1、3.1 概述(Summary),3.1.1溫度測(cè)量的意義 監(jiān)測(cè)和控制化學(xué)反應(yīng)及高溫固相燒結(jié)反應(yīng)等過(guò)程在適當(dāng)溫度下進(jìn)行； 合理利用熱量，提高熱量利用率 3.1.2 溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)C、華氏溫標(biāo)F、熱力學(xué)溫標(biāo)T、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo),3.1.3溫度儀表的分類(classification of temperature meters),PV=nRT N and V are constants,Hg thermometer,按測(cè)量溫度范圍分：高溫計(jì)600；溫度計(jì) 600,按用途分： 標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、范型溫度計(jì)、實(shí)用溫度計(jì),按工作原理分： 膨脹式、壓力式、熱電阻式、熱電偶式、輻射式,按測(cè)量方式分： 接觸式、非接觸式,

2、3.2熱電偶溫度測(cè)量(The temperature testing by thermocouple),熱電偶溫度計(jì)（熱電溫度計(jì)）,測(cè)溫范圍： 1001600,熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)： 感溫元件 毫伏測(cè)量?jī)x表 導(dǎo)線,熱電偶的熱接點(diǎn),3.2.1熱電偶測(cè)溫原理(Principle of temperature testing by thermocouple),3.2.1.1熱電偶測(cè)溫基本原理熱電偶：二性質(zhì)不同的金屬絲A、B焊接成的閉合回路 熱電極：金屬絲A、B 熱端（高溫端），置于溫度為t 的介質(zhì)中的接頭 參比端（冷端)：處于溫度環(huán)境溫度的一端。(使用時(shí)并不焊接，而與測(cè)量?jī)x表相接）,熱電現(xiàn)象：將熱電偶的工

3、作端插入溫度為t的介質(zhì)環(huán)境中，當(dāng)tt0時(shí)，儀表指針則偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明回路中有電流產(chǎn)生。 由此產(chǎn)生的電流稱為熱電流； 由此產(chǎn)生熱電流的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)（包括接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)）。,(1)熱電現(xiàn)象,(2)接觸電勢(shì)(contacting potential),不同金屬材料的電子密度不同，且自由電子密度隨溫度的變化規(guī)律不同。 不同性質(zhì)的金屬接觸時(shí)自由電子的擴(kuò)散和遷移產(chǎn)生電位差（接觸電勢(shì)）,玻爾茲曼常數(shù) 1.381023J/K,溫度為t時(shí)A的自由電子密度,單位電荷 4.8021012靜電單位,溫度為t時(shí)B的自由電子密度,接觸電勢(shì)的計(jì)算：,金屬二端溫度分別為t和t0時(shí)，,(3) 溫差電勢(shì)(Potential r

4、esulted from difference of temperature),失電子帶正電,得電子帶負(fù)電,溫差電勢(shì)：,(4) 熱電偶回路的熱電勢(shì)(thermal potential of thermocouple circuit),二極接觸處的接觸電勢(shì)：eAB(t) 和eAB(t0),A和B二端的溫差電勢(shì)：eA(t，t0)和 eB(t，t0),回路的總電勢(shì)：,B 中間導(dǎo)體定律 ：在熱電偶回路中插入另外的導(dǎo)體時(shí)，只要插入導(dǎo)體是均質(zhì)的，且二端的溫度相等，則無(wú)論其溫度分布如何，都不影響原熱電偶的熱電勢(shì)。,3.2.1.2 熱電偶的基本定律 (The basic laws of thermocoupl

5、e),A均質(zhì)導(dǎo)體定律：二種均質(zhì)金屬組成的熱電偶的電勢(shì)與熱電極直徑、長(zhǎng)度及沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，僅與熱電極材料及二端溫度有關(guān)；熱電勢(shì)值是二端溫度的函數(shù)之差，若二端溫度相等，則熱電勢(shì)為零。不均質(zhì)材料各處溫度不同時(shí)，將產(chǎn)生附加熱電勢(shì)造成測(cè)溫誤差。,C中間溫度定律：接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。,3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)電極規(guī)則,中間導(dǎo)體C為標(biāo)準(zhǔn)電極，因其二端溫度相同，故熱電勢(shì)仍為EAB(T，T0)。同時(shí)可將其看成是由A、C和C、B組成的二對(duì)熱電偶。 EAB(T，T0)= EAC(T，T0)+ ECB(T，T0) = EAC(T，T0)

