建筑环境测试技术第3章温度测量课件

第2篇测量仪表第四章湿度测量第五章压力测量第六章物位测量第三章温度测量第七章流速及流量测量第八章热量测量第九章建筑环境测量第十章其它参数的测量第十一章电动显示仪表1​第2篇测量仪表第四章湿度测量第五章压力测量第六章第三章温度测量3.1温度测量概述3.2膨胀式温度计3.3热电偶测温3.4热电阻测温3.5接触式测温3.6非接触式测温3.7集成型传感器测温2​第三章温度测量3.1温度测量概述3.5接触式测温2​3.1温度测量概述3.1.1温标用来衡量温度的标准尺度。确定温度的单位。1、经验温标2、热力学温标3、国际温标华氏温标摄氏温标3​3.1温度测量概述3.1.1温标1、经验温标2、热力学温华氏温标℉1714年，德国人法伦海脱(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度。中间等分为212份，每一份为1度记作℉。称为华氏温标。摄氏温标℃

水银体膨胀是线性的；标准大气压下纯水的冰点是0℃，沸点为100℃。将水银柱在这两点之间等分为100格，每一格为1℃。经验温标：借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标。4​华氏温标℉1714年，德国人法伦海脱(Fahrenheit)热力学温标K经验温标具有局限性和随意性，不能适用于任何地区或场合。开尔文定律（1848年）：在可逆条件下，工作于两个热源之间的卡诺热机与两个热源的关系：T0T1卡诺热机Q0Q1Q1：卡诺热机从高温热源T1吸收的热量Q0：卡诺热机向低温热源T0放出的热量Q1/Q0=T1/T01954年，国际计量会议选定水的三相点为273.16，并以1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即：T=273.16(Q1/Q2)

5​热力学温标K经验温标具有局限性和随意性，不能适用于任何地区或热力学温标是一种理想温标。为了实用方便，国际温标同时使用国际开尔文温度（K）和国际摄氏温度（℃）。规定水的三相点温度为273.16，单位为K。1K的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16。由于摄氏温标将冰点定义为0℃，而冰点比水的三相点低0.01K，那么冰点温度为273.15K，即国际温标ITS-906​热力学温标是一种理想温标。国际温标ITS-906​

温度计

固定点：给定的温度值。华氏温标：规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度。摄氏温标：标准大气压下纯水的冰点是0度，沸点为100度。热力学温标：选定水的三相点为273.16K。温标三要素

内插方程：确定各点温度间的计算公式。华氏温标：0-212度等分为212份，每一份为1℉。摄氏温标：标准大气压下纯水的冰点是0℃，沸点为100℃。0-100度等分为100分，每一份为1℃。热力学温标：以1/273.16定为1K。7​温度计温标三要素内插方程：确定各点温度间的计算公式。7​3.1.2温度测量方法、测量仪表分类液体膨胀式压力式固体膨胀式膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法8​3.1.2温度测量方法、测量仪表分类液体膨胀式压力式固体膨接触式测温与非接触式测温接触式非接触式特点1、测量热容量小、移动物体测温有困难2、可测量物体的任何部位3、便于多点集中测量和自动控制1、不改变被测物体的温度2、可测量移动物体3、通常测量表面温度测量条件1、测量元件与被测对象良好接触。2、接触测量元件不能改变被测对象的温度由被测对象发出的辐射能充分照射到检测元件。因此需要获知被测对象的有效发射率。测量范围容易测量1000℃以下的温度，测量1200℃以上的温度有困难可测量-30℃以上的温度准确度0.5%-1%。根据测量条件，可达到0.01%一般误差较大响应速度1-2min2-3s9​接触式测温与非接触式测温接触式非接触式特点1、测量热容量小、3.2膨胀式温度计原理：物体受热膨胀。液体膨胀式温度计压力式温度计固体膨胀式温度计10​3.2膨胀式温度计原理：物体受热膨胀。液体膨胀式温度计13.2.1液体膨胀式温度计原理：玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀。优点：直观、测量准确、结构简单、造价低廉。缺点：不能自动记录、不能远传、易碎、延迟。41-水银储存器2-毛细管3-标尺4-膨胀室工作液体测温范围（℃）水银-30~750或更高甲苯-90~100乙醇-100~75石油醚-130~25戊烷-200~20玻璃材料：300℃以上，使用特殊的硅硼玻璃；500℃以上，使用石英玻璃。11​3.2.1液体膨胀式温度计原理：玻璃管内液体的体积随温度的玻璃棒温度计12​玻璃棒温度计12​液体膨胀式玻璃管温度计的误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应——造成零点漂移。（2）温度计插入深度不够。若只有部分液柱被浸没时，应对指示值进行修正：其中：n——露出液体部分所占的刻度数（℃）——工作液体对玻璃的相对体膨胀系数（1/℃，汞0.00016，酒精0.000103）t——温度计的示值（℃）ta——露出液柱部分所处的环境温度（℃）13​液体膨胀式玻璃管温度计的误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后（3）非线性误差：水银随着温度变化，体积膨胀看成完全的线性关系。事实并非完全如此，存在一定的非线性度。（4）工作液的迟滞性：水银与玻璃管壁面之间的表面吸附力，造成水银流动的迟滞性，甚至出现液柱中断的情况——温度计与被测介质应接触足够长的时间；轻弹温度计。（5）读数误差：视线与刻度不垂直——视线应与刻度垂直，并与液柱处于同一水平面上。例：使用水银温度计测量蒸汽温度。温度计的指示值为280℃。温度计插入处的刻度是60℃，液柱漏出部分的环境平均温度为30℃。求真实温度。14​（3）非线性误差：水银随着温度变化，体积膨胀看成完全的线性关3.2.2压力式温度计原理：密封系统中工作介质的压力随温度变化。工作过程：弹簧管4一端焊接在基座3上，内腔与毛细管2相通，另一端封死，为自由端。温度变化时，弹簧管4内的压力发生变化，带动自由端变化。自由端通过拉杆、齿轮传动机构与指针相连，指针的转角在刻度盘上指示出温度。弹簧管温包毛细管基座自由端指针工作距离不超过60m，温度范围-50~550℃。特点：抗振性能好。动态性能差、示值滞后较大，不能测量迅速变化的温度。15​3.2.2压力式温度计原理：密封系统中工作介质的压力随温度3.2.3固体膨胀式温度计原理：将两种具有不同线膨胀系数的金属片焊成一体，构成双金属片温度计。工作过程：双金属片的一端固定，另一端为自由端。温度变化时，由于两种金属线膨胀系数不同，双金属片发生弯曲变形。弯曲的偏转角α反映了被测温度值。特点：结构简单、可靠；测量精度不高。K：比弯曲(℃-1)L：双金属片的有效长度(mm)δ：双金属片总厚度(mm)t,t0：被测温度和起始温度(℃)16​3.2.3固体膨胀式温度计原理：将两种具有不同线膨胀系数的3.3热电偶测温热电偶温度计：以热电偶作为测温元件，用热电偶测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度。工作原理：基于1821年塞贝克(Seebeck)发现的热电现象。两种不同的导体A、B连接在一起，构成一个闭合回路。当两个接点1和2的温度不同时，如T>T0，在回路中就会产生电动势EAB——热电效应。导体A、B称为热电极。测量时，接点1置于待测温度场中，称为被测量端。接点2要求温度恒定，称为参考端。热电极测量端参考端17​3.3热电偶测温热电偶温度计：以热电偶作为测温元件，用热电电动势：接触电动势+温差电动势一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-电子密度大电子密度小接触电动势

