温度和风速测量方法总结

第一篇：温度和风速测量方法总结

第一章 风速测量

1.1风速测量

风是空气流动时产生的一种自然现象。空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。风是一个矢量，用风向和风速表示。地面风指离地平面10─12米高的风。风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。

1.2 风杯风速计

风杯风速计是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国鲁宾孙发明，当时是四杯，后来改用三杯。它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。

图1.1 风杯风速计

1.3 叶轮风速仪

风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。

法国KIKO叶轮风速仪工作原理如图1.2所示。叶轮的轴杆启动内含八个电磁极的原型磁铁，置于磁铁旁的双霍尔传感器感测到侧场中电磁极的转变信号。传感器的信号转换为电子频率且和风速成正比，并感测旋转方向。

图1.2 KIMO原理

1.4 热线风速计

一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。

金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2 mm；最小的探头直径仅1μm，长为0.2 mm。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。

0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。热线风速计用于0至5m/s的精确测量，使用温度约为±70℃。

当在湍流中使用热线风速计时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式风速计。因此，风速仪测量过程应尽量在通道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面应不得有遮挡（棱角，重悬，物等）。

图1.3 热线风速计

1.4.1 恒流式热线风速计

通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。利用风速探头进行测量。风速探头为一敏感部件。当有一恒定电流通过其加热线圈时，探头内的温度升高并于静止空气中达到一定值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生的基准反电势相互抵消，使输出信号为零，风速仪指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。1.4.2 恒温式热线风速计

风速仪热线的温度保持不变，给风速敏感元件电流可调，在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便，即阻值基本恒定，该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。

恒温风速仪则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏感元件两端电压发生变化，此时反馈电路发挥作用，使流过热敏感元件的电流发生相应的变化，而使系统恢复平衡。上述过程是瞬时发生的，所以速度的增加就好像是电桥输出电压的增加，而速度的降低也等于是电桥输出电压的降。

1.4.3 注意事项

除保持日常数据的准确性外，日常维护使用中还要注意以下几点：

1.禁止在可燃性气体环境中使用风速计。

2.禁止将风速计探头置于可燃性气体中。否则，可能导致火灾甚至爆炸。

3.请依据使用说明书的要求正确使用风速计。使用不当，可能导致触电、火灾和传感器的损坏。

4.在使用中，如遇风速计散发出异常气味、声音或冒烟，或有液体流入风速计内部，请立即关机取出电池。否则，将有被电击、火灾和损坏风速计的危险。

5.不要将探头和风速计本体暴露在雨中。否则，可能有电击、火灾和伤及人身的危险。

6.不要触摸探头内部传感器部位。

7.风速计长期不使用时，请取出内部的电池。否则，将电池可能漏液，导致风速计损坏。

8.不要将风速计放置在高温、高湿、多尘和阳光直射的地方。否则，将导致内部器件的损坏或风速仪性能变坏。

9.不要用挥发性液体来擦拭风速计。否则，可能导致风速仪壳体变形变色。风速计表面有污渍时，可用柔软的织物和中性洗涤剂来擦拭

10.不要摔落或重压风速计。否则，将导致风速计的故障或损坏。

11.不要在风速计带电的情况下触摸探头的传感器部位。否则，将影响测量结果或导致风速计内部电路的损坏。

1.5 超声波风速仪

超声风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。通过正、逆压电效应实现高频声能和电能之间的相互转换，从而实现超声波的发射和接收。由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用．它将是机械式风速仪的强有力替代品。

图1.4 超声波风速仪

1.5.1 应用领域

超声波风速计的应用便利、精确，在很多领域都能灵活运用，广泛应用于城市环境监测、风力发电、气象监测、桥梁隧道、航海船舶、航空机场、各类风扇制造业、需要抽风排气系统的行业等。

