《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》配套PPT課件,機(jī)械工程測(cè)試技術(shù),機(jī)械工程,測(cè)試,技術(shù),配套,PPT,課件 東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院（東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院（2012）Page 2學(xué)習(xí)導(dǎo)航學(xué)習(xí)導(dǎo)航13.1溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法(Temperature Standard and Measurement Method)13.2熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)(Thermocouple)13.3熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (Thermo-Resistor Thermometer)13.4熱敏電阻和集成溫度傳感器熱敏電阻和集成溫度傳感器(Thermistor and Integrated Temperature Sensor)13.5機(jī)械溫度傳感器機(jī)械溫度傳感器(Mechanical Temperature Sensor)13.5 熱輻射原理熱輻射原理(Thermal Radiation Principle)13.6紅外測(cè)溫傳感器紅外測(cè)溫傳感器(Infrared Radiation Temperature Sensor）13.7全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)(Radiation Pyrometer)13.8光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)(Optical Pyrometer)13.9比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)(Color Comparator Pyrometer)13.10 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例(Temperature Measurement Practical Use)13.11濕度表示方法濕度表示方法(Humidity Express Method)13.12濕度傳感器的特性參數(shù)濕度傳感器的特性參數(shù)(Parameters of Humidity Sensor)13.13常用的濕度傳感器常用的濕度傳感器(Common Use Humidity Sensor)Page 313.1 13.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法 13.1.1 13.1.1 溫度和溫標(biāo)溫度和溫標(biāo)溫溫度度是是表表征征物物體體冷冷熱熱程程度度的的物物理理量量。溫溫度度概概念念的的建建立立和和溫溫度的測(cè)量都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。度的測(cè)量都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。溫溫標(biāo)標(biāo)是是溫溫度度的的數(shù)數(shù)值值表表示示方方法法，是是用用來來衡衡定定物物體體溫溫度度的的尺尺度度。它它規(guī)規(guī)定定了了溫溫度度讀讀數(shù)數(shù)的的起起點(diǎn)點(diǎn)(零零點(diǎn)點(diǎn))和和測(cè)測(cè)量量溫溫度度的的單單位位，各各種種溫度計(jì)的刻度值均由溫標(biāo)確定。溫度計(jì)的刻度值均由溫標(biāo)確定。13.1 13.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法Page 41 1 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)()()物理基礎(chǔ)：水銀溫度變化與體膨脹成線性關(guān)系。物理基礎(chǔ)：水銀溫度變化與體膨脹成線性關(guān)系。分分度度方方法法：標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)大大氣氣壓壓下下水水的的冰冰點(diǎn)點(diǎn)為為零零度度(0)(0)，沸沸點(diǎn)點(diǎn)為為100100度度(100)(100)，用用這這兩兩個(gè)個(gè)固固定定點(diǎn)點(diǎn)分分度度玻玻璃璃水水銀銀溫溫度度計(jì)計(jì)，100100等等分分，每等分為每等分為11。2 2 華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)(F)(F)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰點(diǎn)為32F32F，沸點(diǎn)為，沸點(diǎn)為212F212F，中間劃分為，中間劃分為180180等分，每一等分稱為等分，每一等分稱為1F 1F。13.1 13.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法Page 53 3 熱力學(xué)溫標(biāo)（開氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)（開氏溫標(biāo) (K)(K)、國(guó)際溫標(biāo)）、國(guó)際溫標(biāo)）(K)(K)熱熱力力學(xué)學(xué)溫溫標(biāo)標(biāo)是是一一種種與與工工作作介介質(zhì)質(zhì)無無關(guān)關(guān)的的溫溫標(biāo)標(biāo)，它它以以熱熱力力學(xué)學(xué)第第二二定定律為基礎(chǔ)，已由國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納作為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。律為基礎(chǔ)，已由國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納作為國(guó)際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。國(guó)國(guó)際際溫溫標(biāo)標(biāo)采采用用熱熱力力學(xué)學(xué)溫溫度度，符符號(hào)號(hào)為為T T，單單位位為為開開爾爾文文(K)(K)，它它是是國(guó)國(guó)際際單單位位制制(SI)(SI)的的基基本本單單位位，定定義義為為水水的的三三相相點(diǎn)點(diǎn)熱熱力力學(xué)學(xué)溫溫度度的的1/273.161/273.16。當(dāng)當(dāng)前前廣廣泛泛使使用用的的國(guó)國(guó)際際溫溫標(biāo)標(biāo)是是國(guó)國(guó)際際計(jì)計(jì)量量委委員員會(huì)會(huì)(CIPM)(CIPM)批批準(zhǔn)準(zhǔn)的的國(guó)國(guó)際際溫標(biāo)溫標(biāo)(ITS-90)(ITS-90)。攝氏溫度。攝氏溫度t t 由熱力學(xué)溫度由熱力學(xué)溫度 T T 導(dǎo)出：導(dǎo)出：13.1 13.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法Page 613.1.2 13.1.2 溫度的測(cè)量方法溫度的測(cè)量方法接觸測(cè)量法接觸測(cè)量法。熱平衡被破壞，不適于小物體的溫度測(cè)量。熱平衡被破壞，不適于小物體的溫度測(cè)量。非非接接觸觸測(cè)測(cè)量量法法。利利用用熱熱輻輻射射或或電電磁磁原原理理，不不破破壞壞平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)，動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，精度較低。態(tài)響應(yīng)好，精度較低。類類 型型接觸式接觸式非接觸式非接觸式必要條件必要條件感溫元件必須與被測(cè)物體相接觸，感溫元件必須與被測(cè)物體相接觸，被測(cè)物體的溫度不變被測(cè)物體的溫度不變感溫元件能接收到物體的輻射能感溫元件能接收到物體的輻射能特特 點(diǎn)點(diǎn)不適宜熱容量小的物體溫度測(cè)量不適宜熱容量小的物體溫度測(cè)量不適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量不適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量便于多點(diǎn)，集中測(cè)量和自動(dòng)控制便于多點(diǎn)，集中測(cè)量和自動(dòng)控制被測(cè)物體溫度不變被測(cè)物體溫度不變適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量適宜表面溫度測(cè)量適宜表面溫度測(cè)量測(cè)量范圍測(cè)量范圍適宜適宜 10001000以下的溫度測(cè)量以下的溫度測(cè)量適宜高溫測(cè)量適宜高溫測(cè)量測(cè)溫精度測(cè)溫精度測(cè)量范圍的測(cè)量范圍的1%1%左右左右一般在一般在1010左右左右滯滯 后后較大較大較小較小接觸式與非接觸式測(cè)溫方法比較接觸式與非接觸式測(cè)溫方法比較 13.1 13.