《現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)》PPT課件

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1、現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)電信學(xué)院先進(jìn)控制技術(shù)研究所第三章溫度檢測(cè)接觸式測(cè)溫2非接觸式測(cè)溫33測(cè)溫方法及溫標(biāo)31光纖溫度傳感器43.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)測(cè)溫原理溫度是國(guó)際單位制(SI)7個(gè)基本物理量之一溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。溫度的定量測(cè)量以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)，兩個(gè)受熱程度不同的物體相接觸后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的熱交換，達(dá)到共同的平衡態(tài)后具有相同的溫度。溫度測(cè)量原理就是選擇合適的物體作為溫度敏感元件，其某一物理性質(zhì)隨溫度而變化的特性為已知，通過(guò)溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可確定被測(cè)對(duì)象的溫度。3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)溫度測(cè)量方式分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類(lèi)。

2、采用接觸式測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換，二者需要良好的熱接觸，以獲得較高的測(cè)量精度。但是它往往會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的熱平衡，存在置入誤差。由于測(cè)量環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)溫度敏感元件的結(jié)構(gòu)和性能要求較高。采用非接觸式測(cè)溫方法，溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱交換，或者是溫度敏感元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能的大小報(bào)出校測(cè)對(duì)象的溫度。用這種方法測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可測(cè)量高溫、運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)溫度檢測(cè)方法的分類(lèi)3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)溫標(biāo)為了客觀地計(jì)量物體的溫度，必須建立一個(gè)衡量溫度的標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱(chēng)溫標(biāo)

3、。建立溫標(biāo)就是規(guī)定溫度的起點(diǎn)及其基本單位。早期建立的華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)都是根據(jù)物體體積的熱脹冷縮現(xiàn)象制定的，通常稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)規(guī)定，冰點(diǎn)為32℉，水沸點(diǎn)為212℉，兩者中間分180等份。攝氏溫標(biāo)規(guī)定，冰點(diǎn)為0℃，水沸點(diǎn)為100℃，兩者中間分100等份。3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)華氏溫標(biāo)tF和攝氏溫標(biāo)tC的換算關(guān)系？3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)根據(jù)卡諾循環(huán)原理建立的熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理想的、科學(xué)的溫標(biāo)，但在實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。世界上實(shí)際通用的溫標(biāo)是國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，由其來(lái)統(tǒng)一各國(guó)之間的溫度計(jì)量，這是一種協(xié)議溫標(biāo)。第一個(gè)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)自1927年開(kāi)始采用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)也在不斷地進(jìn)

4、行改進(jìn)和修訂，使之更符合熱力學(xué)溫標(biāo)，有更好的復(fù)現(xiàn)性和能夠更方便地使用。目前推行的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)定義為1990年國(guó)際溫標(biāo)ITS—90。3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)ITS—90國(guó)際溫標(biāo)中規(guī)定熱力學(xué)溫度用符號(hào)T90表示，單位為開(kāi)爾文，符號(hào)為K。開(kāi)爾文的大小為水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。同時(shí)使用的國(guó)際攝氏溫度的符號(hào)為t90，單位是攝氏度，符號(hào)為℃，每一個(gè)攝氏度和每一個(gè)開(kāi)爾文的量值相同。t90=T90-273.15ITS—90國(guó)際溫標(biāo)由三部分組成：定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器、內(nèi)插公式3.1測(cè)溫方法及溫標(biāo)溫標(biāo)的傳遞國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)系由各國(guó)計(jì)量部門(mén)按規(guī)定分別保持和傳遞，由定義固定點(diǎn)及一整套基準(zhǔn)儀表復(fù)現(xiàn)溫度標(biāo)準(zhǔn)

5、，再通過(guò)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀表逐級(jí)傳遞，各類(lèi)溫度計(jì)在使用前均要按傳遞系統(tǒng)的要求進(jìn)行檢定。一般實(shí)用工作溫度計(jì)的檢定裝置采用各種恒溫槽和管式電爐，用比較法進(jìn)行檢定。比較法是將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校溫度計(jì)同時(shí)放入檢定裝置內(nèi)，以標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)定的溫度為已知，將被校溫度計(jì)的測(cè)量值與其相比較，從而確定被校溫度計(jì)的精度。3.2接觸式測(cè)溫一、熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕际菧囟葴y(cè)量中應(yīng)用最普遍的測(cè)溫器件，它的特點(diǎn)是測(cè)溫范圍寬，性能穩(wěn)定，有足夠的測(cè)量精度，能夠滿(mǎn)足工業(yè)過(guò)程溫度測(cè)量的需要；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；輸出為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。3.2接觸式測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半

6、導(dǎo)體連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種電勢(shì)組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以它們的溫差電勢(shì)也不一樣。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因各自的電子密度不同而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)平衡后所形成的電勢(shì)，接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。3.2接觸式測(cè)溫?zé)犭娦?yīng)原理圖如圖所示，在這個(gè)閉合回路中，電子密度高的導(dǎo)體稱(chēng)正電極，電子密度低的導(dǎo)體稱(chēng)負(fù)電極，T端稱(chēng)測(cè)量端或熱端，T0端稱(chēng)參比端或冷端。測(cè)溫時(shí)，兩電極焊接在一起形成測(cè)量端，置于

7、被測(cè)溫度處。而參比端一般要保持恒定溫度，并與測(cè)量?jī)x表相接。由于接觸電勢(shì)遠(yuǎn)大于溫差電勢(shì)，在工程測(cè)量中，通常忽略溫差電勢(shì)?；芈房偀犭妱?shì)表示為EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)3.2接觸式測(cè)溫(1)熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路，兩端接點(diǎn)處的溫度不同。(2)熱電勢(shì)大小只與熱電極材料及兩端溫度有關(guān)，與熱偶絲的粗細(xì)和長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。(3)熱電極材料確定以后，熱電勢(shì)的大小只與溫度有關(guān)。3.2接