Kenntnisse und Auswahl von Temperaturfühler
(1) Grundkonzepte der Temperaturmessung
1. Temperatur definition:
Temperatur ist eine physikalische Größe, die den Grad der Hitze oder Kälte eines Objekts angibt. Die Temperatur kann nur indirekt über bestimmte Eigenschaften eines Objekts gemessen werden, die sich mit der Temperatur ändern. Die Skala zur Messung des Temperaturwerts eines Objekts wird als Temperaturskala bezeichnet. Es gibt den Startpunkt für Temperatur messungen (Nullpunkt) und die Grundeinheit für die Temperaturmessung an. Zu den derzeit weltweit am häufigsten verwendeten Temperaturskalen gehören die Fahrenheit-Temperaturskala, die Celsius-Temperaturskala, die thermodynamische Temperaturskala und die International Practical Temperature Scale.
Die Celsius-Temperaturskala (℃) besagt, dass der Schmelzpunkt von Eis bei normalem Atmosphärendruck 0 Grad und der Siedepunkt von Wasser 100 Grad beträgt. Teilen Sie es in der Mitte in 100 gleiche Teile, die jeweils in 1 Grad Celsius unterteilt sind, und das Symbol ist ℃.
Die Temperaturskala Fahrenheit (℉) besagt, dass bei normalem Atmosphärendruck der Schmelzpunkt von Eis 32 Grad und der Siedepunkt von Wasser 212 Grad beträgt. Teilen Sie 180 gleiche Teile in der Mitte, jeder gleiche Teil entspricht 1 Grad Fahrenheit und das Symbol ist ℉.
Die thermodynamische Temperaturskala (Symbol T) wird auch Kelvin-Temperaturskala (Symbol K) oder absolute Temperaturskala genannt, die besagt, dass die Temperatur beim Stoppen der molekularen Bewegung den absoluten Nullpunkt erreicht.
Internationale Temperaturskala: Die International Practical Temperature Scale ist eine international vereinbarte Temperaturskala, die der thermodynamischen Temperaturskala nahe kommt, eine hohe Wiedergabe genauigkeit aufweist und einfach zu verwenden ist. Die aktuell international anerkannte Temperaturskala ist die „1968 International Practical Temperature Scale – 1975 Revised Edition“, die 1975 von der 15. Internationalen Temperaturkonferenz angenommen wurde und als IPTS-68 (REV-75) aufgezeichnet ist. Aufgrund gewisser Ungenauigkeiten bei der IPTS-68-Temperatur genehmigte das Internationale Komitee für Maß und Gewicht auf der Tagung von 1989 jedoch die Annahme des Internationalen ITS-90 von 1990 in der Resolution Nr. 7 der 18. Internationalen Konferenz für Maß und Gewicht. Die Temperaturskala ITS-90 ersetzt IPS-68. Mein Land hat die internationale Temperaturskala ITS-90 seit dem 1. Januar 1994 vollständig umgesetzt.
Internationale Temperaturskala von 1990:
a. Temperatureinheit: Die thermodynamische Temperatur ist eine grundlegende physikalische Größe. Seine Einheit ist Kelvin, die als 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser definiert ist. Zur Angabe der Temperatur wird die Differenz von 273,15 K (Gefrierpunkt) verwendet, daher wird diese Methode weiterhin beibehalten. Per Definition ist die Größe von Celsius gleich Kelvin, und Temperaturunterschiede können auch in Grad Celsius oder Kelvin ausgedrückt werden. Die Internationale Temperaturskala ITS-90 definiert sowohl die internationale Temperatur in Kelvin (Symbol T90) als auch die internationale Temperatur in Celsius (Symbol t90).
b. Allgemeine Prinzipien der Internationalen Temperaturskala ITS-90: ITS-90 reicht von 0,65 K aufwärts bis zur höchsten Temperatur, die tatsächlich mit monochromatischer Strahlung gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz gemessen werden kann. ITS-90 ist so formuliert, dass es die beste Schätzung von T bei jeder Temperatur über den gesamten Bereich darstellt. Im Vergleich zur direkten Messung der thermodynamischen Temperatur ist die T90-Messung wesentlich komfortabler, präziser und weist eine hohe Reproduzierbarkeit auf.
c. Definition von ITS-90:
Die erste Temperaturzone liegt zwischen 0,65 K und 5,00 K. T90 wird durch die Beziehung zwischen dem Dampfdruck und der Temperatur von 3He und 4He definiert.
Die zweite Temperaturzone wird durch das Helium gas thermometer zwischen 3,0 K und dem Tripelpunkt von Neon (24,5661 K) definiert.
Die dritte Temperaturzone liegt zwischen dem Tripelpunkt von Wasserstoff (13,8033 K) und dem Gefrierpunkt von Silber (961,78 °C). T90 wird durch ein Platin-Widerstandsthermometer definiert. Die Skalierung erfolgt mithilfe eines vorgeschriebenen Satzes definierter Interpolationen. In der Temperaturzone oberhalb des Gefrierpunkts von Silber (961,78 °C) wird T90 nach dem Planckschen Strahlungsgesetz definiert und das Reproduktion instrument ist ein optisches Pyrometer.
(2.) Klassifizierung von Temperaturmessgeräten
Temperaturmessgeräte können je nach Temperaturmessmethode in zwei Kategorien unterteilt werden: Kontakttyp und berührungsloser Typ. Im Allgemeinen sind Kontakttemperatur messgeräte relativ einfach, zuverlässig und weisen eine hohe Messgenauigkeit auf. Da das Temperaturmesselement und das zu messende Medium jedoch eine ausreichende thermische Kommunikation erfordern, dauert es eine gewisse Zeit, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist, sodass es zu einer Verzögerung der Temperaturmessung kommt und diese auch durch hochtemperaturbeständige Materialien begrenzt ist. Es kann nicht für Messungen bei sehr hohen Temperaturen verwendet werden. Die berührungslose Instrumenten temperaturmessung misst die Temperatur nach dem Prinzip der Wärmestrahlung. Das Messelement muss nicht mit dem Messmedium in Kontakt sein, verfügt über einen großen Temperaturmessbereich, ist nicht durch die Obergrenze der Temperaturmessung eingeschränkt und zerstört das Temperaturfeld des Messobjekts nicht. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen schneller. Aufgrund des Einflusses externer Faktoren wie Emissionsgrad des Objekts, Messentfernung, Rauch, Staub und Wasserdampf ist der Messfehler jedoch groß.
