土木工程结构试验3章1(19)

土木工程结构试验

第3章 量测仪器与采集系统

Chapter 3 Instrumentation and Date Acquisition System

3.6 温度量测(temperature measurements )

温度是一个基本的物理量。实际结构的应力分布、变形性能和承载能力都可能与温度发生十分密切的关系。常温作用下，温度应力常常使混凝土结构出现裂缝。较为典型的是新浇灌的大体积混凝土产生水化热，热加工厂房常年的高环境温度，这使得温度成为结构设计中必须考虑的因素之一。因此，结构试验中，有时也有温度测量的要求。

测温的方法很多，从测试元件与被测材料是否接触来分，可以分为接触式测温和非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理，测温元件与被测材料接触，两者处在同一热平衡状态，具有相同的温度，如水银温度计和热电偶温度计。非接触式测温是利用热辐射原理，测温元件不与被测材料接触，如红外温度计。以下主要介绍温度量测仪器中的热电偶温度计、热敏电阻温度计和光纤测温传感器。

3.6.1 热电偶温度计(thermocouple)

热电偶的基本原理如图3.6.1所示，它由两种不同材料的金属导体A和B组成一个闭合回路，当节点1的温度T不同于节点2的温度T0时，闭合回路中产生电流或电压，其大小

可由图中的电压表测量。实验表明，测得的电压随温度T的升高而升高。由于回路中的电压与两节点的温度T和T0有关，故将其称为热电势。一般说来，在任意两种不同材料导体首

尾相接构成的回路中，当回路的两接触点温度不同时，在回路中就会产生热电势，这种现象称为热电效应。由于热电势是以两节点存在温差为前提，因而也称为温差电势，这两种不同导体的组合就称为热电偶，A和B称为热电极。在混凝土结构内部进行温度测试时，常用直径较小的铠装热电偶。实用热电偶测温电路一般由热电极、补偿导线、热电势检测仪表三部分组成。

热电偶温度计一般适用于500℃

以上的高温度量测，在结构防火抗火

试验中，通常使用热电偶温度计。对

于中、低温环境，使用热电偶测温就

不一定合适，因为温度较低时，热电

偶输出的热电势很小，影响测量精度，

参考端(冷端)也很容易受环境影响而

导致补偿困难。 图3.6.1 热电偶原理 A、B－导体；1、2－节点

3.6.2 热敏电阻温度计(thermistor)

当温度较低时，可采用金属丝热电阻或热敏电阻温度计。常用的金属测温电阻有铂热电阻和铜热电阻，这种电阻可以将温度的变化转换为电阻的变化，因此温度的测量转化为电阻的测量。类似于应变的测量转化为电阻应变片的电阻测量，可以采用电阻应变仪测量热电阻的微小电阻变化。热敏电阻是金属氧化物粉末烧结而成的一种半导体，与金属丝热电阻相同，其电阻值也随温度而变化，一般热敏电阻的温度系数为负值，即温度上升时电阻值下降。热敏电阻的灵敏度很高，可以测量0.001～0.0005

℃的微小温度变化，此外，它还有体积小，