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法Page 713.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器13.2.1 13.2.1 熱電偶熱電偶熱電偶的工作原理應(yīng)用廣泛，工作原理基于物體的應(yīng)用廣泛，工作原理基于物體的熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 81 1 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)兩兩種種導(dǎo)導(dǎo)體體組組成成閉閉合合回回路路，若若兩兩接接點(diǎn)點(diǎn)的的溫溫度度不不等等（T TT T0 0），回回路路中中就就會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生電電勢(shì)勢(shì)，稱稱為為溫溫差差電電效效應(yīng)應(yīng)，即即熱熱電電效效應(yīng)應(yīng)。相相應(yīng)應(yīng)的的電電勢(shì)勢(shì)稱稱為為溫差電勢(shì)，即熱電勢(shì)。溫差電勢(shì)，即熱電勢(shì)。測(cè)測(cè)量量時(shí)時(shí)，工工作作端端即即熱熱端端（T T ）置置于于測(cè)測(cè)量量環(huán)環(huán)境境，自自由由端端即即冷冷端端（T T0 0 ）溫度應(yīng)保持恒定。溫度應(yīng)保持恒定。產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱電電勢(shì)勢(shì)E EABAB(T T,T T0 0 )由由兩兩種種導(dǎo)導(dǎo)體體的的接接觸觸電電勢(shì)勢(shì)e eABAB和和單單一一導(dǎo)導(dǎo)體體的的溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)E EA A和和E EB B組成。組成。圖 熱電效應(yīng)13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 9(1)(1)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì) 兩兩種種不不同同材材料料的的導(dǎo)導(dǎo)體體A A、B B的的連連接接點(diǎn)點(diǎn)分分別別發(fā)發(fā)生生電電子子擴(kuò)擴(kuò)散散，其其速速率率與自由電子的密度和導(dǎo)體的溫度成正比。與自由電子的密度和導(dǎo)體的溫度成正比。若若導(dǎo)導(dǎo)體體A A的的自自由由電電子子密密度度大大于于B B的的自自由由電電子子密密度度，A A的的電電子子就就會(huì)會(huì)擴(kuò)擴(kuò)散散到到B B，因因此此A A帶帶正正電電，B B帶帶負(fù)負(fù)電電，形形成成接接觸觸電電勢(shì)勢(shì)。接接觸觸電電勢(shì)勢(shì)阻礙電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，平衡時(shí)，一般為阻礙電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，平衡時(shí)，一般為1010-2-21010-3-3V V。接接觸觸電電勢(shì)勢(shì)與與導(dǎo)導(dǎo)體體的的性性質(zhì)質(zhì)和和接接觸觸點(diǎn)點(diǎn)的的溫溫差差有有關(guān)關(guān)。當(dāng)當(dāng)T T=T T0 0時(shí)時(shí)，盡盡管管兩接觸點(diǎn)都存在接觸電勢(shì)兩接觸點(diǎn)都存在接觸電勢(shì),但回路中總接觸電勢(shì)等于零。但回路中總接觸電勢(shì)等于零。圖圖 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)a)a)電子擴(kuò)散示意圖電子擴(kuò)散示意圖 b)b)等價(jià)電路等價(jià)電路13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 10電子電荷量電子電荷量 電子密度電子密度1.6021892101.60218921019 19 C C波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)1.38066101.38066102323J/KJ/K回路中總的接觸電勢(shì)是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電勢(shì)之差，即：回路中總的接觸電勢(shì)是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電勢(shì)之差，即：13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 112 2 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì) 湯姆遜系數(shù)湯姆遜系數(shù)，溫差，溫差11產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。在均勻的導(dǎo)體材料中，如果在均勻的導(dǎo)體材料中，如果兩端的溫度不等，將產(chǎn)生溫差電勢(shì)。兩端的溫度不等，將產(chǎn)生溫差電勢(shì)。高高溫溫端端電電子子的的能能量量大大于于低低溫溫端端的的，向向低低溫溫端端擴(kuò)擴(kuò)散散。高高溫溫端端失失去去電電子子而而帶帶正正電電，當(dāng)當(dāng)電電子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)達(dá)達(dá)到到動(dòng)動(dòng)平平衡衡,溫溫差差電電勢(shì)勢(shì)達(dá)達(dá)到到一一個(gè)個(gè)相相對(duì)穩(wěn)態(tài)值。對(duì)穩(wěn)態(tài)值。溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小得多，一般為溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小得多，一般為1010-5-5V V。導(dǎo)導(dǎo)體體A A、B B所所組組成成回回路路的的總總溫溫差差電電勢(shì)勢(shì)是是兩兩個(gè)個(gè)導(dǎo)導(dǎo)體體溫溫差差電電勢(shì)勢(shì)之之差差，即即:單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)a)a)電子擴(kuò)散示意圖電子擴(kuò)散示意圖 b)b)等價(jià)電路等價(jià)電路13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 12熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)：熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)：因因此此，總總電電勢(shì)勢(shì)為為兩兩個(gè)個(gè)接點(diǎn)電勢(shì)之差。接點(diǎn)電勢(shì)之差。熱電偶電動(dòng)勢(shì)的組成熱電偶電動(dòng)勢(shì)的組成13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 13當(dāng)當(dāng)熱熱電電偶偶的的兩兩個(gè)個(gè)電電極極材材料料不不同同，且且兩兩個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)的的溫溫度度不同時(shí)不同時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，它是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)：，才會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，它是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)：E EABAB(T T,T T0 0)=)=f f(T T)f f(T T0 0)當(dāng)自由端溫度為常數(shù)，即當(dāng)自由端溫度為常數(shù)，即 f f(T(T0 0)=)=C C ，有，有E EABAB(T T,T T0 0)=f f(T T)C=C=(T T)依依此此建建立立標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的的熱熱電電偶偶分分度度表表。該該表表是是將將自自由由端端溫溫度度保保持持為為00，通通過過實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)建建立立起起來來的的熱熱電電勢(shì)勢(shì)與與溫溫度度之之間的數(shù)值關(guān)系。間的數(shù)值關(guān)系。