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溫度控制相關知識分享天地
溫度與濕度的種類與名詞 
發表人:宇佑科技技術部 
文章編號:69
發表時間:2010/9/16 下午 01:05:53
人氣:2175

測量溫溼度的種類:
 
一、概說
溫度在工業界為一重要的變數,例如反應速率依操作時的變化而昇降,反應速率依操作時的變化而昇降,
反應過程中操作溫度的高低不但影響反應完成所需的時間,還影響到轉化率的大小。因此工業上溫度的測定變成不可缺的一項要素。
 
二、溫標
一般常用的國際溫標有下列幾種:
1、攝氏溫標(
由攝氏1大氣壓下水的冰點為 ℃;沸點為 100℃。
2、華氏溫標(
由華氏制定一大氣壓下水的冰點為 32℉,沸點為 212℉。
3、克耳文溫標(K
卡氏制定水的三相點為 273.16K,一大氣壓下水的冰點為 273.16K,沸點為 373.16K。
4、冉肯溫標(°R
亦稱華氏絕對溫標。定一大氣壓下水的冰點為 491.69°R,沸點為 671.69°R。
上列各項溫標間的關係為:
℉ = 1.8℃+32;K = ℃+273.16;°R = ℉+459.69
 
三、種類
膨脹式溫度儀器,電阻式溫度計,熱電偶式溫度計,光測高溫計,輻射高溫計
1. 膨脹式溫度儀器
(1)
水銀溫度計 (mercury-in-glass thermometer)
原理:
當熱度自球莖外壁傳入時,膨漲球內之水銀即在細管中上昇至一定高度,玻璃管外壁刻以度數,水銀之
位置即代表此溫度。
構造:
為一圓形或其他形狀之玻璃管,管的中間為一內徑極小之毛細管,其下端與一裝滿水銀之膨漲球莖相連。
使用說明:
.普通工業用水銀溫度計之溫度指示範圍,為 -38 650
  (普通水銀之凝固點為 -38,沸點為 675) 欲測高溫時,於水銀上充以高壓一自 30psi 300psi
 之壓力,視溫度之指示範圍而定如充以乾燥之氮氣。則其溫度可測至 1000,此類溫度計應以石英
 替代普通玻璃,以免發生玻璃管軟化變形的現象。
.工業用水銀溫度計與實驗室內所用的溫度計極為相似,只差在工業用的在玻璃球莖及玻璃管外罩以
 金屬保護套,以免受意外損害。
. 水銀溫度計不宜應用於溫度變化激烈,驟昇驟降,或外界常易變遷之處。
優、缺點:
水銀溫度計之最大優點為價格低廉,使用便利,無需高度複雜之各種調節校正手續其缺點為:
.指示不夠準確,水銀溫度計指示不夠準確,其原氏為在高溫時,玻璃管受熱而膨漲,因之而改變毛細
 久體積,於是使指示值產生若干偏差。
.水銀之膨漲係數隨溫度之昇降而有些微變化。
.溫度之指示範圍不大。
.膨漲球莖插入待測溫度流體之深度,常易導致嚴重錯誤。欲避免此誤差,最好將膨漲球莖連玻璃桿
 一齊浸入流體內,使兩者在同一溫度,如此可避免受大氣溫度之影響。
(2)
雙金屬溫度計 (bimetal thermometer)
原理:
將二種或二種以上具有不同膨脹係數之金屬片焊合在一起,當溫度改變時,因金屬片膨脹程度之不同而
使此金屬片組產生彎曲。如將此金屬片組之一端固定,另一端裝上指針則因偏轉而產生指示。
構造:
將具有不同物理特性 (熱膨脹) 之兩合金熔合在一起成雙金屬片。再將之形成螺旋形狀,其兩合金之一,
係一種稱為因鋼之鎳合金,易於受熱時幾乎全無膨脹;另一乃使用一種鎳合金,於受熱時膨脹甚多。
將該兩合金熔接在一起,輾平至想要厚度,使成雙金屬片。
使用說明:
.工業上常用之雙金屬膨脹溫度儀器,其低膨脹金屬多用恒範鋼,此為一種含鎳 36% 的鎳鐵合金。
 高膨脹金屬在較低溫時用青銅,高溫度時用鎳。
.為保持其精確度,此種溫度計不宜長期連續使用,以防金屬片組產生彈性疲乏現象。
.含有金屬片組部分應全部插入待測流體中,以求取測得的溫度之精確。
.為消除輻射能之影響,金屬片組之外殼應為光滑之金屬表面。
.雙金屬溫度計一般可測之溫度範圍為 538 ~ -184
.雙金屬片的一端固定,則另一端撓曲,則其撓曲度與溫度平方成正比與其厚度成反比。
2. 電阻式溫度計 (resistance thermometer)
原理:
金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加;隨溫度之降低而減少,測量此金屬導體之電阻值,即能間接求得
其溫度。
此種溫度與電阻之關係可由下列算式代表:
Rt = Ro(1 + at + bt2)
其中 Rt:在溫度t時的電阻,歐姆
Ro
:溫度,
t
0時的電阻,歐姆
a
:電阻的溫度係數
b
:校正係數
構成(金屬線型)
.感測元件-電阻元件。
它是一個精心製造的電阻器