(3.) Auswahl der Sensoren
Der nationale Standard GB7665-87 definiert einen Sensor als: „ein Gerät oder Gerät, das den angegebenen Messwert erfassen und nach bestimmten Regeln in ein nutzbares Signal umwandeln kann. Er besteht normalerweise aus einem empfindlichen Element und einem Umwandlungselement.“ Ein Sensor ist ein Erfassungsgerät, das die gemessenen Informationen erfassen und die erfassten Informationen gemäß bestimmten Regeln in elektrische Signale oder andere erforderliche Formen der Informationsausgabe umwandeln kann. Um den Anforderungen der Informationsübertragung, -verarbeitung, -speicherung, -anzeige, -aufzeichnung und -steuerung gerecht zu werden. Es ist die primäre Verbindung zur Realisierung der automatischen Erkennung und automatischen Steuerung.
(1) Moderne Sensoren unterscheiden sich stark in Prinzip und Aufbau. Die sinnvolle Auswahl von Sensoren entsprechend dem spezifischen Messzweck, dem Messobjekt und der Messumgebung ist das erste Problem, das bei der Messung einer bestimmten Größe gelöst werden muss. Nachdem der Sensor ermittelt wurde, können auch die passenden Messmethoden und Messgeräte ermittelt werden. Der Erfolg oder Misserfolg der Messergebnisse hängt maßgeblich davon ab, ob die Sensorauswahl sinnvoll ist.
1. Bestimmen Sie den Sensortyp anhand des Messobjekts und der Messumgebung: Um eine bestimmte Messaufgabe durchzuführen, müssen Sie zunächst überlegen, welches Prinzip der Sensor verwendet, was erst nach der Analyse vieler Faktoren bestimmt werden kann. Denn selbst wenn die gleiche physikalische Größe gemessen wird, stehen Sensoren mit mehreren Prinzipien zur Auswahl. Welches Sensorprinzip ist besser geeignet? Abhängig von den Eigenschaften des Messobjekts und den Einsatzbedingungen des Sensors müssen folgende spezifische Aspekte berücksichtigt werden: die Größe des Messbereichs; der Volumenbedarf des Sensors am Messort. Die Messmethode ist berührungslos oder berührungslos; die Signal extraktion methode ist kabelgebundene oder berührungslose Messung; die Quelle des Sensors ist importiert oder inländisch und ob der Preis akzeptabel ist oder selbst entwickelt wurde.
2. Auswahl der Empfindlichkeit: Im Allgemeinen wird innerhalb des linearen Bereichs des Sensors gehofft, dass je höher die Empfindlichkeit des Sensors ist, desto besser, da nur bei hoher Empfindlichkeit das Ausgang signal, das der gemessenen Änderung entspricht, relativ ist groß, was der Signalverarbeitung förderlich ist. Es ist jedoch zu beachten, dass der Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweist und externes Rauschen, das nichts mit der Messung zu tun hat, sich leicht einmischt und durch das Verstärkung system verstärkt wird, was sich auf die Messgenauigkeit auswirkt. Daher muss der Sensor selbst ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, um werkseitig beunruhigende Signale von außen zu minimieren. Die Empfindlichkeit des Sensors ist richtungsabhängig. Wenn es sich bei dem gemessenen Vektor um einen einzelnen Vektor handelt und die Anforderungen an die Richtwirkung hoch sind, sollten Sensoren mit geringerer Empfindlichkeit in anderen Richtungen ausgewählt werden. Handelt es sich bei dem Messwert um einen mehrdimensionalen Vektor, muss die Querempfindlichkeit des Sensors möglichst gering sein.
3. Frequenzgang eigenschaften: Die Frequenzgang eigenschaften des Sensors bestimmen den zu messenden Frequenzbereich, und innerhalb des zulässigen Frequenzbereichs müssen verzerrungsfreie Messbedingungen eingehalten werden. Tatsächlich gibt es immer eine gewisse Verzögerung in der Reaktion des Sensors, und wir hoffen, dass die Verzögerung so kurz wie möglich ist. Der Frequenzgang des Sensors ist hoch und der messbare Signal frequenzbereich ist groß. Aufgrund des Einflusses struktureller Eigenschaften ist die Trägheit des mechanischen Systems groß und die messbare Signal frequenz des Niederfrequenzsensors gering. Bei der dynamischen Messung sollten die Antwort eigenschaften auf den Eigenschaften des Signals (stationärer Zustand, Zufall usw.) basieren, um übermäßige Fehler zu vermeiden.
4. Linearer Bereich: Der lineare Bereich des Sensors bezieht sich auf den Bereich, in dem der Ausgang proportional zum Eingang ist. Theoretisch bleibt die Empfindlichkeit innerhalb dieses Bereichs konstant. Je größer der lineare Bereich des Sensors ist, desto größer ist sein Messbereich und eine gewisse Messgenauigkeit kann gewährleistet werden. Bei der Auswahl eines Sensors muss nach der Festlegung des Sensortyps zunächst geprüft werden, ob dessen Messbereich den Anforderungen entspricht. Tatsächlich kann jedoch kein Sensor eine absolute Linearität garantieren, und ihre Linearität ist auch relativ. Wenn die erforderliche Messgenauigkeit relativ gering ist, kann ein Sensor mit einem kleinen nichtlinearen Fehler innerhalb eines bestimmten Bereichs annähernd als linear angesehen werden, was die Messung erheblich erleichtert.
