第一篇：溫度和風速測量方法總結

第一章 風速測量

1.1風速測量

風是空氣流動時產生的一種自然現象?？諝饬鲃佑猩舷铝鲃雍妥笥伊鲃樱舷铝鲃訛榇怪边\動，也叫對流；左右流動為水平運動，也就是風。風是一個矢量，用風向和風速表示。地面風指離地平面10─12米高的風。風向指風吹來的方向，一般用16個方位或360°表示。以360°表示時，由北起按順時針方向度量。風速指單位時間內空氣的水平位移，常以米/秒、公里/小時、海里/小時表示。

1.2 風杯風速計

風杯風速計是最常見的一種風速計。轉杯式風速計最早由英國魯賓孫發明，當時是四杯，后來改用三杯。它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉速旋轉。轉速可以用電觸點、測速發電機或光電計數器等記錄。

圖1.1 風杯風速計

1.3 葉輪風速儀

風速計的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉動轉換成電信號，先經過一個臨近感應開頭，對葉輪的轉動進行“計數” 并產生一個脈沖系列，再經檢測儀轉換處理，即可得到轉速值。

法國KIKO葉輪風速儀工作原理如圖1.2所示。葉輪的軸桿啟動內含八個電磁極的原型磁鐵，置于磁鐵旁的雙霍爾傳感器感測到側場中電磁極的轉變信號。傳感器的信號轉換為電子頻率且和風速成正比，并感測旋轉方向。

圖1.2 KIMO原理

1.4 熱線風速計

一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風速的平方根成線性關系，再通過電子線路線性化（以便于刻度和讀數），即可制成熱線風速計。

金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2 mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強度，有時用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭。熱線探頭在使用前必須進行校準。靜態校準是在專門的標準風洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關系并畫成標準曲線；動態校準是在已知的脈動流場中進行的，或在風速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗熱線風速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。

0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。熱線風速計用于0至5m/s的精確測量，使用溫度約為±70℃。

當在湍流中使用熱線風速計時，來自各個方向的氣流同時沖擊熱元件，從而會影響到測量結果的準確性。在湍流中測量時，熱敏式風速儀流速傳感器的示值往往高于轉輪式風速計。因此，風速儀測量過程應盡量在通道的直線部分進行。直線部分的起點應至少在測量點前10×D（D=管道直徑，單位為CM）外；終點至少在測量點后4×D處。流體截面應不得有遮擋（棱角，重懸，物等）。

圖1.3 熱線風速計

1.4.1 恒流式熱線風速計

通過熱線的電流保持不變，溫度變化時，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速。利用風速探頭進行測量。風速探頭為一敏感部件。當有一恒定電流通過其加熱線圈時，探頭內的溫度升高并于靜止空氣中達到一定值。此時，其內測量元件熱電偶產生相應的熱電勢，并被傳送到測量指示系統，此熱電勢與電路中產生的基準反電勢相互抵消，使輸出信號為零，風速儀指針也能相應指于零點或顯示零值。若風速探頭端部的熱敏感部件暴露于外部空氣流中時，由于進行熱交換，此時將引起熱電偶熱電勢變化，并與基準反電勢比較后產生微弱差值信號，此信號被測量儀表系統放大并推動電表指針變化從而指示當前風速或經過單片機處理后通過顯示屏顯示當前風速數值。1.4.2 恒溫式熱線風速計

風速儀熱線的溫度保持不變，給風速敏感元件電流可調，在不同風速下使處于不同熱平衡狀態的風速敏感元件的工作溫度基本維持不便，即阻值基本恒定，該敏感元件所消耗的功率為風速的函數。

恒溫風速儀則是利用反饋電路使風速敏感元件的溫度和電阻保持恒定。當風速變化時熱敏感元件溫度發生變化，電阻也隨之變化，從而造成熱敏感元件兩端電壓發生變化，此時反饋電路發揮作用，使流過熱敏感元件的電流發生相應的變化，而使系統恢復平衡。上述過程是瞬時發生的，所以速度的增加就好像是電橋輸出電壓的增加，而速度的降低也等于是電橋輸出電壓的降。

1.4.3 注意事項

除保持日常數據的準確性外，日常維護使用中還要注意以下幾點：

1.禁止在可燃性氣體環境中使用風速計。

2.禁止將風速計探頭置于可燃性氣體中。否則，可能導致火災甚至爆炸。

3.請依據使用說明書的要求正確使用風速計。使用不當，可能導致觸電、火災和傳感器的損壞。

4.在使用中，如遇風速計散發出異常氣味、聲音或冒煙，或有液體流入風速計內部，請立即關機取出電池。否則，將有被電擊、火災和損壞風速計的危險。

5.不要將探頭和風速計本體暴露在雨中。否則，可能有電擊、火災和傷及人身的危險。

6.不要觸摸探頭內部傳感器部位。

7.風速計長期不使用時，請取出內部的電池。否則，將電池可能漏液，導致風速計損壞。

8.不要將風速計放置在高溫、高濕、多塵和陽光直射的地方。否則，將導致內部器件的損壞或風速儀性能變壞。

9.不要用揮發性液體來擦拭風速計。否則，可能導致風速儀殼體變形變色。風速計表面有污漬時，可用柔軟的織物和中性洗滌劑來擦拭

10.不要摔落或重壓風速計。否則，將導致風速計的故障或損壞。

11.不要在風速計帶電的情況下觸摸探頭的傳感器部位。否則，將影響測量結果或導致風速計內部電路的損壞。

1.5 超聲波風速儀

超聲風速風向儀的工作原理是利用超聲波時差法來實現風速的測量。通過正、逆壓電效應實現高頻聲能和電能之間的相互轉換，從而實現超聲波的發射和接收。由于它很好地克服了機械式風速風向儀固有的缺陷，因而能全天候地、長久地正常工作，越來越廣泛地得到使用．它將是機械式風速儀的強有力替代品。

