辐射测温的发展现状与展望
戴景民
(哈尔滨工业大学,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘要:文章综述了辐射测温技术发展历史、现状,从技术的层面,剖析了传统的辐射测温仪存在的问题,介绍了国内外在多光谱辐射测温技术方面研究热点,同时展望了未来的发展方向。针对辐射测温领域中的理论、仪器、标定及应用四大方向进行了较为详细地分析和总结。
关键词:辐射测温;温度;发射率;多光谱辐射测温
中图分类号:TH811 2 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2004)03-0001-07
Survey of Radiatio n Therm o m etry
DA I Jing_min
(Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)
Abstract:The history of radiation thermometry has been reviewed in this paper and the key problems were analyzed from techniq ue view The recent researching work and future trends on multi-wavelength pyrometry have been introduced and discussed At the end,the conclusi ons and su mmaries of the theory、instru ment、calibration and applications for radiation thermometry have been made i n detail
Key words:Radiation thermometry;Temperature;Emissivi ty;Multi-wavelength Pyrometry
1 引言
温度是确定物质状态的最重要参数之一,它的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用。特别是高温测量在航天、材料、能源、冶金等领域中占有极重要地位。
温度的测量方法大致可分为两种:接触法和非接触法。在接触测温法中,热电偶和热电阻温度计应用最为广泛,该方法的优点是设备和操作简单,测得的是物体的真实温度等,其缺点是动态特性差,由于要接触被测物体,故对被测物体的温度分布有影响,且不能应用于甚高温测量。目前非接触测温法仍以辐射测温法为主,在过去相当长的时间里,辐射测温法的可靠性和抗
*本刊特约稿件,收稿日期:2003-12-28干扰性都不太高,且测量范围往往仅限于较高温度。但近二十多年,由于电子技术的飞快发展,半导体材料的进步及计算机技术的发展与应用,又由于辐射温度计具有无测量上限,响应速度快及不接触被测对象,因而不影响被测温场等特点,辐射测温技术得到长足的进步和发展。仪器的制造水平、性能指标已有了显著提高,辐射真温测量研究、标定技术研究及应用技术研究方面亦取得了丰硕成果。
辐射测温仪从仪器的工作方式上分,可分为:(1)亮度(单色)温度计;(2)比色(双色)温度计;(3)宽带(全波长或红外)温度计;(4)多波长高温计等。从仪器的使用方式上分,可分为: (1)便携式;(2)掌上(手持)式;(3)固定安装式等。从能量传输方式上分又可分为:光纤式、接触式和一般光学式等。从目标的多少又可分成:单目标、线目标和面目标等。
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2 辐射测温技术的发展历史与现状
在仪器制造方面,辐射温度计的发展经历了以下几个阶段:隐丝式光学高温计[1]阶段;用光电倍增管作为检测器的光电高温计[2]阶段;以及用硅光电二极管、碲镉汞等作为检测器的光学测量和光电精密测温[3]阶段。
隐丝式光学高温计出现在本世纪初,直到现在仍在高温(800 以上)测量领域中被使用。1927年国际温标采用此种高温计作为金点以上的温度复现及传递标准器。它的工作原理是在峰值为650nm 并在尽可能小的带宽内,使目标与钨灯灯丝的亮度平衡,灯丝消隐在目标中。由于要人眼比较亮度平衡,手动调节灯丝电流,因此,人为误差大,不适于自动控制系统。
60年代中期,出现了用光电倍增管作为检测器的光电高温计。它是以光电倍增管替代隐丝式光学高温计中的人眼来作亮度比较,具有较高的灵敏度和精度,且不需要人参与,因而被美国标准局NBS 等国家实验室用来复现国际实用温标。我国也曾采用此种检测元件研制成比较式的基准光电比较仪及高温计式的标准光电高温计,用以复现金点以上的国标温标及传递800~2000 的高温实用温标。
在70年代初,Witherell 和Faulhaber [4]指出:硅光电探测器稳定性、线性度及灵敏度优良、结构牢固、寿命长、且价格适中,适合于精密光度测量,同时Ruffino [5]在噪声和检测数据方面证明了硅光电二级管应用到高分辨率温度计的可能性。不久,在意大利国家计量院IMGC 制成了用硅光电二极管作为检测元件的高精度光电高温计。
与此同时,辐射温度计的工作波长亦从单波长逐步发展为两色(比色)和多色,从短波到长波,仪器的功能亦逐步丰富和智能化。仪器的测量精度、响应速度、稳定性、分辨率都达到了相
当高的水平[6],测温范围亦从以往的中高温延伸到室温或更低温度。
3 传统辐射测温仪存在的共性问题
目前人们经常使用的单波长光学(电)高温计、比色温度计及全波长(或带宽)辐射温度计等,测得的不是物体的真实温度,只是分别为亮度温度,颜色温度及辐射温度等。必须知道物体的另一参数 材料发射率(黑度系数),才可求得物体真实温度。众所周知,物体的材料发射率不仅与物体的组份,其表面状态及考察波长有关,还与它所处的温度有关。一般不易在线测量,且易随表面状态改变而改变,因此,用辐射法测量物体真温是辐射测温领域中重要而困难的研究课题,其研究状况亦成了表征辐射测温技术发展的一重要方面。
辐射法测量物体真温是各国学者一直关心的问题,从辐射温度计诞生时就开始,至今还在大力开展研究。目前比较成功的方法有6种,下面就依次做一下介绍。
