溫度計(jì)的使用課件

1、溫度的測(cè)量和控制 一、溫度測(cè)量的基本依據(jù) 1.熱力學(xué)第零定律是進(jìn)行體系測(cè)量的基本依據(jù) (1)可以通過(guò)使兩個(gè)體系相接觸，并觀察這兩個(gè)體系的性質(zhì)是否發(fā)生變化而判斷這兩個(gè)體系是否已經(jīng)達(dá)到平衡。 (2)當(dāng)外界條件不發(fā)生變化時(shí)，已經(jīng)達(dá)成熱平衡狀態(tài)的體系，其內(nèi)部的溫度是均勻分布的，并具有確定不變的溫度值。 (3)一切互為平衡的體系具有相同的溫度。所以，一個(gè)體系的溫度可以通過(guò)另一個(gè)與之平衡的體系的溫度來(lái)表達(dá)；或者也可以通過(guò)第三個(gè)體系的溫度來(lái)表達(dá)。 2.溫標(biāo) 定義：溫標(biāo)是溫度的標(biāo)準(zhǔn)量的簡(jiǎn)稱。 溫標(biāo)的確定包括測(cè)量物質(zhì)的選擇、固定點(diǎn)的選擇、溫度值的劃分等。 常見(jiàn)的溫標(biāo)有： 熱力學(xué)溫標(biāo)以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)。根據(jù)卡諾特循

2、環(huán)得出的溫標(biāo)可適用于任何溫度區(qū)間，且與工作物質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。由于卡諾循環(huán)是一種理想循環(huán)，所以熱力學(xué)溫標(biāo)也是一種理想的溫標(biāo)。 測(cè)溫的固定點(diǎn)：選定水的三相點(diǎn)溫度（273.16K） 單位：K（1）熱力學(xué)溫標(biāo)（開(kāi)爾文1848年）（2）國(guó)際實(shí)用溫度計(jì)（溫標(biāo)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)） 測(cè)溫的固定點(diǎn)：選定一些可靠而又能高度重視的平衡點(diǎn)。規(guī)定：在不同的溫度區(qū)間必須選定指定的、具有高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)溫度來(lái)度量各固定點(diǎn)之間的溫度值。 單位：K（3）攝氏溫標(biāo) 測(cè)溫的固定點(diǎn)：選定水的冰點(diǎn)為0； 水的沸點(diǎn)為100 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的換算關(guān)系可表示為：t=T-273.15 （4）華氏溫標(biāo)（德國(guó)物理學(xué)家華倫海特） 測(cè)溫的固定點(diǎn)：選定水的冰

3、點(diǎn)為32F； 水的沸點(diǎn)為212F 華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：tF=32+9/5t 二、溫度計(jì) 1. 接觸式溫度計(jì) 在測(cè)量時(shí)必須將溫度計(jì)接觸被測(cè)體系，待達(dá)平衡后，由測(cè)溫物質(zhì)的物理參數(shù)來(lái)反映所測(cè)的溫度值。 接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)溫度計(jì)溫度計(jì)分類溫度計(jì)分類測(cè)溫屬性測(cè)溫屬性舉例舉例可用的溫度范圍可用的溫度范圍液體膨脹溫度液體膨脹溫度計(jì)計(jì)液柱高度液柱高度玻璃酒精溫度計(jì)玻璃酒精溫度計(jì) 玻璃玻璃水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì)-30-30 300 300 -110-110 5050熱電偶熱電偶熱電勢(shì)熱電勢(shì)鉑銠鉑銠- -鉑熱電偶鉑熱電偶 鎳鉻鎳鉻- -鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶-110-110 1500 1500 -

4、200-200 11001100電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)電阻電阻鉑電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)-260-260 11001100蒸氣壓溫度計(jì)蒸氣壓溫度計(jì)蒸氣壓蒸氣壓氧蒸氣壓溫度計(jì)氧蒸氣壓溫度計(jì)低溫低溫（1）玻璃水銀溫度計(jì) 玻璃水銀溫度計(jì)是液體膨脹溫度計(jì)的一種，它的測(cè)溫物質(zhì)是盛在上端帶有一支均勻毛細(xì)管的玻璃球中的水銀，溫度的變化造成水銀體積的變化，從而使毛細(xì)管中的水銀液面上升或下降，通過(guò)毛細(xì)管外壁的刻度，就能直接讀出被測(cè)物體的溫度。 它是利用水銀具有鈍化比較容易、比熱小、傳熱速度快、膨脹系數(shù)比較均勻、不易粘附在玻璃上，而且水銀不透明性等性質(zhì)。 a a、普遍溫度計(jì)：、普遍溫度計(jì)：刻度線每格為刻度線每格為11

