溫度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)

目錄溫度計(jì)量基礎(chǔ)溫度量 溫度測(cè)量原理 溫度測(cè)量方法常見的溫度測(cè)量?jī)x器 常見的溫度傳感器 測(cè)量裝置 測(cè)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(dòng)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(cè)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(cè)量溫度的基本單位。目前國(guó)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(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。從分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)看，溫度是物體分子平均平動(dòng)動(dòng)能的標(biāo)志。溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)于個(gè)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(duì)零度”。熱力學(xué)第三定律指出，“絕對(duì)零度”是無法通過有限次步驟達(dá)到的。在統(tǒng)計(jì)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(duì)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(shí)所有的原子和分子熱運(yùn)動(dòng)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(duì)零度只差三千萬分之一度的低溫，但仍不可能得到絕對(duì)零度。人類所能產(chǎn)生的最高溫是510,000,000約比太陽(yáng)的中心熱30倍，該溫度是美國(guó)新澤西的普林斯頓等離子物理實(shí)驗(yàn)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(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)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(cè)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(yàn)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(jì)量溫度的單位。包括我國(guó)在內(nèi)的世界上很多國(guó)家都使用攝氏度，美國(guó)和其他一些英語(yǔ)國(guó)家使用華氏度。 攝氏度 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(gè)固定溫度點(diǎn)來對(duì)玻璃水銀溫度計(jì)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(gè)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。開爾文溫度與攝氏溫度的區(qū)別只是計(jì)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(jì)量基礎(chǔ)溫度量 溫度測(cè)量原理 溫度測(cè)量方法常見的溫度測(cè)量?jī)x器 常見的溫度傳感器 測(cè)量裝置 測(cè)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(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。 溫度傳感器常用溫度計(jì)有雙金屬、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式、電阻溫度計(jì)、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(jì)。隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度?jì)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(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。 溫度傳感器 最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見輻射高溫計(jì)）和比色法（見比色溫度計(jì)）。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。 非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒有限制。對(duì)于1800以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)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(cè)溫儀測(cè)量人體的溫度。 目錄溫度計(jì)量基礎(chǔ)溫度量 溫度測(cè)量原理 溫度測(cè)量方法常見的溫度測(cè)量?jī)x器 常見的溫度傳感器 測(cè)量裝置 測(cè)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(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，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(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)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(gè)：其一，當(dāng)有電流流過兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)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。熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T，T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。溫差電勢(shì)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(shì)，此電勢(shì)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(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)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(shì)，熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。 當(dāng)回路斷開時(shí)，在斷開處a，b之間便有一電動(dòng)勢(shì)差V，其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)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(shí)，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)V很小時(shí)，V與T成正比關(guān)系。定義V對(duì)T的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。 種類目前，國(guó)際電工委員會(huì)（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(cè)量其阻值推算出被測(cè)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(cè)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(jià)格低。 熱敏電阻溫度特性在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shí)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(yàn)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(shí)，在同樣溫度下，其Rt值也不同。 銅電阻在測(cè)溫精度要求不高，且測(cè)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(duì)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(shí)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(dòng)電路、信號(hào)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(dòng)檢定系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)于一體的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為主體，由六位半數(shù)字多用表、低熱電勢(shì)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(dòng)檢定各種工作用熱電偶、熱電阻，整個(gè)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(jì)算機(jī)控制下由系統(tǒng)自動(dòng)完成。因此，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)迅速、準(zhǔn)確、避免人為誤差，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度，并減輕了檢定人員的勞動(dòng)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(yàn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，以及實(shí)驗(yàn)用的精密測(cè)溫?zé)犭娕?，也是檢定工業(yè)及 熱電偶及300-1300范圍內(nèi)的精密測(cè)量的測(cè)溫裝置。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、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(jì)是1990年國(guó)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(cè)量溫度時(shí)能達(dá)到準(zhǔn)確度最高、穩(wěn)定性最好的溫度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)是用于傳遞國(guó)際溫標(biāo)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具。在檢定各種標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)；工業(yè)鉑、銅熱電阻溫度計(jì)；精密溫度計(jì)時(shí)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(cè)量。中溫標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)按使用溫度范圍分為鋅點(diǎn)溫度計(jì)和鋁點(diǎn)溫度計(jì)。 壓力式溫度計(jì) 工作原理： 基于密閉測(cè)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(cè)量的。 當(dāng)溫包感受到溫度變化時(shí)，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?yáng)/鶴山儀表廠生產(chǎn)的WTQ-280型2.5級(jí)的表合格率僅為15%。 雙金屬溫度計(jì)一種測(cè)量中低溫度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表?？梢灾苯訙y(cè)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(jì)主要的元件是一個(gè)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(shí)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 膨脹時(shí)，帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，工作儀表便顯示出熱電勢(shì)所應(yīng)的溫度值。 玻璃液體溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)是一種膨脹式溫度計(jì)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(cè)量溫度。溫度計(jì)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(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)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(cè)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(jì)的標(biāo)準(zhǔn)器，也可用于精密測(cè)溫，測(cè)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(jì)（七支組）540mm 分度值0.1 （-30+20）、（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?？煞譃楹銣乜諝猓ㄍǔ７Q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(jí)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(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的溫度，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?目錄溫度計(jì)量基礎(chǔ)溫度量 溫度測(cè)量原理 溫度測(cè)量方法常見的溫度測(cè)量?jī)x器 常見的溫度傳感器 測(cè)量裝置 測(cè)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(cè)量分為接觸式和非接觸式兩種。常見的測(cè)溫儀器有：玻璃液體溫度計(jì)，雙金屬溫度計(jì)，壓力式溫度計(jì)，半導(dǎo)體溫度計(jì)，熱電阻溫度計(jì)，熱電偶溫度計(jì)。針對(duì)這些不同測(cè)溫原理的溫度計(jì)，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)。