1精思國計，細量民生第十章溫度計量

溫度計量與人類生產生活有著親密關系，正確測量溫度有十分主要意義。第1頁第一節溫度與溫標一、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溫度1/273.16，含有很高準確度和復現性(優于±0.1mK)。二、溫標溫標是溫度量值表示法。在日常中慣用有華氏、攝氏、熱力學和國際溫標。2精思國計，細量民生第2頁3精思國計，細量民生（一）華氏溫標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。單位為華氏度，表示為正。當前已用得較少，它要求在標準大氣壓下冰融點為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關系以下：m=1.8n+32℉（二）攝氏溫標第一個提出baidu溫標是攝爾修斯。1742年他建立了baidu溫標，以冰點為0度，沸點為100度。1750年他接收斯托墨提議。把兩點對調，這才變成現在攝氏溫標。單位為攝氏度，表示為oＣ。第一節溫度與溫標第3頁（三）熱力學溫標

熱力學溫標也稱開爾文溫標，它是把-273.15℃作為零度溫標。兩個熱源熱力學溫度比值被定義為在這兩個熱源之間工作可逆熱機所吸收和放出熱量比值，選水三相點為標準點，要求其值為273.16

熱力學溫標特點：熱量反應是物體相互熱傳遞作用過程中特征，所以熱力學溫標不依賴測溫質，含有普遍性，絕對性4精思國計，細量民生第一節溫度與溫標第4頁（四）國際溫標

國際溫標是經國際協商、決定采取一個國際上通用溫標。他是熱力學溫標詳細表達。我國從1991年7月1日開始施行“1990年國際溫標”。90溫標定義了國際開爾文溫度符號T90；攝氏符號為t90。5精思國計，細量民生第一節溫度與溫標第5頁建立溫標三要素：

①選擇測溫物質，確定它溫度改變屬性

②選擇溫度固定點

③要求測溫屬性隨溫度改變關系奶瓶溫度計6精思國計，細量民生第一節溫度與溫標第6頁

溫度直接計量方法，就是指計量溫度元件與被計量對象直接接觸。溫度直接計量方法所用儀器有金屬電阻溫度計、玻璃液體溫度計、熱電偶等。第二節溫度計量方法和儀器第7頁1、電阻溫度計

電阻溫度計包含金屬(如：鉑、銦、銅等)、合金(如：銠鐵、鉑鈷、金鈷等)和半導體溫度計(如鍺、硅等)。純金屬和合金制成溫度計含有正電阻溫度系數，而半導體溫度計含有負電阻溫度系數。普通，電阻溫度計計量范圍較寬，從0.lK一1000K，都能夠找到適當溫度計；第二節溫度計量方法和儀器第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，這增加電子與離子間碰撞概率，電阻率隨溫度T上升而增加。利用這種關系能夠制成溫度敏感元件，做成電阻溫度計。第二節溫度計量方法和儀器第9頁2）理想測溫金屬應滿足以下要求：(1)金屬純度要高，使剩下電阻在較寬溫區內沒有影響；(2)電阻溫度系數α要大，使能到達比較高靈敏度。α定義是：溫度T改變1℃時電阻值R相對改變量。第二節溫度計量方法和儀器第10頁(3)電阻率要比較大。因為電阻率大，電阻體體積就能夠相對縮小，從而使得元件熱容量和熱慣性對應減小．改進響應時間；(4)電阻與溫度函數關系應盡可能靠近線性。使得計算溫度程序簡化。(5)應易于加工，亦就是能夠拉制成絲狀，并能夠繞成一定形狀。第二節溫度計量方法和儀器第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，它準確度高，穩定性好，性能可靠。按ITS—90要求，鉑電阻必須是用退過火、無應力純鉑絲制成，其電阻比W(T90)定義為第二節溫度計量方法和儀器第12頁4)玻璃體溫度計玻璃液體溫度計是基于工作物質液體在玻璃毛細管中熱脹冷縮作用原理進行測溫。使用簡單，測量結果有足夠高準確度，而且價格廉價，廣泛應用于-100～500℃范圍測量。5）熱電偶溫度計熱電偶溫度計是利用熱電效應進行測溫。兩種不一樣導體兩端結合組成回路，當兩個結合點溫度不一樣時，會在回路中產生熱電勢，即熱電現象。熱電偶按使用情況可分為標準和工作用。第二節溫度計量方法和儀器第13頁2、低溫計量