1.6 皮托管风速仪

皮托管是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置。由法国H.皮托发明而得名。严格地说，皮托管仅测量气流总压，又名总压管；同时测量总压、静压的才称风速管，但习惯上多把风速管称作皮托管。皮托管的构造如图，头部为半球形，后为一双层套管。测速时头部对准来流，头部中心处小孔（总压孔）感受来流总压p0，经内管传送至压力计。头部后约3～8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压p，经外套管也传至压力计。对于不可压缩流动，根据伯努利方程和能量方程可求出气流马赫数，进而再求速度。总压孔有一定面积，它所感受的是驻点附近的平均压强，略低于总压，静压孔感受的静压也有一定误差，其他如制造、安装也会有误差，故测算流速时应加一个修正系数ζ。ζ值一般在0.98～1.05范围内，在已知速度之气流中校正或经标准皮托管校正而确定。皮托管结构简单，使用方便，用途很广。如飞机头部或机翼前缘常装设皮托管，测量相对空气的飞行速度，又称空速管。

图1.5 皮托管结构图

1.7 分析与小结 1.7.1 热线风速计

该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。除携带容易方便外，其成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用，且长期安定性、以及在温度补偿方面都具有优势。

 适用范围：0.05～50m/s

 显示分辨率：0.01m/s

1.7.2 超声波风速仪

该方式是测试传送一定距离的超音波时间，因风的影响而使到达时间延迟，由此测试风速。该方法传感器部较大，在测试部周围，有可能发生紊流，使流动不规则，并且测量环境需要比较安静的场所，用途受到限定。

 适用范围：0～10m/s

 显示分辨率：0.01m/s

1.7.3 叶轮风速仪

该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。 适用范围：1～50m/s

 显示分辨率：0.1m/s

1.7.4 皮托管风速仪

在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。其原理比较简单，价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。 适用范围：5～100m/s

 显示分辨率：0.01m/s

第二章 温度测量

2.1温度测量方法

温度是表征物体冷热程度的物理量, 是国际单位制中七个基本物理量之一, 它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着科学技术水平的不断提高, 温度测量技术也得到了不断的发展。

2.2 温度测量的分类

温度测量的分类可以通过其与被测量的物体是否接触分为接触式和非接触式。

2.2.1 接触式测量

接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高。但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，所以其需要一定的时间才能达到热平衡。接触式测量仪存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温度测量。非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。

2.2.2 接触式测量方法

（1）膨胀式温度测量 原理：利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量。热胀冷缩式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等。

优点：结构简单, 价格低廉, 可直接读数,使用方便,非电量测量方式, 适用于防爆场合。

缺点：准确度比较低, 不易实现自动化, 而且容易损坏。

（2）电量式测温方法 利用材料的电势、电阻或其它电性能与温度的单值关系进行温度测量，包括热电偶温度测量、热电阻和热敏电阻温度测量、集成芯片温度测量等。

①热电偶的原理是两种不同材料的金属焊接在一起,当参考端和测量端有温差时, 就会产生热电势, 根据该热电势与温度的单值关系就可以测量温度。热电偶具有结构简单, 响应快, 适宜远距离测量和自动控制的特点, 应用比较广泛。

②热电阻是根据材料的电阻和温度的关系来进行测量的, 输出信号大, 准确度比较高, 稳定性好, 但元件结构一般比较大, 动态响应较差, 不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。

③热敏电阻是一种电阻值随温度呈指数变化的半导体热敏感元件, 具有灵敏度高、价格便宜的特点, 但其电阻值和温度的关系线性度差,且稳定性和互换性也不好。

④石英温度传感器是以石英晶体的固有频率随温度而变化的特性来测量温度的。石英晶体温度传感器稳定性很好, 可用于高精度和高分辨力的测量场合。随着电子技术的发展, 可以将感温元件和相关电子线路集成在一个小芯片上, 构成一个小型化、一体化及多功能化的专用集成电路芯片, 输出信号可以是电压、频率, 或者是总线数字信号, 使用非常方便,适用于便携式设备。（3）接触式光电、热色测温方法

