CN108489628A - 一种高温测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温测量方法，属于温度测量领域。本发明所述方法的温度测量范围为1500℃‑2800℃，利用导电材料电阻温度系数特性，将导电材料制成温度传感器，应用导电材料在不同温度下具有不同电阻率的特性，通过测量温度传感器电阻值得到所测温度值。本发明所述方法用适用于各种环境及精度要求下高温的测量及控制，为高温环境的温度测量提供一种全新的测量方法，具有测试准确、可靠、稳定性高、测试方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温测量方法，属于温度测量领域。
背景技术
在冶金、建材、航天、航空及核能等领域都涉及到高温测量过程，目前测量1600℃以上温度方法分为接触法与非接触法，接触法均采用热电偶测温，高温铂-铑热电偶价格昂贵并且最高测量温度为1800℃，钨-铼热电偶工作温度可达到2100℃，然而钨-铼热电偶极易氧化或碳化，只能在真空、还原气氛或者惰性气体保护的环境中工作，不能用于含氧及含碳气氛，使其使用范围受到极大限制。非接触法常用方法的有红外测量法、图像处理技术测量法，由于在测试过程中受光反射及气氛等影响因素的干扰，导致该方法测温误差较大，难以满足特定工作要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用接触法测量高温，能快速准确地测出真实温度，该方法不仅可以测温上限高，工作温度2800℃、冲击温度3000℃，并可在各种气氛环境下稳定工作，而且价格便宜、稳定性好。
本发明的目的在于提供一种高温测量方法，具体为：将导电材料制成高温传感器，将传感器放置于所测量温度场内或安装在所测物体上，通过测量传感器电阻值变化得到所测温度。
本发明所述高温传感器的结构不受限制，满足测量温度要求，可准确测量电阻值即可，在高温传感器的二端分别设置电位测量端A、B，电流端C、D，电位测量端与电流端采用与传感器相同材料制成，在电位测量端A、B之间为电阻测量段；电流端C、D分别接入直流恒定电源正、负极，电位端A、B分别接电压测量仪正、负极。
本发明所述导电材料为金属材料或者无机非金属导电材料，具体情况可以依据测量温度、测量精度及测试环境要求进行选择，表面可涂覆保护层防止烧蚀。
本发明的原理：
对于所选传感器构成材料电阻温度系数为线性或传感器构成材料电阻温度系数线性不佳但测量精度要求不高的传感器，可采用以下方法计算出所测温度，测量出传感器电压后，依据传感器材料电阻温度系数计算出被测温度，具体过程为：
（1）由于电阻率为组织敏感因素，当导电材料温度变化时，材料离子的振动也跟随着发生变化，从而使电阻率发生变化，导电材料温度与电阻率之间的关系式为：
式中ρt为温度为T℃时的电阻率，为20℃时的电阻率，α为一次电阻温度系数，β为二次电阻温度系数，γ为三次次电阻温度系数；在一般的测量中，ρt-T曲线基本成线性故取α就满足测量精度要求，故电阻温度系数公式表示为：
式中：
T：为被测温度
ρ0：为温度传感器测量段20℃电阻率
ρt：为传感器测量段温度为T时电阻率
α：为传感器温度感应材料电阻温度系数
由电阻值与电阻率关系：
得知当温度变化时传感器变化忽略不计时，电阻值随温度变化关系为：
由此得到温度计算公式:
式中：
T：为被测温度
R0：为温度传感器测量段20℃电阻值
Rt：为传感器测量段温度为T时电阻值
α：为传感器温度感应材料电阻温度系数
通过测量传感器电阻值即可测定传感器测量端温度，从而实现温度测量。
（2）当测量传感器电阻值受限或电阻值测量干扰较大时，采用电流—电压法测量传感器电压值，当输入传感器电流端通过电流为恒定电流I时，因其电流I值不变，依据欧姆定律得知：
测试过程中保持电流I值不变，温度计算公式变化为：
式中：
T：为被测温度
V0：为温度传感器测量段20℃时电压值
Vt：为测量所得传感器测量段温度T时电压值
α：为传感器温度感应材料电阻温度系数
通过测量传感器测量端电压值V0与Vt并依据传感器构成材料的电阻温度系数可精确测定传感器测量端温度，从而实现对所测温度场的测量。
本发明所述电阻测量方法不受限制，模拟、数字测量方法均可实现本发明所述电阻值的测量。
所述分度表法依据传感器结构不同，对单一或同批次传感器进行标定，得到温度—电阻值或温度—电压值分度表，分度表与传感器一一对应，实际应用中测量得到传感器电阻值或电压值，通过（人工或计算机）查询该传感器的分度表即可得到所测温度，应用计算机查询被测温度并输出相应的控制信号可实现高温加热设备的温度自动控制。
本发明的有益效果：
