温度测量方法
温度是度量物体热平衡条件下冷热程度的物理量，它反映了物体内部微粒无规则运动的平均动能，是国际单位制中的7个基本物理量之一。由于在很多情况下，不能直接测量，故是种特殊量。自然界中，很多物质的物理属性以及众多的物理效应均与温度有关，因此人们利用他们随温度的变化规律来间接测量温度。
根据感温元件与被测介质接触与否，温度测量方法可分为：接触式和非接触式。接触式测温方法是通过传导、对流和辐射等传热方式感受被测介质的温度。此方法虽然简单、方便，但其间的热阻及感温元件的热惯性都会影响测温的迅速、准确。非接触式测温法的感温元件不与被测物体相接处，目前最常用的是辐射法，它直接利用被测对象的辐射能与温度的对应关系来测量其温度。与接触式测温方法相比，非接触式测温法具有如下优点：1、动态响应快。2、适合特殊场合。3、测温范围理论上无上限，其下线也随技术发展在向中低温扩展。由于非接触式测温法必须获得被测量对象的热辐射强度，因此存在以下缺点：1、受中间介质影响大。2、接收到的辐射能常常不能直接得出被测对象的实际温度，需要进行修正。
对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类：
接触式仪器又可分为：膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。
非接触式温度计又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也按统称为辐射温度计。
热电偶测温的应用原理
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2、热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶
我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3、热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
4、热电偶类型：
铂铑10-铂热电偶（S型）
铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铂90%，含铑10%，负极（SN）为纯铂。它的长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。S型热电偶在热电偶系列中准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长，它的物理、化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适于氧化和惰性气氛中。它的不足之处是热电势、热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度差，对污染很敏感，材料昂贵。
铂铑13-铂热电偶（R型）
铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铂为87%，含铑为13%，负极（RN）为纯铂，长期使用最高温度为1300℃，短期使用最高温度为1600℃，R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，国外英、美等国研究发现R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶好，R型热电偶不足之处与S型热电偶类似。
铂铑30-铂铑6热电偶（B型）
铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑量30%，负极（BN）也为铂铑合金，含铑量为6%，该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。
B型热电偶的准确度高，稳定性能好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高，它适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶的参考端一般不须用补偿导线进行补偿，这是因为在0～50℃范围内其热电势小于3μm。B型热电偶不足之处是热电势率更小，灵敏度更低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵等。
镍铬-镍硅热电偶（K）型
镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，正极（KP）的名义化学成分为：Ni∶Cr=90∶10，负极 (KN)的名义化学成分为：Ni∶Si=97∶3，其使用温度范围为-200～1300℃。
K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中，但是它不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。
镍铬硅-镍硅热电偶（N型）
镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，正极（NP）的名义化学成分：Ni∶Cr∶Si=84.4∶14.2∶1.4，负极（NN）的名义化学成分为：Ni∶Si∶Mg=95.5∶4.4∶0.1，其使用温度范围为-200～1300℃。
N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化
性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点，其综合性能优于K型热电偶，缺点是在高温下不能直接用于硫，还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。
镍铬-铜镍（康铜）热电偶（E型）
镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，是一种廉金属热电偶，其正极（EP）为镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名称化学成分为55%铜，45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素，该热电偶的使用温度为-200～900℃。
E型热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜于湿度较高的环境。E型热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中，缺点是不能直接在高温下用于硫或其他还原性气氛中，热电均匀性较差。
铁-铜镍（康铜）热电偶（J型）
铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又叫铁-康铜热电偶，是一种价格低廉的廉金属热电偶，它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）是铜镍合金，其名义化学成份为55%的铜和45%的镍以及少量但却十分重要的钴、铁、锰等元素，尽管它也叫康铜，但却不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN或TN来替换。铁-康铜热电偶覆盖测量温区为-210℃～1200℃，但常用的温度范围为0℃～750℃。
J型热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜，它可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，不能无保护直接在高温下用于硫化气氛中。
铜-铜镍（康铜）热电偶（T型）
铜-铜镍热电偶（T型热电偶），又叫铜-康铜热电偶，是一种最佳的测量低温的廉金属热电偶，正极（TP）是纯铜，负极（TN）是铜镍合金，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用。铜—康铜热电偶测量温区为-200～350℃。
T型热电偶具有线性度好，热电动势大，灵敏度高，稳定性和均匀性好，价格便宜等优点，特别是在-200～0℃温区使用，稳定性更好，年稳定性小于±3μv,在低温可作标准进行低温量值传递。缺点是正极铜在高温下抗氧化性能差，上限温度受到限制。
其他非标准分度热电偶
（1）钨铼系热电偶
钨铼热电偶是在20世纪60～70年代发展起来的难熔金属热电偶。钨铼系热电偶有WRe5- WRe20、W-WRe26、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26几种，美国ASTM E230-2002标准中已正式将钨铼5-钨铼26热电偶定为标准分度热电偶，分度号为C。我国目前可以提供商品化的WRe3-WRe25、WRe5 -WRe26热电偶。
与铂铑等贵金属热电偶相比，钨铼热电偶价格低廉，因此近几年来发展很快。为解决氧化气氛下的使用问题，抗氧化钨铼热电偶受到了普遍关注，主要是采用热电偶丝材料镀膜或采用高致密保护套管隔绝等技术，可以延长钨铼热电偶在氧化气氛下的使用时间，在一定程度上取代铂铑等贵金属热电偶，这将使将使钨铼热电偶得到更广泛的应用。
钨铼热电偶使用时要注意以下几点：
z 热电动势：在800℃以下，其微分电势随温度的升高而降低，但是在1500℃以上，其微分电势均比S型热电偶高；
z 使用温度：它的最高使用温度达2800℃，但是在高于2300℃时，一致性较差，一般使用在2000℃以下；
z 使用气氛：由于钨铼热电偶电极易发生氧化，因此适用于惰性或干燥空气中使用。
另外在含碳气氛中易生成稳定的碳化物，会降低其灵敏度并引起脆断，并且在有氢气存在的情况下，会加速碳化；
z 绝缘与保护套管：为避免高温下因化学反应引起热电动势变化，可采用Y2O3或BN 作
绝缘材料。保护管采用氧化钇（Y2O3）管、钨管、钼管、钽管或铌管等。
（2）铂铑系和铱铑系非标准分度热电偶
由于在航空航天或一些其他领域，需要测量的温度超过了B型热电偶的最高使用温度，而这些场合或需要长时间测量，或需要在氧化气氛下快速测量，提出了用PtRh40-PtRh20或铱铑热电偶进行测温。在铂铑系热电偶中，PtRh40-PtRh20热电偶稳定性最高，最高使用温度可达到1850℃。美国标准局(NBS)给出铱60铑-铱的极限使用温度为2100℃，铱50铑-
铱和铱40铑-铱热电偶的极限使用温度为2150℃，但由于铱在氧化气氛中容易被氧化蒸发，因此在空气中只能短期使用到极限温度。
热电阻测温的应用原理
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1、热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2、热电阻的特点：测量精度高；有较大的测量范围；易于使用在自动测量和远距离测量中。
3、热电阻材料的特点：高且稳定的温度系数和大的电阻率；良好的输出特性（近似线性）；使用范围内物理化学性能稳定；良好的工艺性。
4、热电阻的结构
（1）精通型热电阻从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节.