第1种方法:发射率修正法[7]。该方法需事先利用其它设备测得物体的材料发射率,再将高温计结果据此发射率数据进行修正而得到物体真温。由于发射率在线变化及随温度不同而改变,因此,该方法的精度不高。
第2种方法:减小发射率影响法(或称逼近黑体法)。即利用一定措施使被测表面的有效发射率增加且接近1。常用的方案如图1和图2所示。图1为收集辐射反射法[8],它适于大平板物体,如轧板等。但它要靠近被测物体,粉尘、水汽影响较大,亦不适于过高的温度。图2为特制试样法[9],常常用于科学实验中,由于要破坏试样,不适于
生产过程。
图1 收集辐射反射法
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图2 特制试样法
第3种方法为辅助源法(或称测量反射率法)[10]。即在线向目标投射一辐射照射,测量反射或散射信息,进而得到物体发射率和温度,图3为Gardner 典型仪器。图3中由石英碘灯发出的光线被调制后(频率为f)以100入射角入射到目标上,其镜反射光线和目标辐射光线一起通过调制盘外圈光栏变成2f 调制光,经滤光片后到达硅光电二极管探测器。光电二极管信号通过相敏检测电路分离获得目标辐射和镜反射信息,而碘灯的能量分布曲线由图中虚线部分事先测得,经过计算得到物体的反
射率和物体的温度。但此方法仅适于抛光金属表面。
图3 辅助源法(测量反射率法)
第4种方法为偏振光法。该方法是应用抛光金属表面纯镜反射时两个偏振分量强度比与物体反射率关系[11]:
I p I
n =1+ n
s (1)
式(1)中p 、n 分别表示光线的水平和垂直偏振分量,I 为光线强度, n s 为物面垂直分量的镜反射率。测量两个偏振分量的强度比即可获得被测物体反射率,从而得到物体的发射率和温
度。Murray [12]等的仪器如图4所示,此方法亦仅适用于抛光金
属表面。
图4 Murray 等偏振光辐射温度计
第5种方法为反射信息法,应用特殊的光学结构获取多次反射信息,进而得到发射率信息,最后得到真实温度[13]。
第6种为多光谱辐射测温法,即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,再经数据处理而得到物体的温度和材料光谱发射率。与前5种方法相比,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。
标定技术是辐射测温领域中又一项关键技术之一,在某些情况下,已严重地影响和限制了高温计的测量精度和应用范围。例如,在高温、甚高温区,高温计已有足够高的分辨率和信噪比,但由于高温标定源和标定方法的精度较低,直接影响了仪器的精度。因此研制高精度高温标定源和改善仪器标定方法是标定技术研究中的主攻方向。目前高温炉的温度上限已经提高到3500K,定点黑体辐射源亦覆盖了广阔温区,锡、铝、银、金、铜等金属凝固点黑体炉已产品化。有些学者已开始试制钯定点黑体
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炉。此外,美国和意大利的一些学者们正在用脉冲加热法获得钨、钼、铌、钛等高熔点金属的熔点辐射温度数据[14],为这些金属凝固点温度在将来的辐射温度计标定中应用做准备。
在标定方法研究上,国际温标ITS-90,已把标准辐射温度计规定为中低温区(420 以上)辐射温度计标定系统中与铂铑-铂热电偶并行使用的温度标准传递仪器[15],用以在不损失标定精度的同时,放宽对参比黑体炉的要求和降低因参比黑体炉性能评价不详而造成的标定误差。
另一个重要方面,各国学者正在逐步改变传统整百度点辐射温度计标定法和用衰减片法外推的做法,在实验中,已开始使用一点标定法[16]。例如,应用平均有效波长的一点标定法,应用参考波长一点标定法和基于波长函数的一点标定法等等。一点标定法不仅可以节省人力、物力,还可以解决高温、甚高温区的温度标定问题,待进一步研究后,定能推广使用。
在应用研究中,各国学者已逐步解决了环境接口问题,先后在冶金、冶炼;金属轧制、锻造与焊接;玻璃、陶瓷、塑料等工业过程中取得成功,正在向航天、航空及兵器、核能等尖端技术领域发展,取得了丰硕成果,在此限于篇幅不再一一详述。
4 多光谱辐射测温技术研究现状
为了实现目标表面真实温度的测量,国际上自20年代就开始研究(比色)高温计,在两个选定波长下测定目标的辐射亮度比,从而消除材料发射率的影响而得到其真实温度,此法对灰体材料是较有效的,但对一般非灰体材料会造成较大的误差。
1954年Pyatt[17]建议使用3个波长的比色温度计,以得到发射率与波长的关系。1964年Reynolds[18]总结了早期多色(主要为比色)测温的情况,对单色、比色、及三色(比色思想)的精度进行了分析和比较。到70年代末80年代初兴起了多光谱辐射测温技术的热潮。1979年Cashdollar研制成功了3波长高温计,在0 8、0 9及1 0 m3种工作波长下测量火焰及爆炸粉尘的温度,测量上限可至2000K,同时可用换滤光片方法形成4波长及6波长高温计。同年Svet等亦研制成4波长高温计用以测量物体表面真实温度,测温范围为300-3000K。Lyzenga和Ahrens于同年推出了6波长的温度测量装置,采用硅光电二极管作为0 48~ 0 8 m波长范围内的检测元件,用以测量冲击波后的物体真温,测温范围为:4000~8000K,精度可至2%。1981年Gardner及Jones等[19]研制成了6波长高温计,工作波长为0 75~1 65 m,测温范围为1000~1600K,精度为1%,他们应用该高温计测量了一系列金属表面的真温,使用 ( ,T)=a
+a
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假设,并采用非线性拟合技术计算温度,所得结果与最短两个波长构成的比色温度计的测量结果做了比对,他的结论为:如假设形式(发射率与波长关系)接近实际情况,多波长高温计所测温度系统误差小于1%,这个假设适用于氧化、未氧化的钢、铜、铝及氧化的不锈钢、铬镍铁合金表面,而不适用于铸铁、铂40% 铑合金及未氧化的不锈钢和铬镍铁表面。多波长高温计在测量钢、铝和铜表面时结果明显优于比色温度计。
