温标温度测量及控制
温度和温标
温度和温标
温度是指物体内部分子的运动热度，是衡量物体热度高低的物理量。
在我们日常生活中，温度是非常重要的一个参考指标，我们可以通过测量温度来判断环境是否适宜生活或者工作，也可以根据温度来控制一些设备的工作情况。
而温度的测量则需要使用温度计，目前常见的温度计有家庭常用的水银温度计、电子温度计等。
通过测量不同物体的温度，我们可以得到不同温度值，这就需要用到温标。
温标是用来确定温度取值的量规，可以把温度值转化为人们可以理解和认识的数字表示。
常见的温标有摄氏度、华氏度和开氏度等多种。
其中，摄氏度和华氏度是我们最为常见的两种温标。
摄氏度是以水的冰点为0度，水的沸点为100度为基准来定义的温标，简称“度”。
而华氏度则是以水的冰点为32度，水的沸点为212度为基准来定义的温标。
两者在温度取值上存在一定区别，比如常见的体温计就是以摄氏度为单位显示体温。
除了摄氏度和华氏度之外，还有一种温标是开氏度。
开氏度是以绝对零度（理论上的温度最低点，所对应的温度为0度）为基准，将温度单位划分为相对大小相等的单位，是物理学中常用的温度单位。
总的来说，温度和温标是我们日常生活中不可或缺的物理指标，通过正确的测量以及正确使用温标，可以更好地控制环境和设备，维护我们的生活和工作环境。
温度的计量标准及测量方法
8
i
二、国际温标
在第二温区（3.0-24.5661K），用氦气体温 计来定义。气体温度计原理是理想气体状态 方程：PV=nRT 在第三温区（13.8033-1234.93K），内插仪 器是铂电阻温度计。原理是金属的电阻随温 度的变化而变化。
二、国际温标
第四温区（温度大于1234.93K），按照普朗 克辐射定律来定义，内插仪器是光电高温计， 并通过温度灯来复现亮度温度。普朗克黑体 辐射定律：
一、温度与温标
热力学温标也称开尔文温标。1848年英国科 学家开尔文以热力学第二定律中卡诺原理为 依据提出的。卡诺定理指出热力学温标与任 何特定物质的性质无关。热力学温标具有唯 一性和稳定性 热力学温标的单位是开尔文(K)，定义为水三 相点热力学温度的1/273.16
二、国际温标
国际温标是经国际协商、决定采用的一种国 际上通用的温标。他是热力学温标的具体体 现。我国从1991年7月1日开始施行“1990年 国际温标（ITS-90）”。90温标定义了国际 开尔文温度符号T90；摄氏符号为t90。关系 为
C1 5 Eb C2 /( T ) e 1
三、温度测量
1.接触式测温方法 ： 膨胀式测温：气体温度计、液体温度计 电量式测温：热电偶、热电阻、石英温度 传感器 接触式光电：光纤式温度 热色测温方法 ：示温漆、示温液晶
三、温度测量
2.非接触式测温方法 ： 辐射式测温：全辐射高温计、亮度式高温 计、比色式高温计、红外热像仪 光谱测温 激光干涉测温 声波、微波测温
t90 / C T90 / K 273.15
二、国际温标
国际温标三要素：固定点、内插方程和内插 仪器。国际温标通过四个温区的固定点和各 种温度计确定T90。 在第一温区（0.65-5.00K），ITS-90规定由 3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义
传感器技术与应用-温标与温度测量
高温计和温度计
• 将600℃以上的测温仪表称为高温计； • 600℃以下的测温仪表称为温度计。
接触式测量温度
c c 玻璃水银温度计 -50o ——350o （体积热膨胀）
温度传感器分类(2)
分类
线性型 测 温 特 指数型
函数 性
特征
传感器名称
测温电阻器、晶体管、热电偶
测温范围宽、 半导体集成电路传感器、
输出小
可控硅、石英晶体振动器、
压力式温度计、玻璃制温度计
测温范围窄、 输出大
热敏电阻
开关型 特性
特定温度、 输出大
感温铁氧体、双金属温度计
温度传感器分类(3)
分类
非接触式测量温度
烧瓷1200oc～ 1500oc
非接触式测量温度
红外辐射温度计-80oc——1500oc （光辐射）
非接触式测量温度
光学高温温度计500oc——3000oc （光辐射）
非接触式测量温度
热释电温度计0oc——1000oc （光辐射）
非接触式测量温度
光子探测器0oc——3500oc （光辐射）
接触式测量温度 双金属片温度计-50oc——300oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
气体温度计-250oc——1000oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
液体压力温度计 -200oc——350oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