5、或或0.50.5量程范圍為量程范圍為0 0 100100、0 0 250250、0 0 360360等等b b、精密溫度計(jì)：、精密溫度計(jì)：刻度以刻度以11為間隔、也有刻度間隔為為間隔、也有刻度間隔為0.020.02或或 0.010.01（專供熱用的）（專供熱用的）量程范圍為量程范圍為0 0 5050c c、貝克曼溫度計(jì)：、貝克曼溫度計(jì)：刻度間隔為刻度間隔為0.010.01量程一般僅量程一般僅5 5 66d d、高溫水銀溫、高溫水銀溫度計(jì)：度計(jì)：用特殊配料的硬質(zhì)玻璃或石英做管壁，用特殊配料的硬質(zhì)玻璃或石英做管壁，并在其中充以氮?dú)饣驓鍤猓蚨箿夭⒃谄渲谐湟缘獨(dú)饣驓鍤?，因而使溫度最高可以測(cè)到度最高

6、可以測(cè)到750750貝克曼溫度計(jì) 與普通溫度計(jì)不同之處：貝克曼溫度計(jì)能準(zhǔn)確測(cè)量出溫度差，但不能用來(lái)測(cè)量溫度的絕對(duì)值。 貝克曼溫度計(jì)的調(diào)節(jié): 調(diào)節(jié)目的調(diào)節(jié)目的：使貝克曼溫度計(jì)的毛細(xì)管中的水銀面都落到合適的范圍。 調(diào)節(jié)方法（一）：調(diào)節(jié)方法（一）： a、確定貝克曼溫度計(jì)在實(shí)驗(yàn)中的調(diào)節(jié)溫度值（=實(shí)驗(yàn)起始溫度+R） b、連接貝克曼溫度計(jì)貯汞槽與水銀球中的水銀c、調(diào)整水銀球中水銀量 d、拿出斷開(kāi)水銀 e、檢驗(yàn)貝克曼溫度計(jì)是否合要求R值的確定： 將貝克曼溫度計(jì)與另一支普通溫度計(jì)一起插入盛水（或其它液體）的燒杯中，慢慢加熱，注意觀察貝克曼溫度計(jì)水銀的上升情況，當(dāng)?shù)竭_(dá)刻度K時(shí)，記下普通溫度計(jì)的讀數(shù)（t1）,溫度

7、繼續(xù)上升,直到貝克曼溫度計(jì)中水銀柱上升到毛細(xì)管末端M時(shí),再記下普通溫度計(jì)的讀數(shù)（t2）,t2與t1之差即R值。即R=t2- t1 例如，在苯溶液凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)中，K的刻度是4,該處應(yīng)表示實(shí)驗(yàn)溫度5.5(t),而從K位置的4到溫度計(jì)末端M處實(shí)驗(yàn)證明R為3,則該調(diào)節(jié)溫度為t+R=5.5+3=8.5調(diào)節(jié)方法（二）：調(diào)節(jié)方法（二）：利用水銀貯槽的標(biāo)尺直接調(diào)節(jié) a、先將貝克曼溫度計(jì)倒置，讓水銀球中的水銀依靠重力作用沿著毛細(xì)管下降，并與水銀貯槽中的水銀相連接。 b、輕輕放正溫度計(jì)，注意不要讓水銀柱斷開(kāi)，此時(shí)貝克曼溫度計(jì)頂端水銀貯槽中的水銀可慢慢流入水銀球。注意觀察水銀液面在貯槽標(biāo)尺上的位置，達(dá)調(diào)節(jié)溫度的刻

