溫度測量概述課件

熱工測量儀表——溫度測量概述1一、溫度測量的意義溫度：衡量物體冷熱程度的物理量、分子無序運(yùn)動平均動能的體現(xiàn)對于平衡系統(tǒng),它標(biāo)志物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運(yùn)動的劇烈程度

借助某種物質(zhì)的某種特性(如體積,長度和電阻)隨溫度變化規(guī)律測量,從而形成各種不同溫度計(jì)溫度為內(nèi)涵量，不像其它基本物理量（廣延量）可以疊加2二、溫標(biāo)溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。溫標(biāo)三要素（基本條件）：溫度計(jì)、固定點(diǎn)、內(nèi)插函數(shù)目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。

32熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動停止時的溫度為絕對零度，記符號為K。1848年湯姆遜首先依據(jù)卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)提出。在卡諾循環(huán)中有以下方程式：表示工質(zhì)在溫度為T1的熱源吸收熱量Q1，而在溫度為T2的能源釋放熱量Q2。如果指定定點(diǎn)溫度T2，就可以根據(jù)上式求得未知溫度T1。顯然上式與工質(zhì)本身的種類和性質(zhì)無關(guān)，所以這個方法建立起來的熱力學(xué)溫標(biāo)就避免了分度的“任意性”。（針對華氏和攝氏溫標(biāo)）但卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，不是真實(shí)存在的。實(shí)際上使用氫、氦和氮等近似理想氣體作出定容式溫度計(jì)，并根據(jù)熱力學(xué)第二定律定出這種氣體溫度計(jì)的修正值，然后用氣體溫度計(jì)來制定熱力學(xué)溫標(biāo)。53國際溫標(biāo)由于氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不便，除了在低溫測量中使用外，還必須建立一種能夠用計(jì)算公式傳遞的、既能高精度復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)，又在使用上簡便的溫標(biāo)，用它來統(tǒng)一各國之間的溫度計(jì)量，這就是國際溫標(biāo)。經(jīng)國際上協(xié)商建立的國際溫標(biāo)，它通常具備的條件：盡可能接近熱力學(xué)溫度復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使用方便、性能穩(wěn)定61927年國際溫標(biāo)(ITS-27)1948年國際溫標(biāo)(ITS-48)1968年國際溫標(biāo)(ITS-68)1990年國際溫標(biāo)(ITS-90)國際溫標(biāo)做重大修改的原因：固定點(diǎn)的改變內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器（溫度計(jì)）的改變內(nèi)插公式的改變1990.1.1，各國開始使用ITS-90溫標(biāo)國際溫標(biāo)同時使用國際開爾文溫度T90和國際攝氏溫度t90：t90=T90-273.157（2）國際溫標(biāo)ITS-90的溫度范圍

ITS-90由0.65K向上到基于普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測量的最高溫度。與直接測量熱力學(xué)溫度相比，T90的測量要方便得多，而且更為精密，并具有很高的復(fù)現(xiàn)性。

9（3）ITS-90的定義

第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間,T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義。

第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義.

第三溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78℃)之間,T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義.它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)及利用規(guī)定的內(nèi)插法來分度.

第四溫區(qū):銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì)10ITS-90的定義固定點(diǎn)共17個11（4）溫標(biāo)的傳遞國際溫標(biāo)由各國計(jì)量部門按規(guī)定分別保持和傳遞。在我國由中國計(jì)量科學(xué)研究院用國際溫標(biāo)規(guī)定的各定義固定點(diǎn)和一整套基準(zhǔn)儀器來復(fù)現(xiàn)，并由各省級計(jì)量局逐級傳遞到測溫儀表和實(shí)驗(yàn)用精密測溫儀表。13我國溫標(biāo)傳遞系統(tǒng)示意圖14三、測溫原理1、接觸式測溫原理2、熱輻射測溫原理152.非接觸法

原理：凡高于絕對零度的物體都具有發(fā)出輻射的能力,利用物體的熱輻射隨溫度變化原理

特點(diǎn)：測量1000℃以上移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體溫度測量；不與被測物體接觸，不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小響應(yīng)速度較快，約2~3s

常用非接觸式測溫儀表：光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)和輻射高溫計(jì)17普朗克輻射定律18黑體輻射亮度與波長及溫度的關(guān)系19常見的幾種測溫方法序號溫度計(jì)分類溫度計(jì)作用原理1膨脹式溫度計(jì)（液、固）液體、固體受熱膨脹2壓力式溫度計(jì)（液體式、氣體式、蒸汽式）封閉在固定容積中的液體、氣體或液體的飽和蒸汽受熱體積膨脹或壓力變化3電阻溫度計(jì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體受熱電阻變化4熱電偶溫度計(jì)熱電偶的熱電勢和溫度有關(guān)5輻射式溫度計(jì)（光學(xué)式、輻射式、比色式）物體熱輻射與溫度有關(guān)6氣體溫度計(jì)利用理想氣體PV＝f(T)的關(guān)系7聲學(xué)溫度計(jì)氣體中聲的傳播速度與溫度有關(guān)8噪聲溫度計(jì)電阻體中噪聲電壓平方與溫度成正比9磁溫度計(jì)順磁體材料的磁化率隨溫度變化21五、利用熱脹冷縮原理的溫度計(jì)1膨脹式溫度計(jì)：液體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)2壓力式溫度計(jì)：液體壓力式溫度計(jì)氣體壓力式溫度計(jì)蒸氣壓力式溫度計(jì)225.1膨脹式溫度計(jì)1液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)中使用最廣泛的就是水銀玻璃溫度計(jì)，簡稱玻璃溫度計(jì)。——構(gòu)造簡單、使用方便、準(zhǔn)確度高和價格低廉。多為棒式。測溫范圍一般為：－39～＋356攝氏度。如在玻璃管內(nèi)充8MPa的氮?dú)猓捎檬⒉ＡЧ?，上限可?50攝氏度。如用其它低凝固點(diǎn)的液體，下限可到－200攝氏度。按用途：1工業(yè)用：尾部多樣，帶保護(hù)罩。2標(biāo)準(zhǔn)用：分為一等和二等，校驗(yàn)用。按測溫范圍制成多只成套用。3實(shí)驗(yàn)室用：結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)相仿，準(zhǔn)確度較高。使用方法：液柱全部浸入，才能得到準(zhǔn)確值。23測溫誤差分析玻璃材料較大熱滯后效應(yīng)，當(dāng)測高溫后立即測低溫，溫包不能立即恢復(fù)至起始體積，使溫度計(jì)零點(diǎn)漂移，引起誤差溫度計(jì)浸沒深度不夠引起誤差溫度計(jì)標(biāo)定時，全部液柱均浸沒于被測介質(zhì)中，實(shí)際使用時只有部分液柱浸沒其中，引起指示值偏離被測介質(zhì)的真實(shí)值部分浸沒時，需修正：

