第二節 溫度與溫標一、 填空題1 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它是國際單位制（SI）中的7個基本物理量之一。2 溫度是從熱平衡的觀點，描述了熱平衡系統冷熱程度的一種物理量，它反映了物體分子運動平均動能的大小。3 熱力學溫度是基本物理量，它的符號為T，單位名稱為開爾文，單位符號是K，定義為水三相點熱力學溫度的1/273.16。4 溫標是溫度的數值表示法，是溫度度量的標尺，經驗溫標是根據人們的經驗定義的溫標。5 熱力學溫標是以熱力學第二定律為基礎，它是建立在卡諾循環基礎上的理想溫標。6 熱力學溫度是由熱力學第二定律來定義的，熱力學溫標一般是采用氣體溫度計來實現的。7 攝氏溫度是從熱力學溫度導出的，它也是熱力學溫度，它們之間相差一個常數，攝氏溫度的符號為 t ，單位名稱為攝氏度，單位的符號是。8 熱力學溫度與攝氏溫度之間的關系式是T=t+273.15，式中T的單位為K，t的單位為。91990年國際溫標（ITS-90），同時定義了兩種溫度，它們是國際開爾文溫度和國際攝氏溫度，它們的符號分別為T90和 t90 。10. 從測溫特性來看，熱力學溫標是一種和任何特定物質的性質無關的絕對，國標溫標是一種國際間協議性的經驗溫標。11我國目前采用的溫標是1990年國際溫標，其代號為ITS-90。12ITS-90規定，用于平衡氫三相點（13.8033K）到銀凝固點（961.78）溫度范圍內的標準儀器是鉑電阻溫度計,它必須是由無應力的純鉑絲制成的。13ITSA-90規定，（0961.78）溫度范圍內，鉑電阻溫度計的電阻值與溫度的關系式是由一個特定的參考函數Wr(T90)和一個與該溫度計有關的偏差函數W(T90)得出的。19水三相點的熱力學溫度為273.16K，攝氏溫度為0.01。20水三相點溫度是指在一個密閉的壓力約為609.14Pa的容器中，冰、水和水蒸汽三相共存的平衡溫度。21無論是物體的凝固點或是三相點，都有一個共同的特點，即具體有一個連續的液一固交界面，這個交界面應盡可能地靠近并包圍被分度的溫度計的感溫元件。23熱量的交換方式有導熱、對流和輻射三種基本方式。三問答題7我國目前采用的是什么溫標，它的主要內容是什么？ 答：我國目前采用的溫標是1990年國際溫際，其代號為ITS-90，它是目前國際上通用的溫標。ITS-90的主要內容為： 規定了17個定義固定點的溫度值； 規定了4種溫標內插儀器，它們分別是蒸汽壓溫度計、氣體溫度計、鉑電阻溫度計和光學（光電）高溫計； 在定義固定點之間的溫度值，由定義的溫標內插儀器的示值按溫標規定的一系列相應的插補公式計算。 101990年國際溫標在0鋅凝固點（419.527）分溫區內規定的內插儀器、內插公式及分度點分別是什么？ 答：0419. 527分溫區的內插儀器是鉑電阻溫度計，它是由無應力的純鉑絲制成，要求其W（29.7646）1.11807。在0419. 527分溫區內，鉑電阻溫度計的內插公式為： 參考函數為：Wr（T90）=Co+i 式中：CO及Ci為系數，T90為溫度值，單位為K。 偏差函數為：W（T90）-Wr（T90）=aW（T90）-1+bW（T90）-12式中：a、b溫度計的特性系數；W（T90）溫度計在溫度為T90時的電阻值與水三相點處電阻值的比值；Wr（T90）溫度為（T90）時的參考函數值（電阻比）；T90溫度值，單位為K。在0419. 527分溫區內，鉑電阻溫度計的分度是在水三相點（0.01），錫凝固點（231. 928）和鋅凝固點（419. 527）三個定義固定點上進行的，根據三固定點測量值可以求出溫度計的特性系數a和b，經分度后的溫度計可以用來測定T90值。 19用溫度計進行溫度測量的理論依據是什么？ 答：用溫度計進行溫度測量的理論依據是熱力學第零定律。 熱力學第零定律是關于物體相互熱接觸狀態與特性的表述，它的主要內容是：如果兩個系統中每一個系統都與第三個系統處于熱平衡，則這兩個系統彼此也必定處于熱平衡，也就是一切互為熱平衡的物體都具有相同的溫度。 