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 142 2 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律(1)(1)中間溫度定律中間溫度定律 E EABAB(T T,T T0 0)=)=E EABAB(T T,T Tn n)E EABAB(T Tn n ,T T0 0)當(dāng)當(dāng)在在冷冷端端溫溫度度為為某某恒恒定定值值時(shí)時(shí)，可可以以利利用用熱熱電電偶偶分分度度表表確確定定工工作作端端的溫度值。的溫度值。例例 用用鎳鎳鉻鉻-鎳鎳硅硅熱熱電電偶偶測(cè)測(cè)量量爐爐溫溫，當(dāng)當(dāng)冷冷端端溫溫度度為為30 30，測(cè)測(cè)得得熱電勢(shì)熱電勢(shì)E E(T T,30)=39.17mV,30)=39.17mV，求實(shí)際爐溫。求實(shí)際爐溫。由分度表，由分度表，E E(30,0)=1.2mV(30,0)=1.2mV，于是，有：于是，有：E E(T T,0)=,0)=E E(T T,30)+,30)+E E(30,0)=39.17+1.2=40.37(mV)(30,0)=39.17+1.2=40.37(mV)由分度表得爐溫由分度表得爐溫 T T=946=946。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 15(2)(2)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中，通常要介入導(dǎo)線和儀表。在熱電偶回路中，通常要介入導(dǎo)線和儀表。只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，對(duì)回路的總熱電勢(shì)就沒有影只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，對(duì)回路的總熱電勢(shì)就沒有影響響，如圖，有：，如圖，有：E EABCABC(T T,T T0 0)=)=E EABAB(T T,T T0 0)E EABAB(T T,T T0 0)=)=E EAB AB(T T,T T0 0)熱電偶接入中間導(dǎo)體的回路a)中間導(dǎo)體定律第三導(dǎo)體接入方法一 b)中間導(dǎo)體定律第三導(dǎo)體接入方法二13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 16(3)(3)標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律 若若電電極極A A，B B與與電電極極C C組組成成的的熱熱電電偶偶的的電電勢(shì)勢(shì)分分別別為為 E EACAC(T T,T T0 0)和和E EBCBC(T T,T T0 0)，在在相相同同結(jié)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)溫溫度度下下，由由A A、B B電電極極組組成成的的熱熱電電偶偶的的熱熱電勢(shì)電勢(shì)E EABAB(T T,T T0 0)=)=E EACAC(T T)E EBCBC(T T0 0)把把電電極極C C作作為為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電電極極，通通常常選選用用純純鉑鉑絲絲。因因?yàn)闉樗牡奈镂锢砝砘瘜W(xué)學(xué)性性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提鈍。能穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提鈍。例例 鉑鉑銠銠3030-鉑鉑熱熱電電偶偶的的E E(1084.5,(1084.5,0)=0)=13.976 13.976 mV,mV,鉑鉑銠銠6 6-鉑鉑的的E E(1084.5,0)=8.354mV(1084.5,0)=8.354mV。于是，對(duì)于鉑銠于是，對(duì)于鉑銠3030-鉑銠鉑銠6 6，有，有:E E(1084.5,0)=13.976(1084.5,0)=13.9768.354=5.613mV8.354=5.613mV13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 173 3 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化熱熱電電偶偶批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)，性性能能優(yōu)優(yōu)良良、穩(wěn)穩(wěn)定定，同同一一型型號(hào)具有互換性，具有統(tǒng)一的分度。號(hào)具有互換性，具有統(tǒng)一的分度。鉑鉑銠銠1010 -鉑鉑 性性能能穩(wěn)穩(wěn)定定，準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度高高，可可用用于于基基準(zhǔn)準(zhǔn)熱熱電電偶偶。熱熱電電勢(shì)勢(shì)較較低低，價(jià)價(jià)格格貴貴，不不能能用用于于金金屬屬蒸蒸氣氣和和還原性氣體中。還原性氣體中。鉑鉑銠銠3030-鉑鉑銠銠6 6 穩(wěn)穩(wěn)定定性性和和機(jī)機(jī)械械強(qiáng)強(qiáng)度度高高于于鉑鉑銠銠1010-鉑鉑，測(cè)測(cè)量量溫溫度度可可達(dá)達(dá)18001800，室室溫溫下下的的熱熱電電勢(shì)勢(shì)較較低低。可可作作標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)熱熱電電偶偶，一一般般不不需需要要補(bǔ)補(bǔ)償償和和修修正正。由由于于熱熱電電勢(shì)勢(shì)較低，需要高靈敏度和高精度儀表。較低，需要高靈敏度和高精度儀表。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 18 鎳鎳鉻鉻-鎳鎳硅硅或或鎳鎳鉻鉻-鎳鎳鋁鋁 熱熱電電勢(shì)勢(shì)較較高高，熱熱電電特特性性的的線線性性較較好好，化化學(xué)學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定定性性良良好好，抗抗氧氧化化性性和和抗抗腐腐蝕蝕性性較較強(qiáng)強(qiáng)。穩(wěn)穩(wěn)定定性稍差，測(cè)量精度不高。性稍差，測(cè)量精度不高。鎳鎳鉻鉻-考考銅銅(Ni43.5,(Ni43.5,Cu56.5)Cu56.5)熱熱電電勢(shì)勢(shì)較較高高，電電阻阻率率小小，適適于于還還原原性性和和中中性性氣氣氛氛下下測(cè)測(cè)量量，價(jià)價(jià)格格便便宜宜 ，測(cè)測(cè)量量上上限限較較低。低。鎳鎳鉻鉻-康康銅銅(Ni45,(Ni45,Cu55)Cu55)熱熱電電勢(shì)勢(shì)較較高高，價(jià)價(jià)格格低低。高高溫溫下下易氧化，適于低溫和超低溫測(cè)量。易氧化，適于低溫和超低溫測(cè)量。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 194 4 熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償熱電偶冷端溫度不變時(shí)，輸出才是溫度的單值函數(shù)。熱電偶冷端溫度不變時(shí)，輸出才是溫度的單值函數(shù)。（1 1）參考端溫度恒定法）參考端溫度恒定法參考端參考端形形 成成用用 途途冰點(diǎn)式參考冰點(diǎn)式參考端端常用的冰點(diǎn)瓶是在保溫瓶?jī)?nèi)盛滿冰水混常用的冰點(diǎn)瓶是在保溫瓶?jī)?nèi)盛滿冰水混混物混物用于校正標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等高用于校正標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等高精度溫度測(cè)量精度溫度測(cè)量電子式參考電子式參考端端利用半導(dǎo)體制冷的原理，冷卻密封的水利用半導(dǎo)體制冷的原理，冷卻密封的水槽，從而把參考端溫度保持在槽，從而把參考端溫度保持在00。體積小，操作簡(jiǎn)單體積小，操作簡(jiǎn)單恒溫槽式參恒溫槽式參考端考端利用溫度調(diào)節(jié)器將參考端溫度保持恒定。利用溫度調(diào)節(jié)器將參考端溫度保持恒定。如果它的溫度不是如果它的溫度不是00，要用其它溫，要用其它溫度計(jì)測(cè)出其溫度并進(jìn)行修正度計(jì)測(cè)出其溫度并進(jìn)行修正用于熱電溫度計(jì)的溫度測(cè)用于熱電溫度計(jì)的溫度測(cè)量量室溫式參考室溫式參考端端無參考端溫度恒定裝置，或?qū)⒖级酥脽o參考端溫度恒定裝置，或?qū)⒖级酥糜谟椭校糜偷亩栊允箙⒖级藴囟扔谟椭?，利用油的惰性使參考端溫度保持一致及接近室溫保持一致及接近室溫用于精度不太高的溫度測(cè)用于精度不太高的溫度測(cè)量量參考端的形式和用途參考端的形式和用途13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 20冰點(diǎn)式參考端工作示意圖冰點(diǎn)式參考端工作示意圖13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 21（2 2）冷端補(bǔ)償法）冷端補(bǔ)償法采用兩種導(dǎo)線組成的補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端引至溫度穩(wěn)定之處。