原理：接触式光电测温方法主要是指通过接触被测对象,将温度变化引起的热辐射或其他光电信号引出, 通过光电转换器件检测该信号, 从而获得测温结果的方法。

优点：这种方法不像电量式测量方法容易受到电磁的干扰,可以在电磁环境下进行温度测量;可以避免像非接触式辐射温度计那样容易受到被测对象表面发射率和中间介质的影响。

缺点：会干扰被测对象的温度, 带来接触式测温方法引起的一些误差。

2.2.3 非接触式测温方法原理及特点

（1）辐射式测温方法

原理：是以热辐射定律为基础，它可分为全辐射高温计、亮度式高温计和比色式高温计。全辐射高温计结构相对简单, 但受被测对象发射率和中间介质影响比较大,测温偏差较大, 不适合用于测量低发射率目标。亮度温度计灵敏度比较高, 受被测对象发射率和中间介质影响相对较小, 测量的亮度温度与真实温度偏差较小, 但也不适用于测量低发射率物体的温度, 并且测量时要避开中间介质的吸收带。比色测温法测量结果最接近真实温度, 并且适用于低发射率物体的温度测量, 但结构比较复杂, 价格较贵。优点: ①可以采用伪彩色直观显示物体表面的温度场;②温度分辨力高, 能准确区分的温度差甚至达0.01℃以下。（2）光谱测温方法

光谱测温方法主要适用于高温火焰和气流温度的测量。当单色光线照射透明物体时, 会发生光的散射现象, 散射光包括弹性散射和非弹性散射, 弹性散射中的瑞利散射和非弹性散射的拉曼散射的光强都与介质的温度有关。（3）声波、微波测温方法

声学测温是基于声波在介质中的传播速度与介质温度有关的原理实现的, 因此只要测得声速, 就可以推算出温度。可以通过直接测量声波在被测介质中的传播速度, 也可以测量放在被测介质中细线的声波传播速度来得到温度。这种方法可以用于测量高温气体或液体的温度, 在高温时会有更高的灵敏度。

微波衰减法可以用来测量火焰温度, 其原理是当入射微波通过火焰时, 与火焰中的等离子体相互作用,使出射的微波强度减弱, 通过测量入射微波的衰减程度可以确定火焰气体的温度。

第三章 重点总结

3.1 数采仪原理

数采仪，全称为数据采集传输仪，主要应用于环境在线监测系统现场端。数采仪主要实现采集、存储各种类型监测仪器仪表的数据、并能完成与上位机数据传输功能的数据终端单元，具备单独的数据处理功能。

数据采集传输仪是现场仪表与上位机系统的连接仪器。数据采集传输仪通过数字通道、模拟通道、开关量通道采集监测仪表的监测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传输至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令控制监测仪表工作。在整个环境在线监测系统中，上位机是在线监测系统软件平台的统称，下位机则是现场仪器仪表的统称，包括仪表供应商提供的具有计算处理能力的工业控制计算机。

3.1.1 现用数采仪

⑴安捷伦34970A 安捷伦Agilent34970A是一种高性能、低价位的数据采集和开关主机，十分适于数据记录、数据采集和一般的开关与控制应用。它是一种半机架宽的主机，内部有61/2位（22比特）的数字电压表，其背面有3个插槽，可以接受开关与控制的模块某块组合。

Agilent 34970A包括了台式数字多用表（DMM）的功能特性，34970A具有61/2位的分辨率（22比特）、0.004%的基本直流电压精度和极低的读数噪声,加上高达250通道/s扫描速率，可以得到为完成工作任务所需要的速度和精度.强有力的适应能力Agilent 34970A的独特设计允许逐通道进行配置,以求达到最大的灵活性及快速方便设置内部的自动量程转换。DMM有11种不同的直接测量功能，而不需要昂贵的外部信号调整。内部的温度转换程序可以C、F或（Kelvin）显示未处理过的热偶、RTD或热敏电阻的输入。利用定度可将线性传感器的输出直接转换到工程单位，甚至可以设置高/低超出容限的情况。

⑵ 横河MW100 MW100是可扩展的、高性能数据采集/数据记录平台，适用于恶劣测量环境下的PC控制/单机运行。高速、多通道测量，实验室和生产现场的理想选择。高耐压：600VAC rms 150/60Hz连续。高抗扰度：4通道隔离A/D电路。多周期(测量和记录周期可不同)。从小规模到多通道的灵活结构。

