热工仪表中心业务介绍

报告名称部门名称热工仪表中心培训材料SDIM一、中心简介

热工仪表中心是山东省计量科学研究院下属的一个专业科室，从事温度、湿度、风速、大气压力等领域的计量科学研究和量值传递工作。

1.1、职能（一）在温度、湿度、风速、大气压力领域建立、保存和改进计量标准器，开展量值传递，以保证全省在以上领域计量单位量值的统一及准确可靠；从事检定校准工作和“计量法”要求的实验室认证，计量产品定型鉴定，为节能减排工作提供准确的数据，服务于社会；

完成计量器具新产品形式评价，接受委托检验；完成政府部门委托的任务，比如2009年完成全国体温计的抽检任务；在SARS、甲流、非典等疾病爆发期，完成机场、港口等关键部位温度计的检测工作，为社会稳定和人民身体安全服务；进行计量标准器的研制和新产品开发以及计量系统的设计。

1.1、职能（二）1.2、人员热工仪表中心现已初步形成了一支年龄和知识结构合理的队伍。中心现有人员13名，其中技术人员8名，辅助人员5名，高级工程师2名，中级研究人员3名，具有硕士学位人员3名。

1.3、现状经过多年的发展，热工计量中心科研工作已结出了丰硕成果。热工计量中心现已建立热电偶标准组装置、湿度一级标准装置等多项省内最高标准，可以开展各类检定、校准、测试、委托检验。

1.4、努力开拓的领域1.4.1、锅炉附属仪表的检测。1.4.2

、食品药品行业灭菌设备的检测。1.4.3、热物性参数测量仪器的检测。1.4.1、锅炉附属仪表的检测（一）背景：锅炉等压力容器广泛用于电厂、化工等行业，其安全可靠的的运行关系到工人的人身安全与企业的生产。目前，大部分大型锅炉都是使用DCS采集数据并以温度、压力、流量等参数显示出来，通过观察这些参数来判断锅炉运行是否正常。所以这些参数的测量至关重要。而测量这些参数的仪器是否正常就需要我们计量部门来检测。现状：计量处在2006年下文要求锅炉附属仪表必须检测，热工仪表中心也积极努力，在现有人员设备情况下，每年完成几十台锅炉的附属仪表的检测。随着节能减排的提出，这种检测项目会进一步增加。1.4.1、锅炉附属仪表的检测（二）目的：通过这种检测，一是能及时发现一些隐患，降低事故发生的可能性；二是确保仪器测量可靠，为节能减排工作提供有效的数据支持。1.4.1、锅炉附属仪表的检测（三）1.4.2、食品药品行业灭菌设备的检测（一）背景：食品药品行业需要对产品进行灭菌，这种灭菌过程是在灭菌设备中按照某种程序（一定时间、一定温度）进行的。但是，按照这种程序是不是能达到要求的灭菌效果呢？这就需要验证。1.4.2、食品药品行业灭菌设备的检测（二）现状：热工仪表中心现有两套无线检测设备，温度范围为-40℃到300℃，可以对这些行业的灭菌效果进行验证。具体做法是在灭菌设备的不同位置布好传感器，在整个灭菌过程中记录温度数据，经过热分布测试、热穿透测试等多个循环后，计算F0值，来判断灭菌效果。这种测试很好的解决了食品药品企业的问题，确保其生产安全。1.4.2、食品药品行业灭菌设备的检测（三）背景：材料热物理性能是一个重要的物理参数，包括导热系数、热扩散系数、比热、热膨胀系数以及热辐射的发射率和反射率等。材料热物理性测量在航空航天、新材料的研究和有效利用、建筑节能技术开发等高新技术领域都具有明显的科学意义和重要的工程应用价值。目前省内在建筑行业已经普遍接受热物性参数的测量，比如用导热系数测试仪的使用。随着国家节能减排政策的实施，相信在别的行业也将会得到进一步发展。这对我们计量部门提出了一项要求，那就是相关热物性参数测试仪器的溯源。国际上通用的方法是计量机构建立一套热物性测量标准装置，并配备标准参考物质，将被检仪器测量标准参考物质的结果与标准装置的结果比对，以检验装置的可靠性和重复性。1.4.3、热物性参数测量仪器的检测（一）现状：热工仪表中心正在积极运作，力争尽快建立这套标准。其应用价值在于：建立了热物性测量标准装置，对于提高我省在材料科学技术、能源科学技术等领域中材料热物性测量准确度有重大作用，特别是对于我国建筑节能材料检测起到质量把关作用。1.4.3、热物性参数测量仪器的检测（二）二、专业项目介绍温标的概念非接触测温接触式测温工业铂电阻温度计、热电偶、玻璃温度计等等。湿度、风速、气压等ITS-90国际温标F1.1关于温度

