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1、建筑环境测试技术,市政环境工程学院热能工程系,2022/12/8,2,本课程学习主要参考书,1热能与动力工程测试技术，王子延主编，西安交通大学出版社，1998年2热工测量技术，郭绍霞主编，中国电力出版社，1997年3过程检测技术与仪表化学工业出版社，1999 年4暖通规范实施手册建筑工业出版社，2000年,2022/12/8,3,本课程教学安排,授课时数：36学时时间：19周实验时数：12学时内容：见试验指导书日期：与实验中心张斌老师联系考试：期末,第 1 篇 测试技术基础,测量是人们认识和改造世界必不可少的重要手段通过测量能使人们对事物获得定性或定量的概念，从而发现客观事物的规律性广义地讲，
2、测量是对被测量进行检出，变换分析处理、判断、控制等的综合认识过程,2022/12/8,4,测试技术是对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术测试技术涉及传感器、试验设计、模型理论、信号加工与处理、误差理论、控制工程和参数估计等内容根据误差理论、检测对象特性和检测的具体问题，合理设计、科学组建检测系统，正确使用各种检测工具、设备和检测方法，正确地进行测量并对测试结果进行正确处理分析,2022/12/8,5,第 1 章 测试技术的基本知识,本章主要介绍计量、测量、测试、测试技术的基本概念测量方法及分类、测量仪表概况、测试系统的基本构成测试技术的国内外发展情况,2022/12/8,6,1.
3、测试技术的基本概念,测量测量是以确定量值为目的的一组操作。将被测参数的量值与单位标准量进行比较，比出的倍数即为测量结果误差公理测量误差客观存在于一切科学试验与工程实践中，没有误差的测量是不存在的计量计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量可看作测量的特殊形式测试 是测量和试验的全称，有时把较复杂的测量称为测试检测 是意义更为广泛的测量，是检验和测量的统称,2022/12/8,7,2022/12/8,8,2、测量方法,测量以同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量与相对标准量的倍数 L=X/U L比值；X被测量；U标准量测量过程中的关键在于被测量和标准量的比较通过变换可以实
4、现测量，变换也是实现测量的核心，一个新的变换对应着一个新的测量元件、一个新的测量方法的产生,3、测量分类,按测量方式：偏差式、零位式、微差式测量法按接触方式：接触式测量法、非接触式测量法按被测对象参数变化：静态测量、动态测量按测量系统是否施加能量：主动式、被动式测量法按测量数据是否实时处理：在线测量、离线测量按对测量精度的要求：精密测量、工程测量按对测量过程的干预程度：自动测量、非自动测量按测量结果获取地点：本地测量、远地测量 按被测量的属性：电量测量和非电量测量,2022/12/8,9,2022/12/8,10,4、测量的过程,被测量与标准量的比较过程直接比较：用天平测量重量间接比较：用水银
5、温度计测量水温，温度的标准量变换为玻璃管的刻度值；用热电阻测量水温，温度的标准量变换为热电阻的刻度值,2022/12/8,11,5、测量仪表的主要性能指标,精度：用来评价测量仪表的性能精密度（）表示指示值的分散性。同一条件下多次测量，得到测量结果的分散程度，反映了随机误差正确度（）指示值与真值的接近程度。反映了系统误差准确度（）精密度与正确度的综和。反映了系统误差和随机误差,2022/12/8,12,（a）正确度、精密度低； （b）精密度低；（c）精密度高、正确度低； （d）准确度高,例2：射击结果分析,2022/12/8,13,测量仪表的主要性能指标（续）,稳定度在规定的时间、区间和其他外界
6、条件恒定不变的情况下仪表示值的变化例：(0.008%Tm+0.003 Tx)/(8h) Tm 满量程值（仪表）； TX 示值（仪表） ；,2022/12/8,14,测量仪表的主要性能指标（续）,输入电阻仪表的输入阻抗一般用输入电阻表示Ri灵敏度（分辨率） 测量仪表指示的增量与被测量量的增量之比，或叫做分辨率，如：0.1/字线性度输入与输出间的变化规律，线性或非线性y=f(x)动态特性仪表的输出响应随输入变化的能力,6、计量基准,主基准、一级国家基准、最高。现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，国家批准、全国统一副基准、二级次国家基准、用于替代国家基准或验证国家基准工作基准、三级用于检定下
