温度测量的基本知识

一、温度和温标

1.温度

温度是表示物体冷热程度的物理量，自然界中的许多现象都与温度有关，在工农业生产和科学实验中，会遇到大量有关温度测量和控制的问题。

在火电厂中，温度测量对于保证生产过程的安全和经济性有着十分重要的意义。例如，锅炉过热器的温度非常接近过热器钢管的极限耐热温度，如果温度控制不好，会烧坏过热器;在机组启、停过程中，需要严格控制汽轮机汽缸和锅炉汽包壁的温度，如果温度变化太快，汽缸和汽包会由于热应力过大而损坏;又如，蒸汽温度、给水温度、锅炉排烟温度等过高或过低都会使生产效率降低，导致多消耗燃料，而这些都离不开对温度的测量。

温度概念的建立是以热平衡为基础的。例如;将两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间会产生热量交换，热量将从热的物体向冷的物体传递，直到两个物体的冷热程度一致，即达到热平衡为止。对处于热平衡状态的两个物体就称它们的温度相同，而称原来的冷物体温度低，热物体的温度高。从微观上看，温度标志着物质分子热运动的剧烈程度，温度越高，分子热运动越剧烈。

2.温标

用来衡量温度高低的标尺叫做温度标尺，简称温标。温标是用数值表示温度的一整套规则，它确定了温度的单位。

温标有其自身的演变和发展过程。早期的温标是依据某些物质的有关特性建立的。例如最早的摄氏温标是建立在利用水银的热胀冷缩性质制成的玻璃管水银温度计的基础上的温标，它规定在标准大气压下纯水的冰点温度为0℃，沸点为100℃，两点间按水银柱高度等分成100份，每份代表且记。类似这样的温标不止一个，它们的共同点是依赖于测温物质的具体性质，使温标具有随意性和局限性。当用同一种温标确定某一温度的数值时，随着测温物质性质的差别(例如成分稍有变动)，则会得到不同的结果。采用不同的温标则结果会更加不一致。

人们需要建立一个不依赖任何物质的具体性质的、客观的温标，并把温标统一起来。热力学温标就是这样的理想温标，它又称为绝对温标。该温标是建立在热力学卡诺循环理论基础上的温标，其理论基础是:高温热源(T1)与低温热源(T2)的温度之比，等于在这两个热源之间运转的卡诺热机吸热量(Q1)与放热量(Q2)绝对值之比，即。可见温度与物质的任何性质均无关系，而只与热量有关。因此，以此为基础的温标就摆脱了对物质性质的依赖，克服了分度的任意性，是一种客观的温标。由热力学温标规定的温度称为热力学温度，并以符号“T” 表示。它定义标准条件下水的三相点(水蒸气、水、冰共存点)的温度值为273.16开尔文，开尔文（简称开）是温度的单位，符号为K，IK相当于水三相点温度的1/273.16。

热力学温标的出现对温标的统一具有十分重要的意义。但由于卡诺循环是理想循循环环，卡诺热机实际上并不存在，因此热力学温标是无法实现的。为此，人类一直在研究、寻求一种既准确、又易行的统一的温标。目前全世界普遍采用的国际温标就是人类经过长期研究、不断发展与修正而成的。国际温标要求具备以下条件: 数值上尽可能接近热力学温度，差值应在当前技术所能达到的准确度极限之内;②复现准确度高，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;③用于复现温标的标准温度计使甩方便、性能稳定。由此可见，满足上述条件的国际温标将是热力学温标的再现，同时又易于实现，因此是性能理想的温标。最早的国际温标是在1927年第七届国际计量大会上决定采用的，以后随着科学技术的发展，先后又对国际温标作了几次重大修正。作修改的原因主要是温标的基本内容发生了变化，具体说是内插仪器(温度计)、固定点和内插公式有改变。1990年前世界各国(包括我国)均采用1968年国际实用温标(代号IPTS-1968)，经多年实践，逐渐发现了它的一系列缺陷，根据第18届国际计量大会及第77届国

际计量委员会的决议，建议在1990年起在全世界范围开始实行新的"1990国际温标（ITS-1990）。我国也决定从1991年7月1日起实行该温标。

1990国际温标的主要内容为:

(1)温度的表示与单位。1990国际温标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t9 0)，它们的单位分别是开尔文(K)和摄氏度（℃）。温度单位用二者皆可。两种温度的数量关系为t90/℃=T 90/K-273.15

(2)1990国际温标的通则。该温标的适用温度为0.65K到根据普朗克辐射定律使用单色辐射方法实际能测得的最高温度。

把整个温度范围分成若干个温区、分温区，在不同的温区内用不同的内插仪表或关系式定义温度T90（或t90），使用各自的定义（温度）固定点及规定的内插方法进行分度。

(3)1990国际温标的定义。整个温度范围分成四个温区，它们有各自的定义方法。某些温区有重叠，重叠区的T90有差异。0.65K到5.0K之间，T90由3He和4He的蒸气压力与温度的关系式来定义(3He和4H e为He的同位素)。由3.0K到氖的三相点(24.5561K)之间，T90是用氖气体温度计来定义的。它使用三个定义固定点并利用规定的内插方法来分度。这三个定义固定点是可以通过实验复现，并具有给定值。平衡氢三相点（13.8033K)到银凝固点（961.78℃）之间，T90是用铂电阻温度计来定义的，它使用一组规定的定义固定点并利用规定的内插方法分度。银凝固点（961.78℃）以上，T90借助于一个定义固定点和普朗克辐射定律来定义。所用仪器为光学或光电高温计。

二、温度表的分类和特点

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量准确度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，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;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。