5. Stabilität: Die Fähigkeit eines Sensors, seine Leistung nach längerem Gebrauch unverändert beizubehalten, wird als Stabilität bezeichnet. Neben der Struktur des Sensors selbst sind die Faktoren, die die Langzeitstabilität des Sensors beeinflussen, vor allem die Umgebung, in der der Sensor verwendet wird. Damit der Sensor eine gute Stabilität aufweist, muss er daher über eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umgebung verfügen. Vor der Auswahl eines Sensors sollte dessen Einsatzumgebung untersucht werden und entsprechend der spezifischen Einsatzumgebung geeignete Sensoren ausgewählt werden oder es sollten geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Umweltbelastung ergriffen werden. In einigen Situationen, in denen der Sensor über einen längeren Zeitraum verwendet werden muss und leicht ausgetauscht oder kalibriert werden kann, sind die Stabilitätsanforderungen an den ausgewählten Sensor strenger und er muss dem Test über einen langen Zeitraum standhalten können.
6. Genauigkeit: Die Genauigkeit ist ein wichtiger Leistungsindikator des Sensors und ein wichtiger Zusammenhang mit der Messgenauigkeit des gesamten Messsystems. Je höher die Genauigkeit des Sensors, desto teurer ist er. Daher muss die Genauigkeit des Sensors nur den Genauigkeitsanforderungen des gesamten Messsystems entsprechen und muss nicht zu hoch gewählt werden. Dies ermöglicht die Auswahl eines günstigeren und einfacheren Sensors unter vielen, die die gleiche Messung erfüllen. Wenn der Zweck der Messung eine qualitative Analyse ist, reicht es aus, einen Sensor mit hoher Wiederholgenauigkeit zu wählen. Es ist nicht geeignet, einen Sensor mit hoher Absolutwertgenauigkeit zu wählen. Wenn es sich um eine quantitative Analyse handelt und es notwendig ist, genaue Messwerte zu erhalten, muss ein Sensor ausgewählt werden, dessen Genauigkeit den Anforderungen entspricht. Wenn für bestimmte Einsatzzwecke kein geeigneter Sensor ausgewählt werden kann, muss der Sensor selbst entworfen und hergestellt werden. Die Leistung des selbstgebauten Sensors sollte den Nutzungsanforderungen entsprechen.
(2) Thermometer:
1. Wärmewiderstand: Der Wärmewiderstand ist der am häufigsten verwendete Temperaturdetektor in Bereichen mittlerer und niedriger Temperatur. Seine Hauptmerkmale sind hohe Messgenauigkeit und stabile Leistung. Unter ihnen ist die Messgenauigkeit des Platin-Wärmewiderstands am höchsten. Es wird in der industriellen Temperaturmessung nicht häufig verwendet und wird zu einem Standard-Referenzinstrument.
① Prinzip und Materialien der Wärmewiderstand temperaturmessung: Die Wärmewiderstand temperaturmessung basiert auf der Eigenschaft, dass der Widerstandswert eines Metallleiters mit steigender Temperatur zur Temperaturmessung zunimmt. Thermowiderstände bestehen meist aus Metallmaterialien. Die am häufigsten verwendeten sind Platin und Kupfer. Darüber hinaus wurden Rhodium, Nickel, Mangan und andere Materialien zur Herstellung von Thermowiderständen verwendet.
② Zusammensetzung des Wärmewiderstands-Temperaturmess systems: Das Wärmewiderstands-Temperaturmess system besteht im Allgemeinen aus einem Wärmewiderstand, Verbindung drähten und einem digitalen Temperatur kontrollanzeige messgerät. Zwei Punkte müssen beachtet werden: „Die Teilungszahlen des Thermowiderstands und des digitalen Temperatur kontrollanzeige messgeräts müssen konsistent sein; um den Einfluss von Widerstandsänderungen der Anschlussdrähte auszuschließen, muss eine dreiadrige Anschlussmethode angewendet werden.“ "
2. Thermistor: Der NTC-Thermistor zeichnet sich durch geringe Größe, hohe Prüfgenauigkeit, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit, Alterungsschutz, Austauschbarkeit und gute Konsistenz aus. Weit verbreitet in Klimaanlagen, Heizgeräten, elektronischen Thermometern, Flüssigkeitsstandsensoren, Automobilelektronik, elektronischen Tischkalendern und anderen Bereichen.
3. Thermoelement: Thermoelemente sind eine der am häufigsten verwendeten Komponenten zur Temperaturerkennung in der Industrie. Die Vorteile sind:
① Hohe Messgenauigkeit. Da das Thermoelement in direktem Kontakt mit dem Messobjekt steht, wird es durch das Zwischenmedium nicht beeinflusst.
②Großer Messbereich. Gängige Thermoelemente können kontinuierlich von -50 bis +1600 °C messen. Einige spezielle Thermoelemente haben eine Mindesttemperatur von -269℃ (wie Gold, Eisen, Nickel und Chrom) und eine Höchsttemperatur von +2800℃ (wie Wolfram-Rhenium).
③ Einfache Struktur und einfache Bedienung. Thermoelemente bestehen normalerweise aus zwei verschiedenen Metalldrähten und unterliegen keiner Einschränkung durch Größe oder Öffnung. Außen befindet sich eine Schutzhülle, die sehr praktisch ist.
(1). Grundprinzipien der Thermoelement-Temperaturmessung
Verschweißen zweier Leiter oder Halbleiter A und B aus unterschiedlichen Materialien zu einem geschlossenen Stromkreis. Wenn zwischen den beiden Befestigungspunkten 1 und 2 der Leiter A und B ein Temperaturunterschied besteht, wird zwischen beiden eine elektromotorische Kraft erzeugt, wodurch ein großer Strom in der Schleife entsteht. Dieses Phänomen wird als thermoelektrischer Effekt bezeichnet. Thermoelemente machen sich diesen Effekt zunutze.
