文档介绍：第四章、典型参数测试
本章学习要求:
、湿度、压力和振动等典型参数的测量方法
包装测试技术
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第四章典型参数测试
温标、温度检测的主要方法和分类
热电偶及其测温原理
热电阻及其测温原理
热辐射及其测温原理
第一节温度测试
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1 温标、温度检测方法和分类
第一节温度测试
温度是表征物体冷热程度的物理量,温度量值用温标表示。
在ITS—90温标中指出,热力学温度是基本物理量,符号为T,其单位为开尔文,符号为K,它的大小定义为水的三相点(即水的固态、液态、气态三相共存的点)热力学温度的
开尔文温度与摄氏温度之间的关系为:
温标的种类很多,华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标,还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测的国际实用温标。
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测温方式
测温仪表
测温范围℃
主要特点
接
触
式
膨胀式
玻璃液体
-100~600
结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉;测量上限和精度受玻璃质量的限制,易碎,不能远传
双金属
-80~600
结构紧凑、可靠;测量精度低、量程和使用范围有限
热电效应
热电偶
-200~1800
测温范围广、测量精度高、便于远距离、多点、集中检测和自动控制,应用广泛;需自由瑞温度补偿,在低温段测量精度较低
热阻效应
铂电阻
-200~600
测量精度高,便于远距离、多点、集中检测和自动控制,应用广泛;不能测高温
铜电阻
-50~150
半导体热敏电阻
-50~150
灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便;互换性较差,测量范围有一定限制
非接触式
非接触式
辐射式
0~3500
不破坏温度场,测温范围大,响应块,可测运动物体的温度;易受外界环境的影响,标定较困难
1 温标、温度检测方法和分类
第一节温度测试
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2 热电偶及其测温原理
热电效应和热电偶
热电偶中间导体定律与热电势的检测
热电偶的等值替代定律和补偿导线
标准化热电偶和分度表
热电偶冷端温度的处理
第一节温度测试
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——热电效应和热电偶
热电效应(热电偶测温的基本原理):任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路,如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及 t0 的热源中,则在该回路内就会产生热电势。
A
B
B
A
图 1 热电偶示意图
A B
eAB(t0)
eAB(t)
eA(t,t0)
eB(t,t0)
图2 热电现象
t 端称为工作端(假定该端置于热源中),又称测量端或热端
t0端称为自由瑞,又称参考端或冷端
这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶
每根单独的导体或半导体称为热电极
第一节温度测试
闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成
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当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同),因此,电子在两个方向上扩散的速率就不一样。
在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。
当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时,便处于一种动态平衡状态。在这种状态下,A与B两导体的接触处就产生了电位差,称为接触电动势。
接触电势
第一节温度测试
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对于导体A或B,将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t> t0)。在导体内部,热端的自由电子具有较大的动能,向冷端移动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷。这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。这样,导体两端便产生了电位差,我们将该电位差称为温差电动势。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度,如下式所示
第一节温度测试
温差电动势
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A B
eAB(t0)
eAB(t)
eA(t,t0)
eB(t,t0)
闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成:
下标A表示正电极,B表示负电极,由于温差电势比接触电势小很多,常常把它忽略不计,这样热电偶的电势可表示为:
注意:如果下标次序改为eBA,则热电势e前面的符号也应相应改变,即
式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t0一定时,对于确定的热电偶来说,eAB(t0)为常数,因此,其总热电势EAB(t,t0)就与温度t成单值函数对应关系,和热电偶的长短、直径无关。只要测量出热电势大小,就能判断被测温度的高低,这就是热电偶的温度测量原理。
重要结论:
,则无论热电偶冷、热两端的温度如何,闭合回路中的总热电势为零;
、热两端的温度相同,则无论两电极材料如何,闭合回路中