6、 ECB(T，T0) 分勢(shì)電勢(shì) 合成熱電勢(shì) 測(cè)試熱電極材料,常為鉑電極,3.2.3 熱電偶參比端溫度的處理,二類處理方法： 恒溫法將參比端置入恒溫器中，使溫度恒定在某一數(shù)值。 補(bǔ)償法在回路中串入一可變電勢(shì)源，其電勢(shì)隨參比端溫度變化而反向等值變化 A熱電勢(shì)修正法 B補(bǔ)償導(dǎo)線法 C參比端恒溫法 D參比端溫度補(bǔ)償法 E輔助熱電偶法,輔助熱電偶參比端恒溫法 輔助熱電偶測(cè)量端恒溫法,3.2.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)(Types and structure of thermocouple),3.2.4.1 熱電極材料和熱電偶種類 (1）熱電極材料的選擇 熱電偶的性能要求：可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度 材質(zhì)要求(除

7、測(cè)溫物質(zhì)的基本要求外)： 高溫下穩(wěn)定的物理化學(xué)性能； 不氧化、不變質(zhì)； 電極間互不滲透；電阻系數(shù)??； 熱電阻與溫度之間呈線性或近似線性關(guān)系； 機(jī)械性能好,(2) 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶(standard thermocouple) A 鉑銠-鉑熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：純度高；便于復(fù)制，精確度高；物理化學(xué)穩(wěn)定性好，宜在氧化和中性氣氛中使用；熔點(diǎn)高，故測(cè)溫上限高，長(zhǎng)期使用：1300 ；短期： 1600 缺點(diǎn)：熱電勢(shì)較小，價(jià)格昂貴；在還原氣氛下易污染；熱電性質(zhì)非線性較大；高溫下升華，導(dǎo)致熱電性不穩(wěn)定,B 鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：抗氧化性好；抗腐蝕性好；化學(xué)穩(wěn)定性好；復(fù)制性好；熱電勢(shì)較大；熱電勢(shì)與溫度的線性

8、關(guān)系好；熱電極材料便宜。長(zhǎng)期使用：1000 ；短期： 1300 缺點(diǎn)：在500 和還原氣氛下易被腐蝕；測(cè)量精度較鉑銠-鉑低,C 鎳鉻-考銅熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：熱電勢(shì)大；價(jià)格便宜 缺點(diǎn)：易氧化；不能測(cè)高溫,E 銅-康銅熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；熱電極易復(fù)制；價(jià)格低；低溫測(cè)量精確度高。 缺點(diǎn)：測(cè)量溫度低,D 鉑銠30-鉑銠6熱電偶 優(yōu)點(diǎn)：抗污能力強(qiáng)；高溫穩(wěn)定性好；精度高。 長(zhǎng)期使用：14001600 ；短期： 1800 缺點(diǎn)：靈敏度較低,正極含銠30%,負(fù)極含銠6%,3）非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶(Non-standard thermocouple),A 鎢-鉬熱電偶 易氧化，宜在還原氣氛下使用，測(cè)量溫度高。 測(cè)溫范圍

9、： 13002200 B 鎢錸系熱電偶 測(cè)溫上限高，高溫靈敏度高，電勢(shì)-溫度關(guān)系近線性。 測(cè)溫范圍： 24002800 。 缺點(diǎn)：易氧化,C 銥銠系熱電偶 熱電勢(shì)大，熱電關(guān)系近線性，是宇航技術(shù)中極其重要的測(cè)溫?zé)犭娕?D 鐵-康銅熱電偶 靈敏度高，熱電關(guān)系近線性，價(jià)格低。但易銹蝕 E 其它非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,3.2.4.2 熱電偶的結(jié)構(gòu),1）普通型 主要組成部分：熱電偶、保護(hù)套管、絕緣子 熱電偶 偶絲直徑：貴金屬0.350.65mm；賤金屬1 2mm 絕緣子 作用：避免二極之間短路 常用的絕緣材料及使用溫度 保護(hù)套管 作用：避免熱電偶受有害氣體腐蝕或沾污及機(jī)械損傷 要求：不透氣、化學(xué)惰性、耐腐蝕、熱慣

