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1、本章学习要求：,1. 温标、温度计的分类； 2. 热电偶温度计、热电阻温度计的测温原理； 3. 光学辐射式测温计的测温原理； 4. 其它形式温度计的测温原理。,1 温度测量概述,1. 温度、温标 温度：是表示物体冷热程度的物理量，从分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动平均动能大小的一个量度标志。 温标：用来量度温度高低的尺度称为温度标尺，简称温标。应用较多的有摄氏温标和华氏温标、热力学温标、国际温标。,摄氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为。 华氏温标：规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分1
2、80格，每格为华氏1度，符号为。,摄氏温标与华氏温标的关系为：,热力学温标：又称开氏温标（K）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。 卡诺定理： 温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为273.16K；三相点到沸点之间分为100等份，每等份记为1K；将三相点以下273.16K定为绝对零度，记为0 K，符号：T 。 绝对温标T与摄氏温标t的关系为 Tt+273.15,国际温标: ITS90（International Temperature Scale of 1990） 是一种符合热力学温标又使用简单的温标，国际计量委员会引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列利
3、用它们进行温标确定的方法称作国际温标。 ITS一90基本内容为：,重申国际实用温标单位仍为K； 国际摄氏温度和国际实用温度关系为： 把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器，如下： 0.655.0K，用3He和4He蒸汽温度计； 3.024.5561K，用3He和4He定容气体温度计； 13.803K961.78，用铂电阻温度计； 961.78以上，用光学或光电高温计； 新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。,2、温度计分类,根据温度测量仪表的使用方式，通常可分为接触法与非接触法两大类。,（1） 接触法 当两个物体接触后，经过足
4、够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。 特点：温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。 热电偶式、热电阻式与膨胀式温度计,（2）非接触法,利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，这种测温方式称为非接触法。 特点：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。 全辐射高温计、单色高温计与比色高温计。,2.1 热电偶,2 接触式温度计,应用热电效应测温,两种不同的金属A和B构成闭合回路， 当两个接触端 T T0时，回路中会产生热电势。,热电效应,一、测量原理,接触电势,+ + +
5、 + +,_ _ _ _ _,A,B,电子扩散方向,方向,温差电势,+ + + + +,_ _ _ _ _,A,A,电子扩散方向,方向,T,T0,总电势,结论：,热电偶两个电极材料A、B确定以后，热电势大 小只与热电偶两端温度有关。如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系 。,分 度 表,-热电势与热端温度之间 关系列成表格,1)均质材料定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势，即回路中的总热电势为零。,热电偶测温四基本定律,2)中间导体定律,代入，则,3)中间温度定律,代入，则,如果回路中导体A与A，B与B 材料相同，
6、则热电偶回路中的总热电势可以表达为：,结论1：,该定律说明当热电偶参考端温度t00时，只要能测得热电势E(t,t0)，且t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。,例 用镍铬镍硅热电偶测量燃气温度。已知参考端温度为T030，测得的热电势从EEU(T,T0)为33.29mV，求燃气温度。,解： 查镍铬镍硅热电偶分度表得EEU(30,0)=1.2mV。 EEU(T,0) = EEU(T,30) +EEU(30,0)=33.29+1.2 =34.49mV 根据其查分度表得T=829.5。,结论2：,若连接导线A、B 的热电势与热电偶A、B的热电势相同，即：,总热电势为：,可采用价格低廉的补偿
7、导线取代贵重金属导线，将热电偶参考端从温度波动的地方引伸到远处温度稳定的地方。,补偿导线,4)标准电极定律,例：求钼钨热电偶的热电动势 (热端100，冷端0) 解：钼和铂相配的热电动势为+1.31mV。 钨和铂相配的热电动势为+0.79mV， 钼钨相配后的热电动势为 1.31(+0.79)mV=+0.52mV，,热电偶种类,二、 热电偶的种类和结构,八种国际通用热电偶： B:铂铑30铂铑6 R:铂铑13铂 S:铂铑10铂 K:镍铬镍硅 N:镍铬硅镍硅 E:镍铬铜镍 J:铁铜镍 T:铜铜镍,用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝,热电偶工作端,固定螺纹,不锈钢保护管,引出线套管,接线盒,热电偶的结构,
8、普通装配型热电偶,安装螺纹,安装法兰,B,A,柔性安装型铠装结构热电偶,法兰,铠装型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,绝缘材料,铠装型热电偶横截面,隔爆型热电偶,厚壁保护管,压铸的接线盒,电缆线,型 号 表 示,WRN2230,问题引出,热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0时的热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。,解决方法,冰浴法,冷端温度修正法,补偿导线法,补偿电桥法,三、 热电偶的冷端温度补偿,1）,冷端恒温法（冰浴法 ）,适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用,2）,修正公式 (中间温度定律),冷端温度修正法,设：冷端温度恒为t0（
9、t00）被测温度为 t,冷端 t0的热电势,测量得出的热电势,被测温度 t 的热电势,仪表机械零点调整法,将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0, 0),用螺丝刀调节仪表面板上的“机械零点”，使指针指到气温t0（图中为40 C）的刻度上。,机械零点,指针被预调到室温（40 C ） 可补偿冷端损失,3）,补偿导线法（热电偶的冷端温度变化较大时采用的补偿方法）,原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。,回路总热电势为 E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0),E=EAB(T,T0),EAB(T
10、0,T0)=EAB(T0,T0),A,B,屏蔽层,保护层,4）,补偿电桥法 (冷端补偿器),补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，该电势一般是由补偿电桥自动提供的。当工作端温度不变时，如果冷端温度在一定范围内变化，总的热电势值将不受影响。保证温度仪表示值等于被测值。,热电偶测量线路 热电偶反接（差动热电偶）:测量温差,测温要求（1）补偿导线的冷端温度相同 （2）热电势E和温度 T呈线性,四、热电偶测温回路,.热电偶并联：多点温度的平均值,. 热电偶串连（热电堆）：加大信号N倍 E=2(E1+E2),热电偶测量仪表 磁电式直流表：输入信号为热电偶的热电势，输出信号为仪表指针相对于标尺的位移。,直流电位差计：采用把被测量与已知标准量比较后的差值调至零的测量方法。 工作电流标准化：（工作回路） 调整工作Rs改变电流I 使EN=IRN，检流计指零。 测量电流归零化： （测量回路） 调整电阻盘RABC，使检流计指零。,热电偶测温、控温电路,小结： 本次课主要学习了温度测量中温度、温标的概念，重点介绍了热电偶的测温原理、结构、种类及其使用中的基本定律，以及测量中如何通过冷端补偿方法减少误差。,作业： P120， 51，52，54,上网查找5家以上生产热电偶的企业，列出它们所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。,
