建筑环境测试技术温测量

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 Q2
T1
Q1 Q2
• T2
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的三相点为273.16K。
一、 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。
接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和 对流进行热交换。
优点：结构简单、可靠，测温精度较高。
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。
非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过 热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部 分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。
优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不 破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被 测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强 电磁干扰、强腐蚀的场合。
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
3.2.3 固体膨胀式温度计
双金属片式
3.3 热电偶测温
3.3.1 热电偶的测温原理
热电极A
T 工作端 热端
热电极B
T0 参考端 冷端
两种不同的导体（或半导体）相接的两个接点温度不同时， 回路中会产生电势，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。
度，符号为℃。 1740 Celsius
C 5 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
➢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。
➢经验温标 ➢热力学温标 ➢国际温标
➢经验温标
华氏温标 以水银为测温介质，规定水沸点为212度，氯化
氨和冰的混合物为0度，两固定点间等分212格，每
格为华氏1度，符号为℉。 1714 Fahrenheit
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
缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大， 且结构复杂，价格比较昂贵。
3.2 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。
3.2.1 液体膨胀式温度计
一、测温原理
液体膨胀系数远比玻璃的膨胀系数大，因此当温度变 化时，引起工作液体在玻璃管内体积的变化，进而表 现为液柱高度的变化。
∴B失去的电子比得到的少，故带“-”电荷
一、接触电势(帕尔贴电势)
接触电势：
EAB (T)
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KT e
ln
NA (T) NB (T)
式中 e ——单位电荷，4.802×10-10C； K——波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K； NA(T)、NB(T)——材料A、B在温度T时的自由电子密度； T——A、B接触点的温度，K。
➢ 国际温标
✓ ITS-27，第七届国际计量大会决定 ✓ ITS-48 ✓ IPTS-68 ✓ ITS-90
1）固定点 2）标准仪器
➢ 0.65~5.2K，3He和4He蒸气压温度计 ➢ 3.0~24.6K，3He或4He气体温度计 ➢ 13.8K~962℃，铂电阻温度计 ➢ ~962℃以上，光学或光电高温计
Q T Qs •Ts
➢ 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
玻璃棒式温度计
留点水银温度计
铜套温度计
3.2.1 液体膨胀式温度计
二、主要特点
直观，测量准确，结构简单，造价低廉
三、分类
标准温度计，实验室用温度计，工业用温度计， 电接点温度计
四、测温误差分析
玻璃材料的热滞后效应导致温度计零点漂移 插入深度不够引起测温不准
3.2.2 压力式温度计
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
3.1 温度测量概述
3.1.1 温度与温标
一、温度
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量，标志着系统
内部分子无规则运动的剧烈程度。
二、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。
温标的三要素：温度计、固定点和内插函数。
热电偶产生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。
一、接触电势(帕尔贴电势)
两种不同材料接触处会产生电势 EAB（T）
原因： A、B材料不同，自由电子浓 度不同，设NA>NB 在结点处要发生电子扩散，且在 两个方向上扩散的速率不同。 总体是：A的浓度高，其扩散的速率大。
∴A失去的电子比得到的多，故带“+”电荷
3）内插公式
3.1.2 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。
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（基准、标准等）来划 分。
根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接 触法与非接触法两大类。
缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的 热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被 测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象， 不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处 于运动中的对象。 不适于直接对腐蚀性介质测量。
二、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。