第2篇測量儀表第(8學時)第3章溫度測量（1學時）

§3.3熱電偶測溫

§3.4熱電阻測溫§3.6非接觸測溫第4章濕度測量§4.3電子式濕度傳感器（0.5學時）

第6章物位測量（0.5學時）§6.1物位檢測的主要方法和分類§6.5聲學式物位檢測第5章壓力測量（1學時）§5.2液柱式壓力計§5.3彈性壓力計

§5.4電氣式壓力檢測第7章流速及流量測量（0.5學時）§7.1流速測量

§7.3流量測量方法和分類§7.6電磁流量計第8章熱量測量（0.5學時）

§8.1熱阻式熱流計

§8.2熱量及冷量的測量第9章建筑環境測量（3學時）

§9.1空氣中氣體污染物的測量

§9.2空氣含塵濃度及生物微粒的測量§9.3環境放射性測量§9.4環境噪聲測量§9.5建筑光環境測量第10章（0學時）第11章電動顯示儀表（1學時）

§11.1概述§11.2模擬式顯示儀表

§11.3數字式顯示儀表§11.4智能式顯示儀表§11.5傳感器及變送器與顯示儀表的連接

內容提要測量儀表溫度測量濕度測量壓力測量物位測量流速及流量測量熱量測量建筑環境測量其他參數的測量電動顯示儀表溫度檢測及儀表檢測方法3

溫度測量概述

膨脹式溫度計熱電偶測溫

熱電阻測溫接觸式測溫方法

非接觸測溫

集成型傳感器測溫

第2篇測量儀表

建筑環境測試技術第3章溫度測量（1學時）

§3.3熱電偶測溫

§3.4熱電阻測溫

§3.6非接觸測溫第2篇測量儀表授課時間：1學時主要內容：溫標、膨脹式溫度計測溫、熱電偶測溫、熱電阻測溫、非接觸測溫、儀表。重點和難點:

熱電偶測溫熱電阻測溫教學法：新卡諾循環、串聯電勢遞推創新實驗教學法第3章溫度測量本章主要內容膨脹式溫度計測溫熱電偶測溫熱電阻測溫溫標儀表第3章溫度測量自學內容:3.1-3.2

3-3熱電偶溫度計3.3.1.熱電偶的工作原理3.3.2.熱電偶的應用定則3.3.3.熱電偶的結構和標準化3.3.4.熱電偶分類3.3.5.熱電偶的測溫系統?1-383-3熱電偶溫度計3.3.1.熱電偶的工作原理1．熱電效應：將兩種不同材料的導體或半導體組成一個閉和回路，如果兩端點的溫度不同，則回路中將產生一定大小的電流，這個電流的大小同材料的性質以及節點溫度有關，上述現象稱為熱電效應。這個現象是1821年Seebeck發現的故又稱為塞貝克效應。圖3.3.124（1）熱電現象及測溫原理

圖（1）熱電現象圖（2）接觸電勢形成的過程圖（3）熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢

當兩種不同的導體接觸時，由于兩者有不同的電子密度而產生的電勢。圖（a）擴散，（b）穩定電勢1．接觸電勢(珀爾貼電勢)：

接觸電勢

(珀爾貼電勢)：BTAT0——A，B材料的湯姆遜溫差系數2.溫差電勢BTAT0冷端熱端>>（湯姆遜溫差電勢）

如果T0=const.，則EAB=3f(T1)-3f(T0)熱電偶回路中總熱電勢

探索·發現教學法：串聯電勢遞推創新實驗教學法自學內容:

接上一講內容:

3.6非接觸測溫3.6.1.熱輻射測溫的基本原理3.6.2.單色輻射高溫計3.6.3.全輻射高溫計3.6.4.比色高溫計3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀?維恩公式

3000K以下，維恩公式：維恩位移定律絕對黑體的全輻射定律四次方定律絕對黑體實際物體Eoλ=3.6.1.熱輻射測溫的基本原理單色輻射強度Eoλ隨波長變化：普朗克定律