10、性小,高溫下不分解，不與氧化、還原性氣體反應(yīng),常用絕緣材料及其使用溫度 橡皮、絕緣漆 6080 絲、絕緣漆 100 130 琺瑯、絕緣漆 100 150 玻璃管 500 以下 石英管 1000 以下 瓷管 1000 1500 高溫陶瓷管 1500 以上,常用保護(hù)套管及其使用溫度 無(wú)縫鋼管 600以下 不銹鋼管 1000 以下 高鉻鋼管、石英管 1200 以下 普通瓷管 1400 以下 氧化鋁瓷管 1500 以下 高溫陶瓷管 1500 以上,3.2.5 鎧裝熱電偶,將保護(hù)套管、絕緣材料與熱電偶組合在一起拉制而成,又稱套管熱電偶。 套管外徑：1-8mm；偶絲直徑：0.025-1.3mm；管壁厚度：

11、0.12-0.6mm；長(zhǎng)度可達(dá) 100m以上 優(yōu)點(diǎn)：體積??；反應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)小，20s；柔性好，可彎成各種形狀；機(jī)械性能好，耐震動(dòng)，耐沖擊性好。,與普通型相比，結(jié)構(gòu)不同。測(cè)量時(shí): 將測(cè)量端直接焊在被測(cè)金屬表面或緊壓在被測(cè)固體表面。,3.2.6 測(cè)量表面溫度的熱電偶,便式表面溫度計(jì),薄膜熱電偶,3.2.7 抽氣熱電偶,用于測(cè)量水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)二次空氣溫度的抽氣熱電偶借助于遮熱罩來(lái)減少熱電偶工作端的輻射散熱損失，并用抽氣方法提高二次空氣對(duì)熱電偶的沖刷速度，以增加對(duì)流傳熱系數(shù)，減小真實(shí)溫度與熱電偶指示值間的差值。,測(cè)量時(shí)，將抽氣熱電偶插入窯內(nèi)二次空氣出口處，借噴射器1將二次空氣從隔離罩4的入氣孔型吸入，

12、通過(guò)縮頸6中熱電極2的熱端3沿排氣管7進(jìn)入噴射器1與噴射器中的壓縮空氣混合后一起排入大氣中。由于隔離罩的存在，大大削弱了周圍環(huán)境對(duì)健談電偶熱端的輻射傳熱，因而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。,熱電偶的誤差來(lái)源,1）分度誤差 2）補(bǔ)償導(dǎo)線所致誤差 3）參比端溫度變化所致誤差 4）熱電極變質(zhì)使熱電性質(zhì)變化所致誤差,熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量范圍： -270500 ，特殊情況下， -2701000 熱電阻傳感器的特點(diǎn)： 1）精確度高（鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度計(jì)）； 2）靈敏度高； 3）中低溫（500以下）測(cè)量時(shí)熱電勢(shì)信號(hào)大，易于信號(hào)顯示和遠(yuǎn)距離傳送； 4）金屬熱電阻的電阻-溫度線性關(guān)系好，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性都好；但體積大，

13、熱慣性大，不利于動(dòng)態(tài)測(cè)量；半導(dǎo)體與之相反； 5）無(wú)冷端補(bǔ)償問(wèn)題,3.3 熱電阻溫度計(jì)(Thermo-resistance thermometer),3.3.1 熱電阻的測(cè)溫原理 (principle of temperature testing by thermor-resistance),導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨溫度的變化關(guān)系 對(duì)于導(dǎo)體 對(duì)于半導(dǎo)體,電阻溫度系數(shù),參比溫度,（1）熱電阻的材料 對(duì)熱電阻材料的要求： 電阻溫度系數(shù)大，且不隨溫度變化；電阻率大；重現(xiàn)性和穩(wěn)定性好；價(jià)格便宜。,3.3.2 熱電阻傳感器的材料和結(jié)構(gòu)形式,（2）結(jié)構(gòu)形式,1）鉑熱電阻 特點(diǎn)： 精度高， 穩(wěn)定性好， 性能可