AB1、接触电动势导体内部的电子密度是不同的。当两种电子密度不同的导体A和B互相接触时，就会发生自由电子电子扩散现象。自由电子从电子密度高的导体A流向电子密度低的物体B。导体A因为失去电子，带正电。导体B因为得到电子，带负电。形成电位差。帕尔贴电势：接触电动势K——玻尔兹曼常数；e——电荷单位；NAT、NBT——温度为T时，A和B的电子密度；T——接触处的温度18​电动势：接触电动势+温差电动势一一一一一一一一一一一一一接触电动势：注：脚标A、B的顺序代表电位差的方向。如果改变脚标顺序，E前面的符号也相应改变。接触电动势的大小只与接触点的温度、导体A和B的电子密度N有关。19​接触电动势：注：19​电动势：接触电动势+温差电动势2、温差电动势由于导体两端温度不同而产生的电势。由于温度梯度，改变了电子的能量分布。高温端(T)电子向低温端(T0)迁移。使得高温端带正电，低温端带负电。导体A、B分别产生的温差电动势为：NAt、NBt——A和B在温度为t时的电子密度。一一一+-高温低温温差电动势汤姆逊温差电势20​电动势：接触电动势+温差电动势2、温差电动势NAt、NB热电偶回路中总热电势=接触电动势+温差电动势

A与B相接触产生的接触电动势B的温差产生的温差电动势A的温差产生的温差电动势减号：在任何温度下，如果A的电子密度高于B，电子都是从A流向B，A总是正电，B总是负电。EAB的方向都是A→B，在整个循环回路中，是两个相反的方向。所以需要用减号。测量端参考端课本图错误！EB的方向与EAB一致，而EA的方向与EAB相反。21​热电偶回路中总热电势A与B相接触产生的B的温差产生的温差电结论任意两种不同性质的导体材料都可制成热电偶。对于两种材料A和B，热电偶所产生的电动势，仅与T和T0有关，与A和B的形状与尺寸无关。热电偶的参考端温度T0必须保持恒定。一般保持在0℃。22​结论任意两种不同性质的导体材料都可制成热电偶。22​

1、均质导体定律由同一均质导体（电子密度处处相等）组成的闭合回路中，不论导体的截面、长度以及温度分布如何，均不产生热电势。3.3.2热电偶的应用定则A、B必须为不同的导体材料

2、中间导体定则在热电偶回路中接入第三种导体C，只要A、B与C相连接的两端温度相同，则不会对热电偶回路的总电势造成影响。23​1、均质导体定律3.3.2热电偶的应用定则A、B必须为不3、中间温度定则