7、属计量标准的计量器具避免频繁使用主基准和副基准,2022/12/8,15,2022/12/8,16,7、计量值的传递与跟踪、检定与对比,计量器具复现量值或将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的量具、仪器和装置计量标准器具准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。分有等级工作计量器具在工作中直接用于测量的器具比对同等级计量器具之间的量值进行比较,2022/12/8,17,量值的传递与跟踪、检定与对比（续）,检定：用高一级的计量器具对低一级的计量器具比较并给出评价校准：与高一等级的计量标准比较给出误差量值的传递与跟踪：把一个物理单位通过各级基准、标准准确地传递到测量器具，
8、以保证量值统一的全过程,2022/12/8,18,计量基准、器具与计量、测量仪器仪表,2022/12/8,19,习题与思考,1、测量方法与选择的原则2、测量仪表的主要指标3、测量与计量的关系4、计量基准5、比对、检定、校准的定义6、精密度、正确度、准确度的定义,2022/12/8,20,部分现场测量仪表介绍,水位测量压力测量流量测量温度测量煤量测量含氧量测量,2022/12/8,21,2022/12/8,22,2022/12/8,23,2022/12/8,24,2022/12/8,25,2022/12/8,26,2022/12/8,27,2022/12/8,28,2022/12/8,29,20
9、22/12/8,30,2022/12/8,31,2022/12/8,32,2022/12/8,33,2022/12/8,34,2022/12/8,35,第2章 测量误差和数据处理,主要概念真值、指定值、实际值、标称值、示值单次测量和多次测量、等精度测量和非等精度测量测量误差、绝对误差、实际相对误差、示值相对误差、满度相对误差测量数据处理方法及数据处理,2022/12/8,36,2022/12/8,37,2.1 测量误差,真值 A0一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值指定值 AS （约定真值，国际间进行比对）由国家设立各种尽可能维持不变的实物标准以法令的形式指定其所体现的量值作为计量
10、单位的指定值例：标准砝码上标出的lkg例：标准电阻上标出的1例：标准电池上标出来的电动势1.0186V,2022/12/8,38,测量误差（续）,实际值 A(相对真值）上一级计量器具的值标称值测量器具上标称的数值示值由测量器具指示的被测量量值，数值和单位单次测量和多次测量等精度测量和非等精度测量,2022/12/8,39,测量误差（续）,绝对误差定义：X=X A0 或 X=X AA0 真值； A实际值； X 测量值；特点：单位、符号、表示方法测量值表示为：A=XX得知其固定的测量误差 C 可以进行修正测量实际值：A=X+C,2022/12/8,40,测量误差（续）,相对误差实际相对误差定义：示
11、值相对误差定义：如果测量误差不大，可用示值相对误差代替实际相对误差,2022/12/8,41,测量误差（续）,满度相对误差（满度误差和引用误差）定义：仪表准确度等级：S按照 m 分级 0.1 ; 0.2 ; 0.5 ; 1.0 ; 1.5 ; 2.5 ; 5.0；0.1=0.1%,满度相对误差实际给出了仪表全量程内绝对误差的最大值,2022/12/8,42,例1、某电压表S=1.5，试算出0100V量程中的最大绝对误差解：最大绝对误差注意：1、如果没有得到修正值，只能按最大误差考虑2、测量值应选择仪表满量程的2/3处为宜,2022/12/8,43,例2、某压力表S=1.0，满度值1.0MPa，
12、求测量值为1.00MPa、 0.80MPa、 0.20MPa时的绝对误差和示值相对误差,解：根据式2-9得最大绝对误差示值相对误差（续后）,2022/12/8,44,示值相对误差,2022/12/8,45,由上例可总结：,同一量程内，测量值越小，示值相对误差越大测量仪表的准确度，并不是测量结果的准确度适当选择测量仪表的量程，才能减小示值相对误差,2022/12/8,46,例3、要测量100的温度，现有0.5级、测量范围为0300时和1.0级、测量范围为0100的两种温度计，试分析各自产生的示值误差,解： 0.5级温度计，可能产生的最大绝对误差示值相对误差,2022/12/8,47,解： 1.0
