建筑环境测试技术 3 温度测量2017讲解
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温标的三要素：温度计、固定点和内插函数。
?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，
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。
3 温度测量
? 温度测量概述 ? 膨胀式温度计 ? 热电偶测温 ? 热电阻测温 ? 非接触式测温
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。
优点： 结构简单、可靠，测温精度较高。
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 。
水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1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。
? 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。
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
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。
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
? 国际百度文库标
? 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
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。
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。
?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，
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。
3 温度测量
? 温度测量概述 ? 膨胀式温度计 ? 热电偶测温 ? 热电阻测温 ? 非接触式测温
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。
优点： 结构简单、可靠，测温精度较高。
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 。
水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1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。
? 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。
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
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。
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
? 国际百度文库标
? 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
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。
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。