3.2 热电偶

两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：

1.热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；

2.热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；

3.当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

3.2.1 补偿导线

在一定温度范围内，具有与其匹配的热电动势标称值相同的一对带绝缘包覆的导线叫补偿导线。用它们连接热电偶与测量装置，以补偿热电偶连接处的温度变化所产生的误差。

补偿导线特点：

① 热电特性稳定，电绝缘性能好，使用寿命长。② 柔软，弯曲性能能好，使用方便。

③ 包覆层材料稳定可靠，具有一定的耐温性和耐寒性能。3.2.2 热电偶分度标准

热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。

S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃,短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同；

B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。

N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶；

K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃,短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛；

E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃；

J分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工；

T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度

3.3 热线风速仪探头

热线风速计分旁热式和直热式两种，见图。旁热式的热线一般为锰铜丝，其电阻温度系数近于零，它的表面另置有测温元件。直热式的热线多为铂丝，在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度。

图3.1 热线风速探头

由风速探头的结构特点，0963-00型测温元件与发热部分所处平面必须垂直于流体方向才能保证测出同一时刻的温度变化，所以为指向型探头。0964-01/02型探头由于结构特点，无需调整方向便可测量所处流体的风速。

第二篇：温度测量方法

温度测量方法

姓名： 学号：

温度测量方法：主要分为两大类 接触式测温方法 ：

一、膨胀式测温方法

膨胀式测温是一种比较传统的温度测量方法，它主要利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量。膨胀式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等。

最常见的玻璃液体温度计，利用水银、有机液体（酒精或煤油）或汞基合金等液体的热胀冷缩原理进行温度测量。根据选用感温介质的不同，测量的温度范围一般为-80～600℃。

双金属温度计是由两种线膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的，将其一端固定，由于两种金属膨胀系数不同，当温度变化时，就会引起弯曲变形从而指示温度。使用黄铜和镍合金制成的温度计最高温度可以达到200℃，而使用不同成分的镍合金钢其最高温度可以达到500℃。

二、电量式测温方法

电量式测温方法主要利用材料的电势、电阻或其它电性能与温度的单值关系进行温度测量，包括热电偶温度测量、热电阻温度测量、集成芯片温度测量等。

1、热电偶：热电偶测量主要用到电热效应，热电偶的原理是两种不同材料的金属焊接在一起，当参考端和测量端有温差时，就会产生热电势，该热电势是温度差的函数，通过测量热电偶产生的热电势，就可以测量温度。但因为测量的是测量端和参考端的温度差，而一般热电势-温度差的分度表基于参考端为0℃，因此实际测量中，如果参考端处于室温时，需要进行室温补偿。

2、热电阻：热电阻是根据材料的电阻和温度的关系来进行测量的。热电阻是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值（电压/ 电流），再将电阻值转换成温度值，从而实现温度测量。热电阻和温度变送器之间有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。

按照感温元件的材质，可以分为金属与半导体两类。金属导体有铂、铜、镍、铑铁及铂钴合金等，常见的为铂电阻和铜电阻温度传感器。半导体有锗、碳和热敏电阻等。铂电阻的使用温度范围为-200～850℃，铜热电阻的使用温度范围一般为-50～150℃。热敏电阻一般可以在-40～350℃温度范围内使用。热电阻测量准确度比较高，输出信号大，稳定性好，但元件结构一般比较大，动态响应差，不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。

3、集成芯片温度测量：随着电子技术的发展，可以将感温元件和有关的电子线路集成在一个小芯片上，构成一个小型化、一体化及多功能化的专用集成电路芯片。AD590集成电路温度传感器是一种典型的集成温度传感器，可以输出一个与温度成线性关系的电压，测量范围可以达到-55～50℃。近年来发展的DS1820智能温度传感器，采用数字化技术，采用单线接口方式，支持多点组网功能，在使用中不需要任何外围元件，测温范围为-55～125℃。

三、接触式光电、热色测温方法

1、接触式光电测温法：

接触式光电测温方法主要是指通过接触被测对象，将温度变化引起的热辐射或其他光信号引出，通过光电转换器件检测其变化从而测量温度的方法。接触式光电测温方法本身使用辐射或光电原理进行温度测量，但在测量中传感器要和被测对象接触。因此这种测温方法兼具有两种测量方法的优点和缺点。首先是不像电量式测量方法一样容易受到电磁的干扰，可以应用在电磁环境下进行温度测量；另外可以避免非接触式辐射温度计那样容易受到被测对象表面发射率和中间介质的影响。缺点是也会干扰被测对象的温度，带来接触式测温方法引起的一些误差。

