现代检测与控制技术 教学课件 作者 张志君 于海晨 宋彤 编著现代测控技术 第3章课件.ppt

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1、现代测控技术电信学院先进控制技术研究所第三章温度检测接触式测温2非接触式测温33测温方法及温标31光纤温度传感器43.1测温方法及温标测温原理温度是国际单位制(SI)7个基本物理量之一温度反映物体的冷热程度，是物体分子运动平均动能大小的标志。温度的定量测量以热平衡现象为基础，两个受热程度不同的物体相接触后，经过一段时间的热交换，达到共同的平衡态后具有相同的温度。温度测量原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一物理性质随温度而变化的特性为已知，通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可确定被测对象的温度。3.1测温方法及温标温度测量方式分为接触式测温和非接触式测

2、温两大类。采用接触式测温时，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，二者需要良好的热接触，以获得较高的测量精度。但是它往往会破坏被测对象的热平衡，存在置入误差。由于测量环境特点，对温度敏感元件的结构和性能要求较高。采用非接触式测温方法，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对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小报出校测对象的温度。用这种方法测温响应快，对被测对象干扰小，可测量高温、运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。3.1测温方法及温标温度检测方法的分类3.1测温方法及温标温标为了客观地计量物体的温度，必须建立一个衡量

3、温度的标尺，简称温标。建立温标就是规定温度的起点及其基本单位。早期建立的华氏温标和摄氏温标都是根据物体体积的热胀冷缩现象制定的，通常称为经验温标。华氏温标规定，冰点为32℉，水沸点为212℉，两者中间分180等份。摄氏温标规定，冰点为0℃，水沸点为100℃，两者中间分100等份。3.1测温方法及温标华氏温标tF和摄氏温标tC的换算关系？3.1测温方法及温标国际实用温标根据卡诺循环原理建立的热力学温标是一种理想的、科学的温标，但在实际上难以实现。世界上实际通用的温标是国际实用温标，由其来统一各国之间的温度计量，这是一种协议温标。第一个国际实用温标自1927年开始采用，随着科学技术的发

4、展，对国际实用温标也在不断地进行改进和修订，使之更符合热力学温标，有更好的复现性和能够更方便地使用。目前推行的国际实用温标定义为1990年国际温标ITS—90。3.1测温方法及温标ITS—90国际温标中规定热力学温度用符号T90表示，单位为开尔文，符号为K。开尔文的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16。同时使用的国际摄氏温度的符号为t90，单位是摄氏度，符号为℃，每一个摄氏度和每一个开尔文的量值相同。t90=T90-273.15ITS—90国际温标由三部分组成：定义固定点、内插标准仪器、内插公式3.1测温方法及温标温标的传递国际实用温标系由各国计量部门按规定分别保持和传递，

5、由定义固定点及一整套基准仪表复现温度标准，再通过基准和标准测温仪表逐级传递，各类温度计在使用前均要按传递系统的要求进行检定。一般实用工作温度计的检定装置采用各种恒温槽和管式电炉，用比较法进行检定。比较法是将标准温度计和被校温度计同时放入检定装置内，以标准温度计测定的温度为已知，将被校温度计的测量值与其相比较，从而确定被校温度计的精度。3.2接触式测温热电偶测温热电偶是温度测量中应用最普遍的测温器件，它的特点是测温范围宽，性能稳定，有足够的测量精度，能够满足工业过程温度测量的需要；结构简单，动态响应好；输出为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。3.2接触式测温热电偶测温原理热电

6、偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应。闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以它们的温差电势也不一样。接触电势是指两种不同的导体相接触时，因各自的电子密度不同而产生电子扩散，当达到动平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。3.2接触式测温热电效应原理图如图所示，在这个闭合回路中，电子密度高的导体称正电极，电子密度低的导体称负电极，T端称测量端或热端，T0端

7、称参比端或冷端。测温时，两电极焊接在一起形成测量端，置于被测温度处。而参比端一般要保持恒定温度，并与测量仪表相接。由于接触电势远大于温差电势，在工程测量中，通常忽略温差电势。回路总热电势表示为EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)3.2接触式测温(1)热电偶产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成回路，两端接点处的温度不同。(2)热电势大小只与热电极材料及两端温度有关，与热偶丝的粗细和长短无关。(3)热电极材料确定以后，热电势的大小只与温度有关。3.2接触式