1982年欧共体Babelot及美国Hoch等人[20]继续研究多波长高温计,并制成6波长高温计,采用光导纤维束分光,硅光电二极管作为探测器,用于材料热物性的快速动态测量,在5000K时分辨率为5K,并拟向10000K方向继续发展。同年Cashdollar在3色高温计基础上推出了6波长高温计,用于测量粉尘爆炸过程中粉尘粒子及气体的温度,使用PbSe探测器,6个工作波长分别为:1 57、2 30、3 84、4 42、4 57、5 m。
1986年欧共体及美国联合课题组的Hiernaut等人[21]研制成功了亚毫秒级6波长高温计,用于2000~5000K温区内真温和光谱发射率的同时测量,温度测量精度为0 5%,发射率测量精度为1-5%。同年他们又应用他们研制的6波长高温计,对钨、钽、钼等金属的熔点温度和光谱发射率进行了测量。在实验中,应用脉冲加热法在瞬间把金属试样加热至熔点,采用多波长高温计及相配的快速数据采集系统进行测量和数据采集,应用ln ( ,T)=a+b 假设,及线性最小二乘拟合法,处理结果为:钨熔点为3685 10K,钼熔点为2895 8K。1989年Hiernaut等人又报导了进一步研究结果,应用脉冲加热技术及多波长高温计,测量了铪、钼、铑、锆、钨、钛、锂、钒、铌等9种金属的熔点,经多次重复试验证明:熔点温度测量精度优于0 5%,且在0 5~1 0 m 波长范围内建立起了9种金属光谱发射率数据库,在光谱发射率数据中观察到了x点效应:即 存在一个波长 x,在此波长下金属光谱发射率 x与温度无关; 存在一个温度点,在此时金属光谱发射率与波长无关。1989年Boslough设计了冲击波下物体温度高速测量的实验装置,装置中有4个波长通道分布在0 5~1 0 m范围内,测温范围为1500K以上,采用线性最小二乘拟合法,获得温度总不确定度为5%,发射率的精度较差,在
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2000K 左右不确定度已超过50%。1992年Levendis 等人研制成了3色辐射温度计,工作波长分别为0 65、0 8和0 95 m,并用于燃烧碳粒子瞬态响应测量,在数据处理上,采用比色思想,3个比色结果在2500K 时相差小于100K 。1992年Cezairliyan 等人亦报导了亚毫秒级6波长高温计的研制情况,采用光导纤维束分光方法,6个工作波长分别为0 5、0 6、0 65、0 7、0 8和0 9 m,在脉冲加热下测量了铌金属试样的亮度温度。
1984年北京武汉光学技术研究所研制成功3波长HDW-1型红外测温仪。1988年北京联大提出了多光谱温度自动检测法。1989年王瑞才
[22]
研制成功4波长高温计并应用于电弧加
热下烧蚀材料的温度测量。但都没有应用多波长测温理论中的数据拟合方法,而还只是停留在比色、单色高温计处理思想上,多个通道数据只是为了相互校验。
1991年作者与罗马大学G Ruffino 教授合作研制成功国际首创的棱镜分光式35波长高温计[23,24],并成功地用于烧蚀材料真温及发射率测量[25]。1999年作者又研制成功6目标8波长高温计并成功用于固体火箭发动机羽焰温度和发射率的同时测量[26]。2001年又成功地研究红外多波长辐射温度计用于导弹发射车的隐身性测量[27]。
与多波长辐射温度计研制热潮和应用热潮相呼应,多波长辐射测温理论的研究工作亦有了相应的发展。
早在1976年Svet [28]就撰文讨论了多波长高温计数据处理
问题,他的发射率假设模型ln ( ,T )= m
i =0a i i
(m n -2)的极
限情况:即:m =n -2,通过求解方程组求得温度和发射率。进一步在式ln ( ,T )=a +b 假设下,建议使用多个比色结果相互比对得到物体温度。
1980年Gardner [29]发表了应用计算机处理多波长高温计测量结果的论文,他亦采用式ln ( ,T )=a +b 假设模型,应用线性最小二乘拟合技术,对钨等金属材料进行了模拟数据计算。他的结论为:式ln ( ,T )=a +b 模型假设适用于很多氧化或未氧化的金属表面,但当光谱区间宽度减小或应用对数压缩量程时,拟合精度降低。
1981年Coates [30]对多波长高温计的测温精度在式ln ( ,
T )= m
i =0a i i (m n -2)假设极限情况:m =n -2时作了深入分
析,他应用拉格朗日插值法推导出了拟合温度和真温之间的关系式:
C 2(
1T -1T = n +1j =1 j n +1
i =1[ln i n +1
j =1, i
( j - i )](2)
式(2)中,T 、T 分别为物体真温与拟合温度;n +1为高温计的波长数; i 为第i 个通道的有效波长; i 为波长 i 下的材料光谱发射率。根据此公式,他推出了在一定波长范围内,增加波长数(相当于减小波长间隔),拟合温度误差增大的结论。他进一步应用实例进行了验算,发现当假设发射率模型与实际不符时,拟合温度误差亦随波长数增加而增加。最后他认为高温计波长数越少,测量结果越可靠。
1988年Coates [31,32]又连续发表2篇文章分别论述多波长测温理论中工作波长的确定和最小二乘法数据拟合问题。在第1篇文章中他指出了在多波长高温计数据处理中使用现在的有效波长概念导致的问题,为此他建议使用参考波长概念。在第2篇文章里,他选取了镍表面在1250K 时光谱发射率数据,应用ln ( ,T )=a +b 假设模型,应用线性最小二乘法拟合,并与最短两波长构成的比色温度计算结果进行了比较,最后他的结论为:尽管多波长高温计结构、操作都较复杂,但其测量结果并不优于比色温度计。又由于发射率的函数形式不能由实验确定或事先预测,因而由粗略发射率估计数据和单色高温计而得到的结果要比多波长高温计结果可靠。
1991年Khan 等[33]撰文总结了多波长高温计数据拟合方法,并推导出了极限误差的计算方法。他论文前提是ln ( ,T )=a +b 假设模型及线性拟合法和 ( ,T )=a 0+a 1 假设模型及非线性拟合法。最后他提出了应用黑体炉和各种光谱分布的衰减片来验证多波长理论的实验方法。
1992年Gathers [34,35]连续发表2篇文章讨论多波长高温计中数据拟合精度问题。在第1篇文章中针对文献[21]中的具体数据,引入一些测量误差,应用Monte-Carlo 法检验拟合温度的精度。结论为:文献[21]中的方法对光谱区间大小非常敏感,在使用线性放大器时,存在2%的相对随机误差,若光谱区间压缩60%,则拟合温度标准方差几乎增加8倍。另一方面,由于一般仪器中的短波通道信号弱,特别在低温时,发射率的计算误差相当大。第2篇文章他进一步在灰体和发射率与波长函数关系为线性两种情况下,应用Monte-Carlo 法估计了3波长、4波长及6波长高温计的拟合温度误差。文章结论为:对于灰体材料,当每个通道上的信号有最大信号 2%随机相对误差时,拟合温度和
