物體的真是溫度。,（1）光學(xué)高溫計(jì)的原理　單色輻射強(qiáng)度的測(cè)量非常困難，常采用亮度測(cè)量方法。 依據(jù)：物體的發(fā)光亮度與物體的輻射強(qiáng)度成正比。,直接測(cè)量亮度也不易，故用比較亮度的方法，即：用一已知亮度的高溫?zé)艚z的亮度與被測(cè)物體的亮度相比較。當(dāng)其亮度相等時(shí)，按高溫?zé)艚z的已知溫度來(lái)反映被測(cè)物體的溫度。,單色亮度與單色輻射強(qiáng)度的關(guān)系：,（2）亮度溫度

24、,,,,對(duì)于灰體,灰體亮度等于同溫度下黑體亮度與灰體黑度之積,亮度溫度的定義：在波長(zhǎng)為λ的單色輻射中，當(dāng)物體在溫度T時(shí)的亮度Bλ與黑體在溫度Ts時(shí)的亮度B0λ相同時(shí)，則黑體的溫度Ts即為物體的亮度溫度。,T與TS的關(guān)系：,,1）光學(xué)系統(tǒng)物鏡：調(diào)節(jié)物鏡使被測(cè)物體在燈絲平面上清晰成像目鏡：調(diào)節(jié)目鏡使燈絲清晰可見(jiàn)紅色濾光片：置于目鏡和物鏡之間，以滿足單色輻射條件灰色吸光玻璃：位于物鏡與燈泡之間，使被測(cè)物體亮度減弱后再與燈絲亮度比較，擴(kuò)

25、大量程2）電測(cè)系統(tǒng)組成：鎢絲燈、直流電路、電流調(diào)節(jié)變阻器、顯示儀表作用：通過(guò)調(diào)整燈絲電流調(diào)整高溫計(jì)燈絲的亮度，再用磁電式儀表來(lái)測(cè)量，并顯示與被測(cè)亮度相應(yīng)的溫度值。鎢絲燈作為亮度比較的標(biāo)準(zhǔn)，其燈絲亮度、加熱電流與溫度的關(guān)系已知，故可用電流表示亮度，進(jìn)而表示溫度。燈泡電源：2～4V直流電源,（3）光學(xué)高溫計(jì)的構(gòu)造,物鏡,燈泡,吸收玻璃,目鏡,紅色濾光片,顯示儀表,滑線電阻,將望遠(yuǎn)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，調(diào)節(jié)物鏡使測(cè)物體清晰成像在燈絲平面

26、上；調(diào)節(jié)目鏡使在觀察孔能清楚看到被測(cè)物體和燈絲像。調(diào)節(jié)好后，用定位螺絲將目鏡鎖緊。此時(shí)，在被測(cè)物體的像所形成的發(fā)光背景上可看到燈絲。若燈絲亮度低于被測(cè)物體的亮度，則物像背景上有一條暗的燈絲弧線；若高于被測(cè)物體亮度，則呈亮的弧線；若二者亮度相等，燈絲隱沒(méi)在物像背景中。,（4）光學(xué)高溫計(jì)的使用,,將電流值換算成黑體溫度對(duì)顯示儀表進(jìn)行分度，即可得到按黑體溫度分度的標(biāo)尺。因儀表在燈絲隱沒(méi)于被測(cè)物體的像中時(shí)讀數(shù)，故稱隱絲式光學(xué)高溫計(jì)。,燈

27、絲亮度低于被測(cè)物體的亮度,燈絲亮度等于被測(cè)物體的亮度,燈絲亮度高于被測(cè)物體的亮度,（1）紅色濾光片：保證亮度比較在波長(zhǎng)為0.66μm的波段內(nèi)進(jìn)行。原因：1）所選波段既要有較大輻射強(qiáng)度，又要在人眼視覺(jué)范圍內(nèi)。紅光可同時(shí)滿足此二條件。2）紅光區(qū)顏色隨波長(zhǎng)的變化小于其它顏色的可見(jiàn)光，因而減小附加誤差。3）獲得較窄的工作波段，更接近單色輻射。,（5）紅色濾光片和灰色吸收玻璃的作用,（2）灰色吸收玻璃作用：擴(kuò)大測(cè)溫范圍測(cè)量溫度>

28、1400℃時(shí)，不是用提高燈絲亮度的方法而是用灰色玻璃按已知比例將被測(cè)物體輻射至高溫計(jì)的亮度減弱，然后再與燈絲亮度相比較。因此，光學(xué)高溫計(jì)有二個(gè)量程：第一量程：800～1400℃（不加灰玻璃）；第二量程：1200～2000℃（加灰玻璃）,（6）光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量電路,1）電流測(cè)量：通過(guò)測(cè)量流過(guò)燈絲的電流來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。實(shí)驗(yàn)室用手動(dòng)電位差計(jì)；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量多用自動(dòng)電位差計(jì)2）電壓測(cè)量：通過(guò)測(cè)量燈絲二端的電壓來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。

