I. concepts de base de la mesure de la température

Définition de la température:

La température est la quantité physique qui caractérise le degré de chaleur et de froid d'un objet. La température ne peut être mesurée indirectement que par certaines caractéristiques d'un objet en fonction de la température, et l'échelle utilisée pour mesurer la valeur de la température d'un objet est appelée échelle de température. Il spécifie le point de départ de la lecture de la température (point zéro) et l'unité de base pour la mesure de la température. Actuellement, les échelles de température les plus utilisées sont l'échelle de température Fahrenheit, l'échelle de température Celsius, l'échelle de température thermodynamique et l'échelle de température pratique.

L'échelle de température Celsius (℃) stipule: à la pression atmosphérique standard, le point de fusion de la glace est de 0 degrés, le point d'ébullition de l'eau est de 100 degrés, divisé en 100 parties égales au milieu, chaque partie égale est de 1 degré Celsius, le symbole est ℃.

L'échelle de température Fahrenheit (℉) stipule: à la pression atmosphérique standard, le point de fusion de la glace est de 32 degrés, le point d'ébullition de l'eau est de 212 degrés, la Division médiane de 180 parties égales chaque partie égale est le symbole de 1 degré Fahrenheit est ℉.

L'échelle de température thermodynamique (symbole t), également appelée échelle de température de Kelvin (symbole k), ou échelle de température, spécifie que la température à laquelle la molécule cesse de se déplacer est de zéro degré.

Échelle de température: l'échelle de température pratique est une échelle de température de protocole, elle est proche de l'échelle de température thermodynamique, et la précision de répétition est élevée et facile à utiliser. L'échelle de température commune actuelle est l'échelle de température pratique de 1968 - révision de 1975, adoptée par la 15e Assemblée du pouvoir en 1975 et notée IPTS - 68 (Rev - 75). Cependant, en raison d'un certain manque de capture de la température de l'IPTS - 68, le Comité de métrologie, dans la résolution VII de la dix - huitième Conférence de métrologie, a autorisé la réunion de 1989 à adopter l'échelle de température its - 90 de 1990 pour remplacer l'IPTS - 68. Notre pays a pleinement mis en oeuvre l'échelle de température its - 90 depuis le 1er janvier 1994.

Échelle de température 1990:

a、 Unité de température: la température thermodynamique est la quantité physique de base du gondole, son unité Kelvin, définie comme 1 / 273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau, a utilisé la différence avec 273,15 K (point de congélation) pour représenter la température, de sorte que cette méthode est toujours conservée. Par définition, la taille du degré Celsius est égale au Kelvin, et la différence de température peut également être exprimée en degrés Celsius ou en Kelvin. L'échelle de température its - 90 définit simultanément la température kelvin (symbole t90) et la température Celsius (symbole t90).

b、 Règle générale pour l'échelle de température its - 90: Its - 90 est de 0,65 K vers le haut à la loi de rayonnement de Planck en utilisant un rayonnement monochromatique pour une température élevée zui réellement mesurable. L'its - 90 a été conçu de telle sorte que toute estimation * de t au moment de l'adoption de la température sur toute l'échelle soit plus pratique, plus précise et plus reproductible que la mesure directe de la température thermodynamique pour t90.

C. définition de la STI - 90:

* La zone de température est comprise entre 0,65 K et 5,00 K et t90 est définie par la relation entre la pression de vapeur de 3He et 4He et la température.

La deuxième zone de température entre 3,0 K et le point triple néon (245661 k) t90 est un thermomètre à hélium gazeux à définir.

La troisième zone de température est comprise entre le point triphasé de l'urée plate (138033 k) et le point de solidification de l'argent (961,78 °C), t90 est défini par un thermomètre à résistance de platine qui est indexé à l'aide d'un ensemble de méthodes d'interpolation définies spécifiées. Zone de température au - dessus du point de solidification de l'argent (961,78 ° c), le t90 est défini par la loi de Planck sur le rayonnement et l'instrument de reproduction est un pyromètre optique.

