關(guān)于先進(jìn)測溫技術(shù)的調(diào)研

葉欣然

摘 要：溫度是我們?nèi)粘Ｉ钪兴x不開的參數(shù)之一，而在研究領(lǐng)域上，如何更準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度測量更是我們無法逃避的問題，不論是在科學(xué)研究還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，而在動(dòng)力工程的系統(tǒng)之中，測溫的意義更是非凡。目前我們的測溫時(shí)使用的溫度計(jì)主要分為兩種：接觸式和非接觸式。前者是依據(jù).不同溫度的物體相互接觸時(shí)必然會(huì)發(fā)生由高溫側(cè)向低溫側(cè)的熱交換，而后者則是依據(jù)物體輻射能量的大小來測溫。本文主要對(duì)于接觸式溫度計(jì)中的熱電偶測溫和非接觸式測溫計(jì)中的紅外線測溫進(jìn)行了調(diào)研。

關(guān)鍵詞：接觸式測溫;非接觸式測溫;熱電偶測溫;冷端補(bǔ)償;紅外測溫技術(shù);熱成像

溫度的定義很難具體被描述，人們廣為接受的是溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志。熱力學(xué)中，溫度宏觀概念的定義是以熱平衡為基礎(chǔ)的，表征兩個(gè)物體或系統(tǒng)的冷熱程度，兩個(gè)冷熱溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)從高溫物體傳到低溫物體，當(dāng)二者冷熱平衡時(shí)，不再有凈能量交換，溫度相同。微觀上看來，溫度反映了物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度。由于物體的物性參數(shù)與溫度密不可分，溫度的準(zhǔn)確測量就顯得至關(guān)重要。而溫度的測量主要有接觸式測溫和非接觸式測溫，熱電偶測溫技術(shù)屬于接觸式測溫技術(shù)，而紅外線測溫技術(shù)則屬于非接觸式測溫。文中主要對(duì)于這兩種測溫技術(shù)展開了調(diào)研，對(duì)于其測溫原理等進(jìn)行了研究。

1熱電偶測溫技術(shù)

1.1接觸式測溫

接觸式測溫法是將傳感器置于與物體相同的熱平衡狀態(tài)中，使傳感器與物體保持同一溫度的測溫方法，它比較簡單但是可靠，它的測量精度較高;但是測溫元件與介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)由于目前測溫材料的限制，接觸式測溫在高溫范圍上的測量受到限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。熱電偶就是接觸式測溫的代表。

1.2熱電偶測溫的原理

熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)工作的熱電效應(yīng)是指將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和 B 焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢，從而在回路中形成一個(gè)大小的電流。

1.3熱電偶的冷端補(bǔ)償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，出于材料和成本角度的考慮，采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端 （自由端） 延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上，是最經(jīng)常采取的手段。

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線只起延伸熱電極的作用，使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其它修正方法來補(bǔ)償冷端溫度變化對(duì)測溫的影響。除此之外，型號(hào)相配是在使用熱電偶時(shí)所必須注意到的問題，極性不能接錯(cuò)也是必須要被注意的，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100℃。

1.4火電廠中熱電偶的應(yīng)用

火電廠的各項(xiàng)生產(chǎn)過程中都伴有溫度的變化，熱電偶溫度計(jì)一般用于測量 500℃ 以上的溫度。電廠熱力過程中的主蒸汽溫度、過熱器管壁溫度、汽輪機(jī)高壓汽缸壁溫度以及高溫?zé)煔鉁囟鹊?，都離不開熱電偶測溫。K型和N型熱電偶主要在電場中得到了廣泛的應(yīng)用。

我國火電廠主蒸汽溫度的測量大都采用 K 型熱電偶作為一次元件，目前存在著測溫精度不高的問題。為了提高主蒸汽溫度測量的準(zhǔn)確性，用 N 型熱電偶替換 K 型熱電偶是一個(gè)有效的技術(shù)措施。目前，N 型熱電偶已在火電廠主蒸汽溫度測量中應(yīng)用。N 型熱電偶具有熱電特性穩(wěn)定，使用壽命長和非線性誤差小等優(yōu)點(diǎn)，提高主蒸汽溫度測量的精度，滿足了火電機(jī)組運(yùn)行規(guī)程的要求。在用 N 型熱電偶測量主蒸汽溫度成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，也可以用 N 型熱電偶測量過熱器和汽缸等金屬壁的溫度。

