量熱技術和熱物性測定第二章溫度測量2025/6/241第二章溫度測量溫度是國際單位制中7個基本物理量之一熱量與熱物性測量的基礎什么是溫度？表示物體冷熱程度的物理量溫度是表征系統熱平衡狀態的物理量是物體分子運動平均平動動能大小的標志2025/6/242第二章溫度測量——溫標溫標就是溫度的量值表示方法(定量表示)溫標的三要素：固定點，測溫儀器，內插公式固定點

物質不同相之間的可復現的平衡溫度稱為固定（溫度）點測溫儀器

選擇測溫物質內插公式

確定任意點溫度值的數學關系式2025/6/243第二章溫度測量——溫標經驗溫標——借助某物質的物理參量與溫度變化關系，用實驗方法和經驗公式構成的溫標。主要有華氏溫標和攝氏溫標。華氏溫標（Fahrenheit，oF）

以水銀為測溫物質，水的冰點為32oF，水的沸點為212oF，中間采用線性內插。攝氏溫標（Celsius，oC）

以水銀為測溫物質，水的冰點為0oC，水的沸點為100oC，中間采用線性內插。2025/6/244第二章溫度測量——溫標華氏溫標和攝氏溫標轉換關系：經驗溫標的缺點：局限性：受溫度計材料和工作物質限制，應用范圍有限。隨意性：固定點溫度定義溫度值不同。線性內插：假設溫度與工作物質的膨脹關系為線性，有誤差，且不同物質膨脹規律不同。2025/6/245第二章溫度測量——溫標熱力學溫標英國物理學家開爾文1848年以熱力學第二定律為基礎提出的與測溫物質無關的溫標。根據卡諾定理，與工作物質無關的兩個熱量之比等于溫度之比：

只用一個固定點確定溫標，與選用的測溫介質無關，但無法用實驗方法直接實現。（水三相點為273.16K)可運用熱力學原理實現熱力學溫度測量：

a）采用實際氣體經過非理想修正后實現

b）利用聲波在空氣中的傳播速度與溫度關系實現

c）利用黑體輻射亮度與溫度之間關系實現折射率、噪音、磁……2025/6/246第二章溫度測量——溫標國際溫標應具備的條件：1.盡可能接近熱力學溫標2.復現精度高3.用于復現溫標的標準溫度計，使用方便，性能穩定基本內容：1.確定一些物質可復現的平衡態，并給定溫度值作為定義固定點；2.分段規定測溫儀器，并在定義固定點上分度；3.確定各定義固定點間的內插公式。2025/6/247第二章溫度測量——溫標1990年國際溫標（ITS－90）

熱力學溫度符號為T，單位為開爾文（K），定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16。與攝氏溫度關系為：T＝t＋273.15ITS－90定義分為國際開爾文溫度，符號為T90和國際攝氏溫度，符號為t90，二者之間關系為：T90＝t90＋273.152025/6/248第二章溫度測量——溫標1990年國際溫標（ITS－90）

定義固定點：序號溫度物質狀態T90/Kt90/℃12345678910111213141516173~513.8033~17~20.324.556154.358483.8058234.3156273.16302.9146429.7485505.078692.677933.4731234.931337.331357.77-270.15~-268.15-259.3467~-256.15~-252.85-248.5939-218.7916-189.3442-38.83440.0129.7646156.5985231.928419.527660.323961.781064.181084.62Hee-H2e-H2

或H2e-H2

或H2NeO2ArHgH2OGaInSnZnAlAgAuCuVTV或GV或GTTTTTMFFFFFFFV表示蒸氣壓點，G表示定容氣體溫度計點；T表示三相點，M表示熔點，F表示凝固點。2025/6/249第二章溫度測量——溫標內插儀器和內插公式1.第一溫區：0.65~5.0K

用3He和4He飽和蒸氣壓溫度計定義。壓力由精密測壓儀確定。0.65~3.2K用3He，1.25~5.0K用4He。2.第二溫區：3.0~24.556K

用3He和4He定容氣體溫度計定義。需要三個溫度點：氖三相點、平衡氫三相點以及在3.0~5.0K之間的一個溫度點（氦蒸氣壓溫度計確定）上進行分度，計算內插方程系數。2025/6/2410第二章溫度測量——溫標內插儀器和內插公式1.第三溫區：13.8033~1234.93K

用鉑電阻溫度計（PRT）作為內插儀器。使用規定的固定點和相關的參考函數以及偏差函數確定T90。2.第四溫區：1234.93K以上

采用光學高溫計或光電高溫計來實現。由普朗克定律引出的下述方程定義：2025/6/2411第二章溫度測量溫度計溫度計測頭特點：1.物性隨溫度變化的特性有良好的再現性；2.物性隨溫度的變化量大且易于測定，變化量若小，則要能精密測量；3.在測定范圍內物性變化有規則，最好呈線性關系；4.物性受溫度以外因素影響時，變化不敏感，或能被修正。2025/6/2412第二章溫度測量溫度計溫度計分類：