（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。
与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；
②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
5、热电阻测温系统的组成
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点：
①热电阻和显示仪表的分度号必须一致
②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。具体内容参见本篇第三章。（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。
与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；
②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，它
与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影
电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。
6、常用的热电阻：
铂热电阻（－200 ℃～850℃）：
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100) t3]
式中R0、Rt——温度为0及t℃时的铂电阻的电阻值；
A、B、C——常数值，其中：
A= 3.96847×10-3℃-1
B= 5.847×10-7℃-2
C= 4.22×10-12℃-4
优点：物理化学性质极稳定，良好的工艺性，精度高（做基准热电阻）
缺点：电阻温度系数小，价格昂贵，非线性误差大
铜热电阻（-50～150 ℃）
Rt=R0（1+α)
式中R0、Rt——温度为0及t℃时铜电阻的电阻值；
α——铜电阻的温度系数α=4.28899×10-3℃-1
我国工业用铂电阻分度号为Cu50、Cu100
优点：良好的输出特性，电阻温度系数高
缺点：电阻率低，测温范围窄
其他热电阻
镍：-50～100 ℃，非线性严重，材料提取困难，稳定性好。
铁：-50～150 ℃，易氧化，化学性能不好，线性，电阻率及灵敏度高。
红外辐射测温技术
1.原理
所有的物体都是由不断震动的原子构成，原子的能量越高，振动的频率越大。所有微粒的震动，包括这些原子，生成电磁波谱。物体的温度越高，微粒的震动就越快，因此光谱的辐射能量就越高。结果，所有物体都不停的以自身的波长频率向外辐射。一切高于绝对零度的物体都存在红外辐射现象，物体红外辐射能量的大小及其按波长的分布情况，都与物体的表面温度有关。通过对物体表面辐射能量的测定，并通过一定的信号转换，最终确定物体的表面温度，这就是红外辐射测温技术的基本原理。
2．特点
红外线测温仪可以测量所有目标物体释放的红外能量，具有响应快的特点。通常被用于测量移动和间歇性目标，真空状态下的目标，由于恶劣环境空间限制以及安全威胁无法由人接触的目标。尽管在有些情况下使用其它设备也可以完成，但成本相对较高。
3.辐射测温的基本方法
3.1红外测温（全辐射式测温）
由斯蒂芬-玻尔兹曼定律知全辐射出射度
(3.17)
式中：σ为黑体辐射常数，σ＝5.7×10-8Wm2K-4。
当绝对黑体与黑体的总辐射亮度相等时，绝对黑体的温度叫做非黑体的辐射温度。
实际上，真正的黑体是不存在的，对于实际情况，辐射力和光谱辐射力可分别表示为E=εEb （3.15）
Eλ=ελEλ（3.16）
(3.18)
由式（3.15）和(3.18)可知，只要测出全波长总辐射出度，则被测物体的温度就可以确定。测量的温度Tr与实际温度T之间的关系式为：
(3.19)
式中：ε——物体的发射率；
ελ——物体光谱发射率；
T——实际物体真实温度（K）；
Tr——黑体温度，即实际物体的辐射温度（K）；
ε（T）——所有波长的实际物体的总发射率。
不同的物体，其全辐射率差异很大。在已知条件下，根据式（3.18）可以通过测量实际物体的辐射温度计算出实际温度。
3.2亮度测温（单色辐射测温）
当实际物体（非黑体）在某一波段下的单色辐射出射度同绝对黑体在同一波长下的单色幅射度相等时，则该该黑体的温度称为实际物体的亮度温度，表达式为：
(3.20)
在常用的温度与波长范围内，式(3.18)可以用维恩公式表示为
(3.21)
由式(3.20)可知，知道波长为λ的光谱发射率和用高温计测得的亮度温度T1 后，就可以用式(3.20)求出实际物体的真实温度T。物体的光谱发射ελ，T 越小，亮度温度T 1与真实温度T 之间的差距越大。因为0<ελ，T≤1,则≥1 ，因此物体的亮度温度T1 ≤T 。
亮度测温法，灵敏度较高，它是目前应用较广泛的辐射测温方法，但是它要依赖ελ，T来修正T1 ，而往往ελ，T 的大小决定于材料的性质、表面形状、温度和光的波长，很难精确得到。ελ，T的准确度将影响系统得测量精度，所以亮度测温法还存在很多不足。
3.3比色测温（双色辐射测温）
比色式辐射温度计是根据物体在两个相邻波长下的辐射能量密度之比来确定物体温度的。单位面积物体在半球方向、单位时间的辐射通量由普朗克公式(3.12)给出。
在T<3000K，并且λ较小（λ 2μm）时，维恩近似成立：
) (3.22) 取波长λ1和λ2处辐射率的比值，可得
(3.23)
考虑两波长处的带宽相等，并将ε（λ1）简记ε1，可得
(3.24)
双波长测温方法就是假设ε1等于ε2，于是所测得的温度T S （比色温度）为：
(3.25)
物体真实温度与比色温度的误差为：
(3.26)
对一辐射体，测出在两波长处辐射能量的比值R(T)，再利用公式(3.14)确定其温度的方
法称为双波长测温法，所得温度为T S 。如果从其它途径获知的值，则可利用公式(3.25)得到物体的真实温度。
对于存金属表面，ε随波长的增加而减小，即对λ1 λ2时，有ε1＜ε2，此时T S T ，测温偏高。
对于金属氧化物及非金属材料，ε随波长的增加而升高，即λ1 λ2时，有ε1＜ε2，此时T S T ，测温偏低。
对于黑体或灰体，ε为常数，即ε1 ε2 ，此时TS T 。
这种测温精度高，抗干扰能力强，所以比色测温是辐射测温中提高测温精度的有效方法。
3.4多波长辐射测温
当采用超过两个波长来测量温度时，都称作多波长测温，目前有一些特殊场合已经开始尝试三波长方法，近年来也有很多学校核科研单位开始研究多波长的理论和方法，取得了一定成果，但仪器都处于实验室阶段。由于其实现较复杂，目前其实用化还有一定困难。
4. 辐射测温方法的比较
(1)全辐射温度、亮温度恒小于物体表面的真实温度。实际上，由于红外探测器的光谱响应，光学系统透射比，大气介质的吸收等因素的限制，所谓全辐射测温是不可能的。在亮温度测量中，也同样存在着光学系统效率低下的辐射能量损失。色温度测量和前两者不同，它的测量取决于辐射功率之比。因此，上述诸因素的影响甚微。
(2) 由上述分析还可知，对于发射率较小的物体，全辐射测温和亮温度测温相对误差都
较大。对于发射率较高的材料，三种测温法均适宜。
(3) 全辐射测温和亮温度测温都必须知道被测物体发射率的绝对值。而双波长辐射测温则只要知道两个波长处光谱发射率之比值。
(4) 为了减少色温度的相对误差，在所选两个特征波长λ1和λ2处材料之发射率宜接近。对于ε随λ变化缓慢的物体，双波长辐射测温误差也较小。特别是对于灰体，其发射率
为常数，则，当然，还存在其它误差来源。
光谱方法测温方法
