温度的测量与控制.
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温度的测量与控制
李老师 2012.9.13
1、引言
什么是温度
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。物质的很多物理化学特性，都与温 度有着密切的关系。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。
恒温槽——恒温介质的选择
根据恒温范围，可以选用不同的恒温介质： • -60～30℃用乙醇或乙醇水溶液； • 0～90℃用水； • 80～160℃用甘油或甘油水溶液； • 70～300℃用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。
恒温槽恒温效果的评来自百度文库方法
• 恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控 制在某一固定不变的温度。控温效果可以用灵 敏度Δ t表示： Δ t=±（ t1 － t2)/2 式中 t1 为恒温过程中水浴的最高温度； t2 为恒 温过程中水浴的最低温度。
测
3.3 温差温度计：贝克曼温度计
• 测量体系温度范围在 -20～150℃ 内的微小 温差变化； • 一般只有5℃量程； • 最小刻度为0.01℃， 用放大镜可以读准到 0.002℃，测量精度较 高。
温差温度计：精密温差测量仪
• 代替贝克曼温度计用来测量微小温度差的仪器 是精密温差测量仪。 • 测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电 压信号，经过多极放大器后传至显示器； • 常见型号的主要技术指标：准确度 ±0.02℃ ～±0.001℃，测量温差的范围 -20～＋80℃ 。
• 热力学温标是一种纯理想温标 • 理想气体温标 pVm=RT • 国际温标 1990国际温标 (ITS-90) 表2-1 （P20
常见温标之二：摄氏温标
• 使用较早，应用方便 • 固定点：在标准压力下，水的冰点为0 ℃ ， 沸点为100℃ • 温度值的划分：在以上两点之间100等分 • 用t表示，单位℃ • t-T 之间的对应关系： t = T - 273.15
3.4 热电偶温度计
热电偶是工业测温中最常用的传感器，这是由于 它具有以下优点： • 灵敏度高，可达10-4 ℃ ； • 测温范围广，在-270～2800℃范围内有相应产品 可供选用； • 结构简单，使用维修方便，可作为自动控温检 测器等。
热电偶温度计的工作原理
• 接触电势ε： 取决于两种不同材料的性质； • 温差电势E： E=f(ε，∆T）= f(∆T）= f(T1）
2、温度测量的基本依据
2.1 热力学第零定律
如果两个系统分别和处于确定状态的第三 个系统达成热平衡，这两个系统彼此将处 于热平衡。 —— 热力学第零定律
TA= TB
TA= TB =TC
2.2 温标
定义：温度的数值表示法。 确立一种温标，需要确定以下三点： 1. 测量物质的选择； 2. 固定点的选择； 3. 温度值的划分。
玻璃-水银温度计的校准（1）
(1) 读数校正 • 零点校正——以纯物质的熔点或沸点作 为标准进行校正 • 定点校正——以标准水银温度计为标准 ，与待校正的温度计同时测定某一体系的 温度，将对应值一一记录，做出校正曲线
玻璃-水银温度计的校准（2）
(2) 露茎校正：
玻璃-水银温度计的校准（2）
请思考以下问题： • 什么条件下要进行露茎校正？ • 为什么要进行露茎校正？ • 怎样进行露茎校正？
玻璃-水银温度计的校准（2）
• 露茎校正——水银温度计如不能全部浸 没在被测体系中，则因露出部分与体系 温度不同，必然存在读数误差，因此必 须进行校正。
玻璃-水银温度计的校准（2）
kn t测 t环 t 1 kn
• t 为温度计的读数值； • t环为另一支辅助温度计读出； • n为露出待测体系外部的水银柱 长度，以温度差值表示。 • k为水银相对于玻璃的膨胀系数， 使用摄氏度时，k=0.00016
