1. 온도 측정의 기본 개념

1. 온도 정의:

온도는 물체의 냉열 정도를 나타내는 물리량이다.온도는 물체가 온도 변화에 따라 어떤 특성을 통해서만 간접적으로 측정할 수 있으며, 물체의 온도 수치를 측정하는 척도를 온도계라고 한다.그것은 온도의 읽기 시작점 (0점) 과 온도를 측정하는 기본 단위를 규정한다.현재 많이 사용되는 온도계에는 화씨 온도계, 섭씨 온도계, 열역학 온도계와 실용 온도계가 있다.

섭씨온도계 (℃) 규정: 표준대기압하에서 얼음의 용해점은 0도, 물의 비등점은 100도이며 중간에 100등분을 나누고 매 등분은 섭씨 1도, 기호는 ℃ 이다.

화씨온도계(기준) 규정: 표준 대기압에서 얼음의 용해점은 32도, 물의 비등점은 212도, 중간 180등분 각 등분을 화씨 1도 기호로 나눈다.

열역학 온도계 (기호 T) 는 켈빈 온도계 (기호 K) 또는 온도계라고도 하며, 분자 운동이 멈출 때의 온도를 0도로 규정한다.

온도계: 실용온도계는 협의성온도계로서 열력학온도계와 접근할뿐만아니라 재현정밀도가 높아 사용이 편리하다.현재 통용되는 온도계는 1975년 제15차 권도대회에서 통과된'1968년 실용온도계-1975년 개정판'으로 IPTS-68(REV-75)로 기록돼 있다.그러나 IPTS-68 온도에 일정한 불체포가 존재하기 때문에, 계량위원회는 18차 계량대회 제7호 결의에서 1989년 회의에서 1990년 ITS-90을 통과하고 ITS-90 온도계가 IPS-68을 대체할 수 있는 권한을 부여했다.우리 나라는 1994년 1월 1일부터 ITS-90 온도계를 전면적으로 실시하였다.

1990년 온도계:

a、온도단위: 열역학온도는 기본기수물리량으로서 그 단위인 켈빈은 수삼상점의 열역학온도의 1/273.16으로 정의되며 273.15K (빙점) 와의 차치를 사용하여 온도를 표시하기에 지금도 이 방법을 보류하고있다.정의에 따르면 섭씨의 크기는 켈빈과 같고 온도차는 섭씨나 켈빈으로 표시할수 있다.온도계 ITS-90은 켈빈 온도(기호 T90)와 섭씨 온도(기호 t90)를 모두 정의합니다.

b、온도계 ITS-90의 통칙: ITS-90은 0.65K에서 플랑크까지의 복사 법칙으로 단색 복사가 실제로 측정할 수 있는 zui의 높은 온도를 사용한다.ITS-90은 온도가 채택될 때 T의 * 추정치인 전체 측정에서 직접 열역학 온도를 측정하는 것보다 T90의 측정이 훨씬 편리하고 정밀하며 재현성이 높다.

c, ITS-90의 정의:

* 온도 영역은 0.65K에서 5.00K 사이이며 T90은 3He 및 4He의 증기압과 온도의 관계식으로 정의됩니다.

두 번째 온도 영역은 3.0K에서 네온 3상 점 (24.5661K) 사이의 T90은 헬륨 가스 온도계로 정의됩니다.

제3온구는 평탄수소 3상점 (13.8033K) 에서 은의 응고점 (961.78 ℃) 사이이며 T90은 백금저항온도계로 정의되며 규정된 정의내삽법을 사용하여 분도한다.은 응고점 (961.78 ℃) 이상의 온도 구역, T90은 플랑크 복사 법칙에 따라 정의되며, 재현 기기는 광학 고온계이다.

2. 온도 측정 계기의 분류

온도 측정 계기는 온도 측정 방식에 따라 접촉식과 비접촉식 두 종류로 나눌 수 있다.일반적으로 접촉식 온도측정계기는 비교적 간단하고 믿음직하며 측정정밀도가 비교적 높다.그러나 온도측정소자와 피측정매체는 충분한 열교금강을 진행해야 하고 일정한 시간이 걸려야 열균형에 도달할수 있기에 온도측정의 지연현상이 존재하며 동시에 고온에 견디는 재료의 제한을 받아 아주 높은 온도측정에 응용할수 없다.비접촉식 계기 온도 측정은 열 복사 원리를 통해 온도를 측정하는 것이다. 측정 소자는 측정된 매체와 접촉할 필요가 없다. 온도 측정 범위가 넓고 온도 측정 상한선의 제한을 받지 않으며 측정된 물체의 온도장을 파괴하지 않는다. 반응 속도도 일반적으로 비교적 빠르다.그러나 물체의 발사율, 측정거리, 연기와 물기 등 외부요인의 영향으로 측정오차가 컸다.

