《温度测量技术》课件

温度测量技术本演示文稿旨在全面介绍温度测量技术，涵盖从基本原理到高级应用的各个方面我们将深入探讨各种温度传感器的原理、类型及其优缺点，并分析温度测量中的误差来源及校准方法此外，还将介绍温度测量技术在不同领域的应用，以及未来的发展趋势希望通过本次学习，大家能够全面掌握温度测量技术，并在实际工作中灵活运用课程概述课程目标课程内容掌握温度测量的基本概念和原理了解各种温度传感器的类型、温度的定义、单位和标准接触式和非接触式温度测量方法热特性及适用范围熟悉温度测量中的误差分析及校准方法掌握电偶、电阻温度计、热敏电阻等传感器的原理和应用温度测量温度测量技术在不同领域的应用误差分析及校准方法温度测量技术在工业、医疗、环境等领域的应用未来发展趋势温度的定义温度是描述物体冷热程度的物理量，是物体分子平均动能的标志温度只能在高统计意义下成立，当系统分子数足够大时，才有统计意义微观上，温度是组成物质的粒子的无规运动的剧烈程度的一种表现宏观上，温度表现为物体的一种冷热程度，是决定物体吸收或放出热量的条件温度是热力学中的一个基本状态参量，是描述物体或系统热平衡程度的物理量两个或多个有热传递关系的系统达到热平衡时，它们的温度相等温度是能量以分子动能形式均匀分布的宏观表现，反映了物体内部分子运动的平均剧烈程度温度单位和标准常用温度单位温度单位换算温度标准123摄氏度（）以冰水混合物的温度国际温标，是目前国际上℃℃=℉-32×5/9℉=℃×ITS-90为，标准大气压下沸水的温度为普遍采用的温标，它定义了一系列固0℃9/5+32K=℃+

273.15华氏度（）以冰水混合定点和插值方法，以实现温度的精确100℃℉物的温度为，标准大气压下沸测量国家温度计量标准由国家计32℉水的温度为开尔文（）量机构建立和维护，用于溯源温度测212℉K热力学温标，以绝对零度为，与量结果0K摄氏度的温差相同温度测量的重要性工业生产医疗卫生在化工、冶金、电力等工业生产体温是人体健康的重要指标，对过程中，温度是重要的工艺参数疾病的诊断和治疗具有重要意义，对产品质量、生产效率和安全医疗器械、药品生产和储存也生产有着重要影响精确的温度需要精确的温度控制测量可以实现过程控制和优化环境监测环境温度是气候变化研究、气象预报、农业生产等领域的重要参数对大气、水体、土壤等环境温度的监测可以了解环境状况和变化趋势温度测量方法概览接触式测量非接触式测量其他测量方法传感器与被测物体直接接触，通过热传导传感器不与被测物体直接接触，通过接收利用特殊材料或物理现象的温度敏感特性达到热平衡，测量传感器自身的温度例被测物体发出的热辐射来测量温度例如进行测量例如半导体温度传感器、光如热电偶、电阻温度计、双金属温度计红外测温仪、热像仪、辐射高温计等纤温度传感器等等接触式温度测量原理利用温度传感器与被测物体直接接触，通过热传导达到热平衡，测量传感器自身的温度热传导过程可能需要一定时间，测量结果会受到传感器热容量和接触条件的影响优点测量精度高，稳定性好，适用于各种介质的温度测量成本相对较低，易于安装和维护缺点测量速度较慢，可能影响被测物体的温度分布传感器需要与被测物体直接接触，可能受到环境因素的干扰非接触式温度测量优点测量速度快，可以测量运动物体或高温原理2物体的温度不影响被测物体的温度分利用物体发出的热辐射来测量温度，无布，适用于远程测量和在线测量需与被测物体直接接触热辐射的强度1和波长分布与物体的温度有关，通过测量热辐射可以推算出物体的温度测量缺点结果受到物体发射率、环境温度和大气测量精度较低，易受环境因素的干扰吸收的影响需要了解被测物体的发射率，成本相对3较高热电偶原理塞贝克效应两种不同的金属组成一个闭合回路，当两个接点存在温度差时，回路中会产生电动势1，称为塞贝克效应电动势的大小与温度差成正比