单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,?热工测量 技术A?,第 2局部,温度测量,及仪表,第 2 章,温标、接触式测温、非接触式测温、温变等,2 温度测量及仪表,2.1 温度标尺,2.2 接触式测温及仪表,2.3 非接触式测温及仪表,2.4 温度变送器,2.5 新型温度传感器,?热工测 量技术A?,第 2,章 温 度 测 量,本章提要,温度,是一个重要的物理参数；许多重要的物理、化学过程都要求在一定的温度条件下才能正常进行。,温度,的测量方法和仪表在科学研究和工农业生产中得到了广泛的应用。,本章首先介绍了温标的概念。,然后按照测量方法的分类，分别介绍：,接触式测温方法,，包括膨胀式液体和固体温度计、压力式温度计、,热电偶温度计和热电阻温度计,；温度变送器。,第 2,章 温 度 测 量,2 温度测量及仪表,本章提要,非接触式测温方法，包括光学高温计，光电高温计、,辐射温度计和比色温度计。,在测温新技术方面简要介绍了光纤温度计和单总线数字,温度传感器的工作原理。,温度是一个重要的物理量，它反映了物体的冷热程度，,它是国际单位制规定的七个根本单位量之一。,SI根本单位量7个是依据 GB31003102-93?量和单,位?；于1984年2月27日发布的?关于在我国统一实行法定计,量单位的命令?执行的。如下页表所示。,第 2,章 温 度 测 量,本章提要,SI根本单位量7个如下表所示：,第 2,章 温 度 测 量,量的名称,量的符号,单位名称,单位符号,长度,l，L,米,m,时间,t,秒,s,质量,m,克,g,热力学温度,T,(H ),开（尔文）,k,电流,I,安（培）,A,光亮度,L,(Lv),坎（德拉）每平方米,Cd/m,2,物质的量,n,(),摩（尔）,mol,SI所制定的7个根本单位表,表 温度测量方法的分类和适用范围,第 2,章 温 度 测 量,测温方式,类别,原理,典型仪表,测温范围（,）,接,触,式,测,温,膨胀类,利用液体气体的膨胀及物质的蒸气压变化,玻璃液体温度计,200600,压力式温度计,100500,利用两种金属的热膨胀,双金属温度计,80600,热电类,利用热电效应,热电偶,200,1800,电阻类,固体材料的电阻,随温度而变化,铂热电阻,260,850,铜热电阻,50150,热敏电阻,50300,其它电学类,半导体器件的温度效应,集成温度传感器,50150,晶体的固有频率,随温度而变化,石英晶体温度计,50120,非,接,触,式,测,温,光纤类,利用光纤的温度特性,或作为传光介质,光纤温度传感器,50,400,光纤辐射温度计,200,4000,辐射类,利用普朗克定律,光电高温计,8003200,辐射传感器,4002000,比色温度计,5003200,本章提要,2.1 温度标尺,2.1.1,经验温标,2.1.2,热力学温标,2.1.3,理想气体温标,2.1.4,国际温标,2.1.5,1990年国际温标,2.1.6,温度量值的传递,温度标尺又简称为温标,，它是用数值表示温度的一整套规程。,建立现代化的温标必须具备以下三个条件：,固定温度点。测温仪器。温标方程。,第 2,章 温 度 测 量,2 温度测量及仪表,2.1.1 经验温标,由特定的测温质和测温量所确定的温标称为经验温标。,华氏温标,1714年德国人华伦海特Fahrenheit)以水银为工质，以水银的体积随温度而变化为依据，制成了玻璃水银温度计，并规定氯化氨和冰的混合物为0，水的沸点为212，冰的熔点为32，在沸点和冰点之间等分为180份，每份为华氏1度1。,摄氏温标,1740年瑞典人摄尔塞斯Celsius)规定水的冰点为0，水的沸点为100，两固定点之间等分为100份，每份为摄氏1度1。,兰氏温标,兰科Rankine)此温标在英美一些国家还使用着。它是以绝对零度为起点的兰氏温度。它规定在标准大气压下纯水的冰点定为491.67兰氏度,沸点定为671.67兰氏度，它们之间温度分为180个等分，每一等分称为一度。而兰氏度的零度和绝对零度是重合的。每份为兰氏1度1 R 。