3. 센서의 선택

국가 표준 GB7665-87은 센서에 대해"규정된 측정을 느끼고 일정한 법칙에 따라 사용 가능한 신호로 변환할 수 있는 부품이나 장치는 보통 민감한 부품과 변환 부품으로 구성된다"고 정의했다.센서는 측정된 정보를 감지하고 감지된 정보를 일정한 규칙에 따라 전신호 또는 기타 필요한 형식의 정보출력으로 변환하여 정보의 전송, 처리, 저장, 표시, 기록과 제어 등 요구를 만족시킬 수 있는 검측장치이다.그것은 자동 탐지와 자동 제어를 실현하는 가장 중요한 부분이다.

(1), 현대 센서는 원리와 구조가 천차만별이다. 어떻게 구체적인 측정 목적, 측정 대상 및 측정 환경에 따라 센서를 합리적으로 선택할 것인가는 어떤 양을 진행할 때 가장 먼저 해결해야 할 문제이다.센서가 확인되면 그에 맞는 측정 방법과 측정 설비도 확정할 수 있다.측정 결과의 성패는 센서의 선택이 합리적인지에 크게 달려 있다.

1. 측정 대상과 측정 환경에 따라 센서의 유형을 정한다. 구체적인 측정 작업을 하려면 어떤 원리의 센서를 사용해야 하는지를 고려해야 한다. 이것은 여러 가지 요소를 분석한 후에야 확정할 수 있다.동일한 물리량을 측정하더라도 다양한 원리의 센서를 선택할 수 있기 때문에, 그 원리의 센서가 더 적합하며, 측정된 특징과 센서의 사용 조건에 따라 다음과 같은 구체적인 문제를 고려해야 한다: 측정된 거리의 크기;센서에 대한 측정된 위치의 부피 요구;측정 방식은 접촉식 또는 비접촉식이다.신호의 인출 방법, 유선 또는 비접촉 측정;센서의 출처는 수입인지 국산인지, 가격을 받아들일 수 있는지, 아니면 자체 연구 제작인지.

2. 민감도 선택: 일반적으로 센서의 선형 범위 내에서 센서의 민감도가 높을수록 좋기를 희망한다. 왜냐하면 민감도가 높을 때만 측정된 변화에 대응하는 출력 신호가 신호 처리에 비교적 유리하기 때문이다.그러나 주의해야 할 점은 센서의 민감도가 높고 측정된 것과 무관한 외부 소음도 쉽게 혼입되며 확대 시스템에 의해 확대되어 측정 정밀도에 영향을 줄 수 있기 때문에 센서 자체에 매우 높은 신뢰비를 가지고 외부에서 도입된 공장 우려 신호를 최소화하도록 요구한다.센서의 민감도는 방향성이 있다.단방향으로 측정되고 방향성이 높은 경우 다른 방향의 감도가 작은 센서를 선택하고, 다차원 벡터로 측정되면 센서의 교차 감도가 작을수록 좋습니다.

3. 주파수 응답 특성: 센서의 주파수 응답 특성은 측정된 주파수 범위를 결정한다. 반드시 허용 주파수 범위 내에서 왜곡되지 않는 측정 조건을 유지해야 한다. 실제로 센서의 응답은 항상 일정한 지연이 있다. 지연이 짧을수록 좋기를 바란다.센서의 주파수 응답이 높으면 측정 가능한 신호의 주파수 범위가 넓지만 구조 특성의 영향을 받아 기계 시스템의 관성이 비교적 크다. 주파수가 낮은 센서가 신호를 측정할 수 있는 주파수가 비교적 낮기 때문이다.동적 측정에서는 신호의 특성 (안정적, 무작위 등) 응답 특성에 따라 과도한 오차가 발생하지 않도록 해야 한다.

4. 선형 범위: 센서의 선형 범위는 출력과 입력이 정비례하는 범위를 말한다.이론적으로 말하자면, 이 범위 내에서 민감도는 일정한 값을 유지하고, 센서의 선형 범위가 넓을수록 그 양정이 커지며, 일정한 측정 정밀도를 보장할 수 있다.센서를 선택할 때, 센서의 종류가 확정된 후에 먼저 그 측정 거리가 요구를 만족시키는지 보아야 한다.그러나 실제로 어떤 센서도 보장할 수 없는 선형은 그 선형도도 상대적이다.요구되는 측정 정밀도가 비교적 낮을 때, 일정한 범위 내에서 비선형 오차가 비교적 작은 센서를 근사하게 선형으로 볼 수 있으며, 이는 측정에 큰 편리를 가져다 줄 수 있다.

