《建筑环境测试技术》第3章 温度测量资料

1.摄氏温标 1740年瑞典人摄氏
定义 水银体膨胀是线性； 标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度， 沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分 为100格，每等分格为摄氏1度，标记为 ℃。
定义 1714 年德国人法伦海脱以水银为测温介 质，制成玻璃棒水银温度计。规定水的 沸点为 212 度，氯化铵与冰的混合物为 0 度，中间等分为 212 份，每一份为 1 度记 作℉。称为华氏温标。
– 正负极不能接反
三、热电偶的种类及结构形式
（一）种类：国际电工委员会（ICE）对热电 偶公认性能比较好的材料制定了统一的标准， ICE推荐的标准化热电偶7种。
名称 铂铑10-铂 铂 铑 30- 铂 铑6 分度 号 S B 名称 铜-康铜 镍铬-康 铜 分 度 号 T E 名称 镍铬-镍硅 分度 号 K
玻璃管液体温度计使用注意事项

温度计与被测介质应接触足够长的时间， 以使温度计与被测介质达到热平衡。 读数时，视线应与标尽垂直，并与液柱 于同一水平面上，手持温度计顶端的小 耳环，不可触摸标尺。

二.固体膨胀式温度计
（一）类型及工作原理
利用固体受热膨胀原 理制成的温度计 1. 杆式温度计
利用固体（一般采用 膨胀系数较大的金属） 材料构成
尺、安全泡四部分。
组成：液体存储器、毛细管、标
液体可为：水银、酒精、甲苯等。
当温度超过300℃时，应采用硅
硼玻璃，500℃以上要采用石英玻 璃。
（二）结构与类型 棒式玻璃温度计 内标式玻璃温度计 电接点式温度计
利用水银的热胀冷缩和 水银的导电性。 功能:(1）指示温度， （2）恒温自动控制。
热力学温度的 内插方程
假设一标准热源热力学温度为100K，热 力学温标如何规定300K的温度？ 拿标准热源作为低温热源，另一热源作 为高温热源，让一卡诺热机在两热源之 间运转，如果从高温热源吸收的热量Q1 与向标准热源放出的热量Q0之比等于3 ， 那么高温热源温度等于300K

现实中热力学温标是应用气体特性方程 实现的。理想气体的 P 、 V 、 T 之间的关 系式为： PV 恒量 T
补偿导线
锅炉
T T0 ’ T0 ’
T0
mV
T0
将热电偶全用补偿导线代替行吗？
补偿导线

性能 在一定温度范围和误差范围内与热 电偶的热电性能相同 作用 使热电偶冷端远离热源 注意
– 两个接点温度不能超过规定温度 – 两个接点温度应当相同。否则，由于热电偶

与补偿导线的热电特性并不完全相同，可能 会引起较大的测量误差。
（二）中间导体定律

在热电偶回路中接入第三 导体，只要与第三种导体 相连接的两端温度相同， 接入第三种导体后，对热 电偶回路中的总热电势没 有影响。
EAB (T , T0 ) EABC (T , T0 )
T0 E ABC (T , T0 ) E AB (T ) EB (T , T0 ) EBC (T0 ) E

温度传感器
防爆热电阻
室外温度传感器 装配式热电偶
3-2 膨胀式温度计
测温敏感元件在受热后尺寸或体积发生变 化，采取一些简便方法，测出它的尺寸或 体积变化的大小。
分类：液体膨胀式、固体膨胀式、压力式
一.玻璃管液体温度计
（一）工作原理
4
利用玻璃管内液体的体积随温度
的升高而膨胀来自百度文库原理。
2 双金属温度计

它的感温元件是由 膨胀系数不同的两 种金属片牢固地结 合在一起制成。
自由端
A
A B
B
可作温度继电控制、
极值温度控制信号
固定端
双金属温度计
三.压力式温度计
（一）工作原理与结构形式 1 原理 压力式温度计是利用密封系统中测温物 质的压力随温度变化来测温； 2 分类 按所充物质相态分充气式、冲液式、 蒸发式 按功能分：指示式、记录式、报警式 和温度调节式等

