一、温度测量的基本概念
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
华氏温标(of)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每第分为报氏1度,符号为of。
摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。
热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,记符号为k。
国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》,记为:ipts-68(rev-75)。但由于ipts-68温示存在一定的不足,国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标its-90,its-90温标替代ipts-68。我国自1994年1月1日起全面实施its-90国际温标。
1990年国际温标(its-90)简介如下。
1.温度单位
热力学温度(符号为t)是基本功手物理量,它的单位为开尔文(符号为k),定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中,使用了与273.15k(冰点)的差值来表示温度,因此现在仍保留这各方法。根据定义,摄氏度的大小等于开尔文,温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。国际温标its-90同时定义国际开尔文温度(符号为t90)和国际摄氏温度(符号为t90)。
2.国际温标its-90的通则
its-90由0.65k向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。its-90是这样制订的,即在全量程中,任何温度的t90值非常接近于温标采纳时t的最佳估计值,与直接测量热力学温度相比,t90的测量要方便得多,而且更为精密,并具有很高的复现性。
3. its-90的定义
第一温区为0.65k到5.00k之间, t90由3he和4he的蒸气压与温度的关系式来定义。
第二温区为3.0k到氖三相点(24.5661k)之间t90是用氦气体温度计来定义。
第二温区为平衡氢三相点(13.8033k)到银的凝固点(961.78℃)之间,t90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度。
银凝固点(961.78℃)以上的温区,t90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。
二、温度测量仪表的分类
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚,帮需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大。
三、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.热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体a和b焊接起来,构成一个闭合回路。当导体a和b的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2.热电偶的种类及结构形成
(1)热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的