热电势2由塞贝克效应产生的电动势称为热电势，其大小与两种金属的材料特性和温度差有关参考端补偿3为了消除参考端温度对测量结果的影响，需要对参考端温度进行补偿常用的方法是使用冰点槽或温度补偿电路热电偶类型型K1镍铬镍硅热电偶，常用，温度范围广-型J2铁铜镍热电偶，成本低，易氧化-型T3铜铜镍热电偶，低温测量，精度高-热电偶的优缺点优点缺点测量范围广，可测量高温和低温精度较低，易受环境因素的干扰结构简单，坚固耐用输出信号小，需要放大器响应速度快，适用于动态测量需要参考端补偿，使用较复杂热电偶应用实例工业炉窑塑料注塑机电厂汽轮机用于测量炉膛温度，控制燃烧过程用于测量模具温度，控制成型质量用于测量蒸汽温度，监测运行状态电阻温度计原理Temperature Resistance利用金属电阻随温度变化的特性进行温度测量金属的电阻值与温度之间存在一定的函数关系，通过测量电阻值可以推算出温度常用的金属材料有铂、铜、镍等电阻随温度升高而增大，关系式为Rt=R01+αt，其中Rt为t℃时的电阻，R0为0℃时的电阻，α为电阻温度系数电阻温度计的测量精度较高，稳定性好，但测量范围有限，响应速度较慢需要外部电源供电，并进行线性化处理铂电阻温度计特性常用型号铂是一种化学性质稳定的金属，具有良好的线性度和重复性，测时电阻值为时电阻值为Pt1000℃100ΩPt10000℃量精度高，稳定性好适用于精密温度测量，是国际温标的标准时电阻值为型号不同，量1000ΩPt100000℃10000Ω温度传感器程有所区别镍电阻温度计特性应用12镍电阻温度计的电阻温度系数较大，灵敏度较高，但线性广泛应用于家用电器、暖通空调、工业设备等领域，用于度较差，稳定性不如铂电阻温度计成本较低，适用于一温度控制和保护般工业温度测量电阻温度计的优缺点优点测量精度高，稳定性好，线性度好铂电阻温度计是国际温标的标准温度传感器缺点测量范围有限，响应速度较慢需要外部电源供电，成本较高热敏电阻原理原理特性利用半导体材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量热敏电灵敏度高，体积小，响应速度快，成本低但线性度差，稳定性阻的电阻值与温度之间呈非线性关系，灵敏度高，但线性度较差较差，易受环境因素的干扰常见的有（负温度系数）和（正温度系数）两种类型NTC PTC和热敏电阻NTC PTC热敏电阻NTC负温度系数热敏电阻，电阻值随温度升高而减小广泛应用于温度测量、温度控制和温度补偿等领域热敏电阻PTC正温度系数热敏电阻，电阻值随温度升高而增大主要用于过流保护、过热保护和自恢复保险丝等领域热敏电阻的应用温度控制2用于空调、冰箱、热水器等家用电器的温度控制温度测量1用于测量水温、油温、气温等温度补偿用于电子电路中的温度补偿，提高电路3的稳定性半导体温度传感器原理利用半导体材料的温度敏感特性进行温度测量例如结、二极管、三极管等1PN特点2体积小，响应速度快，线性度较好，成本较低但测量范围有限，易受环境因素的干扰应用3广泛应用于电子设备、仪器仪表、家用电器等领域集成电路温度传感器特性1将温度传感器、放大器、线性化电路、信号处理电路等集成在一个芯片上，具有体积小、精度高、功耗低、易于使用等优点常用型号