热电偶在两接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T、TN和TN、T0时相应热电势的代数和。意义：如果实际应用中，T0的温度不是0℃而是某一个中间温度TN，则仪表显示的电动势EAB(T,TN)，通过查分度表获得EAB(TN,0)，就可以通过上式计算EAB(T,0)。24​3、中间温度定则意义：如果实际应用中，T0的温度不是0℃而是热电偶分度表中冷端温度为0℃。在实际测量中，若热电偶的冷端温度为20℃，则可应用中间温度定律进行计算。举例：用铂铑10—铂热电偶测温，冷端温度为20℃，输出电势为0.668mV，试求被测对象的温度。再查表得被测温度为122℃。（附录3只是分度表的整数部分数据）查表25​热电偶分度表中冷端温度为0℃。在实际测量中，若热电偶的冷端温3.3.3热电偶的结构和标准化按照结构分类：铠装热电偶、薄膜式热电偶1、铠装热电偶“铠装”：在产品的最外面加装一层金属保护，以免内部的有效层在运输和安装时受到损坏，例如铠装电缆……热电极4：直径由材料的价格、机械强度、导电率、用途、测温范围决定。热电极绝缘套管保护套管接线盒热电极26​3.3.3热电偶的结构和标准化按照结构分类：铠装热电偶、薄1、铠装热电偶27​1、铠装热电偶27​2、薄膜式热电偶采用真空蒸镀或者化学涂层等制造工艺，将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶。热极点非常薄，约0.01~0.1微米。适用于表面温度的快速测量，响应时间约为数毫秒。测温范围在300℃以下。引出线热电极热极点绝缘基板28​2、薄膜式热电偶热极点非常薄，约0.01~0.1微米。引出线3.3.4热电偶的分类1、标准化热电偶：工艺成熟、成批生产、性能优良且已列入工业标准文件中的热电偶，具有统一的分度表（附录3）。国际电工委员会（ICE）推荐了7种标准化热电偶：标准化热电偶、非标准化热电偶分度号名称特点廉金属热电偶T铜-康铜准确度高K镍铬-镍铝或镍硅测温范围最宽E镍铬-康铜灵敏度高J铁-康铜最通用贵金属热电偶S铂铑10-铂准确度等级最高R铂铑13-铂仅引进，不大量生产B铂铑30-铂铑16稳定性高，灵敏度低29​3.3.4热电偶的分类1、标准化热电偶：工艺成熟、成批生产3.3.5热电偶测温系统1、热电偶参考端温度的处理（1）补偿导线法（2）计算修正法（3）冷端恒温法（4）补偿电桥法2、热电偶的校准和误差（1）热电偶的校准（2）热电偶测温误差30​3.3.5热电偶测温系统1、热电偶参考端温度的处理30​1、热电偶参考端温度的处理在热电偶的分度表中，冷端温度T0保持在0℃。实际使用时，由于现场条件的限制，冷端温度无法维持在0℃，使得热电偶输出的电势值产生误差。因此，需要对热电偶的冷端温度进行处理。（1）补偿导线法原理：A’、B’为补偿导线，其热电性能分别与A、B基本相同。热电偶的冷端从T0’处移到T0处。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’如果T0=0℃，则可以直接计算得出T值。如果T0≠0℃，则继续修正。31​1、热电偶参考端温度的处理在热电偶的分度表中，冷端温度T0保常用的补偿导线型号为SC、KC、KX、EX、JX、TX。第一个字母为主热电偶A和B的分度号。第二个字母为X，代表延伸型导线；第二个字母为C，代表补偿型导线。延伸型导线：A’、B’与A、B的化学成分相同。补偿型导线：A’、B’与A、B的化学成分不同。精度较低，优点在于价格便宜。32​常用的补偿导线型号为SC、KC、KX、EX、JX、TX。32如果T0≠0℃，如何处理？（2）计算修正法原理：中间温度定则。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’例：用K型热电偶在冷端温度为25℃，测得的电动势为34.36V。试求热电偶热端的实际温度。解：1）根据附录3，查K型热电偶分度表，E(20,0)=0.798405mV；E(30,0)=1.203408mV。

