【正文】 接接頭的焊接工藝進行了較全面的研究。但是，要準確地測量被測物體的溫度是很困難的，無論采用準確度多么高的溫度計，如 果溫度計選擇不當，或者測試方法不適宜，均不能得到滿意結果。對于非平衡態(tài)系統(tǒng)，目前對溫度尚缺乏準確的定義。迄今為止，還沒有適應整個溫度范圍用的溫度計（或物質）。各種溫度計的數(shù) 值都是溫標決定的。由于溫度這個量比較特殊，只能借助于物理量來間接表示，因此溫度的尺子不能像長度的尺子那樣明顯，它是利用一些物質的“相平衡溫度”作為固定點刻在“標尺”上，而固定點中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關系來描述，稱為內插函數(shù)（或稱內插方程）。熱接觸后的兩個系統(tǒng)一般都發(fā)生變化，但經(jīng)過一段時間后，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)便不再變化，說明兩個系統(tǒng)又達到新的平衡態(tài)。這時如果再將 E 與 F 接觸，則發(fā)現(xiàn) E 和 F 的狀態(tài)都不在發(fā)生變化，說明 E 和 F 也達到熱平衡。 由熱力學第零定律得知，處于同一熱平衡狀態(tài)的所有物體都具有某一共同的溫度。 一切互為熱平衡的物體都具有相同溫度，這是用溫度計測量溫度的基本原理 。接觸不良將導致測溫誤差。 2） 相應速度、互換性及可靠性如何。 二、溫度測量方法分類 溫度測量方法有很多，由于測量原理的多樣性，也有多種分類。 （一）電量式測溫方法 電量式測溫方法主要利用材料的電勢、電阻或電磁性與溫度的 函數(shù)關系進行溫度測量，包括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。其穩(wěn)定性好，但元件結構一般比較大，動態(tài)響應較差，不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。隨著電子技術的發(fā)展，可以將感溫元件和相關電子線路集成在一個小芯片上，構成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信號可以是電壓、頻率，或者是總線數(shù)字信號，使用非常方便 ,適用于便攜式設備。 （三）接觸式光電、熱色測溫方法 接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象，將溫度變化引起的熱輻射或其他光電信號引出，通過導線傳向光電轉換器件檢測該信號，從而獲得測溫結果的方法。從信號檢測的原理分類，可分為相干型和強度型兩種：相干型光纖傳感器檢測受溫度影響后光纖中光相位和偏振的變化，光路比較復雜，對光器件、光纖的要 求比較高；而強度型則檢測光強隨溫度的變化，結構相對簡單，性能可靠，成本較低。示溫液晶的主要成分是膽甾醇類，這類液晶在一定的溫度范圍內，其顏色隨溫度靈敏地變化，改變液晶的成分，可 以靈活調整其測溫量程和測溫靈敏度。全輻射高溫計結構相對簡單，但其易受被測對象發(fā)射率和中間介質影響比較大，測溫偏差較大，不適合用于測量發(fā)射率低的目標。熱像儀除具有與紅外測溫儀相同的特點外，還具有如下優(yōu)點：可以采用偽彩色直觀顯示物體表面的溫度場；溫度分辨力高，能準確區(qū)分的溫度差甚至達 01e 以下。由于自發(fā)拉曼散射的信號微弱且非相干，對于 許多具有光亮背景和熒光干擾的實際體系，它的應用受到一定的限制。受激熒光光譜法是指在入射光的激勵下，分子發(fā)出的熒光光譜在若干個波長上有較強的 尖峰，這些特征波長的強度是溫度的函數(shù)。當背景光源的自然光線照射并通過鈉蒸氣時，調節(jié)背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時，光源的亮溫就等于火焰的溫度。散斑照相法記錄的是偏折位置差，反映的是折射率梯度的變化 (即折射率的二階導數(shù) )；紋影法記錄的是偏折角度差，反映的是折射率的梯度 (即折射率的一階導數(shù) )；干涉儀法記錄的是光波相位差，反映的是折射率本身；全息干涉法也是基于干涉儀法的原理，不過它不僅可記錄物波波前的振幅信息，同時還記錄了波前的相位信蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 息，既 有相位信息又有振幅信息，反映的是折射率本身和三維流場的立體信息。微波衰減法可以用來測量火焰溫度，其原理是當入射微波通過火焰時，與火焰中的等離子體相互作用，使射出的微波強度減弱，通過測量入射微波的衰減程度可以確定火 焰氣體的溫度。近年來發(fā)展的陶瓷薄膜熱電偶，可以測量更高的溫度，克服了金屬薄膜熱電偶的一些催化效應和冶金效應等缺點，在高溫表面溫度測量領域應用更為廣泛。目前國外 N 型熱電偶得到了廣泛的應用 ,而國內應用仍舊不是很普遍，但隨著對加工產(chǎn)品質量控制要求的提高， N 型熱電偶使用將會越來越多。