(2). Arten von Thermoelementen
Häufig verwendete Thermoelemente können in zwei Kategorien unterteilt werden: Standard-Thermoelemente und Nicht-Standard-Thermoelemente.
Standard-Thermoelemente beziehen sich auf Thermoelemente, deren nationale Normen die Beziehung zwischen thermoelektrischem Potenzial und Temperatur sowie zulässige Fehler festlegen und über eine einheitliche Standardskala verfügen. Sie verfügen über passende Anzeige instrumente zur Auswahl.
Nicht standardisierte Thermoelemente sind standardisierten Thermoelementen hinsichtlich Einsatzbereich oder Größe unterlegen. Im Allgemeinen gibt es keine einheitliche Graduierungstabelle und sie werden hauptsächlich für Messungen bei bestimmten besonderen Anlässen verwendet.
Seit dem 1. Januar 1988 werden in meinem Land alle Thermoelemente und Thermowiderstände gemäß den internationalen IEC-Standards hergestellt. Und sieben Typen standardisierter Thermoelemente, S, B, E, K, R, J und T, als einheitliche Design-Thermoelemente meines Landes bezeichnet.
(3). Temperaturkompensation der Thermoelement-Vergleichsstelle
Da die Materialien von Thermoelementen in der Regel relativ teuer sind (insbesondere bei der Verwendung von Edelmetallen), ist die Entfernung zwischen der Temperaturmessstelle und dem Gerät sehr groß. Um Thermoelementmaterial zu sparen und Kosten zu senken, werden üblicherweise Kompensationsdrähte verwendet, um das kalte Ende (freies Ende) des Thermoelements zum Kontrollraum zu verlängern, wo die Temperatur relativ stabil ist, und es mit den Instrumente nanschlüssen zu verbinden. Es ist zu beachten, dass die Funktion des Thermoelement-Kompensationsdrahts lediglich darin besteht, die heiße Elektrode so zu verlängern, dass das kalte Ende des Thermoelements zu den Instrumente nanschlüssen im Kontrollraum gelangt. Es selbst kann den Einfluss von Temperaturänderungen am kalten Ende auf die Temperaturmessung nicht eliminieren und hat keine Kompensationswirkung. Daher müssen andere Korrekturmethoden verwendet werden, um die Auswirkungen auf die Temperaturmessung zu kompensieren, wenn die Temperatur am kalten Ende t0≠0℃ ist. Bei der Verwendung des Thermoelement-Kompensation drahtes müssen Sie auf das passende Modell achten, die Polarität darf nicht falsch sein und die Temperatur des Kompensation drahtes und des Thermoelement-Anschlussendes darf 100 °C nicht überschreiten.
4. Die acht wichtigsten Entwicklungen meines Landes im Bereich der Temperaturkontrolle
Die Instrumentierung meines Landes hat mit der internationalen Entwicklung in Bezug auf Miniaturisierung, Digitalisierung, Intelligenz, Integration und Vernetzung Schritt gehalten und erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung, Forschung und Industrialisierung von Teilen mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum gemacht. Zu den wichtigsten erwähnenswerten wissenschaftlichen und technischen Fortschritten zählen vor allem die folgenden acht Aspekte:
1. Fortschrittliche industrielle Automatisierung instrumente und -systeme haben eine Modularisierung und vollständige digitale Integration erreicht und erfüllen damit die Anforderungen der Industrialisierung. Es wird häufig in den Bereichen Stahl, Elektrizität, Kohle, Chemie, Öl, Transport, Bauwesen, Landesverteidigung, Lebensmittel, Medizin, Landwirtschaft, Umweltschutz und anderen Bereichen eingesetzt und ist ein wichtiger Schritt in Richtung unabhängiger Rechte an geistigem Eigentum.
2. Der Forschungs- und Industrialisierung grad intelligenter Serienprüfgeräte und automatischer Prüfsysteme wurde erheblich verbessert. Das Unternehmen hat automatische Testsysteme für verschiedene Branchen wie Luft- und Raumfahrttests, elektromechanische Produkttests, Haushaltsgeräte tests, Erdbebenüberwachung, meteorologische Erkennung und Umweltüberwachung eingerichtet. Das Gesamtniveau erreicht
auf dem Niveau fortschrittlicher ausländischer Produkte, aber der Preis ist deutlich niedriger als bei ausländischen Produkten.
3. Die erfolgreiche Entwicklung und Massenproduktion von Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vektor netzwerkanalysatoren macht mein Land nach den Vereinigten Staaten zum zweiten Land der Welt, das solch hochpräzise Instrumente herstellt.
4. Erforschung und Entwicklung von Nanometer-Mess- und Kontrollgeräten sowie Mikroinstrumenten mit eigenen Merkmalen. Das Unternehmen ist weltweit führend in der gezielten Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren und der Erkennung von Struktur und physikalischen Eigenschaften.
5. Vervollständigen Sie den vollständigen elektrischen Quantenstandard und das 1,5×10-5 nationale Standardgerät für elektrische Energie, um die elektrischen Messstandards meines Landes auf international fortgeschrittenem Niveau zu halten.
6. Forschung an wissenschaftlichen Instrumenten mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten durchführen und das Gesamtniveau wissenschaftlicher Instrumente in unserem Land verbessern.
7. Einrichtung eines Entwicklung mechanismus, der Industrie, Wissenschaft und Forschung sowie in- und ausländische Zusammenarbeit vereint, und Erweiterung der Anwendungsbereiche wissenschaftlicher Instrumente, wie beispielsweise die erfolgreiche Entwicklung spektroskopischer Instrumente für Zolldokumente zur Fälschungsbekämpfung. Nach der Förderung durch den Zoll im ganzen Land wurden gefälschte Tickets im Wert von insgesamt 54 Milliarden Yuan beschlagnahmt, was dem Land enorme wirtschaftliche Verluste erspart hat. Der Marktanteil inländischer wissenschaftlicher Instrumente stieg von 13 % während des achten Fünfjahresplans auf 25 % am Ende des neunten Fünfjahresplans.