Δt=nβ(t-ta)n—露出部分所占刻度數(shù)β—工作液對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（汞0.00016，酒精0.000103）t—溫度計(jì)的示值ta

—環(huán)境溫度25練習(xí)題某測量蒸氣管道中蒸汽溫度的水銀溫度計(jì)指示值為280℃，溫度計(jì)浸沒深度處的刻度為60℃，液柱露出部分的環(huán)境平均溫度為30℃，試求蒸汽的真實(shí)溫度？262固體膨脹式溫度計(jì)利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計(jì)，分為：桿式溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)。其中雙金屬溫度計(jì)使用最多。雙金屬溫度計(jì)原理：兩種線膨脹系數(shù)不同的雙金屬片疊焊在一起制成。金屬片一段固定，另一端可自由移動。如果下方金屬的線膨脹系數(shù)較大，則溫度升高時會向上彎曲變形。溫度越高，彎曲的角度越大。27雙金屬溫度計(jì)又可分為桿型和盒型兩種，通常以桿型雙金屬溫度計(jì)使用最多，桿型中按其表盤位置的不同可分為軸向型和徑向型，也有設(shè)計(jì)成表盤位置可以任意轉(zhuǎn)動的。雙金屬溫度計(jì)的準(zhǔn)確度等級自1.0級至2.5級都有。29雙金屬溫度計(jì)由于結(jié)構(gòu)簡單，抗震性能好，比水銀溫度計(jì)堅(jiān)固，且可避免水銀污染，因此工業(yè)上逐步用它取代水銀溫度計(jì)。雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)（a）軸向型（b）徑向型1-表殼2-刻度盤3-活動螺母4-保護(hù)套管5-指針軸6-感溫元件7-固定端305.2壓力式溫度計(jì)原理：根據(jù)在封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化制作，并用壓力表測量這種壓力變化來測得溫度。結(jié)構(gòu)：溫包、毛細(xì)管和彈性壓力表受毛細(xì)管長度限制，工作距離≤60mm，工作溫度：-50℃~550℃動態(tài)性能差，滯后性大，不能測量快速變化的溫度311液體壓力式溫度計(jì)原理：金屬溫包和金屬毛細(xì)管一端相連，毛細(xì)管另一端和彈簧壓力計(jì)連接。溫包、毛細(xì)管和彈簧管內(nèi)充滿液體。液體受熱后壓力升高，壓力經(jīng)毛細(xì)管傳遞給彈簧管，使彈簧管變形，從而使彈簧管壓力表工作，并在其溫度標(biāo)尺上給出被測溫度值。測量上限壓力可達(dá)17.5MPa。32332氣體壓力式溫度計(jì)原理：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式PV=mRT可知：如果體積一定，壓力和溫度成正比。在溫度不太低而壓力不太高時，一般氣體都能較準(zhǔn)確地遵守氣體狀態(tài)方程式。溫度測量范圍：氮?dú)?，測量最高溫度可達(dá)500到550攝氏度，低溫下充氫氣，測溫下限可達(dá)－120攝氏度。壓力范圍：初始充氣壓力為1－3MPa，上限壓力受系統(tǒng)承受的限制，一般為6MPa。343蒸汽壓力式溫度計(jì)原理：道爾頓飽和蒸汽壓定律——液體的飽和蒸汽壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)。注意：壓力和溫度的關(guān)系非線性，需要采用補(bǔ)償措施（變剛度彈簧管或壓力表的連桿機(jī)構(gòu)補(bǔ)償）使溫度刻度線性化。液體沸點(diǎn)(。

C)臨界溫度(。C)臨界壓力(MPa)典型量程（。

C）氯甲烷－24.2143.16.450~50溴甲烷4.6－－25~80丁烷-0.5153.03.5320~80氯乙烷12.37187.25.1030~100乙醚34.51193.8－60~160丙酮56.2232.05.10100~120乙醇78.5243.16.18100~180水100.0374.021.3120~220甲苯110.6320.64.08150~250氬-187.5-122.04.71－354壓力式溫度計(jì)的附加誤差（1）溫包浸入深度的影響；（2）環(huán)境溫度的影響；（3）大氣壓力的影響；（4）液柱高度的影響。36壓力溫度計(jì)基本參數(shù)表特性及參數(shù)液體壓力式溫度計(jì)蒸汽壓力式溫度計(jì)氣體壓力式溫度計(jì)工作物質(zhì)水銀、二甲苯、乙醇、甘油氯甲烷、氯乙烷、丙酮、水、甲苯、乙醚、乙醇等氮、氫、氦