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為溫度比例。 規(guī)定溫度讀取開始點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。 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分為報紙氏1度，符號規(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)動停止時的溫度規(guī)定為零度，將記號規(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)量委員會在18次國際計(jì)量大會第7號決議中1989年會議上通過了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t )是基本功能的物理量，其單位為開爾文(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(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同時定義國際開爾文溫度符號T90和國際攝氏溫度符號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)際可測量的zui高溫。 ITS-90被設(shè)定為，在整個范圍內(nèi)，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標(biāo)時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(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、溫度測量儀器的分類

溫度測量儀器根據(jù)測溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 一般來說，接觸式測溫計(jì)的測溫計(jì)比較簡單可靠，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(dá)到熱平衡需要時間，因此在存在測溫延遲現(xiàn)象的同時，受到高溫材料的限制，不能應(yīng)用于高溫測量。 非接觸式儀表測溫是以熱輻射的原理來測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，沒有測溫上限的限制，沒有破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)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(xù)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(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的兩個執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫度差時，在兩者之間產(chǎn)生電動勢，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)成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固

②兩個熱電極應(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)，從測溫點(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(bǔ)償。 因此，為了補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響，需要采用其他的修正方法。 使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時，要注意形式一致，不能搞錯極性，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中常用的溫度檢測器。 其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。 其中鉑電阻的測量度zui高，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且成為標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(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)測溫電阻體的測溫原理，被測溫度的變化直接通過測溫電阻體的電阻值的變化來測量，因此測溫電阻體的引線等各種引線電阻的變化對溫度測量有影響。 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)容請參照本篇第三章*節(jié)

(2)護(hù)套測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、熱慣性上測量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機(jī)械性能好、耐振動、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(qū)域用于有爆炸危險的場所的溫度測量。

3 .測溫電阻體系統(tǒng)的構(gòu)成

測溫電阻體系統(tǒng)一般由測溫電阻體、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、熱慣性上測量滯后小的優(yōu)點(diǎn)②機(jī)械性能好、耐振動、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，焊接后必須通過檢查后使用

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