電阻式接觸式膨脹式：玻璃液體、壓力式、雙金屬

熱電偶式非接觸式輻射式：全輻射溫度計、亮度溫度計、比色溫度計、紅外測溫儀導體電阻式：鉑、銅、銦、銠－鐵、鉑－鈷半導體電阻式：鍺、碳、碳玻璃、熱敏電阻2025/6/2413第二章溫度測量——電阻溫度計導體電阻純金屬構成的導體的電阻特性可從金屬電子理論引出。在電場下，導體內自由電子的熱運動與氣體分子運動理論類似。導體的電阻率還和其晶格點陣振動和缺內部陷有關。晶格在導體內做周期性振動時，內部缺陷會迫使運動的電子偏離原來軌跡，由此會增加電阻率。當導體溫度升高時，晶格熱振動增強，使更多電子被散射，電阻率增大。2025/6/2414第二章溫度測量——電阻溫度計半導體電阻導電性介于金屬導體與絕緣體之間，導電機理與材料內價電子以及摻雜的雜質有關。

純質半導體，其最外層價電子除圍繞自身原子核運動外，還會到相鄰原子所屬軌道上運動，組成價鍵結構，成為共有電子。當電子脫離原軌道時，留下空位，附近的共有電子易與填補，形成共有電子運動，猶如帶正電荷的空位在移動，稱為空穴運動。自由電子和空穴統稱為載流子。摻加雜質時，如果電子濃度增加，以電子導電，稱為N型半導體。如果電子減少，以空穴導電，稱為P型半導體。2025/6/2415第二章溫度測量——電阻溫度計鉑電阻溫度計（PRT）

以高純鉑絲作為感溫元件，特點是1.易提純，質地柔軟、容易加工成形、有非常穩定的物理化學性質；2.電阻溫度系數大，在0~100oC間平均電阻溫度系數為3.925E-3oC-1。比阻較大，為0.0981Ωmm2/m；

3.電阻溫度關系曲線光滑，線性好，可用較簡單的方程表示；標準鉑電阻溫度計年變化量小于1mK,不確定度可達0.5mK，準確性高、穩定性好。

是國際溫標ITS－90中13.8033~1234.93K標準內插儀器。2025/6/2416第二章溫度測量——電阻溫度計標準鉑電阻溫度計電阻溫度關系（ITS-90）W(t90)是溫度t時阻值與水三相點時阻值之比，Wr(t90)為參考函數，

W(t90)為偏差函數。鉑電阻溫度計的分類根據鉑電阻溫度計的結構和用途，分為長桿型、套管型、高溫型和工業型。2025/6/2417第二章溫度測量——電阻溫度計長桿型PRT

使用溫度范圍為84K~660oC，在水三相點時的電阻約為25Ω。其感溫元件形式和構造決定了其測溫精度。通常采用無應力結構。使用直徑為0.05~0.07mm高純鉑絲繞制成直徑為1mm的螺旋線圈，均勻盤旋在螺旋型或麻花型石英支架上。優點是鉑絲可隨溫度變化自由膨脹或收縮；有較強耐振能力，提高穩定性。感溫元件兩端各焊兩根0.4mm鉑絲(取自同一根鉑絲)作為內引線。2025/6/2418第二章溫度測量——電阻溫度計長桿型PRT

使用溫度范圍為84K~660oC，在水三相點時的電阻約為25Ω。其感溫元件形式和構造決定了其測溫精度。通常采用無應力結構。保護管材料用透明熔融石英制成，為防止熱輻射引起偏差，在距感溫元件頂端15～20mm處噴砂打毛。為減少測溫熱滯后，保護管內充30kPa含氧量小于7％的干燥空氣。為避免鉑絲和石英之間熱膨脹系數差異引起內引線和保護管連接處漏氣，保護管上端采用耶那16玻璃。裝配前，所有材料都要嚴格清洗烘烤。2025/6/2419第二章溫度測量——電阻溫度計套管型PRT

使用溫度范圍為13~273.16K，有時到銦凝固點，偶爾到錫凝固點。結構與長桿型相同，只是套管用厚為0.1mm鉑片或石英制成，內部充30kPa氦氣。2025/6/2420第二章溫度測量——電阻溫度計高溫型HPRT

ITS-90中用高溫型鉑電阻溫度計HPRT替代ITS-68中的標準鉑銠10-鉑熱電偶。上限溫度至銀凝固點(961.78oC)。2025/6/2421第二章溫度測量——電阻溫度計工業型PRT