為了提高溫度測量上限，一些非標準分度的鉑銠、銥銠等貴金屬熱電偶已經(jīng)在工程上得到應用。 （三）溫度傳感器保護套管材料 保護套管材料在溫度測量中對敏感元件起著保護作用 ,對其測量準確度和使用壽命有很大影響，可由金屬、非金屬或金屬陶瓷等材料制成。特別適合于微尺度或小空間溫度測量、表面溫度的測量等場合。還有一種測量鋼水溫度的消耗型光纖溫度傳感器，也是基于以上原理，由普通石英光纖實現(xiàn)測溫，因其價格低、準確度高的特點可以取代消耗型貴金屬熱電偶。光纖布拉格光柵(FBG)是最近十幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一，它是利用摻雜 (如鍺、磷等 )光纖的光敏性 ,通過某種工藝方法使外界入射光子和纖芯內的摻雜粒子相互作用，導致纖芯折射率沿纖軸方向周期或非周期性地永久性變化 ，在纖芯內成空間相位光柵。 第三節(jié) 研究的主要內容 本文以測量溫度為背景，闡述了測量溫度的一些常用方法，并以熱電偶溫度計為研究重點，文章中首先闡述了熱電偶的種類、電勢產(chǎn)生的基本原理， 冷端 補償原理 、結構形式及誤差分析。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 12 第二章 快速響應熱電偶測溫原理及特點 第一節(jié) 熱電偶 的 基本原理 與特點 一、特點 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之 一，熱電偶工作原理是基于賽貝克 (seeback)效應 ,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到 269℃ （如金鐵鎳鉻），最高可達 +2800℃ （如鎢 錸）。 2) 結構簡單，制造容易，價格便宜。 （二）缺點 1） 測量準確度難以超過 ℃ 。如果進一步分析，則可發(fā)現(xiàn)熱電偶是一種換能器，它是將熱能轉化為電能，用所產(chǎn)生的熱電動勢測量溫度。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 標準化熱電偶我國從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標準生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標準 化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。 ④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。 S 型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點。 （二）（ R 型熱電偶）鉑銠 13鉑熱電偶 鉑銠 13鉑熱電偶（ R 型熱電偶）為貴金屬熱電偶。由于 R 型熱電偶的綜合性能與 S 型熱電偶相當，在我國一直難于推廣，除在進口設備上的測溫有所應用外，國內測溫很少采用。偶絲直徑規(guī)定為，允許偏差 ，其正極（ BP）的名義化學成分為鉑銠合金，其中含銠為 30%，含鉑為 70%，負極（ BN）為鉑銠合金，含銠為量 6%，故俗稱雙鉑銠熱電偶。 B 型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導線進行補償，因為在 0~50℃ 范圍內熱電勢小于 3μV。 K 型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。正極（ NP）的名義化學成分為： Ni:Cr:Si=::，負極（ NN）的名義化學成分為： Ni:Si:Mg=::，其使用溫度為 200~1300℃ 。 E 型熱電偶熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測量蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 16 微小的 溫度變化。 （七）（ J 型熱電偶）鐵 銅鎳熱電偶 鐵 銅鎳熱電偶（ J 型熱電偶）又稱鐵 康銅熱電偶，也是一種價格低廉的廉金屬的熱電偶。 J 型熱電偶可用于真空，氧化，還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限制，也不能直接無保護地在高溫下用于硫化氣氛中。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。在冷端采取一蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 17 定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償 。