温度是表征物体冷热程度的物理量。从微观上来说，温度反应了物体分子做无规则热运动的平均动能的大小。温度是最难于准确测量的一个基本物理量，它不能像长度、质量、时间等物理量那样可直接测量，但物质的物理特性都与温度有密切关系，如尺寸、体积、电导率、热电势、辐射功率等都随着温度的不同而改变，所以可通过物质的这些特性间接地获得温度值。

F1.2温度计量标准

温标是衡量温度高低的标准尺度，是温度的数值表示方法。它是利用物质的“相平衡温度”为固定点刻在温度计上，而固定点之间的温度值则用理论推导的数学公式（又称内插方程）来表达。温度计、固定点、内插方程称为温标三要素。各种温度计的数值都是由温标决定的。

摄氏温标：

在标准大气压下，规定水的凝固点为0度，水的沸点为100度，将这两个固定点之间等分100格，每一格称为摄氏一度，用℃表示。它是工程上应用最广泛的一种温度标准。华氏温标：

在标准大气压下，规定水的凝固点为32度，水的沸点为212度，将这两个固定点之间等分180格，每一格称为华氏一度，用℉表示。该温标多用于国外，与摄氏温标的换算关系为：m=1.8n+32（℉）

——m、n分别表示华氏温度值和摄氏温度值。

热力学温标：

摄氏温标和华氏温标都是人为规定的，又称经验温标，水的物理性质如纯度等将影响测量的结果而且范围太窄。1848年英国科学家开尔文提出了建立在热力学第二定律基础上的与物质性质无关的纯理论性的理想温标—热力学温标，用“K”表示。1927年第七届国际计量大会把热力学温标作为国际基本温标，可以用气体温度计来复现热力学温标，但气体温度计装置复杂不适于实际应用。于是1990年各国科学家在热力学温标的基础上共同制定了国际实用温标（ITS-90），其规定的温度很接近热力学温标，仍以“K”表示。我国从1994年1月1日起全面实行ITS-90国际温标。1593年，伽利略发明了第一支空气温度计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。它的一端制成空心圆球形；另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻度。这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就上升。

摄氏温标和华氏温标都是人为规定的，又称经验温标，水的物理性质如纯度等将影响测量的结果而且范围太窄。1848年英国科学家开尔文提出了建立在热力学第二定律基础上的与物质性质无关的纯理论性的理想温标—热力学温标，用“K”表示。1927年第七届国际计量大会把热力学温标作为国际基本温标，可以用气体温度计来复现热力学温标，但气体温度计装置复杂不适于实际应用。于是1990年各国科学家在热力学温标的基础上共同制定了国际实用温标（ITS-90），其规定的温度很接近热力学温标，仍以“K”表示。我国从1994年1月1日起全面实行ITS-90国际温标F1.3

ITS-90国际温标

ITS-90同时使用国际开尔文温度（T90）和国际实用摄氏温度（t90），单位分别是K和℃，换算公式为：t90=T90-273.15。ITS-90国际温标对各温度范围的内插公式分得很细（略），可跨范围或交迭使用，应用内插公式可计算出任何两个相邻固定点之间的温度值。国际温标固定点：

蒸汽压温度计（3He、4He）：0.65～5.0K；

定容气体温度计（3He、4He）：3.0～24.5561K；

铂电阻温度计：13.8033K～961.78℃；

光学或光电温度计：961.78℃以上。

F1.4

温度标准的传递温度标准的传递

ITS-90国际温标是最高温度标准。我国根据ITS-90建立起的温度标准叫国家基准，保存在中国计量科学研究院；各省市根据国家基准建立起的地方标准定期与国家基准比对，以保证标准传递的可靠性和本地区测温标准的统一；各制造温度计的企业根据省市标准建立起自己的计量标准，并每年向省市法定计量标准机构作比对，以保证出厂温度计产品计量准确；各使用温度计的企业要购买有温度计标准证和温度计制造许可证的企业生产的温度计产品，并每年送当地法定计量检定机构或原制造企业检定一次。（一）辐射温度计的检定1、基本概念辐射测温