非接触的光谱测温方法主要适用于高温火焰和气流温度的测量。它主要通过检测被测介质的激发光谱信号进行温度测量。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。相比而言,拉曼散射光谱测温技术的实用性更好，其主要应用之一就是测量高温气体的温度。
由于自发拉曼散射的信号微弱和非相干性,对于许多具有光亮背景和荧光干扰的实际体系,它的应用受到一定的限制。与自发拉曼光谱相比,受激拉曼散射能大幅度提高测量的信噪比,常用的方法是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)。它可使收集到的有效散射光信号强度比自发拉曼散射提高好几个数量级,同时还具有方向性强、抗噪声和荧光性能好、脉冲效率高和所需脉冲输入能量小等优点。适合于含有高浓度颗粒的两相流场非清洁火焰的温度诊断。但是,CARS 法的整套测量装置价格十分昂贵，其信号的处理相当复杂，限制了其使用。
受激荧光光谱法是指在入射光的激励下，分子发出的荧光光谱在若干个波长上有较强的尖峰，这些特征波长的强度是温度的函数。通过测量其特征波长下的绝对强度或者相对强度，或者荧光的驰豫时间，就可以确定被测介质的温度。
值得注意的是，这些光谱测量方法结合光纤技术，也可以制成接触式测温传感器。谱线反转法也称自蚀法或谱线隐现法，最常见的是钠D线反转法。它的基本原理是在目标火焰中均匀地加入微量钠盐,产生两条波长为5889.95 ? 和5895.92 ? 的黄色明亮谱线。当背景光源的自然光线照射并通过钠蒸气时,钠线相对于背景光源的连续光谱可能发暗或发亮，这取决于被测火焰的温度是低于或高于光源的亮度温度。如果钠线在背景的连续光谱中消失时,光源的亮温就等于火焰的温度。谱线反转法的装置简单,适用于火焰稳定、测量方向温度梯度不大的场合。由于背景光源亮度变化范围的限制,其测温范围在800℃到2600℃之间。
激光干涉测温方法
激光散斑照相法、纹影法和干涉法均是基于光的干涉原理，都适用与高温火焰和气流温度的测量。基于干涉原理的各种光学方法测量介质的温度场,均可以等效为首先测量介质的折射率分布。它们的测量原理是将流场中各处折射率的变化(即密度的变化)转变为各种光参量的变化,记录并处理后可以得到其温度和分布。
散斑照相法记录的是偏折位置差,反映的是折射率梯度的变化(即折射率的二阶导数)；纹影法记录的是偏折角度差,反映的是折射率的梯度(即折射率的一阶导数)；干涉仪法记录的是光波相位差,反映的是折射率本身；全息干涉法也是基于干涉仪法的原理,不过它不仅记录物波波前的振幅信息,同时还记录波前的相位信息，既有相位信息又有振幅信息,反映的是折射率本身和三维流场的立体信息。
声波、微波法测温方法
声学测温是基于声波在介质中的传播速度与介质温度有关这一基本原理实现的，因此只
要测得声速，就可以推算出温度。可以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的细线的声波传播速度。这种方法可以用于测量高温气体或液体的温度，选用合适的细线材料，也适用于测量腐蚀性介质的温度。声波法测温在高温时有更高的灵敏度。
微波衰减法可以用来测量火焰温度，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。
表面温度测量方法 表面热电偶在结构上坚固得多，并且不受因安装材料或方法所引起的应变的影响。它们具有设计简单的固有特点，从而使成本较低。所有热电偶表面传感器都具有能够在与表面热电阻传感器相比高出很多的温度下正常工作以及响应更加快速的特定。但是，热电偶传感器生成的电压信号较低，可能需要进行附加放大，这在电气噪声很高的环境中是一个缺点。 与表面热电偶传感器不同，表面热电阻传感器不需要参考点、冰浴或温度补偿电路。这些传感器具有非常低的热质量，因此可提供真实的表面温度测量值以及快到50ms的响应时间。铂传感器被公认为是一种精密温度测量传感器，它可在-190℃～660℃温度范围来定义国际温标（ITS-90）。将铂温度计选择作为首要标准的主要原因是，它的电阻温度参数具有优异的稳定性和重复性。表面热电阻的信号输出大小是热电偶输出的50～200倍。这意味着温度测量常常可使用标准仪表来进行。 TOBTO拓必拓TM-1300A微型测温笔主要用于物体表面温度的精确测量。 TOBTO拓必拓TM-1300A微型测温笔特点： 1、LCD4位数字液晶显示 2、采用集成电路稳定可靠 3、使用充电锂电池，使用周期长
TOBTO拓必拓TM-1300A微型测温笔技术指标： 1、分辨率：1℃；单位：℃ 2、精度：±(2%+1℃) 3、测量范围：TP─01-20℃──300℃ 比例系数：12:1； 4、测量环境：0℃──50℃相对湿度≤80%RH； 5、保存环境：-30℃──60℃相对湿度≤75%RH； 6、电池连续使用寿命720小时。 TOBTO拓必拓TM-1300A微型测温笔使用方法： 1、按开关键开机，红外对准要测量的设备，再按“M”执行键开始 测量，仪器显示采集到的数值后测量完成。 2、手动开/关机。
温度常用测量方法及原理 （1）压力式测温系统是最早应用于生产过程温度测量方法之一，是就地显示、控制温度应用十分广泛的测量方法。带电接点的压力式测温系统常作为电路接点开关用于温度就地位式控制。 压力式测温系统适用于对铜或铜合金不起腐蚀作用场合，优点是结构简单，机械强度高，不怕振动；不需外部电源；价格低。缺点是测温范围有限制（-80~400℃）；热损失大，响应时间较慢；仪表密封系统（温包，毛细管，弹簧管）损坏难以修理，必须更换；测量精度受环境温度及温包安置位置影响较大；毛细管传送距离有限制。 （2）热电阻热电阻测量精度高，可用作标准仪器，广泛用于生产过程各种介质的温度测量。优点是测量精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷点温度补偿及补偿导线。缺点是需外接电源；热惯性大；不能使用在有机械振动场合。 铠装热电阻将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，它的外径可以做得很小，具有良好的力学性能，不怕振动。同时，它具有响应快，时间常数小的优点。铠装热电阻可制成缆状形式，具有可挠性，任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。 （3）双金属温度计双金属温度计也是用途十分广泛的就地温度计。优点是结构简单，价格低；维护方便；比玻璃温度计坚固、耐振、耐冲击；示值连续。缺点是测量精度较低。 （4）热电偶热电偶在工业测温中占了很大比重。生产过程远距离测温大多使用热电偶。优点是体积小，安装方便；信号远传可作显示、控制用；与压力式温度计相比，响应速度快；测温范围宽；测量精度较高；再现性好；校验容易；价
低。缺点是热电势与温度之间是非线性关系；精度比电阻低；在同样条件下，热电偶接点易老化。 （5）光学高温计光学高温计结构简单、轻巧、使用方便，常用于金属冶炼、玻璃熔融、热处理等工艺过程中，实施非接触式温度测量。缺点是测量靠人眼比较，容易引入主观误差；价格较高。 （6）辐射高温计辐射高温计主要用于热电偶无法测量的超高温场合。优点是高温测量；响应速度快；非接触式测量；价格适中。缺点是非线性刻度；被测对象的辐射率、辐射通道中间介质的吸收率会对测量造成影响；结构复杂。（7）红外测温仪（便携式）特点是非接触测温；测温范围宽（600~1800℃ /900~2500℃）；精度高示值的1%+1℃；性能稳定；响应时间快（0.7s）；工作距离大于0.5m。
