热工测试技术-温度测量

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1、第二章温度测量第一节温度测量概述一、温度与温标（一）温度温度是表征物体冷热程度的物理量温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也就是热力学第零定律所描述的，系统温度相等是建立热平衡的充要条件。温度的微观概念表明：物体温度的高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物

2、理化学特性与温度密切相关。温度的测量当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。虽然有不少物体的某些性质或状态（如电阻、体积、电势等）会随温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可制作成温度计。选作温度计的物质，其性质必须满足以下条件：物质的某一属性G仅与温度T有关，即G=G(T)，且必须是单调函数，最好是线性的。随温度变化的属性应是

3、容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量精确度。应有较宽的测量范围。有较好的复现性和稳定性。（三）温标温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。1．经验温标它是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标。摄氏温标摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为℃。华氏温标华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为℉。它与摄氏温标的关系为

4、：5CF329类似的经验温标还有兰氏、列氏等经验温标的缺点在于它的局限性和随意性2．热力学温标热力学温标又称开氏温标（K）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。热力学中卡诺定理指出：一个理想的卡诺机，当它工作于温度为T的热源与温度为T的21冷源之间，它从热源中吸收的热量Q与向冷源2中放出的热量Q，应遵循以下关系：1TQ11TQ22这就是建立热力学温标的物理基础。如果指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比求得未知

5、温度值。热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为273.16K，沸点与三相点之间分为100等分，每等分1K，将水的三相点以下273.16K定为绝对零度（0K）。3．国际温标为了使用方便，国际上经协商，决定建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标，这就是国际温标的由来。具备的条件：尽可能接近热力学温标复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保温度量值的统一用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定国际实用温标是用来复现热力学温标的，简称IPTS-68，它是由1968年国际权度会议通过的。这个温标经过20多年使用，发现了一些问题，已无

6、法满足现代科学发展对温度测量的要求。国际计量委员会决定用1990年国际温标（ITS-90）代替IPTS-68。在1990年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。在ITS-90中同时使用国际开尔文温度（符号为T）和国际摄氏温度（符号为t），其关系为9090t=T－273.159090T单位为开尔文（K），t单位为摄氏度9090（℃）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标（ITS-90）的规定。ITS-90的一些规定如下：4由0.65K到He临界

7、点（~5.2K）温度范围为一温度段，在此温度段内用3He和4He周期压力与温度的关系来确定温度。4由He沸点（~4.2K）到氖三相点（~24.6K）温度范围内，T的确定采用在三个规定温度点分度90过的3He或4He气体温度计内插。这三个点分别是氖三相点（~24.6K）、平衡氢三相点（~13.8K）和4He正常沸点（~4.2K）。由平衡氢三相点（~13.8K）到银凝固点（~962℃），这个温度段内，标准仪器应用铂电阻温度计。银凝固点（~962℃）以上温度区间采用普朗克定律外推。二、温度标准的传递与国际实用温标有关的基准仪器均由国家指定机构（我国由中国计量科学

8、研究所）保存，并通过下级