热工测量及仪表-温度测量.ppt

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1、热工仪表及测量技术温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，需要测量温度和控制温度。随着科学技术的发展，对温度的测量越来越普遍，而且对温度测量的准确度也有更高的要求。第一节概述一、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

2、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。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。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。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

3、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。二、温标为了定量地描述温度高低，必须建立温度标尺，即温标。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。历史上提出过多种温标，如早期经验温标（摄氏温标和华氏温标），理论上热力学温标，当前世界通用的国际温标。1、摄氏温标所用标准仪器是水银玻璃温度计。分度方法是规定在标准大气压力下，水

4、的冰点为零度，沸点为100度，水银体积膨胀被分为100等份，对应每份温度定义为1摄氏度，单位为℃。2、华氏温标标准大气压力下，水的冰点为32度，沸点是212度，分为180等份，每份温度定义为华氏1度，摄氏温度和华氏温度的关系为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。3、热力学温标热力学温标是英国物理学家开尔文(Kelvin)于1848年以热力学第二定律为基础所引出的与测温物质无关的温标。热力学温标是以卡诺循环为基础。卡诺定律指出，一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，其效率只与

5、热源和冷源的温度有关。假设热机从温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1的冷源的热量为Q1，则有开尔文引出此温标后，于1854年建议用一个固定点来确定此温标。人们发现水的三相点(273.16K)的稳定性能长期维持在0.1mK范围内。因此，1954年第10届国际计量大会决定采用水的三相点作为热力学温际的基本固定点。此温标的表达式为：这种温标的最大特点是与选用的测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质而变的缺陷，故称它为科学的温标或绝对热力学温标。由此而得的温度称为热力学温度。从此所有的温度测量都以热力学温

6、标作为基准。4、国际实用温标为了使用方便，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IP

7、TS-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T90）和国际摄氏温度（符号为t90），其关系为t90=T90－273.15T90单位为开尔文（K），t90单位为摄氏度（℃）。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：由0.65K到4He临界点（~5.2K）温度范围为一温度段，在此温度段内用

8、3He和4He周期压力与温度的关系来确定温度。由4He沸点（~4.2K）到氖三相点（~24.6K）温度范围内，T90的确定采用在三个规定温度点分度过的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