热电偶的测温原理和常用材料 这就要从热电偶测温原理说起，热电偶是一种感温元件,是一次仪表，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。 两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 在热电偶回路中接入第三种金属材料时, 只要该材料两个接点的温度相同, 热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此, 在热电偶测温时, 可接入测量仪表, 测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。 热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数； 2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关； 3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。 常用的热电偶材料有：热电偶分度号热电极材料正极负极S 铂铑10 纯铂R 铂铑13 纯铂B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅T 纯铜铜镍J 铁铜镍N 镍铬硅镍硅E 镍铬铜镍 （T型热电偶）铜-铜镍热电偶 铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。 T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制。
物体表面温度传感器型号大全，测量物体表面温度可以从中选择适合自己的 1：贴片式温度传感器 贴片式温度传感器JCJ100TTP和被测物体接触面积大，接触紧密，所以在一些表面温度测量方面具有比较明显的优势：测温准确性高、反应速度快，体积小方便固定安装。 2磁性温度传感器 通过磁性吸附在金属表面，一方面非常方便安装固定，另一方面不需打孔固定，对被测物表面不会产生破坏，保护被测物体的完好性。 3：螺纹固定温度传感器 螺纹固定式温度传感器JCJ100ZBS由接线盒、固定螺纹和保护管三部分组成。产品可广泛应用测量气温、液体温度、油温及物体表面温度等。 常温情况可以选择铜热电阻作为感温元件或者数字温度传感器
高温下选择铂热电阻可以测量的范围（-200～600）℃ 4：固定法兰式温度传感器 JCJ100ZGFS与上一种温度传感器不同地方在于固定方式的不同一个采用螺纹固定一个采用法兰式的固定方法 5：直角弯头式温度传感器 直角弯头式温度传感器JCJ100ZZW由接线盒、弯头部分和保护管三部分组成。产品可广泛应用测量气温、液体温度、油温及物体表面温度等。用于生产现场存在高温和有害气体对热电阻接线盒有影响，或不宜直接水平及垂直安装场合。 铂热电阻作为元件：Pt100、Pt500、Pt1000（-200～600）℃
6：WZ系列装配式热电阻 装配式热电阻主要以Pt100作为感温元件，进口薄膜铂电阻具有测量精度高、机械强度高，抗震性能好等特点。装配式热电阻可以测量-200～600℃范围内的气体、液体和蒸汽及固体表面或内部温度。 7：WR系列铠装式热电偶 铠装式热电偶具有测量温度范围大、反应速度快，动态误差小、可弯曲安装，机械强度高，耐压性能好等特点。铠装式热电偶一般可以测量0～1300℃范围内的气体、液体和蒸汽及固体表面或内部温度。铠装式热电偶可以配套数字仪表、记录调节仪表、PLC、数据采集器或计算机使用，作为新一代的温度传感器，它可广泛用于冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、食品、国防及科研等各部门。
车削时切削温度的测量 一、实验目的及要求 1、掌握用自然热电偶法测量切削区平均温度的方法。 2、研究车削时，切削热和切削温度的变化规律及切削用理（包括切削速度、走刀量f、切削深度ap）对切削θ的影响。 3、用正交试验设计，确定在切削用量的三个因素中，影响切削温度的主次因素。 二、实验内容 用高速钢车刀和45#钢工件组成的热电偶，以正交试验计法实验切削温度的变化规律。 三、实验设备及用具 1、设备：CA6140型变通车床。 2、仪器：VJ37型直流电位差计（或毫伏表）。 3、刀具：高速钢外圆车刀。 4、工件：45#钢。 四、自然热电偶法测量温度的基本原理和方法 用热电偶测量温度的基本原理是：当两种化学成份不同的金属材料，组成闭合同路时，如果在这两种金属的两个接点上存在温度差（通常温度高的一端称为热端，温度低的一端称为冷端）。在电路上就产生热电势，实验证明，在一定的温度范围内，该热电热与温度具有某种线性关系。 热电偶的特性是： （1）任何两种不同金属都可配制成热电偶。 （2）任何两种均质导体组成的热电偶，其电动热的大小仅与热电极的材料和两接点的温度T、To有关，而与热电偶的几何形状及尺寸无关。 （3）当热电偶冷端温度保持一定，即To=C时，热电势仅是热端温度T的单值数，E= （t），这样，热电偶测量端的温度与热电势建立了——对应关系。 用自然热电偶法测量切削温度时，是利用刀具与工件化学成份的不同而组成热电偶的两级，如图（一）所示。（刀具和工件均与机床绝缘，以消除寄生热电偶的两极的影响），切削时，工件与刀具接触区的温度升后，就形成了热电偶的热端，而工件通过同材料的细棒或切屑再与导体连接形成一冷端，刀具由导线引出形成另一冷端，如在冷端处接入电位差计，即可测得热电势的大小，通过热电热——温度的换算从而反映出刀具与工件接触处的平均温度。 为了将测得的切削温度毫伏值换算成温度值，必须事先对实验用的自然热电
常用的温度测量方法 温度的测量方法，按照测量温度所使用工具以及原理的不同，通常分为以下几种： 电阻变化：热敏导体或半导体在受热后导致的电阻值变化。 热膨胀：固体、气体、液体等在受热后发生的热膨胀。 热电效应：不同材质导线连接的闭合回路，两接点的温度不同，造成回路内所产生热电势。 热辐射：物体的热辐射随温度的变化而变化。 其它：射流测温、涡流测温、激光测温等。 下表是各种不同温度计的量程和优缺点比较 （一）玻璃管温度计 1. 常用玻璃管温度计 特点：玻璃管温度计结构简单、价格便宜、读数方便，而且有较高的精度 种类：实验室用得最多的是水银温度计和有机液体温度计。水银温度计测量范围广、刻度均匀、读数准确，但玻璃管破损后会造成汞污染。有机液体（如乙醇、苯等）温度计着色后读数明显，但由于膨胀系数随温度而变化，故刻度不均匀，
读数误差较大。 2. 玻璃管温度计的安装和使用 （1）玻璃管温度计应安装在没有大的振动，不易受碰撞的设备上。特别是有机液体玻璃温度计，如果振动很大，容易使液柱中断。 （2）玻璃管温度计的感温泡中心应处于温度变化最敏感处。 （3）玻璃管温度计要安装在便于读数的场所。不能倒装，也应尽量不要倾斜安装。 （4）为了减少读数误差，应在玻璃管温度计保护管中加入甘油、变压器油等，以排除空气等不良导体。 （5）水银温度计读数时按凸面最高点读数；有机液体玻璃温度计则按凹面最低点读数。 （6）为了准确地测定温度，用玻璃管温度计测定物体温度时，如果指示液柱不是全部插入欲测的物体中，会使测定值不准确，必要时需进行校正。 3. 玻璃管温度计的校正 玻璃管温度计的校正方法有以下两种： （1）与标准 >标准温度计在同一状况下比较 实验室内将被校验的玻璃管温度计与标准温度计插入恒温糟中，待恒温槽的温度稳定后，比较被校验温度计与标准温度计的示值。示值误差的校验应采用升温校验，因为对于有机液体来说它与毛细管壁有附着力，在降温时，液柱下降会有部分液体停留在毛细管壁上，影响读数准确。水银玻璃管温度计在降温时也会因磨擦发生滞后现象。 （2）利用纯质相变点进行校正 ①用水和冰的混合液校正0℃ ②用水和水蒸汽校正100℃ （二）热电偶温度计 1. 热电偶测温原理 热电偶是根据热电效应制成的一种测温元件。它结构简单，坚固耐用，使用方便，精度高，测量范围宽，便于远距离、多点、集中测量和自动控制，是应用很广泛的一种温度计。如果取两根不同材料的金属导线A和B，将其两端焊在一起，这样就组成了一个闭合回路。因为两种不同金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度有关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高。由此可制成热电偶测温计。 2. 常用热电偶的特性 几种常用的热电偶的特性数据见表3-2。使用者可以根据表中列出的数据，选择合适的二次仪表，确定热电偶的使用温度范围。