最常使用之電阻線材,有鉑線、銅線或鎳線,捲繞於一絕緣體 (雲母片) 上。
當電阻元件受熱時,電阻線之電阻增加;此增加電阻係以溫度度數表示。
這種溫度計的外型,和雙金屬溫度計之球泡相似,其本體呈圓柱形。
.線材之種類
白金線:又稱鉑線,乃金屬線型溫度計線材之最佳材料。(使用溫度範圍為 -400 ~ +1200)
鎳線:亦時常被採用 (因其價廉,使用溫度範圍 -250~ +690)
銅線:一般限用於欲測定溫度低於鎳線者 (其可使用溫度範圍為 -328 ~ +250)
.線材之選擇:選擇時須考慮的要點為:
金屬的純度 (purity) 要高
線材的均勻度 (uniformity) 要夠
線材的穩定度佳
電阻隨溫度的改變要大。
對環境污染抵的抗性要好。
.不同線材的感測電阻球莖
白金電阻溫度計在 0時,一般有 2550、或 100 的電阻。
鎳線電阻溫度計:在 25時,一般有 100 的電阻。
銅線電阻溫度計:在 25時,一般有 10 的電阻。
惠斯頓電橋
(1)
偏轉式 (deflection type) 又稱不平衡式 (unbalanced type)
原理:
此電橋中其他各電阻皆固定,若Rt因溫度變化而產生改變時,則電橋失去平衡而造成指示計 (檢流器) 發生偏轉,因而指示溫度。
優點:構造簡單,價廉
缺點:感測電阻與檢流器的電壓值關係並非線性,誤差較大。
用於測量較低溫度 0 ~ 150
(2)
平衡式 (balanced type)
原理:
R1
R2 為固定電阻器,Rt 為感溫電阻器,Rs 為可變電阻,上面標以溫度刻度。Ro 為零點調整電阻,
Rt 感受溫度升高時Rt電阻則變大,此時電橋不平衡檢流計即產生偏轉。此時若小小變動電阻 Rs
(
慢慢變大),則必能調得一點使檢流計歸零。一般此類溫度計均直接將電阻值標示成溫度標度。
公式:RsKRt
優點:準確性大於偏轉式電橋
缺點:感測球莖線路的電阻值大小會影響測量值,造成誤差。滑動電阻的接觸點有電阻存在造成誤差。
電阻式溫度計的優缺點
優點:
溫度測量準確,多用於校正其他儀器;測低溫時,不需冷接點且準確度比熱電偶高。
缺點:
需供應電源;電阻線與溫度不成線性關係 (需做溫度補償工作) 且不耐機械震盪。
3. 熱電偶式溫度計 (Thermocouples)
構造:
兩種不同金屬,在其一端接合置於被測物體上,另一端接在測示的儀器上,即為一熱電偶溫度儀器。
原理及效應:
三效應:
西貝克效應 (seebeck effect)
兩種不同之金屬線連結兩端,若其兩端之溫度不同,則有連續電流產生,如圖如示
T2為熱接合點:或稱為測定接合點,係熱電偶二金屬線之接合端點,所形成之接合點謂之。
T1為冷接合點:或稱為參考接合點,係連接於測定儀器之二金屬線各一端點,所形成接合點謂之。
 加熱測定接合點所產生的電壓,此電壓會隨接合點與參考點間的溫度差而不同。
潘第效應 (Peltier effect)
電流通過兩種不同的金屬導線之接合點時,接合點處產生放熱或吸熱之現象。至於放熱或吸熱端
 視電流流動之方向,此可謂西貝克氏發現之逆現象。
X點溫度升高,則產生放熱現象,而Y點則產生吸熱現象。
湯木生效應 (Thomson effect)
在均勻質之金屬線上,若二端之溫度不同,即發生電動勢 (emf),此電動勢與金屬線兩端之溫度差成
 正比。
所得之結論為:電流通過一個有溫度梯度的導線時,電流有增加或減少溫度差之現象,稱之為湯木生
 效應。
若電流方向相反,產生相反的反應,故亦稱為可逆性效應。
熱電理論的三定律:
均勻線路定律 (law of homogeneous circuit)
在單一均勻質之金屬線上,若僅改變此金屬線兩端之溫度,並不能維持一定的電流。由此可知 emf
 的發生係由於熱電偶二端之溫度不同所致,此emf與熱電偶上的其他中間溫度差異無關。
中間金屬定律 (law of intermediate metals)
在一熱電反應中,使用一第三金屬線,若第三金屬線與熱電偶金屬線的二接合點處的溫度相同,便
 不會在第三金屬線上產生emf,其總emf仍為熱電偶所產生的 emf
中間溫度定律(Law of intermediate temperature)
任何由均勻金屬所組成之熱電偶,若其兩端之溫度為 T1 T3,則其發出之 emf,必等於其二接點之
 溫度在 T1T2及在T1T3 時所發出emf之總和。
熱電偶材料:
(1)
熱電偶材料須具備的條件
熱電效率須較高,亦即能發出較大之emf
熱電動勢較穩定,且長期使用亦不發生變化。
具有抗蝕,抗氧化及抗濕等性質。
具有較高之熔點。
易製造,有互換性及價格較廉。
 
