表面温度测量方法分析.docx

哈尔滨理工大学高等教育自学考试毕业（设计）论文

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第1章绪 论

表面温度基本概念及意义

基本概念

表面温度传热：表面温度传热是研究表面温度热量传递规律的学科。

物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；

物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。

表面温度热量传递过程：

根据物体温度与时间的关系，表面温度热量传递过程可分为两类：（1）稳态传热过程；（2）非稳态传热过程。

稳态传热过程（定常过程）：凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳态传热过程。

非稳态传热过程（非定常过程）：凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程。

表面温度传递测量的重要性及必要性

表面温度传递测量是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。

在生产技术领域中的应用十分广泛。如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。

表面温度测量的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。

热量传递的三种基本方式

1导热（热传导）

（1）定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。

从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理，如图1.1所示。

）气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温

处。

）导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。

）非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。

）液体的导热机理：存在两种不同的观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。

说明：只研究导热现象的宏观规律。如图1.1所示。

图1.1通过平板的维导热

表面传热过程和传热系数

表面传热过程

概念：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。

表面传热过程的组成：传热过程一般包括串联着的三个环节组成，即：

热流体→壁面高温侧；

壁面高温侧→壁面低温侧；

壁面低温侧→冷流体。

若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。

传热过程的计算

针对稳态的传热过程，即Q=const

如图1—3，其传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下：

变形

整理

可写成

此式称为传热方程式。

其中K——传热系数。

传热系数

概念

（1.1）

（1.2）

（1.3）

（1.4）

（1.5）

是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上，它等于冷热流体间温差 °C，传热面积时热流量的值。K值越大，则传热过程越强，反之，则弱。其大小受较多的因素的影响：

参与传热过程的两种流体的种类；

传热过程是否有相变

说明：若流体与壁面间有辐射换热现象，上述计算未考虑之。要计算辐射换热，则：表面传热系数应取复合换热表面传热系数，包含由辐射换热折算出来的表面传热系数在内。

传热系数K的表达式

（1.6）

表示K的构成：是由组成传热过程诸环节的之和的倒数组

成。

或写成

（1.7）

或

（1.8）

传热方程式可变为以下 形式：

（1.9）

此式与欧姆定律： 比较， 具有电阻之功能。由此可见：传热过程热阻是由各构成环节的热阻组成。

串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环

节的热流量都相等，则串联热量传递过程的总热阻等于各串联环节热阻之和。

第2章表面温度传感器

表面温度传感器分类及发展

表面温度传感器分类

温度传感器分类方法很多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。

温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是

接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较