实验三切削温度实验 一、实验目的和要求 1.了解车削时自然热电偶的构成以及采用自然热电偶进行切削温度实验的原理和 方法； 2.掌握自然热电偶现场快速标定的原理和方法，并获得其标定公式； 3.进行切削温度单因素实验或正交实验，了解切削用量对切削温度的影响规律，获 得切削温度的实验公式； 4.认知计算机辅助实验硬、软件的系统构成，并熟悉自然热电偶标定与切削温度实 验软件的具体操作。 二、实验原理与测量方法 1. 切削温度实验与标定系统的组成 切削温度实验系统由切削系统、切削温度实验仪器和计算机系统三大部分组成（图1、图3）。切削系统包括组成自然热电偶的工件（切屑）和硬质合金刀片，以及水银集电器、专用测温车刀等。切削温度实验仪器包括室温采集与数显板、三路高精度高倍率线性放大板以及为自然热电偶快速标定提供加热电源与控制的元器件等。计算机系统包含12位A/D板、计算机主机及其外设。此外，本系统还设置了自然热电偶标定附件。 系统使用接插线缆连接： 1)切削系统?切削温度实验仪器； 2)标定电源连接； 3)切削温度实验仪器?计算机系统之间有 两组扁平线接插件。 4)仪器电源线与普通的计算机电源线相同。 5)切削温度实验仪器接地螺钉位于其背面 的钢板上，请务必将切削温度实验仪器用 电线连接到符合标准的地线上！ 图1 自然热电偶测温系统框图
图2 在车床上的切削温度实验系统全貌 2. 切削温度的测量方法 在切削过程中，硬质合金刀片和工件（切屑）组成了自然热电偶，切削温度实验就是将这个自然热电偶作为传感器来测量切屑温度的。切削时，自然热电偶产生的是温差热电势和温差热电流，“刀-屑”及“刀-工”接触区的高温端温度与硬质合金刀片另一端的冷端温度之差相当显著，所以，产生的热电势可以测量得到。硬质合金刀片作为自然热电偶的一个热电极，工件和切屑作为另一极。再将工件和切屑组成的这一极分成两部分，前者包括被切削加工的工件和与其紧密相连的一段切屑，后者就是一段切屑，这两段切屑端部的电压就是实验的检测对象——自然热电偶的热电势值。由于工件和切屑组成的热电极的前一部分是随着机床主轴旋转的，为将旋转着的切屑的热电势引导出来，便于检测，实验采用了水银集电器。 需要特别关注的是绝缘问题，在这里，由于棒状工件采用了尾顶尖，必须在尾顶尖莫氏锥面和车床尾座主轴莫氏锥孔之间进行绝缘处理，常用的方法是在尾顶尖莫氏锥面上涂塑或贴上一层塑料薄膜。当然，硬质合金车刀刀体与四方刀架之间（上、下两面），也需要垫上绝缘垫片。
第一章风速测量1.1风速测量 风是空气流动时产生的一种自然现象。空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。风是一个矢量，用风向和风速表示。地面风指离地平面10─12米高的风。风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。 1.2 风杯风速计 风杯风速计是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国鲁宾孙发明，当时是四杯，后来改用三杯。它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。 图1.1 风杯风速计 1.3 叶轮风速仪 风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。 法国KIKO叶轮风速仪工作原理如图1.2所示。叶轮的轴杆启动内含八个电磁极的原型磁铁，置于磁铁旁的双霍尔传感器感测到侧场中电磁极的转变信号。传感器的信号转换为电子频率且和风速成正比，并感测旋转方向。 图1.2 KIMO原理 1.4 热线风速计 一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。
金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2 mm；最小的探头直径仅1μm，长为0.2 mm。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。 0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。热线风速计用于0至5m/s的精确测量，使用温度约为±70℃。 当在湍流中使用热线风速计时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式风速计。因此，风速仪测量过程应尽量在通道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面应不得有遮挡（棱角，重悬，物等）。 图1.3 热线风速计 1.4.1 恒流式热线风速计 通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。利用风速探头进行测量。风速探头为一敏感部件。当有一恒定电流通过其加热线圈时，探头内的温度升高并于静止空气中达到一定值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生的基准反电势相互抵消，使输出信号为零，风速仪指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针 变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。 1.4.2 恒温式热线风速计 风速仪热线的温度保持不变，给风速敏感元件电流可调，在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便，即阻值基本恒定，该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。 恒温风速仪则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏感元件两端电压发生变化，此时反馈电路发挥作用，使流过热敏感元件的电流发生相应的变化，而使系统恢复平衡。