13、级温度计，可能产生的最大绝对误差示值相对误差显然适当选择测量仪表的量程，才能减小示值的相对误差,2022/12/8,48,2.2 测量误差的来源,仪器误差：精度人身误差：人为影响误差：环境方法误差：测量或计算方法,2022/12/8,49,2.3 误差的分类,系统误差 服从某一规律的误差特点：测量条件不变，误差为确切值；多次测量取均值不能消除；具有可重复性a.等值b.递增c.周期性d.复杂,2022/12/8,50,随机误差（偶然误差）：多次等精度测量，其绝对值和符号无规则变化的误差,特点：对称性抵偿性小误差概率大有界性,残差,方差,2022/12/8,51,表2-1 测量结果图,正偏差出现7
14、次,负偏差出现6次,i0.5,1次；0.5 i 0.4,2次；1,2,3,6次;,2022/12/8,52,粗大误差（粗差）明显偏离实际值的误差剔除粗差注意：1、粗差较易发现并剔除2、一般系差与随机误差同时存在，需分辨出并作相应的处理,2022/12/8,53,2.4 随机误差分析,n 次测量的算术平均值数学期望Ex当 n 趋于无穷时当无系统误差和粗差时绝对误差随机误差,2022/12/8,54,随机误差分析（续）,随机误差的平均值：随机误差具有低偿性，当测量次数无限大时： 当测量次数足够多时：即多次测量可以接近实际值,2022/12/8,55,剩余误差（ 残差）各次测量值与算术平均值之差两边
15、分别求和上式反映了残差的特点，可用于检查算术平均值是否正确,2022/12/8,56,方差2为克服随机误差的抵偿性，用方差2估计测量的精密度（偏离真值的程度，单位是相应单位的平方）标准差 （均方根差，单位与测量值相同）：用标准差反映测量的精密度,精密度正确度准确度,2022/12/8,57,随机误差的正态分布,对于一组测量数据的大小反映了测量精密度,特征：1、有界性2、对称性3、抵偿性 越小测量值的精密度高,2022/12/8,58,极限误差（最大误差或称随机不确定度）,随机误差大于3的概率仅为0.003，可认为是粗差,注意：极限误差 用于剔除粗差,2022/12/8,59,贝塞尔公式上面分析
16、有：实际中： 不可能，n1且有限时，用残差代替随机误差，用下面公式表示有限次测量标准差的最佳估计值（贝塞尔公式）：n应大于1，最好不小于6,2022/12/8,60,算术平均值的标准差算术平均值与真值间也存在随机误差（每组测量的算术平均值也不相同，共m组），根据概率中的方差法则可求出：,同理定义极限误差：测量结果表达示： 实际测量中标准差及平均值的标准差，直接写成：,2022/12/8,61,有限次测量下的结果表达式1、列出测量数据表，测量n（1020）次、m组2、计算算术平均值、残差、方差3、计算标准差、平均值的标准差4、进行数据处理，给出测量结果表达式,2022/12/8,62,2022/
17、12/8,63,解：,测量结果表达式：,多组测量时可以使用：,2022/12/8,64,系统误差的特性剔除粗差后，测量误差等于随机误差和系统误差值的代数和：,2.5 系统误差分析,进行n次等精度测量，系差为恒差或缓慢变化，则有：,高一等级的测量仪表，或另一用于比对的测量仪表,当n足够大时，第二项等于零。,2022/12/8,65,系统误差的特性（续）,当n足够大时，由于随机误差的抵偿性，其算术平均值等于零，于是得：系统误差的特性：1、不具备抵偿性；2、与测量次数无关；3、取平均值无效；4、研究其规律，发现并消除。,如果已知A值，就可以得到系差值,2022/12/8,66,系统误差的判断,1、理
18、论分析法由于测量方法引入的误差，通过理论分析解决2、校准比对法用准确度高的仪器比对测量，发现系差，修正3、校验比对法改变测量环境、方法，比对测量数据，发现系差4、残差观察法根据残差观察有无系差及类型，残差观察法主要发现变值系差，不能发现恒值系差，见下页图示,2022/12/8,67,4、残差观察法（横轴是均值不能发现恒值系差）,无系差,系差线性递增,系差规律复杂,系差周期变化,2022/12/8,68,消除系统误差,1、采用正确的测量方法和原理；2、选用正确的仪器、仪表及准确度；3、测量用仪器、仪表定期检定；4、使用中按规程或说明书操作；5、注意环境温度影响，电源电压的影响；6、尽量使用数字仪
19、表，避免读数误差；7、提高测量人员的操作水平。,2022/12/8,69,消弱系统误差的典型技术,1、零示法 待测量与已知标准量比较，二者效应相互抵消，指示为零。可以消除零示器的误差2、替换法（置换法） 测量条件不变，用标准量替代被测量，通过调整标准量而使示值不变，标准量等于被测量。两次测量,零示法,替换法,标准电源,标准电阻,标准电阻(可调),2022/12/8,70,其他方法,（1）系差修正用恒值或公式修正（2）随机化处理多台同类仪表测量，取各自的平均值作为测量结果。不易实现（3）智能化仪表的系差处理 a、零点校准 b、自动校准，见下页,2022/12/8,71,b、自动校准,零点自动校准