非接触式温度计 光电温度计、光学高温计、红外光电温度计
• 按用途分类：温度测量和温差测量
3.2 玻璃-水银温度计
• 构造：玻璃，水银； • 量程：0—100℃，200℃，250℃， 300℃，最大可达800℃（石英玻璃）； • 最小温度区间：2℃，1℃，0.5℃，0.2℃ ， 0.1℃等。 • 注意事项：a易破碎 b等平衡 c防粘附 d平视 e校正
常见温标之三：华氏温标
• 德国物理学家华伦海特提出 • 固定点：标准大气压下，水的冰点为32℉ ， 沸点为212℉ • 温度值的划分：在以上两点间180等分 • 用tF表示，单位℉ • tF - t 之间的对应关系： tF = (9t/5) + 32
3、温度计
• 原理：测量的物理性质都与温度成函数 关系而又能严格复现，根据这些特性设 计并制作成各类温度计。如体积、长度 、压力、电阻、温差电势、频率和辐射 波长等。
合适的温标应该具有宽广的适用范围，能严格重复， 最好与测温物质的本性无关。开尔文1848年建议应用 热力学温标。
常见温标之一：热力学温标
• 建立在卡诺循环基础上，与测温物质无关 • 固定点：水的三相点（273.16K） • 温度值的划分：1K是水的三相点热力学温度 的1/273.16 • 用T表示，单位K
3.1 温度计的分类
• 按测量方式分类：接触式和非接触式
接触式温度计 液体膨胀温度计 热电偶 热电阻温度计 蒸气压温度计 测温属性 液柱高度 热电势 电阻 蒸气压 举例 铂铑-铂热电偶 铂电阻温度计 氧蒸气压温度计 测温范围/℃ -110--1500 -260--1100 低温 玻璃-水银温度计 -30--300
恒温槽恒温效果的评价方法
(a)表示恒温槽灵敏度较高； (c)表示加热器功率太大； (b)表示恒温槽灵敏度较差； (d)表示加热器功率太小或散热太快。
4、温度的控制
恒温控制可分为两类： • 利用物质的相变点温度来获得恒温，但温度的 选择受到很大限制； • 利用电子调节系统进行温度控制，此方法控温 范围宽、可以任意调节设定温度。
恒温槽的结构
• • • • • • • 浴槽及恒温介质； 加热器； 搅拌器； 继电器； 普通温度计； 电接点温度计。
贝克曼温度计
李老师 2012.9.13
1、引言
什么是温度
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。物质的很多物理化学特性，都与温 度有着密切的关系。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。
恒温槽——恒温介质的选择
根据恒温范围，可以选用不同的恒温介质： • -60～30℃用乙醇或乙醇水溶液； • 0～90℃用水； • 80～160℃用甘油或甘油水溶液； • 70～300℃用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。
恒温槽恒温效果的评来自百度文库方法
• 恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控 制在某一固定不变的温度。控温效果可以用灵 敏度Δ t表示： Δ t=±（ t1 － t2)/2 式中 t1 为恒温过程中水浴的最高温度； t2 为恒 温过程中水浴的最低温度。
测
3.3 温差温度计：贝克曼温度计
• 测量体系温度范围在 -20～150℃ 内的微小 温差变化； • 一般只有5℃量程； • 最小刻度为0.01℃， 用放大镜可以读准到 0.002℃，测量精度较 高。
温差温度计：精密温差测量仪
• 代替贝克曼温度计用来测量微小温度差的仪器 是精密温差测量仪。 • 测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电 压信号，经过多极放大器后传至显示器； • 常见型号的主要技术指标：准确度 ±0.02℃ ～±0.001℃，测量温差的范围 -20～＋80℃ 。
• 热力学温标是一种纯理想温标 • 理想气体温标 pVm=RT • 国际温标 1990国际温标 (ITS-90) 表2-1 （P20
常见温标之二：摄氏温标
