一、溫度測(cè)量的基本概念

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過隨溫度變化的物體特性間接測(cè)量，測(cè)量物體溫度值的比例稱為溫度比例。 規(guī)定溫度讀取開始點(diǎn)(零點(diǎn))和測(cè)量溫度的基本單位。 現(xiàn)在國際上常用的溫度標(biāo)準(zhǔn)是華氏、攝氏、熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)和國際實(shí)用溫度標(biāo)準(zhǔn)。

華氏溫度標(biāo)準(zhǔn)( oF )在標(biāo)準(zhǔn)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(guī)定為新聞氏1度，符號(hào)為off。

攝氏溫度(℃)在標(biāo)準(zhǔn)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(bào)紙氏1度，符號(hào)規(guī)定為℃。

熱力學(xué)溫度坐標(biāo)也稱為開爾文溫度坐標(biāo)，或者也稱為溫度坐標(biāo)，將分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度規(guī)定為零度，將記號(hào)規(guī)定為k。

國際實(shí)用溫度標(biāo)準(zhǔn)是國際協(xié)議性溫度標(biāo)準(zhǔn)，接近熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)，再現(xiàn)精度高，使用方便。 現(xiàn)在國際通用的溫度標(biāo)準(zhǔn)是1975年第15屆國際權(quán)力大會(huì)上通過的“1968年國際實(shí)用溫度標(biāo)準(zhǔn)-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(jì)量委員會(huì)在18次國際計(jì)量大會(huì)第7號(hào)決議中1989年會(huì)議上通過了1990年國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90，用IPTS-68代替了ITS-90溫度標(biāo)準(zhǔn)。 我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫度標(biāo)準(zhǔn)。

1990年國際溫度標(biāo)準(zhǔn)( ITS-90 )介紹如下。

1 .溫度單位

熱力學(xué)溫度(符號(hào)t )是基本功能的物理量，其單位為開爾文(符號(hào)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(zhǔn)的定義中，使用與273.15K (冰點(diǎn)以下)之間的差來表現(xiàn)溫度，因此現(xiàn)在該方法還存在。

根據(jù)定義，攝氏的大小和開爾文一樣，溫度差也可以用攝氏和開爾文來表示。

國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度符號(hào)T90和國際攝氏溫度符號(hào)T90

2 .國際溫度標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量的zui高溫。 ITS-90被設(shè)定為，在整個(gè)范圍內(nèi)，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標(biāo)時(shí)t的zui佳推定值，與直接測(cè)定熱力學(xué)溫度相比，T90的測(cè)定非常方便，且具有精密、高的再現(xiàn)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(qū)從3.0K到氖三相點(diǎn)24.5661K之間的T90用氦氣溫度計(jì)定義

第二溫區(qū)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(jì)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(xiàn)設(shè)備為光學(xué)高溫計(jì)

二、溫度測(cè)量儀器的分類

溫度測(cè)量儀器根據(jù)測(cè)溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 一般來說，接觸式測(cè)溫計(jì)的測(cè)溫計(jì)比較簡單可靠，測(cè)量精度高，但是測(cè)溫元件和被測(cè)介質(zhì)需要充分的熱交換，達(dá)到熱平衡需要時(shí)間，因此在存在測(cè)溫延遲現(xiàn)象的同時(shí)，受到高溫材料的限制，不能應(yīng)用于高溫測(cè)量。 非接觸式儀表測(cè)溫是以熱輻射的原理來測(cè)量溫度的，測(cè)溫元件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，沒有測(cè)溫上限的限制，沒有破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也較快，但受物體發(fā)射率、測(cè)距、煙塵、水分等外在因素的影響，測(cè)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(cè)元件之一。 優(yōu)勢(shì)包括:

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

②測(cè)量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50~+1600℃繼續(xù)測(cè)量，特定的特殊熱電偶zui可以測(cè)量到-269℃(例如金鐵鎳鈷合金)，zui可以測(cè)量到+2800℃(例如鎢-錸)。