根據熱力學第零定律，我們可以設想某一系統為溫度計，依次與另外的系統進行熱接觸，根據它們間熱平衡的程度，來確定被測系統的溫度值。 22什么是溫度計的穩定性和錄敏度？ 答：溫度計的穩定性是指溫度計具有保持其計量特性恒定的能力。 溫度計的靈敏度是指溫度計的響應變化除以相應的激勵變化。第三節 電阻溫度計及二次儀表一填空題1標準鉑電阻溫度計的結構包括感溫元件(電阻體)、內外引線、保護管和接線排叉等四部分。2工業用熱電阻的結構一般由感溫元件(電阻體)、內引線、保護管和接線盒組成。5工業鉑熱電阻的R（0）= 100 或 10 。6工業銅熱電阻的R（0）= 100 或50。7檢定工業用熱電阻時，一般檢定0的電阻值R()和100的電阻值R(100)，然后求出電阻比R(100)/R(0)，確定其是否符合技術要求。8鉑電阻溫度計的特點是準確度高、穩定性好和性能可靠。13工業鉑熱電阻的R（100）/R（0）=1.38500.0006A級、R（100）/R（0）=1.38500.0012B級。三問答和計算題3對制造電阻溫度計感溫元件的金屬材料有哪些要求？答：對制造電阻溫度計感溫元件的材料的主要要求有：（1）電阻溫度系數要大；（2）電阻值與溫度的變化關系應盡可能呈線性關系。這樣可減小內插方程的計算誤差；（3）電阻率要大，電阻率大則繞在骨架上的電阻絲就短，電阻體也就小，熱慣性和熱容量就小，測溫速度快，測溫準確度就高；（4）金屬的物理、化學性能要穩定；（5）金屬要有較高的復現性，以達到互換的目的。4鉑熱電阻的引出線除二線制外，還采用三線制和四線制，其目的是什么？答：鉑熱電阻采用三線制的目的是為了減少熱電阻與測量儀表（測量橋路）之間連接導線電阻的影響，以及導線電阻隨環境溫度變化而變化所帶來的測量誤差。采用四線制測量可以消除連接導線電阻的影響。15檢定和使用標準鉑電阻溫度計時，為什么要規定通過鉑電阻溫度計的電流為1mA？測量過程中為什么要電流換向？為什么要交換引線？答：測量電阻溫度計的電阻值時，不論采用什么方法都會有電流通過電阻溫度計，該電流將在電阻感溫元件和引線上產生焦耳熱，此熱效應將使感溫元件自身的溫度升高，引起一定的測量誤差。為使這種現象對測量的影響不超過一定的限度和規范電阻溫度計的設計、制造、使用及性能評定，規定標準鉑電阻溫度計的工作電流為1mA。 測量過程中采用電流換向的方法是為了消除雜散電勢引入的誤差。 測量過程中采用交換引線的方法是為了消除引線電阻引入的誤差；30一支二等標準鉑電阻溫度計的檢定證書值為:Rtp=25.1345；W（100）=1.39275；Wzn=2.56880；WGa=1.11813；a8=-5.010-5；b8=-1.610-5今用它檢定一支B級，分度號為Pt100的工業鉑電阻，檢定數據見表（35），其中被檢的R（100）值已計算完成，試完成其余計算并填好此表格，判斷其是否合格？表（35）工業熱電阻檢定記錄溫 度 計標準電阻溫度計被檢電阻溫度計測 定 點冰點槽溫度下的電阻值Rt0*()水沸點槽溫度下的電阻值Rtb*()冰點槽溫度下的電阻值Rt0()水沸點槽溫度下的電阻值Rtb()讀 數125.131434.9263100.012138.326225.131334.9268100.012138.330325.131434.9272100.013138.335425.131434.9276100.014138.338平 均 數25.131434.9270100.013138.332實際溫度()冰點槽t0-0.021水沸點槽tb99.187溫度修正值()冰點槽t00.021水沸點槽tb0.813被檢熱電阻R(0)()100.021被檢熱電阻R(100)()138.640被檢熱電阻 R(100)/R(0)1.38608R(100)/R(0)0.00108檢定結論合格答：對檢定記錄表中的數據進行處理，并將計算結果填入表中（見上表）標準鉑電阻溫度計0時的電阻值為：R*（0）=Rtp/1.00003986=25.13451.00003986 =25.1335()冰點恒溫槽的實際溫度為：to=R*to-R*（0）/0.003986R*(0) =(25.1314-25.1335)/(0.00398625.1335) =-0.021()冰點槽的溫度修正值t0為: t0=0-t0=0-(-0.021)=0.021()被檢熱電阻0時的電阻值R()為: R()=Rt0+t0（）t=0 =100.013+0.0210.00391100100.021()被檢熱電阻在100時的電阻值R(100)與0時的電阻值R()之比為:R（100）/R（0）=138.640100.0211.38611與規程規定的標準電阻比之差為:R（100）/R（0）=1.38611-1.3850=0.00111 0.0011 由于規程規定B級鉑熱電阻的R（100）/R（0）的允許偏差值為0.0012，故被檢熱電阻符合B級鉑熱電阻要求。第四節 熱電偶溫度計及二次儀表一、 填空題1熱電偶能用來測量溫度，是基于熱能和電能互相轉換的原理，即熱電現象。2熱電偶產生的熱電勢的大小僅與熱電偶材料的性質和兩端溫度有關，與熱電偶長度和直徑無關。3在熱電偶回路中，接入中間導線，只要中間導線兩端溫度相同則對熱電偶回路的總熱電勢沒有影響。4利用熱電偶測溫時，根據中間導體定律，只要顯示儀表和連接導線接入熱電偶回路的接點溫度相同，則儀表的接入對熱電偶的熱電勢沒有影響。5在熱電偶回路中，如果電極A、B分別與連接導線A、B相接，接點溫度分別為T、Tn、T0（見圖），則回路的熱電勢EABBA（T、Tn、T0）等于EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）。6鉑銠10鉑熱電偶的正極為鉑銠合金，其名義上含鉑90%，銠10%。負極是純鉑。8檢定工作用熱電偶常用比較法。根據標準熱電偶與被檢熱電偶的連接方式不同，檢定方法又分雙級比較法、同名極比較法和微差比較法。三問答題5.為什么在檢定熱電偶時要對爐溫變化進行規定?檢定工作用鎳鉻鎳硅，鎳鉻一考銅熱電偶時，對爐溫變化是怎樣規定的?答：因為標準熱電偶和被檢熱電偶不是在同一時間內進行測量的，雖然爐溫穩定，但隨著時間的延長，爐溫有微量變化就會給測量結果帶來誤差。為了保證測量的準確度，在檢定熱電偶時，必須對爐溫變化進行嚴格規定。規程中規定，采用雙極比較法檢定工作用鎳鉻鎳硅和鎳鉻考銅熱電偶時，在整個測量過程時間內，檢定爐內溫度變化不得超過0.5。采用微差法檢定時，檢定爐內溫度變化不得超過5。9什么是雙極比較法?它具有哪些優缺點?答：雙極比較法是將標準熱電偶和被檢熱電偶捆扎在一起，將測量端置于檢定爐內均勻的高溫區域中，用電測裝置分別測出標準熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢，以確定被檢熱電偶的誤差。 雙極比較法優點： (1)方法簡單，操作方便；(2)不同型號的熱電偶可以在同一爐內檢定；(3)熱電偶測量端捆與不捆均可，但必須在同一等溫面上；(4)測量次數少,一般為24次；（5）若標準和被檢熱電偶型號相同，其熱電勢相近，因而減少電測裝置的系統誤差。 雙極比較法缺點： (1)爐溫控制要求嚴格； (2)要求熱電偶參考端溫度在0，否則應修正； (3)標準和被檢熱電偶型號不同，其熱電勢差異較大，操作時要嚴防損壞檢流計。17現場測溫為什么要采用補償導線?答：使用補償導線的目的，除了將熱電偶的參考端從高溫處移到環境溫度較穩定的地方，同時能節省大量的價格較貴的貴金屬和性能穩定的稀有金屬；使用補償導線也便于安裝和線路敷設；用較粗直徑和導電系數大的補償導線代替熱電極，可以減少熱電偶回路電阻，以利于動圈式顯示儀表的正常工作和自動控制溫度。20鉑銠10鉑熱電偶測溫的優缺點是什么?答：鉑銠10-鉑熱電偶的優點是：熱電性能穩定，抗氧化性能好，宜在氧化性、中性氣氛及真空中使用。缺點：價格較貴，機械強度稍差，熱電勢較小，需要配用靈敏度較高的測溫儀表。熱電偶不能在還原性氣氛、二氧化碳以及硫、硅、碳化合物所產生的蒸汽中使用。36用二等標準鉑銠10一鉑熱電偶作標準，按雙極比較法檢定一支工作用鎳鉻一鎳硅熱電偶，在600附近測得的熱電動勢平均值。