物理化學(xué)課程(2)名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎?wù)n件

1精思國計，細(xì)量民生第十章溫度計量

溫度計量與人類生產(chǎn)生活有著親密關(guān)系，正確測量溫度有十分主要意義。第1頁第一節(jié)溫度與溫標(biāo)一、溫度溫度是表征物體冷熱程度物理量。溫度單位是開爾文(K)，定義為水三相點熱力學(xué)溫度1/273.16，含有很高準(zhǔn)確度和復(fù)現(xiàn)性(優(yōu)于±0.1mK)。二、溫標(biāo)溫標(biāo)是溫度量值表示法。在日常中慣用有華氏、攝氏、熱力學(xué)和國際溫標(biāo)。2精思國計，細(xì)量民生第2頁3精思國計，細(xì)量民生（一）華氏溫標(biāo)17華倫海特首先制造了性能可靠水銀溫度計,并于1724年公布該溫標(biāo)。單位為華氏度，表示為正。當(dāng)前已用得較少，它要求在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點為32華氏度，水沸點為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號用℉，它和攝氏溫度n關(guān)系以下：m=1.8n+32℉（二）攝氏溫標(biāo)第一個提出baidu溫標(biāo)是攝爾修斯。1742年他建立了baidu溫標(biāo)，以冰點為0度，沸點為100度。1750年他接收斯托墨提議。把兩點對調(diào)，這才變成現(xiàn)在攝氏溫標(biāo)。單位為攝氏度，表示為oＣ。第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第3頁（三）熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)也稱開爾文溫標(biāo)，它是把-273.15℃作為零度溫標(biāo)。兩個熱源熱力學(xué)溫度比值被定義為在這兩個熱源之間工作可逆熱機(jī)所吸收和放出熱量比值，選水三相點為標(biāo)準(zhǔn)點，要求其值為273.16

熱力學(xué)溫標(biāo)特點：熱量反應(yīng)是物體相互熱傳遞作用過程中特征，所以熱力學(xué)溫標(biāo)不依賴測溫質(zhì)，含有普遍性，絕對性4精思國計，細(xì)量民生第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第4頁（四）國際溫標(biāo)

國際溫標(biāo)是經(jīng)國際協(xié)商、決定采取一個國際上通用溫標(biāo)。他是熱力學(xué)溫標(biāo)詳細(xì)表達(dá)。我國從1991年7月1日開始施行“1990年國際溫標(biāo)”。90溫標(biāo)定義了國際開爾文溫度符號T90；攝氏符號為t90。5精思國計，細(xì)量民生第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第5頁建立溫標(biāo)三要素：

①選擇測溫物質(zhì)，確定它溫度改變屬性

②選擇溫度固定點

③要求測溫屬性隨溫度改變關(guān)系奶瓶溫度計6精思國計，細(xì)量民生第一節(jié)溫度與溫標(biāo)第6頁

溫度直接計量方法，就是指計量溫度元件與被計量對象直接接觸。溫度直接計量方法所用儀器有金屬電阻溫度計、玻璃液體溫度計、熱電偶等。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第7頁1、電阻溫度計

電阻溫度計包含金屬(如：鉑、銦、銅等)、合金(如：銠鐵、鉑鈷、金鈷等)和半導(dǎo)體溫度計(如鍺、硅等)。純金屬和合金制成溫度計含有正電阻溫度系數(shù)，而半導(dǎo)體溫度計含有負(fù)電阻溫度系數(shù)。普通，電阻溫度計計量范圍較寬，從0.lK一1000K，都能夠找到適當(dāng)溫度計；第二節(jié)溫度計量方法和儀器第8頁1）電阻溫度計測溫原理金屬電阻率ρ與金屬散射概率p成正比，而金屬晶格中離子振動隨溫度上升而增強，這增加電子與離子間碰撞概率，電阻率隨溫度T上升而增加。利用這種關(guān)系能夠制成溫度敏感元件，做成電阻溫度計。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第9頁2）理想測溫金屬應(yīng)滿足以下要求：(1)金屬純度要高，使剩下電阻在較寬溫區(qū)內(nèi)沒有影響；(2)電阻溫度系數(shù)α要大，使能到達(dá)比較高靈敏度。α定義是：溫度T改變1℃時電阻值R相對改變量。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第10頁(3)電阻率要比較大。因為電阻率大，電阻體體積就能夠相對縮小，從而使得元件熱容量和熱慣性對應(yīng)減?。倪M(jìn)響應(yīng)時間；(4)電阻與溫度函數(shù)關(guān)系應(yīng)盡可能靠近線性。使得計算溫度程序簡化。(5)應(yīng)易于加工，亦就是能夠拉制成絲狀，并能夠繞成一定形狀。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第11頁3）鉑電阻溫度汁鉑電阻溫度計是用高純鉑絲制成溫度汁，它準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。按ITS—90要求，鉑電阻必須是用退過火、無應(yīng)力純鉑絲制成，其電阻比W(T90)定義為第二節(jié)溫度計量方法和儀器第12頁4)玻璃體溫度計玻璃液體溫度計是基于工作物質(zhì)液體在玻璃毛細(xì)管中熱脹冷縮作用原理進(jìn)行測溫。使用簡單，測量結(jié)果有足夠高準(zhǔn)確度，而且價格廉價，廣泛應(yīng)用于-100～500℃范圍測量。5）熱電偶溫度計熱電偶溫度計是利用熱電效應(yīng)進(jìn)行測溫。兩種不一樣導(dǎo)體兩端結(jié)合組成回路，當(dāng)兩個結(jié)合點溫度不一樣時，會在回路中產(chǎn)生熱電勢，即熱電現(xiàn)象。熱電偶按使用情況可分為標(biāo)準(zhǔn)和工作用。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第13頁2、低溫計量