14、靠。 還原介質(zhì)中易被沾污而變脆,2）銅熱電阻 在-50150 范圍內(nèi)電阻-溫度關(guān)系近似線性； 價(jià)格便宜。 但易氧化。,3）半導(dǎo)體熱電阻,1-電阻體；2-引線；3-導(dǎo)體；4-玻璃管；5-保護(hù)管；6-密封填料；7-錫箔,對(duì)骨架材料的要求： 1）電絕緣性能好； 2）足夠的機(jī)械強(qiáng)度； 3）體積膨脹系數(shù)小，以免給熱阻絲造成應(yīng)力； 4）對(duì)電阻絲無(wú)化學(xué)作用。 引線的要求： 1）電阻小，且電阻-溫度系數(shù)很?。?2）與熱電阻絲連接處的熱電勢(shì)小。 保護(hù)套管的要求：同熱電偶。,結(jié)構(gòu)組成：骨架、引出線、保護(hù)套管,3.3.3 熱電阻阻值的測(cè)量,（1）電位差計(jì)法 四線制接法：二電流接線和二電壓接線分別接在熱電阻的四個(gè)引線

15、上。 電源E經(jīng)可調(diào)電阻串接熱電阻Rf和標(biāo)準(zhǔn)電阻 RB。當(dāng)開(kāi)關(guān)K合閘后，調(diào)節(jié)滑線電阻使回路電流I的數(shù)值既小于允許電流，又充分利用電位差計(jì)的量程上限。電流值由毫安表監(jiān)視。電流I在Rf和RB上產(chǎn)生的壓降通過(guò)切換開(kāi)關(guān)依次用電位差計(jì)測(cè)量分別為Ut和UB。,此法麻煩！,（2）電橋測(cè)量法（應(yīng)用廣） 平衡電橋原理： 經(jīng)調(diào)節(jié)后，當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，支路cd中的IG=0。以（a）為例，橋臂電阻間的關(guān)系為：,顯然，Rt與r1具有一定的函數(shù)關(guān)系。 r1的阻值與滑線電阻RH的滑動(dòng)接觸點(diǎn)位置有關(guān)，其它各電阻均為已知，故可按r1確定Rt的數(shù)值。,自動(dòng)平衡電橋儀表自動(dòng)恢復(fù)平衡的電橋,被測(cè)量（溫度t）經(jīng)傳感器（熱電阻）轉(zhuǎn)換為

16、電阻值Rt,未知電阻與已知電阻（作比較用）均接入測(cè)量橋路。它們?cè)跇蚵分邢啾容^，若電橋失衡，則輸出不平衡電壓Ucd， Ucd經(jīng)檢-差放大環(huán)節(jié)辨別極性并放大后，驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑線電阻RH的觸點(diǎn)移動(dòng)，直至電橋恢復(fù)平衡，即Ucd =0。 此時(shí)，可由滑動(dòng)觸點(diǎn)位置代表的已知電阻按已知函數(shù)關(guān)系求出未知電阻值。亦可直接顯示被測(cè)熱電阻的數(shù)值。,3.4 接觸式測(cè)溫的誤差,3.4.1 傳熱問(wèn)題 溫度為t1的煙氣通過(guò)對(duì)流換熱將熱量傳遞給熱電偶管端部，使其溫度為t2（假定熱電偶測(cè)量端與套管端部溫度相等）。同時(shí)，套管端部與周圍物體之間存在輻射換熱；沿套管端部與尾部之間有導(dǎo)熱換熱。因周圍物體的平均溫度t3低于套管端

17、部溫度t2，套管尾部因向周圍介質(zhì)散熱使其溫度t4低于t2。所以，輻射換熱和導(dǎo)熱換熱的結(jié)果使套管端部散失熱量，導(dǎo)致熱電偶測(cè)量端的溫度t2達(dá)不到煙氣溫度t1（測(cè)量溫度偏低）。 反之，若傳感器溫度低于介質(zhì)溫度，輻射換熱和導(dǎo)熱換熱的熱流方向相反，測(cè)量端溫度將高于被測(cè)溫度。,3.4.2 溫度傳感器的導(dǎo)熱誤差,1）測(cè)溫傳感器向外散熱； 2）傳感器外露部分越長(zhǎng)，內(nèi)插部分越短，周圍介質(zhì)溫度越低，散熱越多，誤差越大。,減小導(dǎo)熱誤差的措施： （1）使傳感器沿被測(cè)壁的等溫面敷設(shè)一段距離，減小沿傳感器向測(cè)量端導(dǎo)入或?qū)С鰺崃浚?（2）采用平行焊接法，減小測(cè)量端焊點(diǎn)突出管壁部分引起的導(dǎo)熱； （3）用絕緣絕熱材料保護(hù)熱電極

