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1、·62·专题讲座2009年第29卷第4期温度测量技术发展与应用专题(一):编者按:随着科技的迅速发展,高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多,越来越复杂;另一方面,武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高。技术发展日新月异,行业需求不断提高,对从事温度测量操作和温度测量研究的人员素质要求也越来越高。为了让广大计量、科研人员对温度测量有个迅速、直观、全面的认识,从本期开始,本刊将陆续刊出“温度测量技术发展及应用”系列文章,以飨读者。温度测量技术现状和发展概述杨永
2、军(中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095)温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位有一定干扰。制中七个基本物理量之一,它与人类生活、工农业生211膨胀式测温方法产和科学研究有着密切关系。随着科学技术水平的不膨胀式测温是一种比较传统的温度测量方法,它断提高,温度测量技术也得到了不断的发展。主要利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何1温度测量方法分类形变与温度的关系进行温度测量。膨胀式温度计包括温度测量方法有很多,也有多种分类,由于测量玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度原
3、理的多样性,很难找到一种完全理想的分类方法。计等。图1给出一种从测量原理上进行分类的方法,基本包膨胀式温度计结构简单,价格低廉,可直接读数,含了目前温度测量的基本原理,几乎所有的温度测量使用方便,并且由于是非电量测量方式,适用于防爆技术都是在这些原理的基础上发展起来的。场合。但准确度比较低,不易实现自动化,而且容易损坏。212电量式测温方法电量式测温方法主要利用材料的电势、电阻或其它电性能与温度的单值关系进行温度测量,包括热电偶温度测量、热电阻和热敏电阻温度测量、集成芯片温度测量等。热电偶的原理是两种
4、不同材料的金属焊接在一起,当参考端和测量端有温差时,就会产生热电势,根据该热电势与温度的单值关系就可以测量温度。热电偶具有结构简单,响应快,适宜远距离测量和自动控制的特点,应用比较广泛。热电阻是根据材料的电阻和温度的关系来进行测量的,输出信号大,准确度比较高,稳定性好,但元件结构一般比较大,动态响应较差,不适宜测量体积图1温度测量方法分类狭小和温度瞬变区域。热敏电阻是一种电阻值随温度2接触式测温方法原理及特点呈指数变化的半导体热敏感元件,具有灵敏度高、价接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温和格便宜
5、的特点,但其电阻值和温度的关系线性度差,接触式光电、热色测温等几大类。接触测温法在测量且稳定性和互换性也不好。时需要与被测物体或介质充分接触,一般测量的是被石英温度传感器是以石英晶体的固有频率随温度测对象和传感器的平衡温度,在测量时会对被测温度而变化的特性来测量温度的。石英晶体温度传感器稳计测技术专题讲座·63·定性很好,可用于高精度和高分辨力的测量场合。实际物体往往是非黑体,因此,引入了辐射温度、亮随着电子技术的发展,可以将感温元件和相关电度温度和颜色温度等表观温度的概念,基于以上三种子线路集成在一
6、个小芯片上,构成一个小型化、一体表观温度测量方法的高温计分别称为全辐射高温计、化及多功能化的专用集成电路芯片,输出信号可以是亮度式高温计和比色式高温计。全辐射高温计结构相电压、频率,或者是总线数字信号,使用非常方便,对简单,但受被测对象发射率和中间介质影响比较大,适用于便携式设备。测温偏差较大,不适合用于测量低发射率目标。亮度213接触式光电、热色测温方法温度计结构也比较简单,灵敏度比较高,受被测对象接触式光电测温方法主要是指通过接触被测对象,发射率和中间介质影响相对较小,测量的亮度温度与将温度变化引
7、起的热辐射或其他光电信号引出,通过真实温度偏差较小,但也不适用于测量低发射率物体光电转换器件检测该信号,从而获得测温结果的方法。的温度,并且测量时要避开中间介质的吸收带。比色这种方法不像电量式测量方法容易受到电磁的干扰,测温法测量结果最接近真实温度,并且适用于低发射可以在电磁环境下进行温度测量;可以避免像非接触率物体的温度测量,但结构比较复杂,价格较贵。式辐射温度计那样容易受到被测对象表面发射率和中红外热像仪是一种二维平面成像的红外系统,它间介质的影响。缺点是也会干扰被测对象的温度,带通过光学系统将红
8、外辐射能量聚集在红外探测器上,来接触式测温方法引起的一些误差。并转换为视频信号,经过处理形成红外热图像。热像光纤式温度测量技术近年来发展迅速,根据光纤仪除具有与红外测温仪相同的特点外,还具有如下优所起的作用,可分为两类:一类是利用光纤本身具有点:①可以采用伪彩色直观显示物体表面的温度场;的某种敏感功能测量温度,属于功能型传感器;另一②温度分辨力高,能准确区分的温度差甚至达0101℃类,光纤仅仅起到传输光信号的作用,必须在光纤端以下。面配合其他敏感元件才能
