温度计的标定方法

•温度标准到底是如何定出来的，虽然我们有几个固定的温度点，但是温度点之外的如何标定呢？

温标

现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。

随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。

1.经验温标

根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。

(1)华氏温标

1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。按照华氏温标，则水的冰点为32℉，沸点为212℉。

(2)摄氏温标

1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。

摄氏温度和华氏温度的关系

T ℉ = 1.8t℃ + 32

式中 T——华氏温度值;

t

2.热力学温标

1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度（是在实验中无法达到的理论温度，而低于0 K的温度不可能存在）与水的三相点温度分为273．16份，每份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。

3.绝对气体温标

从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律：

PV=RT

式中 P——一定质量的气体的压强；

V——该气体的体积；

R——普适常数；

T——热力学温度。

当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有：

T2/T1=P2/P1

这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点(水的三相点)来作参考点，则两种温标在数值上将完全相同。

理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正(诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标。

国际实用温标和国际温标

经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值的统一。

第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。

1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。为和IPTS

一68温标相区别，用表示ITS一90温标。ITS一90基本内容为：

（1）重申国际实用温标单位仍为K，1 K等于水的三相点时温度值的 1/273.16；

（2）把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为

-273.15℃；这样国际摄氏温度（℃）和国际实用温度（K）在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；

（3）规定把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器如下；

①0.65—5.0K，用3He和4He蒸汽温度计；

②3.0—24.5561K，用3He和4He定容气体温度计；

③13.803K—961.78℃，用铂电阻温度计；

④961.78℃以上，用光学或光电高温计；

(4）新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。

标定

对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值，把被标定温度计(或传感器)依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出)，并根据国际温标规定的内插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定；被定后的温度计可作为标准温度计来测温度。

更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一级精度的温度计(传感器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被标定温度计的标定。

世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自治区)市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比(修正)、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一。

补充一下：17个国际统一固定点温度值：

氦蒸气压点 3－5K

平衡氢三相点13.8033K

平衡氢（或氦）蒸气压点～17K

平衡氢（或氦）蒸气压点～20.3K

氖三相点24.5561K

氧三相点54.3584K

汞三相点234.3156K