热工测量与参数南航3

（基准、标准等）来划分。
3.测量仪表的分类

接触式测温法是使感温元件直接与被测物 体或直接与被测介质接触，感受被测物体 或被测介质的温度变化。 膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计


非接触式测温仪表是采用感温元件与被测 物体不直接接触的方法来测量温度。 在高温范围内，用直接接触测温法非常困 难，可采用非接触式测温法，利用物体的 热辐射特性对物体的温度进行非接触式测 量。 光学高温计、比色高温计、辐射高温计
E AB (T,T0 ) E AB (T) E AB (T0 ) E B (T,T0 ) E A (T,T0 )
进行推导整理后，可得
K T N A (T) E AB (T, T0 ) ln dT e T0 N B (T)
对于确定的材料A和B，NA和NB与T的关 系已知，则上式可简写成下面的形式 EAB(T,T0)= f(T) － f(T0) 如果冷端温度T0保持恒定，这个热电势就 是热端温度T的单值函数，即 EAB(T,T0)= f(T) －C
E AB (T) KT N A (T) ln e N B (T)
式中 e ——单位电荷，4.802X10-10静电单位； K——波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K； NA(T)、NB(T)——材料A、B在温度为T时 的自由电子密度； T——A、B接触点的温度，K。

从理论上可以证明该接触电势的大小和 方向主要取决于两种材料的性质（电子 密度）和接触面温度的高低。

工程上所使用的各种类型的热电偶均把 E(t)和t的关系制成易于查找的表格形式， 这种表格称为热电偶的分度表。
二、热电偶的基本定律
1．均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路中，不论 其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温 度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果 回路中有热电势存在则材料必为非均质的。

由 平 衡 氢 三 相 点 （ ~13.8K ） 到 银 凝 固 点 （~962℃），这个温度段内，标准仪器应用铂 电阻温度计。

银凝固点（~962℃）以上温度区间采用普朗克 定律外推。
二、温度标准的传递
与国际实用温标有关的基准仪器均由国家 指定机构（我国由中国计量科学研究所）保存， 并通过下级计量机构（如省、市级的技术监督
三、压力式温度计

它是利用密闭容积内工作介质随温度 升高而压力升高的性质，通过对工作 介质的压力测量来判断温度值的一种 机械式仪表。
工作介质是气体、液体或蒸气 简单可靠、抗振性能好，具有良好的 防爆性 动态性能差，示值的滞后较大，不能 测量迅速变化的温度

第三节 热电偶温度计
热电偶是目前世界上科研和生产中应用 最普遍、最广泛的温度测量元件。 它将温度信号转换成电势（mV）信号， 配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现 温度的测量或温度信号的转换。 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、 准确度高、性能稳定、复现性好、体积 小、响应时间短等各种优点。


第二节 膨胀式温度计
膨胀式温度计是利用物体受热膨胀
的原理制成的温度计，主要有液体膨胀
式温度计、固体膨胀式温度计和压力式
温度计三种。
一、液体膨胀式温度计
1. 测温原理
2. 主要特点
3. 分类 4. 测温误差分析
二、固体膨胀式温度计
它是利用两种线膨胀系数不同的材料 制成，有杆式和双金属片式两种。
在ITS-90中同时使用国际开尔文温度（符号 为T90）和国际摄氏温度（符号为t90），其关系为
t90 = T90 － 273.15
T90 单位为开尔文（K），t90 单位为摄氏度 （℃）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标 （ITS-90）的规定。


ITS-90的一些规定如下： 由0.65K到 4He临界点（~5.2K）温度范围为一温 度段，在此温度段内用3He和4He周期压力与温度 的关系来确定温度。 由4He沸点（~4.2K）到氖三相点（~24.6K）温度 范围内，T90 的确定采用在三个规定温度点分度 过的3He或4He气体温度计内插。这三个点分别是 氖三相点（~24.6K）、平衡氢三相点（~13.8K） 和4He正常沸点（~4.2K）。
局）进行传递，通常采用较高级对较低级进行
校验。
三、温度测量方法及测量仪表的分类

温度不能直接测量，而是借助于物质的某些物 理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变 化量的测量间接地获得温度值。 根据温度测量仪表地使用方式，通常可分类为 接触法与非接触法两大类。