如果參數(shù)選擇得好且接線正確，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢隨溫度變化而變化的量相等，整個熱電偶測量回路的總輸出電壓（電勢）正好真實反映了所測量的溫度值。焊接起來的一端置于被測溫度 t處，稱為熱電偶的熱端 (或稱測量端、工作端 )；非焊接端稱為冷端 (或參考端、自由端 )，冷端則置于被測對象之外溫度為 to 的環(huán)境中。 圖 熱電偶回路 + Ea( t、 to) A + + Eab(t) Eab(to ) + Ea( t、 to) A 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 18 一、接觸電勢 兩種均質導體 A 和 B 接觸時，由于 A 和 B 中自由電子密度不同（設自由電子密度 NANB)，導體 A 將通過接點向導體 B 進行自由電子擴散，則 A 失電子，B 積累電子，從而使接點兩側產(chǎn)生電位差，建立了靜電場 E，如圖 22 所示，靜電場 E 的存左將阻止自由電子繼續(xù)擴散。為了便于分析問題，溫差電勢有時也寫成下面的形式，即 eA(t， to)=eA(t)eA(to)。又因 A 的電子密度大，所以 A 為正極， B 為負極，在正熱電極里，電勢的方向由熱端指向冷端。 第三節(jié) 熱電偶基本定律與結構形式 一、熱電偶基本定律 （一）均質導體定律 由兩種均質導體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小只與兩材料及兩接點溫度有關，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關。 （三） 中間溫度定律 在熱電偶測溫回路中， tc 為熱電極上某一點的溫度，熱電偶 AB 在接點溫度為 t、 t0 時的熱電勢 eAB(t, t0)等于熱電偶 AB 在接點溫度 t、 tc 和 tc、 to 時的熱電蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 20 動勢 eAB（ t,tc）和 eAB(t,tc)的代數(shù)和， eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0） 該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)，在實際熱電偶測溫回路中 , 利用熱電偶這一性質 , 可對參考端溫度不為 0℃的熱電勢進行修正。 （二）鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。安裝不正確，熱導率和時間滯后等誤差，它們是熱電偶在使用中的主要誤差 。 (一 ) 絕緣變差而引入的誤差 如熱電偶絕緣了，保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴重，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達上百度。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。時間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減 小時間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。因此，應保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 22 熱電偶的自由端溫度不是一個恒定值。而不知道補償導線有正負極之說，隨意將補償導線與熱電偶和儀表連接，這是錯誤的，會引起很大的誤差。分析事故中，發(fā)現(xiàn)補償導線接反，校正后，爐內溫度為 973℃ 。因而，勿將補償導線接反。伴隨上述變化，熱電偶的熱電動勢也其敏感的發(fā)生變化。 （一） 裝配式熱電偶的壽命 我國標準中僅對熱電偶的穩(wěn)定性有要求。對 B﹑ R﹑ S型熱電偶而言為 2021h,K﹑ E﹑ J﹑ T型熱電偶為 10000h。 （二） 鎧裝熱電偶的壽命 由于鎧裝熱電偶有套管保護與外界環(huán)境隔絕，因此套管材質對鎧裝熱電偶的壽命影響很大，必須根據(jù)用途選擇熱電偶絲及金屬套管。因此，熱電偶在生產(chǎn)使用。鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比，雖有許多優(yōu)點，但使用壽命往往低于裝配式熱電偶 。因此，在多數(shù)場合下，保護管的壽命決定了熱電偶壽命。但是，尚未發(fā)現(xiàn)對使用壽命有規(guī)定。 二、 熱電偶的使用壽命 熱電偶的劣化是一個量變過程，對其定量很困難，將隨熱電偶的種類﹑直徑 、使用溫度 、 氣氛 、 時間的不同而變化。由金屬或合金構成的熱電偶，在高溫下其內部 晶粒