钨铼热电偶 1000oc——2100oc （接触热电势）
接触式测量温度
温度的基本概念和测量方法
温度的计量标准及测量方法
一、温度与温标
热力学温标也称开尔文温标。1848年英国科 学家开尔文以热力学第二定律中卡诺原理为 依据提出的。卡诺定理指出热力学温标与任 何特定物质的性质无关。热力学温标具有唯 一性和稳定性 热力学温标的单位是开尔文(K)，定义为水三 相点热力学温度的1/273.16
二、国际温标
国际温标是经国际协商、决定采用的一种国 际上通用的温标。他是热力学温标的具体体 现。我国从1991年7月1日开始施行“1990年 国际温标（ITS-90）”。90温标定义了国际 开尔文温度符号T90；摄氏符号为t90。关系 为
C1 5 Eb C2 /( T ) e 1
三、温度测量
1.接触式测温方法 ： 膨胀式测温：气体温度计、液体温度计 电量式测温：热电偶、热电阻、石英温度 传感器 接触式光电：光纤式温度 热色测温方法 ：示温漆、示温液晶
三、温度测量
2.非接触式测温方法 ： 辐射式测温：全辐射高温计、亮度式高温 计、比色式高温计、红外热像仪 光谱测温 激光干涉测温 声波、微波测温
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二、国际温标
在第二温区（3.0-24.5661K），用氦气体温 计来定义。气体温度计原理是理想气体状态 方程：PV=nRT 在第三温区（13.8033-1234.93K），内插仪 器是铂电阻温度计。原理是金属的电阻随温 度的变化而变化。
二、国际温标
第四温区（温度大于1234.93K），按照普朗 克辐射定律来定义，内插仪器是光电高温计， 并通过温度灯来复现亮度温度。普朗克黑体 辐射定律：
t90 / C T90 / K 273.15
二、国际温标
国际温标三要素：固定点、内插方程和内插 仪器。国际温标通过四个温区的固定点和各 种温度计确定T90。 在第一温区（0.65-5.00K），ITS-90规定由 3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定( p) B / C ]
温度标准与测量方法
http://202.112.154.83/zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUT接触式测温接触式测温是使被测物体与温度计的感温元件直接接触，使其温度相同，便可以得到被测物体的温度。
接触式测温时，由于温度计的感温元件与被测物体相接触，吸收被测物体的热量，往往容易使被测物体的热平衡受到破坏。
所以，对感温元件的结构要求苛刻，这是接触法测温的缺点，因此不适于小物体的温度测量。
非接触式测温非接触式测温是温度计的感温元件不直接与被测物体相接触，而是利用物体的热辐射原理或电磁原理得到被测物体的温度。
非接触法测温时，温度计的感温元件与被测物体有一定的距离，是靠接收被测物体的辐射能实现测温，所以不会破坏被测物体的热平衡状态，具有较好的动态响应。
但非接触测量的精度较低。
测温仪器固定点被确定后，要选定一种测温物质制成测温仪器，即温度计，作为实现温标的仪器。
在自然界中，许多物质的物理性质随温度的改变而发生变化，正确利用这些性质，就可以制造出不同用途的温度计。
例如，利用水银的体积随温度变化而相应变化的特性，制成水银温度计，利用铂丝的电阻值随温度变化的特性，制成铂电阻温度计等。
内插公式在固定点的温度值确定之后，用来确定任意点温度值的数学关系式，称为内插公式。
例如：假定某一测温变量y与温度t的变化呈简单线性关系。
即:y = Kt + C （11.1）式中：K为比例系数；C为常数，即初始值。
当已知两个固定点的温度值t1和t2及其相对应的测温变量值y1和y2，则:（11.2）K和C确定后，根据内插公式，就可以通过测温变量y求得相应的温度值t，即:（11.3）温标的种类很多，历史上曾出现过华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标，还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测的国际实用温标。
目前所使用的是1968年国际实用温标的1975年修订版[IPTS-68（75）]，这是我国所采用的温度量值的法定标准，所有温度计量必须依此为准。
温度和温标
03
温标的种类
绝对温标
定义：以卡诺循环为基础，规定水的三相点为273.16K，绝对零度为0K
特点：不受物体种类和状态的影响，是一种通用的温标
计算公式：T=t+273.15K (T为绝对温标，t为摄氏温标)
应用：科学研究、工程技术和日常生活中广泛使用的一种温标
