煤質(zhì)化驗室常用的溫度測量方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，溫度測量技術(shù)也發(fā)展得很快，從經(jīng)典測量方法，如應(yīng)用物體熱脹冷縮的物理特性測溫，到應(yīng)用異體或半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性測溫，應(yīng)用不同異體的熱電效應(yīng)測溫，光學(xué)、聲學(xué)測溫，PN結(jié)測溫和石英品體測溫等，其中有些方法測量精度可達(dá)到很高?，F(xiàn)介紹煤質(zhì)化臉室常用的幾種測溫方法。

一、應(yīng)用固體熱脹冷縮測量

固體的長度隨溫度的變化而變化，一般為熱脹冷縮，因此應(yīng)用固體隨溫度變化的長度可測量溫度。報據(jù)物理學(xué)原理，固體長度隨溫度的變化遵循以下公式，即

煤質(zhì)化驗室應(yīng)用這一原理測溫的儀表有桿式溫度計和雙金屬片溫度計。

1.桿式溫度計

桿式溫度計的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，測量管由膨脹系數(shù)大的金屬，如青鋼、黃筒和鋁制成。當(dāng)測量管隨溫度變化而膨脹或收縮時，會帶動傳遞桿上下移動，傳遞桿上的指針便隨之偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的溫度。桿式溫度計多用于恒溫水浴等以控制溫度。

2.雙金屬片溫度計

雙金屬片溫度計的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。它是利用膨脹系數(shù)不同的兩個金屬片疊焊在一起。當(dāng)溫度升高時。由于兩金屬片膨脹的程度不同，從而產(chǎn)生彎曲，溫度越高，彎曲得越厲害，金屬片的溫度指針偏轉(zhuǎn)角就越大，然后報據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角的大小，就可以測得相應(yīng)溫度的高低。

以上溫度計因具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、耐用等特點，因此雖然精度不高，但仍廣泛用于小量程的溫度測量，如干煤箱中作為溫度控制元件等。

二、應(yīng)用液體熱膨脹冷縮測溫

液體的體積隨溫度而變化，一般也是熱脹冷縮，因此應(yīng)用液體隨溫度變化的體積可測量溫度。報據(jù)物理學(xué)原理。液體體積隨溫度的變化遵循以下關(guān)系式，即

為便于讀取溫度值，要求所有液體具有比容器大的體積膨脹系數(shù)，通常用酒精或水銀，這便是酒精溫度汁或水銀溫度計。水銀溫度計比酒精溫度計測量精度高。熱量計測溫用的貝克曼溫度計就是水銀溫度計的一種。

三、應(yīng)用熱電阻測溫

金屬或金屬氧化物等半導(dǎo)體的電限都隨溫度變化而變化，將這個電阻值的變化通過電橋等電阻測量儀表顯示出來就可達(dá)到測溫的目的。

對熱電阻材料有以下幾點要求：
(1)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并容易提純和復(fù)制。
(2)電阻溫度系數(shù)TCR要大，其計算見式(2-3)，即

比較理想的熱電阻材料有鉑和銅。

鉑熱電阻的測量范圍較廣，常用于-200～+600℃的范119內(nèi)，也可用于13K(-2600)～1000℃的范圍內(nèi)，但價格昂貴。熱量計測量橋路中就采用了鉑熱電阻感溫元件。

接觸電勢是在兩種不同導(dǎo)體的接觸面之間產(chǎn)生的。由于不同的金屬材料，其內(nèi)部自由電子的密度不同，當(dāng)這兩種異體(設(shè)為A, B)接觸時，自由電子就會從密度大的材料(設(shè)為A)跑向密度小的材料(設(shè)為B)，此現(xiàn)象稱為電子擴(kuò)散。這樣A導(dǎo)體失去電子而帶正電，B異體得到電子而帶負(fù)電，A、B之間就會產(chǎn)生電位差，形成加電場。該靜電場方向與擴(kuò)散方向相反，能夠把自由電子從B吸向A，阻礙擴(kuò)散作用繼續(xù)進(jìn)行，直到山A擴(kuò)散到B的自由電子數(shù)等于靜電場作用下由B跑向A的電子數(shù)目時，A、B間就形成了穩(wěn)定的電位差，稱為接觸電勢。根據(jù)物理學(xué)理論推導(dǎo)，其大小可用下列公式表示，即

五、其他測溫方法

在需要進(jìn)行高精度、高靈敏度測量的情況下，目前煤質(zhì)分析儀器、煤質(zhì)化驗設(shè)備還應(yīng)用了PN結(jié)測溫原理，如鶴壁華諾公司的ZDHW-8000型微機(jī)全自動量熱儀、ZDHW-6000E微機(jī)量熱儀、單片機(jī)量熱儀、雙控制冷量熱儀等。

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