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一熟呛、溫度測量的基本概念

溫度是表征物體冷熱程度的物理量宽档。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標庵朝。它規(guī)定了溫度的讀數起點（零點）和測量溫度的基本單位吗冤。目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標搜栽、熱力學溫標和國際實用溫標爸桨。

華氏溫標（oF）規(guī)定：在標準大氣壓下溢牡，冰的熔點為32度贱供，水的沸點為212度，中間劃分180等分粉怯，每第分為報氏1度犁鹤，符號為oF。

攝氏溫度（℃）規(guī)定：在標準大氣壓下险朴，冰的熔點為0度舞轧，水的沸點為100度，中間劃分100等分使宽，每第分為報氏1度羞菊，符號為℃。

熱力學溫標又稱開爾文溫標厦嘹，或稱絕對溫標隐户，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，記符號為K姐赡。

國際實用溫標是一個國際協議性溫標莱预，它與熱力學溫標相接近，而且復現精度高项滑，使用方便依沮。目前國際通用的溫標是1975年第15屆國際權度大會通過的《1968年國際實用溫標-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（Rev-75）枪狂。但由于IPTS-68溫示存在一定的不足危喉，國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權予1989年會議通過了1990年國際溫標ITS-90，ITS-90溫標替代IPTS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫標辜限。

1990年國際溫標（ITS-90）簡介如下傻谁。

1、溫度單位

熱力學溫度（符號為T）是基本功手物理量列粪，它的單位為開爾文（符號為K）审磁，定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16。由于以前的溫標定義中岂座，使用了與273.15K（冰點）的差值來表示溫度态蒂，因此現在仍保留這各方法。

根據定義拉诲，攝氏度的大小等于開爾文赤蚜，溫差亦可以用攝氏度或開爾文來表示。

國際溫標ITS-90同時定義國際開爾文溫度(符號為T90)和國際攝氏溫度(符號為t90)威卑。

2屁爵、國際溫標ITS-90的通則

ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實際可測量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的您凸，即在全量程中晚神，任何溫度的T90值非常接近于溫標采納時T的最佳估計值，與直接測量熱力學溫度相比宠宗，T90的測量要方便得多饮协，而且更為精密，并具有很高的復現性瓣硼。

3啰价、ITS-90的定義

第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關系式來定義。

第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計來定義聂映。

第二溫區(qū)為平衡氫三相點(13.8033K)到銀的凝固點(961.78℃)之間起便，T90是由鉑電阻溫度計來定義。它使用一組規(guī)定的定義固定點及利用規(guī)定的內插法來分度窖维。

銀凝固點(961.78℃)以上的溫區(qū)榆综，T90是按普朗克輻射定律來定義的，復現儀器為光學高溫計陈辱。

二奖年、溫度測量儀表的分類

溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單沛贪、可靠陋守，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換利赋，需要一定的時間才能達到熱平衡水评，所以存在測溫的延遲現象，同時受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量中燥。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的寇甸，測溫元件不需與被測介質接觸，測溫范圍廣疗涉，不受測溫上限的限制稀渊，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快图漓；但受到物體的發(fā)射率铐跷、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響肄朵，其測量誤差較大涧兜。

三、熱電偶

熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一贰漱。其優(yōu)點是：

①測量精度高筹飒。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響簸悟。

②測量范圍廣葡债。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻）提甚，最高可達+2800℃（如鎢-錸）飞灰。

③構造簡單，使用方便褪储。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制慧域，外有保護套管鲤竹，用起來非常方便。

1昔榴、熱電偶測溫基本原理

將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來辛藻，構成一個閉合回路，如圖2-1-1所 示互订。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時吱肌，兩者之間便產生電動勢,因而在 回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工 作的仰禽。

2氮墨、熱電偶的種類及結構形成

（1）熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家 標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系吐葵、允許誤差规揪、并有統一的標準分度表的熱電偶，它 有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準 化熱電偶妥抬，一般也沒有統一的分度表蛆器，主要用于某些特殊場合的測量。

標準化熱電偶 我國從1988年1月1日起蔓摇，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產和植，并指定S、B崩绑、E章慌、K、R堕武、J恳繁、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。

(2)熱電偶的結構形式 為了保證熱電偶可靠夫泛、穩(wěn)定地工作擎骄，對它的結構要求如下：

① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；

② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣伸畅，以防短路隔屠；

③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離馍驯。

3阁危、熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠汰瘫，為了節(jié)省熱電偶材料狂打，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內混弥，連接到儀表端子上趴乡。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極蝗拿，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上晾捏，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用哀托。因此惦辛，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配仓手，極性不能接錯胖齐，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

四长笋、熱電阻

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器斩憾。它的主要特點是測量精度高式亥，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的淳习，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫纸藕，而且被制成標準的基準儀。

1钮庆、熱電阻測溫原理及材料

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的冗炊。

熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅垒某，此外知援，現在已開始采用甸、鎳慈琼、錳和銠等材料制造熱電阻星自。

2、熱電阻的結構

（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結構及特點見表2-1-11芋沽。從熱電阻的測溫原理可知塑崖，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此痛倚，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響规婆。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制，有關具體內容參見本篇第三章第一節(jié)蝉稳。

（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）抒蚜、引線、絕緣材料耘戚、不銹鋼套管組合而成的堅實體嗡髓，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm毕莱，最小可達φmm器贩。

與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：①體積小朋截，內部無空氣隙，熱慣性上吧黄，測量滯后胁糠；②機械性能好竖沦、耐振胎融，抗沖擊；③能彎曲舍屠，便于安裝④使用壽命長美怪。

（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制圃活，緊貼在溫度計端面，其結構如圖2-1-8所示蒸咏。它與一般軸向熱電阻相比归鲸，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度悬坎。

（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒定桃，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引超爆炸伸义。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內具有爆炸危險場所的溫度測量何别。

3、熱電阻測溫系統的組成

熱電阻測溫系統一般由熱電阻胯恤、連接導線和顯示儀表等組成挥萌。必須注意以下兩點：

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法枉侧。

（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）引瀑、引線、絕緣材料棵逊、不銹鋼套管組合而成的堅實體伤疙，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm辆影，最小可達φmm徒像。

與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：①體積小蛙讥，內部無空氣隙锯蛀，熱慣性上，測量滯后写温旁涤；②機械性能好、耐振迫像，抗沖擊辙炒；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長薇兆。

（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制牌君，緊貼在溫度計端面，其結構如圖2-1-8所示肯矾。它與一般軸向熱電阻相比截剩，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度界赦。

（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒诬忱，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響条赚，電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此最好更換新的電阻體疚编，若采用焊接修理递思，焊后要校驗合格后才能使用。