溫度測量的方法有很多種,按照測量方式的不同可非為接觸式和非接觸式兩大類。下面來為大家一一進行講解。
一、接觸式測溫法
接觸式測溫法:將傳感器置于與物體相同的熱平衡狀態中,使傳感器與物體保持同一溫度的測溫法。例如利用介質受熱膨脹的原理的水銀溫度計、壓力式溫度計和雙金屬溫度計等。還有利用物體電氣參數隨溫度變化的特性來檢測溫度。例如熱電阻、熱敏電阻、電子式溫度傳感器和熱電偶等。
有關接觸式測溫法優缺點分析:接觸式測溫法操作簡單、可靠且測量精度高:但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換,需要一定的時間才能達到熱平衡,所以存在測溫的延遲現象,同時受耐高溫材料的限制,不能應用于很高的溫度測量。下面以熱點偶為例進行講解。
1.熱電偶測溫基本原理:
將兩種不同材料的導體(或半導體)A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體和的兩個接點T1和T2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
2.熱電偶的種類
熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。
3.熱電偶的結構形式
為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
4.優點:
熱電偶是實驗室最常用的溫度檢測元件之一,其優點:
a測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
b測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)
c構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。
以上以熱點偶在溫度測量中的應用為例為大家詳細講解了接觸式測溫法,下面再為大家詳細講述非接觸式測溫法。
二、非接觸式測溫法
非接觸式測溫法:通過熱輻射原理來測量溫度的。測溫元件不需與被測介質接觸。實現這種測溫方法可利用物體的表面熱輻射強度與溫度的關系來檢測溫度。有全輻射法、部分輻射法、單一波長輻射功率的亮度法及比較兩個波長輻射功率的比色法等。
非接觸式測溫法優缺點分析:非接觸式儀表測溫的測溫范圍廣,不受測溫上限的限制,也不會破壞被測物體的溫度場,反應速度一般也比較快;但受到物體的發射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響,其測量誤差較大。詞類型的測溫法以紅外線在測溫方面的應用為例進行講解。
1.紅外測溫原理
物體處于絕對零度以上時,因為其內部帶電粒子的運動,以不同波長的電磁波形式,向外輻射能量,波長涉及紫外、可見、紅外光區,但主要處于0.8-0.15μm的近、中、外紅外區。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
2.紅外測溫儀器結構
紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。除此之外,還應考慮目標和測溫儀所在的環境條件,如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。
3.紅外測溫儀器種類
紅外測溫儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標面積應充滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外面的背景影響。對于比色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,不充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋,對輻射能量有衰減時,都不對測量結果產生重大影響。對于細小而又處于運動或震動之中的目標,比色測溫儀是最佳選擇。這是由于光線直徑小,有柔性,可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量。
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通過以上對兩種測溫方法的講解,大家對兩種不同類型的測溫方法的一些優點和不足都有了深入的了解。在以后的溫度測量中,我們可以根據各自的優缺點進行選擇測量類型。
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