摄氏温标
符号：摄氏度（℃）
定义：以水银为测温物质，以冰的熔点为零度，以水的沸点为100度的温标
温度范围：热力学温标的温度范围为-273.15℃到+1000℃。
应用：广泛应用于科学研究、工程技术和日常生活中。
04
温度的测量方法
玻璃液体温度计
定义：玻璃液体温度计是一种利用玻璃管内液体随温度变化而膨胀或收缩来测量温度的仪器。
工作原理：玻璃液体温度计内装有随温度变化而膨胀或收缩的液体，当温度变化时，玻璃管内的液柱高度随之变化，从而测量温度。
温度的数值表示物体的热量多少
温度的物理意义
温度是物体内部微观粒子热运动的程度的量度
温度是物体热状态的一个重要参数
温度是分子热运动剧烈程度的反映
温度是物体分子热运动的平均动能的标志
温度的单位
摄氏度：是最常用的温度单位，符号为℃
兰氏度：是英国常用的温度单位，符号为R
华氏度：是美国常用的温度单位，符号为F
开尔文：是国际温度单位，符号为K
02
温标的发展历程
经验温标
定义：根据实际需要和经验确定的温度标度
应用：在某些特定领域或行业中被广泛使用，如食品工业、化学反应等
局限性：缺乏统一的标准，难以进行跨领域的比较和交流
特点：主观性较强，不同领域和行业可能采用不同的经验温标
绝对温标
温度测量方法(很全)
温度测量方法材料物理专业一班杨洁学号：0743011033我们大家都知道温度是表征物体冷热程度的物理量。
而测量温度的标尺是温度计，其按照测量方式可以分为接触式和非接触式两种。
通常来说的接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高，但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，所以其需要一定的时间才能达到热平衡，所以，存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温度测量。
非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。
下面就简单介绍几种温度计：1、气体温度计：利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。
用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。
用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。
气体温度计是在容器里装有氢或氮气（多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广），它们的性质可外推到理想气体。
这种温度计有两种类型：定容气体温度计和定压气体温度计。
定容气体温度计是气体的体积保持不变，压强随温度改变。
定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。
2、电阻温度计：根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。
最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。
精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。
我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。
分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。
金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。
温标的概念
温标的概念温标是衡量温度的一种标准，它是根据物质的某种性质变化规律来制定的。
不同的温标在测量和表达温度时有不同的特点和用途，而温度的概念则是热力学中非常重要的基本量之一。
最常用的温标是摄氏温标和华氏温标。
摄氏温标是以水的冰点和沸点为参照物，将这个温度范围等分为100份，记为摄氏度。
摄氏温标的冰点为0℃，沸点为100℃。
华氏温标是以水的冰点和人体的平均体温为参照物，将这个温度范围等分为180份，记为华氏度。
华氏温标的冰点为32℉，人体平均体温为98.6℉。
除了摄氏温标和华氏温标，国际上还有开氏温标和热力学温标等。
开氏温标是以绝对零度（-273.15℃）为起点，将温度范围等分为绝对温度单位开尔文。
开氏温标是热力学温标的一种，它在热力学计算和科学研究中广泛使用。
温标的建立是基于物质的性质变化规律，也是人类对温度的认知和测量的结果。