29、（電壓表串接限流電阻后與燈絲并接）特點(diǎn)：測(cè)量線路簡(jiǎn)單，但導(dǎo)線電阻變化時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，故一般用作工業(yè)測(cè)量。,3）電阻測(cè)量：通過(guò)測(cè)量燈絲電阻來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。　方法：　平衡電橋法；　不平衡電橋法,（7）影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫精度的因素,1）非黑體輻射：被測(cè)物體ελ已知時(shí)，按式（3-25）計(jì)算出真實(shí)溫度被測(cè)物體ελ未知時(shí)，用一根一端封閉的高溫管的封閉端插入被測(cè)介質(zhì)中，管底的輻射近似于黑體輻射2）中間吸收介質(zhì)：煙霧、灰塵、二氧化碳

30、、水蒸汽等，無(wú)規(guī)律性,實(shí)際溫度,3）火焰和其它發(fā)光體：應(yīng)盡量避免4）測(cè)量距離：一般在1～2m內(nèi)測(cè)量，最好不超過(guò)3m。光學(xué)溫度計(jì)的允許誤差：800～1400℃時(shí)，±14 ℃ ；1200～2000℃， ± 20℃,3.4.3 光電高溫計(jì)：與光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)區(qū)別、操作特點(diǎn)區(qū)別（自學(xué)）,全輻射高溫計(jì)：依據(jù)物體發(fā)射出的全輻射能測(cè)量物體溫度的儀表,3.4.4　全輻射高溫計(jì),（1）全輻射傳感器的原理黑體的絕對(duì)溫度：,,當(dāng)

31、溫度為T的被測(cè)物體的全輻射能ET等于溫度為TP的黑體的全輻射能E0Tp時(shí)，TP稱為被測(cè)物體的全輻射溫度（簡(jiǎn)稱輻射溫度）。,（2）全輻射傳感器的結(jié)構(gòu),組成：光學(xué)系統(tǒng)、輻射變換器,有吸收作用，不能接收和聚集全部反射能,波段較寬,響應(yīng)波段較寬，穩(wěn)定性好，但響應(yīng)慢，熱慣性大,響應(yīng)波段較窄，非全輻射變換，但響應(yīng)很快,熱電堆的性能要求：熱慣性小，靈敏度高，參比端溫度恒定,3）熱電勢(shì)的參比端溫度補(bǔ)償方法A　補(bǔ)償電阻法：導(dǎo)線電阻隨著環(huán)境【冷端

32、】溫度而變化。B　補(bǔ)償光欄法：光闌孔大小隨著環(huán)境溫度改變而增大，或者縮小。,4）全輻射計(jì)的顯示儀表及測(cè)量系統(tǒng),3.4.5　比色高溫計(jì),測(cè)量原理：　　利用同一被測(cè)物體的二個(gè)輻射波長(zhǎng)下單色輻射強(qiáng)度之比隨溫度的變化特性來(lái)測(cè)溫?！　?jù)維恩公式，黑體溫度為T時(shí)，波長(zhǎng)λ1和λ2的單色輻射強(qiáng)度分別為：,二者之比為：,,,,對(duì)于灰體，有單色輻射黑度,,∴,在以黑體溫度分度的比色高溫計(jì)上將顯示溫度TBS，所以有,即　T＝TBS,測(cè)量過(guò)程：　光電

33、檢測(cè)器交替接受來(lái)自調(diào)節(jié)盤的波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色輻射，向比值運(yùn)算器輸入電信號(hào)，經(jīng)比較運(yùn)算后輸至顯示儀表。目鏡通過(guò)反射鏡接受平行于平面玻璃反射的部分輻射，以便瞄準(zhǔn)目標(biāo)并調(diào)節(jié)成相大小。,實(shí)際物體近似灰體，選擇適當(dāng)波長(zhǎng)使,則　T≈TBS　這說(shuō)明：,用比色高溫計(jì)測(cè)量近似灰體的溫度時(shí)，無(wú)需考慮黑度的修正，測(cè)量結(jié)果誤差不大,比色高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：　?。?）不受實(shí)際物體黑度的影響，即無(wú)需修正黑度?！　。?）不受輻射通道上介質(zhì)選擇性吸收單色輻射能的影響