II. Classification des instruments de mesure de la température

Les instruments de mesure de la température peuvent être divisés en deux catégories principales, contact et sans contact. Généralement, les instruments de thermométrie par contact sont simples, fiables et ont une grande précision de mesure; Mais parce que l'élément thermométrique et le milieu testé ont besoin d'une rigidité thermique suffisante, il faut un certain temps pour atteindre l'équilibre thermique, de sorte qu'il existe un phénomène de retard de mesure de la température, tout en étant limité par le matériau résistant à haute température, ne peut pas être appliqué à une mesure de température élevée. La mesure de la température de l'instrument sans contact est par le principe de rayonnement thermique pour mesurer la température, l'élément de mesure n'a pas besoin d'être en contact avec le milieu testé, la gamme de mesure de la température est large, n'est pas limitée par la limite supérieure de la mesure de la température, et ne perturbe pas le champ de température de l'objet testé, la vitesse de réaction est généralement plus rapide; Mais influencé par des facteurs extérieurs tels que l'émissivité de l'objet, la distance de mesure, la suie et l'eau et le gaz, il a une grande erreur de mesure.

Iii. Choix du capteur

La norme nationale gb7665 - 87 définit un capteur comme étant « un dispositif ou un dispositif qui peut ressentir les mesures spécifiées et les convertir en signaux utilisables selon certaines lois, généralement composé d’éléments sensibles et d’éléments de conversion ». Un capteur est un dispositif de détection qui peut sentir l'information mesurée et peut transformer l'information ressentie détectée en un signal électrique ou une autre forme de sortie d'information requise selon une certaine loi pour répondre aux exigences telles que la transmission, le traitement, le stockage, l'affichage, l'enregistrement et le contrôle de l'information. C'est le premier lien pour réaliser la détection automatique et le contrôle automatique.

(i) Les capteurs modernes sont très différents en principe et en structure, comment choisir un capteur en fonction de l'objectif de mesure spécifique, de l'objet de mesure et de l'environnement de mesure est le premier problème à résoudre lors de la réalisation d'une certaine quantité. Lorsque le capteur est déterminé, la méthode de mesure et l'appareil de mesure qui l'accompagne peuvent également être déterminés. Le succès ou l'échec des mesures dépend en grande partie du choix raisonnable du capteur.

Déterminer le type de capteur en fonction de l'objet de mesure et de l'environnement de mesure: pour effectuer un travail de mesure spécifique, vous devez d'abord réfléchir au principe du capteur, qui nécessite l'analyse de nombreux facteurs avant de pouvoir le déterminer. Parce que, même si vous mesurez la même quantité physique, il existe plusieurs principes de capteurs disponibles, le capteur de ce principe est plus approprié, vous devez prendre en compte les problèmes spécifiques suivants en fonction des caractéristiques mesurées et des conditions d'utilisation du capteur: taille de la gamme; Les exigences volumétriques du capteur pour la position mesurée; Le mode de mesure est avec ou sans contact; Méthode de sortie du signal, mesure câblée ou sans contact; La source du capteur, est - elle importée ou domestique, le prix est - il acceptable ou est - elle développée par elle - même.

2, choix de la sensibilité: en général, dans la gamme linéaire du capteur, il est souhaitable que plus la sensibilité du capteur est élevée, mieux c'est, car c'est seulement lorsque la sensibilité est élevée que le signal de sortie correspondant à la variation mesurée est plus favorable au traitement du signal. Mais il convient de noter que la sensibilité du capteur est élevée, le bruit extérieur non lié à la mesure est également facile à mélanger, il sera également amplifié par le système d'amplification, affectant la précision de la mesure, de sorte que le capteur lui - même est nécessaire d'avoir un rapport signal / irritabilité élevé, minimisant Les signaux d'inquiétude d'usine introduits de l'extérieur. La sensibilité du capteur est directionnelle. Lorsque la mesure est unidirectionnelle et que les exigences en matière de directivité sont élevées, d'autres capteurs doivent être choisis avec une faible sensibilité directionnelle et, si la mesure est un vecteur multidimensionnel, plus la sensibilité croisée du capteur est faible, mieux c'est.