20、,开始测量,满度自动校准,标准电源,2022/12/8,72,2.6 误差的合成、间接测量的误差传递与分配,随机误差合成若测量结果中有k个独立的随机误差、标准方差。则k个独立随机误差的综合效应是他们的方和根合成误差时经常用极限误差合成（测量次数够），极限误差为合成的极限误差,2022/12/8,73,系统误差合成,1、确定系统误差的合成（1）代数合成法（2）绝对值合成法（3）方和根合成法,2022/12/8,74,1、确定系统误差的合成（续）,合成方法说明：（1）代数合成法计算的结果可以抵消部分符号相反的误差项（2）绝对值合成法计算的结果偏大（3）m大于10时各分量出现最大值时的概率不同，故可
21、以采用方和根合成法，结果适中（4）若每一项的系统误差属于定值，可在修正后再合成作业例5,2022/12/8,75,2、不确定系统误差的合成,（1）线性相加法各系统不确定度线性相加（2）方和根合成法（3）标准差法,2022/12/8,76,2、不确定系统误差的合成（续）,当q 10时，采用（2）、（3）法,2022/12/8,77,随机误差与系统误差合成,1、合成的极限误差k个独立的随机误差2、合成的确定系统误差m个确定的系统误差3、合成的不确定系统误差q个不确定的系统误差4、测量结果综合误差,2022/12/8,78,间接测量的误差传递,在供热量测量中，供回水温度、流量为直接测量，热量是间接测
22、量值1、间接测量函数 各xi相互独立，其绝对误差为xi，y 的绝对误差为yi ，则,2022/12/8,79,1、间接测量函数（续）,将上式按泰勒级数展开，且略去高阶项所以用相对误差形式表示,2022/12/8,80,2、常用函数的误差传递,（1）和差函数合成误差设：绝对误差(x符号不定时)：相对误差：分别推导出和函数、差函数的相对误差。作业例6、7、8,2022/12/8,81,（2）积函数合成误差（用间接测量误差合成推导、过程见书）设：绝对误差：相对误差：（3）商函数合成误差（推导过程见书）设：绝对误差：相对误差：,2022/12/8,82,（4）幂函数合成误差（推导过程见书）设：相对误差
23、：,2022/12/8,83,3、间接测量的标准误差,对 n 个量等精度直接测量了 m 次，可以推出（1）间接测量的标准误差（2）间接测量标准误差的相对误差表示形式,2022/12/8,84,间接测量的误差分配,间接测量时需要对各测量元件或仪表进行误差分配，从尔保证误差合成后，满足综合误差要求 设间接测量函数为 根据间接测量标准误差为,2022/12/8,85,间接测量的误差分配（续）,现假设间接测量标准误差已确定，要求确定各分项误差按等作用原则分配误差方法，各局部误差对总误差的影响相等，既,2022/12/8,86,间接测量的误差分配（续）,从而间接测量标准误差为各分项标准误差为用极限误差表
24、示,2022/12/8,87,间接测量的误差分配（续）,按等作用原则分配误差的特点：1、各局部标准误差相等2、局部各测量量的误差不相等实际测量中的误差分配1、初步按等作用原则分配误差2、根据局部各测量量的误差进行误差分配调整3、进行综合误差合成，再分配各测量量误差作业例9,2022/12/8,88,2.7 测量数据的处理,有效数字处理1、有效数字从误差的观点定义近似值的有效数字若末位数字是个位，则包含的绝对误差不大于0.5例： 3.142，极限误差0.0005；8700 ，极限误差0.5； 0.020，极限误差0.0005 ；87x102，极限误差0.5 x102特点： 、小数点后末位的零不能
25、省略； 、有效数字与极限误差有关,2022/12/8,89,2、多余数字的舍入规则,保留有效数字，采取“小于5舍，大于5入，等于5则奇入、偶不变”。最后一位认为有“0.5”的误差。例：12.34.12.3；12.36.12.4； 12.35.12.4；12.45.12.4；,2022/12/8,90,3、有效数字的运算法则,（1）加法法则以小数点位数最少的为准。（2）减法法则原则同加法。（3）乘除法法则运算结果比有效数字位多保留一位。（4）乘方、开放运算运算结果比有效数字位多保留一位。,2022/12/8,91,等精度测量结果的处理,作业例11：16次等精度测量如下表，计算测量结果。,2022