18、。,導(dǎo)熱誤差,3.4.3 溫度傳感器的輻射換熱誤差,輻射換熱造成的測(cè)溫誤差計(jì)算：,減小輻射換熱誤差的措施： 1）加遮熱罩：阻擋傳感器與周圍物體間的輻射換熱 2）加強(qiáng)對(duì)流換熱：增大放熱系數(shù) 3）減小測(cè)量端的黑度； 4）采用雙電偶,被測(cè)介質(zhì)溫度,傳感器端部溫度,介質(zhì)與套管端間的放熱系數(shù),傳感器端表面黑度,絕對(duì)黑體的輻射常數(shù),傳感器端部溫度K,介質(zhì)周圍物體的平均溫度K,3.4.4 溫度傳感器的動(dòng)態(tài)誤差,原因： 熱量自被測(cè)介質(zhì)經(jīng)套管傳遞至傳感器測(cè)量端的過(guò)程中存在熱阻，使傳感器溫度變化滯后于被測(cè)介質(zhì)溫度變化。在未達(dá)到平衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)測(cè)溫的動(dòng)態(tài)誤差。,減小動(dòng)態(tài)誤差的措施： 1）減小傳感器測(cè)量端的體積（減小其

19、熱容量）； 2）選用比熱小、導(dǎo)熱好的套管材料，并在測(cè)量端緊靠套管端或二者之間填充導(dǎo)熱好的材料； 3）增大測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)的接觸面積（增大放熱系數(shù)）。但需注意：僅增大面積而不增大體積?。?3.5 非接觸式測(cè)溫儀表,特點(diǎn)： （1）測(cè)溫傳感器不破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)； （2）不受被測(cè)介質(zhì)的腐蝕和毒化； （3）傳感器不必與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡； （4）動(dòng)態(tài)特性好，可測(cè)量處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象的溫度,非接觸式測(cè)溫的主要原理：利用物體的熱輻射,光學(xué)高溫計(jì) 全輻射高溫計(jì) 比色高溫計(jì) 紅外溫度計(jì),輻射高溫計(jì)的種類：,（1）物體的熱輻射與溫度的關(guān)系 絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系：,3.2.5.1輻射測(cè)溫的物

20、理基礎(chǔ),單位時(shí)間單位面積上對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)的輻射能,維恩公式,普郎克第一輻射常數(shù),普郎克第二輻射常數(shù),（2）灰體和實(shí)際物體的黑度 在同溫度下，灰體的輻射能力低于絕對(duì)黑體，其單色輻射強(qiáng)度E和全輻射能E均比絕對(duì)黑體小。關(guān)系：,對(duì)單色輻射強(qiáng)度在0區(qū)間積分得全輻射能E0：,灰體的單色輻射黑度,斯蒂芬波爾茲曼公式,灰體的黑度不隨波長(zhǎng)而變化！實(shí)際物體的黑度隨波長(zhǎng)而變化，但一般工程物體的黑度隨波長(zhǎng)的變化不太明顯，可近似看作是灰體。,灰體的全輻射強(qiáng)度,顯然，溫度越高，輻射能越大。,3.2.5.2光學(xué)高溫計(jì),以普郎克公式為基礎(chǔ)的溫度儀表稱單色輻射高溫計(jì)，包括： 亮度高溫計(jì)：通過(guò)測(cè)量被測(cè)物體發(fā)射的某波長(zhǎng)的單色亮度求被測(cè)

21、溫度。（光學(xué)高溫計(jì)，光電高溫計(jì)） 比色高溫計(jì)：通過(guò)測(cè)量二個(gè)波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度之比求被測(cè)溫度,（1）光學(xué)高溫計(jì)的原理單色輻射強(qiáng)度的測(cè)量非常困難，常采用亮度測(cè)量方法。 依據(jù)：物體的發(fā)光亮度與物體的輻射強(qiáng)度成正比。單色亮度與單色輻射強(qiáng)度的關(guān)系：,直接測(cè)量亮度也不易，故用比較亮度的方法，即：用一已知亮度的高溫?zé)艚z的亮度與被測(cè)物體的亮度相比較。當(dāng)其亮度相等時(shí)，按高溫?zé)艚z的已知溫度來(lái)反映被測(cè)物體的溫度。,（2）亮度溫度,對(duì)于灰體,灰體亮度等于同溫度下黑體亮度與灰體黑度之積,亮度溫度的定義：在波長(zhǎng)為的單色輻射中，當(dāng)物體在溫度T時(shí)的亮度B與黑體在溫度Ts時(shí)的亮度B0相同時(shí)，則黑體的溫度Ts即為物體的亮度溫度。,T