3, caractéristique de réponse en fréquence: la caractéristique de réponse en fréquence du capteur détermine la gamme de fréquences mesurée, doit maintenir des conditions de mesure sans distorsion dans la gamme de fréquences permise, en fait, la réponse du capteur a toujours un certain retard, espérons que plus le retard est court, mieux c'est. La réponse en fréquence du capteur est élevée et la plage de fréquence du signal mesurable est large, tandis que l'inertie du système mécanique est plus grande en raison des caractéristiques structurelles, car il y a une fréquence inférieure du signal mesurable du capteur. Dans la mesure dynamique, les caractéristiques doivent être répondues en fonction des caractéristiques du signal (état stable, aléatoire, etc.) afin de ne pas créer d'erreur de surchauffe.

4, gamme linéaire: la gamme linéaire du capteur se réfère à la gamme dans laquelle la sortie est proportionnelle à l'entrée. Théoriquement, dans cette plage, la sensibilité reste constante et plus la plage linéaire du capteur est large, plus sa plage de mesure est grande et garantit une certaine précision de mesure. Lors de la sélection d'un capteur, lorsque le type de capteur est déterminé, il faut d'abord voir si sa plage répond aux exigences. Mais en réalité, la linéarité qu'aucun capteur ne peut garantir, sa linéarité est également relative. Lorsque la précision de mesure requise est relativement faible, l'approximation du capteur avec une erreur non linéaire moindre peut être considérée comme linéaire dans certaines limites, ce qui peut apporter une grande commodité à la mesure.

5, stabilité: après une période d'utilisation du capteur, sa performance reste inchangée. Les facteurs qui affectent la stabilité à long terme du capteur, en plus de la structure du capteur lui - même, sont principalement l'environnement d'utilisation du capteur. Par conséquent, pour qu'un capteur ait une bonne stabilité, il doit avoir une forte capacité d'adaptation à l'environnement. Avant de choisir un capteur, il convient d'étudier son environnement d'utilisation et de choisir le capteur approprié en fonction de l'environnement d'utilisation spécifique ou de prendre les mesures appropriées pour réduire l'impact environnemental. Dans certaines situations où le capteur doit être utilisé à long terme et facilement remplacé ou étalonné, les exigences de stabilité du capteur choisi sont plus strictes et peuvent résister à de longues périodes de test.

6, précision: la précision est un indicateur de performance important du capteur, c'est un lien important concernant la précision de mesure de l'ensemble du système de mesure. Plus la précision d'un capteur est élevée, plus son prix est élevé, de sorte que la précision d'un capteur est suffisante pour satisfaire aux exigences de précision de l'ensemble du système de mesure, il n'est pas nécessaire de la surpasser, ce qui permet de choisir un capteur moins cher et plus simple parmi les nombreux capteurs qui répondent à la même mesure. Si le but de la mesure est l'analyse qualitative, le choix d'un capteur de haute précision répétitive est correct, il ne convient pas de choisir une précision élevée de la valeur de la quantité; Si les mesures doivent être obtenues pour l'analyse quantitative, il est nécessaire de choisir un capteur dont la classe de précision répond aux exigences. Pour certaines occasions d'utilisation spéciales, vous ne pouvez pas choisir le capteur approprié, vous devez concevoir et fabriquer le capteur vous - même, la performance du capteur maison doit répondre aux exigences d'utilisation.

Ii) thermomètres:

1, résistance thermique: la résistance thermique est un type de détecteur de température couramment utilisé dans la zone de moyenne et basse température zui. Ses principales caractéristiques sont une haute précision de mesure et une performance stable. Parmi eux, la précision de mesure de la résistance thermique au platine est zui élevé, il n'est pas largement utilisé dans la thermométrie industrielle, et il est fait comme un étalon standard.

