1、試驗技術(shù)中心/計量中心測量設(shè)備使用及維護(hù)知識熱工儀表類測量設(shè)備前言 熱工儀表測試技術(shù)涉及到我公司生產(chǎn)和實驗各個過程環(huán)節(jié)當(dāng)中，如公司發(fā)動機臺架試驗和轎車生產(chǎn)、計量檢測及環(huán)境測試中大量運用了熱工儀表，幾乎遍及到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。通過這些儀表提供監(jiān)控的數(shù)據(jù)來保證安全文明生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量和檢驗產(chǎn)品的性能。本教材適用于試驗人員、生產(chǎn)技術(shù)工藝人員及對熱工測試技術(shù)感興趣的人員。 主要培訓(xùn)內(nèi)容溫濕度概念及溫濕度測量儀表壓力基礎(chǔ)知識及壓力類測量儀表流量的基礎(chǔ)知識及流量測量儀表 溫度的概念及測量儀表 第一部分 基礎(chǔ)知識溫度的定義:溫度是一個基本物理量,它反映的是物體的冷熱程度，也是一個描述物質(zhì)熱學(xué)性能的狀態(tài)參量,

2、它與人類的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)；而溫度的計量測試技術(shù)則涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研、醫(yī)療、衛(wèi)生、環(huán)保、氣象以及宇航等部門。溫度是描述系統(tǒng)不同自由度之間能量分布狀況的基本物理量。溫度是決定一系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì),一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。(對于非平衡態(tài)系統(tǒng),目前對溫度尚缺乏準(zhǔn)確的定義)從微觀角度，溫度是與大量分子的平均動能相聯(lián)系，它標(biāo)志著物體內(nèi)部無規(guī)則運動的劇烈程度。 溫標(biāo)的定義: 為了使溫度這個物理量的測量結(jié)果在表述上統(tǒng)一，需要給物體的冷熱程度以定量的標(biāo)尺。這個度量物體冷熱程度的標(biāo)尺稱溫度標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。溫標(biāo)是借助于某些物質(zhì)的物理量（如體積、壓

3、力、電阻、熱電勢等）隨溫度變化而變化的特性來定義溫度數(shù)值的?，F(xiàn)在人們熟悉的溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實用溫標(biāo)等。目前國內(nèi)外還在用的攝氏、華氏溫標(biāo)，實際上只是延用了過去的名稱，而在內(nèi)容上都已根據(jù)熱力學(xué)溫標(biāo)給予了新的概念。 華氏溫標(biāo)（oF ）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為oF 。 攝氏溫標(biāo)（）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度，符號為。 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對溫標(biāo)，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，記符號為K。 熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的主要區(qū)別： 兩者的主

4、要區(qū)別是在于計算溫度的起點不同。以絕對零度（0 K）為起點計算的溫度叫開爾文，用K表示，K沒有負(fù)值。而以冰點（即0）為起點計算的溫度叫攝氏度，用0以上用正值表示；在0以下用負(fù)值表示，最低值為: -273.15(0 K)。 冰點是指在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325 Pa）下，純凈的雪花狀的冰和含飽和水蒸氣的水之間的平衡溫度，其值為0，亦即273.15 K。溫度的測量：目前較為成熟的測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類:1、接觸式測溫儀表接觸式測溫儀表的感溫元件與被測溫介質(zhì)直接接觸，它包括：（1）膨脹式溫度計：它是利用液體、固體的體積隨著溫度變化的性質(zhì)來測溫的。（如玻璃液體溫度計、石油產(chǎn)品用玻璃液體

5、溫度計、雙金屬溫度計、體溫計等）（2）壓力式溫度計：它是利用液體、氣體或汽體的壓力隨溫度的變化性質(zhì)來測溫的。（3）熱電阻溫度計：它是利用導(dǎo)體、半導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化性質(zhì)來測溫的。（如鉑熱電阻、銅熱電阻等）（4）熱電偶溫度計：它是利用導(dǎo)體、半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)隨溫度的變化性質(zhì)來測溫的。（貴金屬熱電偶、工業(yè)用廉金屬熱電偶）2、非接觸式測溫儀表非接觸式測溫儀表的感溫元件與被測溫介質(zhì)是不直接接觸的，它包括：（1）全輻射高溫計：它是利用物體全輻射能量的大小隨溫度變化的性質(zhì)來測溫的。（2）光學(xué)高溫計：它是利用物體單色輻射強度的高低隨溫度變化的性質(zhì)來測溫的。第二部分 工業(yè)常用測溫儀表的測溫原理介紹1、玻璃液體

6、溫度計：一、什么叫平均體膨脹系數(shù)？什么叫視膨脹系數(shù)？當(dāng)溫度變化1時引起物體體積改變與它在0 時的體積之比，叫平均膨脹系數(shù)。用表示，即 ： =（Vt2-Vt1）/V0（t2-t1）式中： V0物體在0 時的體積； Vt1物體在t1時的體積； Vt2物體在t2時的體積。視膨脹系數(shù)是指感溫液體的體膨脹系數(shù) 與玻璃的體膨脹系數(shù)之差，有K表示，即：K= - 玻璃液體溫度計的測溫原理：根據(jù)物體的體積熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的，是感溫液體的體積隨溫度變化而發(fā)生變化與玻璃的（主要是感溫泡）體積隨溫度變化而發(fā)生變化之差實現(xiàn)對溫度的測量。實際上，溫度計的示值是反映了視膨脹系數(shù)的大小。 玻璃液體溫度計的結(jié)構(gòu)：主要由

