13.1 其他测温法在线视频

各位同学大家好

我是天津大学机械工程学院

工程中的流动测试理论与方法的主讲老师

李敏霞

今天由我来给大家讲述其他温度测量法

这一章节的内容

那么其他测温法呢

可能有些同学呢不太了解

因为这可能在工程上呢

比较特定的领域来进行使用

那么我们先看一下这些测量方法仪器

首先呢是超声波温度计

然后呢是介电常数温度计

磁温度计

石英晶体温度计

三角堆测温法

温度的目测法

示温涂料测温法

热像仪测温法

这些呢可能我们不是经常的进行接触

那么我们来了解一下这些的测温方法

首先呢是超声波测温法

它的测温原理呢

是声波在固体中呢

传播速度与温度有关

通过测量超声波在固体中的传播速度

可以间接地测量出温度

所以一般的测量法呢

都是通过某一个特性与温度呢建立关系

那么超声波测量法呢

它是通过这个声波的传播速度与温度

然后产生关系

那么在一个直径远小于声波波长的细丝内呢

延伸波的传播速度呢

那么我们可以用公式然后来表示出来

那么它与的弹性模量还有密度之间呢

是有一定的关系

那么对应的剪切波的传播速度呢

也可以用公式呢计算出来

那么它里面呢有几何因子

然后还有剪切模量

所以呢如果我们测定了弹性模量

以及密度或者呢剪切模量

那么我们也就可以得到了这些超声波的传播速度

同时呢通过这个速度

然后再间接的得到温度

那么超声波的温度计呢

它的特点呢是具有很高的测温上限

而且呢耐受强度比较高

同时呢可以承受很强的核子辐射

适合呢高温高辐射的这样的环境

有一种呢超声波温度计呢

叫共振型的超声波温度计

那么它是呢以石英晶体钼铱陶瓷等为公认器

探头呢为一个长度为二分之一波长的圆柱体

它通过一条长的传输线

被一个中心频率约为一百二十千赫兹的

正弦波发生器所激发

发生器的中心频率呢可连续改变

直至呢使探头产生共振

在已知波长条件下

根据共振频率就可以求得声速

所以呢这个是利用共振这种原理

然后来得到这个声速

还有呢是脉冲反射型超声波温度计

它是通过测量单脉冲在细丝中的传播时间差

来测量声速

这里面呢给出了它的一个图

我们看一下

那么它里面呢有这个脉冲发生器

那么脉冲发生器呢

它会产生呢巨型的脉冲

加到磁制伸缩换能器的线圈上

那么超声波呢沿着引入线呢

传至细丝里面

在引线和细丝的交界面处呢

A那么产生了反射

那么有一部分呢继续沿着细丝前进

并在细丝端部B点呢

然后进行反射

那么两次反射的信号呢会有一个时间差

那么他们呢都会传到这个接受圈里

然后感应这个电信号

通过放大器呢再传至显示器

那么只要接收到了这个波

来根据他的两个波的之间的时间差

那么就可以测得这个声速

所以呢有了声速之后呢

那么我们就可以得到这个温度

所以呢它是利用这样的一个原理

然后来进行测量声速的

下面来介绍一下介电常数温度计

首先来看一下介电常数

那么介电常数呢

它是相对介电常数与真空中

绝对介电常数的乘积

那么相对介电常数呢

那么是介质中的电场减小与外加电场的比值

一般的物体呢在电场里呢

它都会有这种抵抗电场的这种能力

所以呢它会使介质里面呢电场呢会减小

那么它的特点呢

是与气体温度计和声学温度计相比

在超低温下有更高的准确性

它的原理呢就是基于气体介电常数

与压强温度之间的对应关系

利用呢就是介电常数和压强温度之间

会产生一定的关系

那么我们来看一下这个关系式

左边呢是压强

那么右边呢有介电常数

还有呢摩尔级数以及呢温度

那么只要呢我们知道了这些压力

然后呢介电常数

然后这些数值

那么最后呢可以求取出温度

气体电容与介电常数之间的关系呢

我们看一下公式

那就是C(p)比上C(0)

然后等于ε也就是介电常数

括号1加kp

那么P呢是压强

C(p)呢是压力p情况下的气体的电容

C(0)呢是压力为零时它的气体电容

所以呢通过这些呢电容之间的惯性

我们也可以找到

这个介电常数压力这样的一个值

那么这个呢是介电常数温度计的一个装置图

那么我们可以看一下磁温度计

那么磁温度计呢它利用的呢就是顺磁盐

它的磁化率与热力学温度相关

从这里可以看出

无论是什么温度计

我们都可以找到其中的一个函数与温度之间

存在一定的关系

我们就可以用这个参数来进行温度的测量

那么这里面呢这个磁温度计就是磁化率

用的是物质的它的磁化率与温度之间有关系

那么对于理想的顺磁盐呢

它的零磁场的磁化率与温度呢

是服从居里定律的

那么我们看一下下面的公式

就是磁化率那是与热力学温度之间呢成反比

那么C呢是居里系数

对于实际的顺磁盐

零磁场的磁化率与温度的关系呢

是用以下公式然后来表示的

那么X_v呢那么就是零磁场的磁化率

那么后面呢与很多参数有关系

比如说棋子间的耦合作用

离子间的耦合作用等等

这是把实际的情况考虑在内了

那么此温度计呢常用的顺磁盐呢

为硝酸铈镁

一般测量范围呢在十个毫K到20K

同时呢也可以延展到呢80K

那么我们可以看到

它这个温度测温的范围是比较低的

所以在低温下那么可以使用这种磁温度计

然后来进行测量

让我们来再看一下石英晶体温度计

石英晶体呢具有强压电效应

如果施加交流电压时呢

石英晶体会按电压变化的频率呢进行受迫振动

当受迫振动频率与石英晶体间固有频率呢

相等时呢它会产生共振

那么这种共振频率是与温度有单一函数关系

那我们来看一下石英晶体温度计

共振频率与温度之间的函数关系

那么我们发现呢它的f(T)