采用兩種導(dǎo)線組成的補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端引至溫度穩(wěn)定之處。不同的熱電偶要配接不同的補(bǔ)償導(dǎo)線不同的熱電偶要配接不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 22(3)(3)電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 熱電偶冷端與電橋置于同一環(huán)境中，電阻熱電偶冷端與電橋置于同一環(huán)境中，電阻RHRH是由溫度系數(shù)較大是由溫度系數(shù)較大的鎳絲制成，而其余電阻則由溫度系數(shù)很小的錳絲制成。的鎳絲制成，而其余電阻則由溫度系數(shù)很小的錳絲制成。補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 2313.2.2 13.2.2 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)1 1 常用的熱電阻溫度計(jì)常用的熱電阻溫度計(jì)(1)(1)鉑熱電阻鉑熱電阻物物理理、化化學(xué)學(xué)性性能能非非常常穩(wěn)穩(wěn)定定，溫溫度度范范圍圍可可達(dá)達(dá)1200 1200，目目前前廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用。用。熱電阻的熱電阻的電阻比電阻比是表征性能重要指標(biāo)，通常用是表征性能重要指標(biāo)，通常用W W(100)(100)表示：表示：W W(100)(100)的值越高，鉑絲的純度越高。的值越高，鉑絲的純度越高。100100時(shí)的電阻值時(shí)的電阻值00時(shí)的電阻值時(shí)的電阻值把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電阻值變化。把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電阻值變化。工業(yè)上被廣泛地用于低溫及工業(yè)上被廣泛地用于低溫及中溫（中溫（-200-200500500）范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。）范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 24當(dāng)當(dāng) t t=20020000時(shí)，時(shí)，在在00以上，鉑絲的電阻值與溫度之間具有較好的線性。以上，鉑絲的電阻值與溫度之間具有較好的線性。當(dāng)當(dāng) t t=0=0650.755650.755時(shí)，時(shí)，13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 25(2)(2)銅熱電阻銅熱電阻 價(jià)格便宜，易于提純，復(fù)制性較好價(jià)格便宜，易于提純，復(fù)制性較好;電阻溫度系數(shù)為電阻溫度系數(shù)為 (4.25(4.254.28)104.28)10-3-3/，靈敏度較高，靈敏度較高;線性較好，阻值與溫度的關(guān)系為線性較好，阻值與溫度的關(guān)系為缺點(diǎn)是電阻率較低，易氧化，測(cè)溫范圍小（缺點(diǎn)是電阻率較低，易氧化，測(cè)溫范圍?。?0 50 150150）。）。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 2613.2.3 13.2.3 熱敏電阻和集成溫度傳感器熱敏電阻和集成溫度傳感器 正正溫溫度度系系數(shù)數(shù)(PTC)(PTC):溫溫度度超超過過某某值值時(shí)時(shí)，電電阻阻值值朝朝正正方方向向變變化化。用于電氣設(shè)備的過熱保護(hù)，定溫控制等。用于電氣設(shè)備的過熱保護(hù)，定溫控制等。負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)(NTC):(NTC):用于自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償。用于自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償。臨臨界界溫溫度度系系數(shù)數(shù)(CTC):(CTC):電電阻阻在在某某個(gè)個(gè)溫溫度度值值急急劇劇變變化化。用用于于溫溫度度開開關(guān)。關(guān)。與與金金屬屬熱熱電電阻阻相相比比，靈靈敏敏度度高高、體體積積小小、熱熱慣慣性性小小、響響應(yīng)應(yīng)快快；線性、互換性和穩(wěn)定性較差。適用于線性、互換性和穩(wěn)定性較差。適用于 100100300300。1 1 熱敏電阻熱敏電阻利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件。元件。（1 1）熱敏電阻分類）熱敏電阻分類13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 27(2)NTC(2)NTC熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性參考溫度，參考溫度，K KT T0 0 時(shí)的電阻時(shí)的電阻材料常數(shù)材料常數(shù)熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度較高。熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度較高。熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 282 2集成溫度傳感器集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一芯片集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一芯片上的傳感器，它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，上的傳感器，它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于一般用于-50-50+150+150之間測(cè)量之間測(cè)量 。與傳統(tǒng)的熱敏電阻、熱電阻、雙金屬片等其他溫度傳感器相比，與傳統(tǒng)的熱敏電阻、熱電阻、雙金屬片等其他溫度傳感器相比，具有具有測(cè)溫精度高測(cè)溫精度高、復(fù)現(xiàn)性好、線性優(yōu)良、體積小、熱容量小、復(fù)現(xiàn)性好、線性優(yōu)良、體積小、熱容量小、穩(wěn)定性好、輸出電信號(hào)大、成本低、使用方便穩(wěn)定性好、輸出電信號(hào)大、成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此廣等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于溫度檢測(cè)、控制和許多溫度補(bǔ)償電路中。泛應(yīng)用于溫度檢測(cè)、控制和許多溫度補(bǔ)償電路中。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 29集成溫度傳感器采用一對(duì)非常匹配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件，集成溫度傳感器采用一對(duì)非常匹配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件，使其直接給出正比于絕對(duì)溫度的嚴(yán)格的線性輸出。其中使其直接給出正比于絕對(duì)溫度的嚴(yán)格的線性輸出。其中BG1BG1和和BG2BG2是結(jié)構(gòu)和性能完全相同的晶體管，都處于正向工作狀態(tài)是結(jié)構(gòu)和性能完全相同的晶體管，都處于正向工作狀態(tài) 。集成溫度傳感器的電路圖集成溫度傳感器的電路圖k k系數(shù)，系數(shù)，q q為電荷數(shù)；為電荷數(shù)；Ies1Ies1、Ies2Ies2 BG1 BG1和和 BG2BG2管的發(fā)射極反向飽和電管的發(fā)射極反向飽和電流；流；I I1 1和和I I2 2集電極電流。集電極電流。13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 30（1 1）電流型集成溫度傳感器電流型集成溫度傳感器電路是在差分對(duì)管電路的基礎(chǔ)上，用兩只電路是在差分對(duì)管電路的基礎(chǔ)上，用兩只PNPPNP管分別與管分別與BG1BG1和和BG2BG2串聯(lián)組成所謂的電流鏡，兩只串聯(lián)組成所謂的電流鏡，兩只PNPPNP管管BG3BG3、BG4BG4具有完全具有完全相同的結(jié)構(gòu)和性能，且發(fā)射極偏壓相同，相同的結(jié)構(gòu)和性能，且發(fā)射極偏壓相同，BG3BG3與與BG4BG4組成恒流組成恒流源，且兩者集電極電流相同源，且兩者集電極電流相同 。