標測=5.186mV，被測=24.561mV。已知參考端溫度為O，e標證（600）=5.237mV，e被分（600）=24.902mV，S標（600）=10.19V/,S被(600)=42.53V/, 求被檢熱電偶在600時的誤差。解：根據雙極比較法檢定時的計算公式：e被=被測+s被-e被分由題意被測=24.561，e被分=24.902mV，標測=5.186mV，e標證=5.237mV，S標=10.19V/，S被=42.53V/，代入上可得: e=24.561+0.04253-24.902 =-0.128mV計算溫度值t=-3故被檢熱電偶600時的誤差為-3。37用二等標準鉑銠10鉑熱電偶，檢定一支工作用級鎳鉻一鎳硅熱電偶，檢定結果如下表，請計算后填好此表，并判斷是否合格。解：檢定工作用極鎳鉻鎳硅熱電偶的熱電動勢值計算公式e被=+s被-e被分此公式是以0為參考端溫度，首先應將參考端溫度進行修正，修公式為： e（800，0）=e（800，20）+e（20，0）根據題意，e標測的平均值=（7.207+7.209）mV= 7.208 mV 標(800，0)=7.208+0.113 = 7.321mVe被測的平均值=（32.642+32.468）=32.465mV 被(800，0)=32.465+0.798=32.263mV已知e被分=33.277mV s被=41V/=0.041mV/ s標=11V/=0.011mV/代入計算被檢熱電偶在800時熱電動勢誤差公式,則: e=33.263+0.041-33.277=33.263+0.7454-33.277 =0.06054mV換算為溫度 t= =1.480.75%800 結論:合格第五節 數字溫度表與溫度變送器三、問答題3試述檢定配熱電阻數字溫度表所需的儀器設備及各自的用途，對檢定的環境條件有何要求？答：檢定配熱電阻數字溫度表需用的儀器設備如下： 直流電阻箱：標準器； 電阻(可調)：線路電阻(四線制沒有此電阻)； 專用導線：直流電阻箱與數字溫度表的連接導線； 交流穩壓電源；給儀表供電； 兆歐表：測量絕緣電阻；檢定的環境條件：溫度(202)，準確度等級低于0.5級的儀表，溫度(205)，相對濕度4575。6如何進行數字溫度表的短時間零點漂移檢定？數字溫度表允許短時間零點漂移量是多少？答：數字溫度表短時間零點漂移的檢定方法是：儀表經過預熱后，給被檢儀表輸入0所對應的電量值（如果有“調零”機構則可再經零點調整），讀取t0，以后每隔10min測量一次（測量值為ti為1min之內五次儀表讀數的平均值），經過1h，取ti之差絕對值最大的值作為該儀表短時間零點漂移。短時間零點漂移, 1h內零點漂移不能大于允許基本誤差的1/5。第六節 玻璃液體溫度計及其它溫度計三、回答題12.用二等標準水銀溫度計檢定工作用的玻璃液體溫度計，檢定溫度為300，二等標準水銀溫度計的分度值為0.1，證書中300的修正值為-0.13，上限溫度檢定后的零點位置為-0.02；被檢溫度計分度值為0.5。測量結果如下：標準溫度計（格）+0.1+0.1+0.2+0.2被檢溫度計（格）+1.0+1.0+1.1+1.1 檢定后測得標準溫度計的零點位置為-0.01。試計算被檢溫度計在300的示值修正值。解：標準溫度計示值=檢定點溫度+標準溫度計讀數平均值標準溫度計分度值=300+0.1=300.015被檢溫度計示值=檢定點溫度計+被檢溫度計讀數平均值被檢溫度計分度值=300+0.5=300.525標準溫度計示值修正值=原證書修正值+（原證書中上限溫度檢定后的零點位置一新測得的上限溫度檢定后的零點位置）=（-0.13）+（-0.02）-（-0.01）=-0.14實際溫度=標準水銀溫度計示值+該點修正值 =300.015+（-0.14）= 299.875被測溫度計示值修正值=實際溫度-被檢溫度計示值 =299.875-300.525=-0.650修約后被檢溫度計示值修正值為-0.6513根據分度值和測量范圍的不同，工作用玻璃液體溫度計可分為精密溫度計和普通溫度計，由于特殊情況進行局浸檢定。該溫度計所指示的溫度為50.65，