技術指標沒有前三種標準型高，結構較簡單。電阻溫度關系沿用以前的內插方程——克林達爾公式：2025/6/2422第二章溫度測量——電阻溫度計銅電阻溫度計屬工業型溫度計，感溫元件材料由純度99.99%的銅絲制成。優點是易于加工、互換性好、價格便宜、電阻溫度系數近似線性。缺點是電阻率小，需用較長導線繞制才能得到給定電阻。測溫范圍－50~150oC。2025/6/2423第二章溫度測量——電阻溫度計2025/6/2424第二章溫度測量——電阻溫度計半導體電阻溫度計1.鍺電阻溫度計：具有很高的負溫度系數，特別是摻雜合適雜質后，可制成阻值高、體積小的感溫元件。缺點是導電機理復雜，熱電特性不能用簡單的內插公式表達，特別是雜質含量的微小變化對阻值影響很大，熱電關系的互換性差，磁阻效應大，不能在磁場中測溫，具有較高的壓電電阻效應，穩定性差。測溫范圍0.1~300K。2025/6/2425第二章溫度測量——電阻溫度計半導體電阻溫度計2.碳電阻溫度計：由石墨膜或膠體石墨液的碳膜制成，也可用碳多景粉末緊壓成形。具有較大的負溫度系數，磁阻效應小，電阻溫度關系光滑，近似指數關系，互換性好，溫度計結構簡單，體積小，熱容小。缺點是對濕度非常敏感，穩定性較差。測溫范圍為幾十毫開至30K，最高不能超過150oC。2025/6/2426第二章溫度測量——電阻溫度計半導體電阻溫度計3.碳玻璃電阻溫度計：在低溫下具有較大的負溫度系數，磁阻效應小，電阻溫度關系光滑，單調。缺點是穩定性隨溫度升高而降低。測溫范圍為1~300K。感溫元件是將有機溶液滲加在SiO2多孔玻璃中，使其沉積在玻璃內部成為黑色半導體材料。2025/6/2427第二章溫度測量——電阻溫度計熱敏電阻溫度計熱敏電阻溫度計是一種電阻值隨溫度呈指數變化的多晶半導體感溫元件，近年來發展迅速，測溫范圍可達4~1623K。感溫元件由過渡金屬氧化物的混合物組成。用于低溫的由錳、鎳、鈷、銅、鉻、鐵等復合氧化物燒結而成，具有負溫度系數；用于高溫的由氧化鈷等稀土元素的氧化物燒結而成，具有正溫度系數。負溫度系數熱敏電阻的電阻溫度特性為：正溫度系數熱敏電阻的電阻溫度特性為：2025/6/2428第二章溫度測量——電阻溫度計熱敏電阻溫度計1.輸出信號大，靈敏度比熱電偶和金屬電阻溫度計高。2.體積小，結構簡單，便于成形。目前最小直徑0.05mm。3.熱容量小，響應時間短。4.磁阻效應小，可在磁場中測溫。5.電阻溫度關系非線性度大，穩定性和復現性差。但隨著技術和材料的進步，目前也有較高穩定性和復現性的高精度熱敏電阻溫度計。2025/6/2429第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量對于精密測量常選用電橋或電位差計；對于一般使用或工業用常采用自動平衡式電橋、不平衡電橋或數字儀表。R1R2RsRwireV2025/6/2430第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量——四引線電阻測量R1R2RsRwACBDR1R2R’sRwBDAC2025/6/2431第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量——四引線電阻測量電位差計R0Rw2025/6/2432第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量——三引線電阻測量R1R2RsRwAB若2025/6/2433第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量注意事項1.震動與應力標準鉑電阻溫度計受到沖擊、震動或其它形式加速時，會導致繞在骨架上的感溫元件的變形、彎曲而產生應力，從而改變溫度-電阻特性?？煞湃?50度退火爐中退火，消除內應力，重新標定分度。2.淬火與氧化效應鉑電阻溫度計如果不適當地退火，或在不適宜溫度下多次熱沖擊，會引起鉑絲淬火和氧化效應。3.磁阻效應當感溫元件在磁場中時，其內部電子運動狀態會變化，引起阻值變化，即磁阻效應。磁阻效應與電阻溫度計地性質、測溫范圍以及所處磁場強度有關。2025/6/2434第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量注意事項4.自熱效應通常對輸入電阻溫度計的工作電流都有統一規定，但有時為了增大溫度計靈敏度而增大電流。此時就要考慮自熱效應的誤差。5.壓力的影響大多數金屬在高壓情況下，原子在其晶格中的正常位置震動時的振幅將減小，因而增大電子的自由程，導致電阻值減小，測量值偏低。6.引線電阻影響電阻溫度計引線分兩線、三線、四線。標準電阻溫度計均為四線制。測量時還可通過引線換向，改變引線接入電橋位置，消除引線電阻。工業電阻溫度計采用兩線或三線。引線電阻相對于測頭電阻應很小。2025/6/2435第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量注意事項7.熱電勢的影響可通過換向測量消除或在結構上消除。8.漏熱誤差測溫時感溫元件會通過引線和保護管等材料以傳導的方式與外界換熱，從而與被測介質之間產生溫差?？蛇m當增加溫度計浸沒深度，增大被測介質對流換熱系數，減小測溫元件導熱系數，減小保護管橫截面積。另外熱輻射也會引起測溫偏差，一般通過增加浸沒深度解決。9.遲滯由于自身熱容，需要一定時間侯才能與被測介質達到熱平衡。動態測量時需注意。2025/6/2436第二章溫度測量——電阻溫度計電阻溫度計測量注意事項10.絕緣不良的影響主要時引線易產生絕緣不良，造成測量誤差。11.環境溫度的影響會給配套儀表帶來一定影響。12.計算W(T)時的正確取值

W(T)=RT/Rtp。Rtp會隨時間改變，測量儀器不同，也會造成一定影響。2025/6/2437第二章溫度測量——膨脹式溫度計以物質的熱膨脹(體膨脹或線膨脹)性質與溫度的物理關系為基礎制作的溫度計稱為膨脹式溫度計。可分為液體膨脹式(如玻璃液體溫度計)、氣體膨脹式(如壓力式溫度計)、固體膨脹式(如雙金屬溫度計)三大類。膨脹式溫度計結構簡單、使用方便、測溫范圍廣(-200~600oC)，使用十分廣泛。2025/6/2438第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計測溫原理：利用作為介質的感溫液體隨溫度變化而體積發生變化與玻璃隨溫度變化而體積變化之差來測量溫度。測量范圍為-100~600℃。體膨脹：物質受熱后發生熱膨脹，包括體積膨脹和壓力膨脹，此處只考慮體膨脹。定義溫度變化1oC所引起的物質體積變化與它0oC時體積之比為平均體膨脹系數β：2025/6/2439第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計視膨脹：感溫液與玻璃(感溫泡容積)體積變化之差稱為視膨脹系數K：