8. Das hochintensive fokussierte Ultraschall-Tumorbehandlung system wurde erfolgreich entwickelt und in Massenproduktion hergestellt. Medizinische Ultraschallgeräte bieten international führende Vorteile bei der nicht-invasiven Tumorbehandlung.
1. Temperatur definition:
Temperatur ist eine physikalische Größe, die den Grad der Hitze oder Kälte eines Objekts angibt. Die Temperatur kann nur indirekt über bestimmte Eigenschaften eines Objekts gemessen werden, die sich mit der Temperatur ändern. Die Skala zur Messung des Temperaturwerts eines Objekts wird als Temperaturskala bezeichnet. Es gibt den Startpunkt für Temperatur messungen (Nullpunkt) und die Grundeinheit für die Temperaturmessung an. Zu den derzeit weltweit am häufigsten verwendeten Temperaturskalen gehören die Fahrenheit-Temperaturskala, die Celsius-Temperaturskala, die thermodynamische Temperaturskala und die International Practical Temperature Scale.
Die Celsius-Temperaturskala (℃) besagt, dass der Schmelzpunkt von Eis bei normalem Atmosphärendruck 0 Grad und der Siedepunkt von Wasser 100 Grad beträgt. Teilen Sie es in der Mitte in 100 gleiche Teile, die jeweils in 1 Grad Celsius unterteilt sind, und das Symbol ist ℃.
Die Temperaturskala Fahrenheit (℉) besagt, dass bei normalem Atmosphärendruck der Schmelzpunkt von Eis 32 Grad und der Siedepunkt von Wasser 212 Grad beträgt. Teilen Sie 180 gleiche Teile in der Mitte, jeder gleiche Teil entspricht 1 Grad Fahrenheit und das Symbol ist ℉.
Die thermodynamische Temperaturskala (Symbol T) wird auch Kelvin-Temperaturskala (Symbol K) oder absolute Temperaturskala genannt, die besagt, dass die Temperatur beim Stoppen der molekularen Bewegung den absoluten Nullpunkt erreicht.
Internationale Temperaturskala von 1990:
a. Temperatureinheit: Die thermodynamische Temperatur ist eine grundlegende physikalische Größe. Seine Einheit ist Kelvin, die als 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser definiert ist. Zur Angabe der Temperatur wird die Differenz von 273,15 K (Gefrierpunkt) verwendet, daher wird diese Methode weiterhin beibehalten. Per Definition ist die Größe von Celsius gleich Kelvin, und Temperaturunterschiede können auch in Grad Celsius oder Kelvin ausgedrückt werden. Die Internationale Temperaturskala ITS-90 definiert sowohl die internationale Temperatur in Kelvin (Symbol T90) als auch die internationale Temperatur in Celsius (Symbol t90).
b. Allgemeine Prinzipien der Internationalen Temperaturskala ITS-90: ITS-90 reicht von 0,65 K aufwärts bis zur höchsten Temperatur, die tatsächlich mit monochromatischer Strahlung gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz gemessen werden kann. ITS-90 ist so formuliert, dass es die beste Schätzung von T bei jeder Temperatur über den gesamten Bereich darstellt. Im Vergleich zur direkten Messung der thermodynamischen Temperatur ist die T90-Messung wesentlich komfortabler, präziser und weist eine hohe Reproduzierbarkeit auf.
c. Definition von ITS-90:
Die erste Temperaturzone liegt zwischen 0,65 K und 5,00 K. T90 wird durch die Beziehung zwischen dem Dampfdruck und der Temperatur von 3He und 4He definiert.
Die zweite Temperaturzone wird durch das Helium gas thermometer zwischen 3,0 K und dem Tripelpunkt von Neon (24,5661 K) definiert.
Die dritte Temperaturzone liegt zwischen dem Tripelpunkt von Wasserstoff (13,8033 K) und dem Gefrierpunkt von Silber (961,78 °C). T90 wird durch ein Platin-Widerstandsthermometer definiert. Die Skalierung erfolgt mithilfe eines vorgeschriebenen Satzes definierter Interpolationen. In der Temperaturzone oberhalb des Gefrierpunkts von Silber (961,78 °C) wird T90 nach dem Planckschen Strahlungsgesetz definiert und das Reproduktion instrument ist ein optisches Pyrometer.
(2.) Klassifizierung von Temperaturmessgeräten
Temperaturmessgeräte können je nach Temperaturmessmethode in zwei Kategorien unterteilt werden: Kontakttyp und berührungsloser Typ. Im Allgemeinen sind Kontakttemperatur messgeräte relativ einfach, zuverlässig und weisen eine hohe Messgenauigkeit auf. Da das Temperaturmesselement und das zu messende Medium jedoch eine ausreichende thermische Kommunikation erfordern, dauert es eine gewisse Zeit, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist, sodass es zu einer Verzögerung der Temperaturmessung kommt und diese auch durch hochtemperaturbeständige Materialien begrenzt ist. Es kann nicht für Messungen bei sehr hohen Temperaturen verwendet werden. Die berührungslose Instrumenten temperaturmessung misst die Temperatur nach dem Prinzip der Wärmestrahlung. Das Messelement muss nicht mit dem Messmedium in Kontakt sein, verfügt über einen großen Temperaturmessbereich, ist nicht durch die Obergrenze der Temperaturmessung eingeschränkt und zerstört das Temperaturfeld des Messobjekts nicht. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen schneller. Aufgrund des Einflusses externer Faktoren wie Emissionsgrad des Objekts, Messentfernung, Rauch, Staub und Wasserdampf ist der Messfehler jedoch groß.