③結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。 熱電偶通常由兩種不同的電線組成，且不受大小和開頭限制，外面有保護(hù)套，使用方便。

1 .熱電偶測(cè)溫的基本原理

焊接兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b，構(gòu)成圖2-1-1所示的閉環(huán)。 當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)執(zhí)著點(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(shì)，在電路中產(chǎn)生大電流的現(xiàn)象被稱為熱電效應(yīng)。 熱電偶利用這個(gè)效果發(fā)揮作用。

2 .熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)形成

(1)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩類。 調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶不及使用范圍或數(shù)量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的標(biāo)度表，主要用于特殊情況下的測(cè)量。

標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，將s、b、e、k、r、j、t 7種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶指定為中國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了確保熱電偶可靠且穩(wěn)定地工作，其結(jié)構(gòu)要求如下

①構(gòu)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(yīng)該相互絕緣，防止短路

③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接應(yīng)簡單可靠

④保護(hù)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(bǔ)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(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離較遠(yuǎn)，為了節(jié)約熱電偶的材料，降低成本，通常使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端(自由端)延長到溫度比較穩(wěn)定的控制室，并與儀表端子連接。 必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線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(duì)測(cè)溫的影響，不能進(jìn)行補(bǔ)償。 因此，為了補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響，需要采用其他的修正方法。 使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意形式一致，不能搞錯(cuò)極性，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶連接端的溫度不得超過100℃。

四、熱阻

熱阻是中低溫區(qū)zui中常用的溫度檢測(cè)器。 其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。 其中鉑電阻的測(cè)量度zui高，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且成為標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。

1 .測(cè)溫電阻體的測(cè)溫原理和材料

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

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

2 .熱阻的結(jié)構(gòu)

(1)精通型熱阻工業(yè)中常用的熱阻感溫元件(電阻體)的結(jié)構(gòu)和特征如表2-1-11所示。 根據(jù)測(cè)溫電阻體的測(cè)溫原理，被測(cè)溫度的變化直接通過測(cè)溫電阻體的電阻值的變化來測(cè)量，因此測(cè)溫電阻體的引線等各種引線電阻的變化對(duì)溫度測(cè)量有影響。 為了消除導(dǎo)線電阻的影響，一般采用三線式或四線式，具體內(nèi)容請(qǐng)參照本篇第三章*節(jié)

(2)護(hù)套測(cè)溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導(dǎo)線、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅(jiān)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(nèi)部無氣隙、熱慣性上測(cè)量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機(jī)械性能好、耐振動(dòng)、耐沖擊③能彎曲、安裝容易④壽命長。

(3)端面熱阻端面熱阻感溫元件用經(jīng)過特殊處理的電阻線材卷繞，與溫度計(jì)端面緊密接觸，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準(zhǔn)確且迅速地反映被測(cè)量端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)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(jí)區(qū)域用于有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

3 .測(cè)溫電阻體系統(tǒng)的構(gòu)成

測(cè)溫電阻體系統(tǒng)一般由測(cè)溫電阻體、連接線、顯示器等構(gòu)成。 需要注意以下兩點(diǎn)

①測(cè)溫電阻體和顯示器的刻度必須一致

②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線式連接法。

(2)護(hù)套測(cè)溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導(dǎo)線、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅(jiān)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(nèi)部無氣隙、熱慣性上測(cè)量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機(jī)械性能好、耐振動(dòng)、耐沖擊③能彎曲、安裝容易④壽命長。

(3)端面熱阻端面熱阻感溫元件用經(jīng)過特殊處理的電阻線材卷繞，與溫度計(jì)端面緊密接觸，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準(zhǔn)確且迅速地反映被測(cè)量端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)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特殊結(jié)構(gòu)的端子箱，其殼體內(nèi)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的長度來影響電阻值，因此zui更換新的電阻，采用焊接修理時(shí)，焊接后必須通過檢查后使用

本文熱電偶高頻詞： 測(cè)量  測(cè)溫 

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