K=β-γγ：玻璃的體膨脹系數

感溫液:應滿足條件1.在較寬的溫度范圍內能保持液態2.體膨脹系數大3.粘度小，表面張力大4.蒸氣壓低5.在使用溫度范圍內化學性能穩定6.便于提純，有機液體應便于著色7.顯示清晰，無沉淀現象。2025/6/2440第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計感溫液:常用感溫液有水銀、汞鉈合金、有機液體

感溫液使用范圍/℃體膨脹系數視膨脹系數汞鉈-60~00.0001770.000157水銀-30~8000.000180.00016甲苯-80~1000.001090.00107乙醇-80~800.001050.00103煤油0~3000.000950.00093石油醚-120~200.001420.00140戊烷-200~200.000920.000902025/6/2441第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計類型：有三種基本類型：棒式溫度計、內標式溫度計、外標式溫度計。2025/6/2442第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計棒式溫度計：具有厚壁的毛細管，溫度標尺直接刻度在毛細管表面；一等標準水銀溫度計為透明棒式，可正反兩面讀數，消除視差。二等標準水銀溫度計在其毛細管刻度標尺背部熔入白色釉帶。內標式溫度計：刻度標尺刻在白瓷板上，玻璃毛細管緊靠標尺板一起封裝在一個玻璃外套管內，多用于二等標準水銀溫度計、實驗室溫度計以及工作用玻璃液體溫度計。外標式溫度計：玻璃毛細管直接固定在刻有溫度標尺的塑料、金屬、木板等材料制成的板上。主要用于測室溫的溫度計和氣象用最高最低溫度計。2025/6/2443第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計讀數：一般用途可直接讀取，檢定時用放大鏡或讀數望遠鏡，當讀數時視線與溫度尺不垂直時會產生視差。對于一等標準水銀溫度計可通過正反面讀數來消除。對于二等標準水銀溫度計或精密溫度計，必需保持溫度計的垂直位置和讀數望遠鏡的水平位置。讀數時，水銀溫度計應讀取其凸月面的最高點，有機液溫度計應讀凹月面最低點。2025/6/2444第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計貝克曼溫度計：一種用于精確測量溫差的玻璃水銀溫度計，一般刻度僅5~6℃，最小分度0.01℃。其特點在于頂端備有可調泡，當在不同范圍內測溫時，可根據感溫泡所需水銀量的多少，將水銀從頂端可調泡移到感溫泡或從感溫泡移到可調泡。溫度范圍-20~125℃。但由于溫度不同，分度不同，因此要想獲得千分之幾的準確度就必需修正。2025/6/2445第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計貝克曼溫度計使用方法首先根據實驗的要求確定選用哪一類型的貝克曼溫度計。使用時需經過以下步驟:(1)測定貝克曼溫度計的R值貝克曼溫度計最上部刻度處a到毛細管末端b處所相當的溫度值稱為R值。將貝克曼溫度計與一支普通溫度計(最小刻度0.1度)同時插入盛水或其它液體的燒杯中加熱，貝克曼溫度計的水銀柱就會上升，由普通溫度計讀出從a到b段相當的溫度值，稱為R值。abA2025/6/2446第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計貝克曼溫度計使用方法(2)

水銀球A中水銀量的調節在使用貝克曼溫度計時，首先應當將它插入待測體系中，達到熱平衡以后，如果毛細管內水銀面在所要求的合適刻度附近，說明水銀球A中的水銀量合適，不必進行調節。否則，就應當調節水銀球中的水銀量。若球內水銀過多，毛細管水銀量超過b點，就應當左手握貝克曼溫度計中部，將溫度計倒置，右手輕擊左手手腕，使水銀貯管D內水銀與b點處水銀相連接，再將溫度計輕輕倒轉放置在溫度為t′的水中，平衡后用左手握住溫度計的頂部，迅速取出，立即用右手輕擊左手手腕，使水銀貯管D內水銀在b點處斷開。abAD2025/6/2447第二章溫度測量——膨脹式溫度計玻璃液體溫度計電接點溫度計：用于恒溫與調溫設備的自控系統中，與電子繼電器等配合使用。有兩個電極，一個固定與底部的水銀球相連，另一個可調電極是金屬絲，由上部伸入毛細管內。頂端有一磁鐵，可以旋轉螺旋絲桿，用以調節金屬絲的高低位置，從而調節設定溫度。當溫度升高時，毛細管中水銀柱上升與一金屬絲接觸，兩電極導通，使繼電器線圈中電流斷開，加熱器停止加熱;當溫度降低時，水銀柱與金屬絲斷開，繼電器線圈通過電流，使加熱器線路接通，溫度又回升。2025/6/2448第二章溫度測量——膨脹式溫度計壓力式溫度計壓力式溫度計是利用封閉在固定容器中的氣體、液體或低沸點液體的飽和蒸氣受熱壓力變化特性來測溫。測溫范圍-80~600℃。優點：1.可以遠傳。2.結構簡單，價格便宜。3.讀數方便清晰。4.適用于安全防爆環境。缺點：1.精度不高。2.熱惰性大。

2025/6/2449第二章溫度測量——膨脹式溫度計壓力式溫度計結構：由溫泡、毛細管、變形彈簧管和指示儀表組成。溫泡為感溫元件，一般用黃銅、紫銅、不銹鋼制作；毛細管是傳遞壓力的導管，通常用銅或不銹鋼的無縫圓管制作，長度20~60m。