其原理是：将一支底端封闭的耐高温光导管插入到被测介质中，温度平衡后由光导管传输出的高温辐射，通过高温计后端的光电转换器件转换为电信号，该电信号与感受的温度单调对应，从而测量出介质的温度。近年来发展的空腔黑体式光电高温计原理也是如此，但光导管要经过特殊设计做成黑体腔，使其有效发射率接近1，避免了被测介质的发射率对测温结果的影响。这种高温计测量范围一般为800～2000℃，其上限温度主要受光导管材料的限制。

2、热色测温方法

热色测温方法主要通过示温敏感材料的颜色在不同温度下发生变化来指示温度的。示温涂料是一些化合物或混合物，能够伴随外界温度的改变而迅速引起其固有颜色的变化，反过来可以根据其显示的当前颜色来测量温度。根据示温涂料变色后出现颜色的稳定性，可以分成可逆型示温涂料和不可逆型示温涂料；又可根据涂层随温度变化所出现的颜色的多少分为单变色示温涂料和多变色示温涂料。示温涂料根据材料的不同，可以覆盖室温到1600℃温度范围，测温误差大约在±（10～20）℃。示温涂料可以测量运动物体或其他复杂情况表面的温度分布，使用简单方便，缺点是影响判别温度结果的因素比较多，如涂层厚度、判读方法、样板和示温颗粒大小等，目前主要还是靠人工判读。非接触测量方法 ：

与接触测温法相比，非接触测温法不需要与被测对象接触，因而不会干扰温度场，动态响应特性也很好，但是会受到被测对象表面状态或测量介质物性参数的影响。

非接触测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、激光干涉式测温以及声波测温方法等。

一、辐射式测温方法

辐射式测温方法都是建立在热辐射定律基础上的。其原理是：当实际物体的辐射强度（包括所有波长或大部分波长）与黑体的辐射强度相等，则黑体的温度称为实际物体的辐射温度；当实际物体（非黑体）在某一波长下的单色辐射亮度同黑体在同一波长下的单色辐射亮度相等时，则该黑体的温度称为实际物体的亮度温度；当黑体与实际物体（非黑体）在某一光谱区域内的两个波长下的单色辐射亮度之比相等，则黑体的温度称为实际物体的颜色温度。基于以上三种表观温度测量方法的高温计分别称为全辐射高温计、亮度式高温计和比色式高温计。不同结构类型的辐射高温计测量范围不同，目前定型的高温计可以覆盖-50℃～3200℃的温度范围。

全辐射高温计结构相对简单，但受被测对象发射率和中间介质影响比较大，测温偏差较大，不适用于测量低发射率目标。亮度温度计结构也比较简单，灵敏度比较高，受被测对象发射率和中间介质影响相对较小，测量的亮度温度与真实温度偏差较小，但也不适用于测量低发射率物体的温度，并且测量时要避开中间介质的吸收带。比色测温法测量结果最接近真

实温度，并且适用于低发射率物体的温度测量，但结构比较复杂，价格较贵。

二、光谱方法测温方法

非接触的光谱测温方法主要适用于高温火焰和气流温度的测量。原理为：它主要通过检测被测介质的激发光谱信号进行温度测量。当单色光线照射透明物体时,会发生光的散射现象。散射光包括弹性散射和非弹性散射，弹性散射中的瑞利散射和非弹性散射的拉曼散射的光强都与介质的温度有关。相比而言,拉曼散射光谱测温技术的实用性更好，其主要应用之一就是测量高温气体的温度。

受激荧光光谱法是指在入射光的激励下，分子发出的荧光光谱在若干个波长上有较强的尖峰，这些特征波长的强度是温度的函数。通过测量其特征波长下的绝对强度或者相对强度，或者荧光的驰豫时间，就可以确定被测介质的温度。