電流型集成溫度傳感器電路電流型集成溫度傳感器電路13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 31美國(guó)美國(guó)ADAD公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的AD590AD590、我國(guó)生產(chǎn)的、我國(guó)生產(chǎn)的SD590SD590都是典型的電流型都是典型的電流型集成溫度傳感器。集成溫度傳感器。AD590AD590的電流的電流-溫度特性曲線如圖所示。溫度特性曲線如圖所示。AD590AD590的電流的電流-溫度特性曲線溫度特性曲線 13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 322 2電壓型集成溫度傳感器電壓型集成溫度傳感器電壓型集成溫度傳感器是指輸出電壓與溫度成正比的溫度傳感器。電壓型集成溫度傳感器是指輸出電壓與溫度成正比的溫度傳感器。BG3BG3、BG4BG4、BG5BG5是結(jié)構(gòu)和性能完全相同的是結(jié)構(gòu)和性能完全相同的PNPPNP晶體管，發(fā)射極偏壓又相晶體管，發(fā)射極偏壓又相同，同，BG3BG3與與BG4BG4組成恒流源，且兩者集電極電流相同（稱為電流鏡），組成恒流源，且兩者集電極電流相同（稱為電流鏡），與電流型集成溫度傳感器相同。與電流型集成溫度傳感器相同。電壓型集成溫度傳感器的電路圖電壓型集成溫度傳感器的電路圖溫度系數(shù)為：溫度系數(shù)為：13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 3313.2.4 13.2.4 機(jī)械溫度傳感器機(jī)械溫度傳感器雙金屬溫度計(jì)屬于機(jī)械溫度傳感器，由兩種線膨脹系數(shù)不同的雙金屬溫度計(jì)屬于機(jī)械溫度傳感器，由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的，一種固體膨脹式溫度計(jì)。金屬薄片焊接在一起制成的，一種固體膨脹式溫度計(jì)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，又可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化，不僅用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，又可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化，不僅用于測(cè)量溫度，而且還用于溫度控制裝置于測(cè)量溫度，而且還用于溫度控制裝置(尤其是開關(guān)的尤其是開關(guān)的“通通-斷斷”控制控制)，其使用范圍相當(dāng)廣泛。，其使用范圍相當(dāng)廣泛。雙金屬溫度計(jì)的工作原理雙金屬溫度計(jì)的工作原理 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)13.213.2接觸式測(cè)溫傳感器接觸式測(cè)溫傳感器Page 3413.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫13.3.1 13.3.1 熱輻射原理熱輻射原理 熱輻射理論是輻射式測(cè)溫儀表的理論依據(jù)。任何受熱物體熱輻射理論是輻射式測(cè)溫儀表的理論依據(jù)。任何受熱物體都有一部分熱能轉(zhuǎn)化為都有一部分熱能轉(zhuǎn)化為輻射能輻射能，并以電磁波的形式向外輻射。，并以電磁波的形式向外輻射。不同的物體是由不同的原子組成的，因此能發(fā)出不同波長(zhǎng)的波，不同的物體是由不同的原子組成的，因此能發(fā)出不同波長(zhǎng)的波，其輻射波長(zhǎng)的范圍可以從其輻射波長(zhǎng)的范圍可以從射線一直到無線電波，其中能被其射線一直到無線電波，其中能被其它物體吸收并重新轉(zhuǎn)化為熱能的波長(zhǎng)范圍有它物體吸收并重新轉(zhuǎn)化為熱能的波長(zhǎng)范圍有0 04 40 077m77m的的可見光和可見光和0 0777740 m40 m的紅外線，這部分射線稱為熱射線，的紅外線，這部分射線稱為熱射線，所傳遞過程稱為熱輻射。物體所發(fā)射所傳遞過程稱為熱輻射。物體所發(fā)射輻射能的多少與物體溫度輻射能的多少與物體溫度有一定的關(guān)系有一定的關(guān)系，所以熱輻射現(xiàn)象可以用來測(cè)溫。，所以熱輻射現(xiàn)象可以用來測(cè)溫。13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 35輻射式測(cè)溫計(jì)的類型及性能輻射式測(cè)溫計(jì)的類型及性能輻射式測(cè)溫輻射式測(cè)溫計(jì)類型計(jì)類型測(cè)溫原理測(cè)溫原理敏感元件敏感元件工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)/mm響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間/s/s測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍/C/C精確度精確度/%/%光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量單色輻測(cè)量單色輻射亮度射亮度人眼人眼0.60.60.70.7（0.60.66 6）取決于操作取決于操作者者80080032003200(0.5(0.51.5)1.5)光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)光電倍增光電倍增管管0.30.31.21.20.40.41.11.10.60.63.03.033（11）40040020002000(0.5(0.51.5)1.5)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)單測(cè)量?jī)蓚€(gè)單色輻射的色輻射的亮度比值亮度比值光電池光電池0.40.41.11.13340040020002000(1(11.5)1.5)全輻射高溫全輻射高溫計(jì)計(jì)測(cè)量全輻射測(cè)量全輻射能量能量熱電堆熱電堆0.40.41414（0 0）0.50.54 460060025002500(1.5(1.52)2)部分輻射部分輻射（紅外）（紅外）高溫計(jì)高溫計(jì)測(cè)量部分輻測(cè)量部分輻射能量射能量光電池光電池?zé)崦綦娮锜崦綦娮锜後岆娫獰後岆娫蚧U光硫化鉛光敏電阻敏電阻0.41.10.41.10.20.240404 42002000.60.63.03.011-50-50300030001113.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 3613.3.2 13.3.2 紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫光光柵柵盤盤由由兩兩片片扇扇形形光光柵柵板板組組成成，一一塊塊固固定定，一一塊塊可可動(dòng)動(dòng)?？煽蓜?dòng)動(dòng)板板受受光光柵柵調(diào)調(diào)制制電電路路控控制制，按按一一定定頻頻率率正正、反反向向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)開開(透透光光)、關(guān)關(guān)(不不透透光光)，使使入射線變?yōu)橐欢l率的能量。入射線變?yōu)橐欢l率的能量?？蓽y(cè)范圍可測(cè)范圍0600，時(shí)間常數(shù)為，時(shí)間常數(shù)為410ms。紅外測(cè)溫儀的工作原理13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 3713.3.2 13.3.2 紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫1 1紅外測(cè)溫儀（點(diǎn)溫儀）紅外測(cè)溫儀（點(diǎn)溫儀）圖圖 紅外測(cè)溫儀的工作原理紅外測(cè)溫儀的工作原理13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 38按測(cè)溫范圍可分為：高溫測(cè)溫儀按測(cè)溫范圍可分為：高溫測(cè)溫儀 (700(7003200)3200)中溫測(cè)溫儀（中溫測(cè)溫儀（100100700)700)低溫測(cè)溫儀（低溫測(cè)溫儀（100100以下以下。按成像特性可分為：望遠(yuǎn)型（測(cè)量遠(yuǎn)距離目標(biāo)的溫度）按成像特性可分為：望遠(yuǎn)型（測(cè)量遠(yuǎn)距離目標(biāo)的溫度）一般型（測(cè)量一般型（測(cè)量1 15m5m處目標(biāo)的溫度）處目標(biāo)的溫度）顯微型（用于測(cè)量微小物體的溫度）。顯微型（用于測(cè)量微小物體的溫度）。紅外測(cè)溫儀的一些主要技術(shù)參數(shù)有：測(cè)溫范圍、工作波段、測(cè)紅外測(cè)溫儀的一些主要技術(shù)參數(shù)有：測(cè)溫范圍、工作波段、測(cè)溫精確度、最小可分辨溫差、讀數(shù)重復(fù)一致性、響應(yīng)時(shí)間、焦溫精確度、最小可分辨溫差、讀數(shù)重復(fù)一致性、響應(yīng)時(shí)間、焦點(diǎn)處目標(biāo)尺寸、距離系數(shù)點(diǎn)處目標(biāo)尺寸、距離系數(shù)實(shí)際工作距離實(shí)際工作距離輻射率調(diào)整范圍等。