E AB (T ,0) E AB (T ,20) E AB (20,0)
举例：用铂铑10—铂热电偶测温，冷端温度为 25℃，输出电势为0.668mV，试求被测对象的 温度。 查表得被测温度为122℃。
es (t,0) es (t,25) es (25,0) 0.668 0.143 0.811 mV
EAB (T 1, T0 ) EAB (T 1) EB (T 1, T0 ) EBA (T0 ) EA (T0 , T 1)
E( ) E EAB ,T ) AB ( E ( T ) E ( T 1, T ) E AB T1( ,T T01) (T T11) 0E TAB ) E ( T , T ) E ( AB B( 0 A 0 0 B 1 0 A T 1 , T0 )
kT0 N A (T0 ) ln E AB (T0 ) e N B (T0 )
热电偶基本接法
精密测量
√
热电偶基本接法
工业测量
思考题（一）
T1
B A F T1 E
T2
C D T1
T1
T2
六种不同的导体组成如图回路，写出 回路中总的热电势。
（三）热电偶的中间温度定律
热电偶在两接点温度为T、T0时热电势等 于该热电偶在两接点温度分别为T、TN时 TN、T0时相应热电势的代数和。
T
B A
TN
B A
T0
EAB (T , T0 ) EAB (T , TN ) EAB (TN , T0 )
结论（1）已知热电偶在某一冷端温度下 进行分度，只要引入适当的修正就可在 另一冷端温度下使用。 热电偶分度表中冷端温度为0℃，在实际 测量中若热电偶的冷端温度为 20℃，则 可应用中间温度定律进行计算。
玻璃棒温度计
（三）．误差分析 （1）玻璃材料有较大的热滞后效应。 （2）温度计插入深度不够将引起误差， （3）非线性误差 （4）工作液的迟滞性 （5）读数误差

液柱应全部浸入被测介质中。若只有部 分液柱被浸没时，应对指示值进行修正。
t n (t ta )
n: 露出液体部分所占的刻度数，: 工作液体 对玻璃的相对体膨胀系数（汞0.00016，洒精 0.000103），t: 温度计的示值，ta: 露出液柱 部分所处的环境温度 某水银温度测量水温为90℃，插入处刻 度为10℃，环境温度为10 ℃，则测量误 差为-1.024℃
一
珀尔贴电势
3.温差电势（汤姆逊温差电势）
高温
一 一 一
+
EA (T1 , T0 ) AdT 1
T0
T1
EB (T1 , T0 ) B dT 1
T0
T1
温 差 电 低温 - 动 汤姆逊温差电势 势
A B ——A，B材料的汤姆逊系数
热电偶回路中总热电势
EA（T1 ，T0 ） A EAB（T1） B EB（T1 ，T0 ） EAB（T0）
t 90 T90 273.15
单位℃。
二、温度仪表分类与选择
温度测量方法的分类
测温方法
接触法
膨胀式温度计测温 热电偶测温 玻璃管液体温度计 固体膨胀式 压力式温度计
非接触法
热电阻测温

1 ．接触法测温：敏感元件直接与被测对象接 触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对 象的温度。
优点：直观、可靠。 缺点：①存在负载效应， ②受到测量条件的限制，不能充分接触，使检 测元件温度与被测对象温度不一致。 ③热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。 （动态误差） 2．非接触法测温：检测部分与被测对象不直 接接触，所以不破坏原有温度场。通常用来测 量1000℃以上的移动、旋转、或反映迅速的高 温物体。
铂铑13-铂
R
铁-康铜
J
（二）热电偶的结构类型
1.普通工业热电偶 结构：热电极，绝缘 套管，接线盒，保护 套管
2.凯装热电偶
结构：热电极，绝 缘材料，保护套管 特点：测量端热容量 小，动态响应快，机 械强度高，挠性好， 耐高压，耐振动，寿 命长，适用各种工业 测量。
E AB (T ) EB (T , T0 ) EBC (T0 ) ECA (T0 ) E A (T0 , T )
T
B A
T0
c
T0 ) EC (T0 , T0 ) ECA (T0 ) E A (T0 , T )
kT0 N B (T0 ) kT0 N C (T0 ) kT0 N B (T0 ) EBC (T0 ) ECA (T0 ) ln ln ln e N C (T0 ) e N A (T0 ) e N A (T0 )
T
T0

