溫度計量基礎(chǔ)知識

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1、 目錄溫度計量基礎(chǔ)溫度量 溫度測量原理 溫度測量方法常見的溫度測量儀器 常見的溫度傳感器 測量裝置 測控裝置 常見的溫度傳感器的檢定熱電阻 熱電偶 壓力、雙金屬、半導(dǎo)體溫度傳感器總結(jié) 溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)(F)、攝氏溫標(biāo)（C）、熱力學(xué)溫標(biāo)(K)和國際實(shí)用溫標(biāo)。從分子運(yùn)動論觀點(diǎn)看，溫度是物體分子平均平動動能的標(biāo)志。溫度是大量分子熱運(yùn)動的集

2、體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計意義。對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。 經(jīng)典熱力學(xué)中的溫度沒有最高溫度的概念只有理論最低溫度“絕對零度”。熱力學(xué)第三定律指出，“絕對零度”是無法通過有限次步驟達(dá)到的。在統(tǒng)計熱力學(xué)中，溫度被賦予了新的物理概念描述體系內(nèi)能隨體系混亂度（即熵）變化率的強(qiáng)度性質(zhì)熱力學(xué)量。絕對溫標(biāo)的開始，是溫度的最低極限，相當(dāng)于-273.15，當(dāng)達(dá)到這一溫度時所有的原子和分子熱運(yùn)動都將停止。目前，利用原子核的絕熱去磁方法，我們已經(jīng)得到了距絕對零度只差三千萬分之一度的低溫，但仍不可能得到絕對零度。人類所能產(chǎn)生的最高溫是510,000,000約比太陽的中心熱30倍，該溫度是美國新澤西的普林斯頓等離子物理

3、實(shí)驗室中的托卡馬克核聚變反應(yīng)堆利用氘和氚的等離子混合體于1994年5月27日創(chuàng)造出來的。 零定律與溫度熱力學(xué)第零定律 如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。這一結(jié)論稱做“熱力學(xué)第零定律”。熱力學(xué)第零定律的重要性在于它給出了溫度的定義和溫度的測量方法。定律中所說的熱力學(xué)系統(tǒng)是指由大量分子、原子組成的物體或物體系。它為建立溫度概念提供了實(shí)驗基礎(chǔ)。 攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo) 華氏度(Fahrenheit) 和攝氏度(Centigrade)都是用來計量溫度的單位。包括我國在內(nèi)的世界上很多國家都使用攝氏度，美國和其他一些英語國家使用華氏度。 攝氏度

4、 它的發(fā)明者是Anders Celsius(1701-1744)，其結(jié)冰點(diǎn)是0C，沸點(diǎn)為100C。 1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把冰水混合物的溫度規(guī)定為0度，水的沸騰溫度規(guī)定為100度。根據(jù)水這兩個固定溫度點(diǎn)來對玻璃水銀溫度計進(jìn)行分度。兩點(diǎn)間作100等分，每一份稱為1攝氏度。記作1。 攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系 ：T = 1.8t + 32 t為攝氏溫度數(shù)，T為華氏溫度數(shù)攝氏溫度和開爾文溫度的關(guān)系：K=C+273.15 開爾文溫度和人們習(xí)慣使用的攝氏溫度相差一個常數(shù)。例如,用攝氏溫度表示的水三相點(diǎn)溫度為0.01，而用開爾文溫度表示則為 273.16K。開爾文溫度與攝

5、氏溫度的區(qū)別只是計算溫度的起點(diǎn)不同，即零點(diǎn)不同,可以相互換算。 目錄溫度計量基礎(chǔ)溫度量 溫度測量原理 溫度測量方法常見的溫度測量儀器 常見的溫度傳感器 測量裝置 測控裝置 常見的溫度傳感器及檢定熱電阻 熱電偶 壓力、雙金屬、半導(dǎo)體溫度傳感器總結(jié) 接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計溫度計通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差。 溫度傳感器常用溫度計有雙金屬、玻璃液體溫度計、壓力式、電阻溫度計、