2）利用插值公式，计算25℃时的热电动势为1.00mV。

3）已知E(T,25)=34.36mV，E(25,0)=1.00mV，则E(T,0)=E(T,25)+E(25,0)=34.36+1.00=35.36mV。

4）再查分度表，E(850,0)=35.314404mV，E(860,0)=35.718403mV。利用插值公式，得到实际温度T为851.14℃。33​如果T0≠0℃，如何处理？mVTT0’T0’T0T0（3）冷端恒温法第一种方法：把冷端引至冰点槽内，维持冷端温度始终为0℃。一般用于实验室精密测量。可以购买高精度的冰点槽，也可以使用保温瓶自制冰点槽。第二种方法：把冷端补偿导线引至加热的恒温器内，维持冷端为某一恒定的温度。适用于工业应用。34​（3）冷端恒温法34​（4）补偿电桥法原理：在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥的输出电压随着热电偶冷端的温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。35​（4）补偿电桥法35​2、热电偶的校准和误差1）热电偶的校准热电偶出厂使用一段时间后，必须定期校准。热电偶校准方法：比较法。使用被校准的热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被测热电偶的基本误差。36​2、热电偶的校准和误差1）热电偶的校准36​2）热电偶测温误差（1）分度误差：使用标准热电偶检定时产生的误差。（2）冷端温度变化引起的误差。（3）补偿导线的误差：补偿导线与主导线不完全相同。（4）热交换引起的误差：热电偶的热端难以直接与被测对象接触。（5）测量线路和显示仪表的误差：外部线路带入的电阻。（6）其它误差：由于屏蔽不良导致的干扰电压等等。37​2）热电偶测温误差37​3.4热电阻测温3.4.1热电阻的特性3.4.2常用热电阻3.4.3热电阻测温电路3.4.4热电阻的校准原理：导体或半导体的电阻率与温度有关。常用测温范围：-200~600℃。优势：低温测量；准确度高。38​3.4热电阻测温3.4.1热电阻的特性3.4.2常用热3.4.1热电阻的特性热电阻：用金属导体或半导体材料制成的感温元件。电阻温度系数α：在某一温度间隔内，温度变化1℃时的电阻相对变化量，单位为1/℃。其中：Rt：t℃时的电阻值。Rt0：t0℃时的电阻值。金属导体的电阻一般随温度升高而增大，α为正值。半导体材料的α为负值。39​3.4.1热电阻的特性热电阻：用金属导体或半导体材料制成的金属热电阻铂热电阻铜热电阻镍热电阻半导体热敏电阻3.4.2常用热电阻40​金属热电阻3.4.2常用热电阻40​3.5.1流体温度测量3.5.2高温气体温度测量3.5.3壁面温度测量3.5接触式测温方法接触式测温：当两个物体接触，经过足够长的时间达到热平衡之后，其温度相等。

优点：温度测量准确度高。

缺点：破坏被测物体的热平衡状态，有时受到被测物质的腐蚀作用。相类似41​3.5.1流体温度测量3.5接触式测温方法接触式测温：当3.5.1流体温度测量测量管道或容器内流体的温度时，温度传感器一般安装在套管内（起保护作用）。因此，需要考虑保护套管导致的导热误差。导热误差：温度传感器套管的管壁和容器的温度与流体温度接近（蓝色圈圈处达到平衡）。流体向传感器传热。同时，传感器向环境散热。减小导热误差的措施：

采取有效的安装方式。温度传感器管道安装原理图1、传感器外露部分做好保温。

2、传感器的工作端置于管道中流速最大的地方。3、传感器要有足够的插入深度。

4、如果套管管径太小，可选择适宜部位安装扩大管。

5、迎着流体的流动方向沿着管道中心线安装传感器。

6、尽量选择直径细、导热性能差的套管。42​3.5.1流体温度测量测量管道或容器内流体的温度时，温度传3.5.3壁面温度测量温度传感器在测量固体表面温度时，容易改变固体表面的热状态，因此准确测量固体表面温度存在很多困难。减小导热误差的措施：

连接温度传感器的导线直径要小，减小导线的导热误差。

实际安装时，最好把温度传感器辐射在壁面以内（凹槽），保持壁面的原状。温度传感器与被测壁面的接触方式a:点接触b:薄片接触(面接触)c:针式接触(等温线接触)43​3.5.3壁面温度测量温度传感器在测量固体表面温度时，容易3.6.1热辐射测温的基本原理3.6.5红外温度计及红外热像仪3.6非接触测温非接触测温：利用被测环境或被测物体的光学辐射原理或红外辐射原理进行的温度测量。

光学辐射红外辐射44​3.6.1热辐射测温的基本原理3.6非接触测温非接触测温3.6.1热辐射测温的基本原理绝对黑体的单色辐射强度：普朗克定律辐射强度与波长和温度的关系曲线绝对黑体的全辐射定律：

辐射强度与热力学温度的四次方成正比。45​3.6.1热辐射测温的基本原理绝对黑体的单色辐射强度：普朗3.6.5红外温度计及红外热像仪原理：任何物体只要其温度高于绝对零度，都会因为分子的热运动而辐射红外线。物体发出红外辐射能量与物体的绝对温度的四次方成正比。

1、红外温度计物镜滤光片红外探测器调制盘46​3.6.5红外温度计及红外热像仪原理：任何物体只要其温度高2、红外热像仪

红外温度计测量的是物体表面某点周围非常小的面积的平均温度。如果要测量物体表面的温度分布，就要采用红外热像仪——测量二维温度场。焦平面热像仪成像机理简图焦平面热像仪外形结构图原理：焦平面探测器呈二维平面形状，具有电子子扫描功能。被测物体的红外辐射通过物镜之后，聚焦成像在探测器的阵列平面上。阵列平面将信号以不同的亮度和颜色组合成整体图像。被测物体物镜外壳焦平面探测器47​2、红外热像仪