2、、等LM35TMP36DS18B20应用3广泛应用于智能家居、医疗设备、工业控制等领域光纤温度传感器优点缺点抗电磁干扰能力强，适用于恶劣成本较高，技术复杂环境灵敏度高，测量精度高测量范围有限，需要特殊设备体积小，重量轻，易于安装易受光纤弯曲和损耗的影响双金属温度计原理特点利用两种不同膨胀系数的金属片制成，当温度变化时，两种金属结构简单，坚固耐用，成本低廉，无需外部电源但精度较低，片的膨胀程度不同，导致弯曲变形，通过测量变形量来推算出温响应速度较慢，易受环境因素的干扰度液体膨胀温度计原理应用利用液体随温度变化的膨胀特性进行温度测量常用的液体有水广泛应用于家用、医疗和实验室等领域常用于体温计银、酒精等液体的膨胀量与温度之间存在一定的函数关系，通过测量膨胀量可以推算出温度气体温度计原理特点12利用气体随温度变化的膨胀特性进行温度测量常用的气测量精度高，稳定性好，适用于精密温度测量但结构复体有氢气、氦气等气体的膨胀量与温度之间存在一定的杂，体积较大，响应速度较慢函数关系，通过测量膨胀量可以推算出温度红外测温原理热辐射普朗克定律任何物体都会发出热辐射，热辐描述了黑体辐射的强度与波长和射的强度和波长分布与物体的温温度之间的关系实际物体的辐度有关温度越高，热辐射的强射强度小于黑体辐射强度，需要度越大，波长越短考虑物体的发射率斯蒂芬玻尔兹曼定律-描述了黑体辐射的总能量与温度的四次方成正比实际物体的辐射总能量小于黑体辐射总能量，需要考虑物体的发射率红外测温仪原理特点接收被测物体发出的红外辐射，通过光学系统聚焦到红外探测器非接触式测量，测量速度快，操作简单，易于携带但精度较低上，探测器将红外辐射转换为电信号，经过信号处理后显示温度，易受环境因素的干扰值热像仪原理接收被测物体发出的红外辐射，将红外辐射转换为可见光图像，图像的颜色代表温度的高低可以显示物体表面的温度分布，用于故障诊断、质量检测和安全监控等领域应用建筑节能检测、电气设备检测、医疗诊断、消防救援等领域辐射高温计特点原理非接触式测量，测量范围广，响应速度2快，抗干扰能力强但精度较低，需要接收被测物体发出的红外辐射，通过光了解被测物体的发射率学系统聚焦到红外探测器上，探测器将1红外辐射转换为电信号，经过信号处理后显示温度值适用于高温物体的温度测量，例如冶金、化工、电力等领域应用钢铁冶炼、玻璃制造、水泥生产等高温3工业领域温度测量误差分析系统误差由测量仪器、测量方法或环境因素引起的，具有一定的规律性，可以通过校准和修正1来减小随机误差2由偶然因素引起的，没有一定的规律性，可以通过多次测量取平均值来减小人为误差3由操作人员的疏忽或错误操作引起的，可以通过加强培训和规范操作来避免测量不确定度定义1对测量结果的离散程度的估计，是对测量结果的可靠性的度量来源2测量仪器、测量方法、环境因素、人为因素等评估3A类不确定度用统计方法评估B类不确定度用非统计方法评估温度校准方法方法描述固定点校准利用物质的相变点（例如冰点、沸点）作为温度标准，对温度传感器进行校准比对校准将温度传感器与标准温度计进行比对，在不同的温度点上测量，然后修正温度传感器的示值传递标准校准利用经过校准的传递标准温度计，对其他温度传感器进行校准温度计量标准水的三相点镓的熔点水的三相点是水、冰和水蒸汽共存的状态，其温度为（镓的熔点是，是国际温标的重要固定点

273.16K

29.7646℃），是国际温标的重要固定点

0.01℃固定点校准冰点校准沸点校准将温度传感器放入冰水混合物中，待温度稳定后，记录温度传感将温度传感器放入沸水中，待温度稳定后，记录温度传感器的示器的示值，并与冰点的理论值（）进行比较，然后修正温度值，并与沸点的理论值（）进行比较，然后修正温度传感0℃100℃传感器的示值器的示值需要考虑气压对沸点的影响比对校准设备1需要标准温度计、恒温槽、数据采集系统等设备步骤2将温度传感器和标准温度计放入恒温槽中，设置不同的温度点，待温度稳定后，记录温度传感器和标准温度计的示值，然后修正温度传感器的示值温度传感器选择考虑因素测量范围精度根据实际应用的需求选择合适的根据实际应用的需求选择合适的测量范围精度等级响应速度根据实际应用的需求选择合适的响应速度工业过程温度测量化工冶金电力反应釜温度控制、管道炼钢炉温度测量、轧钢锅炉温度监测、汽轮机温度监测等温度控制等温度监测等医疗领域温度测量体温