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发射率标准方差随着波长数增加而减小。但在信号有2%的随机相对误差时,除了4波长高温计外,随着波长数增加,几乎看不到标准方差的减小。在发射率与波长为线性时结果与上面类似。
从1991年起,我们课题组对多波长测温理论进行了深入的研究,做的主要工作[36-40]如下:(1)对现有的发射率模型进行了校验,提出了发射率模型的自动识别的设想,并将自动寻阶和逐步回归法应用到多波长辐射测温领域,取得了较好的成果;(2)提出了基于神经网络的多波长辐射温度计的数据处理方法,并利用黑体炉和系列衰减片模拟实际的材料对该方法进行了实验验证。在此基础上,提出了基于二次辨识法的多波长辐射温度计的实用数据处理方法;(3)针对国体火箭羽焰温度测量和动态热物性测试等连续测温场合,提出了基于二次测量法的多波长辐射温度计的使用数据处理方法。通过对实测数据的处理,以验证了该方法的可行性;(4)针对低温测试时所测信号的含强噪声等情形,提出了小波神经网络的红外多波长辐射温度计的数据处理方法,并已取得阶段性成果;(5)设计了一种固定激活函数的组合神经网络发射率模型(简称CNNE模型),该模型以测得的各个光谱下的亮温作为样本数据,可以训练出任何目标的连续光谱发射率及真温。
5 结束语
近年来,辐射温度计的生产、应用,每年都数以万计的增加,已经形成了较大的产业群,应用也涵盖了几乎所有的领域。但是值得注意的现实是:目前市场上售出温度计还没有完全解决目标发射影响问题,针对不同的对象,还要对不同对象特性、环境特性进行研究,设计适合环境接口和发射率补偿方案,所以在应用中出现了很多的问题。这是未来人们要致力解决的问题。总结一下有如下几个方面:(1)多光谱测温技术;包含了理论、仪器和应用研究,在不久的将来,可能有新一代的温度计的出现(3)高精度标定设备(含凝固点黑体、热管黑体等)及标定方法;
(3)特殊对象的温度测量,如钢水、微波加热、羽焰等;(4)多目标、温度场的测量;(5)新原理温度计的研制,等等。
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作者简介:戴景民(1963-),男,博士,哈尔滨工业大学教授,博士生导师,长期从事黑体空腔理论及辐射测温技术的研究与教学。
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热电阻工作原理 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。其中铂热电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。 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。 热电阻材料 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，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类 （1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。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。 （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。
建筑业用钢现状和发展趋势分析 建筑业是我国国民经济建设中重要产业之一，近年来，我国建筑业发展十分迅速，每年的房屋施工面积在 15 亿平方米以上，农村及其他个人建房约30 亿平方米。随着我国国民经济和第三产业的发展，人民生活水平的提高和国家安居工程的实施，预计今后几年我国城镇住宅建设每年在 16 亿平方米以上，农村及其他个人住宅建设每年在60 亿平方米以上，宾馆、饭店、写字楼、商店及其他公用建设等每年约 2 亿平方米左右，工业厂房及其他建筑约 6 亿平方米左右。与此同时，新建筑物装修的工程量急剧增加，老建筑物翻新周期明显缩短，装修材料也向豪华、实用方向发展。我国建筑装饰投资占建筑工程总投资的比例，已从20 世纪80 年代的 20%左右提高到现在的40%-50% ，增长势头相当强劲。 我国建筑业用钢现状 我国建筑用钢的主要用户是民用房施工单位、基础设施建设单位和工业厂房。民用房地产施工单位是建筑用钢的最大用户，其用钢量约占建筑钢材总消费量的60%以上，基础设施建设单位一般为国有大型企业，其用钢量占总消费量的20%，工业厂房也是建筑用钢重要消费客户，其消费量占总消费量的15%左右。 从建筑用钢的发展历史来看，1980 年以前，我国采取限制用钢政策，房屋建筑以砖混 结构为主，辅以钢筋混凝土结构，提倡以其他材料代替钢材，尽量节约用钢；上世纪80 年代后期到 90 年代初期，采取合理用钢政策，大量建筑、尤其是大量公共建筑，采用现浇混 凝土楼板，提高了建筑结构的抗震性能和工程的整体质量；90年代后期到现在，建筑用钢的品种和数量均有较大提高，采取鼓励合理用钢的政策，限制建造砖混结构建筑，钢筋混凝土建筑在这一时期得到了快速发展。 建筑用钢是我国钢材消费的最主要行业之一，年产量和消费量一般占钢材总产量和消费 量的比重在 55%左右。我国正处于工业化时期，固定资产投资较高，基础设施规模较大， 同时我国城镇化水平不断提高，对建筑用钢材的需求量较大。据统计，2004 年我国建筑用钢材总消费量 15180 万吨，占钢材总消费量的55%。从品种结构看，以螺纹钢筋与线材为主，其中螺纹钢筋消费量6500 万吨，占建筑用钢的43%，线材消费量 4350 万吨，占建筑用钢的 29%，薄板消费量1800 万吨，占建筑用钢的12% 。 从建筑用钢的供需情况来看，由于建筑用钢技术含量低、准入门槛低、见效快等特点， 因此建筑用钢已成为近年国有中小型钢铁企业和民营企业的主要建设项目。