26、/12/8,92,等精度测量结果的误差处理（续）,1、系差修正；2、计算算术平均值；3、计算残差；并验证残差应为零；4、计算残差的平方，按贝塞尔公式计算标准差估计值；5、按极差原则检查剔除粗差；6、修正后重新计算算术平均值；7、重新计算各残差、标准差；8、再按极差原则检查粗差，如有重复6；9、绘出残差图，判断有无系差，如有想法克服，重复210、计算算术平均值标准差；11、写出结果表达式作业例11,2022/12/8,93,习题：,第2章习题： 4、6、9、10、18、23、26、 29、31、32、37题,第三章 温度测量,重点温标液体膨胀式温度计固体膨胀式温度计热电偶温度计铂电阻温度计,20
27、22/12/8,建筑环境测量技术,94,2022/12/8,建筑环境测量技术,95,3-1、温度测量概述,温度是国际单位制7个基本理量之一一、温度与温标（一） 温度描述系统不同自由度间能量分布状况的物理量描述系统冷热程度的物理量借助于某种物质（液体、气体、固体）的某种特性（体积、压力、长度、热电势、电阻等）随温度变化的一定规律来描述,2022/12/8,建筑环境测量技术,96,（二）温标,用来衡量温度的标准尺度 温标的三要素 ：某物质相平衡温度的固定点刻度描述两固定点中间温度值关系的函数，内插函数（或称内插方程） 温度计,2022/12/8,建筑环境测量技术,97,1、经验温标,定义：借助于某
28、一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标例：以水银为测温介质，以其体积随温度的变化为依据，制成玻璃水银温度计规定水的沸点为212度，氯化氨和冰的混合物为0度，这两个固定点中间等分为212份，每一份为1度记作。这种标定温度的方法称为华氏温标。把冰点定为0度，把水的沸点定为100度用这两个固定点来分度玻璃水银温度计，将两个固定点之间的距离等分为100份，每一份为1度，记作。这种标定温度的方法称为摄氏温标。其它：兰氏、列氏温标等。,2022/12/8,建筑环境测量技术,98,经验温标的缺点,局限性和随意性使用温度受限制理论不严格，从经验中推出,2022/12/8,建筑环境测
29、量技术,99,2、热力学温标,物理学家开尔文（Kelvin）提出，在可逆条件下，工作于两个热源之间的卡诺热机与两个热源之间交换热量之比等于两个热源热力学温度数值之比： ，或1（）式中：一卡诺热机从高温热源吸收的热量； 一卡诺热机向低温热源放出的热量； 一高温热源的温度； 一低温热源的温度。,2022/12/8,建筑环境测量技术,100,设待测热源的热力学温度为，一个标准热源的热力学温度已知为273.16K（水三相点），利用卡诺热机测温，令Ts273.16K则有热力学温标的内差方程 TTSQQS，或（S）S 式中: Qs一卡诺热机向标准热源放出的热量 Ts一273.16K实际上，卡诺热机是不存在
30、的，只好用与卡诺定理等效的理想气体状态方程复现热力学温标,2022/12/8,建筑环境测量技术,101,根据玻意耳一马略特定律复现热力学温标： 式中： 一 一定质量气体的压强； 气体的体积； 普适常数； 热力学温度。当气体的体积恒定时，一定质量的气体，其温度与压强成正比：Ts s 或（s ） Ts 式中: Ts=273.16K；对应Ts时的压力s 测出压力比PPs时，即可求得相应的热力学温度。气体温标的建立繁杂，而且使用很不便,2022/12/8,建筑环境测量技术,102,3、国际温标,为实用方便，经国际协商，建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标 。具备以下条件：(1).尽可能接近
31、热力学温标；(2).复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保统一；(3).用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定。第一个国际温标 “1927年国际温标”，记为 ITS27。第二个国际温标 “1948年国际温标”，记为 ITS48。第三个国际温标 “1968年国际温标”，记为 ITS68。第四个国际温标 “1990年国际温标”，记为 ITS90。,2022/12/8,建筑环境测量技术,103,二、1990年国际温标（ITS-90）简介,热力学温度记作T，为了区别于以前的温标，用“T90”代表新温标的热力学温度，单位仍是K与此并用的摄氏温度记为90，单位是“”关系是：90 =
