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1、 3.3 溫度檢測(cè)方法溫度檢測(cè)方法溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法溫度檢測(cè)方法v應(yīng)用熱膨脹測(cè)溫v應(yīng)用熱電阻原理測(cè)溫v應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)的基本知識(shí)溫度檢測(cè)的基本知識(shí)溫度:溫度:反映了物體冷熱的程度,與自然界中的各種物理和化學(xué)過(guò)反映了物體冷熱的程度,與自然界中的各種物理和化學(xué)過(guò) 程相聯(lián)系。程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測(cè)量:溫度概念的建立及測(cè)量:以熱平衡為基礎(chǔ)的以熱平衡為基礎(chǔ)的,溫度最本質(zhì)的性質(zhì):溫度最本質(zhì)的性質(zhì):當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生 導(dǎo)熱換熱,換熱結(jié)束后兩物體處于
2、熱平衡狀態(tài),則它們具導(dǎo)熱換熱,換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài),則它們具 有相同的溫度。有相同的溫度。測(cè)量方法:測(cè)量方法:接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫 溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸,經(jīng)過(guò)換熱后兩者溫度相等。溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸,經(jīng)過(guò)換熱后兩者溫度相等。 (1) (1) 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì) (2) (2) 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) (3)(3)熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) (4)(4)其他原理的溫度計(jì)其他原理的溫度計(jì)直觀、可靠,測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單直觀、可靠,測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單特點(diǎn)非接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫 溫度敏感元件不與
3、被測(cè)對(duì)象接觸,而是通過(guò)輻射能量進(jìn)行熱交換,由輻射溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸,而是通過(guò)輻射能量進(jìn)行熱交換,由輻射能的大小來(lái)推算被測(cè)物體的溫度。能的大小來(lái)推算被測(cè)物體的溫度。 (1) (1) 輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì) (2) (2) 光纖式溫度計(jì):光纖式溫度計(jì):特點(diǎn)不與被測(cè)物體接觸,不破壞原有的溫度場(chǎng)。精度一般不高不與被測(cè)物體接觸,不破壞原有的溫度場(chǎng)。精度一般不高。溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表溫 標(biāo)攝氏溫標(biāo) -是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)定為是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)定為0 0度,純水的沸點(diǎn)定為度,純水的沸點(diǎn)定為100100度的一種度的一種溫標(biāo)。在溫標(biāo)。在0 0度和度和100100度之
4、間分成度之間分成100100等分,每一分為一攝氏度,符號(hào)為等分,每一分為一攝氏度,符號(hào)為。華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo) -規(guī)定在大氣壓下,純水的冰融點(diǎn)為規(guī)定在大氣壓下,純水的冰融點(diǎn)為3232度,純水的沸點(diǎn)為度,純水的沸點(diǎn)為212212度,中間劃度,中間劃分為分為180180等分,每一分為一華氏度,符號(hào)為等分,每一分為一華氏度,符號(hào)為。熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) -又稱開(kāi)爾文溫標(biāo),單位為開(kāi)爾文(又稱開(kāi)爾文溫標(biāo),單位為開(kāi)爾文(K K)。)。國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo) -是一種符合熱力學(xué)溫標(biāo)又使用簡(jiǎn)單的溫標(biāo)。是一種符合熱力學(xué)溫標(biāo)又使用簡(jiǎn)單的溫標(biāo)。最新溫標(biāo)是最新溫標(biāo)是19901990年國(guó)際溫標(biāo)年國(guó)際溫標(biāo) (ITS(ITS
5、90)90)溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫 測(cè)量原理物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹 液體膨脹式溫度計(jì) 固體膨脹式溫度計(jì) 玻璃管溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)原理圖溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表應(yīng)用熱電阻原理測(cè)溫應(yīng)用熱電阻原理測(cè)溫 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化 測(cè)量原理在在0 0630.74630.74范圍內(nèi),金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)系為范圍內(nèi),金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)系為 T R熱電阻在在-50-50180180范圍內(nèi),金屬銅的電阻值與溫度的關(guān)系為范圍內(nèi),金屬銅的電阻值與溫度的關(guān)系為)1 (0tRRt1 320CtBtAtR