圖1.4 超聲波風速儀

1.5.1 應用領域

超聲波風速計的應用便利、精確，在很多領域都能靈活運用，廣泛應用于城市環境監測、風力發電、氣象監測、橋梁隧道、航海船舶、航空機場、各類風扇制造業、需要抽風排氣系統的行業等。

1.6 皮托管風速儀

皮托管是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。由法國H.皮托發明而得名。嚴格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時測量總壓、靜壓的才稱風速管，但習慣上多把風速管稱作皮托管。皮托管的構造如圖，頭部為半球形，后為一雙層套管。測速時頭部對準來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓p0，經內管傳送至壓力計。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p，經外套管也傳至壓力計。對于不可壓縮流動，根據伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數，進而再求速度。總壓孔有一定面積，它所感受的是駐點附近的平均壓強，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會有誤差，故測算流速時應加一個修正系數ζ。ζ值一般在0.98～1.05范圍內，在已知速度之氣流中校正或經標準皮托管校正而確定。皮托管結構簡單，使用方便，用途很廣。如飛機頭部或機翼前緣常裝設皮托管，測量相對空氣的飛行速度，又稱空速管。

圖1.5 皮托管結構圖

1.7 分析與小結 1.7.1 熱線風速計

該方式是測試處于通電狀態下傳感器因風而冷卻時產生的電阻變化，由此測試風速。不能得出風向的信息。除攜帶容易方便外，其成本性能比高，作為風速計的標準產品廣泛地被采用，且長期安定性、以及在溫度補償方面都具有優勢。

? 適用范圍：0.05～50m/s

? 顯示分辨率：0.01m/s

1.7.2 超聲波風速儀

該方式是測試傳送一定距離的超音波時間，因風的影響而使到達時間延遲，由此測試風速。該方法傳感器部較大，在測試部周圍，有可能發生紊流，使流動不規則，并且測量環境需要比較安靜的場所，用途受到限定。

? 適用范圍：0～10m/s

? 顯示分辨率：0.01m/s

1.7.3 葉輪風速儀

該方式是應用風車的原理，通過測試葉輪的轉數，測試風速。原理比較簡單，價格便宜，但測試精度較低，所以不適合微風速的測試和細小風速變化的測試。? 適用范圍：1～50m/s

? 顯示分辨率：0.1m/s

1.7.4 皮托管風速儀

在流動面的正面有與之形成直角方向的小孔，內部藏有從各自孔里分別提取壓力的細管。通過測試其壓力差（前者為全壓、后者為靜壓），就可知道風速。其原理比較簡單，價格便宜，但與流動面必須設置成直角，否則不能進行正確的測試。不適合一般用。? 適用范圍：5～100m/s

? 顯示分辨率：0.01m/s

第二章 溫度測量

2.1溫度測量方法

溫度是表征物體冷熱程度的物理量, 是國際單位制中七個基本物理量之一, 它與人類生活、工農業生產和科學研究有著密切關系。隨著科學技術水平的不斷提高, 溫度測量技術也得到了不斷的發展。

2.2 溫度測量的分類

溫度測量的分類可以通過其與被測量的物體是否接觸分為接觸式和非接觸式。

2.2.1 接觸式測量

接觸式測量儀表比較簡單、可靠，測量精度高。但是因為測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換，所以其需要一定的時間才能達到熱平衡。接觸式測量儀存在測溫延遲現象，同時受耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應用于這些極端的溫度測量。非接觸式儀表測溫儀是通過熱輻射的原理來測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；但受到物體發射率、測量距離、煙塵和水汽等外界因素的影響，其測量誤差較大。

2.2.2 接觸式測量方法

（1）膨脹式溫度測量 原理：利用物質的熱脹冷縮原理即根據物體體積或幾何形變與溫度的關系進行溫度測量。熱脹冷縮式溫度計包括玻璃液體溫度計、雙金屬膨脹式溫度計和壓力式溫度計等。

優點：結構簡單, 價格低廉, 可直接讀數,使用方便,非電量測量方式, 適用于防爆場合。

缺點：準確度比較低, 不易實現自動化, 而且容易損壞。

（2）電量式測溫方法 利用材料的電勢、電阻或其它電性能與溫度的單值關系進行溫度測量，包括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。

①熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起,當參考端和測量端有溫差時, 就會產生熱電勢, 根據該熱電勢與溫度的單值關系就可以測量溫度。熱電偶具有結構簡單, 響應快, 適宜遠距離測量和自動控制的特點, 應用比較廣泛。

②熱電阻是根據材料的電阻和溫度的關系來進行測量的, 輸出信號大, 準確度比較高, 穩定性好, 但元件結構一般比較大, 動態響應較差, 不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區域。

③熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數變化的半導體熱敏感元件, 具有靈敏度高、價格便宜的特點, 但其電阻值和溫度的關系線性度差,且穩定性和互換性也不好。

④石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測量溫度的。石英晶體溫度傳感器穩定性很好, 可用于高精度和高分辨力的測量場合。隨著電子技術的發展, 可以將感溫元件和相關電子線路集成在一個小芯片上, 構成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片, 輸出信號可以是電壓、頻率, 或者是總線數字信號, 使用非常方便,適用于便攜式設備。（3）接觸式光電、熱色測溫方法

原理：接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象,將溫度變化引起的熱輻射或其他光電信號引出, 通過光電轉換器件檢測該信號, 從而獲得測溫結果的方法。

優點：這種方法不像電量式測量方法容易受到電磁的干擾,可以在電磁環境下進行溫度測量;可以避免像非接觸式輻射溫度計那樣容易受到被測對象表面發射率和中間介質的影響。

缺點：會干擾被測對象的溫度, 帶來接觸式測溫方法引起的一些誤差。

2.2.3 非接觸式測溫方法原理及特點

（1）輻射式測溫方法

原理：是以熱輻射定律為基礎，它可分為全輻射高溫計、亮度式高溫計和比色式高溫計。全輻射高溫計結構相對簡單, 但受被測對象發射率和中間介質影響比較大,測溫偏差較大, 不適合用于測量低發射率目標。亮度溫度計靈敏度比較高, 受被測對象發射率和中間介質影響相對較小, 測量的亮度溫度與真實溫度偏差較小, 但也不適用于測量低發射率物體的溫度, 并且測量時要避開中間介質的吸收帶。比色測溫法測量結果最接近真實溫度, 并且適用于低發射率物體的溫度測量, 但結構比較復雜, 價格較貴。優點: ①可以采用偽彩色直觀顯示物體表面的溫度場;②溫度分辨力高, 能準確區分的溫度差甚至達0.01℃以下。（2）光譜測溫方法

光譜測溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測量。當單色光線照射透明物體時, 會發生光的散射現象, 散射光包括彈性散射和非彈性散射, 彈性散射中的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強都與介質的溫度有關。（3）聲波、微波測溫方法

聲學測溫是基于聲波在介質中的傳播速度與介質溫度有關的原理實現的, 因此只要測得聲速, 就可以推算出溫度?？梢酝ㄟ^直接測量聲波在被測介質中的傳播速度, 也可以測量放在被測介質中細線的聲波傳播速度來得到溫度。這種方法可以用于測量高溫氣體或液體的溫度, 在高溫時會有更高的靈敏度。

微波衰減法可以用來測量火焰溫度, 其原理是當入射微波通過火焰時, 與火焰中的等離子體相互作用,使出射的微波強度減弱, 通過測量入射微波的衰減程度可以確定火焰氣體的溫度。

第三章 重點總結

3.1 數采儀原理

數采儀，全稱為數據采集傳輸儀，主要應用于環境在線監測系統現場端。數采儀主要實現采集、存儲各種類型監測儀器儀表的數據、并能完成與上位機數據傳輸功能的數據終端單元，具備單獨的數據處理功能。

數據采集傳輸儀是現場儀表與上位機系統的連接儀器。數據采集傳輸儀通過數字通道、模擬通道、開關量通道采集監測儀表的監測數據、狀態等信息，然后通過傳輸網絡將數據、狀態傳輸至上位機；上位機通過傳輸網絡發送控制命令，數據采集傳輸儀根據命令控制監測儀表工作。在整個環境在線監測系統中，上位機是在線監測系統軟件平臺的統稱，下位機則是現場儀器儀表的統稱，包括儀表供應商提供的具有計算處理能力的工業控制計算機。

3.1.1 現用數采儀

⑴安捷倫34970A 安捷倫Agilent34970A是一種高性能、低價位的數據采集和開關主機，十分適于數據記錄、數據采集和一般的開關與控制應用。它是一種半機架寬的主機，內部有61/2位（22比特）的數字電壓表，其背面有3個插槽，可以接受開關與控制的模塊某塊組合。

Agilent 34970A包括了臺式數字多用表（DMM）的功能特性，34970A具有61/2位的分辨率（22比特）、0.004%的基本直流電壓精度和極低的讀數噪聲,加上高達250通道/s掃描速率，可以得到為完成工作任務所需要的速度和精度.強有力的適應能力Agilent 34970A的獨特設計允許逐通道進行配置,以求達到最大的靈活性及快速方便設置內部的自動量程轉換。DMM有11種不同的直接測量功能，而不需要昂貴的外部信號調整。內部的溫度轉換程序可以C、F或（Kelvin）顯示未處理過的熱偶、RTD或熱敏電阻的輸入。利用定度可將線性傳感器的輸出直接轉換到工程單位，甚至可以設置高/低超出容限的情況。

⑵ 橫河MW100 MW100是可擴展的、高性能數據采集/數據記錄平臺，適用于惡劣測量環境下的PC控制/單機運行。高速、多通道測量，實驗室和生產現場的理想選擇。高耐壓：600VAC rms 150/60Hz連續。高抗擾度：4通道隔離A/D電路。多周期(測量和記錄周期可不同)。從小規模到多通道的靈活結構。