32、T 90 273.15 （一）定义固定点见表3-1,2022/12/8,建筑环境测量技术,104,表3-2,VP蒸汽压力点TP三相点MP熔点FP凝固点,2022/12/8,建筑环境测量技术,105,（二）、标准仪器,（1） 0655.0，He和He蒸汽压温度计；（2） 3.024.5561，He和He定容气体温度计；（3）13.8033961.78，铂电阻温度计；（4）961.78以上，光学或光电高温汁。（三）、内插公式可以跨范围并交叠使用，略。 注意：温标三要素,2022/12/8,建筑环境测量技术,106,（四）、三种温标换算表：,温度换算表,2022/12/8,建筑环境测量技术,107,
33、三、温标的传递,2022/12/8,建筑环境测量技术,108,四、温度测量方法及测量仪表的分类,热力学第零定律。取3个热力学系统 A、B、C，A与C、B与C接触，过一段时间后， A与C、B与C都相平衡，再将A与B相接触，则发现A与B的状态都不再发生变化。由热力学第零定律已知：处于同一热平衡状态的所有物体都具有某一共同的宏观特性。表征这一宏观性质的物理量就是温度。显然温度不能直接测量 。,2022/12/8,建筑环境测量技术,109,温度测量方法,1、接触法根据热平衡原理进行接触测温。特点：温度计要与被测物体有良好的热接触 ； 破坏被测物体的热平衡状态； 感温元件的结构、性能受被测物体限制。2、
34、非接触法利用物体的热辐射能随温度变化的原理测温。特点：不改变被测热平衡状态； 热惯性小； 可测移动、旋转或反应迅速的高温。,两种测温方法的特点,2022/12/8,建筑环境测量技术,110,2022/12/8,建筑环境测量技术,111,3、测温仪表分类表,2022/12/8,建筑环境测量技术,112,2022/12/8,建筑环境测量技术,113,3-2、膨胀式温度计,利用物体受热膨胀的原理制成 一、液体膨胀式温度计 常见的是玻璃管式温度计。它主要由储液器，毛细管和标尺组成。根据所充填的液体介质不同能够测量-200 750范围的温度。,2022/12/8,建筑环境测量技术,114,1、原理,利用
35、液体体积随温度升高而膨胀的原理制作 工作液体体积变化为 VT1VTO（） VT2VTO（） VVT2VT1VTO （）（2）式中： VT，VT1，VT 分别为工作液体在0及温度为 和2时的体积。 ， 分别为工作液体和玻璃的体膨胀系数。 ，灵敏度高，测温精度也高。影响小。常用玻璃液体温度计见下表：,2022/12/8,建筑环境测量技术,115,常用玻璃管液体温度计的测温范围,温度计分段使用,2022/12/8,建筑环境测量技术,116,2、特点,直观； 准确； 简单； 低廉； 应用广泛； 不能记录； 不能远传； 易碎； 迟延较大。,2022/12/8,建筑环境测量技术,117,3、玻璃管液体温度
36、计分类,标准温度计：用于精密测量和校准，准确度高，分度值0.1（个别测量范围内分度值可达0.05 ）0.2，基本误差在0.10.8内。实验室用温度计：用于实验室的测温。 工业用温度计：工业测温，准确度较低，允许误差可在l10之间。 电接点温度计：作温度控制用。定期校验并校正其零位 。,2022/12/8,建筑环境测量技术,118,4、玻璃管温度计测温误差分析,（1）迟延误差a.玻璃材料的热滞后；b.工作液体的热滞后；（2）安装误差外露部分环境温度的影响；插入部分的温包应在被测温度中心点。环境温度修正见后页。,2022/12/8,建筑环境测量技术,119,环境温度修正：,（a） 式中： 一 露出
37、液体部分的温度修正值（） n 露出液柱部分所占的刻度数（） 工作液体对玻璃的相对体膨胀系数（1/）（汞0.00016 1/,酒精0.000103 1/） t 温度计的指示值（） a 液柱露出部分所处的环境温度（）例3.2.1：,2022/12/8,建筑环境测量技术,120,（3）非线性误差：,液体温度计是由两个固定点（冰融点和水沸点）间均匀划分等分来进行分度的，实际液体的体积随温度的变化存在一定的非线性度。（4）工作液的迟滞误差： 由于表面吸附力会造成工作液流动的迟滞性，从而降低温度计的灵敏度，甚至出现液柱中断现象 。（5）读数误差： 非水平读数；手摸标尺处。,2022/12/8,建筑环境测量
38、技术,121,二、压力式温度计,利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。 工作介质：气体、液体和固体。结构：温包、毛吸管和传动指示机构。特点：简单、可靠、抗震性能好、无电源、防爆、测温-50550 、测量与显示间的距离小于60米，动态特性差、滞后较大。使用场合：常用于飞机、拖拉机、汽车、锅炉等。,三、固体膨胀式温度计,利用两种线膨胀系数不同的金属片焊制成双金属片的一端固定，另一端为自由端。当温度变化时，由于两种金属的线膨胀系数不同，双金属片必然发生弯曲变形其弯曲的偏转角 反映了被测温度的数值，利用其偏转角的变化可以制成相应的温度计