实验二采用红外热像仪的切削温度测量 一、实验概述 切削过程中，会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量，是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。通过对实测的切削温度进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。在此基础上，可进一步为切削用量优化，提高零件加工精度等提供实验数据支持。 本实验是使用红外热像仪进行切削温度的非接触测量，研究切削用量对于切削温度的影响。通过本实验可使同学们熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法，了解用先进的仪器设备研究传统切削加工的方法。 二、实验目的 1、学习及掌握红外热像仪测量切削温度的方法,了解红外成像测温原理 2、研究υc、f对切削温度的影响. 三、实验仪器设备 1、CA6140车床 2、Flir A315 红外热像仪 3、刀具：YT15,角度：γ o = α o = κr= λs= 。 4、试件：45钢棒料 说明：刀具参数、车床和工件由各班学委负责准备或负责，红外热像仪的操作由胡玉琴同学负责。 四、实验原理 红外热像仪的基本工作原理是利用了斯蒂芬—波尔兹曼定律,即 E =εσT4（1） 式中 E ———物体辐射单元单位面积的辐射能量(W/ m2) ε———物体辐射单元表面辐射率(取决于物体表面性质) σ———斯蒂芬—波尔兹曼常数(σ = 5.76 ×10 - 8W/ m2·K4) T ———物体辐射单元的表面温度(K) 切削时,红外热像仪通过光机扫描机构探测工件(或刀具) 表面辐射单元的
辐射能量,并将每个辐射单元的辐射能量转换为电子视频信号,通过对信号进行处理,以可见图像的形式进行显示,显示的热像图代表被测表面的二维辐射能量场,若辐射单元的表面辐射率已知,则可通过斯蒂芬—波尔兹曼定律求出辐射单元表面的温度分布场及动态变化。虽然红外热像仪所测温度为相对温度,滞后于实际切削温度,但根据传热反求算法可准确求得切削过程中工件(或刀具) 的温度变化规律及动态分布。红外热像仪测温法具有直观、简便、可远距离非接触监测等优点,在恶劣环境下测量物体表面温度时具有较大优越性。 图1 红外热像仪组成结构原理图 注意：红外热像仪属于高值、精密、易损设备，未经允许，不能搬动或触摸。 五、实验方法与步骤 1．熟悉要使用的红外热像仪及其在线测量软件（Monitor；Tools；SDK），机床操作手柄及安全注意事项，安装试件，安放好红外热像仪及电脑设备，请辅导教师检查。 2．试验走刀量 f 对切削温度的影响 固定a p，V改变f，切削，记录保存瞬时的温度分布图和温度随时间的变化曲线。3．试验切削速度对切削温度的影响 固定a p，f 改变V 切削，记录保存瞬时的温度分布图和温度随时间的变化曲线。 六、实验报告要求 1、自行设计切削温度测量的单因素实验表格（预习完成），认真总结红外热像仪测温原理和方法。 2、对获得的温度分布图和变化曲线数据进行整理分析，并与教材上的经验公式计算结果进行比较分析。图线要贴在实验报告上。
温度检测电路工作原理及各器件的参数 在空调整机上，常用到温度传感器检测室内、外环境温度和两器盘管温度，下面根据常用温度检测电路介绍其工作原理及注意事项。 1.电路原理图 2. 工作原理简介温度传感器RT1（相当于可变电阻）与电阻R9形成分压，则T端电压为：5×R9/（RT1+R9）；温度传感器RT1的电阻值随外界温度的变化而变化，T端的电压相应变化。RT1在不同的温度有相应的阻值，对应T端有相应的电压值，外界温度与T端电压形成一一对应的关系，将此对应关系制成表格，单片机通过A/D采样端口采集信号，根据不同的A/D值判断外界温度。 3. 各元器件作用及注意事项3.1 RT1与R9组成分压电路，R9又称标准取样电阻，该电阻不可随意替换，否则会影响控温精度。 3.2 D7与D8为钳位二极管，确保输入T端电压不大于+5V、不小于0V；但并不是所有情况下均需要这两个二极管，当RT1引线较短时可根据实际情况不使用这两个二极管。 3.3 E5起到平滑波形的作用, 一般选10uF/16V电解电容，当RT1引线较长时，要求使用100uF/16V电解电容；若E5漏电，T端电压就会被拉低，导致：制冷时压缩机不工作，制热时压缩机不停机。 3.4 R11和C7形成RC滤波电路，滤除电路中的尖脉冲；C7同样会出现E5故障现象。 3.5 电路中，RT1就是我们常说的感温头，实际上它是一个负温度系数热敏电阻，当温度升高时它的阻值下降，温度降低时阻值变大。50℃时，阻值为3.45KΩ。25℃时，为10KΩ；0℃时，为35.2KΩ 。
具体温度与阻值的关系见附表。若RT1开路或短路，空调器不工作，并显示故障代码；若RT1阻值发生漂移（大于或小于标准阻值）则空调器压缩机或关或常开或出现保护代码。空调温度传感器原理及故障分析空调温度传感器为负温度系数热敏电阻，简称NTC，其阻值随温度升高而降低，随温度降低而增大。25℃时的阻值为标称值。NTC常见的故障为阻值变大、开路、受潮霉变阻值变化、短路、插头及座接触不好或漏电等，引起空调CPU检测端子电压异常引起空调故障。空调常用的NTC有室内环温NTC、室内盘管NTC、室外盘管NTC等三个，较高档的空调还应用外环温NTC、压缩机吸气、排气NTC等。NTC在电路中主要有如图一所示两种用法，温度变化使NTC阻值变化，CPU端子的电压也随之变化，CPU根据电压的变化来决定空调的工作状态。本文附表为几种空调的NTC参数。室内环温NTC作用：室内环温NTC根据设定的工作状态，检测室内环境的温度自动开停机或变频。定频空调使室内温度温差变化范围为设定值+1℃，即若制冷设定24℃时，当温度降到23℃压缩机停机，当温度回升到25℃压缩机工作；若制热设定24℃时，当温度升到25℃压缩机停机，当温度回落到23℃压缩机工作。值得说明的是温度的设定范围一般为15℃—30℃之间，因此低于15℃的环温下制冷不工作，高于30℃的环温下制热不工作。变频空调根据设定的工作温度和室内温度的差值进行变频调速，差值越大压缩机工作频率越高，因此，压缩机启动以后转速很快提升。室内盘管NTC 室内盘管制冷
热工测量仪表作业 切削温度测量方法概述Summary of Cutting Temperature Measurement Methods 作者姓名：王韬 专业：冶金工程 学号：20101360 指导老师：张华 东北大学 Northeastern university 2013年6月
切削温度测量方法概述 王韬 东北大学 摘要：高速切削加工现已成为当代先进制造技术的重要组成部分,切削热与切削温度是高速切削技术研究的重要内容。本文根据国内外高速切削温度测量方法的研究现状，对目前常用的切削温度测量方法进行了分类和比较，主要包括接触式测温、非接触式测温和其他测量方法三种，详细介绍了热电偶法、光辐射法、热辐射法、金相结构法等几种常用切削测温方法的基本原理、优缺点、适用范围及发展状况；介绍了几种新型高速切削温度测量方法。最后对各种测量方法作了比较，探讨了切削温度实验测量方法研究的发展方向。 关键词: 切削温度，测量方法，发展状况 Summary of Cutting Temperature Measurement Methods Wang Tao Northeastern university Abstract: High-speed machining has become an important part of the contemporary advanced manufacturing technology. Cutting heat and cutting temperature is the important content of high speed cutting technology research. This paper gives the background to the measurement of metal cutting temperatures and a review of the practicality of the various methods of measuring cutting temperature while machining metals. Classify the cutting temperature measurement methods, mainly