13§5.1 温度与温标;§5.2热电偶测温.ppt

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13§5.1 温度与温标;§5.2热电偶测温

第五章 温度的测量 §5.1 温度与温标 一、温度 温度是日常生活中经常遇到的一个物理量。它也是科研和生产中最常见、最基本的参量之一。 定义:温度是度量物体热平衡状态下冷热程度的物理量,它体现了物体内部分子运动状态的特征。分子运动越激烈其温度表现越高。 温度概念的建立及测量:以热平衡为基础的。 温度最本质的性质(热平衡):两个物体处于同一热平衡状态,两物体温度相等;当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生热交换,热交换结束后两物体处于热平衡状态,则它们具有相同的温度。 二、温标 物质冷热程度通常是以“温度”来表征的,用来衡量物质温度的尺度称为“温度标尺”、简称温标。它是温度的数值表示方法,规定了温度的零点和基本测量单位。 目前国际上用得较多的温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。 1.热力学温标 热力学温标是建立在热力学基础上的一种理论温标,它是7个基本物理单位之一。 热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标。规定水的三相平衡点的温度为273.16K。把绝对零度(理想气体压力为零时所对应的温度)到水的三相平衡点之间的温度均匀分为273.16等分,每等分为1开尔文,简称开或K。 热力学温标与实现它的工作物质性质无关,仅与温度有关,因此不会因选用测温物质的不同而引起温标的差异,所以是理想的温标。 热力学理论证明,热力学温标与理想气体温标是一致的,可借助于理想气体温度计来实现热力学温标。但理想气体仅是一种数学模型,实际上并不存在,故只能用真实气体来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时,要对其读数进行许多修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量;因此直接用气体温度计来统一国际温标,不仅技术上难度很大、很复杂,而且操作非常繁杂、困难,所以不易实现。 2.国际实用温标 由于热力学温标在实用上不太方便,所以人们又制定出一种国际通用而又比较方便的实用温标,它测定的温度可很接近热力学温标,单位也与热力学温标相同。 具备的条件: (1)尽可能接近热力学温标; (2)复现精度高,各国均能以很高的准确度复现同样的温标,确保温度量值的统一; (3)用于复现温标的标准温度计,使用方便,性能稳定。 从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标,简称ITS-90。ITS一90基本内容为: (1)重申国际实用温标单位仍为开尔文,1K等于水的三相点时温度值的 1/273.16; (2)把水的三相点时温度值定义为0.01℃,同时相应把绝对零度修订为-273.15℃; (3)规定把整个温标分成4个温区,其相应的标准仪器如下: ①0.65—5.0K,用3He和4He蒸汽温度计; ②3.0—24.5561K,用3He和4He定容气体温度计; ③13.803K—961.78℃,用铂电阻温度计; ④961.78℃以上,用光学或光电高温计; (4)新确认和规定17个固定点温度值以及借助标准仪器来实现整个热力学温标。 3.摄氏温标 它是工程上出现最早也是最常用的温标。摄氏温标规定:在标准大气压下,将冰的熔点定为0 ℃ ,水的沸点定为100 ℃ ,并在两个固定点之间划分100等份,每一等份称为1摄氏度(℃),一般摄氏温标用小写字母t表示。热力学温标与摄氏温标间有如下的关系: t=T-273.15K 热力学温标主要在亚洲应用。 4.华氏温标 规定在标准大气压下冰的熔点为32华氏度,水的沸点为212华氏度,两点间划分为180等份,每一等份称为1华氏度,记为1℉。华氏温标与摄氏温标有如下的关系: F=1.8t+32 华氏温标主要在欧美应用。 三、常用测温方法 按测温元件是否与被测对象接触,温度测量可分为接触式和非接触式两大类。 1. 接触式测温(基于热平衡原理) 测温元件直接与被测对象相接触,两者之间进行充分的热交换,最后达到热平衡,这时测温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点:结构简单、直观可靠、测温精度较高。 缺点:由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量,这样容易破坏被测对象的温度场,同时带来测温过程的延迟现象,另外,接触不良等都会带来测量误差,温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。因此不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象,且不适于直接对腐蚀性介质测量。 用这种方法进行测量的温度计统称为接触式温度计。例如,水银或酒精温度计是利用液体热胀冷缩特性测温的、电阻温度计是利用导体的电阻变化特性测温的。 2. 非接触式测温(基于热辐射原理) 测温元件不与被测对象接触,而是通过热辐射进行热交换,或测温元件接收被测对象的部分热辐射能,由热辐射能大小推出被测对象的温度。故可避免接触测温法的缺点,具

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