2．接触电势：当两种不同的导体接触时， 由于两者有不同的电子密度而产生的电 势。
KT1 N A E AB (T1 ) ln e NB KT0 N A E AB (T0 ) ln e NB
接触电动势
电子密 度大
电子密 度小
一 一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一
A+ B-
第三章 温度测量及仪表 本章主要内容
温标
膨胀式温度计 测温 热电偶测温 热电阻测温 仪表
3-1 温度的测量方法
一、温标 什么是温标？

衡量温度的标准尺度。譬如规定什么样 的温度是150℃，什么样的温度是200℃
国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、 国际实用温标、摄氏温标、华氏温标。 温标三要素：温度计、固定点、内插方程
2.华氏温标
5 C ( F 32) 9
T1 卡诺 热机
3.热力学温标
Q1
Q0 T0
Q1：卡诺热机从高 温热源吸收热量； Q0：卡诺热机向低 温热源放出热量 Q1/Q0 =T1/T0
T1 Q1 /Q0 T0
假设一卡诺热机工作在温 度为T0的低温热源和未知 温度热源的高温热源之间， 如果该卡诺热机向低温热 源放出的热量为Q0 ，从高 温热源吸收的热量为Q1 ， 那么高温热源的温度为 T1 = Q1/Q0 · T0
（气体定容温度计）
P参 P T 273.16
以水的三相点作为参考点，这样可按照气
体压力变化测温。
选用水的三相点温度为273.16，定义水
的三相点温度的1/273.16为1度，单位为 k，这样就建立了热力学温标。只要确定一 个基准点，则整个温标就确定了。
4.国际温标ITS-90
指导思想: 内容
应尽量与热力学温标接近，温度 的复现性要好。
（1）定义了固定点，共有17个。 （2）规定不同区域内的基准仪器。 （ 3 ）建立基准仪器示值与国际温标之间的插 补公式。
国际实用温标指出，热力学温度为基本 物理量，规定水的三相点温度为273.16， 单位为k，1k的大小为水的三相点热力学 温度的1/273.16，由于摄氏温标将冰点定 义为 0℃，而冰点比水的三相点低 0.01k ， 那么冰点温度为273.15k，即
K N A T1 (T1 T0 ) ln ( ) dT EAB (T T ) f ( T , T0 1 ) f (T1 ) f (T0 ) B A 1, 0 1 T 0 e NB
如果T0=const.，则EAB=f(T1)
二、热电偶的基本定律

利用热电偶来检测温度，必须引入变换 器和显示器。
T0
A B
T1
（一）热电偶均质导体定律
由同一均质导体（电子密度处处相等） 组成的闭合回路中， 不论导体的截面、 长度以及温度分布如何，均不产生热电 势。
检验热电偶丝的均匀性

由均质定律知：如果热电偶的两电极是 由两种均质导体组成，那么热电偶的热 电势仅与两接点的温度有关，与热电极 的中间温度分布无关
3 组成 温包、毛细管、感压元 件（弹簧管、波纹管等）

（二）使用方法与特点
对毛细管采取保护措施， 防止损坏；注意安装方 式与位置对精度的影响。 特点：结构简单，价格 便宜，刻度清晰，防爆。 精度差，示值滞后时间 长，毛细管易损坏。

3-3 热电偶温度计
A
一．热电偶的工作原理 B 1．热电效应：将两种不同材料的导体或 半导体组成一个闭和回路，如果两端点 的温度不同，则回路中将产生一定大小 的电流，这个电流的大小同材料的性质 以及节点温度有关，上述现象称为热电 效应。这个现象是 1821 年 Seebeck 发现的 故又称为塞贝克效应。
（2）补偿导线
锅炉
T T0 ’ A B T0
贵
mV
T0 T0
T0 ’
锅炉
T
T0 ’
mV
T0 ’
T0
参考点 温度不 易保证
如果在T0~T0 ’ 范围内，某对廉价导线的 热电性能与贵金属热电偶相同，则可以 用这对导线代替从T0’ 点到T0点一段的热 电偶线，而不影响热电偶的热电势值， 同时降低热电偶测量成本。