建筑环境测试技术3
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第3章 温度测量
❖ 授课课时：2学时 ❖ 主要内容：膨胀式温度计、热电偶测温
第3章:温度测量
3.1 温度测量概述 3.2 膨胀式温度计 3.3 热电偶测温
3.1 温度测量概述
温度是反映物体冷热状态的物理参数
温度是与人类生活息息相关的物理量 在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并
热力学温标 国际实用温标 摄氏温标 华氏温标
1.热力学温标 19世纪开尔文总结出温度仅与热量有关，而与物质
无关的热力学温标，称开尔文温标，用符号K表示。它 是国际基本单位之一。
根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与 温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在以下关 系式
如果在式中规定一个条件，就可以通过卡诺循环中的 传热量来完全的确定温标。1954年，国际计量会议选 定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一 度，这样热力学温标就完全确定了，即 T=273.16(Q1/Q2)。
传感器名称
测 超高温用传感器 1500℃以上
高温用传感器 温
中温用传感器
1000～ 1500℃ 0～ 500℃
光学高温计、 辐射传感器
光学高温计、 辐射传感器、 热电偶
范 低温用传感器 -250 ～ 0℃ 围 极低温用传感器 -270 ～ -250 ℃
晶体管、热敏 电阻、压力式 玻璃温度计
BaSrTiO3陶瓷
常用温度传感器
1. 金属热电阻：利用金属材料对温度敏感的特性做成传感器、 线性度好、性能稳定、可测温度范围宽
2. 半导体热敏电阻：非线性，有正温度系数和负温度系数 3. 热电偶是一种常见的温度传感检测传感器，用于感测温度，
工作原理是温度变化其两端电位大小不同 4. 集成温度传感器：将温敏元件及其外围电路集成在同一芯
片上，构成集测量、放大、电源供电电路于一体的高性能 传感器。
热电偶与热电阻的区别在于：
第一，信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化， 使电阻产生正的或者负的阻值变化；热电偶是产生感 应电压的变化，它随温度的改变而改变
2.国际实用温标 国际实用温标International Practical Temperature Scale of1968(简称IPTS-68),又称 国际温标。 国际温标IPTS-90同时定义国际开尔文温度（符号为 T90）和国际摄氏温度（符号为t90）。1K定义为水 三相点热力学温度的1/273.16,水的三相点是指纯水 在固态、液态及气态三相平衡时的温度，热力学温 标规定三相点温度为273.16K，这是建立温标的唯 一基准点。
❖ 生活中常见的温度测量；
➢ 测量室温； ➢ 测量体温； ➢ 测量水温等
❖ 工业系统中常见的温度测量；
➢ 炼钢炉的温度； ➢ 木材烘干等；
温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程
度 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。 表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。
4.华氏温标 目前用的已较少，它规定在标准大气压下冰的融点 为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为 180份，每一等分称为华氏一度，符号用℉，它和 摄氏温度的关系如下： m=1.8n+32 ℉ n=5/9(m-32) ℃
❖ 温度系统的特殊问题
1. 起始状态：温度传感器总是处在一定的环境状态中， 因此非工作状态下，温度传感器所处的环境温度就 是温度测量系统的初始状态，环境温度总是变化的， 故系统的初始状态总是变化的。
注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温 度间隔1K=17℃。T0是在标准大气压下冰的融化温 度， T0=273.15K。水的三相点比冰点高出0.01K
3.摄氏温标 工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气 压（即101325Pa）下将水的冰点与沸点中间划分 一百等分，每一等分称为摄氏一度（摄氏度，℃）， 一般用小写字母t表示。 与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系： t=T-273.15℃ T=t+273.15k
