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通常可归纳为两类:
直接计量法和间接计量法。
直接计量法是指计量温度的元件和被计量的对象直接接触,所用的仪器有金属电阻温度计、玻璃液体温度计、热电偶温度计、气体温度计、石英频率温度计和噪声温度计等。
间接计量法指计量温度的元件和被计量的对象非直接接触,是通过辐射等原理来计量的。
所用的仪器有光学高温计、光电高温计、红外高温计、光谱高温计、比色高温计等。
1.电阻温度计的工作原理
利用材料电阻随温度变化的特性进行检测,通过电气仪表示数。
(1)电阻温度系数α:
温度T变化1℃时电阻值R的相对变化量,即
(2)对理想测温元件材料的要求:
①要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数α,使灵敏度高;
②电阻率比较大。
因为电阻率大,电阻体的体积就可以相对缩小,从而使得元件的热容量和热惯性相应减小,改善响应时间;
③电阻和温度的函数关系应尽可能接近线性;
④金属的纯度高,使因晶格缺陷散射所引起的剩余电阻影响不大;
⑤材料的价格便宜,有较高的性能价格比。
2.常用的(热敏)电阻温度计
(1)纯金属电阻温度计(如铂、铟、铜等)--具有正的电阻温度系数。
(2)合金电阻温度计(如铑铁、铂钴、金钴等)--具有正的电阻温度系数。
(3)半导体电阻温度计(如锗、硅等)--具有负的电阻温度系数。
3.主要特点
(1)电阻温度计的计量范围较宽,从0.1K至1000℃。
(2)不确定度小,通常可达1~10mK。
(3)灵敏度高,在600℃以下,输出信号比热电偶温度计要大得多。
(4)通常电阻温度计测量的温度区低于热电偶温度计。
如铂电阻温度计可用于13.81K~630.74℃温区(中、低温区)。
(5)属于直接计量法。
2.热电偶温度计的工作原理
利用塞贝克效应进行检测,通过电气仪表示数。
塞贝克效应:
当两种不同的金属连接形成一个闭合回路时,若两接点处温度不同,则将产生一个净的热电势,故可用此热电势的大小来衡量温度差的高低,如图13-1所示。
图13-1塞贝克效应
其中,e为电子电荷;
n为电子密度。
对热电势影响因素的讨论:
(1)当材料一定时,热电势E是T1(热接点温度)和T2(冷接点温度)的函数;
当T2一定时,E即为T1的单值函数。
(2)当T1=T2时,E=0。
(3)当两根金属丝材料相同时,E恒为零。
(4)两根金属丝的电子密度相差越大时,E越大。
2.热电偶温度计的种类
热电偶总共有300多种,但常用的只有7种:
①T型(铜-康铜);
②E型(镍铬-康铜);
③J型(铁-康铜);
④K型(镍铬-镍铝,镍铬-镍硅)(最高1200℃);
⑤S型(铂10%铑-铂)(最高1480℃);
⑥R型(铂13%铑-铂)(最高1480℃);
⑦B型(铂30%铑-铂6%铑)(最高1700℃),其中后4种用于高温测量。
3.热电偶温度计的使用
在船上通常用热电偶温度计测量柴油机各缸的排气温度,如图13-2所示。
热电偶的热接点装在排烟管内,冷接点装在集控室内,并在操作台上设有切换开关,以便用一个表头可以读出每一缸的排气温度。
该表头实际上为一个毫伏表,但其刻度为温度刻度。
图13-2热电偶温度计
1-温度指针;
2-表盘;
3-切换开关旋钮;
4-冷接点;
5-热电偶;
6-热接点
3.膨胀式温度计工作原理
利用热胀冷缩原理进行检测,通过液位或机械仪表示数。
2.膨胀式温度计的种类
(1)水银、酒精玻璃棒式温度计
读数直观,使用性能稳定,误差小,价廉;
但热惯性较大,且易破损,测量范围不宽,不能遥测。