热辐射温度计是以物体的辐射强度与温度成一定的函数关系为基础的。利用此原理制成的各式辐射温度计，测温时只需把辐射温度计的探测器对准被测物体，即可测出被测物体的温度。这种测温方法称为非接触测温或间接测温，亦可称为辐射测温法。辐射温度（Tp）单位：开尔文（K）

温度为T的物体单位面积发射的全辐射功率与温度为Tp的黑体单位面积发射的全辐射功率相等时，将Tp称为物体的辐射温度。亮度温度（Ts）单位：开尔文（K）物体在某一波长的单色辐射亮度同黑体在同波长的单色辐射亮度相等时，将黑体的温度称为物体的亮度温度。颜色温度单位：开尔文（K）当温度为T的物体和温度为Tc的黑体，在两个波长λ1、λ2

的光谱辐射亮度之比相等时，将Tc称为物体的颜色温度。表观温度单位：开尔文（K）辐射温度、亮度温度、颜色温度（比色温度）的统称。2、辐射温度计的构成光学系统探测器信号处理装置3、辐射测温的方法亮度测温法

亮度测温法是根据热辐射体在某一波长的光谱辐射亮度与温度之间的函数关系来测量温度的方法。全辐射测温法全辐射测温是根据热辐射体在全波长范围内的积分辐射出射度与温度之间的函数关系来测量温度的方法

颜色测温法（比色测温法）颜色测温法是根据热辐射体在两个波长或两个以上波长的光谱辐射亮度之比与温度之间的函数关系来测量温度的方法。4、辐射温度计检定/校准装置

由多台黑体辐射源装置组成。可覆盖从低温-30℃~1600℃高温的测温范围。5、常见部分辐射温度计6、检定依据三个规程：JJG856-1994500℃以下工作用辐射温度计JJG415-2001工作用辐射温度计JJG67-2003工作用全辐射温度计7、检定步骤7.1、外观检查标记（计量许可标志、厂名、型号、编号等）光学系统（是否有影响测量的问题）开关性能（按钮接触是否良好）电接触性能（是否良好，电池是否有电）显示仪表性能（是否有断码）7.2、确定测量距离（L）首先执行说明书的规定或校准证书及厂家的特别要求。根据辐射源靶面直径与目标面积之间的关系及距离系数，确定测量距离（L）。可根据实际情况测量，测量距离既要保证准确又要避免距离太近而对被测温度计造成损坏。7.3、调整被测温度计发射率将温度计的发射率设置为1（发射率不能设置为1的，参照发射率为0.95辐射温度计的校准）我们认为黑体辐射源的发射率为1，所以被测温度计的发射率与标准黑体的发射率相同时，才能保证测量温度的准确。7.4、瞄准及测量记录瞄准方法辐射温度计的光轴要垂直于辐射源的靶面。在测量距离范围内，调节温度计，瞄准辐射源中心，使二者同轴。测量、记录被测温度计在允许方向微调，多次测量，调至最大值可认为瞄准正确，并记录测量数据。7.5、结果及数据处理对500℃以下的辐射温度计，示值以实测温度值（℃）表示；对高温工作用辐射温度计，测量温度在300℃以下的用（℃）表示，300℃以上的换算成电压值（mV）表示。（mv值与温度值的对照关系是由标准二等偶测量换算所得，详见对照表）经检定/校准符合规程要求的，在证书上给出被测温度计在各个检定点的示值。周期一般不超过一年（二）工业铂电阻的检定1、铂电阻工作原理

热电阻是利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化来测量温度的原件或仪器。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