3.2 熱電偶

兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。

熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：

1.熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數；

2.熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；

3.當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

3.2.1 補償導線

在一定溫度范圍內，具有與其匹配的熱電動勢標稱值相同的一對帶絕緣包覆的導線叫補償導線。用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差。

補償導線特點：

① 熱電特性穩定，電絕緣性能好，使用壽命長。② 柔軟，彎曲性能能好，使用方便。

③ 包覆層材料穩定可靠，具有一定的耐溫性和耐寒性能。3.2.2 熱電偶分度標準

熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

S分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長期使用溫度1400℃,短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號的精確度等級最高，通常用作標準熱電偶；R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎完全相同；

B分度號在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂?，也可在真空條件下短期使用。

N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩定性及短期熱循環的復現性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號熱電偶；

K分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長期使用溫度1000℃,短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛；

E分度號的特點是在常用熱電偶中，其熱電動勢最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，使用溫度0-800℃；

J分度號的特點是既可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃)，也可用于還原性氣氛(使用溫度上限950℃)，并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工；

T分度號的特點是在所有廉金屬熱電偶中精確度等級最高，通常用來測量300℃以下的溫度

3.3 熱線風速儀探頭

熱線風速計分旁熱式和直熱式兩種，見圖。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，其電阻溫度系數近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。

圖3.1 熱線風速探頭

由風速探頭的結構特點，0963-00型測溫元件與發熱部分所處平面必須垂直于流體方向才能保證測出同一時刻的溫度變化，所以為指向型探頭。0964-01/02型探頭由于結構特點，無需調整方向便可測量所處流體的風速。

第二篇：溫度測量方法

溫度測量方法

姓名： 學號：

溫度測量方法：主要分為兩大類 接觸式測溫方法 ：

一、膨脹式測溫方法

膨脹式測溫是一種比較傳統的溫度測量方法，它主要利用物質的熱脹冷縮原理即根據物體體積或幾何形變與溫度的關系進行溫度測量。膨脹式溫度計包括玻璃液體溫度計、雙金屬膨脹式溫度計和壓力式溫度計等。

最常見的玻璃液體溫度計，利用水銀、有機液體（酒精或煤油）或汞基合金等液體的熱脹冷縮原理進行溫度測量。根據選用感溫介質的不同，測量的溫度范圍一般為-80～600℃。

雙金屬溫度計是由兩種線膨脹系數不同的金屬薄片焊接在一起制成的，將其一端固定，由于兩種金屬膨脹系數不同，當溫度變化時，就會引起彎曲變形從而指示溫度。使用黃銅和鎳合金制成的溫度計最高溫度可以達到200℃，而使用不同成分的鎳合金鋼其最高溫度可以達到500℃。

二、電量式測溫方法

電量式測溫方法主要利用材料的電勢、電阻或其它電性能與溫度的單值關系進行溫度測量，包括熱電偶溫度測量、熱電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。

1、熱電偶：熱電偶測量主要用到電熱效應，熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起，當參考端和測量端有溫差時，就會產生熱電勢，該熱電勢是溫度差的函數，通過測量熱電偶產生的熱電勢，就可以測量溫度。但因為測量的是測量端和參考端的溫度差，而一般熱電勢-溫度差的分度表基于參考端為0℃，因此實際測量中，如果參考端處于室溫時，需要進行室溫補償。

2、熱電阻：熱電阻是根據材料的電阻和溫度的關系來進行測量的。熱電阻是利用其電阻值隨溫度的變化而變化這一原理制成的將溫度量轉換成電阻量的溫度傳感器。溫度變送器通過給熱電阻施加一已知激勵電流測量其兩端電壓的方法得到電阻值（電壓/ 電流），再將電阻值轉換成溫度值，從而實現溫度測量。熱電阻和溫度變送器之間有三種接線方式：二線制、三線制、四線制。

按照感溫元件的材質，可以分為金屬與半導體兩類。金屬導體有鉑、銅、鎳、銠鐵及鉑鈷合金等，常見的為鉑電阻和銅電阻溫度傳感器。半導體有鍺、碳和熱敏電阻等。鉑電阻的使用溫度范圍為-200～850℃，銅熱電阻的使用溫度范圍一般為-50～150℃。熱敏電阻一般可以在-40～350℃溫度范圍內使用。熱電阻測量準確度比較高，輸出信號大，穩定性好，但元件結構一般比較大，動態響應差，不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區域。

3、集成芯片溫度測量：隨著電子技術的發展，可以將感溫元件和有關的電子線路集成在一個小芯片上，構成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片。AD590集成電路溫度傳感器是一種典型的集成溫度傳感器，可以輸出一個與溫度成線性關系的電壓，測量范圍可以達到-55～50℃。近年來發展的DS1820智能溫度傳感器，采用數字化技術，采用單線接口方式，支持多點組網功能，在使用中不需要任何外圍元件，測溫范圍為-55～125℃。