6、Rt溫度0時(shí)的電阻值 溫度t時(shí)的電阻值 溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì) 應(yīng)用于應(yīng)用于-200600-200600范圍內(nèi)的溫度測(cè)量范圍內(nèi)的溫度測(cè)量 熱電阻電阻體(最主要部分)絕緣套管接線盒熱電阻電阻體(最主要部分)絕緣套管接線盒熱電阻的材料要求:熱電阻的材料要求:電阻溫度系數(shù)要大;電阻率盡可能大,熱容量要小,在測(cè)電阻溫度系數(shù)要大;電阻率盡可能大,熱容量要小,在測(cè)量范圍內(nèi),應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能;電阻與溫度的關(guān)系最量范圍內(nèi),應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能;電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性;好接近于線性;應(yīng)有良好的可加工性,且價(jià)格便宜。應(yīng)有良好的可加工性,且價(jià)格便宜。溫度
7、檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表 鉑電阻電阻率較大,電阻電阻率較大,電阻- -溫度關(guān)系呈非線性,但測(cè)溫范圍廣,精溫度關(guān)系呈非線性,但測(cè)溫范圍廣,精度高,且材料易提純,復(fù)現(xiàn)性好度高,且材料易提純,復(fù)現(xiàn)性好工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為PtPt100100和和PtPt1010 銅電阻電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性,電阻溫度系數(shù)也較大,而且電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性,電阻溫度系數(shù)也較大,而且其材料易提純,價(jià)格比較便宜,但缺點(diǎn)是在其材料易提純,價(jià)格比較便宜,但缺點(diǎn)是在100100以上易被氧以上易被氧化化工業(yè)用銅熱電阻的分度號(hào)為工業(yè)用銅熱電阻的分度號(hào)為CuCu5050和和CuCu100100
8、熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 NTC NTC )電阻溫度系數(shù)約為鉑電阻的電阻溫度系數(shù)約為鉑電阻的4 49 9倍,且本身電阻值較高。半導(dǎo)體倍,且本身電阻值較高。半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻熱敏電阻的電阻- -溫度特性呈非線性,并且穩(wěn)定性和互換性差。溫度特性呈非線性,并且穩(wěn)定性和互換性差。溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表456溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表插入深度要求插入深度要求測(cè)量端應(yīng)有足夠的插入深度,應(yīng)使保護(hù)套管的測(cè)量端超過(guò)管測(cè)量端應(yīng)有足夠的插入深度,應(yīng)使保護(hù)套管的測(cè)量端超過(guò)管道中心線道中心線510mm510mm。流體流動(dòng)方向插入方向要求插入方向要求保證測(cè)溫元件與流體充分接
9、觸,最好是迎著被測(cè)介質(zhì)流向插保證測(cè)溫元件與流體充分接觸,最好是迎著被測(cè)介質(zhì)流向插入,正交入,正交9090也可,但切勿與被測(cè)介質(zhì)形成順流。也可,但切勿與被測(cè)介質(zhì)形成順流。應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫 測(cè)量原理兩種不同的金屬兩種不同的金屬A A和和B B構(gòu)成閉合回路構(gòu)成閉合回路當(dāng)兩個(gè)接觸端當(dāng)兩個(gè)接觸端 T T T T0 0時(shí),回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)時(shí),回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電勢(shì)由兩種材料的熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)和單一材料的和單一材料的溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)決定決定熱電極熱電極熱電熱電偶接偶接點(diǎn)點(diǎn)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)0TA0ATAK1E (T,T)d(N T)eN溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)閉和回路總電勢(shì) AB
10、 )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB)()()()()()()()()()()()()()(),()(),()(),(00000000000tFtFttttttttttttttttttttABABABABABABAAABBBABAABBABAB溫差有關(guān)溫差有關(guān)材料有關(guān)材料有關(guān)u熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的材料和材熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān),與熱電偶絲的直徑、長(zhǎng)料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān),與熱電偶絲的直徑、長(zhǎng)度及沿程溫度分布無(wú)關(guān)。度及沿程溫度分布無(wú)關(guān)。u只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶,相同材只有用兩種不同性質(zhì)的材料才
11、能組成熱電偶,相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。u熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后,熱電勢(shì)的大小只熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后,熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果t0已知且恒定,回已知且恒定,回路總熱電勢(shì)路總熱電勢(shì)EAB(T,T0)只是溫度)只是溫度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。備注:備注: 分分 度度 表表如果能使冷端溫度如果能使冷端溫度t t0 0 固定,則總電勢(shì)就只與溫度固定,則總電勢(shì)就只與溫度t t成單值函數(shù)關(guān)系成單值函數(shù)關(guān)系 CtFttABAB)(),(0分度表分度表-當(dāng)冷端(參比端)溫度為當(dāng)冷端(參比端)溫