温度传感器分类（2）
分类 测 线性型
温
指数型函数 特
开关型特性 性
特征
传感器名称
测温范围宽、输 测温电阻器、晶
出小
体管、热电偶压
力式温度计、玻
璃制温度计等
测温范围窄、输 热敏电阻 出大
特定温度、输出 感温铁氧体、双
大
金属温度计
温度传感器分类（2）
分类 测 温度标准用
定 绝对值测定用
精 管理温度测定 用
度
特征
传感器名称
测定精度 ±0.1～ ±0.1℃
铂测温电阻器、气体 温度计、玻璃制温度 计、光学温度计等
测定精度 热敏电阻、测温电阻
±0.5～
器、热敏电阻、压力
±5℃
式温度计、玻璃制温
相对值
度计、辐射传感器、
±1～ ±5℃ 晶体管、双金属温度
wk.baidu.com
计
❖ 接触方式分类：
接触式：传感器与被测物体直接接触
非接触式：传感器与被测物体不接触，而是利 用被测物体的热辐射或对流来测量温度遥感技 术：从远离被测物的地方对被测物体及其状态 进行非接触性探测的一门技术。
➢ 传感器具有一定的热惯量 ➢ 传感器与被测量达到热平衡需要一定的时
间
❖ 传感器热惯量过大的危害
➢ 不能迅速反映被测温度的变化 ➢ 传感器吸热和放热会干扰被测系统的温度
❖ 温度传感器的热惯量要尽可能的小
① 体积要小，材料比热容要小； ② 使用导热良好的封装材料（热阻小）
温度传感器分类（1）
分类
特征
开始使用温度传感器检测温度 人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环
保等部门都与温度有着密切的关系 工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半
左右
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁 多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传 感器之一。
2. 热惯量：物体的加热、冷却均需要用一定的时间。 热容量越大，热惯量越大。
3. 热阻：系统传热介质的传热能力。介质的热阻越大， 传热能力越差，系统的热惯量也越大
4. 零点校准与保持：温度值是相对零点而言的。故零 点必须准确且要保持。
由于温度系统的特殊问题对传感器有特殊要求
❖ 传感器的外壳和内部材料具有一定 的热容和热阻
❖ 授课课时：2学时 ❖ 主要内容：膨胀式温度计、热电偶测温
第3章:温度测量
3.1 温度测量概述 3.2 膨胀式温度计 3.3 热电偶测温
3.1 温度测量概述
温度是反映物体冷热状态的物理参数
温度是与人类生活息息相关的物理量 在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并
热力学温标 国际实用温标 摄氏温标 华氏温标
1.热力学温标 19世纪开尔文总结出温度仅与热量有关，而与物质
无关的热力学温标，称开尔文温标，用符号K表示。它 是国际基本单位之一。
根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与 温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在以下关 系式
如果在式中规定一个条件，就可以通过卡诺循环中的 传热量来完全的确定温标。1954年，国际计量会议选 定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一 度，这样热力学温标就完全确定了，即 T=273.16(Q1/Q2)。
传感器名称
测 超高温用传感器 1500℃以上
高温用传感器 温
中温用传感器
1000～ 1500℃ 0～ 500℃
光学高温计、 辐射传感器
光学高温计、 辐射传感器、 热电偶
范 低温用传感器 -250 ～ 0℃ 围 极低温用传感器 -270 ～ -250 ℃
晶体管、热敏 电阻、压力式 玻璃温度计
BaSrTiO3陶瓷
常用温度传感器
1. 金属热电阻：利用金属材料对温度敏感的特性做成传感器、 线性度好、性能稳定、可测温度范围宽
2. 半导体热敏电阻：非线性，有正温度系数和负温度系数 3. 热电偶是一种常见的温度传感检测传感器，用于感测温度，
工作原理是温度变化其两端电位大小不同 4. 集成温度传感器：将温敏元件及其外围电路集成在同一芯
片上，构成集测量、放大、电源供电电路于一体的高性能 传感器。
热电偶与热电阻的区别在于：
第一，信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化， 使电阻产生正的或者负的阻值变化；热电偶是产生感 应电压的变化，它随温度的改变而改变