including non-contact temperature measurement, non-contact temperature test of other three kinds of measurement methods; Introduced the thermocouple method, radiation method, radiation method and metallographic structure of the basic principle of several kinds of commonly used cutting temperature measurement method, the advantages and disadvantages, applicable scope and the status of the development; Several new high-speed cutting temperature measurement methods are introduced. Finally discusses the development direction of cutting temperature experiment measurement method research for a variety of measurement methods. Keywords:metal cutting, cutting temperature, measurement method
材料物理专业杨洁学号:0743011033 温度测量方法材料物理专业一班杨洁学号:0743011033 我们大家都知道温度是表征物体冷热程度的物理量. 而测量温度的标尺是温度计,其按照测量方式可以分为接触式和非接触式两种. 通常来说的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,所以其需要一定的时间才能达到热平衡, 所以,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;但受到物体发射率,测量距离,烟尘和水汽等外界因素的影响,其测量误差较大. 下面就简单介绍几种温度计: 1,气体温度计:利用一定质量的气体作为工作物质的温度计.用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标. 用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合.气体温度计是在容器里装有氢或氮气(多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广) ,它们的性质可外推到理想气体.这种温度计有两种类型:定容气体温度计和定压气体温度计.定容气体温度计是气体的体积保持不变,压强随温度改变.定压气体温度计是气体的压强保持不变,体积随温度改变. 2,电阻温度计:根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计. 最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件, 主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计,在低温下还有碳,锗和铑铁电阻温度计.精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计,温度覆盖范围约为14～903K,其误差可低到万分之一摄氏度,它是能复现国际实用温标的基准温度计.我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标,用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计.分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的.金属温度计主要有用铂,金,铜,镍等纯金属的及铑铁,磷青铜合金的;半导体温度计主要用碳,锗等.电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用.它的测量范围为-260℃至600℃左右. 3,温差电偶温度计:利用温差电偶来测量温度的温度计.将两种不同金属导体的两端分别连接起来,构成一个闭合回路,一端加热,另一端冷却,则两个接触点之间由于温度不同,将产生电动势,导体中会有电流发生.因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数,所以利用这一特性制成温度计.若在温差电偶的回路里再接入一种或几种不同金属的导线, 所接入的导线与接触点的温度都是均匀的,对原电动势并无影响,通过测量温差电动势来求被测的温度,这样就构成了温差电偶温度计.这种温度计测温范围很大.例如,铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间;铁和康铜则被使用在200～1000℃之间;由铂和铂铑合金(铑10%)构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上;铱和铱铑(铑50%)可用在2300℃;若用钨和钼(钼25%)则可高达2600℃. 4,高温温度计:是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计,有光测温度计,比色温度计和辐射温度计.高温温度计的原理和构造都比较复杂,这里不再讨论.其测量范围为500℃至3000℃以上,不适用于测量低温. 2010-3-25 1 材料物理专业杨洁学号:0743011033 5,指针式温度计:是形如仪表盘的温度计,也称寒暑表,用来测室温,是用金属的热胀冷缩原理制成的.它是以双金属片做为感温元件,用来控制指针. 双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起,且铜片在左,铁片在右.由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多,因此当温度升高时,铜片牵拉铁片向右弯曲,指针在双金属片的带动下就向右偏转(指向高温) ;反之,温度变低,指针在双金属片的带动下就向左偏转(指向低温) . 6,玻璃管温度计:玻璃管液体温度计是应用最广泛的一种温度计,其结构简单,使用方便,准确度高,价格低廉.按用途分类,可分为工业,标准和实验室用三种.标准玻璃温度计是成套供应的,可以作为检定其他温度计用,准确度可达0.05 ~ 0.1 摄氏度;工业用玻璃温度计为了避免使用是被碰碎,在玻璃管外通常由金属保护套管,仅露出标尺部分,供操作人员读数.实验室用的玻璃管温度计的形式和标准的相仿,准确度也较高. 7,压力式温度计:新一代液体压力式温度计以及由此开发的系列化测温仪表,克服了原仪表性能单一,可靠性差以及温包积大的缺点,并将测温元件体积缩小到原
