测试技术课程大作业2

温度测试的实现
学院（系）：化工与环境生命学部专业：过程装备与控制工程学生姓名：张锦
学号：201142055
指导教师：魏炜
评阅教师：
完成日期：2014年5月27日
大连理工大学
Dalian University of Technology
温度测试的实现
学院：化工机械学院
班级：化机1102班
姓名：张锦（201142055）
摘要：温度测量方法分: 接触式测温和非接触式测温。

接触式测温包括：膨胀式温度测量、压力式温度测量、热电偶温度测量、热电阻温度测量；非接触式测温包括：辐射式测温、光谱测温、声波、微波测温。

分析对比了其各自的优缺点及其适用范围。

关键词：温度测量；接触式测温；非接触式测温；膨胀式温度测量；压力式温度测量；热电偶温度测量；热电阻温度测量；辐射式测温；光谱测温；声波、微波测温。

引言：
温度是表征物体冷热程度的物理量，是测量中最常见、最基本的参数之一。

工业生产过程中物体的任何物理和化学变化都与温度有关；在农业上，温度的监控能力直接影响对各种自然灾害的预报诊断能力；在仪器以及高新技术方面，温度影响仪器的测量精度，决定高新技术的研发和实施的安全性。

因此，对温度的测量就显得尤为重要。

1温度测量技术介绍
温度测量的分类可以通过其与被测量的物体是否接触分为接触式和非接触式。

接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高。

但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换并最终达到平衡，这时测量体的温度就是被测物体的温度。

接触式测量仪存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温度测量。

非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体辐射率、被测物体与测量仪表之间的距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。

2 接触式测量方法
2.1膨胀式温度测量
原理：利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量。

热胀冷缩式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等。

优点：结构简单, 价格低廉, 可直接读数,使用方便,非电量测量方式, 适用于防爆场合。

缺点：准确度比较低, 不易实现自动化, 而且容易损坏。

2.2压力式温度测量
是基于封闭容器中的液体、气体或某些液体的饱和蒸汽随着温度变化而使密闭系统的压力变化，压力值就反映了温度的数值。

2.3热电偶温度测量
热电偶温度传感器是基于“热电效应”原理工作的传感器。

具有测量范围宽(-271℃～
2800℃)、测温上限高；性能稳定、精度高、测量准确可靠；结构简单、动态响应好；输出信号为电信号，可以远传。

便于远距离、多点、集中检测和自动控制的特点。

热电偶的原理是两种不同材料的金属焊接在一起,当参考端和测量端有温差时, 就会产生热电势, 根据该热电势与温度的单值关系就可以测量温度。

热电偶具有结构简单, 响应快, 适宜远距离测量和自动控制的特点, 应用比较广泛。

热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。

是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。

将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。

若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B 之间就产生一热电势EAB(t，t0 ),这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。

EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。

在实际应用中，将A、B 的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。

显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。

2.4热电阻温度测量
热电阻测温：基于导体或半导体的电阻随温度变化的特性。

由导体或半导体制成的感温元件称为热电阻。

特点:信号可以远传、灵敏度高、无需参比温度。

金属热电阻稳定性高、互换性好、可以作为基准仪表。

缺点:需要电源激励、有自热现象，影响测量精度。

热电阻的测温原理
与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。

因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt0[1+α（t-t0）]
式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t.
式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。

金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。

3非接触式测量方法
3.1 辐射式测温方法
辐射式测温是一种非接触式温度测量，通过光的辐射来测量物体的温度。

物体在受热后有一部分的能量转变为辐射能，温度越高，则辐射到周围空间的能量就越多。

辐射能以波动的形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、X光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。

在温度测量中常用的是可见光和红外光。

辐射式测温度时感温元件与被测物质互不接触，不会破坏北侧的温度场，可实现遥测；测温元件可以和被测对象具有不同的温度，因此可以测量高温物体的温度。

辐射式温度测量仪表的温度范围极广，可达到-50~6000℃。

但是，这种方法的精度较低，应用技术较复杂。

辐射式测温的常用方法有亮度法、全辐射法、比色法和多色法等。

辐射测温仪表有全辐射高温计、光学高温计、光电高温计、比色高温计、红外探测器、红外测温仪、红外热像仪等。

3.2 光谱测温方法
光谱测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息，再对得到的数据处理而得到物体的温度和材料光谱发射率。

该方法不需辅助设备和附加信息，对被测对象亦无特殊要求，因而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发射率的同时测量.尽管其理论还不够完善，但在已有的应用实践中已表现出了极好的发展前景。

当单色光线照射透明物体时, 会发生光的散射现象, 散射光包括弹性散射和非弹性散射, 弹性散射中的瑞利散射和非弹性散射的拉曼散射的光强都与介质的温度有关。

3.3声波测温方法
声学测温是基于声波在气体介质中的传播速度是该气体组分和绝对温度的函数, 因此只要测得声速, 就可以推算出温度。

可以通过直接测量声波在被测介质中的传播速度, 也可以测量放在被测介质中细线的声波传播速度来得到温度。

这种方法可以用于测量高温气体或液体的温度, 在高温时会有更高的灵敏度。

3.4微波测温方法
微波衰减法可以用来测量火焰温度, 其原理是当入射微波通过火焰时, 与火焰中的等离子体相互作用,使出射的微波强度减弱, 通过测量入射微波的衰减程度可以确定火焰气体的温度。

4总结
传统的热电偶、热电阻测温方法以其技术成熟、结构简单、使用方便等特点, 在未来温度测量领域中,依然能够广泛使用。

但在很多情况下,对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量,比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲,要想得到准确可靠的结果并非易事,需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点,结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。

同时,还要不断探索新的温度测量方法,改进原有测量技术,以满足各种条件下的温度测量需求。

参考文献
1.王魁汉《温度测量技术的现状及展望》基础自动化,1997
2.倪震楚, 等《现代温度测量技术综述》消防理论研究. 2003
3.王毅、张早校《过程装备控制技术及应用》第二版2007.7
4.杨永军《温度测量技术现状和发展概述》计测技术2009。