一、溫度測量的基本概念

1 .溫度定義:

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過(guò)隨溫度變化的物體特性間接測量，測量物體溫度值的比例稱(chēng)為溫度比例。 規定溫度讀取開(kāi)始點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。 現在國際上常用的溫度標準是華氏、攝氏、熱力學(xué)溫度標準和國際實(shí)用溫度標準。

攝氏溫度坐標(℃)規定為，在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0度，水的沸點(diǎn)為100度，中間為100等分，等分攝氏1度，符號為℃。

華氏溫度標記(?)表示在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，中間為180等分時(shí)華氏1度的符號為⊙222222222222222222226

熱力學(xué)溫度坐標(符號t )也稱(chēng)為開(kāi)爾文溫度坐標(符號k )或溫度坐標，將分子運動(dòng)停止時(shí)的溫度規定為零度。

國際溫度標準:國際實(shí)用溫度標準是國際協(xié)議性溫度標準，接近熱力學(xué)溫度標準，再現精度高，使用方便。 現在國際通用的溫度標準是1975年第15屆國際權力大會(huì )上通過(guò)的“1968年國際實(shí)用溫度標準-1975年修訂版”，記載為IPTS-68(REV-75 )。 但是，由于IPTS-68的溫度存在一定的不安，國際計量委員會(huì )在18次國際計量大會(huì )第7號決議中批準1989年會(huì )議采用1990年國際ITS-90、ITS-90的溫度標準代替IPS-68。 我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫度標準。

1990年國際溫度標準:

a、溫度單位:熱力學(xué)溫度是基本功手的物理量，其單位為開(kāi)爾文，水的三相點(diǎn)與定義的熱力學(xué)溫度的1/273.16以273.15K (冰點(diǎn)以下)之差表示溫度，因此至今仍保留該方法。 根據定義，攝氏的大小和開(kāi)爾文一樣，溫度差也可以用攝氏和開(kāi)爾文來(lái)表現。 國際溫度標準ITS-90同時(shí)定義國際開(kāi)爾文溫度(符號T90 )和國際攝氏溫度(符號T90 )。

b、國際溫度標準ITS-90的通則: ITS-90從0.65K向普朗克輻射法則用單色輻射可實(shí)際測量的zui高溫。 ITS-90是全范圍，溫度采用時(shí)t的zui較佳推定值被規定為，與直接測定熱力學(xué)溫度相比，T90的測定更方便，而且精密，再現性高。

c、ITS-90的定義:

*溫帶在0.65K到5.00K之間，T90由3He和4hh的蒸汽壓力和溫度的關(guān)系式定義。

第二溫區在3.0K到氖三相點(diǎn)( 24.5661K )之間的T90由氦氣溫度計定義。

第三溫區從平樟氫三相點(diǎn)( 13.8033K )到銀的凝固點(diǎn)( 961.78℃)之間，T90由鉑電阻溫度計定義，其采用規定的定義插值法算出。 在銀凝固點(diǎn)( 961.78℃)以上的溫度范圍內，T90由普朗克輻射定律定義，再現裝置是光學(xué)高溫計。

二、溫度測量?jì)x器的分類(lèi)

溫度測量?jì)x器根據測溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 通常，接觸式測溫計比較簡(jiǎn)單，可靠性高，測量精度高，但測溫元件和被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換金剛，達到熱平衡需要一定的時(shí)間，因此在存在測溫延遲現象的同時(shí)，被高溫材料所限制，不能應用于高溫測量。 非接觸式儀表的測溫是根據熱輻射的原理來(lái)測量溫度的，測量元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，不破壞被測物體的溫度場(chǎng)，反應速度一般較快，但受物體發(fā)射率、測量距離、煙塵、水分等外在因素的影響，測量誤差較大。

三、傳感器的選擇

國家標準GB7665-87的傳感器下定義如下。 &ldquo； 可以感受能夠根據規定的測量、一定規則將光信號轉換成可用信號的設備和裝置，通常由靈敏元件和轉換元件構成&rdquo； 的雙曲馀弦值。 傳感器是檢測測定的信息，將檢測出的信息以一定規則轉換成電信號或其他必要形式的信息輸出，滿(mǎn)足信息傳送、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。 這是實(shí)現自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的主要環(huán)節。

(一)現代傳感器的原理和結構千差萬(wàn)別，如何根據具體的測量目標、測量對象和測量環(huán)境合理選擇傳感器，是進(jìn)行某些量測時(shí)首先要解決的問(wèn)題。 傳感器確定后，也可確定相應的測量方法和測量設備。 測量結果的成功與否很大程度上取決于傳感器的選擇是否合理。

1 .根據測量對象和測量環(huán)境決定傳感器的類(lèi)型:進(jìn)行具體的測量工作，首先必須考慮采用哪種原理的傳感器，分析多方面的要素后再確定。 這是因為，即使測量相同的物理量，也能夠選擇各種原理的傳感器，因此若該原理的傳感器更適當，則根據所測量的特征和傳感器的使用條件，對于需要考慮范圍的大小的被測量位置的傳感器的體積要求測量方式為接觸式或非接觸式的信號的讀出方法、有線(xiàn)或者非接觸式測量傳感器

