第9章9.2温度计量

某公司产标准铂电阻外观及其参数
(2) 铑铁电阻温度计——用铑铁合金丝制成，其 铁含量为0.5％（原子百分比）。 （0.1～273）K 温区温标的传递标准器之一， 其在水三相点电阻分为100Ω和50Ω两种。
(3) 铂钴电阻温度计——利用磁性杂质和钴的自 旋脉动的一种温度计。 与铂电阻比较：在低温时优点多； 与铑铁合金比较：稳定性好而且不会产生结构 应力； 缺点： 由合金引起的经年变化不可 避免。
W (T90) ≧1.392 56
铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程：
Rt = R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] , t = (-200～0) ℃
Rt = R0(1+At+Bt2) ,
t = (0～850) ℃
对于W=1.391的工业铂电阻:
A = 3.96847×10-3 /℃ B = -5.847×10-7 /℃2 C = 4.22×10-12 /℃4
E1 E2



T

所测温度称为色温度。
(3) 全辐射法：通过测量被测对象在全波长 范围的辐射能量，利用斯蒂芬—玻尔兹曼 定律来确定被测对象的被测温度。
E 0 T 4
所测温度称为辐射温度。 由于受周围环境影响较大，该方法准确度 一般不如光学高温计、光电高温计和比色 高温计。
mA

mB

(VA
VB )K

(LA

LB )
mr Vr K
LBr LB
(3) 门捷列夫称量法 门捷列夫称量法——一种改进了的替代法：衡 量时，天平自始至终在一固定质量下进行衡量。 先在天平左盘上放接近极限负载的砝码或物体， 右砝码盘上放置砝码使天平平衡（停止点x等 于中零的点 一x部0）分。砝然码后，，使再天用平物仍体回替到换原下来右的砝平码衡盘点 x量0，。则取下砝码的总质量就等于待测物体的质
2) 辐射测温法分类
(1) 亮度法：通过测量被测对象在某一特定 波长下的光谱辐射能量从而确定被测对象温 度。
E 0 ET
所测温度称为亮温度。 亮度法测温范围：（800～4000）℃。
(2) 比色法：通过确定被测对象在两个不 同波长的光谱辐射能量比值与被测对象 温度之间的关系从而实现测量被测对象 温度。
特点： 稳定性； 唯一性； 复现性； 客观性。
3．1990年国际温标(ITS—90)
即 International Temperature Scale——1990，规定了详细的标 准温度装置，固定点温度值和插 入公式，其实质就是热力学温标。
水三相点（273.16 K）： 确定热力学温度单位的唯一的定义定点； ITS—90的定义定点之一。
• 小容量：0.1～1000 mL • 中容量： 1～1000L • 大容量： ≥1000 L
金属结构：实验室用一等标准金属量器、油罐、 油轮、槽车、罐车等
非金属结构：玻璃的量瓶、量杯、量筒、滴定管、 吸管、注射器等
标准金属量器： a. 一等的容量为50mL，精度为 土(0.015～0.02)％
b. 二等的容量为200mL、 500mL，精度为土(0.025～0.04)％
(2) 铂铑30—铂铑6热电偶 (B型) 特点：* 热电特性在高温下比S型热电偶更稳 定。 * 长期使用温度: ≤ 1600℃，短期使用温 度: ≤ 1800℃；
(3) 镍铬—镍硅(镍铬—镍铝)热电偶 (K型) 特点： * t≤500℃时，可在还原性、中性 和氧化性环境中可靠地工作； * t＞500℃时，只能在氧化性或中性环 境中工作。
提生法则）：
(T ) i (T ) r
(1) 铂电阻温度计——用高纯铂丝制成。准 确度高，稳定性好，性能可靠。
ITS—90中13.80 K～961.78℃温区的内插仪 器。
ITS—90规定：铂电阻必须是退过火的、无 应力的纯铂，其电阻比 W (T90) 为：
W
(T90 )