红外温度计测量的是物体表面某点周围非常小的面3.7集成型传感器测温将温度传感器、校正电路、变送电路及其它电路集成为一个集成电路芯片，构成集成型温度传感器。

集成型温度传感器主要分为模拟式集成温度传感器和数字式集成温度传感器两大类。

3.7.1模拟式集成温度传感器

特点：输出量与温度呈线性关系。

例：电流输出式集成温度传感器AD590

1：正极2：负极3：连接壳管

工作原理：

采用激光修正的校准电阻，

使得298K(25℃)下的输出电流恰好为298.2μA。

对应于温度每变化1K，输出电流就变化1μA。AD590外形(a)与符号(b)48​3.7集成型传感器测温将温度传感器、校正电路、变送电路及其3.7.2数字式集成温度传感器

例：DS18B20——单总线式集成温度传感器。用户可以组网进行温度测量和信号传输。

引脚与封装内部原理框图49​3.7.2数字式集成温度传感器

例：DS18B20——单总作业P104-1052、3、5、6、7、8、9、1150​作业P104-10550​眼到、手到、心到，一个不良也逃不掉。11月-2211月-22Monday,November7,2022成就团队辉煌，助我人生成长。01:48:3301:48:3301:4811/7/20221:48:33AM安全相伴，因为亲人在盼。11月-2201:48:3301:48Nov-2207-Nov-22为己为家为国、安全必须牢记。01:48:3301:48:3301:48Monday,November7,2022日常记录好习惯，追溯分析利改善。11月-2211月-2201:48:3301:48:33November7,2022客户服务，重在回访．仔细倾听，你认心情。2022年11月7日1:48上午11月-2211月-22宁绕百丈远不冒一步险。07十一月20221:48:33上午01:48:3311月-22健康的身体离不开锻炼，美满的家庭离不开安全。十一月221:48上午11月-2201:48November7,2022安全就是生命，责任重于泰山。2022/11/71:48:3301:48:3307November2022时代精神演绎灵魂，优质精神构筑时代精神。1:48:33上午1:48上午01:48:3311月-22严格要求安全在，松松夸夸事故来。11月-2211月-2201:4801:48:3301:48:33Nov-22安全规程是真经，规章制度血写成。2022/11/71:48:33Monday,November7,2022消防法规系生命，自觉遵守是保障。11月-222022/11/71:48:3311月-22谢谢大家！眼到、手到、心到，一个不良也逃不掉。11月-2211月-22第2篇测量仪表第四章湿度测量第五章压力测量第六章物位测量第三章温度测量第七章流速及流量测量第八章热量测量第九章建筑环境测量第十章其它参数的测量第十一章电动显示仪表52​第2篇测量仪表第四章湿度测量第五章压力测量第六章第三章温度测量3.1温度测量概述3.2膨胀式温度计3.3热电偶测温3.4热电阻测温3.5接触式测温3.6非接触式测温3.7集成型传感器测温53​第三章温度测量3.1温度测量概述3.5接触式测温2​3.1温度测量概述3.1.1温标用来衡量温度的标准尺度。确定温度的单位。1、经验温标2、热力学温标3、国际温标华氏温标摄氏温标54​3.1温度测量概述3.1.1温标1、经验温标2、热力学温华氏温标℉1714年，德国人法伦海脱(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度。中间等分为212份，每一份为1度记作℉。称为华氏温标。摄氏温标℃

水银体膨胀是线性的；标准大气压下纯水的冰点是0℃，沸点为100℃。将水银柱在这两点之间等分为100格，每一格为1℃。经验温标：借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标。55​华氏温标℉1714年，德国人法伦海脱(Fahrenheit)热力学温标K经验温标具有局限性和随意性，不能适用于任何地区或场合。开尔文定律（1848年）：在可逆条件下，工作于两个热源之间的卡诺热机与两个热源的关系：T0T1卡诺热机Q0Q1Q1：卡诺热机从高温热源T1吸收的热量Q0：卡诺热机向低温热源T0放出的热量Q1/Q0=T1/T01954年，国际计量会议选定水的三相点为273.16，并以1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即：T=273.16(Q1/Q2)

56​热力学温标K经验温标具有局限性和随意性，不能适用于任何地区或热力学温标是一种理想温标。为了实用方便，国际温标同时使用国际开尔文温度（K）和国际摄氏温度（℃）。规定水的三相点温度为273.16，单位为K。1K的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16。由于摄氏温标将冰点定义为0℃，而冰点比水的三相点低0.01K，那么冰点温度为273.15K，即国际温标ITS-9057​热力学温标是一种理想温标。国际温标ITS-906​

温度计

固定点：给定的温度值。华氏温标：规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度。摄氏温标：标准大气压下纯水的冰点是0度，沸点为100度。热力学温标：选定水的三相点为273.16K。温标三要素

