1第十章溫度計量

溫度計量與人類生產(chǎn)生活有著親密關(guān)系，對旳測量溫度有十分重要意義。第1頁第一節(jié)溫度與溫標(biāo)一、溫度溫度是表征物體冷熱程度物理量。溫度單位是開爾文(K)，定義為水三相點熱力學(xué)溫度1/273.16，具有很高精確度和復(fù)現(xiàn)性(優(yōu)于±0.1mK)。二、溫標(biāo)溫標(biāo)是溫度量值表達(dá)法。在平常中常用有華氏、攝氏、熱力學(xué)和國際溫標(biāo)。2第2頁3（一）華氏溫標(biāo)17華倫海特首先制造了性能可靠水銀溫度計,并于1724年公布該溫標(biāo)。單位為華氏度，表達(dá)為正。目前已用得較少，它規(guī)定在原則大氣壓下冰融點為32華氏度，水沸點為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號用℉，它和攝氏溫度n關(guān)系如下：m=1.8n+32℉（二）攝氏溫標(biāo)第一種提出百度溫標(biāo)是攝爾修斯。1742年他建立了百度溫標(biāo)，以冰點為0度，沸點為100度。1750年他接受斯托墨提議。把兩點對調(diào)，這才變成目前攝氏溫標(biāo)。單位為攝氏度，表達(dá)為oＣ。第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第3頁（三）熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)也稱開爾文溫標(biāo)，它是把-273.15℃作為零度溫標(biāo)。兩個熱源熱力學(xué)溫度比值被定義為在這兩個熱源之間工作可逆熱機(jī)所吸取和放出熱量比值，選水三相點為原則點，規(guī)定其值為273.16

熱力學(xué)溫標(biāo)特點：熱量反應(yīng)是物體互相熱傳遞作用過程中特性，因此熱力學(xué)溫標(biāo)不依賴測溫質(zhì)，具有普遍性，絕對性4第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第4頁（四）國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)是經(jīng)國際協(xié)商、決定采用一種國際上通用溫標(biāo)。他是熱力學(xué)溫標(biāo)詳細(xì)體現(xiàn)。我國從1991年7月1日開始施行“1990年國際溫標(biāo)”。90溫標(biāo)定義了國際開爾文溫度符號T90；攝氏符號為t90。5第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第5頁建立溫標(biāo)三要素：

①選擇測溫物質(zhì)，確定它溫度變化屬性

②選擇溫度固定點

③規(guī)定測溫屬性隨溫度變化關(guān)系奶瓶溫度計6第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第6頁溫度直接計量措施，就是指計量溫度元件與被計量對象直接接觸。溫度直接計量措施所用儀器有金屬電阻溫度計、玻璃液體溫度計、熱電偶等。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第7頁1、電阻溫度計電阻溫度計包括金屬(如：鉑、銦、銅等)、合金(如：銠鐵、鉑鈷、金鈷等)和半導(dǎo)體溫度計(如鍺、硅等)。純金屬和合金制成溫度計具有正電阻溫度系數(shù)，而半導(dǎo)體溫度計具有負(fù)電阻溫度系數(shù)。一般，電阻溫度計計量范圍較寬，從0.lK一1000K，都可以找到合適溫度計；第二節(jié)溫度計量措施和儀器第8頁1）電阻溫度計測溫原理金屬電阻率ρ與金屬散射概率p成正比，而金屬晶格中離子振動隨溫度上升而增強(qiáng)，這增長電子與離子間碰撞概率，電阻率隨溫度T上升而增長。運用這種關(guān)系可以制成溫度敏感元件，做成電阻溫度計。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第9頁2）理想測溫金屬應(yīng)滿足如下規(guī)定：(1)金屬純度要高，使剩余電阻在較寬溫區(qū)內(nèi)沒有影響；(2)電阻溫度系數(shù)α要大，使能抵達(dá)比較高敏捷度。α定義是：溫度T變化1℃時電阻值R相對變化量。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第10頁(3)電阻率要比較大。由于電阻率大，電阻體體積就可以相對縮小，從而使得元件熱容量和熱慣性對應(yīng)減小．改善響應(yīng)時間；(4)電阻與溫度函數(shù)關(guān)系應(yīng)盡量靠近線性。使得計算溫度程序簡化。(5)應(yīng)易于加工，亦就是可以拉制成絲狀，并可以繞成一定形狀。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第11頁3）鉑電阻溫度汁鉑電阻溫度計是用高純鉑絲制成溫度汁，它精確度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。按ITS—90規(guī)定，鉑電阻必須是用退過火、無應(yīng)力純鉑絲制成，其電阻比W(T90)定義為第二節(jié)溫度計量措施和儀器第12頁4)玻璃體溫度計玻璃液體溫度計是基于工作物質(zhì)液體在玻璃毛細(xì)管中熱脹冷縮作用原理進(jìn)行測溫。使用簡樸，測量成果有足夠高精確度，并且價格廉價，廣泛應(yīng)用于-100～500℃范圍測量。5）熱電偶溫度計熱電偶溫度計是運用熱電效應(yīng)進(jìn)行測溫。兩種不一樣樣導(dǎo)體兩端結(jié)合構(gòu)成回路，當(dāng)兩個結(jié)合點溫度不一樣樣時，會在回路中產(chǎn)生熱電勢，即熱電現(xiàn)象。熱電偶按使用狀況可分為原則和工作用。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第13頁2、低溫計量在第一溫區(qū)（），ITS-90規(guī)定由3He和4He蒸氣壓與溫度關(guān)系式來定義，它是基于封閉系統(tǒng)中兩相系飽和蒸汽壓與溫度對應(yīng)關(guān)系。在第二溫區(qū)（），用氦氣體溫計來定義。原理是波爾定律：一定質(zhì)量理想氣體在溫度保持不變狀況下，它壓強(qiáng)與體積成反比。14第二節(jié)溫度計量措施和儀器第14頁3、中溫計量在第三溫區(qū)（13.8033-1234.93K),內(nèi)插儀器是鉑電阻溫度計。原理是金屬電阻隨溫度變化而變化。常用有三種：原則長桿式鉑電阻溫度計原則套管桿式鉑電阻溫度計原則高溫桿式鉑電阻溫度計。15第二節(jié)溫度計量措施和儀器第15頁4、高溫計量第四溫區(qū)（溫度不小于1234.93K），按照普朗克輻射定律來定義，內(nèi)插儀器是光電高溫計，并通過溫度燈來復(fù)線亮度溫度。1）計量原理普朗克定律是19普朗克運用記錄理論推到出黑體單位表面積向外發(fā)射單位波長能量是溫度單指函數(shù)。通過輻射測量某一波長下單色輻射出射度測量得出黑體溫度。16第二節(jié)溫度計量措施和儀器第16頁2）計量器具最早輻射測溫儀表是以光學(xué)高溫計為代表亮度測溫儀表，1968年國際使用溫標(biāo)規(guī)定銀凝固點以上溫度采用光學(xué)高溫計作為內(nèi)插儀器。后來人們運用光電檢測元件替代人眼，發(fā)展了光電高溫計。