(3.) Auswahl der Sensoren
Der nationale Standard GB7665-87 definiert einen Sensor als: „ein Gerät oder Gerät, das den angegebenen Messwert erfassen und nach bestimmten Regeln in ein nutzbares Signal umwandeln kann. Er besteht normalerweise aus einem empfindlichen Element und einem Umwandlungselement.“ Ein Sensor ist ein Erfassungsgerät, das die gemessenen Informationen erfassen und die erfassten Informationen gemäß bestimmten Regeln in elektrische Signale oder andere erforderliche Formen der Informationsausgabe umwandeln kann. Um den Anforderungen der Informationsübertragung, -verarbeitung, -speicherung, -anzeige, -aufzeichnung und -steuerung gerecht zu werden. Es ist die primäre Verbindung zur Realisierung der automatischen Erkennung und automatischen Steuerung.
(1) Moderne Sensoren unterscheiden sich stark in Prinzip und Aufbau. Die sinnvolle Auswahl von Sensoren entsprechend dem spezifischen Messzweck, dem Messobjekt und der Messumgebung ist das erste Problem, das bei der Messung einer bestimmten Größe gelöst werden muss. Nachdem der Sensor ermittelt wurde, können auch die passenden Messmethoden und Messgeräte ermittelt werden. Der Erfolg oder Misserfolg der Messergebnisse hängt maßgeblich davon ab, ob die Sensorauswahl sinnvoll ist.
1. Bestimmen Sie den Sensortyp anhand des Messobjekts und der Messumgebung: Um eine bestimmte Messaufgabe durchzuführen, müssen Sie zunächst überlegen, welches Prinzip der Sensor verwendet, was erst nach der Analyse vieler Faktoren bestimmt werden kann. Denn selbst wenn die gleiche physikalische Größe gemessen wird, stehen Sensoren mit mehreren Prinzipien zur Auswahl. Welches Sensorprinzip ist besser geeignet? Abhängig von den Eigenschaften des Messobjekts und den Einsatzbedingungen des Sensors müssen folgende spezifische Aspekte berücksichtigt werden: die Größe des Messbereichs; der Volumenbedarf des Sensors am Messort. Die Messmethode ist berührungslos oder berührungslos; die Signal extraktion methode ist kabelgebundene oder berührungslose Messung; die Quelle des Sensors ist importiert oder inländisch und ob der Preis akzeptabel ist oder selbst entwickelt wurde.
2. Auswahl der Empfindlichkeit: Im Allgemeinen wird innerhalb des linearen Bereichs des Sensors gehofft, dass je höher die Empfindlichkeit des Sensors ist, desto besser, da nur bei hoher Empfindlichkeit das Ausgang signal, das der gemessenen Änderung entspricht, relativ ist groß, was der Signalverarbeitung förderlich ist. Es ist jedoch zu beachten, dass der Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweist und externes Rauschen, das nichts mit der Messung zu tun hat, sich leicht einmischt und durch das Verstärkung system verstärkt wird, was sich auf die Messgenauigkeit auswirkt. Daher muss der Sensor selbst ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, um werkseitig beunruhigende Signale von außen zu minimieren. Die Empfindlichkeit des Sensors ist richtungsabhängig. Wenn es sich bei dem gemessenen Vektor um einen einzelnen Vektor handelt und die Anforderungen an die Richtwirkung hoch sind, sollten Sensoren mit geringerer Empfindlichkeit in anderen Richtungen ausgewählt werden. Handelt es sich bei dem Messwert um einen mehrdimensionalen Vektor, muss die Querempfindlichkeit des Sensors möglichst gering sein.
3. Frequenzgang eigenschaften: Die Frequenzgang eigenschaften des Sensors bestimmen den zu messenden Frequenzbereich, und innerhalb des zulässigen Frequenzbereichs müssen verzerrungsfreie Messbedingungen eingehalten werden. Tatsächlich gibt es immer eine gewisse Verzögerung in der Reaktion des Sensors, und wir hoffen, dass die Verzögerung so kurz wie möglich ist. Der Frequenzgang des Sensors ist hoch und der messbare Signal frequenzbereich ist groß. Aufgrund des Einflusses struktureller Eigenschaften ist die Trägheit des mechanischen Systems groß und die messbare Signal frequenz des Niederfrequenzsensors gering. Bei der dynamischen Messung sollten die Antwort eigenschaften auf den Eigenschaften des Signals (stationärer Zustand, Zufall usw.) basieren, um übermäßige Fehler zu vermeiden.
4. Linearer Bereich: Der lineare Bereich des Sensors bezieht sich auf den Bereich, in dem der Ausgang proportional zum Eingang ist. Theoretisch bleibt die Empfindlichkeit innerhalb dieses Bereichs konstant. Je größer der lineare Bereich des Sensors ist, desto größer ist sein Messbereich und eine gewisse Messgenauigkeit kann gewährleistet werden. Bei der Auswahl eines Sensors muss nach der Festlegung des Sensortyps zunächst geprüft werden, ob dessen Messbereich den Anforderungen entspricht. Tatsächlich kann jedoch kein Sensor eine absolute Linearität garantieren, und ihre Linearität ist auch relativ. Wenn die erforderliche Messgenauigkeit relativ gering ist, kann ein Sensor mit einem kleinen nichtlinearen Fehler innerhalb eines bestimmten Bereichs annähernd als linear angesehen werden, was die Messung erheblich erleichtert.