内插方程：确定各点温度间的计算公式。华氏温标：0-212度等分为212份，每一份为1℉。摄氏温标：标准大气压下纯水的冰点是0℃，沸点为100℃。0-100度等分为100分，每一份为1℃。热力学温标：以1/273.16定为1K。58​温度计温标三要素内插方程：确定各点温度间的计算公式。7​3.1.2温度测量方法、测量仪表分类液体膨胀式压力式固体膨胀式膨胀式温度计测温热电偶测温热电阻测温接触法非接触法测温方法59​3.1.2温度测量方法、测量仪表分类液体膨胀式压力式固体膨接触式测温与非接触式测温接触式非接触式特点1、测量热容量小、移动物体测温有困难2、可测量物体的任何部位3、便于多点集中测量和自动控制1、不改变被测物体的温度2、可测量移动物体3、通常测量表面温度测量条件1、测量元件与被测对象良好接触。2、接触测量元件不能改变被测对象的温度由被测对象发出的辐射能充分照射到检测元件。因此需要获知被测对象的有效发射率。测量范围容易测量1000℃以下的温度，测量1200℃以上的温度有困难可测量-30℃以上的温度准确度0.5%-1%。根据测量条件，可达到0.01%一般误差较大响应速度1-2min2-3s60​接触式测温与非接触式测温接触式非接触式特点1、测量热容量小、3.2膨胀式温度计原理：物体受热膨胀。液体膨胀式温度计压力式温度计固体膨胀式温度计61​3.2膨胀式温度计原理：物体受热膨胀。液体膨胀式温度计13.2.1液体膨胀式温度计原理：玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀。优点：直观、测量准确、结构简单、造价低廉。缺点：不能自动记录、不能远传、易碎、延迟。41-水银储存器2-毛细管3-标尺4-膨胀室工作液体测温范围（℃）水银-30~750或更高甲苯-90~100乙醇-100~75石油醚-130~25戊烷-200~20玻璃材料：300℃以上，使用特殊的硅硼玻璃；500℃以上，使用石英玻璃。62​3.2.1液体膨胀式温度计原理：玻璃管内液体的体积随温度的玻璃棒温度计63​玻璃棒温度计12​液体膨胀式玻璃管温度计的误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应——造成零点漂移。（2）温度计插入深度不够。若只有部分液柱被浸没时，应对指示值进行修正：其中：n——露出液体部分所占的刻度数（℃）——工作液体对玻璃的相对体膨胀系数（1/℃，汞0.00016，酒精0.000103）t——温度计的示值（℃）ta——露出液柱部分所处的环境温度（℃）64​液体膨胀式玻璃管温度计的误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后（3）非线性误差：水银随着温度变化，体积膨胀看成完全的线性关系。事实并非完全如此，存在一定的非线性度。（4）工作液的迟滞性：水银与玻璃管壁面之间的表面吸附力，造成水银流动的迟滞性，甚至出现液柱中断的情况——温度计与被测介质应接触足够长的时间；轻弹温度计。（5）读数误差：视线与刻度不垂直——视线应与刻度垂直，并与液柱处于同一水平面上。例：使用水银温度计测量蒸汽温度。温度计的指示值为280℃。温度计插入处的刻度是60℃，液柱漏出部分的环境平均温度为30℃。求真实温度。65​（3）非线性误差：水银随着温度变化，体积膨胀看成完全的线性关3.2.2压力式温度计原理：密封系统中工作介质的压力随温度变化。工作过程：弹簧管4一端焊接在基座3上，内腔与毛细管2相通，另一端封死，为自由端。温度变化时，弹簧管4内的压力发生变化，带动自由端变化。自由端通过拉杆、齿轮传动机构与指针相连，指针的转角在刻度盘上指示出温度。弹簧管温包毛细管基座自由端指针工作距离不超过60m，温度范围-50~550℃。特点：抗振性能好。动态性能差、示值滞后较大，不能测量迅速变化的温度。66​3.2.2压力式温度计原理：密封系统中工作介质的压力随温度3.2.3固体膨胀式温度计原理：将两种具有不同线膨胀系数的金属片焊成一体，构成双金属片温度计。工作过程：双金属片的一端固定，另一端为自由端。温度变化时，由于两种金属线膨胀系数不同，双金属片发生弯曲变形。弯曲的偏转角α反映了被测温度值。特点：结构简单、可靠；测量精度不高。K：比弯曲(℃-1)L：双金属片的有效长度(mm)δ：双金属片总厚度(mm)t,t0：被测温度和起始温度(℃)67​3.2.3固体膨胀式温度计原理：将两种具有不同线膨胀系数的3.3热电偶测温热电偶温度计：以热电偶作为测温元件，用热电偶测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度。工作原理：基于1821年塞贝克(Seebeck)发现的热电现象。两种不同的导体A、B连接在一起，构成一个闭合回路。当两个接点1和2的温度不同时，如T>T0，在回路中就会产生电动势EAB——热电效应。导体A、B称为热电极。测量时，接点1置于待测温度场中，称为被测量端。接点2要求温度恒定，称为参考端。热电极测量端参考端68​3.3热电偶测温热电偶温度计：以热电偶作为测温元件，用热电电动势：接触电动势+温差电动势一一一一一一一一一一一一一一一一一一+-电子密度大电子密度小接触电动势