三、接觸式光電、熱色測溫方法

1、接觸式光電測溫法：

接觸式光電測溫方法主要是指通過接觸被測對象，將溫度變化引起的熱輻射或其他光信號引出，通過光電轉換器件檢測其變化從而測量溫度的方法。接觸式光電測溫方法本身使用輻射或光電原理進行溫度測量，但在測量中傳感器要和被測對象接觸。因此這種測溫方法兼具有兩種測量方法的優點和缺點。首先是不像電量式測量方法一樣容易受到電磁的干擾，可以應用在電磁環境下進行溫度測量；另外可以避免非接觸式輻射溫度計那樣容易受到被測對象表面發射率和中間介質的影響。缺點是也會干擾被測對象的溫度，帶來接觸式測溫方法引起的一些誤差。

其原理是：將一支底端封閉的耐高溫光導管插入到被測介質中，溫度平衡后由光導管傳輸出的高溫輻射，通過高溫計后端的光電轉換器件轉換為電信號，該電信號與感受的溫度單調對應，從而測量出介質的溫度。近年來發展的空腔黑體式光電高溫計原理也是如此，但光導管要經過特殊設計做成黑體腔，使其有效發射率接近1，避免了被測介質的發射率對測溫結果的影響。這種高溫計測量范圍一般為800～2000℃，其上限溫度主要受光導管材料的限制。

2、熱色測溫方法

熱色測溫方法主要通過示溫敏感材料的顏色在不同溫度下發生變化來指示溫度的。示溫涂料是一些化合物或混合物，能夠伴隨外界溫度的改變而迅速引起其固有顏色的變化，反過來可以根據其顯示的當前顏色來測量溫度。根據示溫涂料變色后出現顏色的穩定性，可以分成可逆型示溫涂料和不可逆型示溫涂料；又可根據涂層隨溫度變化所出現的顏色的多少分為單變色示溫涂料和多變色示溫涂料。示溫涂料根據材料的不同，可以覆蓋室溫到1600℃溫度范圍，測溫誤差大約在±（10～20）℃。示溫涂料可以測量運動物體或其他復雜情況表面的溫度分布，使用簡單方便，缺點是影響判別溫度結果的因素比較多，如涂層厚度、判讀方法、樣板和示溫顆粒大小等，目前主要還是靠人工判讀。非接觸測量方法 ：

與接觸測溫法相比，非接觸測溫法不需要與被測對象接觸，因而不會干擾溫度場，動態響應特性也很好，但是會受到被測對象表面狀態或測量介質物性參數的影響。

非接觸測溫方法主要包括輻射式測溫、光譜法測溫、激光干涉式測溫以及聲波測溫方法等。

一、輻射式測溫方法

輻射式測溫方法都是建立在熱輻射定律基礎上的。其原理是：當實際物體的輻射強度（包括所有波長或大部分波長）與黑體的輻射強度相等，則黑體的溫度稱為實際物體的輻射溫度；當實際物體（非黑體）在某一波長下的單色輻射亮度同黑體在同一波長下的單色輻射亮度相等時，則該黑體的溫度稱為實際物體的亮度溫度；當黑體與實際物體（非黑體）在某一光譜區域內的兩個波長下的單色輻射亮度之比相等，則黑體的溫度稱為實際物體的顏色溫度。基于以上三種表觀溫度測量方法的高溫計分別稱為全輻射高溫計、亮度式高溫計和比色式高溫計。不同結構類型的輻射高溫計測量范圍不同，目前定型的高溫計可以覆蓋-50℃～3200℃的溫度范圍。

全輻射高溫計結構相對簡單，但受被測對象發射率和中間介質影響比較大，測溫偏差較大，不適用于測量低發射率目標。亮度溫度計結構也比較簡單，靈敏度比較高，受被測對象發射率和中間介質影響相對較小，測量的亮度溫度與真實溫度偏差較小，但也不適用于測量低發射率物體的溫度，并且測量時要避開中間介質的吸收帶。比色測溫法測量結果最接近真

實溫度，并且適用于低發射率物體的溫度測量，但結構比較復雜，價格較貴。

二、光譜方法測溫方法

非接觸的光譜測溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測量。原理為：它主要通過檢測被測介質的激發光譜信號進行溫度測量。當單色光線照射透明物體時,會發生光的散射現象。散射光包括彈性散射和非彈性散射，彈性散射中的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強都與介質的溫度有關。相比而言,拉曼散射光譜測溫技術的實用性更好，其主要應用之一就是測量高溫氣體的溫度。

受激熒光光譜法是指在入射光的激勵下，分子發出的熒光光譜在若干個波長上有較強的尖峰，這些特征波長的強度是溫度的函數。通過測量其特征波長下的絕對強度或者相對強度，或者熒光的馳豫時間，就可以確定被測介質的溫度。

三、激光干涉測溫方法

激光散斑照相法、紋影法和干涉法均是基于光的干涉原理，都適用與高溫火焰和氣流溫度的測量。基于干涉原理的各種光學方法測量介質的溫度場,均可以等效為首先測量介質的折射率分布。它們的測量原理是將流場中各處折射率的變化(即密度的變化)轉變為各種光參量的變化,記錄并處理后可以得到其溫度和分布。

散斑照相法記錄的是偏折位置差,反映的是折射率梯度的變化(即折射率的二階導數)；紋影法記錄的是偏折角度差,反映的是折射率的梯度(即折射率的一階導數)；干涉儀法記錄的是光波相位差,反映的是折射率本身；全息干涉法也是基于干涉儀法的原理,不過它不僅記錄物波波前的振幅信息,同時還記錄波前的相位信息，既有相位信息又有振幅信息,反映的是折射率本身和三維流場的立體信息。