彈簧管是壓力敏感元件，由于密閉系統內壓力的變化而使其自由端產生位移，然后通過連桿和傳動機構帶動指針動作。2025/6/2450第二章溫度測量——膨脹式溫度計壓力式溫度計分類氣體壓力式溫度計：密閉系統中充滿工作氣體，壓力溫度關系線性，刻度標尺均勻等分。通常采用氮氣。液體壓力式溫度計：密閉系統中充滿感溫液體，壓力溫度關系線性，刻度標尺均勻等分。通常采用水銀，也可以使用二甲苯或甲醇。蒸汽壓力式溫度計：溫泡約2/3盛低沸點液體，其余空間是該液體的飽和蒸汽。壓力溫度關系非線性，刻度標尺不均勻。通常采用氯甲烷、氯乙烷、乙醚、丙酮等。2025/6/2451第二章溫度測量——膨脹式溫度計雙金屬溫度計利用由不同膨脹系數的兩種技術構成的雙金屬元件來測量溫度的儀器。使用溫度范圍一般為-80~600℃。精度不高。要使雙金屬溫度計靈敏度提高，需盡量增加雙金屬片的長度，在制造時把雙金屬片制作成螺旋狀，分為平螺旋和直螺旋兩種。2025/6/2452第二章溫度測量——熱電偶式溫度計測溫原理熱電偶測溫的基本原理是熱電效應。兩種不同的導體或半導體兩端結合組成回路，當兩個結合點的溫度不同時，會在回路內產生熱電勢，這一現象稱為熱電現象。用它進行溫度測量就是依賴所產生熱電勢與兩個結合點溫度之間的一定關系實現的，這是1821年德國醫生塞貝克發現的，稱為塞貝克效應。塞貝克效應實質上就是熱電偶將熱能轉換為電能來實現測溫目的。而此電能，實際上由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成，即珀爾帖效應和湯姆遜效應。2025/6/2453第二章溫度測量——熱電偶式溫度計測溫原理熱電偶測溫的基本原理是熱電效應。兩種不同的導體或半導體兩端結合組成回路，當兩個結合點的溫度不同時，會在回路內產生熱電勢，這一現象稱為熱電現象。用它進行溫度測量就是依賴所產生熱電勢與兩個結合點溫度之間的一定關系實現的，這是1821年德國醫生塞貝克發現的，稱為塞貝克效應。塞貝克效應實質上就是熱電偶將熱能轉換為電能來實現測溫目的。而此電能，實際上由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成，即珀爾帖效應和湯姆遜效應。mATT0AB2025/6/2454第二章溫度測量——熱電偶式溫度計測溫原理1834年，巴黎鐘表匠珀爾帖發現：在熱電偶回路中有電流通過時，兩接點處溫度會發生變化，一個接點吸熱，環境溫度降低，一個接點放熱，環境溫度升高。物理原理：金屬導體中存在自由電子，且不同金屬導體材料的自由電子密度不同，類似于氣體，密度大的“壓力”大，如A的自由電子密度大于B的自由電子密度，則在二者接觸面處單位時間內從A擴散到B的電子多于從B到A的，從而此處產生電勢差，阻止自由電子從A到B的擴散。此電勢就是珀爾帖電勢或接觸電勢。＋－＋－AB2025/6/2455第二章溫度測量——熱電偶式溫度計測溫原理1851年，英國物理學家湯姆遜發現：單個導體，存在縱向溫度梯度，當有電流流過時，導體中必然有除焦耳熱之外的熱量產生。這就是湯姆遜效應。物理原理：對于同一金屬導體材料，溫度高的自由電子密度大，“壓力”大，在此壓力差作用下，自由電子從高溫端向低溫端擴散，從而產生電勢。此電勢就是湯姆遜電勢或溫差電勢。＋－＋－AA2025/6/2456第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶回路的基本定律1.均質回路定律由一種均質金屬導體(或半導體)組成的閉合回路，不論其截面和長度以及各處的溫度分布如何，都不產生熱電勢。推論：(a)熱電偶必需由兩種不同性質的材料組成；(b)如果熱電偶的兩熱電極是由兩種均質導體組成，那么熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關，與熱電極的粗細、長短和幾何形狀、沿熱電極的溫度分布及變化均無關。(c)如果由一種材料組成的閉合回路存在溫差，且回路中產生熱電勢，則說明材料是不均勻導體。2025/6/2457第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶回路的基本定律2.中間導體定律在熱電偶回路中接入中間導體后，不論中間導體接在回路的位置，只要中間導體兩端溫度相同，則對熱電偶的總熱電勢沒有影響。TT0T0ABCTABCT0T0ABCDTT0T02025/6/2458第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶回路的基本定律3.中間溫度定律熱電偶回路兩接點溫度為T和T0的熱電勢，等于熱電偶在接點溫度為T和Tm的熱電勢與接點溫度為Tm和T0時的熱電勢代數和。TTmT0ABTm2025/6/2459第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶回路的基本定律3.中間溫度定律例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某一工藝溫度，測得熱電偶參考端溫度為28℃，熱電偶熱電勢為34.191mV，求實際的工藝溫度。解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表：Tm=28℃，EAB(28,0)=1.122mVEAB(t,0)=EAB(t,28)+EAB(28,0)=34.191+1.122=35.313mV再查分度表，得:t=850℃TTmABTm2025/6/2460第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶回路的基本定律4.參考電極定律如果將熱電極C(一般為純鉑絲)