1. 接触法
当两个物体接触后，经过足够长的时间达到 热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其 中之一为温度计，就可以用它对另一个物体 实现温度测量，这种测温方式称为接触法。 特点：温度计要与被测物体有良好地热接触， 使两者达到热平衡。

该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表 或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的 环境温度，原热电偶回路的热电势将不受 接入仪表或导线的影响。
热力学中卡诺定理指出：一个理想的卡诺 机，当它工作于温度为T2的热源与温度为T1的 冷源之间，它从热源中吸收的热量Q2与向冷源 中放出的热量Q1，应遵循以下关系： T1 Q1 T2 Q 2 这就是建立热力学温标的物理基础。如果 指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比 求得未知温度值。
热力学温标规定水在标准大气压下
（三）温标
温标是温度数值化的标尺。它规定了温 度的读数起点和测量温度的基本单位。各种 温度计的刻度数值均由温标确定。
1．经验温标
它是借助于某一种物质的物理量与温度变 化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温 标。

摄氏温标
摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰 融点为0度，水沸点为100度，中间等分为 100格，每格为摄氏1度，符号为℃。
WRNK-332/ⅠΦ4*1000mm Gh2520 铠装可动卡套螺纹热电偶
一、热电偶的测温原理
两种不同的导体（或半导体）A和B组成 闭合回路，如下图所示。当A和B相接的两个 接点温度T和T0不同时，则在回路中就会产生 一个电势，这种现象叫做热电效应。由此效 应所产生的电势，通常称为热电势，用符号 EAB（T，T0）表示。

2.非接触法
利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定 物体温度，这种测温方式称为非接触法。 特点：不与被测物体接触，也不改变被测物 体的温度分布，热惯性小。 通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反 应迅速的高温物体的温度。


按工作原理来划分，也根据温度范围
（高温、中温、低温等）或仪表精度

温度的微观概念表明：物体温度的高低标志
着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程
度，即对其分子平均动能大小的一种量度。
显然物体的物理化学特性与温度密切相关。

温度的测量
当两个物体同处于一个系统中而达到热平 衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从 一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就 是测温的依据。如果事先已经知道一个物体的 某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可 以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这 就是设计与制作温度计的数学物理基础。
的三相点为273.16K，沸点与三相点之间
分为100等分，每等分1K，将水的三相点 以下273.16K定为绝对零度（0K）。
3．国际温标 为了使用方便，国际上经协商，决定建立一 种既使用方便，又具有一定科学技术水平的 温标，这就是国际温标的由来。 具备的条件：
尽可能接近热力学温标 复现精度高，各国均能以很高的准确度复现 同样的温标，确保温度量值的统一 用于复现温标的标准温度计，使用方便，性 能稳定
第三章 温度测量
第一节 温度测量概述
一、温度与温标
（一）温度 温度是表征物体冷热程度的物理量 温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物 理量 温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量

温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。 任意两个冷热程度不同的物体相互接触， 它们之间必然会发生热交换现象，热量要 从温度高的物体传向温度低的物体，直到 两物体之间的温度完全一致时，这种热传 递现象才能停止。这也就是热力学第零定 律所描述的，系统温度相等是建立热平衡 的充要条件。

这条规律还要求热电偶的两种材料必须各 自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度 方向存在温度梯度而产生附加电势，从而 因热电偶材料不均匀性引入误差。
2．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，只要第 三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电 偶回路的总电势没有影响。
同理，热电偶回路中接入多种导体后，只 要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对 热电偶的热电势没有影响。

华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点 为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每 格为华氏1度，符号为℉。
它与摄氏温标的关系为：
5 C F 32 9

类似的经验温标还有兰氏、列氏等 经验温标的缺点在于它的局限性和随意 性
2．热力学温标 热力学温标又称开氏温标（K）或绝对温 标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。 它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关 而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标， 已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温 标。

温度越高，接触电势越大；两种导体电 子密度比值越大，接触电势也越大。
2．温差电势 温差电势可表示为
K T 1 E A (T, T0 ) d(N A T) T0 N e A
式中符号同前式。
3．热电偶闭合回路的总热电势
对于由A和B两种导体组成的热电偶闭 合回路，设两端温度接点温度分别为T和T0， 且T>T0 ，NA>NB ；那么回路中存在两个接 触 电 势 EAB(T) 和 EAB(T0) ， 两 个 温 差 电 势 EA(T,T0)和EB(T,T0)。因此回路的总热电势 为