7、感溫泡、感溫液體、毛細(xì)管、標(biāo)尺、中間泡和安全泡等組成。 感溫泡用于容納感溫液體并直接感受被測對象溫度；感溫液體體積隨感受溫度不同而發(fā)生變化，是主要的測溫物質(zhì)；毛細(xì)管主要用來容納體積膨脹了的感溫液體；標(biāo)尺是用于指示出溫度數(shù)值；中間泡的作用是貯存一部分感溫液體，從而提高測溫上限和縮短標(biāo)尺；為防止過分超溫使溫度計炸裂，故在溫度計頂部制有安全泡。使用玻璃液體溫度計應(yīng)注意哪些問題?1)不允許超過溫度計的測量上限;2)用于測較高溫度要事先預(yù)熱,測較低溫度要事先預(yù)冷,以防溫度計炸裂;3)要按規(guī)定浸沒方式使用;4)如發(fā)現(xiàn)液柱斷節(jié)應(yīng)修復(fù)并經(jīng)檢定后方可使用;5)插入被測介質(zhì)后須穩(wěn)定一段時間后方可讀數(shù);6)要按規(guī)定

8、周期送檢。 熱電偶的測溫原理：將兩根電子密度不同的導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路時，如果自由端和工作端的溫度不同，就會在回路中產(chǎn)生電流，這種物理現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，相應(yīng)的電動勢稱為熱電勢。 兩根電子密度不同的組合體稱為熱電偶，其中，各單根導(dǎo)體稱為熱電極，而兩個接合點分別稱為工作端（或稱熱端、測量端）和自由端（或稱為冷端、參比端）。 熱電偶之所以能測量溫度，就是因為熱電偶的熱電勢和冷端溫度之間有一定的函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式可用下述式表示：熱電偶原理示意圖：AItt0AB EAB（t，0）= EAB（t，t0）+ EAB（t0，0） 式中 EAB（t，t0）由A、B熱電極構(gòu)成的熱電偶，其熱端溫度為t和冷端溫度為t

9、0時產(chǎn)生的熱電勢； EAB（t，0）熱端溫度為t和冷端溫度為0時的熱電勢； EAB（t0，0）熱端溫度為t0和冷端溫度為0 時的熱電勢。 從以上各式中分析可知，如果t0= 0 或保持不變，則EAB（t0，0）為零或常數(shù)，熱電勢EAB（t，0）和EAB（t，t0）便成為熱端溫度t的函數(shù)。通常所用的熱電偶分度表都是在t0= 0 時分度的，表中電勢為EAB（t，0）。 工業(yè)上運用熱電偶測量溫度時，冷端溫度t0不為 0 ，所以測出的熱電勢就不能直接從熱電偶分度上查其對應(yīng)的溫度值。必須引用以上公式和查熱電偶分度表求出EAB（t0，0），然后計算出所測的溫度值來。 熱電偶產(chǎn)生的熱電勢只與熱電極所用的材料和

10、兩端接點的溫差有關(guān)，而與熱電極的直徑和長度及沿長度上的溫度分布狀態(tài)無關(guān)。 鎧裝熱電偶的構(gòu)造形式：由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合加工成的堅實組合體，其優(yōu)點是： （1）動態(tài)響應(yīng)快：因為小型結(jié)構(gòu)，體積小，熱慣性小，所以對被測溫度反應(yīng)快，時間數(shù)小。 （2）測量端熱容量小：由于鎧裝熱電偶外徑可制得很小，在熱容量較小的被測物體上，也能測量到較準(zhǔn)確的溫度； （3）強度高：鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)堅實緊密、機械強度高、耐強烈振動、耐壓、特別適用于惡劣工況； （4）撓性好：套管材料經(jīng)退火處理以后，有良好的撓性。在現(xiàn)場使用熱電偶應(yīng)注意哪些問題？應(yīng)使熱電偶的測量端位于有代表性的溫度區(qū)域。根據(jù)被測對象的狀態(tài)和環(huán)境氣氛選擇

11、合適的熱電偶和保護(hù)管。熱電偶的參考端應(yīng)低于100，以便與補償導(dǎo)線配用。熱電偶與補償導(dǎo)線應(yīng)避開強電場和強磁場，以免引入干擾。熱電偶的插入深度一般為保護(hù)管直徑的810倍，以便減小導(dǎo)熱誤差。熱電偶插入的空隙部位應(yīng)加入填料密封，防止空氣對流的影響。 3、熱電阻的測溫原理：幾乎所有的導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻都隨本身溫度的變化而變化，這種物理現(xiàn)象稱為“熱電阻效應(yīng)”。利用這一原理制成的溫度測量元件稱為熱電阻或熱敏電阻。其測溫系統(tǒng)由四部分組成：檢測部分、連接線路、供電電源和顯示儀表。 常用的熱電阻有鉑電阻溫度計（-200 650）、銅電阻溫度計（-50 150） 、鎳電阻溫度計（-60 180） 、熱敏電阻（-40