34、,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜,定義：測(cè)量物體紅外輻射來(lái)確定物體溫度的溫度計(jì)種類：全紅外輻射型、單色紅外輻射型、比色型特點(diǎn)：可測(cè)低溫,3.4. 6　紅外線溫度傳感器（紅外測(cè)溫儀）,測(cè)溫原理：　任何物體在低溫時(shí)向外輻射的能量大部分為紅外輻射。　單色紅外輻射感溫器實(shí)際上是接受某一窄波段λ1～λ2的紅外輻射線。此波段的Eλ～T關(guān)系用普郎克或維恩公式積分求得,紅外線波長(zhǎng)范圍：0.8～100μm,紅外測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)組成：　1）紅外輻射通道（光學(xué)系統(tǒng)）：

35、通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)或某些透紅外窗口材料獲得一定波段的紅外輻射　A　棱鏡分光,不同材料的波長(zhǎng)上限：MgO、MgF2 9μm；CaF2 11μm；ZnS 14μm；ZnSe 22μm；CaTe 31μm,B　采用不同的紅外窗口材料,2）紅外變換元件：接受紅外輻射后將其轉(zhuǎn)換為其它信號(hào)（電信號(hào)或熱信號(hào)）　A　光電變換器　變換元件所用材料不同，其紅外線響應(yīng)波長(zhǎng)也不同：　　Tl2 1.2 μm；PbTe 6 μm；PbSe

36、7 μm,B　熱探測(cè)器：熱電堆、熱電阻等，響應(yīng)波譜范圍寬,熱電堆通常由鉍－銀、鉍－銻、銅、康銅、鉍－鉍錫合金等組成。組成熱電堆的熱電偶數(shù)量從十幾支至幾十支。　　為了使熱電偶反應(yīng)加快，可減小熱電堆體積。利用真空鍍膜和光刻技術(shù)，將鉍－銻材料制成薄膜型熱電堆，每cm2可排列20支以上熱電偶。,3.4.7 光纖輻射式溫度測(cè)試儀,以物體輻射理論為基礎(chǔ)的非接觸式溫度測(cè)試儀。工作原理：選定一波長(zhǎng)λ,則被測(cè)物體的輻射度是溫度的單值函數(shù)。只要測(cè)出λ下

37、的輻出度,就可以確定該物體的亮度溫度,并有下列關(guān)系式: （3-30）,,式中,c2—常數(shù),λ —波長(zhǎng),ε —光譜發(fā)射率,Ts —測(cè)量溫度,T —實(shí)際溫度,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,（1）光纖探頭：完成輻射光線的采集,采用多模石英光纖束。透鏡耦合：提高對(duì)溫度信號(hào)的靈敏試,,（2）前置器,1）窄帶干涉濾光片位置：光電探測(cè)器前端作用：濾除其他波

38、長(zhǎng)的輻射和背景干擾輻射。干涉濾光片的中心波長(zhǎng)為所選用的測(cè)量波長(zhǎng)。半波帶寬度的選取原則：在保證測(cè)量靈敏度的前提下，選取盡量小半波帶寬度,以保證測(cè)量準(zhǔn)確度。中溫通道干涉濾光片的參數(shù)：λ=1.5μm，Δλ=25 nm，最大透過(guò)率為70%。高溫通道干涉濾光片的參數(shù)：λ=0.9μm，Δλ=20 nm，最大透過(guò)率為70%。,2) 光電探測(cè)器及其轉(zhuǎn)換電路,構(gòu)成：光電探測(cè)器與前置放大器作用：提高抗干擾性能和抗環(huán)境溫度變化能力。,3）有源低通

39、濾波器作用：濾除信號(hào)中的高頻噪聲。,（3）二次儀表,1）低通濾波及零點(diǎn)調(diào)整作用：零點(diǎn)調(diào)整、阻抗變換2）線性化處理作用：在一定范圍內(nèi)獲得V—T線性關(guān)系,,參比電壓,輸入電壓,電路傳輸系數(shù),3.5 水晶測(cè)溫儀,利用水晶音叉壓電諧振頻率與溫度嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系外加數(shù)字電路構(gòu)成的溫度測(cè)控儀。 傳感器采用水晶音叉溫度傳感器 水晶具有壓電性,當(dāng)施加電場(chǎng)后,就會(huì)發(fā)生機(jī)械形變，不同的水晶音叉具備特有的諧振頻率(它取決于水晶的彈性、柔順常數(shù)、密度和

40、音叉結(jié)構(gòu)等)，當(dāng)外加電信號(hào)滿足振蕩條件時(shí)(增益大于，相位同相)，則回路發(fā)生壓電諧振，此諧振頻率fT與溫度T是一一對(duì)應(yīng)的，即：,fT―fT0= fT0[1+A ( T―T0) +B(T―T0)2+C(T―T0) 3]式中，f—溫度T時(shí)的振蕩頻率； fT0—溫度T0時(shí)的振蕩頻率； T—任意溫度； T0—參考溫度。解此方程可得： T=-A+{A2―4B〔(