四、聲波、微波法測溫方法

聲學測溫是基于聲波在介質中的傳播速度與介質溫度有關這一基本原理實現的，因此只要測得聲速，就可以推算出溫度?？梢灾苯訙y量聲波在被測介質中的傳播速度，也可以測量放在被測介質中的細線的聲波傳播速度。這種方法可以用于測量高溫氣體或液體的溫度，選用合適的細線材料，也適用于測量腐蝕性介質的溫度。聲波法測溫在高溫時有更高的靈敏度。微波衰減法可以用來測量火焰溫度，當入射微波通過火焰時,與火焰中的等離子體相互作用,使出射的微波強度減弱,通過測量入射微波的衰減程度可以確定火焰氣體的溫度。

第三篇：風向和風速教案

測風向儀模型

一、教學目標

1.知道風可以通過自然界中事物的變化來感知，可以用風向和風速來描述。

2.會用自制的風向標和小風旗測量風向和風速，并使用適當的方法記錄觀察結果。

3.感受到使用簡單工具能對天氣觀察活動提供很大的幫助。進一步提高觀察天氣現象的興趣和好奇心。

二、教學重難點

教學重點：能描述風向和風速。

教學難點：會用自制的風向標和小風旗測量風向和風速，并使用適當的方法記錄觀察結果。

三、教學準備

教師：自制風向標、自制小風旗、電風扇等。

學生：提前剪好的三角形和魚尾形、剪刀、帶橡皮的鉛筆、大頭針、吸管、正方形硬紙板、橡皮泥、膠帶。

四、課時安排：一課時

五、教學過程

（一）引入課題

1.準備“風”的音頻，讓學生聽聽這是什么自然現象？ 2.知道風的樣子嗎？你是怎樣觀察到有風的?（預設：紅旗飄起來，頭發飄起來，紅領巾飄起來，樹葉有聲音、樹枝搖擺等）

風就在我們身邊，我們時常感覺到風的存在。今天就讓我們一起走進風的世界，就來研究一下風向和風速。（出示課題：風向和風速）

（二）新課教學

同學們和老師先來看一份天氣預報。（找學生讀一讀）誰找到了關于風的關鍵字呢？（學生找到后單獨出示西北風4-5級）

現在請大家先來思考一下，這一行關鍵字主要報告了風的哪些要素呢？

同學們思考的很對，是風的風向和風速。下面，我們先來認識風向。

1.認識風向

這是一張風向圖（出示風向圖），風向分為八個方位。分別是上北，下南，左西，右東，西北，東北，東南，西南。風向是指風吹來的方向，比如：北風是由北向南吹來的風，西風是由西向東吹來的風，東南風是由東南向西北吹來的風（老師介紹）。你還知道有哪些風向？（1）你能在紙上畫一畫嗎？（學生在正方形硬紙板上照著畫風向圖）。

（2）先在教室定好方向（黑板方向是北，對面是南，左面是西，右面是東等，但是要提示學生這是假定的方向，在室外，是要靠一些事物或是指南針來辨別真正的方向的），老師站在一個方向表示風的起點，找一個同學，讓學生判斷是什么方向的風。

2.認識風向標

除了利用小旗子、樹等自然界的景物可以幫助我們辨別風向外，也可以利用一些簡單裝置。

（1）出示風向標，這個裝置叫風向標，是用來測定風向的工具。這個箭頭所指的方向就是風向。同學們想不想做一個簡易的風向標呢？

（2）小組合作學做風向標。要求：

①在吸管兩端縱向切開約1厘米的縫隙。

②用硬紙板剪一個大小適中的箭頭和一個稍大的箭翼。分別插入吸管兩端的縫隙，并固定。

③用一根大頭針穿過吸管平衡點并插入鉛筆一端的橡皮中，使其能自由轉動。

注意：箭頭和箭翼以及插入的大頭針要盡可能在同一平面內。最后要用橡皮泥把它固定在方位卡上。

開始游戲：老師從北邊和東北邊的方向用電風扇吹風，讓學生拿著自己制作的風向標到風扇前面檢測，保證自己的方位卡要面朝北邊。

首先把風向標的尾部朝著風扇，風向標做成功的同學，箭頭部分會自動轉過來，朝著風吹來的方向。從而明白風向標箭頭所指的方向就是風吹來的方向，也就是風向。（通過這游戲，讓學生更直觀的了解風向標的指示作用，從而加深對風向的理解。）

（3）研究測量要點。

我們現在手頭上都有了方向標，那我們能在教室里測風向嗎？為什么？

我們在測風向時，該注意些什么？（到比較空曠的地方。要確定方向。）

3.認識風速

風向我們明白了，但是對于風速還不是特別的了解，有誰能說說你怎樣知道風是大還是??？講清理由。（可以是感覺，也可以是從其他事物中表現出來的。）

（1）風向是可以用風向標進行測量，其實風速也可以測量。我們可以用這種簡單的方式來進行簡單的測量。（出示小紙片，要求學生用嘴吹風，感受一下風的大小和紙片的變化，使學生有一個初步的認識。）