8、度時(shí)，按照正確的敲擊手法使水銀柱斷開(kāi)。 c、若調(diào)節(jié)溫度低于室溫時(shí)，則需要將溫度計(jì)放入低溫浴中，水銀液面才能慢 慢下降到所要求的標(biāo)尺位置，然后按照同樣的方法使水銀柱斷開(kāi)。d、檢驗(yàn)貝克曼溫度計(jì)是否合要求。使用貝克曼溫度計(jì)的注意點(diǎn)： a、貝克曼溫度計(jì)是精細(xì)玻璃制品，很容易破碎，操作或放置時(shí)都要注意。 b、要將貝克曼溫度計(jì)的水銀柱斷開(kāi)時(shí)，必須注意掌握正確的敲擊手法；要以右手緊握溫度計(jì)的中部，并使溫度近于垂直，用左手由下向上輕擊右手腕。注意用力的方向與毛細(xì)管平行，力也不要用得太大，更不能直接敲擊溫度計(jì)。 c、必須注意勿讓已經(jīng)調(diào)節(jié)好的溫度計(jì)毛細(xì)管中得水銀與貯槽中的水銀相接，調(diào)好的溫度計(jì)最好直接安放在待使用

9、的儀器上。 玻璃溫度計(jì)使用時(shí)注意點(diǎn): a、玻璃易破碎，因此不能受到撞擊、折拗以及驟冷驟熱等。b、必須等待溫度計(jì)與被測(cè)物體間達(dá)到熱平衡、水銀柱液面不再移動(dòng)后方可讀數(shù)，達(dá)到熱平衡所需要的時(shí)間與溫度計(jì)水銀球的直徑、溫度的高底以及被測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)等有關(guān)，一般情況下溫度計(jì)浸在被測(cè)物體中約16分鐘才能達(dá)到熱平衡。c、為了防止水銀在毛細(xì)管壁上的粘附；在讀數(shù)前常常必須輕輕敲擊溫度計(jì)，這一點(diǎn)在使用精密溫度計(jì)時(shí)尤其必須注意。d、讀數(shù)時(shí)，水銀柱液面，刻度和眼睛應(yīng)保持在同一水平面上，以避免讀數(shù)誤差。e、使用全浸式溫度計(jì)測(cè)溫時(shí)，應(yīng)將溫度計(jì)的水銀部分全部浸沒(méi)在被測(cè)體系中，否則必須進(jìn)行校正。f、由于溫度計(jì)制作上的問(wèn)題或者溫度

10、計(jì)使用日久可能造成溫度計(jì)玻璃球變形而使溫度計(jì)讀數(shù)與真實(shí)溫度不符，此時(shí)溫度計(jì)必須進(jìn)行校正。玻璃溫度計(jì)溫度計(jì)的校正：a、零點(diǎn)校正、零點(diǎn)校正： 將溫度計(jì)置于冰水混合體系中，待其達(dá)到熱平衡后觀察零點(diǎn)的刻度是否正確，找出修正值。b、定點(diǎn)校正：、定點(diǎn)校正： 用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行直接比較，經(jīng)多點(diǎn)校正后，作出溫度計(jì)的使用校正曲線，這樣，應(yīng)用內(nèi)插法就可找出溫度計(jì)示值所對(duì)應(yīng)的實(shí)際值。 c、露莖校正：、露莖校正： 通常使用溫度計(jì)時(shí)，多數(shù)情況下不可能把溫度計(jì)的水銀部分全部浸沒(méi)在被測(cè)體系中。由于露在被測(cè)物體外的水銀溫度低于被測(cè)物體的溫度而帶來(lái)讀數(shù)的誤差，這部分誤差可以通過(guò)露莖校正而消除。 校正公式：t=KL(t觀-t環(huán))

11、K=0.000157，是水銀對(duì)于玻璃的相對(duì)膨脹系數(shù) L為露出被測(cè)體系外的水銀柱的高度。t觀為測(cè)量溫度計(jì)上的讀數(shù) t環(huán)為露莖的平均溫度 t環(huán)的值可用掛在測(cè)量溫度計(jì)旁的輔助溫度計(jì)（輔助溫度計(jì)水銀球應(yīng)位于露莖長(zhǎng)度的一半處）來(lái)讀出。校正后的真實(shí)溫度的計(jì)算：t真=t觀+t （2）熱電偶溫度計(jì) 熱電偶測(cè)溫基本原理： 如果將兩種不同的金屬如果將兩種不同的金屬導(dǎo)線導(dǎo)線A、B連結(jié)起來(lái)，組成一連結(jié)起來(lái)，組成一個(gè)閉合回路，此時(shí)必然具有個(gè)閉合回路，此時(shí)必然具有兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)的溫度不同（分別為的溫度不同（分別為T1和和T2）時(shí)，則在兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生時(shí)，則在兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生的接觸電勢(shì)不一

