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、分子無序運動平均動能的體現(xiàn)對于平衡系統(tǒng),它標志物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動的劇烈程度

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)值的標尺叫溫標。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。溫標三要素（基本條件）：溫度計、固定點、內(nèi)插函數(shù)目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。

32熱力學溫標（絕對溫標）熱力學溫標又稱開爾文溫標，或稱絕對溫標，它規(guī)定分子運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，所以這個方法建立起來的熱力學溫標就避免了分度的“任意性”。（針對華氏和攝氏溫標）但卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，不是真實存在的。實際上使用氫、氦和氮等近似理想氣體作出定容式溫度計，并根據(jù)熱力學第二定律定出這種氣體溫度計的修正值，然后用氣體溫度計來制定熱力學溫標。53國際溫標由于氣體溫度計結構復雜，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算公式傳遞的、既能高精度復現(xiàn)溫標，又在使用上簡便的溫標，用它來統(tǒng)一各國之間的溫度計量，這就是國際溫標。經(jīng)國際上協(xié)商建立的國際溫標，它通常具備的條件：盡可能接近熱力學溫度復現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準確度復現(xiàn)同樣的溫標用于復現(xiàn)溫標的標準溫度計使用方便、性能穩(wěn)定61927年國際溫標(ITS-27)1948年國際溫標(ITS-48)1968年國際溫標(ITS-68)1990年國際溫標(ITS-90)國際溫標做重大修改的原因：固定點的改變內(nèi)插標準儀器（溫度計）的改變內(nèi)插公式的改變1990.1.1，各國開始使用ITS-90溫標國際溫標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際可測量的最高溫度。與直接測量熱力學溫度相比，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系式來定義。

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

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

第四溫區(qū):銀凝固點(961.78℃)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復現(xiàn)儀器為光學高溫計10ITS-90的定義固定點共17個11（4）溫標的傳遞國際溫標由各國計量部門按規(guī)定分別保持和傳遞。在我國由中國計量科學研究院用國際溫標規(guī)定的各定義固定點和一整套基準儀器來復現(xiàn)，并由各省級計量局逐級傳遞到測溫儀表和實驗用精密測溫儀表。13我國溫標傳遞系統(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：測量1000℃以上移動、旋轉(zhuǎn)或反應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，熱慣性小響應速度較快，約2~3s

常用非接觸式測溫儀表：光學高溫計、比色高溫計和輻射高溫計17普朗克輻射定律18黑體輻射亮度與波長及溫度的關系19常見的幾種測溫方法序號溫度計分類溫度計作用原理1膨脹式溫度計（液、固）液體、固體受熱膨脹2壓力式溫度計（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電阻溫度計導體或半導體受熱電阻變化4熱電偶溫度計熱電偶的熱電勢和溫度有關5輻射式溫度計（光學式、輻射式、比色式）物體熱輻射與溫度有關6氣體溫度計利用理想氣體PV＝f(T)的關系7聲學溫度計氣體中聲的傳播速度與溫度有關8噪聲溫度計電阻體中噪聲電壓平方與溫度成正比9磁溫度計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1膨脹式溫度計：液體膨脹式溫度計固體膨脹式溫度計2壓力式溫度計：液體壓力式溫度計氣體壓力式溫度計蒸氣壓力式溫度計225.1膨脹式溫度計1液體膨脹式溫度計液體膨脹式溫度計中使用最廣泛的就是水銀玻璃溫度計，簡稱玻璃溫度計?！獦嬙旌唵巍⑹褂梅奖?、準確度高和價格低廉。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的氮氣，采用石英玻璃管，上限可到750攝氏度。如用其它低凝固點的液體，下限可到－200攝氏度。按用途：1工業(yè)用：尾部多樣，帶保護罩。2標準用：分為一等和二等，校驗用。按測溫范圍制成多只成套用。3實驗室用：結構和標準相仿，準確度較高。使用方法：液柱全部浸入，才能得到準確值。23測溫誤差分析玻璃材料較大熱滯后效應，當測高溫后立即測低溫，溫包不能立即恢復至起始體積，使溫度計零點漂移，引起誤差溫度計浸沒深度不夠引起誤差溫度計標定時，全部液柱均浸沒于被測介質(zhì)中，實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—溫度計的示值ta

—環(huán)境溫度25練習題某測量蒸氣管道中蒸汽溫度的水銀溫度計指示值為280℃，溫度計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℃，試求蒸汽的真實溫度？262固體膨脹式溫度計利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計，分為：桿式溫度計和雙金屬溫度計。其中雙金屬溫度計使用最多。雙金屬溫度計原理：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雙金屬溫度計又可分為桿型和盒型兩種，通常以桿型雙金屬溫度計使用最多，桿型中按其表盤位置的不同可分為軸向型和徑向型，也有設計成表盤位置可以任意轉(zhuǎn)動的。雙金屬溫度計的準確度等級自1.0級至2.5級都有。29雙金屬溫度計由于結構簡單，抗震性能好，比水銀溫度計堅固，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。雙金屬溫度計結構（a）軸向型（b）徑向型1-表殼2-刻度盤3-活動螺母4-保護套管5-指針軸6-感溫元件7-固定端305.2壓力式溫度計原理：根據(jù)在封閉容器中的液體、氣體或低沸點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。結構：溫包、毛細管和彈性壓力表受毛細管長度限制，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液體壓力式溫度計原理：金屬溫包和金屬毛細管一端相連，毛細管另一端和彈簧壓力計連接。溫包、毛細管和彈簧管內(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，并在其溫度標尺上給出被測溫度值。測量上限壓力可達17.5MPa。32332氣體壓力式溫度計原理：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，一般氣體都能較準確地遵守氣體狀態(tài)方程式。溫度測量范圍：氮氣，測量最高溫度可達500到550攝氏度，低溫下充氫氣，測溫下限可達－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。注意：壓力和溫度的關系非線性，需要采用補償措施（變剛度彈簧管或壓力表的連桿機構補償）使溫度刻度線性化。液體沸點(。

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壓力溫度計基本參數(shù)表特性及參數(shù)液體壓力式溫度計蒸汽壓力式溫度計氣體壓力式溫度計工作物質(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