作為參考電極(也稱標準電極)，并知參考電極與各種熱電極配對時的熱電勢，那么在相同接點溫度(T,T0)下，任意兩熱電極A、B配對時熱電勢可按下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)TT0ABCEACEBCEAB2025/6/2461第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶測溫回路熱電偶測溫回路一般由以下幾部分組成：熱電偶、補償導線、參考端接點、連接導線、轉換開關和電測儀表等。1.熱電偶常用線路應用最廣泛的線路，測量溫度場中某一點的溫度。TT2T12025/6/2462第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶測溫回路2.熱電偶串聯線路將n支同型號熱電偶依次按正負極連接的線路稱為串聯線路。這種線路的優點是熱電勢大，測溫精度比單支熱電偶高。據此可制作成熱電堆，用來感受微弱信號，或在相同條件下，與靈敏度低的儀表配合。最大缺點是只要一支斷路，整個測量系統就不能工作。TT02025/6/2463第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶測溫回路3.熱電偶并聯線路將n支同型號熱電偶正負極分別連接在一起的線路稱為并聯線路。這種線路的優點是測量精度高，相對誤差為單支熱電偶的。但所配儀表要求靈敏度高。當某支熱電偶斷路時，不影響測量系統工作。常用來測溫場的平均溫度。TT02025/6/2464第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶測溫回路4.熱電偶反向串聯線路采用兩支同型號熱電偶正負極反向連接線路稱為反向串聯線路。用于測量溫度場的均勻性或溫度分布。由于熱電勢小，需選用靈敏度高的儀表。T1T0T22025/6/2465第二章溫度測量——熱電偶式溫度計國際標準化熱電偶國際標準化熱電偶是國際電工委員會向全世界推薦的(8種)，并被國際公認，且性能優良，工藝成熟，應用廣泛，能批量生產，具有統一分度表，同型號可互換。熱電偶分度號正極代號名義成分/(%)負極代號名義成分/(%)最高使用溫度/℃分度表溫區/℃長期短期鉑銠30-鉑銠6BBPPt30RhBNPt6Rh160018000~1820鉑銠13-鉑RRPPt13RhRN100Pt14001600-50~1769鉑銠10-鉑SSPPt10RhSN100Pt13001600-50~1769鎳鉻-鎳硅KKPNi10CrKNNi3Si12001300-270~1373鎳鉻-銅鎳(康銅)EEPNi10CrENCu45Ni750900-270~1000鐵-康銅JJP100FeJNCu45Ni600750-210~1200銅-康銅TTP100CuTNCu45Ni350400-270~400鎳鉻硅-鎳硅NNPNi14.5Cr1.5SiNNNi4.5Si12001300-270~13002025/6/2466第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作通常采用焊接的方式把測量端連接在一起。焊點形式有：(a)點焊。適合貴金屬和直徑較小的廉金屬熱電偶。(b)對焊。(c)絞狀焊。適合較粗的廉金屬熱電偶。(d)和(e)均是為了減少由于保護管而增大的熱惰性，將測量端焊接在保護管底端內，適于廉金屬熱電偶。(d)是兩熱電極均焊在保護管底部，(e)是保護管內僅一個熱電極，保護管自身為另一熱電極。2025/6/2467第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(a)直流電弧焊。適于貴金屬熱電偶，焊接形式為對焊、點焊。操作方法：將熱電偶的兩個偶絲分別接在電源正極上作為一個電極，將圓錐尖頂的石墨棒電極或碳電極接在電源負極上作為另一個電極，利用兩電極靠近時形成的強大電場起弧，融化熱電極端部金屬，從而焊接好。2025/6/2468第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(b)交流電弧焊。適于廉金屬熱電偶，焊接形式為對焊、絞狀焊。其電極為兩個高純石墨棒，利用其通電產生電弧，將熱電偶焊接在一起。此方法設備簡單、操作容易，但容易造成測量端和靠近測量端的熱電極材料表面滲碳，降低熱電偶的穩定性。2025/6/2469第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(c)直流氬弧焊。是熱電偶焊接最理想的方法。焊接時通氬氣用來保護，特別適用于熱電極材料熔點高并且容易氧化的熱電偶焊接。2025/6/2470第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(d)氣焊。這種焊接方法使用的是煤氣與氧、乙炔與氧或氫與氧混合氣燃燒形成的火焰，將偶絲加熱融化成球形焊點。適用于廉金屬熱電偶焊接。2025/6/2471第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(e)鹽水焊接。燒杯中裝入35.9％重量比的氯化鈉飽和溶液，將鉑絲或其它金屬絲(在氯化鈉溶液中不電解)作為一個電極放入燒杯中，被焊接的熱電偶作為另一個電極。焊接時將熱電偶測量端與溶液稍接觸，接通電源，起弧后迅速切斷電源即可。適用于焊接較細的熱電偶(

0.03mm~0.5mm)。2025/6/2472第二章溫度測量——熱電偶式溫度計熱電偶的制作焊接方法：(f)碳粉(粒)焊接。與電弧焊相似，將被焊熱電偶接電源負極，將電源另一極接盛碳粉的石墨坩堝，焊接時將熱電偶插入石墨粉中即可。適用于焊接廉金屬熱電偶，但由于會造成鎳硅電極脆斷，因而不適于鎳鉻-鎳硅熱電偶焊接。~220V碳棒熱電偶2025/6/2473第二章溫度測量——輻射測溫