3.6.2.單色輻射高溫計1.光學高溫計實際溫度和亮度溫度之間的關系亮度溫度的定義是：在波長為λ的單色輻射中，若物體在溫度T時的亮度和絕對黑體在溫度為Ts時的亮度相等，則把絕對黑體溫度叫做被測物體在波長為λ時的亮度溫度。亮度溫度總是低于物體實際溫度.1．光學高溫計

使用（1）0位檢查（2）調整目鏡和物鏡的位置（3）按下按鈕開關，調節電阻，至燈絲隱滅TS（4）讀數修正T被測物體

2.光電高溫計3.使用單色輻射高溫計的注意事項(1)非黑體輻射的影響(2)中間介質的影響(3)對被測對象的限定光電高溫計在更換反饋燈或光電器件時，必須對整個儀表重新進行調整和刻度3.6.3.全輻射高溫計斯特藩-波耳茲曼方程實際物體的真實溫度大于輻射溫度3.6.4.比色高溫計光學高溫計和全輻射高溫計：測量準確度常常要受到被測物體表面黑度變化和中間介質等因素的影響，因而引起測量誤差。比色高溫法計：測量準確度高黑體：T=TS灰體：T=TS實際物體：3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀它們主要由光學系統、紅外探測器、和電子測量線路（包括信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分）組成。測低區常選用窗口：3-5μm波長和8-13μm波長絕對黑體(全輻射體)的單色輻射強度隨波長的變化規律由普朗克定律確定：

式中E0λ——黑體的單色輻射強度（W/cm2?μm）；

C1，C2——普朗克第一，二輻射常數；

λ——輻射波長（μm）；

T——黑體的絕對溫度（K）。紅外溫度計及紅外熱像儀也是依據的是光譜輻射原理（普朗克定律）測溫的。1．紅外輻射：紅光以外的光線，波長0.76～1000μm。

波長/μm

任何溫度高于絕對零度（-273.16℃）的物體，都會發射或吸收紅外線，即紅外輻射。當達到熱平衡時，散發和吸收的輻射一樣多。物體紅外輻射的強度E和波長λ分布取決于物體的溫度Τ和輻射率С

。紅外輻射

(輻射以電磁波和粒子（如α粒子、β粒子等）的形式向外放散。)λ3-133.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀它主要由光學系統、紅外探測器、和電子測量線路（包括信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分）組成。測低區常選用2-15μm波長.

依據的是光譜輻射原理。由光學系統、紅外探測器、信號處理放大部分及顯示儀表等部分組成。

1.紅外溫度計AZ-8868紅外線測溫儀特點：?形狀槍型?非接觸式帶鐳射指標測量!

?

℃/℉切換功能!

?距離目標比8:1

?自動關機,帶背光溫度范分辯率準確度反應時間

-20℃~+420℃(-4~788℉)1℃,1℉±2%或±2℃500ms3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀2.紅外熱像儀采用紅外熱成像技術：自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用特殊的電子裝置測定目標的本身和背景之間的紅外線差，可得到不同的紅外圖像，熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。紅外熱像儀測溫原理1.黑體輻射公式

溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，從而獲得溫度信號。2.斯特藩－玻耳茲曼定律

對應于灰體ε為物體的發射率，需要對發射率進行標定以得到較為準確的溫度3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀紅外熱像儀（二維溫度場）3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀2.紅外熱像儀焦平面紅外探測器分為制冷型和非制冷型

非制冷型利用類似熱敏電阻原理，利用電橋產生電壓差來處理。把熱敏電阻有效地、高密度的封裝在焦平面上，來提高系統的空間分辨率。

3.6.5.紅外溫度計及紅外熱像儀非制冷型

非制冷型利用類似熱敏電阻原理。圖3.6.11非制冷型紅外焦平面熱像儀工作原理工作原理：如圖所示，橋式電路中,R1為內置探測器,R2為工作探測器,R3、R4是橋式平衡電路的標準電阻,E是取樣電壓信號。(平衡時E=0，VR2=?·V0)把熱敏電阻有效地、高密度的封裝在焦平面上，來提高系統的空間分辨率。尺寸小，低成本。3，紅外溫度計及紅外熱像儀的應用應用領域：工業的溫度測量、生產過程監控、設備狀態監測與故障診斷、無損檢測；國土調查、作物長勢與產量預估以及許多基礎科學研究等領域。溫度轉換從普朗克定律可以得知，物體的溫度越高，其輻射得峰值能量就越偏向短波方向，故紅外熱像儀，特別是用以建筑檢測得紅外熱像儀，其工作波段通常在8-14μm的長波波段，建筑用紅外檢測的溫度范圍一般在-20-100℃范圍內。常見應用