(2)双金属片温度计
由两种线膨胀系数不同的金属片焊接而成。
在温度作用下,双金属片将向热膨胀系数较小的一侧弯曲,通过机械传动机构带动指针偏转,指示出温度数值,如图13-3所示。
图13-3双金属片温度计
1-双金属片(热膨胀系数较大);
2-双金属片(热膨胀系数较小);
3-指针(或记录笔);
4-传动杆
图13-4压力表式温度计
1-指针;
2-毛细管;
3-温包
多数情况下,双金属片温度计都作为温度自动记录仪使用,也可用于遥测。
如DWJ-1型双金属片温度计,其测量范围为-35℃~+45℃,可自动记录一天或一周的温度值,测量精度为±
1℃。
一般在使用前应以0.1℃刻度的水银温度计校正。
(3)压力表式温度计
一种在制冷系统中遥测温度的膨胀式温度计,它的测温元件为温包。
当温包中工作介质随温度变化热胀冷缩时,弹簧管发生形变,通过机械传动机构带动指针偏转,指示出温度数值,如图13-4所示。
第二节压力表的种类、工作原理及使用
1.轮机工程中常用的压力
在轮机工程中常用的压力,可分为绝对压力、表压力和真空压力。
(1)绝对压力a
是被测介质作用于物体表面上的全部压力,以绝对压力零位作基准。
用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。
(2)表压c
是指用一般压力表所测得的压力,它以大气压为基准,等于绝对压力和当地大气压之差,即:
表压=绝对压力-大气压
(3)真空压力d
指接近真空的程度。
当绝对压力小于大气压力时,表压力为负值,其绝对值称为真空压力,表达式为
真空压力=大气压-绝对压力
三者的意义及其相互关系如图13-5所示。
图13-5绝对压力、表压力和真空压力的关系
由图可见,表压力和真空压力都是表示工质的绝对压力和当地大气压力的差值。
它们都是压力表的直接读数,所以在运行管理中都习惯于用表压力或真空压力。
而当需要表明工质的热力状态时,则应以绝对压力为基准。
绝对压力=表压力+1个大气压。
2.常用的压力表
(1)弹簧管式压力表
①工作原理
如图13-6所示,测压元件是扁圆形截面弯成圆弧形的弹簧管。
当管内接入被测工质的压力时,自由端B就会发生位移。
当被测工质的压力大于大气压时,B移到B′;
反之,则移到B″。
管内压力和大气压相差越大,位移量也越大。
通过机械传动机构则可指示出压力的大小。
图13-6弹簧管式压力表的工作原理图
②使用注意事项
a.弹簧管式压力表测量波动压力时,所测压力应控制在测量上限值的1/3~1/2范围内;
b.测量稳压时,所测压力不应超过测量上限值的2/3;
c.所测工质不应对压力表的材料(铜和铜合金)起腐蚀作用;
d.压力表由标准计量部门进行检验和标定,外壳有铅封,不应自行拆开压力表进行清洗和加油;
e.压力表引入管长时间没有压力时,将控制阀关闭。
(2)电触点式压力表
它是在一个弹簧管式压力表上加装了高、低限触点。
当压力降低到低限时,压力表指针触点就和低值限定器接触;
当压力达到高限时,指针触点则和高值限定器接触,从而使相应的控制电路起作用,并通过指示灯显示或蜂鸣器报警(其限定值可根据需要加以调整)。
(3)平均压力计
适宜于测量柴油机气缸内的均压,以分析各缸工作状态,其指示仪表是一个弹簧管式压力表。
气缸内燃气的脉动压力经接头引入,先过滤,然后进入测压器的气室,在这里扩散、均衡,再经过气室内的毛细管的阻尼作用,最后由蛇形管进入指示仪表,测得测量期间内的平均压力,如图13-7所示。
图13-7平均压力计
1-接头;
2-滤网;
3-测压器;
4,7,8-垫圈;
5-放气阀;
6-通道;
9-手轮;