39、双金属片温度计常用作自动控制装置中的温度测量元件，它结构简单、可靠，但精度不高,2022/12/8,建筑环境测量技术,122,2022/12/8,建筑环境测量技术,123,3-3、热电偶测温,温度计：热电偶产生与温度相对应的电动势，再由仪表显示。测温范围：-2001300 ，特殊2800或4K。一、工作原理：1、热电现象：两种不同的导体 A 和 B 连接在一起，构成一个闭合回路，当两个接点的温度不同时，在回路中就会产生热电动势。记为EAB。2、特点： 两种不同的导体；两个连接点；两点有温差。,2022/12/8,建筑环境测量技术,124,（一）接触电动势（珀尔帖电势）,现象：两种电子密度不同的
40、导体相互接触时，就会发生自由电子扩散，电子扩散的速率与自由电子的密度及所处的温度成正比。导体失去电子而带正电，获得电子而带负电。在某一温度下，经过一定的时间，电子扩散能力与电场阻力平衡，在其接触处形成接触电势用符号E（T）表示,2022/12/8,建筑环境测量技术,125,接触电势可用下式表示 ：,E（T）k T/e（ln (N/N)） 式中： k 波耳兹曼常数，等于1.38 10-23J； e电荷单位，等于 4.802 10-10绝对静电单位； N、N分别为在温度为T时，导体 A与 B的电子密度； T接触处的温度，K。,2022/12/8,建筑环境测量技术,126,闭合回路的接触电势分别为：
41、,EAB（T）k T / e（ln (NAT/NBT） EAB（TO）k TO / e（ln (NATO/NBTO)）,NAT、NATO A导体的电子密度。 NBT、NBTO B导体的电子密度。特点：温度越高电势越大；两导体电子密度比值越大，接触电势越大。,2022/12/8,建筑环境测量技术,127,（二）温差电势,同一导体两端温度不同时，高温端失电子，带正电。低温端得电子，带负电。建立平衡电动势：,2022/12/8,建筑环境测量技术,128,（三）闭合回路的总电动势,闭合回路总热电动势E（T，T）应为接触电势与温差电势的代数和，即 ：经整理推导后可得：特点：总电动势与T、T有关； NAT
42、、NBT随T变化，不是常数；既E（T，T）f（T） f（T） 如：f（T）C；E（T，T）f（T） C,2022/12/8,建筑环境测量技术,129,显然用热电偶测温的关键：,将冷端温度固定； 用试验法找出热电势与温度的关系（函数式、表格、曲线形式）。结论：（1）凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热电偶。（2）热电偶所产生的热电势，在热电极材料一定的情况下，仅决定于测量端和参考端的温度，而与热电极的形状和尺寸无关。（3）热电偶参考端温度必须保持恒定，最好保持为0。,2022/12/8,建筑环境测量技术,130,二、热电偶的应用定则,(一)均质导体定则同一匀质导体（电子密度处处相同）组成的闭合回
43、路中，任何条件下，均不产生热电势。 (二)中间导体定则在热电偶回路中接入第三种导体，第三种导体相连接的两端温度相同，则对热电偶回路中的总电势没有影响。 证明见书,2022/12/8,建筑环境测量技术,131,(三)中间温度定则,它是指热电偶在两接点温度为T、T时，热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T，T和T，T时相应热电势的代数和：EAB（T，TO） EAB（T，TN） EAB（TN,TO） 用于冷端温度不是 0而是中间值 TN 时的修正计算。EAB（T，TN）实测值； EAB（TN,TO） 查表值,2022/12/8,建筑环境测量技术,132,三、热电偶的结构和标准化,（一）铠装热电偶1、
44、接线盒：接引出导线用。2、保护套管：保护电极不直接与被测介质接触。3、绝缘套管：防止短路。4、热电极直径：由材料价格、机械强度、导电率及用途定。廉金属0.53.2mm;贵金属0.30.65mm长度：按安装条件定，一般为3502000mm。,（二）薄膜式热电偶,采用真空蒸镀或化学涂层等制造工艺将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶，其热端极点非常薄，大约0.010.1m薄膜热电偶适合于表面温度的快速测量，响应时间约为数毫秒基板由云母或浸渍酚醛塑料片等制成，热电极由镍铬-镍硅、铜-康铜等。薄膜热电偶的测温范围一般在300以下使用时可用粘结剂将基板固定在被测物体的表面,2022/12/8