：

·電機檢測·變壓器檢測

3，紅外溫度計及紅外熱像儀的應用紅外熱像儀應用·貯存罐液位檢測·內部屋頂檢查·管道泄漏檢測等等·耐火材料設備檢測

目標尺寸與距離的關系紅外焦平面探測器的作用距離受探測器的靈敏度、分辨率,光學系統分辨率等影響。探測器的目標距離系數，決定了探測器的最大可用距離。一般而言，張角（視角）的大小取決于鏡頭焦距的設計，焦距越小，漏斗的視角越大。（如目標遠鏡頭拉長，反之亦然。）4，紅外熱像儀的校準

紅外系統的輸出電壓對應到被測量物體的真實輻射溫度，因系統的狀態與很多因素有關,如紅外器件的老化,光電轉換設備的老化,電子線路的噪聲,甚至環境溫度、濕度的變化都會影響到測量結果，故在使用前要校準。一般調整系數A、B來校準，校準曲線按下面公式描述：確保I與T關系正確。自學內容:

參考文獻

[1].張永瑞，劉振起等編著.電子測量技術基礎[M].西安電子科技大學出版社，2000.[2].田勝元，肖曰嶸編著.實驗設計與數據處理.中國建筑工業出版社.1988.[3].周渭,于建國編著.測試與計量技術基礎[M].西安電子科技大學.2004.

復習內容常用溫標及其關系物理分類溫度傳感器（現象、種類、范圍）溫度傳感器發展趨勢熱電效應、接觸電勢和溫差電勢及其表達式熱電偶回路定律及證明溫度補償方法熱電阻的參數、分類、特性及應用IC溫度傳感器的應用

接上一講內容:

?1-14第4章濕度測量干濕球濕度計露點濕度計電子式濕度傳感器濕度計的校準建筑環境測試技術本章主要內容4.1干濕球濕度計?1、普通干濕球溫度計普通干濕球溫度計由兩支完全相同的玻璃液體溫度計組成。一支溫包上什么也不包，另一支溫包上有潮濕的紗布，紗布下端浸在盛蒸餾水的小瓶里叫濕球溫度計。1、普通干濕球溫度計實驗內容、方法與儀器搖轉和讀數，直到濕球溫度保持穩定為止。計算方法空氣的相對濕度是干球溫度、濕球溫度、空氣流速和大氣壓力的函數，用公式表示為：其中：Pn---在濕球溫度下空氣的飽和水蒸氣分壓力；

Pb---在干球溫度下空氣的飽和水蒸氣分壓力；

相對濕度反映濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。焓濕h-d圖缺點：計算與查表不方便。2.電動通風干濕球溫度計將濕信號轉換成電信號，有利于遠傳。構造：軸流風機、鎳電阻、濕球紗布、盛水杯、測量橋路。4.2．露點濕度計露點溫度：將被測空氣冷卻，當濕空氣冷卻到水蒸氣達到飽和并開始凝結出水分時所對應的溫度。先測定露點溫度tL，根據tL確定該溫度下飽和水蒸氣壓力PL。PL即為被測空氣的水蒸氣分壓力Pn。1．露點濕度計采用兩只玻璃棒溫度計，一只測量干球溫度，另一只放入黃銅盒內測量露點溫度。根據測得的露點溫度和干球溫度通過查表得到對應的露點溫度下的飽和蒸氣壓力和干球溫度下的飽和蒸氣壓力。缺點：露點溫度不易測準。4.2.2．光電式露點濕度計影響測量精度的因素：高度光潔的露點鏡；高精度的光學與熱電制冷調節系統；采樣氣體需潔凈。屬于吸濕法測量，根據氯化鋰的吸濕特性和氯化鋰吸濕后電阻變化特性。一．傳感器形式：梳狀、柱狀。R感濕膜梳狀柱狀4.3電子式濕度傳感器4.3.1氯化鋰電阻濕度計為避免氯化鋰溶液發生電解，電極兩端應接交流電。(%)1535557595RAB(K)80705232.312.35注意：最高使用溫度55℃，當大于55℃，氯化鋰溶液容易蒸發。變送器將氯化鋰濕度測頭接入交流電橋，此電橋將傳感器的電阻信號轉變為交流電壓信號。此電壓經放大、檢波整流變成與相對濕度成一定函數關系的直流電壓，再經電壓-電流轉換器轉換成標準0-10mA的電流信號。4.3.2高分子濕度傳感器1．高分子電容式濕度傳感器