2紅外線測溫技術(shù)

2.1非接觸式測溫

非接觸式測溫儀表，它的敏感元件與被測對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式溫度傳感器。這種儀表可用來測量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。非接觸式測溫具有測溫上限不受敢問元件耐溫程度的限制，因而在測量高溫上具有極廣泛的應(yīng)用。紅外熱像儀可以探測物體表面的溫度場，是一種被動(dòng)的、非接觸式的檢測手段。該技術(shù)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

2.2紅外線測溫技術(shù)原理

在自然界中，任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射出電磁波， 波長在2.0～1 000μm的部分稱為熱紅外線。隨著溫度變化， 紅外線的輻射強(qiáng)度也會(huì)隨之變化。

紅外熱成像測得的溫度是以儀器收到的輻射能計(jì)算出來的， 但是被測表面的輻射率、測量距離、環(huán)境溫濕度等都會(huì)對(duì)測溫精度有所影響， 表面輻射率是對(duì)測量精度影響最大的因素。熱成像原理為我們展現(xiàn)了它的工作原理——光學(xué)系統(tǒng)將紅外輻射匯聚起來，經(jīng)過光譜濾波和光機(jī)掃描，聚集到探測器的紅外元件上，探測器將強(qiáng)弱不同的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再經(jīng)過放大和視頻處理，形成視頻信號(hào)，送至顯示器。

2.3紅外線測溫的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)測溫方式， 紅外熱成像測溫具有精度高、范圍大、快速和高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。它的應(yīng)用范圍也是極其寬廣，隨著它的日益成熟，它廣泛的出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、日常生活的方方面面。

如在石化行業(yè)中，紅外測溫儀被越來越多地應(yīng)用于固體廢物的裝置生產(chǎn)過程里，為焚燒裝置的安全提供了真實(shí)有效的測溫手段。在固體廢物的裝置生產(chǎn)過程里，窯襯是安全上的關(guān)鍵因素，因此，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)中必須及時(shí)了解裝置內(nèi)部的溫度變化情況，防止窯襯及相關(guān)設(shè)備損壞。紅外測溫技術(shù)在其中的應(yīng)用為解決這一問題提供了便利：它的應(yīng)用不僅提高了固體廢物的焚燒效率，也大大地提高焚燒設(shè)備的安全系數(shù)。

又如在電力設(shè)備中，應(yīng)用紅外線測溫技術(shù)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測應(yīng)用紅外測溫技術(shù)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測，可以及時(shí)檢測電力設(shè)備的過熱缺陷和故障，又不影響其正常運(yùn)行，提高了電網(wǎng)的可靠性和安全性。張義華等設(shè)計(jì)了電力設(shè)備熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，他們的系統(tǒng)主要由紅外測溫單元、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)和上位機(jī)綜合管理平臺(tái)等幾部分組成。以 80C196KC 單片機(jī)為核心的紅外測溫單元，配置溫度采集電路、存儲(chǔ)電路、顯示電路等外圍接口電路，這使得整個(gè)系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定 可靠、測量準(zhǔn)確、測量范圍廣、易于操作等特點(diǎn)，很好地配合我國電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況。

除此之外，紅外線熱成像技術(shù)也在畜牧業(yè)中發(fā)揮著作用，特別是早畜禽疾病檢測方面的應(yīng)用，它不僅精度高、范圍大、快速和高靈敏度，而且作為非接觸的測溫方式，不會(huì)引起個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)，可以幫助養(yǎng)殖者更好地對(duì)于個(gè)體進(jìn)行判斷，很大程度上減少了養(yǎng)殖場的損失。袁生等的研究就很大程度上展現(xiàn)了這一點(diǎn)。

3結(jié)束語

隨著測溫技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的測溫技術(shù)不斷應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。隨著它們的不斷發(fā)展和進(jìn)步，必將越來越便利我們的生活。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張義華李愛峰，基于紅外測溫技術(shù)的電力設(shè)備熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，科技視界2016（20）

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