17第二節(jié)溫度計量措施和儀器第17頁18第二節(jié)溫度計量措施和儀器第18頁5、固定點復(fù)現(xiàn)ITS-90溫標(biāo)定義固定點重要是三相點和金屬凝固點，水三相點地實現(xiàn)是用水三相點瓶。目前大量使用是玻璃水三相點瓶。圖：水三相點瓶19第二節(jié)溫度計量措施和儀器第19頁6、熱流和熱度計熱流是溫度導(dǎo)出量，用儀器來測量熱量轉(zhuǎn)移。測量熱量轉(zhuǎn)移儀器稱為熱流計或熱流傳感器。目前應(yīng)用最多熱流計有兩種：一種是導(dǎo)熱式測量原理，另一種是輻射式測量原理。7、溫度指示和調(diào)整儀溫度指示和調(diào)整儀是運用被測物體溫度變化時，感溫元件將被測對象溫度轉(zhuǎn)變成為電量信號傳遞給溫度指示和調(diào)整儀，由溫度指示儀、溫度指示和調(diào)整儀；指示方式分為模擬式和數(shù)字式。第二節(jié)溫度計量措施和儀器第20頁8、濕度濕度是描述空氣（或其他氣體）中水汽含量參數(shù)。濕度表達(dá)措施：①混合比②水汽分壓③摩爾濃度④相對濕度⑤漏點溫度第二節(jié)溫度計量措施和儀器第21頁1、玻璃液體溫度計構(gòu)造如圖所示。貯液泡中貯有測溫介質(zhì)（如水銀、酒精、甲苯等）。毛細(xì)管與貯液泡相溶接,測溫介質(zhì)充斥貯液泡和毛細(xì)管中一部分。當(dāng)貯液泡溫度發(fā)生變化時,毛細(xì)管中液柱彎月面就升高或減少,升或降數(shù)值與溫度變化大小有關(guān),從液柱高下就可以讀出溫度。玻璃液體溫度計構(gòu)造圖補(bǔ)充：常用溫度計第22頁2、壓力式溫度計

壓力式溫度計構(gòu)造如圖所示,它由密閉溫度測量系統(tǒng)和指示儀表兩部分構(gòu)成。密閉溫度測量系統(tǒng)由溫泡、毛細(xì)管及彈簧管構(gòu)成。壓力式溫度計運用氣體、液體或低沸點液體作為感溫物質(zhì)填充于密閉溫度測量系統(tǒng)內(nèi),當(dāng)溫泡內(nèi)感溫物質(zhì)受到溫度作用時,密閉系統(tǒng)內(nèi)壓力產(chǎn)生變化,同步引起了彈簧管彎曲率變化并使其自由端發(fā)生位移,然后通過連桿和傳動機(jī)構(gòu)帶動指針,在刻度盤上直接顯示出溫度變化值。壓力式溫度計構(gòu)造圖補(bǔ)充：常用溫度計第23頁補(bǔ)充：常用溫度計3、熱電偶由導(dǎo)體材料A、B構(gòu)成閉合回路，其接點溫度分別為T、T0,假如T＞T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)ABNAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點溫度為T和T0時電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在