（1）本发明测温方法为直接测量法，传感器可放置于所测温度场及被测物体上；测试过程中干扰因素较少，测试准确可靠，测试响应时间短，可应用于各种高温测量环境；同时具有价格低廉、测试过程简单等特点。
（2）本发明所述传感器与常用高温传感器相比较，具有传感器结构简单、使用寿命长，数据处理简便快捷；所测量范围为RT—2800℃，冲击温度可达3000℃。本发明彻底解决了长期以来高温测量的问题，具有很高的学术研究价值，对高温测量理论的发展具有积极作用。
附图说明
图1为实施例1高温传感器结构图；
图2为实施例2高温传感器结构图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明不限于以下所述范围。
实施例1
本实施例选取碳化铪HfC导电陶瓷经200MP等静压成型，2300℃热压烧结制成高温传感器，传感器二端分别设置电位测量端A、B及电流端C、D其结构如图（1）所示，电位测量端与电流端采用与传感器相同材料构成，在电位测量端A、B之间为电阻测量段，其表面涂覆有保护层防止本段因烧蚀对测量造成误差。
本实施例的具体实施过程：
将制备完成的传感器放置于将高温传感器放置于气氛保护高温加热炉内，传感器温度测量端与坩埚紧密接触；传感器电流端C、D分别接入德国HEINZINGER直流恒定电源正、负极，电位端A、B分别接高精度电压测量仪正、负极，电压测量仪测量精度0.1级。开启直流恒定电源在传感器电流端C、D间输入100±0.1mA恒定电流，依据ICTA标准化委员会推荐DTA(DSC)法熔点测量原理，采用已知熔点高纯金属对传感器进行标定，选取铝：熔点660℃、金：熔点1064.18℃、镍：熔点1453.0℃、铂：熔点1769℃、铪：熔点2227℃、钼：熔点2617℃、钽：熔点2996℃分别测定VA-B—ΔT曲线，VA-B为传感器电位端电压值，依据ICTA规范分别确定所测金属熔点对应的电压值VA-B，对数据进行曲线拟合，生成该传感器100mA电流下温度-电压计算公式：
Tx=aVx+bVx 2+c（660℃—2900℃/100mA）
传感器应用过程为，将传感器置于所测温度场内，传感器C、D间输入100±0.1mA恒定电流，测量传感器A、B间电压值，依据该传感器温度计算公式
Tx=aVx+bVx 2+c（660℃—2900℃/100mA）
即可精确测定所测温度；该传感器可应用于各种气氛环境下660℃—2900℃温度测量。
实施例2
本实施例选取LaCro3导电陶瓷经200MP等静压成型，2100℃热压烧结制成高温传感器，其结构如图（2）所示，测量测量端引出端采用相同材料构成，在测量端表面涂覆有保护层防止烧蚀对测量造成误差。
本实施例的具体实施过程：将制备完成的传感器放置于将高温传感器放置于气氛保护高温加热炉内，传感器温度测量端与坩埚紧密接触；传感器电流端C、D分别接入德国HEINZINGER直流恒定电源正、负极，电位端A、B分别接高精度电压测量仪正、负极，电压测量仪测量精度0.1级。开启直流恒定电源在传感器电流端C、D间输入100±0.1 mA恒定电流，在RT—660℃采用铂铑10—铂标准热电偶进行标定，得到（VA-B—ΔT）从而得到该传感器RT—660℃/100mA分度表，在660℃—2617℃依据ICTA标准化委员会推荐DTA(DSC)法熔点测量原理，采用已知熔点高纯金属对传感器进行标定，选取铝：熔点660℃、金：熔点1064.18℃、镍：熔点1453.0℃、铂：熔点1769℃、铪：熔点2227℃、钼：熔点2617℃分别测定VA-B—ΔT曲线，VA-B为传感器电位端电压值，依据ICTA规范分别确定所测金属熔点对应的电压值VA-B，从而得到该传感器（660℃—2500℃/100mA）分度表。
传感器应用过程为，将传感器置于所测温度场内，传感器C、D间输入100±0.1 mA恒定电流，测量传感器A、B间电压值，依据所测电压值查询相应的分度表即可精确测定所测温度；该传感器可应用于各种气氛环境下RT—2500℃温度测量。
Claims (3)
1.一种高温测量方法，其特征在于：将导电材料制成高温传感器，将传感器放置于所测量温度场内或安装在所测物体上，通过测量传感器电阻值变化得到所测温度。
2.根据权利要求1所述高温测量方法，其特征在于：所述高温传感器的二端分别设置电位测量端A、B，电流端C、D，电位测量端与电流端采用与传感器相同材料制成，在电位测量端A、B之间为电阻测量段；电流端C、D分别接入直流恒定电源正、负极，电位端A、B分别接电压测量仪正、负极。
3.根据权利要求1或2所述高温测量方法，其特征在于：导电材料为金属材料或者无机非金属导电材料，表面可涂覆保护层防止烧蚀。
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