测量电子体温计、红外耳温枪、额温枪等医疗设备输液泵温度控制、培养箱温度控制等环境温度监测农业2温室温度控制、土壤温度监测等气象1气温测量、地温测量等海洋海水温度测量、海底温度监测等3食品安全温度控制冷藏1控制食品的冷藏温度，防止细菌滋生烹饪2控制食品的烹饪温度，确保食品熟透运输3控制食品的运输温度，防止食品变质航空航天温度测量飞机发动机1测量发动机温度，监测运行状态卫星2测量卫星表面温度，控制热平衡火箭3测量火箭推进剂温度，确保安全发射汽车行业温度测量应用描述发动机测量发动机温度，控制冷却系统电池测量电池温度，防止过充过放空调控制空调温度，提高舒适性建筑能效温度监控外墙保温暖通空调检测外墙保温效果，减少能量损失控制暖通空调系统，提高能效冷链物流温度监测食品药品监测食品在运输过程中的温度，确保食品质量安全监测药品在运输过程中的温度，确保药品疗效智能家居温度控制空调1通过智能算法控制空调温度，提高舒适性和能效地暖2通过智能算法控制地暖温度，提高舒适性和能效温度数据采集系统传感器数据采集卡用于采集温度信号用于将温度信号转换为数字信号计算机用于存储和处理温度数据温度控制系统传感器控制器执行器用于检测温度用于根据设定的温度值用于根据控制信号调节和实际温度值计算控制加热或冷却设备信号温度变送器功能将温度传感器的信号转换为标准的电信号（例如）4-20mA，便于远距离传输和控制类型热电偶温度变送器、电阻温度变送器、热敏电阻温度变送器等温度显示仪表指针显示2以指针形式显示温度值数字显示1以数字形式显示温度值液晶显示以液晶形式显示温度值3温度记录仪功能1用于记录温度随时间变化的数据，便于分析和追溯类型2纸式温度记录仪、数字温度记录仪、无线温度记录仪等应用3冷链物流、食品安全、药品安全等领域无线温度传感网络组成1由多个无线温度传感器节点、网关和服务器组成特点2无线传输，安装方便，易于扩展，适用于大范围的温度监测应用3智能农业、智能建筑、环境监测等领域物联网温度监测特点描述实时监测可以实时监测温度数据远程控制可以通过互联网远程控制温度数据分析可以对温度数据进行分析，优化控制策略人工智能在温度测量中的应用智能控制预测性维护利用人工智能算法优化温度控制策略，提高能效和舒适性利用热像仪和人工智能算法预测设备故障，实现预测性维护高温测量技术高温热电偶辐射高温计采用特殊材料制成，可以测量高温（例如型热电偶、型热利用物体发出的热辐射来测量温度，适用于高温物体的非接触式B R电偶、型热电偶）测量S低温测量技术低温热电偶1采用特殊材料制成，可以测量低温（例如型热电偶、型热电偶）T E半导体温度传感器2某些半导体温度传感器可以测量低温，例如硅二极管温度传感器快速响应温度测量小型化传感器薄膜传感器信号处理采用小型化的温度传感器，减小热容采用薄膜技术制成的温度传感器，具采用先进的信号处理技术，提高测量量，提高响应速度有更高的响应速度精度和响应速度多点温度测量分布式传感器温度场采用多个温度传感器，对多个点的温用于测量温度场的分布，例如温室度进行测量、冷库等温度测量新技术展望纳米温度传感器具有更高的灵敏度和响应速度，适用于微小空间的温度测量无线无源温度传感器无需电源供电，通过无线方式传输数据，适用于恶劣环境的温度测量温度测量技术发展趋势无线化2无线温度传感器网络的应用越来越广泛，实现远程温度监测和控制智能化1温度传感器与人工智能、大数据等技术相结合，实现智能化的温度控制和管理微型化温度传感器的体积越来越小，适用于微3小空间的温度测量总结与展望温度测量技术是工业生产、医疗卫生、环境监测等领域的重要基础随着科技的不断发展，温度测量技术也在不断创新，智能化、无线化、微型化是未来的发展趋势希望通过本次学习，大家能够全面掌握温度测量技术，并在实际工作中灵活运用，为各行各业的发展做出贡献。