12、度為0 0度時(shí)度時(shí) 熱電勢(shì)與熱端溫度之間熱電勢(shì)與熱端溫度之間 關(guān)系列成表格關(guān)系列成表格如如 分度表分度表.doc.doc和熱電偶電阻分度表和熱電偶電阻分度表.exe.exe 問(wèn)題引出 解決方法熱電偶冷端暴露于空間,受環(huán)境溫度影響熱電偶冷端暴露于空間,受環(huán)境溫度影響熱電極長(zhǎng)度有限,冷端受到被測(cè)溫度變化的影響熱電極長(zhǎng)度有限,冷端受到被測(cè)溫度變化的影響把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測(cè)對(duì)象且溫度比較穩(wěn)定的地方把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測(cè)對(duì)象且溫度比較穩(wěn)定的地方造成浪費(fèi)造成浪費(fèi)選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能,其材料又是廉價(jià)金屬導(dǎo)選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能,其材料又是廉價(jià)金屬導(dǎo)線線
13、補(bǔ)償導(dǎo)線其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移;其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移;其二是降低了成本其二是降低了成本。 功 能(2)(2)補(bǔ)償導(dǎo)線不同型號(hào)的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同不同型號(hào)的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極,使其分別與熱電偶的連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極,使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對(duì)應(yīng)正負(fù)極一一對(duì)應(yīng)補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出(補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出(01000100),否則),否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。 使用補(bǔ)償導(dǎo)線注意問(wèn)題 問(wèn)題引出 冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為00時(shí)的時(shí)的熱電勢(shì)熱電勢(shì)- -溫度關(guān)系,
14、與熱電偶配套使用的顯示儀溫度關(guān)系,與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行刻度的。表就是根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行刻度的。 解決方法0恒溫法恒溫法 冷端溫度修正法冷端溫度修正法 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 0恒溫法適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表冷端溫度修正法 設(shè):冷端溫度恒為設(shè):冷端溫度恒為t t0 0(t t0 000)被測(cè)溫度為)被測(cè)溫度為 t t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端 t0的熱電勢(shì)測(cè)量得出的熱電勢(shì) 被測(cè)溫度 t 的熱電勢(shì) 儀表機(jī)械
15、零點(diǎn)調(diào)整法 將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t t0 0處,相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢(shì)之前就處,相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢(shì)之前就給顯示儀表輸入了電勢(shì)給顯示儀表輸入了電勢(shì)E(tE(t0 0, 0) , 0) 溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表由分度表查得由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv E (20,0 ) = 0.113 mv 則則 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0) = E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv = 7.434 mv
16、 再查分度表得其對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度再查分度表得其對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度t = 808t = 808例用用S S型熱電偶測(cè)溫,熱電偶的冷端溫度型熱電偶測(cè)溫,熱電偶的冷端溫度t t0 0=20=20,測(cè)得熱電勢(shì),測(cè)得熱電勢(shì)為為7.32 mv7.32 mv,求被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度,求被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度t t 。解補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 補(bǔ)償電橋法是補(bǔ)償電橋法是在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋,串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋,此電橋輸出的電壓隨此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化熱電偶冷端溫度變化而變化,從而修正熱而變化,從而修正熱電偶冷端溫度波動(dòng)引電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。入的誤差。Rcu-熱電阻,在參