輻射率調(diào)整范圍等。13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 392 2紅外熱像儀紅外熱像儀基基于于物物體體的的熱熱輻輻射射，把把被被測(cè)測(cè)溫溫度度的的空空間間分分布布顯顯示示為為等等溫溫曲曲線線的的圖像，即熱像。圖像，即熱像。紅外熱像儀的工作原理13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 40熱像儀的主要參數(shù)熱像儀的主要參數(shù)1 1）工作波段：工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測(cè)器的）工作波段：工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)域，一般是響應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)域，一般是3 35m5m或或8 812m12m。2 2）探測(cè)器類型：探測(cè)器類型是指使用的一種紅外器件。是采用單）探測(cè)器類型：探測(cè)器類型是指使用的一種紅外器件。是采用單元或多元（元數(shù)元或多元（元數(shù)8 8、1010、1616、2323、4848、5555、6060、120120、180180等）光電等）光電導(dǎo)或光伏紅外探測(cè)器，其采用的元素有硫化鉛（導(dǎo)或光伏紅外探測(cè)器，其采用的元素有硫化鉛（PbSPbS）、硒化鉛）、硒化鉛（PnSePnSe）、碲化銦（）、碲化銦（InSbInSb）、碲鎘汞（）、碲鎘汞（HgCdTeHgCdTe）、碲錫鉛）、碲錫鉛（PbSnTePbSnTe）、鍺摻雜（）、鍺摻雜（GeGe：X X）和硅摻雜（）和硅摻雜（SiSi：X X）等。）等。3 3）掃描制式：一般為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電視制式、）掃描制式：一般為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電視制式、PALPAL制式。制式。4 4）顯示方式：指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。）顯示方式：指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。5 5）溫度測(cè)定范圍：指測(cè)定溫度的最低限與最高限的溫度值的范圍。）溫度測(cè)定范圍：指測(cè)定溫度的最低限與最高限的溫度值的范圍。6 6）測(cè)溫準(zhǔn)確度。）測(cè)溫準(zhǔn)確度。7 7）最大工作時(shí)間：紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時(shí)間。）最大工作時(shí)間：紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時(shí)間。13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 4113.3.3 13.3.3 全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)被被測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象的的輻輻射射由由光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)聚聚焦焦到到多多對(duì)對(duì)串串聯(lián)聯(lián)熱熱電電偶偶組組成成的的熱熱電電堆堆。熱電堆的電勢(shì)與被測(cè)對(duì)象溫度的熱電堆的電勢(shì)與被測(cè)對(duì)象溫度的4 4次方成正比。次方成正比。全輻射高溫計(jì)的工作原理全輻射高溫計(jì)的工作原理13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 4213.3.4 13.3.4 光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)利用受熱物體的光學(xué)高溫計(jì)利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的隨溫度升高而增加的原理制成，由于它采用單一波長(zhǎng)進(jìn)行原理制成，由于它采用單一波長(zhǎng)進(jìn)行亮度比較亮度比較，也稱單色輻射，也稱單色輻射溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就是具有一定的亮度。物體溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就是具有一定的亮度。物體的亮度的亮度B B與其輻射強(qiáng)度與其輻射強(qiáng)度E E成正比成正比 。受熱物體的亮度反映物體的溫度。通常，先得到被測(cè)物體的受熱物體的亮度反映物體的溫度。通常，先得到被測(cè)物體的亮亮度溫度度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。隱絲式光學(xué)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖隱絲式光學(xué)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖a)a)原理圖原理圖 b)b)標(biāo)準(zhǔn)溫度燈標(biāo)準(zhǔn)溫度燈13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 43在被測(cè)對(duì)象的背景上有一根燈絲，如看到的是暗的背景上亮的在被測(cè)對(duì)象的背景上有一根燈絲，如看到的是暗的背景上亮的燈絲說明燈絲亮度高于被測(cè)物體，應(yīng)調(diào)整燈絲電流使其亮度降燈絲說明燈絲亮度高于被測(cè)物體，應(yīng)調(diào)整燈絲電流使其亮度降低，如背景亮而燈絲發(fā)黑，則燈絲亮度比對(duì)象低，應(yīng)調(diào)整增高低，如背景亮而燈絲發(fā)黑，則燈絲亮度比對(duì)象低，應(yīng)調(diào)整增高燈絲亮度，直到燈絲隱滅而看不清（即燈絲頂部與對(duì)象分不清）燈絲亮度，直到燈絲隱滅而看不清（即燈絲頂部與對(duì)象分不清），則說明二者亮度相等，即可讀取測(cè)量結(jié)果了。，則說明二者亮度相等，即可讀取測(cè)量結(jié)果了。圖圖 燈絲與物像亮度比較燈絲與物像亮度比較a)a)燈絲亮度偏低燈絲亮度偏低 b)b)燈絲亮度偏高燈絲亮度偏高 c)c)燈絲與物像亮度一致燈絲與物像亮度一致a)b)c)13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 4413.3.5 13.3.5 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)(color comparator pyrometer)(color comparator pyrometer)又稱比率高溫計(jì)或又稱比率高溫計(jì)或雙色高溫計(jì)，是測(cè)量物體雙色高溫計(jì)，是測(cè)量物體色溫度色溫度的高溫計(jì)。當(dāng)非黑體的兩個(gè)確的高溫計(jì)。當(dāng)非黑體的兩個(gè)確定波長(zhǎng)定波長(zhǎng)1 1和和2 2的光譜輻射度之比的光譜輻射度之比L L(1)/1)/L L(2)2)等于某一溫等于某一溫度下黑體的同樣兩個(gè)波長(zhǎng)的光譜輻射度之比時(shí)，則黑體的溫度度下黑體的同樣兩個(gè)波長(zhǎng)的光譜輻射度之比時(shí)，則黑體的溫度就稱為此非黑體的色溫度。就稱為此非黑體的色溫度。雙色比色高溫計(jì)原理圖雙色比色高溫計(jì)原理圖13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 45比色高溫計(jì)的測(cè)量范圍為比色高溫計(jì)的測(cè)量范圍為8008002 0002 000，測(cè)量精度可接近量程，測(cè)量精度可接近量程上限的上限的0.50.5。比色高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的色溫度值很接近真實(shí)溫度。在有煙比色高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的色溫度值很接近真實(shí)溫度。在有煙霧、灰塵或水蒸氣等環(huán)境中使用時(shí)，由于這些媒質(zhì)對(duì)霧、灰塵或水蒸氣等環(huán)境中使用時(shí)，由于這些媒質(zhì)對(duì)1 1及及2 2的光波吸收特性差別不大，所以由媒質(zhì)吸收所引起的誤差很小。的光波吸收特性差別不大，所以由媒質(zhì)吸收所引起的誤差很小。對(duì)于光譜發(fā)射率與波長(zhǎng)無關(guān)的物體（灰體）可直接測(cè)出其真實(shí)對(duì)于光譜發(fā)射率與波長(zhǎng)無關(guān)的物體（灰體）可直接測(cè)出其真實(shí)溫度。溫度。上述優(yōu)點(diǎn)都是其他類型的光測(cè)高溫計(jì)所沒有的。由于比色高溫上述優(yōu)點(diǎn)都是其他類型的光測(cè)高溫計(jì)所沒有的。