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第7章热电式传感器 7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？ 答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。 热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？ 答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。 7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？ 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？ 答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？ 答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。 连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？ 答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0) 这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃，若参考端温度为25℃，问介质的实际温度为多少？ 答：t=介质温度+k*参考温度（800+1*25=825） 7-8 热电式传感器除了用来测量温度外，是否还能用来测量其他量？举例说明之。 7-9 实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器，今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300~400℃，要求精度达±2℃，问应选用哪一种？为什么？
常见温度检测方法分析 摘要：在目前工农业生产和国民经济生活中，温度测量日益重要，新型温度传感器不断涌现，通过对现代常用温度传感器的工作原理和特性的分析，便于在工作中根据具体情况，选用提供依据，以减少生活生产中不必要的损失。 关键词：温度;检测方法;传感器;测量 Study On Methods Of Measuring Teamperature Abstract:In the of industrial and agricultural Produetionornationaleconomicife,measuringtemperatureisinereasinglyimportant,andmoderntemrerat uresensorseontinuouslyarise.Prineipleand charaeterofmoderntemperaturesensorsanalyzedhere is usefulforseientific eworkers.It is foundmentalto choicetemperaturesensorsforuser aeeordingto praetieal circumstances ,So that it can reduce unnecessary lossin thelife production. Keywords:temperature:sensor;measure 温度是科学技术中最基本的物理量之一, 物理、化学、热力学、飞行力学、流体力学等学科都离不开温度，它也是工业生产中最普遍最重要的参数之一。许多工农业产品的质量都与温度密切相关，比如, 离开合适的温度, 许多化学反应就不能正常进行甚至不能进行；没有合适的温度炉窑就不能炼制出合格的产品；没有合适的温度环境, 农作物就不能正常生长, 许多电子仪器就不能正常工作, 粮仓的储粮就会变质霉烂, 家禽的孵化也不能进行。可见, 温度的测量与控制十分重要。 测温方法很多,仅从测量体与被测介质接触与否来分,有接触式测温与非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理,测温敏感元件必须与被测介质接触,使两者处于同一热平衡状态,具有同一温度,如水银温度计,热电偶温度计等就是利用此法测量。非接触式测温是利用物质的热辐射原理,测温元件不需与被测介质接触,而是通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度,如辐射温度计,光纤温度计等[1]。 接触式测温简单、可靠,且测量精度高。但是由于测温元件需与被测介质接触后进行的热交换,才能达到热平衡,因而产生了滞后现象。另外,由于受到耐高温材料的限制,接触式测量不能应用于很高温度的测量。非接触式测温,由于测温元件不与被测介质接触,因而其测温范围很广,其测温上限原则上不受限制,测温速度也较快,而且可以对运动体进行测量。但是,它受到物体的发射率,被测对象到仪表之间的距离,烟尘和水汽等其它介质的影响,一般测温误差较大,目前使用较广的是接触式测温。下面介绍几种现代常用温度测量方法。 1电阻温度传感器 这种传感器以电阻作为温度敏感元件，根据敏感材料不同又可分成热电阻式和热敏电阻式，热电阻式一般用金属材料制成, 如铂、铜、镍等1热敏电阻是以半导体材料制成的陶瓷器件, 如锰、镍、钴等金属的氧化物与其它化合物按不同配比烧结而成。 热电阻的温度系数一般为正值，以铂电阻为例, 其阻值Rt 与温度间的关系为Rt=R0(1+At+Bt2), 0℃≤t≤650℃; Rt= R0[1+At+Bt2+Ct3(t- 100) ],- 200℃≤t≤0℃, 其中A = 319684×10- 8/℃, B= - 518470
技术︱使用热电偶能够准确测量表面温度吗？ 摘要 虽然热电偶是最常见的表面温度测量方法，但因为热电偶的读数实际上是其自身电流温度的测量值，所以测量的挑战始终是如何让热电偶正确匹配已测表面的热量。但是，当依靠热电偶的测量值作为确定发射率的参考值时，很少有红外热像师会考虑这一测量值的不确定性。 本文将阐述热电偶背后的原理，并通过示范，说明其在使用过程中存在的诸多问题。另外，我们也将重点介绍优先使用红外热像仪和热电偶组合的情况，以及红外热像仪本身作为测量表面温度出众方法的案例。 引言 大量的商业和工业流程依靠精确的温度测量。但是否精确执行了测量？测温方式以及测温精度是所有应用中都必须回答的两个极为重要的问题。我们将在全文中对这一话题进行讨论。 本文的核心主旨围绕“使用热电偶精确测量表面温度”这一个最大的测温难题。作者坦诚表示，虽然热电偶能够提供液体和气体的精确测温读数，但使用热电偶进行表面测温却存在诸多独特的问题。 背景资料
“如果我们想要测温，为什么不能只用热电偶？”这是红外成像讲师常会问的一个问题，让课堂里使用红外热像仪的学生产生有趣的思考。当被问到热电偶安装时，很多学员建议使用电工胶带，因为它价格便宜，易装易拆。一位来自暖通空调行业的学员表示，他通常会在压缩机上用电工胶带安装热电偶，相比其他仪表，更倾向于依靠热电偶的测温读数。 临时性的安装热电偶可能是一个最糟糕的方法，因为它对测量表面温度来说并不能达到一致、准确的结果。通过粘合进行永久性的安装对于需要获得一致测量结果的人员来说是一个首选方法。当永久性的安装方法实施起来不方便也不具可行性时，红外成像技术会是一个首选方案，但并不是唯一的。 过去的观点 物理学家Thomas Seebeck在1821年发现了“热电效应”，即受到温度梯度影响的任何导体会形成电压。Seebeck 错误解读了这一效应，认为电流具有磁效应，而非电效应。事实上，在1822年和1823年提交给普鲁士科学院的报告中，对他的观察结果做了如下描述：“是温差导致了金属和矿石的磁性极化”。 Leopoldi Nobili和Macedonio Melloni这两位意大利物理学家继续Seebeck创造温差电池的工作。这种温差电池现在被称为“温差电堆”。当Nobili和Melloni将温差电堆与电流计耦合时，他们成为第一批能够测量红外辐射的物理学家。 热电偶的基本结构