12、 150）怎樣正確使用熱電阻使用熱電阻應(yīng)注意以下幾個問題：采用三線制或四線制接法，以便消除引線電阻的影響。保證足夠的插入深度，一般為保護(hù)管直徑的810倍。防止過冷或過熱沖擊。測溫時，應(yīng)使熱電阻與被測介質(zhì)接觸良好，并達(dá)到熱平衡后再進(jìn)行測溫。不同分度號的熱電阻應(yīng)與相應(yīng)的顯示儀表配用。 濕度的定義:日常生活中所指的濕度為相對濕度，用RH%表示，即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。常見的濕度測量方法有動態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法）、靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法）、露點法、干濕球法和電子式傳感器法。干濕溫度計是測量空氣溫度和濕度的一對并列

13、安置的溫度表。干濕球溫度表是同時測定空氣溫度和濕度的一對規(guī)格相同，裝置在小百葉箱中的溫度表。一支用來測定氣溫，稱“干球溫度表”；另一支球部包扎一條紗布，紗布的下部浸到一個帶蓋的水杯內(nèi)。杯口距球部3cm，杯中盛蒸餾水（只允許用醫(yī)用蒸餾水），供濕潤濕球紗布用，稱“濕球溫度表”。濕度是根據(jù)熱力學(xué)原理由干球溫度表與濕球溫度表的溫度差值計算得出。壓力測量儀表壓力的概念：壓力是垂直作用于單位面積上的，而且均勻分布在此面積上的力。法定計量單位中壓力的單位是帕斯卡，簡稱帕，用符號Pa表示。它的物理意義是：一牛頓的力垂直作用于一平方米面積上所產(chǎn)生的壓力，即1 Pa=1N/1m2。何謂“大氣壓力”、“表壓力”、“

14、真空度”？ 大氣壓力：地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力。表壓力：絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力。真空度：當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負(fù)值，此負(fù)壓力值的絕對值，稱為真空度。壓力的測量：壓力傳感器、活塞式壓力計、液體壓力計、補償式微壓計、傾斜式微壓計、精密彈簧壓力表、工作彈簧壓力表等。 壓力傳感器測量方框圖：多數(shù)傳感器是把非電量的物理量轉(zhuǎn)換成電量輸出經(jīng)放大輸給顯示器、記錄設(shè)備或把信號進(jìn)行處理。基本測試線路：傳感器測量電路電源指示儀器記錄或顯示數(shù)據(jù)處理電參量傳感器測量方框圖P 將能感受壓力并轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號輸出的傳感器稱為壓力傳感器，其典型結(jié)構(gòu)包括感壓部分、傳輸

15、和轉(zhuǎn)換部分及激勵部分。感壓元件的功能是直接承受被測壓力的作用。轉(zhuǎn)換部分的功能是將被測壓力轉(zhuǎn)換成電信號。激勵部分的功能是供給傳感器電源。 對壓力傳感器大致要求：體積 小、重量輕、高頻響應(yīng)好、測量準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強、適應(yīng)較寬的溫度范圍。 常見的壓力傳感器:應(yīng)變式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、光導(dǎo)纖維壓力傳感器使用壓力傳感器應(yīng)注意的事項：1、根據(jù)被測對象選擇適當(dāng)量程的傳感器。2、使用環(huán)境溫度不易過高，傳感器在測量中會與溫度高的氣體接觸，超過傳感器容許的溫度，需采用隔熱裝置。3、防止振動，傳感器經(jīng)常用于動態(tài)測試，如外加振動傳到傳感器上，就會干擾被測信號，同時振動加速度會引起傳感器破壞。 單管彈簧式

16、壓力表的結(jié)構(gòu)及工作原理： 單管彈簧式壓力表由帶螺紋接頭的支持器、表殼、罩殼、表玻璃、襯圈、表盤、指針、彈簧管、拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、上下夾板、夾板緊固螺釘、游絲、示值調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成。 其工作原理：彈簧管在壓力作用下，其自由端產(chǎn)生位移，并借助于拉桿帶動放大傳動機構(gòu)（機芯），使指針在刻度盤上偏轉(zhuǎn)而指示出被測壓力力值。 選用彈簧壓力表時，如何考慮？ 為了避免降低測量準(zhǔn)確度，同時又能保持彈簧式壓力儀表的足夠使用壽命 ，在選擇彈簧壓力表進(jìn)行量值傳遞和測試時，必須對被測壓力的量值和壓力的特性（即壓力表是固定的還是可變的，變化的范圍是多少）進(jìn)行考慮，根據(jù)被測壓力的大小確定儀表量程。對于彈簧式壓力表，在測穩(wěn)定壓力時，最