三、激光干涉测温方法

激光散斑照相法、纹影法和干涉法均是基于光的干涉原理，都适用与高温火焰和气流温度的测量。基于干涉原理的各种光学方法测量介质的温度场,均可以等效为首先测量介质的折射率分布。它们的测量原理是将流场中各处折射率的变化(即密度的变化)转变为各种光参量的变化,记录并处理后可以得到其温度和分布。

散斑照相法记录的是偏折位置差,反映的是折射率梯度的变化(即折射率的二阶导数)；纹影法记录的是偏折角度差,反映的是折射率的梯度(即折射率的一阶导数)；干涉仪法记录的是光波相位差,反映的是折射率本身；全息干涉法也是基于干涉仪法的原理,不过它不仅记录物波波前的振幅信息,同时还记录波前的相位信息，既有相位信息又有振幅信息,反映的是折射率本身和三维流场的立体信息。

四、声波、微波法测温方法

声学测温是基于声波在介质中的传播速度与介质温度有关这一基本原理实现的，因此只要测得声速，就可以推算出温度。可以直接测量声波在被测介质中的传播速度，也可以测量放在被测介质中的细线的声波传播速度。这种方法可以用于测量高温气体或液体的温度，选用合适的细线材料，也适用于测量腐蚀性介质的温度。声波法测温在高温时有更高的灵敏度。微波衰减法可以用来测量火焰温度，当入射微波通过火焰时,与火焰中的等离子体相互作用,使出射的微波强度减弱,通过测量入射微波的衰减程度可以确定火焰气体的温度。

第三篇：风向和风速教案

测风向仪模型

一、教学目标

1.知道风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。

2.会用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法记录观察结果。

3.感受到使用简单工具能对天气观察活动提供很大的帮助。进一步提高观察天气现象的兴趣和好奇心。

二、教学重难点

教学重点：能描述风向和风速。

教学难点：会用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法记录观察结果。

三、教学准备

教师：自制风向标、自制小风旗、电风扇等。

学生：提前剪好的三角形和鱼尾形、剪刀、带橡皮的铅笔、大头针、吸管、正方形硬纸板、橡皮泥、胶带。

四、课时安排：一课时

五、教学过程

（一）引入课题

1.准备“风”的音频，让学生听听这是什么自然现象？ 2.知道风的样子吗？你是怎样观察到有风的?（预设：红旗飘起来，头发飘起来，红领巾飘起来，树叶有声音、树枝摇摆等）

风就在我们身边，我们时常感觉到风的存在。今天就让我们一起走进风的世界，就来研究一下风向和风速。（出示课题：风向和风速）

（二）新课教学

同学们和老师先来看一份天气预报。（找学生读一读）谁找到了关于风的关键字呢？（学生找到后单独出示西北风4-5级）

现在请大家先来思考一下，这一行关键字主要报告了风的哪些要素呢？

同学们思考的很对，是风的风向和风速。下面，我们先来认识风向。

1.认识风向

这是一张风向图（出示风向图），风向分为八个方位。分别是上北，下南，左西，右东，西北，东北，东南，西南。风向是指风吹来的方向，比如：北风是由北向南吹来的风，西风是由西向东吹来的风，东南风是由东南向西北吹来的风（老师介绍）。你还知道有哪些风向？（1）你能在纸上画一画吗？（学生在正方形硬纸板上照着画风向图）。

（2）先在教室定好方向（黑板方向是北，对面是南，左面是西，右面是东等，但是要提示学生这是假定的方向，在室外，是要靠一些事物或是指南针来辨别真正的方向的），老师站在一个方向表示风的起点，找一个同学，让学生判断是什么方向的风。