① principe et matériau de mesure de la température par résistance thermique: la mesure de la température par résistance thermique est basée sur l'augmentation de la valeur de résistance d'un conducteur métallique avec la température. La résistance thermique est principalement faite de matériaux métalliques, l'application actuelle de zui est le platine et le cuivre, en outre, a maintenant commencé à utiliser le Rhodium, le nickel, le manganèse et d'autres matériaux pour fabriquer la résistance thermique.

② composition du système de mesure de la température par résistance thermique: le système de mesure de la température par résistance thermique est généralement composé de résistance thermique, de fil de connexion et de tableau d'affichage numérique de contrôle de la température, etc. Deux points doivent être notés: « Les numéros d'indexation des tables d'affichage de la résistance thermique et de la régulation numérique de la température doivent coïncider; afin d'éliminer l'effet de la variation de la résistance du fil de connexion, une méthode de connexion à trois fils doit être adoptée. »

2, thermistance: thermistance NTC, avec petite taille, haute précision de test, vitesse de réaction rapide, stable et fiable, anti - vieillissement, interchangeabilité, bonne cohérence, etc. Largement utilisé dans les domaines de la climatisation, de l'équipement de chauffage, du thermomètre électronique, du capteur de niveau, de l'électronique automobile, du calendrier électronique, etc.

3, thermocouple: le thermocouple est l'un des éléments de détection de température couramment utilisés dans l'industrie zui. Ses avantages sont:

① haute précision de mesure. Parce que le thermocouple est en contact direct avec le sujet testé, il n'est pas affecté par le milieu intermédiaire.

② large gamme de mesure. Les thermocouples couramment utilisés de - 50 ~ + 1600 ℃ peuvent être mesurés en continu, certains thermocouples spéciaux zui bas - 269 ℃ (par exemple, fer - or - Nickel - chrome), zui haut jusqu'à + 2800 ℃ (par exemple, tungstène - rhénium).

③ construction simple et facile à utiliser. Les thermocouples sont généralement constitués de deux fils différents et ne sont pas limités par la taille et le début, avec un manchon de protection à l'extérieur, ce qui est très pratique à utiliser.

(1). Principe de base de la mesure de la température par thermocouple

Les conducteurs ou semi - conducteurs a et B de deux matériaux différents sont soudés pour constituer une boucle fermée. Lorsqu'il y a une différence de température entre les deux points d'attache 1 et 2 des conducteurs a et B, une Force électromotrice se crée entre les deux, créant ainsi un courant électrique d'une grandeur dans la boucle, phénomène connu sous le nom d'effet thermoélectrique. Les thermocouples utilisent cet effet pour fonctionner.

(2) Types de thermocouples

Les thermocouples couramment utilisés peuvent être divisés en deux grandes catégories de thermocouples standard et non standard.

Thermocouple standard est un thermocouple dont la norme nationale spécifie la relation entre son potentiel thermique et la température, permet l'erreur et dispose d'un tableau d'indexation standard uniforme, il dispose d'un compteur d'affichage correspondant pour l'option.

Les thermocouples non normalisés ne peuvent pas être normalisés dans la gamme d'utilisation ou l'ordre de grandeur, et il n'y a généralement pas de tableau d'indexation uniforme, principalement utilisé pour certaines mesures spéciales.

Notre pays depuis le 1er janvier 1988, les thermocouples et les résistances thermiques sont tous produits selon les normes IEC et sept thermocouples normalisés s, B, E, K, R, j, t sont des thermocouples de conception uniforme dans notre pays.