22、與TS的關(guān)系：,1）光學(xué)系統(tǒng) 物鏡：調(diào)節(jié)物鏡使被測(cè)物體在燈絲平面上清晰成像 目鏡：調(diào)節(jié)目鏡使燈絲清晰可見(jiàn) 紅色濾光片：置于目鏡和物鏡之間，以滿足單色輻射條件 灰色吸光玻璃：位于物鏡與燈泡之間，使被測(cè)物體亮度減弱后再與燈絲亮度比較，擴(kuò)大量程 2）電測(cè)系統(tǒng) 組成：鎢絲燈、直流電路、電流調(diào)節(jié)變阻器、顯示儀表 作用：通過(guò)調(diào)整燈絲電流調(diào)整高溫計(jì)燈絲的亮度，再用磁電式儀表來(lái)測(cè)量并顯示與皮亮度在京的溫度值。 鎢絲燈作為亮度比較的標(biāo)準(zhǔn)，其燈絲亮度、加熱電流與溫度的關(guān)系已知，故可用電流表示亮度進(jìn)而表示溫度。 燈泡電源的：24V直流電源,（3）光學(xué)高溫計(jì)的構(gòu)造,將望遠(yuǎn)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，調(diào)節(jié)物鏡使測(cè)物體清晰成像在燈

23、絲平面上； 調(diào)節(jié)目鏡使在觀察孔能清楚看到被測(cè)物體和燈絲像。 調(diào)節(jié)好后，用定位螺絲將目鏡鎖緊。 此時(shí)，在被測(cè)物體的像所形成的發(fā)光背景上可看到燈絲。若燈絲亮度低于被測(cè)物體的亮度，則物像背景上有一條暗的燈絲弧線；若高于被測(cè)物體亮度，則呈亮的弧線；若二者亮度相等，燈絲隱沒(méi)在物像背景中。 將電流值換算成黑體溫度對(duì)顯示儀表進(jìn)行分度，即可得到按黑體溫度分度的標(biāo)尺。 因該儀表在燈絲隱沒(méi)于被測(cè)物體的像中時(shí)讀數(shù)，故又稱隱絲式光學(xué)高溫計(jì)。,（4）光學(xué)高溫計(jì)的使用,（1）紅色濾光片：以使亮度比較在波長(zhǎng)為0.66m的波段內(nèi)進(jìn)行。原因： 1）所選波段既要有較大的輻射強(qiáng)度，又要在人眼視覺(jué)范圍之內(nèi)。紅光可同時(shí)滿足此二條件。

24、2）紅光區(qū)顏色隨波長(zhǎng)的變化小于其它顏色的可見(jiàn)光，因而減小附加誤差。 3）獲得較窄的工作波段，更接近于單色輻射。 （2）灰色吸收玻璃 作用：擴(kuò)大測(cè)溫范圍 測(cè)量溫度 1400時(shí)，不是用提高燈絲亮度的方法而是用灰色玻璃按已知比例將被測(cè)物體輻射至高溫計(jì)的亮度減弱，然后再與燈絲亮度相比較。因此，光學(xué)高溫計(jì)有二個(gè)量程： 第一量程：8001400（不加灰玻璃）； 第二量程：12002000（加灰玻璃）,（5）紅色濾光片和灰色吸收玻璃的作用,（6）光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量電路,1）電流測(cè)量：通過(guò)測(cè)量流過(guò)燈絲的電流來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。實(shí)驗(yàn)室用手動(dòng)電位差計(jì)；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量多用自動(dòng)電位差計(jì) 2）電壓測(cè)量：通過(guò)測(cè)量燈絲二端的