根據電容公式可知，在電容兩個極板的面積和間距不變的情況下，當介電常數發生變化時將引起電容值的變化。特點：迅速吸濕、脫濕，滯后小，響應快，不受氣流速度影響，測量范圍寬，抗污染能力強，穩定性好。2．高分子電阻式濕度傳感器

使用高分子固體電解質材料制作感濕膜，當相對濕度大時，膜中的可移動離子濃度增大，電阻減少，當相對濕度降低時，膜中的可運動離子濃度減少，電阻阻值增大。這樣可通過電極間的電阻值的變化測量相對濕度。

4.3.3金屬氧化物濕度傳感器1．金屬氧化物陶瓷濕度傳感器

由金屬氧化物多孔性陶瓷燒結而成。燒結體上有微孔，可使濕敏層吸附或釋放水分子，造成其電阻值的改變。

主要有MgCr2O4-TiO2陶瓷濕度傳感器、NiO陶瓷濕度傳感器。2．金屬氧化物膜濕度傳感器

原理：將調制好的金屬氧化物的糊狀物加工在陶瓷基片及電極上，采用燒結或烘干的方法使之固化成膜。這種膜的含濕量隨著外界空氣的含濕量的變化而變化，含濕量的變化又引起電阻阻值的變化，通過測量電阻之間的阻值即可測量相對濕度。特點：傳感器電阻的對數值與濕度成線性關系，測濕范圍、工作溫度范圍寬。

4.4濕度計的校準關鍵：①實現不同范圍內維持恒定的相對濕度空間，②可作基準的高精度標定儀器，水的飽和蒸氣壓是溫度的函數，溫度愈高，飽和蒸氣壓也愈高。當向水中加入鹽類，溶液中的水分蒸發受到限制，使其飽和蒸氣壓降低，降低的程度與鹽類的種類有關。根據不同的鹽類對應的飽和蒸氣壓不同，即對應的相對濕度不同實現濕度傳感器的標定。參考文獻

[1].張永瑞，劉振起等編著.電子測量技術基礎[M].西安電子科技大學出版社，2000.[2].田勝元，肖曰嶸編著.實驗設計與數據處理.中國建筑工業出版社.1988.[3].周渭,于建國編著.測試與計量技術基礎[M].西安電子科技大學.2004.接上一講內容:

第5章壓力測量?1-13液柱式壓力計彈性壓力計電氣式壓力檢測概述壓力檢測儀表的應用與校準本章主要內容壓力垂直作用于物體表面上的力壓強垂直作用于單位面積物體表面上的力在建筑環境與設備的測試中，并不嚴格區分壓力和壓強。通常所說的壓力實際上是指壓強。壓差測量兩個壓力之差稱壓差表壓力壓力儀表指示的壓力值PJPBPZ1、基本概念5.1概述壓力單位：帕(Pa)

N/m2，國際單位，兆帕(MPa)106Pa工程大氣壓，kgf/cm2，98070Pa

約等于一個大氣壓（1.013e+5Pa)，“自來水壓頭是5公斤”，用的就是這個單位。mmH2O，9.81PammHg

，133Pa5.1.2．壓力測量儀表的分類1．液柱式壓力計2．彈性式壓力計3．電氣式壓力計4．負荷式壓力計5.1.1．壓力測量方法1．平衡法壓力測量2．彈性法壓力測量3．電氣法壓力測量5.2液柱式壓力計分類U型管壓力計單管壓力計斜管式微壓計特點：結構簡單，使用方便，準確度比較高，常用于測量低壓、負壓、差壓。缺點：體積大，讀數不方便，玻璃管易損壞。1．U型管壓力計假設被測的介質為氣體，可忽略被測介質的高度形成的靜壓值。根據流體靜力學原理可得：U型管內徑一般為5-20mm，為了減少毛細現象管子內徑一般不少于10mm，P2P1U型管h1h20壓差ΔP即是表壓。2．單管式壓力計