然后后面呢会有很长的这样的一个公式

那其中呢里面的阿尔法贝塔伽玛是温度系数

其中呢f_0呢是温度T_0情况下的共振频率

如果我们通过采取一定的手段

通过一定的制作方法

使得石英晶体里面的贝塔伽马

两个参数呢为零时呢

那么整个的共振频率呢

就与温度呢呈现了线性变化

这样的话它的函数关系呢就大大简化了

因此呢可以通过这样的方法来使得呢

它的共振频率温度之间呢关系呢更为简单

石英晶体温度计测量范围为80K到250K

温度的分辨率呢可以达十个微K

所以呢它的测量的精度是非常高的

我们可以看到它的分辨率已经是到微K不是毫K

所以呢这种石英晶体的测量

精度是非常高

而且它呢比较适合于在低温情况下然后进行测量

那么再介绍呢是三角堆的测温法

在陶瓷工业一般呢采用测温是用三角堆测温

又称为塞格尔锥或者奥顿锥

它是用一定成分的硝酸原材料呢

制成高约60毫米的三角锥体

那么测温三角锥呢按照号码分呢

每一个号码相当于一个熔融温度

比如说125号

熔融温度呢就为1250℃

那么这样呢三角堆呢

非常容易的然后放到这个炉体中去

然后进行呢测温

那么测温时呢三角锥呢

插入耐火泥制成的长方形的底座上

那么插入的深度呢是十个毫米

以底座呢平面呢是呈现80度角

在测温时弯曲了

那么它的锥角呢

正好平搭载它的底座的这个平面上

这时候我们就认为炉体温度呢

是与熔融温度呢是相同的

那如果它整个的三角锥呢

完全瘫倒在这个长方形底座上

就认为呢炉温呢

是比这个熔融温度呢已经高了10到15℃

因此呢这个三角堆测温呢

它只能测定某一个情况下的温度

并不能呢测量整个过程的温度

所以呢它只是一个显示出某一个情况下

温度的大致情况

所以是不是对于这个整个过程的一个温度测量

那么这个呢是主要应用在这个工业上

另外我们的人的眼睛也是一种很好的测温传感器

有经验的人呢可以根据物体或气体颜色

很准确地判断出温度的大体范围

当仪表出现问题的时候

我们就可以用眼睛来判断温度

这个对于工业生产

或者是一些情况下也是非常重要的

其实我们每个人呢都有这样的经验

比如说我们看到太阳它的颜色是很光亮的

那么我们肯定判断今天可能是非常的温暖

当我们看到太阳是红的通红通红的颜色

这时候我们肯定是感觉

今天可能温度不是特别高

是不是

这里面呢一般的经验呢是

橘黄至黄色呢是900到1090摄氏度

而黄色呢至浅黄色呢

是1090到1320摄氏度

浅黄色至白色呢是1200℃到1540℃

而灰白色呢则温度非常高了

就是高于1540度以上了

那么还有一种测温法

是用呢涂料来进行测温

也就是说这种涂料呢

是随着温度的变化而变化的

那么它呢主要作用呢是用来测量表面温度

以及温度分布

那么这种涂料呢分为两种

一种呢是可逆式的温度涂料

和不可逆势的温度涂料

也就是说它的颜色会随着温度变化而变化

但是如果温度恢复了

那么它的颜色也恢复了

而不可逆的示温涂料呢是随着温度变化之后呢

颜色也变化了

但是随着温度恢复了

但是它的颜色并不能恢复

那么还有呢是单变示温涂料和多变示温涂料

这个是从单和多

然后我们大家也可以理解

那么它的特点呢是方便

不需要仪表

我们只要需要通过眼睛

那么就知道它的温度是怎么样变化了

它的适用范围呢是可以适用于连续运转的部件

大面积的表面

那么这样呢可以非常直观的通过这种涂料

来判断它的温度变化情况

那么对于不可逆的升温涂料

它的作用呢还可以视为被测物体

它温度变化的一种半永久性的记录

也就是说随着温度变化了之后颜色也变化了

那么可以作为当时的那种情况的一种记录

保存下来

示温涂料呢主要是由基料 变色颜料稀释剂

和其他添加剂组成的

低温的常用的基料有虫胶清漆 醇酸树脂

硝酸纤维素 三聚氰胺树脂

甲基丙烯酸酯乙酸乙烯酯共聚物

环氧树脂等

高温基料有有机硅树脂

那么还有一些是可逆的室温的颜料

那么都是一些化学试剂

那么液晶呢也可以作为示温涂料

那么它有变色可逆

测温精度高

变色灵敏等的优点

那么还有呢是热像仪测温法

那么热像仪测量物体的表面温度分布呢

它依据的基本测温原理呢与红外测温相同

它使用了自动扫描技术

来测量物体表面温度的分布

并通过热成像技术给出物体的二维温度分布

下面的流程呢

就表示了热像仪测量物体表面的一个过程

那么首先呢它是测温目标

然后对呢目标然后进行扫描

那么扫描以后呢通过一些放大信号呢到显示器

同时呢它也有这个同步控制

然后使得呢进行成像

然后呢通过照相系统呢然后再进行显示

那么这个呢就是它的整个的一个测温过程

其他温度测量法的参考书籍

大家可以参考温度的测量与控制第七章

是由姜忠良陈秀云老师编著

由清华大学出版社出版的