輻射測溫法是一種非接觸測溫法，是利用傳感器(探測器)將物體輻射的能量轉換成隨溫度而變的光電信號，并由配套儀器將此信號按溫度單位顯示，從而達到測溫目的。輻射測溫與接觸測溫的不同點在于它測溫時探測器不必與被測物體相接觸，探測元件不會破壞被測物體的溫度場分布，也不必與被測區域達到熱平衡。通常采用光電敏感元件，故靈敏度高、反應速度快、動態響應好，能實現遠距離自動測溫。理論上沒有測量上限。

缺點是由于受被測物體表面狀況和折射率以及中間介質等影響，增加了處理測量結果的復雜程度和難度，不能直接測得物體實際溫度，限制了其應用。2025/6/2474第二章溫度測量——輻射測溫輻射過程三階段：1.熱物體表面熱能轉變為電磁波振動；2.電磁波透過中間空氣向周圍傳播；3.在接收輻射能的物體表面，電磁波轉化為熱能被接收體吸收。依賴于物體本身溫度自發的向外輻射能量的過程叫熱輻射。熱輻射發出的光波僅是電磁波的組成部分。2025/6/2475第二章溫度測量——輻射測溫通常，物體輻射能所處的光譜范圍不僅會呈現不同顏色，而且還與其本身的溫度有關。如：當物體溫度升高至500℃時，其輻射光譜開始包括可見光的紅外部分，溫度升高到800℃時，呈現紅熱，繼續升溫，顏色會轉為桔黃，當升高到3000℃時，輻射光譜會包括更多短波部分，呈現白熱。但物體溫度對熱輻射性能影響較大，而且極為復雜。2025/6/2476第二章溫度測量——輻射測溫熱輻射度量輻射測溫時，探測器接受到的能量不僅與輻射源的表面狀況、波長有關，而且與傳播方位、空間、時間相關。與測溫有關的基本熱輻射度量有6種。1.輻射能量Q由輻射源發出的全部熱輻射光譜的總能量稱為該輻射源的輻射能量。單位焦耳J。2.輻射通量Φ輻射源發射、傳播的輻射能量或接收物體吸收到的輻射能量隨時間的變化率稱為輻射通量，又稱輻射功率。單位瓦W。2025/6/2477第二章溫度測量——輻射測溫熱輻射度量3.輻射強度I為了描述輻射通量在空間不同方向上分布的情況，將輻射源在某一特定方向上單位立體角內發射出的輻射通量稱為輻射強度。單位瓦每球面度W/sr。4.輻射出度M由于輻射源表面發射量不均勻，為了描述其單位面積輻射通量的密度，通常將某一面積元S在各方向上(半空間)的總輻射通量稱為輻射出度。單位瓦每平米W/m2。2025/6/2478第二章溫度測量——輻射測溫熱輻射度量5.輻射照度E為了描述接收物體面積上的輻射通量的密度，通常將外界輻射源投射到接收物體單位表面積上的輻射通量稱為輻射照度。單位瓦每平米W/m2。M與E的區別：輻射出度是描述離開輻射源表面的輻射通量，包括了該源向整個半球空間輻射的通量。輻射照度是指外界入射到接受面上的輻射通量，可以包括一個或幾個源投射來的輻射通量。2025/6/2479第二章溫度測量——輻射測溫熱輻射度量6.輻射亮度L和單色輻射亮度Lλ為了描述輻射源的輻射通量在空間或輻射源表面上的特性，通常將輻射源在某個方向上的單位投影面積和單位立體角內發出的輻射通量稱為輻射亮度。單位瓦每球面度平方米W/(sr.m2)。輻射物體在某一特定方向上，單位時間、單位波長間隔、單位投影面積、單位立體角內所發出的輻射能量稱為單色輻射亮度。單位瓦每球面度立方米W/(sr.m3)。2025/6/2480第二章溫度測量——輻射測溫黑體輻射定律黑體輻射定律是實現熱輻射測溫方法的依據，包括普朗克定律、維恩位移定律、斯忒藩-玻爾茲曼定律。2025/6/2481第二章溫度測量——輻射測溫視在溫度黑體輻射定律僅對黑體才是正確的，但絕大多數測量對象都是非黑體，同一溫度下實際物體的熱輻射總是比黑體輻射小，因此同樣的熱輻射亮度，黑體所對應的溫度最低，物體發射率越低的溫度越高。輻射測溫中，為了解決測溫必需知道物體光譜發射率的難題，引入了視在溫度(表觀溫度)，包括亮度溫度、輻射溫度、顏色溫度。2025/6/2482第二章溫度測量——輻射測溫亮度溫度當實際物體(非黑體)在某一波長下的單色輻射亮度同絕對黑體在同一波長下的單色輻射亮度相等，則該黑體的溫度稱為實際物體的亮度溫度Ts。定義表達式為：把維恩近似公式代入上式得：兩邊取對數得：2025/6/2483第二章溫度測量——輻射測溫輻射溫度當實際物體的總輻射亮度(包括所有波長)與絕對黑體的總的輻射亮度相等時，則該黑體的溫度叫做實際物體的輻射溫度Tp。斯忒藩-玻爾茲曼定律2025/6/2484第二章溫度測量——輻射測溫顏色溫度當黑體與非黑體在某一光譜區域內的兩個波長下的單色輻射亮度之比相等時，黑體的溫度稱為非黑體的顏色溫度，又稱比色溫度Tc。定義表達式為：把維恩近似公式代入上式得：兩邊取對數得：2025/6/2485第二章溫度測量——輻射測溫顏色發射率在實際溫度測量中，經常需要得出物體的亮度溫度與顏色溫度之間的關系，為此引入顏色發射率εc(T)。由顏色溫度的定義可得：根據亮度溫度的定義和維恩近似公式可得物體亮度溫度與其顏色溫度之間的關系，2025/6/2486第二章溫度測量——輻射測溫由三種視在溫度可引申出三種輻射測溫方法，即亮度測溫法、全輻射測溫法、顏色測溫法(比色測溫法)。對應得測溫儀器為亮度溫度計、全輻射溫度計、顏色溫度計(比色溫度計)。2025/6/2487第二章溫度測量——輻射測溫全輻射溫度計理論基礎是斯忒藩-玻爾茲曼定律，通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度。此方法所用儀表結構簡單，讀數客觀能連續記錄。缺點是溫度計示值受環境及發射率影響較大，降低了其準確度。測溫原理基本組成部分：接收被測對象熱輻射的熱探測器；聚焦熱輻射于接收器的裝置；測量熱探測器上信號的測量裝置。2025/6/2488第二章溫度測量——輻射測溫全輻射溫度計測溫原理被測物體的輻射能量經過透鏡和光闌聚焦在感溫器的受熱片上，受熱片接收輻射能量而溫度升高，產生熱電勢輸出，根據熱電勢大小可得出被測物體的溫度。熱接收元件可分為：1.熱電堆(由4、6、8、16對或更多熱電偶串連而成)2.熱敏電阻3.雙金屬片2025/6/2489第二章溫度測量——輻射測溫亮度溫度計根據普朗克定律，通過測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度(又稱單波段溫度計)?？煞譃閮深悾汗鈱W高溫計和光電高溫計。2025/6/2490第二章溫度測量——輻射測溫光學高溫計測溫時調整物鏡，使輻射源成像在高溫計燈泡的燈絲平面上，然后調整目鏡，使人眼能清晰看到被測物體和燈絲的成像，再調節電測系統的可變電阻，改變燈絲電流，使物體亮度和燈絲亮度在紅色濾光片光譜范圍內平衡，而燈絲的亮度溫度與電流關系已知，因此可測的其亮度溫度。2025/6/2491第二章溫度測量——輻射測溫光電高溫計光學高溫計測溫時，要靠手動調整電流，人眼觀測，因此主觀性誤差大。光電高溫計與光學高溫計相比：1.靈敏度高：光學0.5℃，光電0.05℃2.準確度高：1400℃下，光學±5℃，光電±1.1℃。3.使用波長范圍寬：光電不受波長限制4.測溫范圍寬：光學下限700℃，光電可至低溫段5.響應時間短：光學平衡時間長數分鐘，光電可在數秒～10-8S內自動平衡6.自動化程度高：能實現自動測量、記錄以及遠距離傳送顯示。2025/6/2492第二章溫度測量——輻射測溫光電高溫計下圖光學高溫計由光電系統和測量顯示裝置組成，光電系統包括(1)光學接收系統；(2)瞄準系統；(3)光電轉換處理電路，將熱輻射能量通過光電元件(硫化鉛或硅光電池)轉化成電信號，經放大、整流、調節、控制等環節，輸出給儀表。測量顯示裝置為自動平衡電橋。2025/6/2493第二章溫度測量——輻射測溫比色高溫計比色溫度計利用物體的單色輻射現象測溫，但它是利用同一被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性為其測溫的。因此測量實際物體時，只需知道兩個波長下的光譜發射率的比值，而比值測量比絕對值測量更為簡便，精確。因此比色測溫優點：1.大多數實際物體的顏色溫度Tc要比Ts、Tp更接近實際溫度T，被測物體為灰體時，Tc＝T

