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温度检测技术
• 6.1 温度与标定 • 6.2 测温方法分类及其特点 • 6.3 热膨胀式测温方法 • 6.4 热阻式测温方法 • 6.5热电式测温方法 • 6.6 辐射法测温 • 6.7 新型温度传感器及其测温技术
标定实验
温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学 试验中需要经常测 量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物 理量。通常把长度、时间、质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以 叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体 长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不再适用， 例如把两瓶 90 ℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为 180℃。 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈 程度的标志，温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内 部分子的平均动能亦小。热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物 体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处于热平衡 状态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。 据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待 测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。
（6-3）
在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；
标定实验
又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体温度计来统一 国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因 而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国 际实用温标。 4.国际实用温标和国际温标 经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近 热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容 易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标， 保证国际上温度量值的统一。 第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用 温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍 采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称 ITS一90。为和IPTS一68温标相区别，用表示ITS一90温标。ITS一90基本内 容为：
2.热力学温标 1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立 的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制 中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理 想气体压力为零时对应的温度——绝对零度（是在实验中无法达到的理论 温度，而低于0 K的温度不可能存在）与水的三相点温度分为273．16份， 每份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。
标定实验
（1）
重申国际实用温标单位仍为 K，1 K 等于水的三相点时温度值的 1/273.16；
（2） 把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把 绝 对零度修订为 -273.15 ℃；这样国际摄氏温度 （℃）和国际实用温度 t90 （K）关系为： T90
t90 T90 273.15
标定实验
1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水 银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度 为温度计的100 度，把水银温度计从 0 度到l00度按水银的体积膨胀距离分 成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。按照华氏温标，则水的冰点 为32℉，沸点为212℉。 (2)摄氏温标
标定实验
Βιβλιοθήκη Baidu
除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不 再一一列举。 经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、 下限(如摄氏为 0℃、l00℃)。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。 另外，经验温标主观地认为其规定的温标具有很大的局限性，很快就不能 适应工业和科技等领域的测温需要。
标定实验
3. 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由 波义耳定律：
PV=RT
式中
(6-2)
V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。
P——一定质量的气体的压强；
当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样 就有： T2/T1=P2/P1 这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系 完全类似。因此若选用同一固定点 (水的三相点)来作参考点，则两种温标 在数值上将完全相同。 理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体 来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许 多修正(诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，
1740年瑞典人摄氏 (Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定 为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温 度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。
摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 (6-1) t——摄氏温度值。 式中 T——华氏温度值;
标定实验
6.1 温标与标定
6．1．1 温标
现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由 于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某 些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规 律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确和利于 传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改 和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力 学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间 经历了几百年时间。 1.经验温标 根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确 定的温标称为经验温标。 (1)华氏温标
• 6.1 温度与标定 • 6.2 测温方法分类及其特点 • 6.3 热膨胀式测温方法 • 6.4 热阻式测温方法 • 6.5热电式测温方法 • 6.6 辐射法测温 • 6.7 新型温度传感器及其测温技术
标定实验
温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学 试验中需要经常测 量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物 理量。通常把长度、时间、质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以 叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体 长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不再适用， 例如把两瓶 90 ℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为 180℃。 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈 程度的标志，温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内 部分子的平均动能亦小。热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物 体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处于热平衡 状态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。 据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待 测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。
（6-3）
在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；
标定实验
又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体温度计来统一 国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因 而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国 际实用温标。 4.国际实用温标和国际温标 经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近 热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容 易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标， 保证国际上温度量值的统一。 第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用 温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍 采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称 ITS一90。为和IPTS一68温标相区别，用表示ITS一90温标。ITS一90基本内 容为：
2.热力学温标 1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立 的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制 中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理 想气体压力为零时对应的温度——绝对零度（是在实验中无法达到的理论 温度，而低于0 K的温度不可能存在）与水的三相点温度分为273．16份， 每份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。
标定实验
（1）
重申国际实用温标单位仍为 K，1 K 等于水的三相点时温度值的 1/273.16；
（2） 把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把 绝 对零度修订为 -273.15 ℃；这样国际摄氏温度 （℃）和国际实用温度 t90 （K）关系为： T90
t90 T90 273.15
标定实验
1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水 银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度 为温度计的100 度，把水银温度计从 0 度到l00度按水银的体积膨胀距离分 成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。按照华氏温标，则水的冰点 为32℉，沸点为212℉。 (2)摄氏温标
标定实验
Βιβλιοθήκη Baidu
除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不 再一一列举。 经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、 下限(如摄氏为 0℃、l00℃)。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。 另外，经验温标主观地认为其规定的温标具有很大的局限性，很快就不能 适应工业和科技等领域的测温需要。
标定实验
3. 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由 波义耳定律：
PV=RT
式中
(6-2)
V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。
P——一定质量的气体的压强；
当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样 就有： T2/T1=P2/P1 这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系 完全类似。因此若选用同一固定点 (水的三相点)来作参考点，则两种温标 在数值上将完全相同。 理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体 来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许 多修正(诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，
1740年瑞典人摄氏 (Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定 为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温 度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。
摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 (6-1) t——摄氏温度值。 式中 T——华氏温度值;
标定实验
6.1 温标与标定
6．1．1 温标
现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由 于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某 些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规 律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确和利于 传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改 和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力 学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间 经历了几百年时间。 1.经验温标 根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确 定的温标称为经验温标。 (1)华氏温标