6、熱敏電阻和溫差電偶。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。 非接觸式溫度傳感器 它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。 溫度傳感器 最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色

7、法（見比色溫度計）。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實(shí)溫度。 非接觸測溫優(yōu)點(diǎn) 測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。比如說常見的醫(yī)院里用的紅外測溫儀測量人體的溫度。 目錄溫度計量基礎(chǔ)溫度量 溫度測量原理 溫度測量方法常見的溫度測量儀器 常見的溫度傳感器 測量裝置 測控裝置 常見的溫度傳感器及檢定熱電阻 熱電偶 壓力、雙金屬、半導(dǎo)體溫度傳感

8、器總結(jié) 熱電偶工作原理塞貝克效應(yīng)：當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個：其一，當(dāng)有電流流過兩個不同導(dǎo)體的連接處時此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀爾帖效應(yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)。 兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶

9、的熱電勢EAB(T，T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中于接觸處端點(diǎn)的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。 當(dāng)回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢差V，其極性和大小與回路中的熱電勢一致，如圖2-1(b)所示。并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗表明，當(dāng)V很小時，V與T成正比關(guān)系。定義V對T的微分熱電勢為熱電勢率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號和大小取決于組

10、成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。 種類目前，國際電工委員會（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。 熱電阻材料特性導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構(gòu) 成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200500溫度范圍內(nèi)的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。 材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價格低。 熱敏電阻溫度特性在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)

11、中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測溫?zé)犭娮琛?鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性，在0630.74范圍內(nèi)可用下式表示： RtR0(1+At+Bt2)在-1900范圍內(nèi)為： RtR0(1+At+Bt2十Ct3) 。 式中：RO、Rt為溫度0及t時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，A、B、C為溫度系數(shù)，由實(shí)驗確定，A3.968410-3/，B-5.84710-7 2，C-4.2210-l2/ 3。由公式可看出， 當(dāng)R0值不同時，在同樣溫度下，其Rt值也不同。 銅電阻在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50150的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度成線性關(guān)系，其

12、電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為RtR0(1+At)(2-3)式中，A4.2510-34.2810-3為銅電阻的溫度系數(shù)。 模擬溫度傳感器傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對溫度的監(jiān)控，在一些溫度范圍內(nèi)線性不好，需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償；熱慣性大，響應(yīng)時間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比，具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且它還將驅(qū)動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有實(shí)際尺寸小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流 輸出型。 溫度自動檢定系統(tǒng)集計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動測試

13、技術(shù)于一體的自動化檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計算機(jī)為主體，由六位半數(shù)字多用表、低熱電勢掃描開關(guān)、高穩(wěn)定控溫儀、通用打印機(jī)和專用軟件組成。 主要用于自動檢定各種工作用熱電偶、熱電阻，整個檢定過程除需要檢定員將熱電偶/熱電阻捆扎、接線外，其余均在計算機(jī)控制下由系統(tǒng)自動完成。因此，實(shí)現(xiàn)檢測迅速、準(zhǔn)確、避免人為誤差，提高了測量的準(zhǔn)確度，并減輕了檢定人員的勞動強(qiáng)度。 標(biāo)準(zhǔn)器介紹：二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶(鉑銠10-鉑)是熱電偶校驗裝置的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，以及實(shí)驗用的精密測溫?zé)犭娕迹彩菣z定工業(yè)及 熱電偶及300-1300范圍內(nèi)的精密測量的測溫裝置。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、

14、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。具有準(zhǔn)確度較高，物理、化學(xué)性良好的性質(zhì)，高溫下抗氧化性好，廣泛用于電力，火電，冶金工業(yè)，化 工等行業(yè)。 標(biāo)準(zhǔn)器介紹：二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計是1990年國際溫標(biāo)（ITS-90）溫標(biāo)內(nèi)插儀器。它是一種在目前的生產(chǎn)技術(shù)條件下測量溫度時能達(dá)到準(zhǔn)確度最高、穩(wěn)定性最好的溫度計。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計是用于傳遞國際溫標(biāo)的計量標(biāo)準(zhǔn)器具。在檢定各種標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計；工業(yè)鉑、銅熱電阻溫度計；精密溫度計時作為標(biāo)準(zhǔn)使用。也可以直接用于準(zhǔn)確度要求較高的溫度測量。中溫標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計按使用溫度范圍分為鋅點(diǎn)溫度計和鋁點(diǎn)溫度計。 壓力式溫度計 工作原理： 基于密閉