不同物质在温度变化时表现出不同的性质变化，例如固体的膨胀、液体的沸腾和气体的压缩等。
根据这些性质变化规律，人们制定了不同的温标来测量温度。
温标的概念在实际生活和科学研究中起着重要的作用。
温度是物质的重要特征之一，它与物质的性质、状态以及物理、化学变化等因素密切相关。
通过温度的测量和控制，人们可以了解和掌握物质的性质和变化规律，从而实现各种目的。
在日常生活中，温度的测量和控制是非常常见的。
无论是家庭、工业还是农业，都需要对温度进行测量和调节。
例如，家庭中使用温度计来测量室内外的温度，决定是否开启空调或供暖设备。
工业中使用温度传感器来监测设备和生产过程中的温度变化，确保工作环境和产品质量的稳定。
农业中使用温度计来测量土壤和水体的温度，判断农作物的生长状况和养殖动物的健康状况。
温标的概念在科学研究中也具有重要意义。
在物理学、化学、生物学等科学领域，温度是许多实验和理论研究的重要参数之一。
通过精确测量和控制温度，科学家可以研究物质的性质和变化，揭示自然界的规律和机制。
例如，在物理学中，通过温度的测量和控制，研究热传导、热辐射和热力学等现象和定律；在化学中，通过温度的调节，研究化学反应的速率、平衡和能量变化等；在生物学中，通过温度的控制，研究生物体的生理过程和生态系统的稳定性等。
8-5温度测量
第一节 温标与标定
1. 温标
经验温标 热力学温标 绝对气体温标 国际实用温标和国际温标
2. 标定
温标
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。
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。
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。
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。
T ℉ = t*9/5℃ + 32
(6-1)
式中 T——华氏温度值;
t——摄氏温度值。
热力学温标
热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提 出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。
热力学温标是国际单位制中七个基本物理 单位之一。
热力学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— —绝对零度与水的三相点温度分为273．16 份，每份为1 K (Kelvin) 。
温度计的使用
温度的测量与控制一、温标温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量。
物体内部分子、原子平均动能的增加或减少，表现为物体温度的升高或降低。
物质的物理化学特性，都与温度有密切的关系，温度是确定物体状态的一个基本参量，因此准确测量和控制温度，在科学实验中十分重要。
温度是一个特殊的物理量，两个物体的温度不能像质量那样互相叠加，两个温度间只有相等或不等的关系。
为了表示温度的数值，需要建立温标，即温度间隔的划分与刻度的表示，这样才会有温度计的读数。
所以温标是测量温度时必须遵循的带有“法律”性质的规定。
国际温标是规定一些固定点，这些固定点用特定的温度计精确测量，在规定的固定点之间的温度的测量是以约定的内插方法及指定的测量仪器以及相应物理量的函数关系来定义的。
确立一种温标，需要有以下三条:1.选择测温物质:作为测温物质，它的某种物理性质如:体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波长等与温度有依赖关系而又有良好的重现性。
2.确定基准点:测温物质的某种物理特性，只能显示温度变化的相对值，必须确定其相当的温度值，才能实际使用。
通常是以某些高纯物质的相变温度，如:凝固点、沸点等，作为温标的基准点。
3.划分温度值:基准点确定以后，还需要确定基准点之间的分隔，如:摄氏温标是以1atm 下水的冰点（0度）和沸点（100度）为两个定点，定点间分为100等份，每一份为1度。
用外推法或内插法求得其它温度。
实际上，一般所用物质的某种特性，与温度之间并非严格地呈线性关系，因此用不同物质做的温度计测量同一物体时，所显示的温度往往不完全相同。
1848年开尔文(Kelvin)提出热力学温标，它是建立在卡诺循环基础上的，与测温物质性质无关。
开尔文建议用此原理定义温标，称为热力学温标，通常也叫做绝对温标，以开(K)表示。
理想气体在定容下的压力（或定压下的体积）与热力学温度呈严格的线性函数关系。
因此，国际上选定气体温度计，用它来实现热力学温标。