(3). Compensation de température à l'extrémité froide du thermocouple

Parce que le matériau du thermocouple est généralement relativement précieux (en particulier lorsque vous utilisez des métaux précieux), et la distance entre le point de mesure de la température et le compteur est longue, afin d'économiser le matériau du thermocouple et de réduire les coûts, généralement utiliser un fil de compensation pour étendre l'extrémité froide (extrémité libre) du thermocouple dans une salle de contrôle à température relativement stable, connectée aux bornes du compteur. Il est important de noter que le rôle du fil de compensation du thermocouple ne joue qu'un rôle d'extension de la thermopole, de sorte que l'extrémité froide du thermocouple se déplace sur la borne d'instrumentation de la Chambre de commande, elle - même n'élimine pas l'effet de la variation de température de l'extrémité froide sur la thermométrie, ne joue pas un rôle de compensation. D'autres méthodes de correction sont donc nécessaires pour compenser l'effet sur la thermométrie à une température de fin froide t 0 ≠ 0°C. Lors de l'utilisation du fil de compensation de thermocouple, vous devez faire attention à l'adaptation du modèle, la polarité ne peut pas être connectée, la température du fil de compensation à l'extrémité de connexion du thermocouple ne peut pas dépasser 100 ° c.

Quatre. Les huit principaux progrès de notre pays dans le domaine du contrôle de la température

L'instrumentation en Chine a suivi le rythme du développement dans la miniaturisation, la numérisation, l'intelligence, l'intégration et la mise en réseau, et a augmenté les efforts de développement et d'industrialisation avec une partie autonome de la propriété intellectuelle, a fait des progrès remarquables. Parmi ceux - ci, les progrès scientifiques et technologiques significatifs qui méritent d'être présentés comprennent principalement les huit domaines suivants:

1. L'instrumentation et le système avancés d'automatisation industrielle ont réalisé l'intégration modulaire et entièrement numérique, ont atteint les exigences d'industrialisation, sont largement utilisés dans l'acier, l'électricité, le charbon, la chimie, l'huile, le transport, la construction, la défense, la nourriture, la médecine, l'agriculture, La protection de l'environnement et d'autres domaines, ont fait un pas solide vers une direction de propriété intellectuelle autonome.

2. Le niveau de recherche et d'industrialisation de la série intelligente d'instruments de test et de systèmes de test automatiques a considérablement augmenté, formant des systèmes de test automatiques pour diverses industries telles que les tests aérospatiaux, les tests de produits électromécaniques, les tests d'appareils ménagers, la surveillance sismique, la détection météorologique et la surveillance de l'environnement. Le niveau global atteint * Le niveau du produit, tandis que le prix de vente est nettement inférieur à celui des produits étrangers.

Le développement réussi et la production en série de l'analyseur de réseau vectoriel à ondes millimétriques micro - ondes ont fait de notre pays, après les États - Unis *, le deuxième pays capable de produire de tels instruments de pointe.

La recherche et le développement de nanométrie et de micro - instruments avec leurs propres caractéristiques, la préparation directionnelle des nanotubes de carbone et la détection des propriétés structurelles et physiques occupent une position mondiale.

5. L'achèvement de la norme quantique électrique complète et de l'unité nationale de normalisation de l'énergie électrique de classe 1,5 × 10 - 5 rend la norme de métrologie électrique de la Chine à un niveau avancé.

6. Le contrôle des instruments scientifiques avec des droits de propriété intellectuelle autonomes a été effectué, améliorant le niveau global des instruments scientifiques dans notre pays.

7. Il a été mis en place un mécanisme de développement combinant la recherche et la production, le pays et l’étranger, qui a élargi le champ d’application des instruments scientifiques, tels que le développement d’instruments spectroscopiques pour les billets de douane anti - contrefaçon réussis, après la promotion douanière nationale, la saisie cumulative de faux billets d’une valeur de 54 milliards de yuans, ce qui a permis de réparer d’énormes pertes économiques pour le pays. Les instruments scientifiques domestiques * sont passés de 13% au cours de la période « huit - cinq» à 25% à la fin de la période « neuf - Cinq».

8. Le système de traitement des tumeurs par ultrasons focalisés à haute intensité a été développé avec succès et produit en série, et les instruments médicaux à ultrasons présentent des avantages dans le traitement non invasif des tumeurs.

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