25、電壓來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。（電壓表串接限流電阻后與燈絲并接）特點(diǎn)：測(cè)量線路簡(jiǎn)單，但導(dǎo)線電阻變化時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，故一般用作工業(yè)測(cè)量。,3）電阻測(cè)量：通過(guò)測(cè)量燈絲電阻來(lái)確定被測(cè)物體的亮度溫度。 方法： 平衡電橋法和不平衡電橋法,（7）影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫精度的因素,1）非黑體輻射： 被測(cè)物體已知時(shí)，按式（250）計(jì)算出真實(shí)溫度 被測(cè)物體未知時(shí)，用一根一端封閉的高溫管的封閉端插入被測(cè)介質(zhì)中，管底的輻射近似于黑體輻射 2）中間吸收介質(zhì)：煙霧、灰塵、二氧化碳、水蒸汽等，無(wú)規(guī)律性 3）火焰和其它發(fā)光體：應(yīng)心理避免 4）測(cè)量距離：一般在12m內(nèi)測(cè)量，最好不超過(guò)3m。 光學(xué)溫度計(jì)的允許誤差： 8001400時(shí)

26、，14 ； 12002000， 20,全輻射高溫計(jì)：依據(jù)物體發(fā)射出的全輻射能測(cè)量物體溫度的儀表,3.2.5. 3全輻射高溫計(jì),（1）全輻射傳感器的原理黑體的絕對(duì)溫度：,當(dāng)溫度為T的被測(cè)物體的全輻射能ET等于溫度為TP的黑體的全輻射能E0Tp時(shí)，TP稱為被測(cè)物體的全輻射溫度，簡(jiǎn)稱為輻射溫度。,（2）全輻射傳感器的結(jié)構(gòu),組成：光學(xué)系統(tǒng)、輻射變換器,有吸收作用，不能接收和聚集全部反射能,波段較寬,響應(yīng)波段較寬，穩(wěn)定性好，但響應(yīng)慢，熱慣性大,響應(yīng)波段較窄，非全輻射變換，但響應(yīng)很快,熱電堆的性能要求：熱慣性小，靈敏度高，參比端溫度恒定,3）熱電勢(shì)的參比端溫度補(bǔ)償方法A補(bǔ)償電阻法B補(bǔ)償光欄法,4）全輻射計(jì)

27、的顯示儀表及測(cè)量系統(tǒng),5）誤差分析及使用注意事項(xiàng)全輻射黑度：中間介質(zhì)：距離系數(shù)L/D：L0.6m時(shí)， L/D=15;L=0.8m時(shí)，L/D=19;L1m時(shí)， L/D=20環(huán)境溫度：傳感器環(huán)境溫度不得高于100，否則應(yīng)采用循環(huán)水冷卻裝置,3.2.5. 4比色高溫計(jì),測(cè)量原理：利用同一被測(cè)物體的二個(gè)輻射波長(zhǎng)下單色輻射強(qiáng)度之比隨溫度的變化的特性來(lái)測(cè)溫。根據(jù)維恩公式，在黑體溫度為T時(shí)波長(zhǎng)1和2的單色輻射強(qiáng)度分別為：,二者之比為：,對(duì)于灰體，有單色輻射黑度,在以黑體溫度分度的比色高溫計(jì)上將顯示溫度TBS，所以有,即TTBS,實(shí)際物體近似地灰體，選擇適當(dāng)波長(zhǎng)使,則可得TTBS這說(shuō)明：,用比色高溫計(jì)測(cè)量近似

28、灰體的溫度時(shí)，無(wú)需考慮黑度的修正，測(cè)量結(jié)果誤差不大,測(cè)量過(guò)程：光電檢測(cè)器交替接受來(lái)自調(diào)節(jié)盤的波長(zhǎng)為1和2的單色輻射，向比值運(yùn)算器輸入電信號(hào)，經(jīng)比較運(yùn)算后輸至顯示儀表。目鏡通過(guò)反射鏡接受平行于平面玻璃反射來(lái)的一部分輻射，以便瞄準(zhǔn)目標(biāo)并調(diào)節(jié)成的大小。,比色高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：（1）不受實(shí)際物體黑度的影響，即無(wú)需修正黑度。（2）不受輻射通道上介質(zhì)選擇性吸收單色輻射能的影響,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜,定義：測(cè)量物體紅外輻射來(lái)確定物體溫度的溫度計(jì) 種類：全紅外輻射型、單色紅外輻射型、比色型 特點(diǎn)：可測(cè)低溫,3.2.5. 5紅外線溫度傳感器（紅外測(cè)溫儀）,測(cè)溫原理： 任何物體在低溫時(shí)向外輻射的能量大部分為紅外輻射。 單色