45、,建筑环境测量技术,133,2022/12/8,建筑环境测量技术,134,四、热电偶分类,（一）标准化热电偶1、廉金属热电偶（1）T型（铜-康铜）热电偶特点：廉金属热电偶中准确最高、热电势较大、-200300 。（2）K型（镍铬-镍铝或镍硅）热电偶特点：廉金属热电偶中测温范围最宽（-2001100 ），线性较好，热电势较大，我国目前用镍铬-镍硅热电偶，它们的特性一样，而且脱氧化性强。,2022/12/8,建筑环境测量技术,135,（3）E型（镍铬-康钢）热电偶,不及K型热电偶应用广泛，但在标准型热电偶中在氧化气氛中灵敏度最高，可使用到 1000。（4）J型（铁-康铜）热电偶 价廉、灵敏，但准确
46、性和稳定性不如T型热电偶，0以下很少用；其测温上限在氧化性气氛中可到750；在还原性气氛中可到950。,2022/12/8,建筑环境测量技术,136,2、贵金属热电偶,（1）S型（铂铑10-铂）热电偶 标准化热电偶中准确度最高，但热电势小，热电特性非线性较大。长期使用上限到1400。短期可到1600，不适于还原性气氛。 （2） R型（铂铑13-铂）热电偶与S型热电偶相比除热电势稍大之外，其它特点相同。它只作为引进设备的配件生产。（3） B型（铂铑30-铂铑6、简称双铂铑热电偶）热电偶具有铂铑-铂热电偶的各种特点，抗污染能力强，具有较好的稳定性，长期使用上限达1600，但热电势最小，灵敏度低，室
47、温下热电势极小，E(25)-2mV，故一般不用补偿导线。,2022/12/8,建筑环境测量技术,137,我国标准化热电偶的主要特性,2022/12/8,建筑环境测量技术,138,(二) 非标准化热电偶,1、钨-铼系热电偶 热电势较大，线性较好，价廉。不同批量的热电特性是有差别的，稳定性也较差（极易氧化）。一般用到2400以下，不能在氧化气氛中使用。在冶金、建材、航天、航空及核能等行业都得到应用。是高温测试领域中很有前途的测温材料。,2022/12/8,建筑环境测量技术,139,2、钨-铱系热电偶,是一种高温贵金属热电偶，热电势较高，接近线性，只能在2200以下的真空或情性气氛中应用。3、其他非
48、标准化热电偶（1）镍铬一金铁热电偶 在低温时热电势较大，可在2273K温度范围内使用。（2）镍钴一镍铝热电偶 测温3001000，300以下热电势很小，室温附近近似零，因此可不必进行冷端温度补偿和修正。（3）非金属热电偶 石墨-石墨热电偶，石墨-二硼化锆热电偶，石墨-碳化钛热电偶等。,2022/12/8,建筑环境测量技术,140,（3）非金属热电偶,石墨-碳化硅热电偶，石墨-二硼化锆热电偶，石墨-碳化钛热电偶等。非金属热电偶的优点是热电势显著的大。在各种气氛中物理化学性能都很稳定，测量上限在3000以上。其主要缺点是材料的复现性很差；没有统一的分度表，机械强度低。,2022/12/8,建筑环境
49、测量技术,141,五、热电偶测温系统,由热电偶、补偿导线、测温仪表及电路构成。（一）热电偶参考端的温度处理只有在固定冷端温度时，热电偶的输出电势才只是热端温度的单值函数。1、补偿导线法 选择与热电偶热电特此相同的廉金属导线，作为热电偶与仪表见的联线，相当于将测量端附近的冷端移到仪表端，以减小热端的影响。 补偿原理图：,2022/12/8,建筑环境测量技术,142,常用补偿导线：,分为补偿型及延伸型两种，延伸型选择与所配用热电偶相同的材料。可在很宽的温度范围内保持高精度，误差曲线符合线性，但是价格高；补偿型选择与所配用热电偶近似的材料，这种补偿导线在较宽的温度范围内，不能保持高精度，价格便宜。
50、注意：1.配套使用；2.正负极不要接反。,2022/12/8,建筑环境测量技术,143,2、计算修正法,用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度处（通常是环境温度），测量冷端温度，根据中间温度定则，再对冷端温度进行计算修正。 步骤（见例3.3.1）（1）测量冷热端温差电势；（2）测量冷端温度：（3）将冷端温度换算成电势；（4）将冷热端温差电势与冷端温度电势相加；（5）再换算成温度。,2022/12/8,建筑环境测量技术,144,3、冷端恒温法,（1）冰点恒温法冷端0 恒温，实验室精密测量。（2）冷端恒温法冷端采用电加热恒温，工业中较精密测量。4、补偿电桥法在热电偶测温回路中串联一个不平衡电桥，此
