低温物理与技术-第1章节温度和温度计

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1、温度的定义温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。从分子运动论观点看，温度是物体分子平均平动动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分，每

2、一份称为1摄氏度。记作1℃。目前国际上用得较多的温标有华氏温标(F)、摄氏温标（°C）、热力学温标(K)和国际实用温标。温标1.1温度和温标第1章温度测量与低温温度计1.2温区划分实验室最低温度：0.5nK最高温度：核聚变温度温度没有极高点，只有理论极低点“绝对零度”。“绝对零度”是无法通过有限步骤达到的。低温温区的划分一般说来，摄氏零度以下称为低温。若按低温获得方法及应用情况可分为三个温区。1.普冷0℃～－153℃（273K～120K）2.深冷－153℃～－272.7℃（120K～0.3K）3.极低温－272.

3、7℃以下（0.3K以下）普冷，通常称为制冷技术，它应用在空调、冰箱等方面。主要是以氨、氟利昂等为制冷工质，通过高压液体的膨胀来达到低温，并依靠液体的汽化获得冷量。深冷温区是以N2，O2，H2，He等气体为工质，通过节流或绝热膨胀达到低温，使气体液化。0.3K以下的极低温需要用3He稀释制冷机及绝热去磁等方法来获得。低温实验技术主要是研究深冷和极低温的获得，低温温度的控制和测量等。为了便于学术交流以及沟通彼此之间的思想，我们应尽可能使用推荐的术语，尽量不要个人创造词汇。120—80K叫做LNG温度(液化天然气温度)

4、80一63K叫做N2温度(氮温度)22K—14K叫做H2温度(氢温度)5.2K一1K叫做4He温度(氦-4温度)1K—0.3K叫做3He温度(氦-3温度)1K以下的温度变得越来越重要了，我们将这一温区称为“超低温”(ULT)1.3温度测量和温度计频率测温法　采用频率作为温度标志，根据某些物体的固有频率随温度变化的原理来测量温度。辐射测温法物体在任何温度下都会发出热辐射(红外线或可见光),辐射测温法采用光谱辐射度（即光谱辐射亮度）或辐射出射度（即辐射通量密度）作为温度标志。磁学测温法　根据顺磁物质的磁化率与温度的关

5、系来测量温度声学测温法　采用声速作为温度标志，根据理想气体中声速的二次方与开尔文温度成正比的原理来测量温度。其他测温方法晶体管二极管场效应管等也可以用作温度敏感元件频率测温法辐射测温法定压气体温度计玻璃液体温度计双金属温度计工业用压力表式温度计定容式气体温度计低温下的蒸气压温度计热电偶温度计电阻温度计半导体热敏电阻温度计磁学测温法磁温度计主要用于低温范围，在超低温（小于1K）测量声学测温法在各种物理量的测量中，频率(时间)的测量准确度最高（相对误差可小到1×10-14）；如石英晶体温度计，核磁四极共振温度计常见的

6、辐射温度计可分为以光谱辐射度为温度标志的光学高温计和光电高温计；以辐射出射度为温度标志的全辐射温度计以及比色高温计三种晶体管PN结温度计其他测温方法一切与温度有关的物理性质都有可能用来作为温度敏感器件最大温度计巨型温度计直径0.65米，高12米，温度显示高5.4米，可以实测摄氏100度以内的地表温度、空气温度，误差不超过正负0.5度新疆吐鲁番火焰山景区2004年8月16日用于低温工作的各种不同温度计的特性曲线1.4常用的低温温度计1．气体温度计：多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零

7、度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。2．电阻温度计：分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，它的测量范围为-260℃至600℃左右。高精度温度计3．温差电偶温度计：是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，

8、就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低温测量。有的温差电偶能测量高达3000℃的高温，有的能测接近绝对零度的低温。各种温度计适用温区1.4.1电阻温度计最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。