• 使用较早，应用方便 • 固定点：在标准压力下，水的冰点为0 ℃ ， 沸点为100℃ • 温度值的划分：在以上两点之间100等分 • 用t表示，单位℃ • t-T 之间的对应关系： t = T - 273.15
3.4 热电偶温度计
热电偶是工业测温中最常用的传感器，这是由于 它具有以下优点： • 灵敏度高，可达10-4 ℃ ； • 测温范围广，在-270～2800℃范围内有相应产品 可供选用； • 结构简单，使用维修方便，可作为自动控温检 测器等。
热电偶温度计的工作原理
• 接触电势ε： 取决于两种不同材料的性质； • 温差电势E： E=f(ε，∆T）= f(∆T）= f(T1）
2、温度测量的基本依据
2.1 热力学第零定律
如果两个系统分别和处于确定状态的第三 个系统达成热平衡，这两个系统彼此将处 于热平衡。 —— 热力学第零定律
TA= TB
TA= TB =TC
2.2 温标
定义：温度的数值表示法。 确立一种温标，需要确定以下三点： 1. 测量物质的选择； 2. 固定点的选择； 3. 温度值的划分。
玻璃-水银温度计的校准（1）
(1) 读数校正 • 零点校正——以纯物质的熔点或沸点作 为标准进行校正 • 定点校正——以标准水银温度计为标准 ，与待校正的温度计同时测定某一体系的 温度，将对应值一一记录，做出校正曲线
玻璃-水银温度计的校准（2）
(2) 露茎校正：
玻璃-水银温度计的校准（2）
请思考以下问题： • 什么条件下要进行露茎校正？ • 为什么要进行露茎校正？ • 怎样进行露茎校正？
玻璃-水银温度计的校准（2）
• 露茎校正——水银温度计如不能全部浸 没在被测体系中，则因露出部分与体系 温度不同，必然存在读数误差，因此必 须进行校正。
玻璃-水银温度计的校准（2）
kn t测 t环 t 1 kn
• t 为温度计的读数值； • t环为另一支辅助温度计读出； • n为露出待测体系外部的水银柱 长度，以温度差值表示。 • k为水银相对于玻璃的膨胀系数， 使用摄氏度时，k=0.00016
非接触式温度计 光电温度计、光学高温计、红外光电温度计
• 按用途分类：温度测量和温差测量
3.2 玻璃-水银温度计
• 构造：玻璃，水银； • 量程：0—100℃，200℃，250℃， 300℃，最大可达800℃（石英玻璃）； • 最小温度区间：2℃，1℃，0.5℃，0.2℃ ， 0.1℃等。 • 注意事项：a易破碎 b等平衡 c防粘附 d平视 e校正
常见温标之三：华氏温标
• 德国物理学家华伦海特提出 • 固定点：标准大气压下，水的冰点为32℉ ， 沸点为212℉ • 温度值的划分：在以上两点间180等分 • 用tF表示，单位℉ • tF - t 之间的对应关系： tF = (9t/5) + 32
3、温度计
• 原理：测量的物理性质都与温度成函数 关系而又能严格复现，根据这些特性设 计并制作成各类温度计。如体积、长度 、压力、电阻、温差电势、频率和辐射 波长等。
合适的温标应该具有宽广的适用范围，能严格重复， 最好与测温物质的本性无关。开尔文1848年建议应用 热力学温标。
常见温标之一：热力学温标
• 建立在卡诺循环基础上，与测温物质无关 • 固定点：水的三相点（273.16K） • 温度值的划分：1K是水的三相点热力学温度 的1/273.16 • 用T表示，单位K
3.1 温度计的分类
• 按测量方式分类：接触式和非接触式
接触式温度计 液体膨胀温度计 热电偶 热电阻温度计 蒸气压温度计 测温属性 液柱高度 热电势 电阻 蒸气压 举例 铂铑-铂热电偶 铂电阻温度计 氧蒸气压温度计 测温范围/℃ -110--1500 -260--1100 低温 玻璃-水银温度计 -30--300
恒温槽恒温效果的评价方法
(a)表示恒温槽灵敏度较高； (c)表示加热器功率太大； (b)表示恒温槽灵敏度较差； (d)表示加热器功率太小或散热太快。
4、温度的控制
恒温控制可分为两类： • 利用物质的相变点温度来获得恒温，但温度的 选择受到很大限制； • 利用电子调节系统进行温度控制，此方法控温 范围宽、可以任意调节设定温度。
恒温槽的结构
• • • • • • • 浴槽及恒温介质； 加热器； 搅拌器； 继电器； 普通温度计； 电接点温度计。
贝克曼温度计