5. 안정성: 센서를 일정 기간 사용한 후, 그 성능은 변하지 않는 능력을 안정성이라고 한다.센서의 장기적인 안정에 영향을 주는 요소는 센서 자체의 구조를 제외하고 주로 센서의 사용 환경이다.따라서 센서가 좋은 안정성을 가지려면 센서가 비교적 강한 환경 적응력을 가져야 한다.센서를 선택하기 전에 사용 환경을 조사하고 구체적인 사용 환경에 따라 적합한 센서를 선택하거나 적절한 조치를 취해 환경 영향을 줄여야 한다.센서를 장기간 사용할 수 있고 쉽게 교체하거나 표시할 수 있어야 하는 일부 장소에서는 선택된 센서의 안정성 요구가 더욱 엄격하여 장시간의 시련을 견뎌낼 수 있어야 한다.

6. 정밀도: 정밀도는 센서의 중요한 성능 지표로 전체 측정 시스템의 측정 정밀도에 관계되는 중요한 부분이다.센서의 정밀도가 높을수록 가격이 비싸기 때문에 센서의 정밀도는 전체 측정 시스템의 정밀도 요구를 만족시키기만 하면 된다. 너무 높게 선택할 필요가 없다. 이렇게 하면 같은 측정을 만족시키는 많은 센서 중에서 비교적 저렴하고 간단한 센서를 선택할 수 있다.만약 측정목적이 정성분석이라면 중복정밀도가 높은 센서를 선택하면 되며 량치정밀도가 높은 센서를 선택하는것은 적합하지 않다.정량 분석을 위해 얻어야 하는 측정값이라면 정밀도 등급을 충족할 수 있는 센서를 선택해야 한다.일부 특수 사용 장소에서 적합한 센서를 선택할 수 없으면 스스로 센서를 설계 제조해야 하며, 자체 제작 센서의 성능은 사용 요구를 만족시켜야 한다.

(2) 온도측정기:

1. 열저항: 열저항은 중저온 지역의 zui에서 자주 사용하는 온도 측정기이다.그것의 주요 특징은 측정 정밀도가 높고 성능이 안정적이라는 것이다.그중 백금열저항의 측정정밀도는 zui가 높으며 공업온도측정에 널리 응용되지 않고 표준적인 기준계로 만들어졌다.

① 열저항온도측정의 원리 및 재료: 열저항온도측정은 금속도체의 저항값이 온도가 증가함에 따라 증가하는 특성을 바탕으로 온도측정을 한다.열저항은 대부분 금속재료로 만들어지는데 현재 zui를 많이 응용하는것은 백금과 구리이다. 이밖에 지금은 이미 로듐, 니켈, 망간 등 재료를 채용하여 열저항을 제조하기 시작하였다.

② 열저항온도계측시스템의 구성: 열저항온도계측시스템은 일반적으로 열저항, 연결도선과 디지털온도제어표시기 등으로 구성된다.반드시 두 가지 점에 주의해야 한다:"열저항과 디지털온도제어표시표의 분도번호는 반드시 일치해야 한다. 연결도선의 저항변화의 영향을 제거하기 위해서는 반드시 3선제접법을 취해야 한다."

2. 열 저항: NTC 열 저항기는 부피가 작고 테스트 정밀도가 높으며 반응 속도가 빠르고 안정적이며 신뢰할 수 있으며 노화 방지, 교환성, 일관성이 좋은 등의 특징을 가지고 있다.에어컨, 난방설비, 전자체온계, 액위센서, 자동차전자, 전자탁상달력 등 분야에 널리 응용된다.

3. 열전지: 열전지는 공업에서 zui가 자주 사용하는 온도 검측 소자 중의 하나이다.장점은 다음과 같습니다.

① 측정 정밀도가 높다.열전지는 측정 대상과 직접 접촉하기 때문에 중간 매체의 영향을 받지 않는다.

② 측정 범위가 넓다.상용하는 열전지는 -50~+1600 ℃ 에서 연속적으로 측정할 수 있으며, 일부 특수 열전지 zui는 -269 ℃ (예: 금철 니켈크롬), zui는 +2800 ℃ (예: 텅스텐-铼) 에 달한다.

③ 구조가 단순하고 사용이 편리하다.열전대는 일반적으로 두가지 부동한 금속사로 구성되여있으며 크기와 첫머리의 제한을 받지 않고 밖에 보호튜브가 있어 사용하기에 아주 편리하다.

(1). 열전지 온도 측정의 기본 원리

두 가지 다른 재료의 도체나 반도체 A와 B를 용접하여 하나의 폐쇄회로를 구성한다.도체 A와 B의 두 집착점 1과 2 사이에 온도차가 존재할 때 둘 사이에 전동세가 발생하여 회로에 하나의 크기의 전류를 형성하는데 이런 현상을 열전효과라고 한다.열전지는 바로 이 효과를 이용하여 일한다.

(2) 열전지의 종류

상용 열전지는 표준 열전지와 비표준 열전지 두 종류로 나눌 수 있다.