12、樣，回路中的接觸電勢(shì)不一樣，回路中就有電流通過(guò)。此時(shí)，在回就有電流通過(guò)。此時(shí)，在回路中接一電位差計(jì)，就可以路中接一電位差計(jì)，就可以測(cè)出此兩導(dǎo)線連結(jié)時(shí)由于兩測(cè)出此兩導(dǎo)線連結(jié)時(shí)由于兩連結(jié)點(diǎn)溫度不同所產(chǎn)生的電連結(jié)點(diǎn)溫度不同所產(chǎn)生的電勢(shì)差勢(shì)差溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) 。 溫差電勢(shì)E的值與兩個(gè)連結(jié)點(diǎn)溫度差T成一定的函數(shù)關(guān)系：E=f（T） 若將其中的一個(gè)連結(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并維持溫度恒定不變（常用冰水混合物，以維持0）那么,溫差電勢(shì)的大小就只與另一個(gè)連結(jié)點(diǎn)(測(cè)溫點(diǎn))的溫度(T)有關(guān).此時(shí),關(guān)系式為：E=f（T） 所以，根據(jù)這一對(duì)不同金屬導(dǎo)線中的溫差電勢(shì)值就能顯示出測(cè)溫點(diǎn)的溫度。 熱電偶溫度計(jì)的分類 不是任何兩種不同

13、的金屬絲焊接在一起都可以組成熱電偶溫度計(jì)，只有那些性質(zhì)穩(wěn)定（在測(cè)量范圍不易氧化或不發(fā)生其它變化）溫差系數(shù)大（溫度每變化一度產(chǎn)生的溫差電勢(shì)較大）的金屬絲才能使用。 所以按所用各種合金的組成都是固定不變的，可分為： 康銅Cu 60%Ni 40%鎳鉻合金 Ni 90%Cr 10%鎳硅合金 Ni 95%Al 2%Si 1%Mg 2%鉑銠合金 Pt 90%Rn 10%熱電偶的制作和校正 a、焊接：先將選定的金屬絲擦去外層氧化膜后再絞合在一起，然后在電弧或氫氧焰上加熱，使其熔結(jié)在一起。 b、絕緣及其它保護(hù)處理：為避免組成熱電偶的兩根金屬絲相碰而短路，一般都在金屬絲上裝以絕緣套管，如磁管、玻璃管。為了避免熱

14、電偶和被測(cè)物體直接接觸，常在熱電偶外再套上熱容量小，傳熱快的套管如鋼管、不透鋼管等。為了加快熱量傳遞，有時(shí)可在套管中注入適量的硅油。 c、測(cè)試：測(cè)量熱電偶的溫差電勢(shì)時(shí)，常選用兩付相同的熱電偶對(duì)接，使一對(duì)熱電偶的連接點(diǎn)置于零度，另一對(duì)的連接點(diǎn)置于測(cè)溫位置，并用電位差計(jì)通過(guò)補(bǔ)嘗法測(cè)量，這種測(cè)量方法可以直接測(cè)得溫差電勢(shì)的精確數(shù)值，具有很高的準(zhǔn)確性。 d、校正和標(biāo)定：熱電偶常用溫度的定點(diǎn)和冰點(diǎn)、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)等進(jìn)行標(biāo)定。測(cè)定數(shù)點(diǎn)后，作出熱電偶的溫差電勢(shì)對(duì)溫度的關(guān)系曲線，此即為所使用的熱電偶的工作曲線，實(shí)際測(cè)溫時(shí)，在測(cè)得熱電偶的溫差電勢(shì)后，就可以應(yīng)用熱電偶工作曲線通過(guò)內(nèi)插法求出被測(cè)物體的溫度。 熱電偶溫度