2.国际实用温标 国际实用温标International Practical Temperature Scale of1968(简称IPTS-68),又称 国际温标。 国际温标IPTS-90同时定义国际开尔文温度（符号为 T90）和国际摄氏温度（符号为t90）。1K定义为水 三相点热力学温度的1/273.16,水的三相点是指纯水 在固态、液态及气态三相平衡时的温度，热力学温 标规定三相点温度为273.16K，这是建立温标的唯 一基准点。
❖ 生活中常见的温度测量；
➢ 测量室温； ➢ 测量体温； ➢ 测量水温等
❖ 工业系统中常见的温度测量；
➢ 炼钢炉的温度； ➢ 木材烘干等；
温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程
度 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。 表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。
4.华氏温标 目前用的已较少，它规定在标准大气压下冰的融点 为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为 180份，每一等分称为华氏一度，符号用℉，它和 摄氏温度的关系如下： m=1.8n+32 ℉ n=5/9(m-32) ℃
❖ 温度系统的特殊问题
1. 起始状态：温度传感器总是处在一定的环境状态中， 因此非工作状态下，温度传感器所处的环境温度就 是温度测量系统的初始状态，环境温度总是变化的， 故系统的初始状态总是变化的。
注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温 度间隔1K=17℃。T0是在标准大气压下冰的融化温 度， T0=273.15K。水的三相点比冰点高出0.01K
3.摄氏温标 工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气 压（即101325Pa）下将水的冰点与沸点中间划分 一百等分，每一等分称为摄氏一度（摄氏度，℃）， 一般用小写字母t表示。 与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系： t=T-273.15℃ T=t+273.15k
温度传感器分类（2）
分类 测 线性型
温
指数型函数 特
开关型特性 性
特征
传感器名称
测温范围宽、输 测温电阻器、晶
出小
体管、热电偶压
力式温度计、玻
璃制温度计等
测温范围窄、输 热敏电阻 出大
特定温度、输出 感温铁氧体、双
大
金属温度计
温度传感器分类（2）
分类 测 温度标准用
定 绝对值测定用
精 管理温度测定 用
度
特征
传感器名称
测定精度 ±0.1～ ±0.1℃
铂测温电阻器、气体 温度计、玻璃制温度 计、光学温度计等
测定精度 热敏电阻、测温电阻
±0.5～
器、热敏电阻、压力
±5℃
式温度计、玻璃制温
相对值
度计、辐射传感器、
±1～ ±5℃ 晶体管、双金属温度
wk.baidu.com
计
❖ 接触方式分类：
接触式：传感器与被测物体直接接触
非接触式：传感器与被测物体不接触，而是利 用被测物体的热辐射或对流来测量温度遥感技 术：从远离被测物的地方对被测物体及其状态 进行非接触性探测的一门技术。
➢ 传感器具有一定的热惯量 ➢ 传感器与被测量达到热平衡需要一定的时
间
❖ 传感器热惯量过大的危害
➢ 不能迅速反映被测温度的变化 ➢ 传感器吸热和放热会干扰被测系统的温度
❖ 温度传感器的热惯量要尽可能的小
① 体积要小，材料比热容要小； ② 使用导热良好的封装材料（热阻小）
温度传感器分类（1）
分类
特征
开始使用温度传感器检测温度 人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环
保等部门都与温度有着密切的关系 工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半
左右
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁 多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传 感器之一。
2. 热惯量：物体的加热、冷却均需要用一定的时间。 热容量越大，热惯量越大。
3. 热阻：系统传热介质的传热能力。介质的热阻越大， 传热能力越差，系统的热惯量也越大
4. 零点校准与保持：温度值是相对零点而言的。故零 点必须准确且要保持。
由于温度系统的特殊问题对传感器有特殊要求
❖ 传感器的外壳和内部材料具有一定 的热容和热阻