15、測溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的變化關(guān)系而進(jìn)行溫度測量的。 當(dāng)溫包感受到溫度變化時，密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，引起彈性元件曲率的變化，使其自由端產(chǎn)生位移，再由齒輪放大機(jī)構(gòu)把位移變?yōu)橹甘局?。前期罐車使用的杭州富?鶴山儀表廠生產(chǎn)的WTQ-280型2.5級的表合格率僅為15%。 雙金屬溫度計一種測量中低溫度的現(xiàn)場檢測儀表?？梢灾苯訙y量各種生產(chǎn)過程中的（-80-+500）范圍內(nèi)液體蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。工業(yè)用雙金屬溫度計主要的元件是一個用兩種或多種金屬片疊壓在一起組成的多層金屬片，利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的。是基于繞制成環(huán)性彎曲狀的雙金屬片組成。一端受熱

16、膨脹時，帶動指針旋轉(zhuǎn)，工作儀表便顯示出熱電勢所應(yīng)的溫度值。 玻璃液體溫度計玻璃液體溫度計是一種膨脹式溫度計是根據(jù)物質(zhì)的熱脹冷縮原理制造的。它利用作為介質(zhì)的感溫液體隨溫度變化而體積發(fā)生變化與玻璃隨溫度變化而體積變化之差來測量溫度。溫度計所顯示的示值即液體體積與玻璃毛細(xì)曾體積變化的差值。 標(biāo)準(zhǔn)器介紹：二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計是利用水銀在感溫泡和毛細(xì)管內(nèi)的熱膨脹冷縮原理來測量溫度的。其結(jié)構(gòu)分為內(nèi)標(biāo)式和棒式兩種，主要作為檢定工作用溫度計的標(biāo)準(zhǔn)器，也可用于精密測溫，測量范圍為（-30+300），分度值為0.1 ,并帶有零點(diǎn)刻度。二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計（七支組）540mm 分度值0.1 （-30+20

17、）、（0-50） 、 (50-100) 、 (100-150) 、 (150-200) 、(200-250)、 (250-300)） 標(biāo)準(zhǔn)器介紹：配套設(shè)備恒溫槽恒溫槽顧名思意就是能提供恒定溫度的槽體。可分為恒溫空氣（通常稱作恒溫箱）、恒溫液體（通常稱作恒溫槽）。由于恒溫的液體溫度范圍不同，又分為低溫恒溫槽（一般是-40100）、超級恒溫槽（一般是室溫300）。 100以上的液體介質(zhì)不能用水而用油，通常又稱為油槽。它們一般都是通過電阻絲來加熱、壓縮機(jī)制冷，輔助配以PID 控制器，恒定一個比較標(biāo)準(zhǔn)的溫度，從而達(dá)到實(shí)驗?zāi)康摹?目錄溫度計量基礎(chǔ)溫度量 溫度測量原理 溫度測量方法常見的溫度測量儀器 常見的溫度傳感器 測量裝置 測控裝置 常見的溫度傳感器及檢定熱電阻 熱電偶 壓力、雙金屬、半導(dǎo)體溫度傳感器總結(jié) 熱力學(xué)溫標(biāo)是約定的。溫度的測量分為接觸式和非接觸式兩種。常見的測溫儀器有：玻璃液體溫度計，雙金屬溫度計，壓力式溫度計，半導(dǎo)體溫度計，熱電阻溫度計，熱電偶溫度計。針對這些不同測溫原理的溫度計，我們采用不同的檢定方法，粗略分為高溫類和低溫類檢定。隨著科技的發(fā)展和儀器的更新，我們還要加強(qiáng)學(xué)習(xí)。