在第一溫區(qū)（0.65-5.00K），ITS-90要求由3He和4He蒸氣壓與溫度關(guān)系式來定義，它是基于封閉系統(tǒng)中兩相系飽和蒸汽壓與溫度對應(yīng)關(guān)系。

在第二溫區(qū)（3.0-24.5661K），用氦氣體溫計來定義。

原理是波爾定律：一定質(zhì)量理想氣體在溫度保持不變情況下，它壓強與體積成反比。14精思國計，細(xì)量民生第二節(jié)溫度計量方法和儀器第14頁3、中溫計量

在第三溫區(qū)（13.8033-1234.93K),內(nèi)插儀器是鉑電阻溫度計。原理是金屬電阻隨溫度改變而改變。慣用有三種：標(biāo)準(zhǔn)長桿式鉑電阻溫度計標(biāo)準(zhǔn)套管桿式鉑電阻溫度計標(biāo)準(zhǔn)高溫桿式鉑電阻溫度計。15精思國計，細(xì)量民生第二節(jié)溫度計量方法和儀器第15頁4、高溫計量第四溫區(qū)（溫度大于1234.93K），按照普朗克輻射定律來定義，內(nèi)插儀器是光電高溫計，并經(jīng)過溫度燈來復(fù)線亮度溫度。1）計量原理普朗克定律是19普朗克利用統(tǒng)計理論推到出黑體單位表面積向外發(fā)射單位波長能量是溫度單指函數(shù)。經(jīng)過輻射測量某一波長下單色輻射出射度測量得出黑體溫度。16精思國計，細(xì)量民生第二節(jié)溫度計量方法和儀器第16頁

2）計量器具最早輻射測溫儀表是以光學(xué)高溫計為代表亮度測溫儀表，1968年國際使用溫標(biāo)要求銀凝固點以上溫度采取光學(xué)高溫計作為內(nèi)插儀器。以后人們利用光電檢測元件代替人眼，發(fā)展了光電高溫計。

17精思國計，細(xì)量民生第二節(jié)溫度計量方法和儀器第17頁精思國計，細(xì)量民生18第二節(jié)溫度計量方法和儀器第18頁5、固定點復(fù)現(xiàn)

ITS-90溫標(biāo)定義固定點主要是三相點和金屬凝固點，水三相點地實現(xiàn)是用水三相點瓶。當(dāng)前大量使用是玻璃水三相點瓶。圖：水三相點瓶19精思國計，細(xì)量民生第二節(jié)溫度計量方法和儀器第19頁6、熱流和熱度計熱流是溫度導(dǎo)出量，用儀器來測量熱量轉(zhuǎn)移。測量熱量轉(zhuǎn)移儀器稱為熱流計或熱流傳感器。當(dāng)前應(yīng)用最多熱流計有兩種：一個是導(dǎo)熱式測量原理，另一個是輻射式測量原理。7、溫度指示和調(diào)整儀溫度指示和調(diào)整儀是利用被測物體溫度改變時，感溫元件將被測對象溫度轉(zhuǎn)變成為電量信號傳遞給溫度指示和調(diào)整儀，由溫度指示儀、溫度指示和調(diào)整儀；指示方式分為模擬式和數(shù)字式。第二節(jié)溫度計量方法和儀器第20頁8、濕度濕度是描述空氣（或其它氣體）中水汽含量參數(shù)。濕度表示方法：①混合比②水汽分壓③摩爾濃度④相對濕度⑤漏點溫度第二節(jié)溫度計量方法和儀器第21頁1、玻璃液體溫度計結(jié)構(gòu)如圖所表示。貯液泡中貯有測溫介質(zhì)（如水銀、酒精、甲苯等）。毛細(xì)管與貯液泡相溶接,測溫介質(zhì)充滿貯液泡和毛細(xì)管中一部分。當(dāng)貯液泡溫度發(fā)生改變時,毛細(xì)管中液柱彎月面就升高或降低,升或降數(shù)值與溫度改變大小相關(guān),從液柱高低就能夠讀出溫度。玻璃液體溫度計結(jié)構(gòu)圖補充：慣用溫度計第22頁2、壓力式溫度計

壓力式溫度計結(jié)構(gòu)如圖所表示,它由密閉溫度測量系統(tǒng)和指示儀表兩部分組成。密閉溫度測量系統(tǒng)由溫泡、毛細(xì)管及彈簧管組成。壓力式溫度計利用氣體、液體或低沸點液體作為感溫物質(zhì)填充于密閉溫度測量系統(tǒng)內(nèi),當(dāng)溫泡內(nèi)感溫物質(zhì)受到溫度作用時,密閉系統(tǒng)內(nèi)壓力產(chǎn)生改變,同時引發(fā)了彈簧管彎曲率改變并使其自由端發(fā)生位移,然后經(jīng)過連桿和傳動機(jī)構(gòu)帶動指針,在刻度盤上直接顯示出溫度改變值。

壓力式溫度計結(jié)構(gòu)圖補充：慣用溫度計第23頁補充：慣用溫度計3、熱電偶

由導(dǎo)體材料A、B組成閉合回路，其接點溫度分別為T、T0,假如T＞T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)ABNAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點溫度為T和T0時電子密度；NBT、NBT0——