표준열전대는 국가표준이 그 열전세와 온도의 관계, 허용오차를 규정하였고 통일된 표준분도계가 있는 열전대를 가리키며 그와 배합된 표시계기를 선택하여 사용할수 있다.

비표준화열전쌍은 사용범위나 수량급에서 모두 표준화열전쌍에 미치지 못하며 일반적으로 통일된 분도표도 없으며 주로 일부 특수한 장소에서의 측정에 사용된다.

우리 나라는 1988년 1월 1일부터 열전지와 열저항을 모두 IEC표준에 따라 생산하였으며 S, B, E, K, R, J, T 7종의 표준화열전지는 우리 나라의 통일설계형열전지이다.

(3). 열전지 냉각단의 온도 보상

열전쌍의 재료는 일반적으로 비교적 귀중하기 때문에 (특히 귀금속을 사용할 때) 온도 측정점에서 계기까지의 거리가 매우 멀기 때문에 열전쌍의 재료를 절약하고 원가를 낮추기 위해 일반적으로 보상 도선을 사용하여 열전쌍의 냉단 (자유단) 을 온도가 비교적 안정된 제어실내로 확장하여 계기단자에 연결한다.반드시 지적해야 할것은 열전극보상도선의 작용은 열전극을 연장하여 열전극의 랭단이 통제실의 계기단자로 이동하게 하는데 그 자체로는 랭단의 온도변화가 온도측정에 미치는 영향을 제거할수 없으며 보상작용을 하지 않는다.따라서 다른 수정 방법을 채택하여 냉단 온도 t0≠0 ℃ 시 온도 측정에 미치는 영향을 보상해야 한다.열전지 보상도선을 사용할 때 반드시 모델이 서로 어울리고 극성이 잘못 연결되어서는 안되며 보상도선과 열전지 연결단의 온도는 100 ℃ 를 초과해서는 안된다.

4. 우리 나라의 온도통제분야에서의 8대 진전

우리 나라 계기계기는 미형화, 디지털화, 지능화, 집적화와 네트워크화 등 면에서 발전의 발걸음을 바짝 따라가고 자주적인 지적재산권을 가진 부분의 개발연구제작 및 산업화의 강도를 높여 뚜렷한 진전을 가져왔다.그중 제기할 가치가 있는 중대한 과학기술진전에는 주로 다음과 같은 8개 방면이 포함된다.

1.선진 공업 자동화 기기 계기 및 시스템은 모듈화와 전체 디지털 통합을 실현하여 산업화 요구에 도달하였고, 강철, 전기, 석탄, 화, 기름, 교통, 건축, 국방, 식품, 의약, 농업, 환경보호 등 분야에 널리 사용되었으며, 자주적 지식재산권을 가진 방향으로 견실한 걸음을 내디뎠다.

2.지능형 계열 테스트 기기와 자동 테스트 시스템의 연구 및 산업화 수준이 대폭 향상되었다항공우주 테스트, 전기기계 제품 테스트, 가전제품 테스트, 지진 모니터링, 기상 탐지, 환경 모니터링 등 각 업계의 자동 테스트 시스템을 구축했다.전체 수준은 * 제품 수준에 도달했지만 판매 가격은 해외 제품보다 현저히 낮습니다.

3.마이크로파 밀리미터파 벡터 네트워크 분석기의 연구 제작 성공 및 대량 생산은 우리나라가 미국에 이어 * 이런 첨단 기기를 생산할 수 있는 두 나라가 되었음을 상징한다.

4.자체 특색이 있는 나노 측정 제어 및 마이크로 기기를 연구 개발,탄소 나노 튜브의 방향성 제조 및 구조 및 물리적 성질의 탐지는 세계적인 지위를 차지한다.

5.완전한 전기학 양자 표준과 1.5 × 10-5급 국가 전기 에너지 표준 장치를 완성하여 우리나라 전기 계량 표준을 선진 수준에 놓이게 한다.

6.자주적 지적재산권을 가진 과학 기기 난관 돌파를 전개하여 중국 과학 기기의 전체 수준을 향상시켰다.

7.산학연 결합, 국내 외상 결합의 발전 메커니즘을 구축하고 과학 기기의 응용 분야를 넓혔다. 예를 들어 세관 위조 방지 티켓의 스펙트럼 기기를 개발하여 전국 세관에서 보급한 후 누계로 가짜 티켓의 가치를 540억 위안을 압수하여 국가를 위해 거대한 경제 손실을 만회했다.국산 과학 기기의 *는"8.5"기간의 13% 에서"9.5"말기의 25% 로 높아졌다.

8.고강도 초점 초음파 종양 치료 시스템 연구 제작 성공 및 대량 생산, 초음파 의료 기기는 종양 무창조 치료 방면에서 우세를 가지고 있다.

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안휘성 화윤계기자질영예증서

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