17、比熱電阻,在參比端,選擇端,選擇Rcu使使0度度時(shí)時(shí)Uba=0,當(dāng)參比端生當(dāng)參比端生溫時(shí),溫時(shí), Uba增加,總增加,總電勢(shì)減小,若電勢(shì)減小,若Uba增增加加=總電勢(shì)減小,則總電勢(shì)減小,則參比端的影響消除。參比端的影響消除??傠妱?shì)總電勢(shì)溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表 使用補(bǔ)償電橋注意問(wèn)題根據(jù)各類熱電偶的型號(hào)選擇配套的補(bǔ)償電橋根據(jù)各類熱電偶的型號(hào)選擇配套的補(bǔ)償電橋 注意補(bǔ)償溫度的起點(diǎn)注意補(bǔ)償溫度的起點(diǎn) 在在2020平衡,須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到平衡,須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到20 20 在在00平衡,須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到平衡,須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到00補(bǔ)
18、償是相對(duì)的,以此有一定誤差補(bǔ)償是相對(duì)的,以此有一定誤差溫度檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表 為保證熱電偶的正常工作,熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之為保證熱電偶的正常工作,熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之間都需要良好的電絕緣,而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套間都需要良好的電絕緣,而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套管也是必不可少的管也是必不可少的。1. 1. 普通型裝配式結(jié)構(gòu)普通型裝配式結(jié)構(gòu)2. 2. 柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)(4) 常用熱電偶及測(cè)溫線路常用熱電偶及測(cè)溫線路 種類 測(cè)一點(diǎn)溫度測(cè)一點(diǎn)溫度+tABBAmV+tABBAmVt0t0a)冷端在儀表內(nèi) b)冷端在儀表外RDA+
19、t1BBAB+t2AmV測(cè)量某點(diǎn)溫度測(cè)量某點(diǎn)溫度 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差 測(cè)溫線路測(cè)溫線路 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的溫度差測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的溫度差 測(cè)量多點(diǎn)的平均溫度。如果測(cè)量多點(diǎn)的平均溫度。如果n n支熱電偶的電阻均相等,則并聯(lián)測(cè)量線路的總熱電動(dòng)勢(shì)等于支熱電偶的電阻均相等,則并聯(lián)測(cè)量線路的總熱電動(dòng)勢(shì)等于n n支熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的平均值,即支熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的平均值,即當(dāng)其中一支熱電偶斷路時(shí),不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。當(dāng)其中一支熱電偶斷路時(shí),不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。熱電偶串聯(lián)熱電偶串聯(lián)總熱電動(dòng)勢(shì)等于總熱電動(dòng)勢(shì)等于n n支熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)之和,即支熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)之和,即 串聯(lián)線路的主要優(yōu)點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)大,儀表
20、的靈敏度大為增加。缺點(diǎn)是只要有一支熱電串聯(lián)線路的主要優(yōu)點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)大,儀表的靈敏度大為增加。缺點(diǎn)是只要有一支熱電偶斷路,整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)便無(wú)法工作。偶斷路,整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)便無(wú)法工作。 nEEEEn21并nEEEEEn21串AB+AB+AB+R1R2R3t1t2t3e=(e1+e2+e3)/3AB+AB+AB+e=e1+e2+e3熱電偶并聯(lián)熱電偶并聯(lián) 熱電偶串聯(lián)熱電偶串聯(lián) 平均溫度平均溫度熱電偶并聯(lián)熱電偶并聯(lián)(5) 熱電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定和誤差分析熱電偶的檢定熱電偶的檢定u為了保證熱電偶的測(cè)量精度,必須定期進(jìn)行為了保證熱電偶的測(cè)量精度,必須定期進(jìn)行檢定。檢定。u熱電偶的檢定方法有兩種,熱電偶的檢定方法有兩種,比較法比較法和和定點(diǎn)法定點(diǎn)法。u用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的溫度,然后比較兩者示值,以確定被檢電象的溫度,然后比較兩者示值,以確定被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo),這種方法稱為偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo),這種方法稱為比較比較法法。熱電偶測(cè)溫誤
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