10-蛇形管;
11-指示仪表
(4)最高压力计
适宜于用作测量柴油机气缸内的爆压,以分析各缸工作状态,其指示仪表是一个弹簧管式压力表。
气缸内燃气的脉动压力经接头引入,先到止回阀。
当止回阀下腔内的压力大于上腔内的压力时,止回阀就打开;
反之则关闭,使上腔内始终保持所测得的最大压力。
为减小燃气的高温和脉动压力对仪表的影响,燃气再通过节流圈的阻尼作用,最后由蛇形管进入指示仪表,测得测量期间内的最高压力,如图13-8所示。
图13-8最高压力计
1-连接螺母;
2-端接头;
3-止回阀体;
4-阀座;
5-止回阀;
6-衬套;
7-节流圈;
8-蛇形管;
9-放气阀;
10-转动手轮;
11-压力表
(5)U形液柱式压力表
用来测量压力较小的工质压力。
如:
柴油机的扫气压力、锅炉鼓风机的风压等。
U形管内装有液体(根据所测压力的高低而采用水银、油或水),其作用是隔离被测工质和大气,平衡被测压力。
两边管内的液位差即反映被测工质的压力和大气压力之差,在管间标以适当的刻度即可测出工质的表压力或真空压力,如图13-9所示。
图13-9U形液柱式压力表
第三节转速表的种类、工作原理及使用
1.转速表的分类
按工作原理的不同,转速表有以下几种类型:
(1)离心式转速表。
它是根据角速度和离心惯性力的非线性关系制成的。
(2)定时式转速表。
它的特点是利用计时机构控制计数机构,因为测量转速的时间为一定值(3s或6s),故称为定时式转速表。
(3)振动式转速表。
是利用特制弹簧片组和相应的转速谐振效应制成的。
(4)电动式转速表。
这种转速表带有机电换能器,属于这类转速表的有带电机传感器的电动式转速表和电脉冲式转速表。
(5)磁感应式转速表。
这种转速表是根据电磁感应原理制成的。
(6)频闪式转速表。
这种转速表是根据频闪测速原理制成的。
(7)电子计数式转速表。
是利用电子计数原理制成的,由转速传感器(光电式、磁电式、激光式等)和数字显示仪两部分组成。
(8)自动记录式转速测量仪。
用于自动记录被测转速。
2.常用的转速表
(1)离心式转速表
它是一种使用最早的转速表,由于它具有结构简单、使用方便和价格便宜等优点,至今仍广为使用,其不足之处是精度较低。
①离心式转速表的工作原理
当转速表轴转动时,离心器上重锤在惯性离心力的作用下离开轴心,并通过传动装置带动表针转动,表针的位置则根据重锤所产生的离心力和弹簧反力的平衡来确定,如图13-10所示。
图13-10离心式转速表的工作原理图
②离心式转速表使用注意事项
a.正常工作范围应选在测量上限值的80%左右,这样可以保证仪表指示准确和延长寿命;
b.注意表盘上的转速表系数;
如该值为1:
1,则转速表的示值即为被测轴的转速。
2,指针示值若为200r/min,则转速表轴的实际转速为100r/min。
c.指针偏转方向和被测轴旋转方向无关;
d.使用过程中,须每隔12h加润滑油(钟表油)1次。
(2)定时式转速表
定时式转速表是一种精密的机械式转速表。
它具有精度高、携带方便等优点,在国内外获得广泛使用。
定时式转速表是按照在一定时间间隔内测量旋转体转速的方法确定转速的平均值,并由指针在表盘上直接指示被测转速值。
为了测定时间间隔,装有定时机构,定时器的关闭是自动控制的。
常用的定时转速表有两种,即双盘式和单盘式。
(3)磁电式转速表
磁电式转速表是根据非电量电测的原理制成,所采用的转速传感器有直流发电机式、交流发电机式和光电式等。
转速传感器连接到被测转速的轴上。
当被测轴旋转时,传感器所产生
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