2.顏色測溫受被測物體光譜發射率影響很小。3.比色溫度計的輸出信號可以自動記錄、控制、調節和遠傳。2025/6/2494第二章溫度測量——輻射測溫比色高溫計分類比色溫度計單通道型雙通道型單光路比色溫度計雙光路比色溫度計無光調制比色溫度計(非調制式)有光調制比色溫度計(調制式)2025/6/2495第二章溫度測量——其它測溫方法紅外測溫儀一種工作于紅外波段的光學、輻射、比色溫度計的統稱。其光電系統必需選擇適合紅外工作的光學材料和相應的光敏探測器件。紅外溫度計將被測物體表面發射的紅外波段輻射能量通過光學系統匯聚到紅外探測元件上，使其產生一電信號，經放大模數轉換等環節處理，轉化為溫度數值顯示。2025/6/2496第二章溫度測量——其它測溫方法熱像儀用做描繪熱輻射體表面的溫度分布和圖像處理的儀器稱為熱像儀，又稱紅外熱像儀。是一種綜合運用熱輻射理論、紅外技術、自動掃描檢測技術的儀器。即可顯示出物體表面溫度的絕對值，也可測出其相對值，并且通過熱成像技術靈敏地分辨出復雜環境下物體表面小目標地的溫度和某一區域溫度分布狀況。2025/6/2497第二章溫度測量——其它測溫方法光纖溫度計1.輻射式光纖溫度計：工作原理與光電高溫計相似，都是基于輻射強度和波長是溫度的函數。除光纖探頭外其余結構相似。2.光纖比色溫度計：由光纖