5. Stabilität: Die Fähigkeit eines Sensors, seine Leistung nach längerem Gebrauch unverändert beizubehalten, wird als Stabilität bezeichnet. Neben der Struktur des Sensors selbst sind die Faktoren, die die Langzeitstabilität des Sensors beeinflussen, vor allem die Umgebung, in der der Sensor verwendet wird. Damit der Sensor eine gute Stabilität aufweist, muss er daher über eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umgebung verfügen. Vor der Auswahl eines Sensors sollte dessen Einsatzumgebung untersucht werden und entsprechend der spezifischen Einsatzumgebung geeignete Sensoren ausgewählt werden oder es sollten geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Umweltbelastung ergriffen werden. In einigen Situationen, in denen der Sensor über einen längeren Zeitraum verwendet werden muss und leicht ausgetauscht oder kalibriert werden kann, sind die Stabilitätsanforderungen an den ausgewählten Sensor strenger und er muss dem Test über einen langen Zeitraum standhalten können.
6. Genauigkeit: Die Genauigkeit ist ein wichtiger Leistungsindikator des Sensors und ein wichtiger Zusammenhang mit der Messgenauigkeit des gesamten Messsystems. Je höher die Genauigkeit des Sensors, desto teurer ist er. Daher muss die Genauigkeit des Sensors nur den Genauigkeitsanforderungen des gesamten Messsystems entsprechen und muss nicht zu hoch gewählt werden. Dies ermöglicht die Auswahl eines günstigeren und einfacheren Sensors unter vielen, die die gleiche Messung erfüllen. Wenn der Zweck der Messung eine qualitative Analyse ist, reicht es aus, einen Sensor mit hoher Wiederholgenauigkeit zu wählen. Es ist nicht geeignet, einen Sensor mit hoher Absolutwertgenauigkeit zu wählen. Wenn es sich um eine quantitative Analyse handelt und es notwendig ist, genaue Messwerte zu erhalten, muss ein Sensor ausgewählt werden, dessen Genauigkeit den Anforderungen entspricht. Wenn für bestimmte Einsatzzwecke kein geeigneter Sensor ausgewählt werden kann, muss der Sensor selbst entworfen und hergestellt werden. Die Leistung des selbstgebauten Sensors sollte den Nutzungsanforderungen entsprechen.
1. Wärmewiderstand: Der Wärmewiderstand ist der am häufigsten verwendete Temperaturdetektor in Bereichen mittlerer und niedriger Temperatur. Seine Hauptmerkmale sind hohe Messgenauigkeit und stabile Leistung. Unter ihnen ist die Messgenauigkeit des Platin-Wärmewiderstands am höchsten. Es wird in der industriellen Temperaturmessung nicht häufig verwendet und wird zu einem Standard-Referenzinstrument.
① Prinzip und Materialien der Wärmewiderstand temperaturmessung: Die Wärmewiderstand temperaturmessung basiert auf der Eigenschaft, dass der Widerstandswert eines Metallleiters mit steigender Temperatur zur Temperaturmessung zunimmt. Thermowiderstände bestehen meist aus Metallmaterialien. Die am häufigsten verwendeten sind Platin und Kupfer. Darüber hinaus wurden Rhodium, Nickel, Mangan und andere Materialien zur Herstellung von Thermowiderständen verwendet.
② Zusammensetzung des Wärmewiderstands-Temperaturmess systems: Das Wärmewiderstands-Temperaturmess system besteht im Allgemeinen aus einem Wärmewiderstand, Verbindung drähten und einem digitalen Temperatur kontrollanzeige messgerät. Zwei Punkte müssen beachtet werden: „Die Teilungszahlen des Thermowiderstands und des digitalen Temperatur kontrollanzeige messgeräts müssen konsistent sein; um den Einfluss von Widerstandsänderungen der Anschlussdrähte auszuschließen, muss eine dreiadrige Anschlussmethode angewendet werden.“ "
2. Thermistor: Der NTC-Thermistor zeichnet sich durch geringe Größe, hohe Prüfgenauigkeit, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit, Alterungsschutz, Austauschbarkeit und gute Konsistenz aus. Weit verbreitet in Klimaanlagen, Heizgeräten, elektronischen Thermometern, Flüssigkeitsstandsensoren, Automobilelektronik, elektronischen Tischkalendern und anderen Bereichen.
3. Thermoelement: Thermoelemente sind eine der am häufigsten verwendeten Komponenten zur Temperaturerkennung in der Industrie. Die Vorteile sind:
① Hohe Messgenauigkeit. Da das Thermoelement in direktem Kontakt mit dem Messobjekt steht, wird es durch das Zwischenmedium nicht beeinflusst.
②Großer Messbereich. Gängige Thermoelemente können kontinuierlich von -50 bis +1600 °C messen. Einige spezielle Thermoelemente haben eine Mindesttemperatur von -269℃ (wie Gold, Eisen, Nickel und Chrom) und eine Höchsttemperatur von +2800℃ (wie Wolfram-Rhenium).
③ Einfache Struktur und einfache Bedienung. Thermoelemente bestehen normalerweise aus zwei verschiedenen Metalldrähten und unterliegen keiner Einschränkung durch Größe oder Öffnung. Außen befindet sich eine Schutzhülle, die sehr praktisch ist.
Verschweißen zweier Leiter oder Halbleiter A und B aus unterschiedlichen Materialien zu einem geschlossenen Stromkreis. Wenn zwischen den beiden Befestigungspunkten 1 und 2 der Leiter A und B ein Temperaturunterschied besteht, wird zwischen beiden eine elektromotorische Kraft erzeugt, wodurch ein großer Strom in der Schleife entsteht. Dieses Phänomen wird als thermoelektrischer Effekt bezeichnet. Thermoelemente machen sich diesen Effekt zunutze.
(2). Arten von Thermoelementen
Häufig verwendete Thermoelemente können in zwei Kategorien unterteilt werden: Standard-Thermoelemente und Nicht-Standard-Thermoelemente.
Standard-Thermoelemente beziehen sich auf Thermoelemente, deren nationale Normen die Beziehung zwischen thermoelektrischem Potenzial und Temperatur sowie zulässige Fehler festlegen und über eine einheitliche Standardskala verfügen. Sie verfügen über passende Anzeige instrumente zur Auswahl.