15、計(jì)的優(yōu)點(diǎn)a、靈敏度高。在精密的電位差計(jì)配合下可測(cè)至0.01,如將熱電偶串聯(lián)起來(lái)組成熱電堆,靈敏度可達(dá)到0.0001,熱電偶測(cè)溫的量程很寬,應(yīng)用不同的熱電偶可以從-200測(cè)至1800 b、具有良好的重現(xiàn)性 c、可以用于導(dǎo)線遠(yuǎn)距離輸送 2.非接觸式溫度計(jì) 在測(cè)量時(shí)與被測(cè)物質(zhì)并不接觸，而是利用被測(cè)物質(zhì)所反射的電磁輻射，根據(jù)其波長(zhǎng)分布或速度和溫度之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行溫度之間測(cè)量的。 例如，光電溫度計(jì)是利用被測(cè)物體所發(fā)生的光訊號(hào)被接收后轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，根據(jù)電訊號(hào)的強(qiáng)弱表示出被測(cè)物體的溫度。 除此之外還有：光學(xué)高溫計(jì)、紅外光電溫度計(jì)等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：不干涉被測(cè)體系，無(wú)滯后現(xiàn)象，但測(cè)溫精度較差。 三、溫度的控制

16、 維持恒定溫度的最簡(jiǎn)便方法：利用物質(zhì)相變時(shí)溫度的恒定性。如以冰水體系來(lái)實(shí)現(xiàn)0恒溫,這是因?yàn)楸退幱谙嘧兤胶鈺r(shí)溫度維持不變。相變點(diǎn)恒溫介質(zhì)浴恒溫的最大優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單、溫度恒定，缺點(diǎn)是對(duì)溫度的選擇的一定的限制，不能任意調(diào)節(jié)。 許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)都必須控制在一定的溫度下進(jìn)行，如化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)量、速率常數(shù)的測(cè)定等。根據(jù)所需控制溫度的不同以及選用恒溫介質(zhì)的差別，可以將恒溫系統(tǒng)分為： 恒溫槽 高溫控制器 比例積分微分溫度控制（PID調(diào)節(jié)）系統(tǒng) 1. 恒溫槽 恒溫槽是以液體為介質(zhì)的恒溫裝置，當(dāng)采用不同的液體時(shí)，恒溫槽可以用于不同溫度區(qū)間，不同液體介質(zhì)所適用的控溫范圍不同。 液體介質(zhì)液體介質(zhì)控溫范圍控溫

17、范圍乙醇或乙醇水溶液乙醇或乙醇水溶液-60 -60 30 30水水00 90 90甘油或甘油水溶液甘油或甘油水溶液80 80 160 160石蠟油、硅油石蠟油、硅油70 70 200200（1）恒溫槽的組成 槽體槽體 恒溫介質(zhì)（常用水）恒溫介質(zhì)（常用水） 攪拌器（作用：保證恒攪拌器（作用：保證恒溫槽中介質(zhì)的溫度均勻）溫槽中介質(zhì)的溫度均勻） 加熱器加熱器 （電加熱器的間（電加熱器的間歇加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制）歇加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制） 溫度計(jì)（精密度為溫度計(jì)（精密度為0.1的 溫 度 計(jì) 、 精 密 度 為的 溫 度 計(jì) 、 精 密 度 為0.01的溫度計(jì)、貝克曼的溫度計(jì)、貝克曼溫度計(jì)）溫度計(jì)）控制裝置控制裝置 關(guān)于控制裝置作用：作用：對(duì)加熱器作出控制，當(dāng)恒溫槽低于指定溫度時(shí)，使加熱器工作，對(duì)恒溫介質(zhì)提供熱量；而當(dāng)恒溫槽到達(dá)指定溫度時(shí)，則停止加熱。 控溫裝置中包括接觸溫度計(jì)和晶體管繼電器。 接觸溫度計(jì)能根據(jù)需要發(fā)出“通”“斷”訊號(hào)，但不能用它來(lái)直接啟動(dòng)靈敏繼電器工作，因?yàn)殪`敏繼電器的工作電流需要數(shù)毫安，這樣的電流能使鎢絲和水銀之間產(chǎn)生電火花，從而造成水銀表面氧化從而沾污毛細(xì)管，所以接觸溫度計(jì)必須與晶體管繼電器聯(lián)用。 接觸溫度計(jì)的構(gòu)造： 一個(gè)良好的恒溫槽要求： 具有高靈敏度的控溫裝置；加熱器導(dǎo)線良好而且功率適