ANSI
正   線
負   線
T
100%
55% + 45%
J
100%
55% + 45% 鏡鎳
K
90% + 10%
97% + 3%
S
87% + 13%
100%
R
90% + 10%
100%
 
優缺點:
優點:
1.
些微的溫度變化亦可測定
2.
測定時反應快
3.
不而能源供應。
缺點:
1.
參考點需作補整 (compensation)
2.
如儀器沒有作補償的工作,常溫左右的溫度不易精確測定。
安裝熱電偶溫度計的注意事項:
避免將熱電偶裝於火焰經過之處。
將熱電偶置於平均溫度處,於加熱爐之情況,可多裝數對熱電偶並聯相接。
將熱電偶之熱點儘可能置於可窺見之處。
熱電偶必須深深插入,使其熱點確實在所測量溫度之中。
考慮熱電偶是否因所測溫度太高而有熔融之危險。
切勿將瓷管保護套管突然插入高溫之流體中,防止套管之破裂。
測量各式加熱爐氣體溫度時,須將煙突及爐壁之輻射問題詳加考慮。
因熱電偶產生的emf很小,故配線時須注意不能與其他電路共同一導管,並至少離開一至二呎以上。
熱電偶的校正:
熱電偶使用的日久,常使溫度與emf的特性改變,故視操作情況的需要給予校正。
4. 光測高溫計 (optical pyrometer)
原理:
集中於一幕屏 (screen)上,幕屏後裝一紅色濾鏡,僅讓波長為 0.65 輻射能透過,俾使觀察者易觀察幕
屏上之情形。同時另裝一標準鎢絲燈,其發出之輻射能亦可集中在幕屏上,以作為比較。調整變阻器
以調整通過標準鎢絲燈之電流,使標準光源在幕屏上之亮度 (brightness) 與輻射熱之亮度相等。此時
變阻器之刻度即代表此輻射熱源之溫度。
優缺點:
優點:
1.
輕便
2.
可測 1000以上之高溫
3.
勿需接近待測物
缺點:
1.
需人工操作
2.
因人工操作,可能產生讀出誤差
5. 輻射高溫計 (Rediation pyrometer)
原理:當熱源放射之輻射光射到物體時,則使該物體之溫度上升,溫度上升的程度與熱源輻射光之
強度成一定的關係。因此如將高溫待測物體放射出之輻射光用小型之受光器予以吸收,而測受光器
溫度之上升,便可測知高溫待測物之溫度。
 


發表人:JimmiXzS 
文章編號:69
發表時間:2010/9/16 下午 01:05:53



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