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机械工程测试技术—— 温度测量（2） 内容 1、温度测量基础 2、热电偶测温技术 3、电阻法测温技术 4、温度仪表的标定 5、其它 重点：掌握热电偶与热电阻两种测温方法的原理、特点及应用场合 温度测量背景 国际单位制七个基本的物理量 测量领域——动力、机械、化工、冶金、制冷、航天、电子、… 温度的概念 物体热平衡状态下冷热程度的物理量 微观上——温度是物体内部分子热运动激烈程度的标志，是度量分子热运动平均动能大小的指标 宏观上——温度是决定系统热平衡的宏观性质。当两个系统处于平衡状态时，它们拥有的共同性质 温度的概念 单位 摄氏温标（℃） 华氏温标（oF） 国际温标（K） 常用摄氏温度 基本原理 测温原理 温度本身是一个抽象的物理量，不能直接与标准量比较而测出 通过测量某些随温度而变化的物体的性质，间接地测量物体温度 传感器：测量某些材料随温度单值变化的物理参数，间接评估 物理参数选择 温度的单值函数——物理参数变化只与温度有关，与其它因素无关或关系不大 函数关系必须简单、稳定——参数与温度之间的函数关系简单，且变化是连续的 温度的跟踪性要好——能够迅速与被测介质达到热平衡 测温方法 利用物体的热胀冷缩现象测量温度 利用物体的热电效应随温度变化的现象测量温度 利用物体的导电率随温度变化的现象测量温度 利用物体的热辐射强度随温度变化的现象测量温度 利用物体的磁化率随温度变化现象制造的磁温度计 利用物体的正向电压随温度变化现象制造的温度计 常用温度计 常用温度计 测温方式 接触测温法 除高温区以外的温度测量大多采用此法 主要有：热电阻、热电偶、膨胀式、二极管等 非接触测温法 在高温范围（由于感温物质的材料特性的限制），利用物体的辐射特性来测量物体的温度 主要有：光学高温计、辐射高温计、光电高温计等 分度表 用一张表格将感温元件（热电偶）的电阻值（热电势）与温度的对应关系表示出来称为分度表 热电偶分度表是以冷端温度为0℃为基础而制成的 2、热电偶测温 均匀导体定律 在用同一种均质材料组成的回路中，不论材料的截面积是否一致以及各处的温度分布如何，该回路中的总热电势等于零 若要回路中产生热电势，必须采用两种不同性质的材料 由同一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中产生热电势便说明该材料是不均匀的 2、热电偶测温 热电效应：将温度信号转换成热电势 当不同材料的两导体Ａ和Ｂ的两个结点处温度不同时，则回路中产生热电势 热电偶：两导体Ａ和Ｂ组成 接触电势：接触点电子密度不相同而形成的电位差 温差电势：金属导体两端温度不同而可产生的热电势——等温时为零 2、热电偶测温 中间导体定律 在热电偶回路中加入第三种导体C，只要其两端温度相同，热电偶产生的热电势保持不变——不受第三金属接入的影响 2、热电偶测温 热电偶连接 接入仪表 开路热电偶 只要A、B电极接入处温度一致 ——任意焊接、任意连接 2、热电偶测温 中间温度定律 热电偶在接点温度为t、tn的热电势为eAB(t,tn),在接点温度为tn 、t0的热电势为eAB(tn,t0),则当接点的温度为t、t0的热电势为： 结论： 电势与温度间转换：无论热电偶的工作温度为多少，都可以用一具有相同参考温度的分度表来确定其电势温度函数关系 温差测量：只要已知t和tn温度下的电势，则对应于t和tn温差下的热电势便为已知 2、热电偶测温 冷端温度补偿 冷端：参考/比端、自由端——t0 热电偶的热电势的大小不仅与工作端温度有关，而且与冷端温度有关 只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温度的单值函数 定点法——恒温法 把冷端置于恒温器中，使其维持在一恒定温度下，最常用冰槽 精度很高，比较麻烦，仅限于实验室用 2、热电偶测温 冷端温度补偿 修正法——处理冷端温度不是分度时的定点温度（0℃或0K） 修正原理：中间温度定律 冷端t0，测得eAB(t,t0)；定点温度为tn，可查表 eAB(tn,t0)，则 例 ：用铜-康铜热电偶测量某介质温度，冷端置于恒温室内t0=20℃，测出热电偶输出的热电势为-6.282mV，求该介质温度为多少？ 解：根据冷端温度t0=20℃查表，得E(t0,0℃）=0.789mV，则有 e(t, 0℃ ）= e(t, t0)+e(t0,0℃)=-6.282+0.789=-5.493mV 用此电势值再查表，得该介质温度79.56K 2、热电偶测温 冷端温度补偿 补偿电桥法 ——在热电偶回路中串