第五章温度测量

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液体玻璃温度计分为全浸式和部分浸入式两种。全浸是指测温 时把液柱部分全部浸入被测介质中。部分浸入是把温度计浸入 标志以下的部分插入被测介质中。 全浸式和部分浸入式相比较，全浸式测量精度较高，故多用于 实验室和标准温度计，部分浸入式用于一般工业测温。
由于水的三相点温度是 0.0076℃，因此绝对零度比水的三相 点温度低273.16℃。
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热力学基本定律
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2）B型（铂铑30—铂铑6）热电偶
一种贵金属热电偶，它的特点是测温上限短时可达 1800℃， 测量精度高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。但不宜 在还原气氛中使用，灵敏度较低，价格昂贵。
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3）K型（镍铬—镍硅）热电偶



热力学温标是一种与工质无关的温标，它以热力学第二定律 为基础。 开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为273.16K ；1K等于水的三相点的热力学温度的1/273.16；将三相点以 下273.16K定为绝对零度，记为0K，符号：T。 热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度(单位为K)。 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。 依据物质的某些定义固定点所确定的温标，定义固定点：水 的三相点、氧和水的沸点、金和银的凝固点等等。单位用摄 氏度(℃)表示，符号：t。
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标准化热电偶
（1）廉金属热电偶 1）T型（铜－康铜）热电偶 2）K型（镍铬－镍铝或镍硅）热电偶 3）E型（镍铬－康铜）热电偶 4）J型（铁－康铜）热电偶 （2）贵金属热电偶 1）S型（铂铑10－铂）热电偶 2）R型（铂铑13－铂）热电偶 3）B型（铂铑30－铂铑6）热电偶


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热电偶的类型
1）S型（铂铑10—铂）热电偶
一种贵金属热电偶，它的特点是精度高，物理化学性能稳定 ，测温上限高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。另外 ，它的热电势较小，灵敏度较低，价格昂贵。它不仅可用 于工业和实验室测温，更为重要的是它可以保存为基准热 电偶和传递为各级标准热电偶。
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第一节 温度测量概述
一.温度和温标

Βιβλιοθήκη Baidu温度：是表示物体冷热程度的物理量，从分子运动 论的观点看，温度也是物体内部分子运动平均动能 大小的一个量度标志。 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。
接触法 膨胀式温度计测温 热电偶测温 压力式温度计 非接触法 热电阻测温
玻璃管液体温度计
固体膨胀式
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第二节 接触式温度计
一. 膨胀式温度计
膨胀式温度计包括水银温度计，有机液体温度计，双金属温度
计。(液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度
一种贱金属热电偶，特点是价格低廉，灵敏度高，复现性较 好，高温下抗氧化能力强，是工业和实验室中大量采用的 一种热电偶。但在还原性介质或含硫化物气氛中易被侵蚀 。
4）T型（铜—康铜）热电偶
一种贱金属热电偶，测量精度高，稳定性好，低温时灵敏度 高，价格低廉。
5）E型（镍铬—康铜）热电偶
一种贱金属热电偶，在以上几种热电偶中它的灵敏度最高， 但抗氧化及抗硫化物介质的能力较差，适于在中性或还原
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）
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2.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。 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。 测温方法

国际普遍使用的温标有四种：摄氏温标、华氏温标、 热力学温标、 国际实用温标。
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1)摄氏温标
摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线性关系。 分度方法是把标准大气压下水的冰点定为零度（0℃），把 水的沸点定为100度（100℃），用这两个固定点分度玻璃水 银温度计，在这两固定点间划分 100等分，每一等分为摄氏 一度，计为1℃。
计)
1.玻璃管液体温度计
利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。应注意 两个问题： 1) 零点漂移：玻璃的热胀冷缩也会引起零点位臵的移动， 因此使用玻璃管液体温度计时，应定期校验零点位臵。
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根据感温双金属片结构形状 的不同，有螺旋形双金属温 度计和盘形双金属温度计两 种。

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二.电阻式温度计

电阻式温度计利用导体或半导体的电阻值随温度而变化的 特性所制成的测温仪表。电阻温度计的电阻和温度之间的关 系。包括铂电阻温度计，热敏电阻温度计。
三.热电偶温度计


