大氣探測學(xué)溫度第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一第二章溫度的測量溫度、溫標(biāo)、測溫器玻璃液體溫度表雙金屬片溫度計鉑電阻溫度傳感器熱電偶溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器晶體溫度傳感器第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1溫度、溫標(biāo)、測溫器溫度的概念氣溫、地表溫度、土壤溫度溫標(biāo)及其參考點絕對溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、ITS90測溫儀器類型熱膨脹、溫差電勢、電阻溫度效應(yīng)。。。第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1溫度的概念溫度——表征物體冷熱程度的物理量微觀觀點：物體分子熱運動平均動能的大小宏觀觀點：兩個物體或系統(tǒng)通過熱交換達(dá)到 動態(tài)平衡（熱平衡）時所具有 的一個共同的物理性質(zhì)第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1溫度的概念地面氣溫——離地面1.5米左右，處于通風(fēng)防輻射條件下溫度表度取得溫度值。正點前十分鐘平均氣溫，最高、最低氣溫地溫地表溫度、最高、最低地表溫度淺層土壤溫度（-5，-10，-15，-20CM）深層土壤溫度（-40，-80，-160，-320CM)高空氣溫第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2溫標(biāo)溫標(biāo)——衡量溫度的標(biāo)尺（起點、基本單位）熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）量值正比于理想氣體運動的平均動能，單位K1K等于水三相點（273.16K）溫度度量的1/273.16。經(jīng)驗溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（℃）華氏溫標(biāo)（℉）換算t(℃)=T(K)-273.15(K)t(℃)=(5/9)*(τ℉-32）第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3溫標(biāo)的實現(xiàn)ITS90氣體溫度表理想氣體狀態(tài)方程PV=RT理想氣體在固定容積下（V=常數(shù)），容器內(nèi)的氣體壓力每改變1/273.15時，其溫度變化相當(dāng)于絕對溫度1K。氫氣或氦氣分子量小，接近于理想氣體，可以用測量固定容器內(nèi)的氫氣或氦氣的壓力變化的方法，準(zhǔn)確實現(xiàn)絕對溫標(biāo)標(biāo)定。氣體溫度表龐大復(fù)雜，引入實用溫標(biāo)。第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3溫標(biāo)的實現(xiàn)ITS90實用溫標(biāo)ITS90系列參考點（指定物質(zhì)的相平衡點）氣象范圍：氬、汞、水三相點、銦凝固點內(nèi)插儀器（標(biāo)準(zhǔn)傳遞儀器）國際標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度表國家標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度表及其偏差函數(shù)內(nèi)插公式及其轉(zhuǎn)換公式系數(shù)正溫負(fù)溫（現(xiàn)代大氣觀測，P8-P11)第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3溫標(biāo)的實現(xiàn)ITS90水的三相點水固、液、氣三相平衡共有的狀態(tài)，對應(yīng)于一個確定不變的溫度和氣壓值。溫度等于273.16K水氣壓為6.11hpa第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.1.4常用的測溫方法和分類利用物體某一屬性隨溫度變化作為依據(jù)，而這種屬性又是可以容易準(zhǔn)確度量的。測溫物質(zhì)和測溫特性測溫方法接觸式測量（以介質(zhì)直接接觸建立熱平衡）脹縮式（氫氣、水銀、雙金屬片）電測式（電阻、熱電偶、半導(dǎo)體）諧振式（石英晶體）非接觸式測量（遙感）被動式（紅外、微波、光學(xué)輻射溫度計）主動式（聲學(xué)測溫、激光雷達(dá)）第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.2玻璃液體溫度表利用玻璃容器中的測溫液體隨溫度變化引起體積膨脹，從液柱位置的變化來測定溫度感應(yīng)部分——充滿液體的玻璃球視度部分——玻璃毛細(xì)管⊿V=Vt–V0=V0(1+a⊿t)-V0=V0a⊿t⊿L=⊿V/S=V0a⊿t/S⊿L/⊿t=Va/Ss⊿L第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.2玻璃液體溫度表常用測溫液體汞——凝固點-38.862℃，4%鉈合金-62℃

沸點356.9℃

熱膨脹系數(shù)1.82*10exp-4/℃(18℃)

用于干濕球溫度表、最高溫度表，低溫不能用酒精——凝固點-177.5℃，沸點78.5℃， 膨脹系數(shù)1.10*10exp-3/℃(18℃)

用于最低溫度表、不能用于高溫（地表溫度）第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.2玻璃液體溫度表常用液體溫度表普通水銀干濕球玻璃溫度表（準(zhǔn)確度±0.2℃）測定氣溫、濕球溫度組成：感應(yīng)球部、毛細(xì)管、標(biāo)尺板、外套管、液柱最高溫度表最低溫度表地表面溫度表曲管地溫表直管地溫表第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.2玻璃液體溫度表主要誤差零點永恒位移由玻璃溫度表球部容積隨時間縮小球部暫時變形環(huán)境溫度的繼續(xù)變化引起刻度誤差玻璃毛細(xì)管截面積的非均勻性引起刻度的非線性第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.3雙金屬片溫度計基本原理基本結(jié)構(gòu)感應(yīng)部分雙金屬片（主動片、被動片）傳遞放大部分自動記錄部分第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.3雙金屬片溫度計oA’AB’B第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4鉑電阻溫度傳感器金屬的電阻特性

R=ρL/S電阻率隨溫度變化金屬的電阻值與溫度的關(guān)系

Rt=R0(1+at+bt2)

當(dāng)a>>b時，Rt=R0(1+at)dR/dt=R0a=ρ0

aL/S第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1鉑電阻溫度

傳感器特性作為溫度傳感器要求：物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定電阻溫度系數(shù)穩(wěn)定、連續(xù)電阻率長期穩(wěn)定性好電阻率及溫度系數(shù)大第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1鉑電阻溫度傳感器特性鉑電阻計算公式

-200℃~0℃:Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)3)0℃~650℃:Rt=R0(1+At+Bt2) A=3.96847E-3℃-1 B=-5.84E-7

℃-2

C=-4.22E-12℃-4一般測量用鉑電阻Bt100（R0=100Ω）第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)陶瓷絕緣支架直徑0.03~0.07鉑絲，雙線無感繞法玻璃或金屬保護(hù)套管，熱傳導(dǎo)好四引出線，注意避免藕接電勢第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2鉑電阻溫度傳感器測量電路平衡電橋非平衡電橋?qū)Ь€電阻對溫度測量的影響第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4.3鉑電阻溫度傳感器測量電路四線制恒流供電阻測量電路恒流源dI/dt=0，dI/dT=0高輸入阻抗電壓測量電路Rin>10MΩ>>R0

數(shù)字電壓表

R=V/I0DVM第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.5熱電偶溫度傳感器第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.6半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻二極管溫度傳感器（P-N結(jié)）三極管溫度傳感器半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器（IC）模擬量輸出(AD590)數(shù)字量輸出(DS1820)網(wǎng)絡(luò)化溫度傳感器（TCP/IP）第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體溫度傳感器特性比較熱敏電阻二極管三極管集成電路原理測量電橋差動反饋輸出數(shù)據(jù)靈敏度較高高很高內(nèi)置調(diào)理線性好不好不好內(nèi)部校準(zhǔn)一致性不好不好一般內(nèi)部校準(zhǔn)準(zhǔn)確度3210.5氣象站地溫第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.7晶體溫度傳感器石英晶體諧振器壓