AB1、接触电动势导体内部的电子密度是不同的。当两种电子密度不同的导体A和B互相接触时，就会发生自由电子电子扩散现象。自由电子从电子密度高的导体A流向电子密度低的物体B。导体A因为失去电子，带正电。导体B因为得到电子，带负电。形成电位差。帕尔贴电势：接触电动势K——玻尔兹曼常数；e——电荷单位；NAT、NBT——温度为T时，A和B的电子密度；T——接触处的温度69​电动势：接触电动势+温差电动势一一一一一一一一一一一一一接触电动势：注：脚标A、B的顺序代表电位差的方向。如果改变脚标顺序，E前面的符号也相应改变。接触电动势的大小只与接触点的温度、导体A和B的电子密度N有关。70​接触电动势：注：19​电动势：接触电动势+温差电动势2、温差电动势由于导体两端温度不同而产生的电势。由于温度梯度，改变了电子的能量分布。高温端(T)电子向低温端(T0)迁移。使得高温端带正电，低温端带负电。导体A、B分别产生的温差电动势为：NAt、NBt——A和B在温度为t时的电子密度。一一一+-高温低温温差电动势汤姆逊温差电势71​电动势：接触电动势+温差电动势2、温差电动势NAt、NB热电偶回路中总热电势=接触电动势+温差电动势

A与B相接触产生的接触电动势B的温差产生的温差电动势A的温差产生的温差电动势减号：在任何温度下，如果A的电子密度高于B，电子都是从A流向B，A总是正电，B总是负电。EAB的方向都是A→B，在整个循环回路中，是两个相反的方向。所以需要用减号。测量端参考端课本图错误！EB的方向与EAB一致，而EA的方向与EAB相反。72​热电偶回路中总热电势A与B相接触产生的B的温差产生的温差电结论任意两种不同性质的导体材料都可制成热电偶。对于两种材料A和B，热电偶所产生的电动势，仅与T和T0有关，与A和B的形状与尺寸无关。热电偶的参考端温度T0必须保持恒定。一般保持在0℃。73​结论任意两种不同性质的导体材料都可制成热电偶。22​

1、均质导体定律由同一均质导体（电子密度处处相等）组成的闭合回路中，不论导体的截面、长度以及温度分布如何，均不产生热电势。3.3.2热电偶的应用定则A、B必须为不同的导体材料

2、中间导体定则在热电偶回路中接入第三种导体C，只要A、B与C相连接的两端温度相同，则不会对热电偶回路的总电势造成影响。74​1、均质导体定律3.3.2热电偶的应用定则A、B必须为不3、中间温度定则

热电偶在两接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T、TN和TN、T0时相应热电势的代数和。意义：如果实际应用中，T0的温度不是0℃而是某一个中间温度TN，则仪表显示的电动势EAB(T,TN)，通过查分度表获得EAB(TN,0)，就可以通过上式计算EAB(T,0)。75​3、中间温度定则意义：如果实际应用中，T0的温度不是0℃而是热电偶分度表中冷端温度为0℃。在实际测量中，若热电偶的冷端温度为20℃，则可应用中间温度定律进行计算。举例：用铂铑10—铂热电偶测温，冷端温度为20℃，输出电势为0.668mV，试求被测对象的温度。再查表得被测温度为122℃。（附录3只是分度表的整数部分数据）查表76​热电偶分度表中冷端温度为0℃。在实际测量中，若热电偶的冷端温3.3.3热电偶的结构和标准化按照结构分类：铠装热电偶、薄膜式热电偶1、铠装热电偶“铠装”：在产品的最外面加装一层金属保护，以免内部的有效层在运输和安装时受到损坏，例如铠装电缆……热电极4：直径由材料的价格、机械强度、导电率、用途、测温范围决定。热电极绝缘套管保护套管接线盒热电极77​3.3.3热电偶的结构和标准化按照结构分类：铠装热电偶、薄1、铠装热电偶78​1、铠装热电偶27​2、薄膜式热电偶采用真空蒸镀或者化学涂层等制造工艺，将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，形成薄膜状热电偶。热极点非常薄，约0.01~0.1微米。适用于表面温度的快速测量，响应时间约为数毫秒。测温范围在300℃以下。引出线热电极热极点绝缘基板79​2、薄膜式热电偶热极点非常薄，约0.01~0.1微米。引出线3.3.4热电偶的分类1、标准化热电偶：工艺成熟、成批生产、性能优良且已列入工业标准文件中的热电偶，具有统一的分度表（附录3）。国际电工委员会（ICE）推荐了7种标准化热电偶：标准化热电偶、非标准化热电偶分度号名称特点廉金属热电偶T铜-康铜准确度高K镍铬-镍铝或镍硅测温范围最宽E镍铬-康铜灵敏度高J铁-康铜最通用贵金属热电偶S铂铑10-铂准确度等级最高R铂铑13-铂仅引进，不大量生产B铂铑30-铂铑16稳定性高，灵敏度低80​3.3.4热电偶的分类1、标准化热电偶：工艺成熟、成批生产3.3.5热电偶测温系统1、热电偶参考端温度的处理（1）补偿导线法（2）计算修正法（3）冷端恒温法（4）补偿电桥法2、热电偶的校准和误差（1）热电偶的校准（2）热电偶测温误差81​3.3.5热电偶测温系统1、热电偶参考端温度的处理30​1、热电偶参考端温度的处理在热电偶的分度表中，冷端温度T0保持在0℃。实际使用时，由于现场条件的限制，冷端温度无法维持在0℃，使得热电偶输出的电势值产生误差。因此，需要对热电偶的冷端温度进行处理。（1）补偿导线法原理：A’、B’为补偿导线，其热电性能分别与A、B基本相同。热电偶的冷端从T0’处移到T0处。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’如果T0=0℃，则可以直接计算得出T值。如果T0≠0℃，则继续修正。82​1、热电偶参考端温度的处理在热电偶的分度表中，冷端温度T0保常用的补偿导线型号为SC、KC、KX、EX、JX、TX。第一个字母为主热电偶A和B的分度号。第二个字母为X，代表延伸型导线；第二个字母为C，代表补偿型导线。延伸型导线：A’、B’与A、B的化学成分相同。补偿型导线：A’、B’与A、B的化学成分不同。精度较低，优点在于价格便宜。83​常用的补偿导线型号为SC、KC、KX、EX、JX、TX。32如果T0≠0℃，如何处理？（2）计算修正法原理：中间温度定则。mVTT0’T0’T0T0ABA’B’例：用K型热电偶在冷端温度为25℃，测得的电动势为34.36V。试求热电偶热端的实际温度。解：1）根据附录3，查K型热电偶分度表，E(20,0)=0.798405mV；E(30,0)=1.203408mV。