因為A1、A2為常數，這樣可通過一次讀數進行壓差測量。當A2/A1很小時，h1可忽略，公式簡化為：

PdPx直管h1h23、斜管式壓力計P1P2斜管h1h2L主要用于測量微小的壓力、負壓和壓差。為了減少讀數的相對誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。

4．液柱式壓力計的測量誤差及其修正1．環境溫度變化的影響及修正h

對于一般的工業測量，主要考慮工作液密度變化對壓力測量的影響。修正公式為：2.

重力加速度變化的影響及修正g標準重力加速度下的工作液柱高度使用地點的工作液柱高度3．毛細現象的影響為了減少該誤差，通常要求測量管的內徑一般不小于10mm。5.3彈性式壓力計原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產生彈性變形制成的測壓儀表特點：結構簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠傳常用彈性壓力表：彈簧管式膜片（盒）式波紋管式5.3.1．膜片：使用時周邊夾緊，測低壓、微壓。將兩塊膜片沿周邊對焊起來，形成一膜盒，膜盒式微壓計通常用于測量爐膛和煙道尾部負壓。精度等級為2.5，最高可達1.5級。PxPxPxPx平薄片波紋片膜盒2．波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對較大，故靈敏度高，常用于測量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級1.5級。Px3．彈簧管：單圈彈簧管多圈彈簧管

彈簧管在量程范圍內自由端的位移一般為7-8o，彈簧管作成多圈時，自由端的位移可達45o。彈簧管的自由端的位移可通過杠桿機構帶動指針轉動，這種機構的指針最大轉角為180o，通常作成90度的回轉角。最常用的傳動機構為杠桿—扇形齒輪機構，可使指針轉動270o。5.4電氣式壓力檢測

5.4.1．壓電材料及壓電式壓力傳感器

5.4.2．應變片與應變式壓力傳感器

5.4.3．壓阻元件與壓阻式壓力傳感器

5.4.1．壓電材料及壓電式壓力傳感器壓電效應：壓電材料在受壓時會在其表面產生電荷，產生的電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體，例如石英、酒石酸鉀鈉等多晶體，例如壓電陶瓷，在沒有極化之前，因各單晶體的壓電效應都互相抵消表現為電中性，為此必須對壓電陶瓷先進行極化處理，經極化處理的壓電陶瓷具有非常高的壓電系數，為石英的幾百倍。特點：結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優點。缺點：但是由于產生的電荷量少，因此后續需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現象，因此不能用于穩態測量。2,壓電式壓力傳感器結構5.4.2．應變片與應變式壓力傳感器1．原理：應變片受壓時，電阻的尺寸L、S發生變化，引起電阻的變化2．膜片應變片的應力分析其膜片受到從下向上的壓力時，中心區受拉應力（假設應力為正），周邊區受壓應力（應力為負），在R=0處應力達到正的最大值，而在大約距中心60%的地方應力為0。

優點：①溫度補償，②使輸出信號加倍。注意：供給橋路的電流要恒定，即為一恒流源。輸出電壓為10-100多毫伏，后續一般要加電壓放大電路。壓阻元件及測量橋路5.4.3．壓阻元件與壓阻式壓力傳感器壓阻元件5.5壓力檢測儀表的選擇與校驗5.1．壓力檢測儀表的選擇①測壓范圍，②被測介質的物理化學性質，③測試精度要求。1.儀表量程選用為保證安全性，壓力較穩定時，最大工作壓力不超過儀表量程的3/4，壓力波動較大時，最大工作壓力不超過儀表量程的2/3。為保證準確度，最小工作壓力不低于滿量程的1/3。

2．儀表精度的選擇

根據在測量時允許的最大測量誤差選擇儀表，可根據儀表的精度等級算出用該儀表測量可能引起的最大示值絕對誤差。另外在選擇儀表時不需一味追求高精度，只要滿足測量