由于比色高溫計(jì)使用方便，在冶金和其他工業(yè)中的應(yīng)用仍較廣泛。計(jì)使用方便，在冶金和其他工業(yè)中的應(yīng)用仍較廣泛。13.3 13.3 非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫Page 4613.4 13.4 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例13.4.1 13.4.1 機(jī)床溫升測(cè)量機(jī)床溫升測(cè)量 對(duì)機(jī)床箱體、床身等外表面的測(cè)溫點(diǎn)，可手持半導(dǎo)體對(duì)機(jī)床箱體、床身等外表面的測(cè)溫點(diǎn)，可手持半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行測(cè)量；也可以用熱電偶檢測(cè)，將熱電偶的熱端點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行測(cè)量；也可以用熱電偶檢測(cè)，將熱電偶的熱端用各種焊、粘或加壓方法固定到測(cè)溫點(diǎn)處，使其與表面等用各種焊、粘或加壓方法固定到測(cè)溫點(diǎn)處，使其與表面等溫部分緊密接觸。溫部分緊密接觸。對(duì)機(jī)床內(nèi)部的測(cè)溫點(diǎn)，可預(yù)先埋置熱電偶或其他熱敏對(duì)機(jī)床內(nèi)部的測(cè)溫點(diǎn)，可預(yù)先埋置熱電偶或其他熱敏元件進(jìn)行測(cè)量，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)盡量選在靜止部件上，并注意連元件進(jìn)行測(cè)量，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)盡量選在靜止部件上，并注意連線的保護(hù)和絕緣。對(duì)有些內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，如主軸軸承、摩擦離線的保護(hù)和絕緣。對(duì)有些內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，如主軸軸承、摩擦離合器等，還可以采用光纖輻射測(cè)溫技術(shù)，用光導(dǎo)纖維將熱合器等，還可以采用光纖輻射測(cè)溫技術(shù)，用光導(dǎo)纖維將熱輻射信號(hào)引出機(jī)外送人探測(cè)器中進(jìn)行測(cè)量。對(duì)回轉(zhuǎn)體溫度輻射信號(hào)引出機(jī)外送人探測(cè)器中進(jìn)行測(cè)量。對(duì)回轉(zhuǎn)體溫度的測(cè)量，則需要采用一些專門的方法將熱電勢(shì)從回轉(zhuǎn)體上的測(cè)量，則需要采用一些專門的方法將熱電勢(shì)從回轉(zhuǎn)體上引出，如可以采用遙測(cè)發(fā)射裝置、滑環(huán)與電刷裝置、旋轉(zhuǎn)引出，如可以采用遙測(cè)發(fā)射裝置、滑環(huán)與電刷裝置、旋轉(zhuǎn)變壓器等。變壓器等。13.4 13.4 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例Page 47測(cè)量從機(jī)床的冷態(tài)開始，采用空運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)量從機(jī)床的冷態(tài)開始，采用空運(yùn)轉(zhuǎn)方式升溫。測(cè)量的時(shí)間間隔通常為方式升溫。測(cè)量的時(shí)間間隔通常為1min1min至至lhlh，一般在測(cè)量開始時(shí)間隔短，一般在測(cè)量開始時(shí)間隔短些?？深A(yù)先估計(jì)被測(cè)機(jī)床的熱平衡時(shí)些?？深A(yù)先估計(jì)被測(cè)機(jī)床的熱平衡時(shí)間，并作為觀測(cè)時(shí)間，測(cè)量工作至無間，并作為觀測(cè)時(shí)間，測(cè)量工作至無顯著溫升時(shí)結(jié)束。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，可顯著溫升時(shí)結(jié)束。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，可以繪制出各測(cè)點(diǎn)的溫升一時(shí)間關(guān)系曲以繪制出各測(cè)點(diǎn)的溫升一時(shí)間關(guān)系曲線和機(jī)床熱平衡時(shí)的等溫曲線圖。圖線和機(jī)床熱平衡時(shí)的等溫曲線圖。圖14-2114-21為某車床在為某車床在600r/min600r/min的轉(zhuǎn)速下，的轉(zhuǎn)速下，運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)4h4h后各測(cè)點(diǎn)的溫升及根據(jù)插入法后各測(cè)點(diǎn)的溫升及根據(jù)插入法畫出的等溫曲線。從等溫曲線圖中可畫出的等溫曲線。從等溫曲線圖中可以清楚地看到，主軸的前軸承為主要以清楚地看到，主軸的前軸承為主要熱源，溫升達(dá)熱源，溫升達(dá)40.340.3；后軸承為次要；后軸承為次要熱源，溫升為熱源，溫升為25.6 25.6。某機(jī)床的溫升和等溫曲線某機(jī)床的溫升和等溫曲線13.4 13.4 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例Page 4813.4.2 13.4.2 切削溫度測(cè)量切削溫度測(cè)量1 1用熱電偶法測(cè)量切削溫度用熱電偶法測(cè)量切削溫度用熱電偶測(cè)量切削溫度是一種常用的方法，根據(jù)熱電偶電極的用熱電偶測(cè)量切削溫度是一種常用的方法，根據(jù)熱電偶電極的構(gòu)成方式，可分為人工熱電偶法、半人工熱電偶法和自然熱電構(gòu)成方式，可分為人工熱電偶法、半人工熱電偶法和自然熱電偶法。偶法。用自然熱電偶法測(cè)車削溫度用自然熱電偶法測(cè)車削溫度 13.4 13.4 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例Page 492 2用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量磨削溫度用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量磨削溫度 用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量磨削溫度用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量磨削溫度 用具有光子探測(cè)器的紅外測(cè)溫儀直接測(cè)量磨削火花的溫度。由用具有光子探測(cè)器的紅外測(cè)溫儀直接測(cè)量磨削火花的溫度。由于磨削火花溫度與磨削區(qū)的溫度之間存在著密切的聯(lián)系，兩者于磨削火花溫度與磨削區(qū)的溫度之間存在著密切的聯(lián)系，兩者隨磨削條件改變的變化規(guī)律也是一致的，因此，可以用火花溫隨磨削條件改變的變化規(guī)律也是一致的，因此，可以用火花溫度信號(hào)對(duì)磨削溫度進(jìn)行在線測(cè)量和對(duì)工件表面的磨削質(zhì)量進(jìn)行度信號(hào)對(duì)磨削溫度進(jìn)行在線測(cè)量和對(duì)工件表面的磨削質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)控。在線監(jiān)控。13.4 13.4 溫度測(cè)量實(shí)例溫度測(cè)量實(shí)例Page 5013.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量13.5.113.5.1濕度表示方法及傳感器分類濕度表示方法及傳感器分類1 1濕度表示方法濕度表示方法（1 1）絕對(duì)濕度（）絕對(duì)濕度（absolute humidityabsolute humidity）絕對(duì)濕度的定義是絕對(duì)濕度的定義是1m31m3的氣體所含有的以的氣體所含有的以g g作單位水蒸氣的作單位水蒸氣的質(zhì)量，即水蒸氣的密度，單位是質(zhì)量，即水蒸氣的密度，單位是g gm3m3。在一般的溫度條件下，。在一般的溫度條件下，氣體中水蒸氣的質(zhì)量與水蒸氣的壓強(qiáng)值十分接近，所以水蒸氣體中水蒸氣的質(zhì)量與水蒸氣的壓強(qiáng)值十分接近，所以水蒸氣的密度又可以規(guī)定為氣體中所含水蒸氣的壓強(qiáng)，又把它稱氣的密度又可以規(guī)定為氣體中所含水蒸氣的壓強(qiáng)，又把它稱為大氣的絕對(duì)濕度，用符號(hào)為大氣的絕對(duì)濕度，用符號(hào)D D表示，常用的單位是表示，常用的單位是PaPa。（2 2）飽和蒸氣壓（）飽和蒸氣壓（saturation saturation vapourvapour pressure pressure）飽和蒸氣壓是在一定的溫度和壓強(qiáng)條件之下空氣或其他氣飽和蒸氣壓是在一定的溫度和壓強(qiáng)條件之下空氣或其他氣體所能容納的水蒸氣的最大限度。它的單位與氣壓的單位相體所能容納的水蒸氣的最大限度。它的單位與氣壓的單位相同。當(dāng)水蒸氣的含量達(dá)到了飽和限度之后，再多的水蒸氣就同。當(dāng)水蒸氣的含量達(dá)到了飽和限度之后，再多的水蒸氣就會(huì)成為細(xì)小的水珠或冰結(jié)晶，形成云霧或霜雪。