同时，由于近两年来国内建筑用钢需求量增长迅速，导致建筑用钢的需求量增长较快，许多民间资本纷纷进 入建筑钢材领域，国内建筑用钢生产能力增长迅速，现在国内的建筑用钢材已经处于供过于 求的局面，螺纹钢筋价格已从2004 年初的平均3600 元 /吨降至现在的2900 元 /吨，降价幅度较大，多数企业已处于微利或亏损状态；建筑用中厚板、热轧薄板产品近期国内生产量较大，价格跌幅较大，中国钢铁工业协会近期已召开关于降产、保价、稳定市场的座谈会。另 外，由于建筑用钢属于低附加值、高能耗、高污染产品，销售半径较小，产品基本不考虑进 出口，立足于国内生产，国内消费。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。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，如图所示。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。 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 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℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
热电偶测温不准解决方案 总结 Prepared on 22 November 2020
热电偶测温不准解决方案总结 热电偶作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一，在水泥厂和钢铁厂使用的很多，主要用在链篦机和回转窑上等设备上。这次在现场就用到了三种型号的热电阻，分别是K，N和S型的。经过一段时间的使用，发现并不是很理想。经检测，链篦机的一些风箱现场实际温度比中控显示低50℃左右，由此可见热电偶出现测温不准问题还是很常见的。 造成热电偶失准的常见原因： ◆的补偿导线接反。这主要是安装时出现的问题，负责接线的人员一 时的粗心造成，属人为因数。当出现热电偶的接反情况时，中控画 面的显示通常比实际值偏大或偏小。 ◆补偿电阻故障。此类故障表现为热电偶接上后温度显示值缓慢上升 或下降。 ◆的补偿导线绝缘层被磨破，造成信号回路接地。这主要是因为补偿 导线较硬，而且在接线盒内又未被安放平整，处理故障时多次旋拧 接线盒盖碰到补偿导线而将其磨破。此类故障反映在中控画面上其 温度示值一般偏小。 ◆接线盒内接线端子接触不良。因补偿导线和热电偶的导线都比较 硬，所以现场检修时紧固接线比较困难，有时候开始把导线拧紧了 但过段时间随着导线的变形又松了。此类故障反映在操作员控制站 上的温度示值为无显示或显示值超量程。
◆热电偶的头部严重磨损。由于链篦机和回转窑内的粉尘和烟气对热 电偶的头部包括护套管冲刷后严重磨损，将护套管改由耐磨钢材料 制成后，才消除了此类故障隐患。 ◆信号屏蔽系统DCS柜内接地不良。由于热电偶出来的信号时mv级信 号,因此很容易在传到中控时受到干扰，此类故障极容易造成电荷在 信号线上积累，引起信号漂移或晃动。 这次这边的问题主要出现在补偿导线上。 下面对热电偶补偿导线作一个详细的解释： 要了解热电偶的温度补偿问题，就要从热电偶的原理作手，对于已选定的热电偶，当参比端温度恒定时，则总的热电动势就成测量端温度的单值函数。即一定的热电势对应着一定的温度，而热电偶的分度表中，参比端温度均为0度。但在应用现场，参比端温度千差万别，不可能都恒定在0度，这就会产生测量误差，这就是热电偶要进行温度补偿的原因。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。 热电偶测温使用补偿线时,必须注意以下几点: 1.补偿导线必须与相应型号的热电偶配用;
传热学课程自学辅导资料 （热动专业） 二○○八年十月
传热学课程自学进度表 教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006 1
注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2
传热学课程自学指导书 第一章绪论 一、本章的核心、重点及前后联系 （一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （三）本章前后联系 简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程 二、本章的基本概念、难点及学习方法指导 （一）本章的基本概念 1、热传导 导热（Heat Conduction）：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。 特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。 从微观角度分析物体的导热机理： 气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。 非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。 液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。 热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3
铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。 PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50~600℃℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。 常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。其中图1为三线制桥式测温电路，图2为两线制桥式测温电路，图3为恒流源式测温电路。下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明（注：这两个电路本人均有采用及试验，证明可行） 一、桥式测温电路 桥式测温的典型应用电路如图1所示（图1和图2均为桥式电路，分别画出来是为了说明两线制接法和三线制接法的区别）。 测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω
精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V供电。 设计及调试注意点： 1. 同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小； 2. 改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求 3. 放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作 4. VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当电位器阻值调至109.885Ω时，温度的零点就被设定在了25℃。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。 5. 理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为 4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) （1） 式中电阻值以电路工作时量取的为准。 6. 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确
K分度号铠装热电偶校验方法： 1、经外观检查合格的新制热电偶，在检定示值前，应在最高检定点温度下，退火2 h 后，随炉冷却至250℃以下，使用中的热电偶不退火。 2、热电偶的测量端应处于检验炉最高温区中心；标准热电偶应与管式炉轴线位置一致。 3、检验炉炉口沿热电偶束周围，用绝缘耐火材料堵好。 4、检定顺序，由低温向高温逐步升温检定，炉温偏离检定点温度不应超过±5℃。 5、当炉温升到检定点温度，炉温变化小于0.2℃/min时,可以开始读取数据和测量信号。 6、读数应迅速准确，时间间隔应相近，测量读数不应小于4次，测量炉炉温度变化不大于±0.25℃。 7、测量时将所有测量数据填写在工作用热电偶检定记录表上（见附表） 8、详细请参见《JJG351--96工作用廉金属热电偶检验规程》。 在线取出热电偶操作方法 1、常温下直接取出热电偶即可。 2、高温下不能直接取出热电偶，高温下每取出10cm等待5分钟直至全部取出。 3、将取出的热电偶拿到校验炉进行校验，并把校验结果填入工作用热电偶检定记录表。 网带表面温度测量方法： 测量时网带上需无产品 1、把铠装热电偶端头用扎丝固定在网带中间，开动网带以正常速度前进。 2、向前行进2.5m后停止网带，在离铠装热电偶端头2m的位置再加扎丝固定后继续开启网 带前进。在后面可以视铠装热电偶行进情况在适当位置加扎丝固定。 3、当网带行进到氧化第一区位置时，停止网带5分钟待仪表显示数稳定后读出数据记录到 表格上，同时也读出该温区仪表显示值记录到表格。 4、按上面方法测量其它区温度并记录表格中。 5、测量完毕后抽出铠装热电偶和除去网带上残留的扎丝。
作者：刘海全，秦佳佳，赵王林，付海燕，杨海韵 【关键词】原发性骨质疏松；中医药；化学药物 原发性骨质疏松症是以骨量减少、骨组织显微结构改变和骨折危险频度增加为特征的一种全身性骨骼系统疾病。由于相应的骨量减少、骨质量的降低及老年人对创伤的易感性等导致骨折危险性增加。我国60岁以上的老年人原发性骨质疏松症发病率为59.89％，而每年因骨质疏松症并发骨折者约为9.6％，并有逐年增加的趋势。 1 中医对原发性骨质疏松症病名的认识中医对原发性骨质疏松症定性、定位较准确的当属“骨痿”。“骨痿”的提法最早见于《内经》，《素问·痿论》中亦有关于“骨痿”的论述。至汉代，张仲景在《金匮要略·骨痿》中进一步指出了“骨痿”与“骨痹”间的差异，认为“骨痹”是“骨痿”的进一步发展，其后张从正则从临床症状角度谈到了两者的不同，他在《儒门事亲·指风痹痿厥近世差无说》中指出两者应分而论治。现代大多数学者认为原发性骨质疏松症应当属于“骨痿”。 2 中医对原发性骨质疏松症病因病机的认识本病为本虚标实之症，即以肾虚为主，同时伴有脾虚、肝虚、血淤之候的多虚多淤的疾病。《素问·六节脏象论》中说：“肾者，封藏之本，精之处也，其华在发，其充在骨”。《不居集》中：“诸般腰痛皆属肾虚，……腰肢痿弱，身体疲倦，脚膝酸软，脉或大或细，痛亦隐隐而不甚，是其候也”均说明肾虚精亏，不能主骨生髓，骨失濡养而致腰脊酸痛，因其为虚痛，故痛势隐隐，绵延不绝；精舍神，精衰则神弱而致神疲乏力；精虚则不能化气，鼓动血脉无力，气血不行，痹阻经络而致腰背疼痛。现代研究亦证实［1］，肾虚骨质疏松症的病理机制为肾精不足，骨髓、脑髓失养，表现在下丘脑——垂体——靶腺轴的调控失常，包括下丘脑组织的细胞因子及其信号传导通路的异常。脾胃为后天之本，主四肢肌肉。中气受损，则受纳、运化、输布的功能失常，气血津液生化之源不足，无以充养五脏、运行血气，以致筋骨失养、关节不利、肌肉消瘦、肢体痿弱不用，久痿必致骨无所用，进而导致骨质疏松。由于老年人机体功能衰退，体虚气弱，易受外邪侵袭，导致气机不利，气虚无力推动血行脉中，使经络不通、气血不畅，故老年人脾肾俱虚的同时，往往伴随血淤的存在。原发性骨质疏松症除虚为主的病因病机，血淤与淤血也是其重要病因，而淤血更为重要病理［2］。肝虚与骨质疏松症也存在一定的关联。肝藏血，肾藏精。血的生化，有赖于肾中精气的气化；肾中精气的充盛，亦有赖于血液的滋养。精与血的病变亦常相互影响。如肾精亏损，可导致肝血不足；反之，肝血不足，也能引起肾精亏损，肾亏则髓空，骨骼虚损，而形成骨质疏松症。 3 辨证分型研究中医传统的八纲辨证、脏腑辨证等辨证系统是中医长期临床实践的经验总结。中医证型的划分是依据中医理论对疾病的病因、病理、病位及其发展、转归、预后等特点进行分辨和概括的结果。江湧等［3］根据本病临床特征，把原发骨质疏松症按痿、痹、淤痉辨病分类。以无痛为痿，疼痛为痹，外伤为淤，抽搐为痉，再根据病因病机、四诊合参辨证施治。