,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,1848年，世界著名物理学家、英国人开尔文Kelvin首先提出建议，利用卡诺热机定理及其推论可以建立一个与测温质无关的温标即热力学温标。,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,2.1.2 热力学温标,卡诺热机,Q,1,Q,2,(,a),T,1,T,2,等温吸热,T,1,A,T,2,等温放热,绝热压缩,绝热膨胀,a,b,d,c,f,e,s,T,(,b),图 2.1 卡诺热机工作原理图,(,a)、,(,b),1848年，世界著名物理学家、英国人开尔文Kelvin首先提出建议，利用卡诺热机定理及其推论可以建立一个与测温质无关的温标即热力学温标。,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,2.1.2 热力学温标,卡诺热机,Q,1,Q,2,(,a),T,1,T,2,等温吸热,T,1,A,T,2,等温放热,绝热压缩,绝热膨胀,a,b,d,c,f,e,s,T,(,b),图 2.1 卡诺热机工作原理图,(,a)、,(,b),热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度也称绝对温度，用符号T 表示。单位为 开尔文，用 K 表示。,热力学温度的单位 开尔文K是水的三相点的热力学温度值的 1/273.16。,热力学温度的起点为绝对零度。,冰点为 273.15K，沸点为 373.15K。,第 2,章 温 度 测 量,2.1.2 热力学温标,遵守卡诺定理的可逆热机的热效率,:,2.3,上式化简后得:,2.4,热力学温标的温标方程，即内插公式:,2.5,四类温标的相互关系：,第 2,章 温 度 测 量,K,R,水沸点 373.15,水三相点 373.16,冰点 273.15,100,(,K),0,.01,0,100,180,(,R),212,32,671.67,491.67,绝对零度 0,-273.15,-459.67,0,经验温标,和,热力学温标,四类温标的相互转换：,第 2,章 温 度 测 量,开尔文,（,K）,摄氏度,（,）,华氏度,（,）,兰氏度,（,R,）,K,K-273.15,C+273.15,C,F,F+459.67,R-459.67,R,经验温标,和,热力学温标,2.1.3 理想气体温标,实际上并不存在卡诺热机，但可以从与卡诺定理的理想气体状态方程入手，,用玻意耳马略特定律，用一定质量的这些气体做定容测量时，其温度与压力成正比。,目前，先进国家正在应用和研究它。,等容线,P,P,S,0,273.16,图 理想气体温标方程,T,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,2.6,2.1.4 国际温标,建立热力学第二定律根底上的热力学温标是一种科学的温标。,1927年第七届国际计量大会决定采用热力学温标作为国际温标。,它具有3个根本特点：,尽可能接近热力学温标；,复现精度高并能确保量值的统一；,用以复现的标准温度计使用方便，性能稳定。,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,2.1.5 1990年国际温标,90 国际温标主要有三方面的内容：,温度单位,90 国际温标定义国际开尔文温度T90和国际摄氏度t90,t90=T90273.15 2.7,定义固定温度点,90 国际温标定义了 17 个固定温度点，如下页 表所示,复现固定温度点的方法,90 国际温标把温度分为 4个温区 参见下页所示,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,序号,温 度,物 质,状 