（2）教師出示自制小紅旗演示：紅旗不動，表示無風，用0表示；紅旗微動，表示微風，用1表示；紅旗抖動，就表示大風，用2表示。（出示“我們的風速等級”，加深印象。）

（3）風速雖然能用無風、微風和大風表示，但同樣是大風，又有很大的區別。為此，氣象學家用風速儀來測風速（介紹風速儀，并演示如何使用），并且確定了１３個風速等級。

（4）閱讀書本第１０頁的蒲福風力等級”表。

（5）熟悉１３個風力等級歌謠（齊讀）。

（6）出示若干風力等級圖片，學生來判斷是幾級風。

（7）出示臺風和龍卷風的視頻，了解他們的破壞力和對人們生活的影響，并交流學習遇到這種情況時的自救措施。（8）風的益處。

（三）隨堂小練習。

1．某人面向北方站著，風從他的背面吹來，則此風為 ______風。

2．紙片往南飛,此時的風向為_____風。

3．周一升旗時，五星紅旗能展開飄揚，此時的風力為_____級。

（四）說說今天的收獲？

六、設計特色

1.符合孩子的學習特點，自己動手做風向標，提起學生極大的興趣，也開闊了視野。在測試風向標的時候，學生能深刻體會到自己在制作方面的問題，進而改進風向標，在這個過程中，對風向標的認識得到了升華。

2.教師搜集了臺風和龍卷風的視頻，加深了同學們對風的認識，拓寬了視野，學到了自救的知識。同時激起了學生課下對風的資料的搜集和進一步的了解。

第四篇：載流子遷移率測量方法總結

載流子遷移率測量方法總結

引言

遷移率是衡量半導體導電性能的重要參數，它決定半導體材料的電導率，影響器件的工作速度。已有很多文章對載流子遷移率的重要性進行研究，但對其測量方法卻少有提到。本文對載流子測量方法進行了小結。

遷移率μ的相關概念

在半導體材料中，由某種原因產生的載流子處于無規則的熱運動，當外加電壓時，導體內部的載流子受到電場力作用，做定向運動形成電流，即漂移電流，定向運動的速度成為漂移速度，方向由載流子類型決定。在電場下，載流子的平均漂移速度v與電場強度E成正比為：

式中μ為載流子的漂移遷移率，簡稱遷移率，表示單位電場下載流子的平均漂移速度，單位是m2／V·s或cm2／V·s。

遷移率是反映半導體中載流子導電能力的重要參數，同樣的摻雜濃度，載流子的遷移率越大，半導體材料的導電率越高。遷移率的大小不僅關系著導電能力的強弱，而且還直接決定著載流子運動的快慢。它對半導體器件的工作速度有直接的影響。

在恒定電場的作用下，載流子的平均漂移速度只能取一定的數值，這意味著半導體中的載流子并不是不受任何阻力，不斷被加速的。事實上，載流子在其熱運動的過 程中，不斷地與晶格、雜質、缺陷等發生碰撞，無規則的改變其運動方向，即發生了散射。無機晶體不是理想晶體，而有機半導體本質上既是非晶態，所以存在著晶 格散射、電離雜質散射等，因此載流子遷移率只能有一定的數值。

測量方法

(1)渡越時間(TOP)法

渡越時間(TOP)法適用于具有較好的光生載流子功能的材料的載流子遷移率的測量，可以測量有機材料的低遷移率。

在樣品上加適當直流電壓，選側適當脈沖寬度的脈沖光，通過透明電極激勵樣品產生薄層的電子一空穴對?？昭ū焕截撾姌O方向，作薄層運動。設薄層狀況不變，則運動速度為μE。如假定樣品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均勻，則電量損失與載流子壽命τ有關，此時下電極上將因載流子運動形成感應電流，且隨時間增 加。在t時刻有：

若式中L為樣品厚度電場足夠強，t≤τ，且渡越時間t0<τ。則

在t0時刻，電壓將產生明顯變化，由實驗可測得，又有

式中L、V和t0皆為實驗可測量的物理量，因此μ值可求。

(2)霍爾效應法

霍爾效應法主要適用于較大的無機半導體載流子遷移率的測量。

將一塊通有電流I的半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場中，則在垂直于電流和磁場的薄片兩端產生一個正比于電流和磁感應強度的電勢U，這稱為霍爾效應。由于空穴、電子電荷符號相反，霍爾效應可直接區分載流子的導電類型，測量到的電場可以表示為

式中R為霍爾系數，由霍爾效應可以計算得出電流密度、電場垂直漂移速度分量等，以求的R，進而確定μ。

(3)電壓衰減法

通過監控電暈充電試樣的表面電壓衰減來測量載流子的遷移率。充電試樣存積的電荷從頂面向接地的底電極泄漏，最初向下流動的電荷具有良好的前沿，可以確定通過厚度為L的樣品的時間，進而可確定材料的μ值。

(4)輻射誘發導電率(SIC)法

輻射誘發導電率(SIC)法適合于導電機理為空間電荷限制導電性材料。

在此方法中，研究樣品上面一半經受連續的電子束激發輻照，產生穩態SIC，下面一半材料起著注入接觸作用。然后再把此空間電荷限制電流(SCLC)流向下方電極。根據理論分析SCLC電導電流與遷移率的關系為