刘庆思［4］根据中医理论及多年积累的临床资料，对原发骨质疏松症的辨证分型归纳总结为4型，即肾阳虚衰型，肝肾阴虚型，脾肾阳虚型和气滞血淤型。苏培基将原发性骨质疏松症分为肾阳虚、肾阴虚、脾肾阳虚、肝肾阴虚、气血亏虚、淤血阻络6型进行辨证论治［5］。徐祖健等［6］通过临床调查发现，在其临床调查对象中，中医证型分布规律为肝肾阴虚型占47.25％，肾阴虚型占16.48％，肾阳虚型占10.99％，脾肾阳虚型占9.89 ％，脾胃虚弱型占5.49％，其他类型占9.89％。除上述几种辨证分型以外，国内学者根据对骨痿病因病机的认识，对本病尚有其他几种不同的辨证分型。虽然这些辨证分型不尽相同，但其总体均以肾虚为主，并与脾虚、肝虚、血淤相关。 4 辨证论治研究中医药采用整体调整的疗法，多以补肾、健脾、活血为主要治则，辨证加减治疗本病，临床均取得较好的疗效。李茵等［7］通过文献检索分析得出，在治疗骨质疏松症的104首中药复方中，共使用106种药物1 204频次。其中，使用频次在10
高铁用材料的现状与发展趋势 郑州大学材料科学与工程学院 橡塑模具国家工程研究中心 陈静波 2010-12-1
高速铁路是指 通过改造原有线路（直线化、 轨距标准化），使营运速率 达到每小时200公里以上， 或者专门修建新的“高速新 线”，使营运速率达到每小 时250公里以上 的铁路系统。
世界高铁发展状况 ?世界第一条高速铁路——日本新干线于1964年成功运营，最高时速300公里。 ?目前已有11个国家和地区共14，000余公里高速铁路投入运营。 中国40% 日本17%法国12% 德国9% 其他22% 世界高铁运营里程分布图
日本新干线 法国TGV 德国ICE 京津城际高铁
我国高速铁路现状2010.08.18 来源：人民网 目前，中国大陆投入运营的高速铁路已达到6920公里我国高速铁路运营里程居世界第一位，其中： ?新建时速250～350公里的高速铁路有4044营业公里 ?既有线提速达到时速200～250公里的高速铁路有2876营业公里 ?正在建设中的高速铁路有1万多公里 ?全国铁路每天开行高速列车1000列左右，平均上座率达到101.7%。高速铁路为广大旅客创造了美好生活
中国大陆目前已开通的高铁线路 2008年8月1日，京津城际高铁通车 2009年4月1日，石太客运专线通车 2009年9月28日温福、甬台温铁路通车 2009年12月26日，武广高铁建成通车 2010年1月28日，郑西高铁相继建成通车 2010年4月26日，福厦高铁通车 2010 年5月1日，成灌高铁通车 2010年7月1日，沪宁高铁通车 2010年9月20日，昌九城际高铁通车 2010年10月26日，沪杭高铁通车
热电阻及其测温原理 在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、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 R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0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 R t=Ae B/t 式中R t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。 2、工业上常用金属热电阻 从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu 50的应用最为广泛。 3、热电阻的信号连接方式 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
热电阻与热电偶的测量原理及区别 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
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。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．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℃。
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材料科学与工程学院《材料学科前沿》文献综述 题目：耐候钢发展历程与研究现状 学生姓名： 学号： 专业：金属材料工程 评阅教师： 2012年 4 月 5号
耐候钢发展历程与研究现状 摘要：钢的腐蚀是一个普遍而严重的问题，其中大气腐蚀造成的损失约占全部腐蚀损失的一半，给国民经济带来了巨大损失，据一些工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~ 4%。目前，全 世界每年因钢结构腐蚀造成的经济损失已高达数千亿美元以上，因此，为了解决钢在大气中容易腐蚀的问题，人们研制开发了耐候钢。 关键词：耐候钢合金元素发展技术革新展望 1 前言 耐候钢是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2~ 8 倍，并且使用 时间愈长，耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外, 还具有优良的力学、焊接等使用性能, 广泛用于铁道车辆、桥梁和集装箱。 2 发展概况 国外发展现状 从20 世纪初至今, 美、德、英、日各国对耐候钢进行了深入的研究。早在1900 年，欧美科学家就发现铜可以改善钢在大气中的耐蚀性能。1916 年, 美国实验和材料学会( ASTM) 开始了大气腐蚀研究。C. P. Larrabee 等进行了大气腐蚀的数据积累工作,总结腐蚀规律, 探讨了腐蚀机理。20 世纪30 年代,美国的U. S. Steel 公司首先研制成功了耐腐蚀高强度含铜低合金钢——Corten 钢, 在20 世纪60 年代不涂漆直接用于建筑和桥梁, 其中最普遍应用的是高磷、铜+ 铬、镍的Corten A 系列钢和以铬、锰、铜合金化为主的Corten B 系列钢[1]。这种耐候钢在欧洲、日本也得到广泛应用。目前, 国外已将耐候钢逐渐作为普通钢种广泛使用, 并且在钢种开发、使用及设计施工方面也进行了详细规定。 我国发展现状 我国耐候钢的发展较晚。1960年前后, 武钢利用其铁矿中含铜, 首先在国内进行了含铜耐候钢的研究和开发工作，20 世纪60 年代, 我国开始进行耐候钢的研