2.认识风向标

除了利用小旗子、树等自然界的景物可以帮助我们辨别风向外，也可以利用一些简单装置。

（1）出示风向标，这个装置叫风向标，是用来测定风向的工具。这个箭头所指的方向就是风向。同学们想不想做一个简易的风向标呢？

（2）小组合作学做风向标。要求：

①在吸管两端纵向切开约1厘米的缝隙。

②用硬纸板剪一个大小适中的箭头和一个稍大的箭翼。分别插入吸管两端的缝隙，并固定。

③用一根大头针穿过吸管平衡点并插入铅笔一端的橡皮中，使其能自由转动。

注意：箭头和箭翼以及插入的大头针要尽可能在同一平面内。最后要用橡皮泥把它固定在方位卡上。

开始游戏：老师从北边和东北边的方向用电风扇吹风，让学生拿着自己制作的风向标到风扇前面检测，保证自己的方位卡要面朝北边。

首先把风向标的尾部朝着风扇，风向标做成功的同学，箭头部分会自动转过来，朝着风吹来的方向。从而明白风向标箭头所指的方向就是风吹来的方向，也就是风向。（通过这游戏，让学生更直观的了解风向标的指示作用，从而加深对风向的理解。）

（3）研究测量要点。

我们现在手头上都有了方向标，那我们能在教室里测风向吗？为什么？

我们在测风向时，该注意些什么？（到比较空旷的地方。要确定方向。）

3.认识风速

风向我们明白了，但是对于风速还不是特别的了解，有谁能说说你怎样知道风是大还是小？讲清理由。（可以是感觉，也可以是从其他事物中表现出来的。）

（1）风向是可以用风向标进行测量，其实风速也可以测量。我们可以用这种简单的方式来进行简单的测量。（出示小纸片，要求学生用嘴吹风，感受一下风的大小和纸片的变化，使学生有一个初步的认识。）

（2）教师出示自制小红旗演示：红旗不动，表示无风，用0表示；红旗微动，表示微风，用1表示；红旗抖动，就表示大风，用2表示。（出示“我们的风速等级”，加深印象。）

（3）风速虽然能用无风、微风和大风表示，但同样是大风，又有很大的区别。为此，气象学家用风速仪来测风速（介绍风速仪，并演示如何使用），并且确定了１３个风速等级。

（4）阅读书本第１０页的蒲福风力等级”表。

（5）熟悉１３个风力等级歌谣（齐读）。

（6）出示若干风力等级图片，学生来判断是几级风。

（7）出示台风和龙卷风的视频，了解他们的破坏力和对人们生活的影响，并交流学习遇到这种情况时的自救措施。（8）风的益处。

（三）随堂小练习。

1．某人面向北方站着，风从他的背面吹来，则此风为 ______风。

2．纸片往南飞,此时的风向为_____风。

3．周一升旗时，五星红旗能展开飘扬，此时的风力为_____级。

（四）说说今天的收获？

六、设计特色

1.符合孩子的学习特点，自己动手做风向标，提起学生极大的兴趣，也开阔了视野。在测试风向标的时候，学生能深刻体会到自己在制作方面的问题，进而改进风向标，在这个过程中，对风向标的认识得到了升华。

2.教师搜集了台风和龙卷风的视频，加深了同学们对风的认识，拓宽了视野，学到了自救的知识。同时激起了学生课下对风的资料的搜集和进一步的了解。

第四篇：载流子迁移率测量方法总结

载流子迁移率测量方法总结

引言

迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。本文对载流子测量方法进行了小结。

迁移率μ的相关概念

在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为：

式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s或cm2／V·s。

迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。它对半导体器件的工作速度有直接的影响。

在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。事实上，载流子在其热运动的过 程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶 格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。

测量方法

(1)渡越时间(TOP)法

渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。

在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。设薄层状况不变，则运动速度为μE。如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增 加。在t时刻有：

若式中L为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。则

在t0时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有

式中L、V和t0皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。

(2)霍尔效应法

霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。

将一块通有电流I的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为

式中R为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。

(3)电压衰减法

通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L的样品的时间，进而可确定材料的μ值。

(4)辐射诱发导电率(SIC)法

辐射诱发导电率(SIC)法适合于导电机理为空间电荷限制导电性材料。

在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。根据理论分析SCLC电导电流与迁移率的关系为

J=pμε1ε0V2/εDd3(7)测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。

(5)表面波传输法

将被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为 Iae=μP／Lv．(8)式中P为声功率，L为待测样品两极间距离，v为表面声波速。有此式便可推出μ值。