应用于-200℃～800℃范围内的温度测量做热电阻的材料的要求①电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；②电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；③热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；④在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；⑤电阻与温度的关系最好接近于线性；⑥应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜工业铂热电阻的阻值和温度的关系2、工业铂电阻的分类按工业铂电阻的引线分类：二线、三线、四线按感温元件的制作方式：薄膜铂电阻、绕线铂电阻普通装配式热电阻铠装热电阻铠装电阻外保护管采用不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此它具有很强的抗污染和优良的机械强度。它比装配式铂电阻热反应速度快，直径小，易弯曲，适宜安装在管道狭窄和要求快速反应、微型化等特殊场合。按装配方法分类：按分度号分类：①Pt100℃电阻值为10Ω②Pt1000℃电阻值为100Ω③Pt10000℃电阻值为1000Ω3、工业铂电阻的检定步骤3.1、装配质量和外观检查3.2、绝缘电阻的测量3.3、R(0℃)、R(100℃)及R(t)的检定3.4、检定数据的处理3.1、装配质量和外观检查目测：符合要求3.2、绝缘电阻的测量用绝缘电阻表测量时将热电阻各个接线端子相互短路，并接至绝缘电阻表的一个接线柱上，绝缘电阻表另一个接线柱的导线紧夹于热电阻的保护管上。具有多只感温元件的热电阻，还应测量不同感温元件输出端之间的绝缘电阻检定点的选择：在0℃、100℃和必要时在t检定当热电阻α超差而在0℃、100℃点的允许偏差均合格时，应增加在热电阻的上限温度检定。注：当热电阻的上限温度超过300℃时，若设备条件不完善，允许用300℃点检定3.3、R(0℃)、R(100℃)及R(t)的检定接线方法：测量二线制热电阻或感温元件的电阻值时，应在热电阻的每个接线柱或感温元件的每根引线末端接出二根导线，然后按四线制进行接线测量。三线制热电阻，由于使用时不包括内引线电阻，因此在测定电阻时，需采用两次测量方法，以消除内引线电阻的影响（每次测量均按四线制进行）。接线见下图，图1测出R1，图2测出R2测量方法：

0℃电阻值R（0℃）的测量：将二等标准铂电阻温度计和被检热电阻插入盛有冰和水混合物的冰点槽内（热电阻周围的冰层厚度不小于30mm）。30min后按下列顺序测出标准铂电阻温度计和被检电阻的电阻值。标准铂电阻温度计→被检1→被检2→……→被检n↓换↓向标准铂电阻温度计←被检1←被检2←……←被检n如此完成一个读数循环。A级铂热电阻每次测量不少于三个循环，B级铂热电阻每次测量不得少于二个循环，取其平均值进行计算。100℃电阻值R（100℃）的测量：将二等标准铂电阻温度计和被检热电阻插入水沸点槽或恒温油槽中。待温度稳定后，按照测量R(0℃)的方法进行检定3.4、检定数据的处理B级铂电阻的电阻值取到小数点后第三位，温度系数取到小数点后第六位A级铂电阻的电阻值取到小数点后第四位，温度系数取到小数点后第七位当铂电阻的电阻温度系数α的偏差超过允许值，但在０℃、100℃和上限温度点的电阻值均符合允许偏差的规定时，则该热电阻判定合格，反之不合格。（三）环境试验设备温、湿度校准1、常见环境试验设备及校准依据环境试验设备的温湿度多用于现场检测及校准，常见的温湿度环境试验设备有：烘箱、干燥箱、恒温培养箱、恒温恒湿养护箱、箱式电阻炉、低温试验箱、低温冰柜等。校准依据：JJF1101-2003环境试验设备温度、湿度校准规范2、环境试验设备的计量特性环境试验设备的计量特性包括：

温度偏差、温度均匀度、温度波动度，

相对湿度偏差、相对湿度均匀度、相对湿度波动度。3、环境试验设备的技术要求设备名称温度试验设备湿热试验设备交变湿热设备温度和湿度范围（0~100）℃（-60~0）℃（100~200）℃（200~300）℃（10~60）℃（20~80）%RH（10~60）℃（80~100）%RH（20~60）℃（80~100）%RH温度偏差±1.0℃±2℃±3℃±2℃±2℃±2℃湿度偏差－－－+2-3%RH±5%RH+2-3%RH均匀度温度1.0℃2℃3℃1℃2℃2℃湿度－－－3%RH5%RH3%RH波动度温度±0.5℃±0.5℃±2℃±0.5℃±1℃±1℃湿度－－－±2%RH±3%RH±3%RH注：1.交变湿热设备应检验其交变能力。

2.对于计量特性另有要求的温度、湿热试验设备，按有关技术文件规定的要求进行校准。4、环境试验设备的校准4.1标准器

我们所用的标准器为CF87-1型智能温湿场巡检仪，可连接温度及湿度传感器，具有冷端补偿。4.2、校准点的选择校准温湿度点应选择设备使用范围的下限、上限、中间点，也可根据用户需要选择实际常用的温湿度点。4.3、测试点的位置及数量测试点的位置应布放在设备工作室内的上中下三个校准面上，中层为几何中心点，测试点与工作室内壁的距离应不小于各边长的1/10，遇风道时，距离可加大，但不得超过500mm。测试点的数量设备容积小于2㎥时，温度测试点为9个（A,B,C…），湿度测试点为3个(甲、乙、丙)，O为中层几何中心（图1）；当设备容积大于2㎥时，温度测试点为15个，湿度测试点为4个，E、O、N分别为上、中、下层的几何中心（图2）。测试点位置示意图1：传感器布点实例：4.4、校准过程