热电偶是利用“热电效应”制成的一种测温元件。
热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温 度测量元件。 它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表 或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳 定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。 它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既 可以测量静态温度，也能测量动态温度。 并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记 录和控制等。
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t n (t2 t1 )
对部分浸入式温度计为标定时露出部分液柱的温度。
t真 = t观 + △ t
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4)国际实用温标

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绝对零度
•
绝对零度 (absolute zero) 是热力学的最低温度，但此为仅存 于理论的下限值。热力学温标的单位是开尔文（K），绝对 零度就是开尔文温标定义的零点。 0K 约等于摄氏温标零下 273.15度，也就是-459.67华氏度。物质的温度取决于其内原 子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦 - 玻尔兹曼分布，粒 子动能越高，物质温度就越高。理论上，若粒子动能低到量 子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。然而 ，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必 然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝 对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。
非标准化热电偶
1）钨－铼系热电偶 2）钨－铱系热电偶 3）其他非标准化热电偶
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四.温度计的校验
1．压力表式温度计的标定

标定设备：
恒温器、标准温度计、盛有冰水共存的容器。

标定方法：
把温度计垂直挂在支柱上，将温包全部浸在恒温器内 ( 或浸 有冰水共存的容器内 ) ，调整温度计到等于恒温器内温度的 刻度点 ( 或 0℃) 。一般标定点不少于三点，即刻度标尺的起 点、中点和终点。对每一刻度点的标定，均要在恒温器的温 度上升和下降时进行，并取其平均值。指示值的读数要进行 两次，一次是在不敲表壳的情况下读出，一次是在轻敲一下 表壳之后读出，轻敲表壳后的指针变化不应超过允许误差的 一半。
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3 双金属温度计（固体膨胀式）

双金属温度计是用线胀系数不同的两种金属构成的金属片作 为感温元件，当温度变化时，两种金属的膨胀不同，双金属 片就产生与被测温度大小成比例的变形，这种变形通过相应 的传动机构由指针指示出温度数值。
二. 温度计分类

温度计可以按测头的测温原理、测头的材料和测头是否必须 与被测介质接触进行分类。按照测头是否必须与被测介质接 触可以分为接触式和非接触式。
对流达到热平衡，反映被测对象的温度。
1 接触法测温：敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或
优点：直观、可靠。
缺点：①容易破坏温度场；存在负载效应，测温受限；
热能与动力工程 测试技术
天津大学机械学院 内燃机燃烧学国家重点实验室
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第五章 温度测量
温度测量概述；
接触式温度计； 非接触式温度计；
本章主要内容
气体温度计；
红外技术在温度测量中的应用。
学习要求： ☆ 掌握采用热电偶温度计、电阻温度计测温的基本原理、测 量方法、计算方法及有关电路。 ☆ 熟悉几种常用的热电偶及电阻温度计。 ☆ 能正确地选用温度计并了解温度计的标定方法。 ☆了解几种其它形式温度计的原理。
优点：测温准确度高，信号便于 Rt 传送。 缺点：不能测太高的温度，需外 部电源供电，连接导线的电阻易 受环境温度影响而产生测量误差。
铂电阻 热敏电阻
T
WZP2-240/A级3线300/150mmE(0-300℃) 隔爆热电阻
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2)华氏温标
华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为 212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为℉。 它与摄氏温标的关系为：
o
5 o C F 32 9
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3)热力学温标
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使用时，如果全浸式温度计的液柱部分不能全部浸入，部分浸 入式温度计露出部分的环境温度与标定时不一致，就会产生测 量误差，故必须进行修正。方法是用一个小的辅助温度计度计 测出露出液柱部分的平均温度，并按式估算温度修正量t，即
2 压力式温度计

压力式温度计由温包、毛细管和弹簧管所构成的密闭系统及 传动指示机构组成。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
它是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 值的一种机械式仪表。
t n (t测 t环)
t测为温度计的读数值； t环为露出汞柱的平均温度，由辅助温度计读出; n为露出待测体系外部的水银柱长度，以温度差 值表示；
为水银相对于玻璃的膨胀系数，使用摄氏度时， =0.00016K-1
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2)露出液柱的校正：使用时必须严格掌握温度计的插入深 度，因为温度刻度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的，而 使用时液柱可按下式求其修正值。
t n (t ta )
式中，n: 露出部分液柱所占的刻度数， :工作液体对玻璃的 相对体膨胀系数（汞0.00016，酒精0.000103），t: 温度计 的示值，ta: 露出液柱部分所处的环境温度。 例：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℃