一、溫度測量的基本概念

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。

華氏溫度標準( oF )在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為32度，水的沸點(diǎn)分為212度，中間分為180等分，苐yi次規定為新聞氏1度，符號為off。

攝氏溫度(℃)在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為0度，水的沸點(diǎn)分為100度，中間分為100等分，第1分為報紙氏1度，符號規定為℃。

熱力學(xué)溫度坐標也稱(chēng)為開(kāi)爾文溫度坐標，或者也稱(chēng)為溫度坐標，將分子運動(dòng)停止時(shí)的溫度規定為零度，將記號規定為k。

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溫度顯示存在一定不足，國際計量委員會(huì )在18次國際計量大會(huì )第7號決議中1989年會(huì )議上通過(guò)了1990年國際溫度標準ITS-90，用IPTS-68代替了ITS-90溫度標準。 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( ITS-90 )介紹如下。

1 .溫度單位

熱力學(xué)溫度(符號t )是基本功能的物理量，其單位為開(kāi)爾文(符號k )，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在以往的溫度基準的定義中，使用與273.15K (冰點(diǎn)以下)之間的差來(lái)表現溫度，因此現在該方法還存在。

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)表示。

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

2 .國際溫度標準ITS-90的通則

ITS-90是從0.65K向普朗克輻射定律用單色輻射實(shí)際可測量的zui高溫。 ITS-90被設定為，在整個(gè)范圍內，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標時(shí)t的zui佳推定值，與直接測定熱力學(xué)溫度相比，T90的測定非常方便，且具有精密、高的再現性。

3. 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。

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

第二溫區是從平衡氫三相點(diǎn)13.8033K到銀的凝固點(diǎn)961.78℃之間，T90由鉑電阻溫度計定義

銀凝固點(diǎn)在961.78℃以上的溫帶，T90由普朗克輻射定律定義，再現設備為光學(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。 一般來(lái)說(shuō)，接觸式測溫計的測溫計比較簡(jiǎn)單可靠，測量精度高，但是測溫元件和被測介質(zhì)需要充分的熱交換，達到熱平衡需要時(shí)間，因此在存在測溫延遲現象的同時(shí)，受到高溫材料的限制，不能應用于高溫測量。 非接觸式儀表測溫是以熱輻射的原理來(lái)測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，沒(méi)有測溫上限的限制，沒(méi)有破壞被測物體的溫度場(chǎng)，反應速度一般也較快，但受物體發(fā)射率、測距、煙塵、水分等外在因素的影響，測量誤差較大。

三、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℃繼續測量，特定的特殊熱電偶zui可以測量到-269℃(例如金鐵鎳鈷合金)，zui可以測量到+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，構成圖2-1-1所示的閉環(huán)。 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)和結構形成

(1)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)。 調用的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。

標準化熱電偶我國自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。

2熱電偶的結構形式為了確保熱電偶可靠且穩定地工作，其結構要求如下

①構成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固

②兩個(gè)熱電極應該相互絕緣，防止短路

③補償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接應簡(jiǎn)單可靠

④保護套必須保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

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，為了補償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響，需要采用其他的修正方法。 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、熱阻

熱阻是中低溫區zui中常用的溫度檢測器。 其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。 其中鉑電阻的測量度zui高，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且成為標準的標準儀器。

1 .測溫電阻體的測溫原理和材料

測溫電阻體基于金屬導體電阻值隨溫度的增加而增加的特性進(jìn)行溫度測定.

熱電阻幾乎都是純金屬材料制成的，現在大多使用zui的是鉑和銅，除此之外，現在還開(kāi)始用中值、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

2 .熱阻的結構

(1)精通型熱阻工業(yè)中常用的熱阻感溫元件(電阻體)的結構和特征如表2-1-11所示。 根據測溫電阻體的測溫原理，被測溫度的變化直接通過(guò)測溫電阻體的電阻值的變化來(lái)測量，因此測溫電阻體的引線(xiàn)等各種引線(xiàn)電阻的變化對溫度測量有影響。 為了消除導線(xiàn)電阻的影響，一般采用三線(xiàn)式或四線(xiàn)式，具體內容請參照本篇第三章*節

(2)護套測溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅固的體，如圖2-1-7所示，外徑較小，為φ2~φ8mm，zui較小。

與普通型熱阻體相比，具有體積小、內部無(wú)氣隙、熱慣性上測量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機械性能好、耐振動(dòng)、耐沖擊③能彎曲、安裝容易④壽命長(cháng)。

(3)端面熱阻端面熱阻感溫元件用經(jīng)過(guò)特殊處理的電阻線(xiàn)材卷繞，與溫度計端面緊密接觸，其結構如圖2-1-8所示。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準確且迅速地反映被測量端面的實(shí)際溫度，適用于測量金屬和其他工件的端面溫度。

(4)隔爆型隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型熱電阻體可以在Bla~B3c級區域用于有爆炸危險的場(chǎng)所的溫度測量。

3 .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)、顯示器等構成。 需要注意以下兩點(diǎn)

①測溫電阻體和顯示器的刻度必須一致

②為了消除連接導線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)式連接法。

(2)護套測溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅固的體，如圖2-1-7所示，外徑較小，為φ2~φ8mm，zui較小。

與普通型熱阻體相比，具有體積小、內部無(wú)氣隙、熱慣性上測量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機械性能好、耐振動(dòng)、耐沖擊③能彎曲、安裝容易④壽命長(cháng)。

(3)端面熱阻端面熱阻感溫元件用經(jīng)過(guò)特殊處理的電阻線(xiàn)材卷繞，與溫度計端面緊密接觸，其結構如圖2-1-8所示。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準確且迅速地反映被測量端面的實(shí)際溫度，適用于測量金屬和其他工件的端面溫度。

(4)隔爆型熱阻隔爆型熱阻通過(guò)特殊結構的端子箱，其殼體內部的爆炸性混合氣體受火花、電弧等的影響，電阻的斷路修理必須改變電阻線(xiàn)的長(cháng)度來(lái)影響電阻值，因此zui更換新的電阻，采用焊接修理時(shí)，焊接后必須通過(guò)檢查后使用

本文熱電偶高頻詞： 測量  測溫 

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