(6)外加电场极性反转法

在极性完全封闭时加外电场，离子将在电极附近聚集呈薄板状，引起空间电荷效应。当将外电场极性反转时，载流子将以板状向另一电极迁移。由于加在载流子薄层 前、后沿的电场影响，因而在极性反转后t时间时，电流达到最大值。t相当于载流子薄层在样品中行走的时间，结合样品的厚度、电场等情况，即可确定μ值。

(7)电流一电压特性法

本方法主要适用于工作于常温下的MOSFET反型层载流子迁移率的测量。

对于一般的MOSFET工作于高温时，漏源电流Ids等于沟道电流Ich与泄漏电流Ir两者之和，但当其工作于常温时，泄漏电流Ir急剧减小，近似为零，使得漏源电流Ids即为沟道电流Ich。因此，对于一般的MOSFET反型层载流子迁移率，可以根据测量线性区I—V特性求的。

总结

综上所述，本文共指出了七中载流子迁移率的测量方法，除此之外，还可采用漂移实验、分析离子扩散、分析热释电流极化电荷瞬态响应等方法进行载流子迁移率的测量。

第五篇：《风向和风速》优秀教案

《风向与风速》教案

教学目标

1.会用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法记录观察结果。

2.感受到使用简单工具能对天气观察活动提供很大的帮助。进一步提高观察天气现象的兴趣和好奇心。

3.知道风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。

科学概念：

风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。

教学重点

能描述风向和风速。

教学难点：

会用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法记录观察结果。

情感、态度、价值观

感受到使用简单工具能对天气观察活动提供很大的帮助。进一步提高观察天气现象的兴趣和好奇心。

教学准备

教师：自制风向标、自制小风旗、电吹风等。学生：小纸片、风力等级歌谣。

教学过程

一、引入课题

１、知道风的样子吗？你是怎样观察到有风的?

２、风就在我们身边，我们时常感觉到风的存在。今天我们就来研究一下风。（出示课题：风向和风速）

二、教学

认识风向

１、确定好方向，以学生座位为基点，明确东南西北后,演示:风吹动小红旗,问红旗是往什么方向飘的？叫什么风?

２、明确风向是指风吹来的方向,如北风是由北向南吹来的风,西风是由西向东吹来的风,东南风是由东南向西北吹来的风。

３、你还知道有哪些风向？

４、出示风向图，认一认这八个方向，读一读。

（教师在黑板上示范画一个风向图。让学生对风向图有一个初步的认识）

5、一般我们在画风向图的时候，总是将北方画在上面，这叫“上北下南，左西右东”。同学们也来照着画一画好吗？

三、作业设计

填空

1．风向是指风______的方向。从东南方向吹来的风是______风。2．风向可以用______来测量。可以用____个方位来描述风向。

3．用红领巾来判断风向，发现红领巾向东南方向飘动，那么这时的风向是 风。

4．______是测量风速的仪器。风速的单位是______。

答案

1风吹来的方向 东南

2风向标 正北 东北 正东 东南 正南 西南 正西 西北（八个方位）3西北

4风速仪 米/秒

选择

1．吹向西边的风是（）。

A、西风 B、东风 C、西北风

2．风向标的箭头指向西北方向，当时的风向是（）风。

A、西南风 B、西北风 C、东南风 3．常用的风力等级表中把风分为（）个等级。A、11 B、12 C、13

答案 B 2 C 3 C

测一测，查一查

今天的风向是______；风速为______级。明天的风向是______；风速为______级。

四、课外补充

看风识天气

久晴西风雨，久雨西风晴。日落西风住，不住刮倒树。常刮西北风，近日天气晴。半夜东风起，明日好天气。雨后刮东风，未来雨不停。南风吹到底，北风来还礼。南风怕日落，北风怕天明。南风多雾露，北风多寒霜。夜夜刮大风，雨雪不相逢。南风若过三，不下就阴天。风头一个帆，雨后变晴天。晌午不止风，刮到点上灯。无风现长浪，不久风必狂。

无风起横浪，三天台风降。大风怕日落，久雨起风晴。东风不过晌，过晌翁翁响。雨后东风大，来日雨还下。雹来顺风走，顶风就扭头。春天刮风多，秋天下雨多。