在第一溫區（0.65-5.00K），ITS-90要求由3He和4He蒸氣壓與溫度關系式來定義，它是基于封閉系統中兩相系飽和蒸汽壓與溫度對應關系。

在第二溫區（3.0-24.5661K），用氦氣體溫計來定義。

原理是波爾定律：一定質量理想氣體在溫度保持不變情況下，它壓強與體積成反比。14精思國計，細量民生第二節溫度計量方法和儀器第14頁3、中溫計量

在第三溫區（13.8033-1234.93K),內插儀器是鉑電阻溫度計。原理是金屬電阻隨溫度改變而改變。慣用有三種：標準長桿式鉑電阻溫度計標準套管桿式鉑電阻溫度計標準高溫桿式鉑電阻溫度計。15精思國計，細量民生第二節溫度計量方法和儀器第15頁4、高溫計量第四溫區（溫度大于1234.93K），按照普朗克輻射定律來定義，內插儀器是光電高溫計，并經過溫度燈來復線亮度溫度。1）計量原理普朗克定律是19普朗克利用統計理論推到出黑體單位表面積向外發射單位波長能量是溫度單指函數。經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精思國計，細量民生第二節溫度計量方法和儀器第16頁

2）計量器具最早輻射測溫儀表是以光學高溫計為代表亮度測溫儀表，1968年國際使用溫標要求銀凝固點以上溫度采取光學高溫計作為內插儀器。以后人們利用光電檢測元件代替人眼，發展了光電高溫計。

17精思國計，細量民生第二節溫度計量方法和儀器第17頁精思國計，細量民生18第二節溫度計量方法和儀器第18頁5、固定點復現

ITS-90溫標定義固定點主要是三相點和金屬凝固點，水三相點地實現是用水三相點瓶。當前大量使用是玻璃水三相點瓶。圖：水三相點瓶19精思國計，細量民生第二節溫度計量方法和儀器第19頁6、熱流和熱度計熱流是溫度導出量，用儀器來測量熱量轉移。測量熱量轉移儀器稱為熱流計或熱流傳感器。當前應用最多熱流計有兩種：一個是導熱式測量原理，另一個是輻射式測量原理。7、溫度指示和調整儀溫度指示和調整儀是利用被測物體溫度改變時，感溫元件將被測對象溫度轉變成為電量信號傳遞給溫度指示和調整儀，由溫度指示儀、溫度指示和調整儀；指示方式分為模擬式和數字式。第二節溫度計量方法和儀器第20頁8、濕度濕度是描述空氣（或其它氣體）中水汽含量參數。濕度表示方法：①混合比②水汽分壓③摩爾濃度④相對濕度⑤漏點溫度第二節溫度計量方法和儀器第21頁1、玻璃液體溫度計結構如圖所表示。貯液泡中貯有測溫介質（如水銀、酒精、甲苯等）。毛細管與貯液泡相溶接,測溫介質充滿貯液泡和毛細管中一部分。當貯液泡溫度發生改變時,毛細管中液柱彎月面就升高或降低,升或降數值與溫度改變大小相關,從液柱高低就能夠讀出溫度。玻璃液體溫度計結構圖補充：慣用溫度計第22頁2、壓力式溫度計

壓力式溫度計結構如圖所表示,它由密閉溫度測量系統和指示儀表兩部分組成。密閉溫度測量系統由溫泡、毛細管及彈簧管組成。壓力式溫度計利用氣體、液體或低沸點液體作為感溫物質填充于密閉溫度測量系統內,當溫泡內感溫物質受到溫度作用時,密閉系統內壓力產生改變,同時引發了彈簧管彎曲率改變并使其自由端發生位移,然后經過連桿和傳動機構帶動指針,在刻度盤上直接顯示出溫度改變值。

壓力式溫度計結構圖補充：慣用溫度計第23頁補充：慣用溫度計3、熱電偶

由導體材料A、B組成閉合回路，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——導體A在結點溫度為T和T0時電子密度；NBT、NBT0——