R(T90 ) R(273.16K )
B. 非接触法测温—— 感温元件不与被测物体相接触 物体的热辐射原理 物体的电磁性质 测温精度<接触法测温精度
非接触法测温优点：
• (1) • (2) • (3) • (4) • (5) • (6) • (7)
较高温度计量 响应时间: ms级或μs级，动态特性好 精确的热图像和物体温度分布 热容量小物体温度计量 导热系数很小的物体表面温度计量 移动物体温度计量 远距离目标温度计量
在空气中衡量时，必须考虑由空气浮力所引入 的计量误差
(1) 直接称量法
mA：被测物体的质量 VA：被测物体的体积 ρK：空气密度 Lp ：天平平衡位置
mB：标准砝码的质量 VB：标准砝码的体积 S：天平的分度值
mA mB (VA VB )K (LP L0 )S
(2) 替代称量法——波尔达法
黄铜和青铜：传统的砝码材料，具有较小的磁 化率
砝码组——以十进位为一个组合单元，按5、3、 2、1；5、2、2、1（我国所采用的系列）或5、 2、1、l等系列进行组合的砝码
千克组砝码 —— (1～20) kg 克组砝码 —— (1～500) g
毫克组砝码 —— (1～500) mg
≥20kg的大砝码 —— 用来检定各种大型衡器
辐射温度计
带光纤的辐射温度计
9.2.４ 温度计量
温度计量—— a. 温度标准制定和实施, 测温方法、测温装
置的研究 b. 热量→温度量→控制信号 c. 温度量值的统一、准确可靠
计量对象：气体、液体、固体、等离 子体和生物体等
空间范围：微生物→地球或天体
时间范围：长期温度监测(>10y→ns或ps级
9.2 温度计量
温度计量——包括温标、测温原理、测温方法 等，同时也包括温度量值的处理和作为控制信 号的应用以及各种新温度传感器的研究。
9.2.1 温度的概念
一切互为热平衡的系统都具有相同的温 度;
温度反映了物体分子无规则热运动的剧 烈程度，是物体分子运动平均动能大小 的标志。
9．2．2 温标
用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等
压力式温度计可以用于测量并可直接显示 工业生产过程的介质（－100～+600）℃范 围的温度。
压力式温度计外观示意图
3．电阻温度计
A. 纯金属 (如铂、铟、铜等)温度计 B. 合金 (如铑铁、铂钴、金钴等) 温度计 C. 半导体 (如锗、硅等) 温度计
纯金属和合金温度计特点：
具有正温度系数： (0.4～0.6) ％/ ℃ 计量范围较宽: 0.1 K～1000℃ 不确定度小：通常可达1～10 mK； 灵敏度高：在600℃以下，输出信号远 大于热电偶。
半导体温度计特点：
具有负温度系数：(3～6）％/ ℃
1) 金属电阻温度计
金属电阻率ρ是每个原子的自由电子数n、电子速 度v、电子电荷e和电子的有效平均自由程l的函 数，即：
f (n,v,e,l)
n 、v 、e 一般与温度无关。 若晶格缺陷散射所为ρi(T)，则总电阻率ρ可记为（马
温度范围：20K超低温→热核反应堆108K
测量精度：现在最精密的测量 (室温附近) 0.1×10-3K , 相对精度﹥10-6
1．常用温度计量方法
A. 接触法测温——被测物体与温度计或感 温元件有良好的接触，达到同温。 所用的温度计有玻璃液体温度计、压力式 温度计、电阻温度计和热电偶温度计等
接触法测温可用于任意场所的温度测量， 测温范围：≤1000℃
2．超高温、超低温计量
超高温:≥2000℃； 工程上超高温≥ 3000℃
计量装置：太阳炉辉度温度计 太阳炉亮度温度计
超低温:≤ 90.188K (氧的露点)
计量装置：磁性温度计——常磁性物质磁化率在 低温时随温度变化很大
进入下一节学习:
力学计量
9.3 力学计量
力学计量基本内容——质量、容量、密度、 力值、硬度、压力、真空、流量、振动、 冲击等专业计量技术
毛细管中液柱弯月面升降 的数值与温度的变化相关。
玻璃液体温度计分类：
工业用玻璃液体温度计 实验室用玻璃液体温度计
标准玻璃液体温度计
标准水银温度计：Ⅰ等和Ⅱ等， 测温范围：（-30～+300）℃
二等标准水银温度计
玻璃棒式温度计
2．压力式温度计
温度变化
压力产生变化
刻度盘上显示出温度变化值
弹簧管弯曲率变化 自由端发生位移
水的三相点容器外观图
我国是从1991年7月正式执行 ITS—90) 。 摄氏温度与热力学温度的数值关系为：
TK＝273.16＋tc， tc＝TK一273.16
9.2.3 常用温度计 1．玻璃液体温度计
贮液泡中贮有测温介质 (如水银、酒精、甲苯等)。 毛细管与贮液泡相溶接， 测温介质充满贮液泡和毛 细管中的一部分。
力学计量的理论基础——牛顿力学
9.3.1 质量计量
质量计量——采用适当的仪器和方法，确 定被测物体与国际千克原器之间的质量对 应关系
1．天平和砝码
1) 天平
天平应具有四个主要计量性能：
稳定性 正确性 灵敏性 不变性
天平的分类：
按结构分： 等臂天平
不等臂天平 单盘天平 双盘天平 电光天平 摆动天平
(4)铜—康铜热电偶 (T型) 特点：* 氧化性环境中使用温度: ≤300℃； * 还可用于t≤ －200℃的低温测量，热 电特性良好。
5．辐射温度计
1) 辐射温度计的测温原理
物体辐射能量的大小与波长、温度有关，它 们的关系由一系列辐射基本定律所描述。
通过观察被测物体在全波长或某一波段的辐 射能量，并由此确定物体温度的测量装置， 统称为辐射温度计。
电子分析天平
等臂天平原理
等臂天平横梁