29、紅外輻射感溫器實(shí)際上是接受某一窄波段12的紅外輻射線。此波段的ET關(guān)系用普郎克或維恩公式積分求得,紅外線波長(zhǎng)范圍：0.8100m,紅外測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)組成： 1）紅外輻射通道（光學(xué)系統(tǒng)）：通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)或某些透紅外窗口材料獲得一定波段的紅外輻射 A棱鏡分光,B采用不同的紅外窗口材料 不同材料的波長(zhǎng)上限： MgO、MgF2 9m； CaF2 11m； ZnS14m； ZnSe22m； CaTe31m,2）紅外變換元件：接受紅外輻射后將其轉(zhuǎn)換為其它信號(hào)（電信號(hào)或熱信號(hào)） A光電變換器 變換元件所用材料不同，其紅外線響應(yīng)波長(zhǎng)也不同： Tl2 1.2 m；PbTe 6 m；PbSe 7 m,B熱探測(cè)器：熱電

30、堆、熱電阻等，響應(yīng)波譜范圍寬,熱電堆通常由鉍銀、鉍銻、銅、康銅、鉍鉍錫合金等組成。組成熱電堆的熱電偶數(shù)量從十幾支至幾十支。 為了使熱電偶反應(yīng)加快，可減小熱電堆體積。利用真空鍍膜和光刻技術(shù)，將鉍銻材料制成薄膜型熱電堆，每cm2可排列20支以上熱電偶。,3.2.6顯示儀表,與熱電偶、熱電阻配套使用的二次儀表 種類：動(dòng)圈式顯示儀表、電子電位差計(jì) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、靈敏度高、性能可靠,3.2.6.1動(dòng)圈式顯示儀表 （1）工作原理 動(dòng)圈式顯示儀表的核心部件：磁電式毫伏計(jì) 在永久磁鐵的磁場(chǎng)中置一可轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈（動(dòng)圈），當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化產(chǎn)生的毫伏電勢(shì)加在動(dòng)圈上時(shí)，電流流過(guò)動(dòng)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永久磁場(chǎng)

31、相互作用使動(dòng)圏受力。由于動(dòng)圏左、右二側(cè)有效長(zhǎng)度上的電流方向相反，對(duì)動(dòng)圈形成了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使動(dòng)圈繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。,1動(dòng)圏；2磁鐵；3指針；4刻度盤；5游絲；6軸尖；7軸承；8鐵芯,動(dòng)圈上裝有張絲，隨著動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，張絲產(chǎn)生一個(gè)反力矩，轉(zhuǎn)角越大，反力矩越大。當(dāng)電流引起的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與紅絲的反力矩相等時(shí)，動(dòng)圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)圈二有效邊與永久磁場(chǎng)方向相垂直時(shí)，動(dòng)圈在磁場(chǎng)中所受的力：,動(dòng)圈匝數(shù),永久磁鐵磁感強(qiáng)度,二側(cè)有效長(zhǎng)度,動(dòng)圈電流,動(dòng)圈所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩：,(Nm),動(dòng)圏面積,磁力線與動(dòng)圈平面夾角,動(dòng)圈制成后，n, r, L均為常數(shù)，磁場(chǎng)固定后，B也為常數(shù)。故轉(zhuǎn)動(dòng)力矩僅與I和有關(guān)。,若將永久磁鐵的極瓦做成同心徑向柱狀，則磁力線與動(dòng)圈平面平行，即0有,(Nm),為使動(dòng)圏偏轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于一定電流強(qiáng)度，在動(dòng)圈上加一大小與其偏轉(zhuǎn)角成正比的反作用力矩Mn，Mnk 動(dòng)圏平衡時(shí)，MMn即,儀表常數(shù)，表征儀表的靈敏度,顯然，動(dòng)圏偏轉(zhuǎn)角與流過(guò)動(dòng)圏的電流強(qiáng)度成正比。而IE/R，測(cè)溫時(shí)，,若動(dòng)圏電阻R不變，則偏轉(zhuǎn)角與動(dòng)圏二端的電壓成正比。,（2）動(dòng)圏式顯示儀表的結(jié)構(gòu) 組成：轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測(cè)量線路,1）轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 組成：動(dòng)圏、指針、張絲、平衡錘 動(dòng)圏由直徑為0.08mm高強(qiáng)度漆包銅線繞成，292匝，2