Nicht standardisierte Thermoelemente sind standardisierten Thermoelementen hinsichtlich Einsatzbereich oder Größe unterlegen. Im Allgemeinen gibt es keine einheitliche Graduierungstabelle und sie werden hauptsächlich für Messungen bei bestimmten besonderen Anlässen verwendet.
Seit dem 1. Januar 1988 werden in meinem Land alle Thermoelemente und Thermowiderstände gemäß den internationalen IEC-Standards hergestellt. Und sieben Typen standardisierter Thermoelemente, S, B, E, K, R, J und T, als einheitliche Design-Thermoelemente meines Landes bezeichnet.
(3). Temperaturkompensation der Thermoelement-Vergleichsstelle
Da die Materialien von Thermoelementen in der Regel relativ teuer sind (insbesondere bei der Verwendung von Edelmetallen), ist die Entfernung zwischen der Temperaturmessstelle und dem Gerät sehr groß. Um Thermoelementmaterial zu sparen und Kosten zu senken, werden üblicherweise Kompensationsdrähte verwendet, um das kalte Ende (freies Ende) des Thermoelements zum Kontrollraum zu verlängern, wo die Temperatur relativ stabil ist, und es mit den Instrumente nanschlüssen zu verbinden. Es ist zu beachten, dass die Funktion des Thermoelement-Kompensationsdrahts lediglich darin besteht, die heiße Elektrode so zu verlängern, dass das kalte Ende des Thermoelements zu den Instrumente nanschlüssen im Kontrollraum gelangt. Es selbst kann den Einfluss von Temperaturänderungen am kalten Ende auf die Temperaturmessung nicht eliminieren und hat keine Kompensationswirkung. Daher müssen andere Korrekturmethoden verwendet werden, um die Auswirkungen auf die Temperaturmessung zu kompensieren, wenn die Temperatur am kalten Ende t0≠0℃ ist. Bei der Verwendung des Thermoelement-Kompensation drahtes müssen Sie auf das passende Modell achten, die Polarität darf nicht falsch sein und die Temperatur des Kompensation drahtes und des Thermoelement-Anschlussendes darf 100 °C nicht überschreiten.
4. Die acht wichtigsten Entwicklungen meines Landes im Bereich der Temperaturkontrolle
Die Instrumentierung meines Landes hat mit der internationalen Entwicklung in Bezug auf Miniaturisierung, Digitalisierung, Intelligenz, Integration und Vernetzung Schritt gehalten und erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung, Forschung und Industrialisierung von Teilen mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum gemacht. Zu den wichtigsten erwähnenswerten wissenschaftlichen und technischen Fortschritten zählen vor allem die folgenden acht Aspekte:
1. Fortschrittliche industrielle Automatisierung instrumente und -systeme haben eine Modularisierung und vollständige digitale Integration erreicht und erfüllen damit die Anforderungen der Industrialisierung. Es wird häufig in den Bereichen Stahl, Elektrizität, Kohle, Chemie, Öl, Transport, Bauwesen, Landesverteidigung, Lebensmittel, Medizin, Landwirtschaft, Umweltschutz und anderen Bereichen eingesetzt und ist ein wichtiger Schritt in Richtung unabhängiger Rechte an geistigem Eigentum.
2. Der Forschungs- und Industrialisierung grad intelligenter Serienprüfgeräte und automatischer Prüfsysteme wurde erheblich verbessert. Das Unternehmen hat automatische Testsysteme für verschiedene Branchen wie Luft- und Raumfahrttests, elektromechanische Produkttests, Haushaltsgeräte tests, Erdbebenüberwachung, meteorologische Erkennung und Umweltüberwachung eingerichtet. Das Gesamtniveau erreicht
auf dem Niveau fortschrittlicher ausländischer Produkte, aber der Preis ist deutlich niedriger als bei ausländischen Produkten.
3. Die erfolgreiche Entwicklung und Massenproduktion von Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vektor netzwerkanalysatoren macht mein Land nach den Vereinigten Staaten zum zweiten Land der Welt, das solch hochpräzise Instrumente herstellt.
4. Erforschung und Entwicklung von Nanometer-Mess- und Kontrollgeräten sowie Mikroinstrumenten mit eigenen Merkmalen. Das Unternehmen ist weltweit führend in der gezielten Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren und der Erkennung von Struktur und physikalischen Eigenschaften.
5. Vervollständigen Sie den vollständigen elektrischen Quantenstandard und das 1,5×10-5 nationale Standardgerät für elektrische Energie, um die elektrischen Messstandards meines Landes auf international fortgeschrittenem Niveau zu halten.
6. Forschung an wissenschaftlichen Instrumenten mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten durchführen und das Gesamtniveau wissenschaftlicher Instrumente in unserem Land verbessern.
7. Einrichtung eines Entwicklung mechanismus, der Industrie, Wissenschaft und Forschung sowie in- und ausländische Zusammenarbeit vereint, und Erweiterung der Anwendungsbereiche wissenschaftlicher Instrumente, wie beispielsweise die erfolgreiche Entwicklung spektroskopischer Instrumente für Zolldokumente zur Fälschungsbekämpfung. Nach der Förderung durch den Zoll im ganzen Land wurden gefälschte Tickets im Wert von insgesamt 54 Milliarden Yuan beschlagnahmt, was dem Land enorme wirtschaftliche Verluste erspart hat. Der Marktanteil inländischer wissenschaftlicher Instrumente stieg von 13 % während des achten Fünfjahresplans auf 25 % am Ende des neunten Fünfjahresplans.
8. Das hochintensive fokussierte Ultraschall-Tumorbehandlung system wurde erfolgreich entwickelt und in Massenproduktion hergestellt. Medizinische Ultraschallgeräte bieten international führende Vorteile bei der nicht-invasiven Tumorbehandlung.