按上述要求布放好温湿度传感器后，将试验设备的温、湿度控制器设定到所要求的标称温、湿度，使设备正常工作。稳定后开始读数，每2min记录一次，在30min内测试15次。4.5、校准数据的处理4.6、校准结果的表达校准证书应给出：

温、湿度偏差、均匀度、波动度及校准结果不确定度。（四）湿度检测湿度有不同的表示方式，比如：饱和蒸汽压、相对湿度、露点温度、混合比等。相对湿度：在相同的温度与气压下所观测到的水汽压与相对于水面的饱和水汽压之比的百分数。露点温度：湿空气在给定气压下相对于水面处于饱和时所具有的饱和混合比与给定混合比相等时的温度。1、湿度的定义2、湿度的测量范围目前能实现的测量范围是露点温度：（-60～75）℃相对湿度：（0～100）%RH3、标准装置标准装置分为三部分：主标准器：露点仪低湿部分：渗透法低湿发生器。产生露点温度（-60～-15）℃的气体；高湿部分：恒温恒湿箱。温度范围：（-40～180）℃湿度范围：（20～100）%RH4、检测依据JJG993-2004电动通风干湿表检定规程JJG205-2005机械式温湿度计检定规程JJG499-2004精密露点仪检定规程JJF1076-2001湿度传感器校准规范5、可以检测的仪器机械式温湿度计（五）水银温度计包括一等水银温度计标准和二等水银温度计标准。一等水银温度计标准用于检定二等水银温度计；二等水银温度计标准装置可检定工作用玻璃液体温度计，电接点水银温度计，石油产品用玻璃液体温度计，双金属温度计，压力式温度计，半导体点温计，温度指示控制仪，温度巡回检测仪，数字温度计其他各类温度传感器及相关温度装置的测试

。1、标准装置一等水银温度计一组9支，测温范围（-30～300）℃二等水银温度计一组7支，测温范围（-30～300）℃一等标准铂电阻温度计测温范围（-100～419.527）℃标准槽：作为辅助设备，提供稳定的温度场标准油槽：温度范围（50～300）℃标准水槽：温度范围（30～95）℃低温酒精槽：温度范围（-80～0）℃低温槽：温度范围（-30～30）℃2、检测依据JJG50-1996石油产品用玻璃液体温度计检定规程JJG128-2003二等标准水银温度计检定规程JJG130-2004工作用玻璃液体温度计检定规程JJG310-2002压力式温度计检定规程JJG618-1999高精密玻璃水银温度计检定规程（六）热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。1、工作原理热电现象：两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此回路中就有一定大小的电动势产生，这种物理现象称为热电效应或塞贝克效应，这个电动势成为热电势或塞贝克电势，用符号表示。热电偶原理图TT0AB只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。2、热电偶的类型铂—铂铑热电偶(S型)

正极：铂铑合金丝,用90％铂和10％铑冶炼而成。负极：铂丝。测温范围：（0~1600）℃；长期：1300℃、短期：1600℃。铂铑30—铂铑6热电偶(B型)

正极：铂铑合金（用70％铂，30％铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94％铂，6％铑冶炼而成）。测温范围：（0~1800）℃；长期：1600℃、短期：1800℃。镍铬—镍硅(镍铝)热电偶(K型)

正极：镍铬合金(用90％镍、9～10％铬冶炼而成)

负极：镍硅合金(用97～98％镍,2～3％硅冶炼而成)

测温范围（-50~1300）℃镍铬—铜镍热电偶(E型)

正极：镍铬合金（用90％镍，10％铬冶炼而成）负极：铜镍合金（用55％铜，45％镍冶炼而成）测温范围（-200~900）℃铁—铜镍热电偶(J型)

正极：铁100%

负极：铜镍合金（用55％铜，45％镍冶炼而成）测温范围（-40~750）℃铜—铜镍热电偶(T型)

正极：铜100%

负极：铜镍合金（用55％铜，45％镍冶炼而成）测温范围（-200~400）℃3、检定依据JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程JJG368-2000工作用铜-铜镍热电偶检定规程JJG141-2000工作用贵金属热电偶检定规程JJG167-1995标准铂铑_30-铂铑6热电偶检定规程JJG75-1995标准铂铑10-铂热电偶检定规程4、标准装置自动检定装置标准器（1）铂铑