热电阻温度计的结构和原理 其优点如下： 1、循环周期9～13秒，生产效率高，—条线年产标砖6000万块。 2、蒸养车可码放砖坯16层，有效利用蒸压釜，节约蒸压能耗23%。 3、整机布局结构紧凑，占地面积小，能节省土建投资成本达28%。 4、抓坯和码垛定位精度高，减少中间周转过程，提高制品的成品率。 5、自动化程度高，操作简单方便，实现单机单人操作。 热电阻温度计的结构和原理？ 热电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。由于它具有灵敏度高、 体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同，它具有
负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，然后就可以求得温度。如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和系数k，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。电阻温度计就 是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算得到温度值，再通过进行显示。 热电阻温度计的工作原理 热电阻 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，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的类型1）普通型热电阻从热电阻的测温 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。铠
中药行业市场现状及发展趋势分析 医药工业是世界公认的永不衰落的朝阳产业。90年代以来，一直保持7.7%的年均增长率，是世界贸易中增长最快的五类产品之一。 在全球性回归大自然的今天，纯天然药物（民族民间药和中药属天然药物类）是继化学药物、生物制药、基因工程类药品之后，最具发展前景的药物。天然药物因无明显毒副作用，在治疗局部疾病的同时，能明显地调节人体的免疫功能，给药途径方便等优势，广泛地受到世界不同肤色人们的青睐。 中药产业一直以来都是我国的传统优势产业，其有几千年悠久历史，是中华民族的瑰宝，多年来，中药都以其产量多、分布广、毒副作用小等优势占据着我国医药产业的半壁江山，但是另一方面，我国对中药产业的重视程度不足，中药产业的技术标准体系也不健全，导致中药产业发展缓慢。 近年来，我国的中药产业在充满挑战与威胁的世界环境中渐渐迎来了希望的曙光。2006年，国家出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，要求我国要在中药产业中重点开展理论创新和研究；2007年，《中医药创新发展规划纲要》指出要建立中医药标准规范体系，出台新医改政策；随后席卷全球的金融危机与甲型H1N1在世界范围内爆发都将给我国的中药行业的发展产生深远的影响。 1、我国中药行业的历史发展状况 1.1国内市场状况 我国的中医药历史悠久，经过数千年的发展，国内早已经形成了相对
比较成熟的民族医药体系。改革开放以来，我国医药工业发展迅速，产值年均递增16 6％，远高于GDP增速，是国民经济中发展最快的行业之一。而中药在医药行业中增长又最为强劲，仅2005年国内中药企业达1000多家，可生产中成药4000余种，产量也由1998年的3428万吨增长到的6O。29万吨，中成药和中药饮片的销售占国内医药市场份额的三成以上。 中药产业一直处于不断的发展和扩张中。2003年，中药工业实现总产值800亿元，继续保持了持续扩张的发展势头。2004年，中药行业在国家实施宏观调控的大背景下依然呈现出平稳增长的态势。与2003年比较，2004年医药制造业总体和化学药的增长步伐都明显回落，而中药行业则与上期基本持平，利润增速还有所提升，行业的经营稳定性相对突出。1997到2004年，中药工业总产值增长3倍多，占整个医药工业生产总值的比例由1997年的18.60%增长到2004年的26.10%。由于支持中药行业长期发展的因素，如人口增长、老龄化、城镇化等持续存在，可以预计中药行业的这种稳定增长态势仍将持续。 1.2国际市场状况 中药在国际市场上的竞争力也逐渐强化，我国中药的出口额在1995年达到创纪录的7.7亿美元之后，曾持续走低，连年大幅度滑坡，落后于我国外贸出口的平均增长速度。2002年之后这种势头有所好转，出口额开始回升，2003年，则取得稳定增长，于8年后再次突破7亿美元，2008年更是突破了10亿美元大关。可以说国产中药在国际
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 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，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
热电阻原理--热电阻工作原理--pt100热电阻--热电偶和热电阻的区别 热电阻工作原理 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。 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。 热电阻材料 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，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类 （1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。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。 （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