會(huì)成為細(xì)小的水珠或冰結(jié)晶，形成云霧或霜雪。13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 51（3 3）相對(duì)濕度）相對(duì)濕度（relative humidity(RH)relative humidity(RH)）相對(duì)濕度的定義是在某一溫度之下水蒸氣壓強(qiáng)與水蒸氣的飽和壓強(qiáng)的比相對(duì)濕度的定義是在某一溫度之下水蒸氣壓強(qiáng)與水蒸氣的飽和壓強(qiáng)的比值。也就是在某一溫度之下空氣中的水蒸氣的含量與該溫度之下絕對(duì)濕度的值。也就是在某一溫度之下空氣中的水蒸氣的含量與該溫度之下絕對(duì)濕度的比值。由此可見測(cè)量相對(duì)濕度不但要測(cè)量空氣中的水蒸氣含量，還要知道氣比值。由此可見測(cè)量相對(duì)濕度不但要測(cè)量空氣中的水蒸氣含量，還要知道氣體的溫度。使用相對(duì)濕度傳感器測(cè)得相對(duì)濕度之后，再由溫度傳感器測(cè)得溫體的溫度。使用相對(duì)濕度傳感器測(cè)得相對(duì)濕度之后，再由溫度傳感器測(cè)得溫度，根據(jù)曲線就可以推算出絕對(duì)濕度。相對(duì)濕度是一個(gè)無量綱的物理量，其度，根據(jù)曲線就可以推算出絕對(duì)濕度。相對(duì)濕度是一個(gè)無量綱的物理量，其數(shù)值通常以百分之比給出。數(shù)值通常以百分之比給出。HH相對(duì)濕度；相對(duì)濕度；DD氣體的絕對(duì)濕度（氣體的絕對(duì)濕度（PaPa）；）；DsDs當(dāng)時(shí)溫度下的飽和蒸氣壓（當(dāng)時(shí)溫度下的飽和蒸氣壓（PaPa）。）。13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 52相對(duì)濕度的重要性在于相對(duì)濕度的重要性在于固體的吸水能力與它直接有關(guān)固體的吸水能力與它直接有關(guān)。例如人對(duì)周圍環(huán)境中的物體的潮濕程度的感覺并不是例如人對(duì)周圍環(huán)境中的物體的潮濕程度的感覺并不是由絕對(duì)濕度所決定，而是由相對(duì)濕度所決定的。這就由絕對(duì)濕度所決定，而是由相對(duì)濕度所決定的。這就是天氣報(bào)告中只報(bào)告相對(duì)濕度的原因。某些特殊的材是天氣報(bào)告中只報(bào)告相對(duì)濕度的原因。某些特殊的材料的物理性質(zhì)，如長(zhǎng)度、電阻率、介電常數(shù)、熱導(dǎo)率料的物理性質(zhì)，如長(zhǎng)度、電阻率、介電常數(shù)、熱導(dǎo)率等隨含水量而改變，而這些固體物質(zhì)的含水量又與環(huán)等隨含水量而改變，而這些固體物質(zhì)的含水量又與環(huán)境氣體的相對(duì)濕度直接相關(guān)。很多實(shí)用的相對(duì)濕度傳境氣體的相對(duì)濕度直接相關(guān)。很多實(shí)用的相對(duì)濕度傳感器就是基于測(cè)量這些物理量隨相對(duì)濕度的變化而設(shè)感器就是基于測(cè)量這些物理量隨相對(duì)濕度的變化而設(shè)計(jì)的。計(jì)的。13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 53（4 4）露點(diǎn)（霜點(diǎn)）露點(diǎn)（霜點(diǎn)）（dew-point temperature（frostpoint）當(dāng)氣體中的絕對(duì)濕度固定時(shí)，當(dāng)氣體中的絕對(duì)濕度固定時(shí)，如果溫度下降到一定程度，過如果溫度下降到一定程度，過飽和的水蒸氣會(huì)向液相轉(zhuǎn)化而飽和的水蒸氣會(huì)向液相轉(zhuǎn)化而凝結(jié)為露珠，以液滴的形式析凝結(jié)為露珠，以液滴的形式析出，其相對(duì)濕度為出，其相對(duì)濕度為100%RH100%RH，這，這一溫度就是通常所說的一溫度就是通常所說的“露點(diǎn)露點(diǎn)”(dew-point)(dew-point)。當(dāng)氣體中的。當(dāng)氣體中的水蒸氣分壓很低的時(shí)候，水氣水蒸氣分壓很低的時(shí)候，水氣析出的這一特定溫度要低于冰析出的這一特定溫度要低于冰點(diǎn)，水蒸氣將會(huì)結(jié)霜，被稱為點(diǎn)，水蒸氣將會(huì)結(jié)霜，被稱為“霜點(diǎn)霜點(diǎn)”，一般兩者通稱為露，一般兩者通稱為露點(diǎn)。點(diǎn)。圖圖 溫度溫度相對(duì)濕度相對(duì)濕度露點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系露點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 542 2濕度傳感器的分類濕度傳感器的分類利用水分子附著特性制成的濕度傳感器稱為利用水分子附著特性制成的濕度傳感器稱為水分子親和力型傳水分子親和力型傳感器。感器。與水分子親和力無關(guān)的濕度傳感器稱為與水分子親和力無關(guān)的濕度傳感器稱為非水分子親和力傳感器非水分子親和力傳感器。在現(xiàn)代工業(yè)測(cè)量中使用的濕度傳感器大多為水分子型傳感器，在現(xiàn)代工業(yè)測(cè)量中使用的濕度傳感器大多為水分子型傳感器，它們將濕度的變化轉(zhuǎn)換成阻抗、電容的變化后輸出。它們將濕度的變化轉(zhuǎn)換成阻抗、電容的變化后輸出。13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 5513.5.213.5.2濕度傳感器的特性參數(shù)濕度傳感器的特性參數(shù)1.1.濕度量程濕度量程 濕度傳感器能夠比較精濕度傳感器能夠比較精確測(cè)量的環(huán)境相對(duì)濕度（或確測(cè)量的環(huán)境相對(duì)濕度（或絕對(duì)濕度）的最大范圍，稱絕對(duì)濕度）的最大范圍，稱為濕度敏感器件的為濕度敏感器件的濕度量程濕度量程。濕度傳感器都有其自身濕度傳感器都有其自身的感濕特征量，例如電阻、的感濕特征量，例如電阻、電容、擊穿電壓、溝道電阻電容、擊穿電壓、溝道電阻等。濕度敏感器件的感濕特等。濕度敏感器件的感濕特征量隨環(huán)境相對(duì)濕度（或絕征量隨環(huán)境相對(duì)濕度（或絕對(duì)濕度）的變化曲線，稱為對(duì)濕度）的變化曲線，稱為器件的感濕特征量器件的感濕特征量環(huán)境濕環(huán)境濕度特性曲線（簡(jiǎn)稱度特性曲線（簡(jiǎn)稱感濕特性感濕特性曲線曲線）。）。二氧化鈦一五氧化二釩濕度敏感器件的感濕特性曲線二氧化鈦一五氧化二釩濕度敏感器件的感濕特性曲線 13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 562 2靈敏度靈敏度 濕度敏感器件的靈敏度就其物理含義而言，應(yīng)當(dāng)反映相對(duì)于環(huán)境濕度的濕度敏感器件的靈敏度就其物理含義而言，應(yīng)當(dāng)反映相對(duì)于環(huán)境濕度的變化器件感濕特征量的變化程度，是器件的變化器件感濕特征量的變化程度，是器件的感濕特性曲線的斜率。感濕特性曲線的斜率。在器件感濕特性曲線是直線的情況下，用直線的斜率來表示濕度敏感器在器件感濕特性曲線是直線的情況下，用直線的斜率來表示濕度敏感器件的靈敏度是恰當(dāng)而可行的。然而，多數(shù)濕度敏感器件的感濕特性曲線是件的靈敏度是恰當(dāng)而可行的。然而，多數(shù)濕度敏感器件的感濕特性曲線是非線性的非線性的，在不同的相對(duì)濕度范圍內(nèi)曲線具有不同的斜率。因此，這就造，在不同的相對(duì)濕度范圍內(nèi)曲線具有不同的斜率。因此，這就造成用濕度敏感器件感濕特性曲線的斜率來表示器件靈敏度的困難。成用濕度敏感器件感濕特性曲線的斜率來表示器件靈敏度的困難。目前，雖然關(guān)于濕度傳感器靈敏度的表示方法尚未得得到統(tǒng)一，但較目前，雖然關(guān)于濕度傳感器靈敏度的表示方法尚未得得到統(tǒng)一，但較為普遍采用的方法是用器件在不同環(huán)境濕度下的為普遍采用的方法是用器件在不同環(huán)境濕度下的感濕特征量之比感濕特征量之比來表示器來表示器件靈敏度。例如，日本生產(chǎn)的件靈敏度。例如，日本生產(chǎn)的MgCr2O4MgCr2O4TiO2TiO2濕度敏感器件的靈敏度，用一濕度敏感器件的靈敏度，用一組器件電阻比組器件電阻比RlRl%R20%R20%、RlRl%R40%R40%、RlRl%R60%R60%、RlRl%R80%R80%、RlRl%R100%R100%表示，其中表示，其中RlRl%、R20%R20%、R40%R40%、R60%R60%、R80%R80%、R100%R100%分別為相對(duì)濕度分別為相對(duì)濕度在在 1 1、2020、4040、6060、8080及及 100100時(shí)器件的電阻值。時(shí)器件的電阻值。13.5 13.5 濕度測(cè)量濕度測(cè)量Page 573.3.濕度溫度系數(shù)濕度溫度系數(shù) 濕度敏感器件的濕度溫濕度敏感器件的濕度溫度系數(shù)是表示器件的感濕特度系數(shù)是表示器件的感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。在不同的環(huán)境溫特性參數(shù)。在不同的環(huán)境溫度下，器件的感濕特性曲線度下，器件的感濕特性曲線是不相同的。顯然