第9章 温度检测技术（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2023）

第9章 温度检测技术 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数。 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志。 温度与人们日常生活紧密相关。 第9章 温度检测技术 9.1 概述 9.2 接触式测温方法 9.3 辐射法测温 第9章 温度检测技术 9.1.1 温标 为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。 9.1.1 温标 经验温标 1 热力学温标 2 绝对气体温标 3 国际实用温标 4 1.经验温标 华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。 按照华氏温标，则水的冰点为32℉，沸点为212℉。 1.经验温标 摄氏温标 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。 2.热力学温标 热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度与水的三相点温度分为273.16份，每份为1 K (Kelvin) 。 3.绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律： 当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有： 4.国际实用温标 指导思想：尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，制作较容易，性能稳定，使用方便； 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS-90。 4.国际实用温标 ITS-90基本内容： 1、重申国际实用温标单位仍为K，1 K等于水的三相点时温度值的1/273.16； 2、把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为-273.15℃；国际摄氏温度和国际实用温度关系为： ITS-90基本内容： 3、把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器如下： ①0.65—5.0K，用3He和4He蒸汽温度计； ②3.0—24.5561K，用3He和4He定容气体温度计； ③13.803K—961.78℃，用铂电阻温度计； ④961.78℃以上，用光学或光电高温计； 4、新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。见表9-1所示： 4.国际实用温标 4.国际实用温标 表9-1 ITS-90温标17固定点温度 9.1.2 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 9.1.2 标定 标准值法 1 用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值，把被标定温度计(或传感器)依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出)，并根据国际温标规定的内插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定；被定后的温度计可作为标准温度计来测温度。 9.1.2 标定 标准表法 2 把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一级精度的温度计(传感器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被标定温度计的标定。 接触式与非接触式测温特点比较 测量条件 接触式：感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀 非接触式：知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上 测量范围 接触式： 1200℃以下、热容大、无腐蚀性，对象的连续在线测温 非接触式：从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大 接触式与非接触式测温特点比较 精 度 接触式：通常为1.0、0.5、0.2及0.1级 非接