2）利用插值公式，计算25℃时的热电动势为1.00mV。

3）已知E(T,25)=34.36mV，E(25,0)=1.00mV，则E(T,0)=E(T,25)+E(25,0)=34.36+1.00=35.36mV。

4）再查分度表，E(850,0)=35.314404mV，E(860,0)=35.718403mV。利用插值公式，得到实际温度T为851.14℃。84​如果T0≠0℃，如何处理？mVTT0’T0’T0T0（3）冷端恒温法第一种方法：把冷端引至冰点槽内，维持冷端温度始终为0℃。一般用于实验室精密测量。可以购买高精度的冰点槽，也可以使用保温瓶自制冰点槽。第二种方法：把冷端补偿导线引至加热的恒温器内，维持冷端为某一恒定的温度。适用于工业应用。85​（3）冷端恒温法34​（4）补偿电桥法原理：在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥的输出电压随着热电偶冷端的温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。86​（4）补偿电桥法35​2、热电偶的校准和误差1）热电偶的校准热电偶出厂使用一段时间后，必须定期校准。热电偶校准方法：比较法。使用被校准的热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被测热电偶的基本误差。87​2、热电偶的校准和误差1）热电偶的校准36​2）热电偶测温误差（1）分度误差：使用标准热电偶检定时产生的误差。（2）冷端温度变化引起的误差。（3）补偿导线的误差：补偿导线与主导线不完全相同。（4）热交换引起的误差：热电偶的热端难以直接与被测对象接触。（5）测量线路和显示仪表的误差：外部线路带入的电阻。（6）其它误差：由于屏蔽不良导致的干扰电压等等。88​2）热电偶测温误差37​3.4热电阻测温3.4.1热电阻的特性3.4.2常用热电阻3.4.3热电阻测温电路3.4.4热电阻的校准原理：导体或半导体的电阻率与温度有关。常用测温范围：-200~600℃。优势：低温测量；准确度高。89​3.4热电阻测温3.4.1热电阻的特性3.4.2常用热3.4.1热电阻的特性热电阻：用金属导体或半导体材料制成的感温元件。电阻温度系数α：在某一温度间隔内，温度变化1℃时的电阻相对变化量，单位为1/℃。其中：Rt：t℃时的电阻值。Rt0：t0℃时的电阻值。金属导体的电阻一般随温度升高而增大，α为正值。半导体材料的α为负值。90​3.4.1热电阻的特性热电阻：用金属导体或半导体材料制成的金属热电阻铂热电阻铜热电阻镍热电阻半导体热敏电阻3.4.2常用热电阻91​金属热电阻3.4.2常用热电阻40​3.5.1流体温度测量3.5.2高温气体温度测量3.5.3壁面温度测量3.5接触式测温方法接触式测温：当两个物体接触，经过足够长的时间达到热平衡之后，其温度相等。

优点：温度测量准确度高。

缺点：破坏被测物体的热平衡状态，有时受到被测物质的腐蚀作用。相类似92​3.5.1流体温度测量3.5接触式测温方法接触式测温：当3.5.1流体温度测量测量管道或容器内流体的温度时，温度传感器一般安装在套管内（起保护作用）。因此，需要考虑保护套管导致的导热误差。导热误差：温度传感器套管的管壁和容器的温度与流体温度接近（蓝色圈圈处达到平衡）。流体向传感器传热。同时，传感器向环境散热。减小导热误差的措施：

采取有效的安装方式。温度传感器管道安装原理图1、传感器外露部分做好保温。

2、传感器的工作端置于管道中流速最大的地方。3、传感器要有足够的插入深度。

4、如果套管管径太小，可选择适宜部位安装扩大管。

5、迎着流体的流动方向沿着管道中心线安装传感器。

6、尽量选择直径细、导热性能差的套管。93​3.5.1流体温度测量测量管道或容器内流体的温度时，温度传3.5.3壁面温度测量温度传感器在测量固体表面温度时，容易改变固体表面的热状态，因