态,T,90,(K),t,90,(),1,35,270.15268.15,3,He（,氦）,蒸气压点,2,13.8033,259.3467,e-H,2,（,氢）,三相点,3,17,256.15,e-H,2,（,氢）,或,He（,氦）,蒸气压点,（或气体温度计点）,4,20.3,252.85,e-H,2,（,氢）,或,He（,氦）,蒸气压点,（或气体温度计点）,5,24.5561,248.5969,Ne（,氖）,三相点,6,54.3584,218.7961,O,2,（,氧）,三相点,7,83.8058,189.3442,Ar（,氩）,三相点,8,234.3156,38.8344,Hg（,汞）,三相点,9,273.16,0.01,H,2,O（,水）,三相点,10,302.9146,29.7646,Ga（,镓）,熔点,11,429.7485,156.5985,In（,铟）,凝固点,12,505.078,231.928,Sn（,锡）,凝固点,13,692.677,419.527,Zn（,锌）,凝固点,14,933.473,660.323,Al（,铝）,凝固点,15,1234.93,961.78,Ag（,银）,凝固点,16,1337.33,1064.18,Au（,金）,凝固点,17,1357.77,1084.62,Cu（,铜）,凝固点,表,ITS90,定义固定温度点,2.1.5 1990年国际温标,第 2,章 温 度 测 量,各个温区的范围、使用的标准测量仪器分别为：,0.655.0,K,间,为,3,He,或,4,H,4,蒸气压温度计,；,3.024.5561,K,间,为,3,He,或,4,H,4,定容气体温度计,；,13.8033,K961.78,间,为,铂电阻温度计,；,961.78以上,为,光学或光电高温计,。,特点：,能够在世界各国准确而方便地得到复现。,2.1.5 1990年国际温标,第 2,章 温 度 测 量,2.1.6 温度量值的传递,1 将国家计量基准所复现的温度计量单位值通过各级计量标准传递到工作温度计量器具，以保证被计量的对象温度量值的准确一致的全部过程称之为温度量值的传递。,2 “量值传递是由上到下的过程，“量值溯源那么是由下而上的过程；这是一对可逆过程；它们都是确保温度计量单位统一，量值准确可靠，具有可比性、可重复性、和可复现性的主要途径与手段。,3 温度量值传递系统如 图 所示,第 2,章 温 度 测 量,2.1 温度标尺,国家计量科,学研究院,-,省、市、部委计量局,-,-,地方、部门计量站,和用户,-,-,-,定义固定点,(,基准气体温度),工作基准温度,一等标准温度,一等标准温度,二等标准温度,工作温度计,图 温度量值传递系统,热力学温度 ,第 2,章 温 度 测 量,2.1.6 温度量值的传递,2.2 接触式测温及仪表,2.2.1 膨胀式与压力式温度计,2.2.2 热电偶温度计,2.2.3 热电阻温度计,2.2.4 热敏电阻温度计,2.2.5 热电偶与热电阻的安装方式及本卷须知,第 2,章 温 度 测 量,2 温度测量及仪表,2.2.1 膨胀式与压力式温度计,1膨胀式,玻璃液体温度计,玻璃液体温度计是一种使用方便，测温范围广200 600，价格廉价的测温仪表。,液体,使用范围,体膨胀系数,视膨胀系数,水银,甲苯,乙醇,煤油,戊烷,30600,80100,8080,0200,20020,0.00018,0.00109,0.00105,0.00095,0.00092,0.00016,0.00107,0.00103,0.00093,0.00090,表 几种常用流体的平均体膨胀系数和相对于玻璃的视膨胀系数,第 2,章 温 度 测 量,2.2 接触式测温及仪表,第 2,章 温 度 测 量,2.2.1 膨胀式与压力式温度计,玻璃液体温度计简介示意图:,按照根本结构型式不同，玻璃液体温度计可分为：,棒式、内标式和外标式三种。,图 2.8 所示为:,使用较普遍的可实现位式调节功能的电接点水银温度计,第 2,章 温 度 测 量,2.2.1 膨胀式与压力式温度计,玻璃液体温度计简介示意图:,固体膨胀式温度计,典型的固体膨胀式温度计是双金属片温度计。它,利用线膨胀系数差异较大的两种金属材料制成双层片,状元件，在温度变化时将使自由端产生位移，借此带,动指针在温度刻度盘上转动构成温度计。,参见下页所示。,第 2,章 温 度 测 量,