J=pμε1ε0V2/εDd3(7)測量電子束電流、輻照能量和施加電壓函數的信號電流，即可推算出μ值。

(5)表面波傳輸法

將被測量的半導體薄膜放在有壓電晶體產生的場表面波場范圍內，則與場表面波相聯系的電場耦合到半導體薄膜中并且驅動載流子沿著聲表面波傳輸方向移動，設置在樣品上兩個分開的電極檢測到聲一電流或電壓，表達式為 Iae=μP／Lv．(8)式中P為聲功率，L為待測樣品兩極間距離，v為表面聲波速。有此式便可推出μ值。

(6)外加電場極性反轉法

在極性完全封閉時加外電場，離子將在電極附近聚集呈薄板狀，引起空間電荷效應。當將外電場極性反轉時，載流子將以板狀向另一電極遷移。由于加在載流子薄層 前、后沿的電場影響，因而在極性反轉后t時間時，電流達到最大值。t相當于載流子薄層在樣品中行走的時間，結合樣品的厚度、電場等情況，即可確定μ值。

(7)電流一電壓特性法

本方法主要適用于工作于常溫下的MOSFET反型層載流子遷移率的測量。

對于一般的MOSFET工作于高溫時，漏源電流Ids等于溝道電流Ich與泄漏電流Ir兩者之和，但當其工作于常溫時，泄漏電流Ir急劇減小，近似為零，使得漏源電流Ids即為溝道電流Ich。因此，對于一般的MOSFET反型層載流子遷移率，可以根據測量線性區I—V特性求的。

總結

綜上所述，本文共指出了七中載流子遷移率的測量方法，除此之外，還可采用漂移實驗、分析離子擴散、分析熱釋電流極化電荷瞬態響應等方法進行載流子遷移率的測量。

第五篇：《風向和風速》優秀教案

《風向與風速》教案

教學目標

1.會用自制的風向標和小風旗測量風向和風速，并使用適當的方法記錄觀察結果。

2.感受到使用簡單工具能對天氣觀察活動提供很大的幫助。進一步提高觀察天氣現象的興趣和好奇心。

3.知道風可以通過自然界中事物的變化來感知，可以用風向和風速來描述。

科學概念：

風可以通過自然界中事物的變化來感知，可以用風向和風速來描述。

教學重點

能描述風向和風速。

教學難點：

會用自制的風向標和小風旗測量風向和風速，并使用適當的方法記錄觀察結果。

情感、態度、價值觀

感受到使用簡單工具能對天氣觀察活動提供很大的幫助。進一步提高觀察天氣現象的興趣和好奇心。

教學準備

教師：自制風向標、自制小風旗、電吹風等。學生：小紙片、風力等級歌謠。

教學過程

一、引入課題

１、知道風的樣子嗎？你是怎樣觀察到有風的?

２、風就在我們身邊，我們時常感覺到風的存在。今天我們就來研究一下風。（出示課題：風向和風速）

二、教學

認識風向

１、確定好方向，以學生座位為基點，明確東南西北后,演示:風吹動小紅旗,問紅旗是往什么方向飄的？叫什么風?

２、明確風向是指風吹來的方向,如北風是由北向南吹來的風,西風是由西向東吹來的風,東南風是由東南向西北吹來的風。

３、你還知道有哪些風向？

４、出示風向圖，認一認這八個方向，讀一讀。

（教師在黑板上示范畫一個風向圖。讓學生對風向圖有一個初步的認識）

5、一般我們在畫風向圖的時候，總是將北方畫在上面，這叫“上北下南，左西右東”。同學們也來照著畫一畫好嗎？

三、作業設計

填空

1．風向是指風______的方向。從東南方向吹來的風是______風。2．風向可以用______來測量?？梢杂胈___個方位來描述風向。

3．用紅領巾來判斷風向，發現紅領巾向東南方向飄動，那么這時的風向是 風。

4．______是測量風速的儀器。風速的單位是______。

答案

1風吹來的方向 東南

2風向標 正北 東北 正東 東南 正南 西南 正西 西北（八個方位）3西北

4風速儀 米/秒

選擇

1．吹向西邊的風是（）。

A、西風 B、東風 C、西北風

2．風向標的箭頭指向西北方向，當時的風向是（）風。

A、西南風 B、西北風 C、東南風 3．常用的風力等級表中把風分為（）個等級。A、11 B、12 C、13

答案 B 2 C 3 C

測一測，查一查

今天的風向是______；風速為______級。明天的風向是______；風速為______級。

四、課外補充

看風識天氣

久晴西風雨，久雨西風晴。日落西風住，不住刮倒樹。常刮西北風，近日天氣晴。半夜東風起，明日好天氣。雨后刮東風，未來雨不停。南風吹到底，北風來還禮。南風怕日落，北風怕天明。南風多霧露，北風多寒霜。夜夜刮大風，雨雪不相逢。南風若過三，不下就陰天。風頭一個帆，雨后變晴天。晌午不止風，刮到點上燈。無風現長浪，不久風必狂。

無風起橫浪，三天臺風降。大風怕日落，久雨起風晴。東風不過晌，過晌翁翁響。雨后東風大，來日雨還下。雹來順風走，頂風就扭頭。春天刮風多，秋天下雨多。