2、靈敏度的選擇:通常在傳感器的線(xiàn)性范圍內，傳感器的靈敏度越高越好。 僅在靈敏度高的情況下，對應于測定出的變化量的輸出信號對于信號處理有利。 但是應該注意的是，傳感器的靈敏度高，還容易混入沒(méi)有被測定的外部的噪聲，被放大系統放大，影響測定精度，因此對傳感器自身要求高的可靠性，盡可能減少從外部導入的工廠(chǎng)的擔心信號。 傳感器的靈敏度有方向性。 如果所測量的傳感器是單向量并且其方向性要求較高，則需要選擇其他方向上的靈敏度較小的傳感器，以及如果通過(guò)多維向量進(jìn)行測量，則需要傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3、頻率響應特性:傳感器的頻率響應特性必須確定所測量的頻率范圍，并保持在所允許的頻率范圍內無(wú)失真的測量條件。 實(shí)際上傳感器的響應總是有一定的延遲。 延遲越短越好。 如果傳感器的頻率響應較高，則可測量信號的頻率范圍變寬，受結構特性的影響，機械系統的慣性較大，而且頻率較低的傳感器可以測量信號的頻率較低。 動(dòng)態(tài)測量時(shí)，請勿根據信號的特性(穩態(tài)、隨機等)產(chǎn)生過(guò)度誤差。

4、線(xiàn)性范圍:傳感器的線(xiàn)性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。 理論上，在該范圍內靈敏度一定，傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，其范圍越大，能夠保證一定的測量精度。 選擇傳感器時(shí)，確定傳感器的種類(lèi)后，首先看其范圍是否滿(mǎn)足要求。 但是，實(shí)際上，任何傳感器都不能保證的直線(xiàn)性，其直線(xiàn)性也是相對的。 在所要求的測定精度低的情況下，可以將在一定范圍內非線(xiàn)性誤差小的傳感器看作近似線(xiàn)性，在測定上非常方便。

5、穩定性:傳感器使用一定時(shí)間后，其性能不變的能力稱(chēng)為穩定性。 影響傳感器長(cháng)期穩定性的因素主要是傳感器的使用環(huán)境，除了傳感器本身的結構以外。 因此，為了使傳感器具有穩定性，傳感器需要較強的環(huán)境適應能力。 在選擇傳感器之前，調查其使用環(huán)境，根據具體的使用環(huán)境選擇適當的傳感器，或采取適當的措施減少環(huán)境影響。 如果要求傳感器的長(cháng)期使用，且易于更換或定位，那么對選定傳感器的穩定性要求更苛刻，并且應經(jīng)受長(cháng)期考驗。

6、精度:精度是傳感器的重要性能指標，它是整個(gè)測量系統測量精度的重要環(huán)節。 傳感器的精度越高，其價(jià)格越高，因此傳感器的精度只要滿(mǎn)足測量系統整體的精度要求即可，即使不太高地選擇，也能夠從滿(mǎn)足相同測量的多個(gè)傳感器中選擇比較廉價(jià)且簡(jiǎn)單的傳感器。 如果測定目的是定性分析，則選擇反復精度高的傳感器即可，如果是不應該選擇測定值的精度高的傳感器的定量分析所需要的測定值，則選定精度等級滿(mǎn)足要求的傳感器。 在特殊使用情況下，如果無(wú)法選擇合適的傳感器，需要自己設計和制造傳感器，自制傳感器的性能應滿(mǎn)足使用要求。

(2)溫度計:

1、熱阻:熱阻是中低溫區zui常用的溫度檢測器。 其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。 其中鉑電阻測量精度zui高，未廣泛應用于工業(yè)測溫，已成為標準標準儀器。

①測溫電阻體的原理和材料:測溫電阻體基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加的特性進(jìn)行溫度測量。 熱阻幾乎都是由金屬材料制成的，現在大多使用zui的是鉑和銅，另外，現在也開(kāi)始用銠、鎳、錳等材料制造熱阻。

②測溫電阻體系統的構成:測溫電阻體系統一般由測溫電阻體、連接線(xiàn)、數字溫度控制顯示表等構成。 需要注意的兩點(diǎn): &ldquo； 測溫電阻體和數字溫度控制顯示表的分度代號為消除必須一致的連接導線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)制連接法。 &rdquo；

2、熱敏電阻: NTC熱敏電阻具有體積小、測試精度高、反應速度快、穩定可靠、抗老化、兼容性好、一致性好等特點(diǎn)。 廣泛應用于空調、暖氣設備、電子體溫計、液位傳感器、汽車(chē)電子、電子日歷等領(lǐng)域。

3、熱電偶:熱電偶是工業(yè)上zui常用的溫度檢測元件之一。 優(yōu)勢包括:

①測量精度高。 由于熱電偶直接與被測對象接觸，因此不受中間介質(zhì)的影響。

②測量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50~+1600℃連續測量，特定的特殊熱電偶zui可以達到-269℃(例如，金鐵鎳鈷合金)，zui可以達到+2800℃(例如，鎢-錸)。

③結構簡(jiǎn)單，使用方便。 熱電偶通常由兩種不同的電線(xiàn)組成，且不受大小和開(kāi)頭限制，外面有保護套，使用方便。

(1) .熱電偶測溫的基本原理

焊接兩種不同材料的導體或半導體a和b，構成一個(gè)閉合電路。 當導體a和b的兩個(gè)執著(zhù)點(diǎn)1和2之間存在溫度差時(shí)，在兩者之間產(chǎn)生電動(dòng)勢，在電路中產(chǎn)生大電流的現象被稱(chēng)為熱電效應。 熱電偶利用這個(gè)效果發(fā)揮作用。

(2) .熱電偶的種類(lèi)

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩類(lèi)。

標準熱電偶是指國家標準規定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統一的標準尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。

未標準化的熱電偶不及使用范圍或數量級標準化的熱電偶，一般也沒(méi)有統一的標度表，主要用于特殊情況下的測量。

我國自1988年1月1日起，熱電偶和熱阻均按IEC國際標準生產(chǎn)，將s、b、e、k、r、j、t 7種標準化熱電偶指定為中國統一設計型熱電偶。

(3) .熱電偶冷端的溫度補償

熱電偶的材料一般是貴重的(特別是采用貴金屬時(shí))，從測溫點(diǎn)到儀表的距離較遠，為了節約熱電偶的材料，降低成本，通常使用補償導線(xiàn)將熱電偶的冷端(自由端)延長(cháng)到溫度比較穩定的控制室，并與儀表端子連接。 必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)的作用只是將熱電偶的冷端子移動(dòng)到控制室的儀表端子，不能消除冷端子的溫度變化對測溫的影響，不能進(jìn)行補償。 因此，為了補償冷卻溫度t0&ne，還需要其他修正方法，對0℃下的測溫產(chǎn)生影響。 使用熱電偶補償導線(xiàn)時(shí)，要注意形式一致，不能搞錯極性，補償導線(xiàn)和熱電偶連接端的溫度不得超過(guò)100℃。

四、我國溫控領(lǐng)域的八大進(jìn)展

我國儀器在微細化、數字化、智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò )化等方面追隨著(zhù)國際發(fā)展的步伐，加大了自主知識產(chǎn)權部分的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度，取得了顯著(zhù)進(jìn)展。 其中，需要提出的重大科學(xué)技術(shù)進(jìn)展主要包括以下八個(gè)方面

1、先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表與系統實(shí)現了模塊化和全數字整合，達到了產(chǎn)業(yè)化要求，在鋼、電、煤、化、油、交通、建筑、防衛、食品、醫藥、農業(yè)、環(huán)境保護等領(lǐng)域廣泛應用，向擁有自主知識產(chǎn)權的方向邁出了堅實(shí)的一步。

2、智能系列測試儀器和自動(dòng)測試系統的研究與產(chǎn)業(yè)化水平大大提高，建立了航天測試、機電產(chǎn)品測試、家電產(chǎn)品測試、地震監測、氣象探測、環(huán)境監測等各行業(yè)自動(dòng)測試系統。 整體水平達到國外先進(jìn)產(chǎn)品水平，售價(jià)明顯低于國外產(chǎn)品。

3 .微波毫米波矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的研制成功，成功批量生產(chǎn)標志著(zhù)中國成為僅次于美國的世界第二大高科技產(chǎn)品國家。

4 .研制出具有獨特特色的納米計量和微機械，碳納米管的定向制備、結構和物理性質(zhì)探測處于世界ling之上。

5 .完成完整的電量子標準和1.5×的10-5級國家電能標準裝置，使我國的電量標準達到國際先進(jìn)水平。

六是開(kāi)展自主知識產(chǎn)權科學(xué)儀器難關(guān)，提高了我國科學(xué)儀器的總體水平。

7、建立產(chǎn)學(xué)研結合、國內外結合的發(fā)展機制，拓展科學(xué)儀器應用領(lǐng)域，如開(kāi)發(fā)海關(guān)防偽門(mén)票頻譜儀器，在全國海關(guān)普及后，累計征收假門(mén)票價(jià)值540億元，為國家恢復巨大經(jīng)濟損失。 國產(chǎn)科學(xué)儀器的市場(chǎng)占有率為&ldquo； 八五&rdquo； 期間的13%為&ldquo； 九五&rdquo； 是晚期的25%。

8 .成功研制出高強度聚焦超聲腫瘤治療系統，超聲醫療器械在腫瘤無(wú)創(chuàng )治療方面具有國際ling的優(yōu)勢

本文熱電偶高頻詞： 傳感器  測量 

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