第十章温度测量.ppt

1 第十章 温度测量 10.1 概述 一、温度的基本概念和测量方法 宏观概念---是物体冷热程度的表示. 热平衡的两物体，其温度相等。 微观概念---是大量分子运动平均强度的表示。 分子运动愈激烈其温度表现越高。 一、温度的基本概念和测量方法 温度量的特殊性: 1. 二温度不能相加或相减； 2. 无标准量直接进行比较测量； 3. 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。 二、 温标 用来量度物体温度数值的标尺叫温标。 它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 目前国际上用的较多的温标有经验温标(华氏温标、摄氏温标等)、热力学温标。 二、 温标 1.经验温标 以物体热胀冷缩现象为基础。 认为选定的测温物质体积的变化与温度成线性关系。 把在两温度点之间体积的总变化分为若干等分，每个等分定义为1度。 按这个原则建立的有摄氏温标、华氏温标 。  2.热力学温标 三、测温方法与测温仪器的分类 温度测量分为接触式和非接触式两大类。 1. 接触式测温 测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点: 感温元件影响被测温度场的分布； 接触不良等带来测量误差； 高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。 2、非接触式测温 感温元件不与被测对象相接触，而通过热辐射进行热交换； 具有较高的测温上限； 热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。 3、测温仪器 接触式测温仪器 膨胀式温度计（包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计）：利用物体热胀冷缩原理 电阻式温度计（包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计）：利用电阻随温度变化的特性 热电式温度计（包括热电偶和P-N结温度计以及其它原理的温度计）：利用热电效应 非接触式温度计 可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以热辐射为基础，故也统称为辐射温度计。 10.2 膨胀式温度计 1. 液体膨胀式温度计 由液体储存器、毛细管和标尺组成。 测温上限取决于所用液体汽化点的温度，下限受液体凝点温度的限制。 为防止毛细管中液柱出现断续现象，并提高测温液体的沸点，常在毛细管中液体上部充以一定压力的气体。 10.3 热电偶温度计 热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原理是基于热电效应。 （一）热电效应及基本定律 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成闭合回路，当两个接触点（称为结点）温度t和t0不同时，回路中即产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。 热电势的组成 两根异质材料的接触电势 导线两端的温差电势 （1）两种导体的接触电动势 两种导体A、B接触时，由于导体内的自由电子密度不同，如果NANB，电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散，导体A失去电子而具有正电位，导体B由于接收了电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时A、B之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。 (二) 热电偶基本定律 （1）均质导体定律 由均质材料构成的热电偶，热电动势的大小只与材料及结点温度有关。与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极温度分布无关。如材料不均匀，由于温度梯度的存在，将会有附加电动势产生。 （2）中间导体定律 将A、B构成的热电偶的T0端断开，接入第三种导体C，只要保持第三导体两端温度相同，接入导体C后对回路总电动势无影响。 （3）连接导体定律 在热电偶回路中，如果热电极A、B分别与连接导线A’、B’相连接，结点温度分别为T、Tn、T0 ，那么回路的热电势将等于热电偶的热电势EAB(T,Tn ) 与连接导线A’、B’在温度Tn、T0 时热电势 EA’B’(T,Tn ) 的代数和，即 ： （3）连接导体定律 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式所示： （4）中间温度定律 在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T、Ta和Ta、T0时热电动势的代数和，即 （5）标准电极定律 两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，如果A、C和B、C热电偶的热电动势已知、那么这两种导体