机械工程测试技术 教学课件 作者 谢里阳 13温度的测量.ppt

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1、传感器与测试技术第13章温度和湿度的测量学习导航13.1温度标准与测量方法(TemperatureStandardandMeasurementMethod)13.2热电偶温度计(Thermocouple)13.3热电阻温度计(Thermo-ResistorThermometer)13.4热敏电阻和集成温度传感器(ThermistorandIntegratedTemperatureSensor)13.5机械温度传感器(MechanicalTemperatureSensor)13.5热辐射原理(Ther

2、malRadiationPrinciple)13.6红外测温传感器(InfraredRadiationTemperatureSensor）13.7全辐射温度计(RadiationPyrometer)13.8光学高温计(OpticalPyrometer)13.9比色高温计(ColorComparatorPyrometer)13.10温度测量实例(TemperatureMeasurementPracticalUse)13.11湿度表示方法(HumidityExpressMethod)13.12湿度传感器

3、的特性参数(ParametersofHumiditySensor)13.13常用的湿度传感器(CommonUseHumiditySensor)13.1温度标准与测量方法13.1.1温度和温标温度是表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度的测量都是以热平衡现象为基础的。温标是温度的数值表示方法，是用来衡定物体温度的尺度。它规定了温度读数的起点(零点)和测量温度的单位，各种温度计的刻度值均由温标确定。13.1温度标准与测量方法1摄氏温标(℃)物理基础：水银温度变化与体膨胀成线性关系。分度方法：标准

4、大气压下水的冰点为零度(0℃)，沸点为100度(100℃)，用这两个固定点分度玻璃水银温度计，100等分，每等分为1℃。2华氏温标(°F)标准大气压下冰点为32°F，沸点为212°F，中间划分为180等分，每一等分称为1°F。13.1温度标准与测量方法3热力学温标（开氏温标(K)、国际温标）(K))热力学温标是一种与工作介质无关的温标，它以热力学第二定律为基础，已由国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。国际温标采用热力学温度，符号为T，单位为开尔文(K)，它是国际单位制(SI)的基本单位，定义为水

5、的三相点热力学温度的1/273.16。当前广泛使用的国际温标是国际计量委员会(CIPM)批准的国际温标(ITS-90)。摄氏温度t由热力学温度T导出：13.1温度标准与测量方法13.1.2温度的测量方法接触测量法。热平衡被破坏，不适于小物体的温度测量。非接触测量法。利用热辐射或电磁原理，不破坏平衡状态，动态响应好，精度较低。类型接触式非接触式必要条件感温元件必须与被测物体相接触，被测物体的温度不变感温元件能接收到物体的辐射能特点不适宜热容量小的物体温度测量不适宜动态温度测量便于多点，集中测量和自动控

6、制被测物体温度不变适宜动态温度测量适宜表面温度测量测量范围适宜1000℃以下的温度测量适宜高温测量测温精度测量范围的1%左右一般在10℃左右滞后较大较小接触式与非接触式测温方法比较13.1温度标准与测量方法13.2接触式测温传感器13.2.1热电偶热电偶的工作原理应用广泛，工作原理基于物体的热电效应。13.2接触式测温传感器1热电效应两种导体组成闭合回路，若两接点的温度不等（T＞T0），回路中就会产生电势，称为温差电效应，即热电效应。相应的电势称为温差电势，即热电势。测量时，工作端即热端（T）置于测

7、量环境，自由端即冷端（T0）温度应保持恒定。产生的热电势EAB(T,T0)由两种导体的接触电势eAB和单一导体的温差电势EA和EB组成。图热电效应13.2接触式测温传感器(1)接触电势两种不同材料的导体A、B的连接点分别发生电子扩散，其速率与自由电子的密度和导体的温度成正比。若导体A的自由电子密度大于B的自由电子密度，A的电子就会扩散到B，因此A带正电，B带负电，形成接触电势。接触电势阻碍电子的进一步扩散，平衡时，一般为10-2～10-3V。接触电势与导体的性质和接触点的温差有关。当T=T0时，尽管

8、两接触点都存在接触电势,但回路中总接触电势等于零。图接触电势a)电子扩散示意图b)等价电路13.2接触式测温传感器电子电荷量电子密度1.6021892×10–19C波尔兹曼常数1.38066×10–23J/K回路中总的接触电势是两个结点的电势之差，即：13.2接触式测温传感器2单一导体的温差电势汤姆逊系数，温差1℃产生的温差电势。在均匀的导体材料中，如果两端的温度不等，将产生温差电势。高温端电子的能量大于低温端的，向低温端扩散。高温端失去电子而带正电，当电子运动达到动