温度测量和各类温度计.ppt
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1、温度测量温度测量9.1 概述概述一、温度的基本概念和测量方法 温度是一个基本物理量。温度的宏观概念是冷热程度的表示,或者说,互为热平衡的两物体,其温度相等。温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关,因此温度是工农业生产、科学试验以及日相关,因此温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。理量。温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通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
2、特性来间接测量,而用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。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、热力学温标标、热力学温标.二、二、温标温标1.经验温标经验温标n经验温标的基础是利用物质体膨胀与温度的关系。认为在两个易于实现且稳定的温度点之间所选定的测温物质体积的变化与温度成线性关系。把在两温度之间体积的总变化分为若干等分,并把引起体积变化一份的温度定义为1度。经验温标与测温介
3、质有关,有多少种测温介质就有多少个温标。n按照这个原则建立的有摄氏温标、华氏温标。摄氏温标摄氏温标:所用标准仪器是水银玻璃温度计。分度方法是规定在标准大气压力下,水的冰点为零度,沸点为100度,水银体积膨胀被分为100等份,对应每份的温度定义为1摄氏度,单位为“oC“华氏温标华氏温标:标准仪器是水银温度计,按照华氏温标,水的冰点为32oF,沸点是212oF。分成180份,对应每份的温度为1华氏度,单位为“oF”。摄氏温度和华氏温度的关系为 2.热力学温标热力学温标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,水的三相点,即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度,
4、为K,水的凝固点,即相当摄氏温标0,相当华氏温标32的开氏温标为K。热力学温标(符号为T)它的单位为开尔文开尔文(符号为K),定义为水三相点的热力学温度的。三、测温方法与测温仪器的分类三、测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同,温度测量分为接触式和非接触式两大类。1.接触式测温 接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触,两者之间进行充分的热交换,最后达到热平衡,这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。优点:直观可靠。缺点:是感温元件影响被测温度场的分布,接触不良等都会带来测量误差,另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。2、非接触式测温 非接触测
5、温的特点是感温元件不与被测对象相接触,而是通过辐射进行热交换,故可避免接触测温法的缺点,具有较高的测温上限。此外,非接触测温法热惯性小,可达千分之一秒,故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。测温仪器测温仪器 对应于两种测温方法,测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类。接触式仪器又可分为:膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。非接触式温度计又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计,由于它们都是以光辐射为基础,故也统称为辐射温度计。按照温度测量范围,可
6、分为超低温、低温、中高温和超高温温度测量。超低温一般是指010K,低温指10800K,中温指8001900K,高温指19002800K的温度,2800K以上被认为是超高温。9.2 膨胀式温度计膨胀式温度计1.液体膨胀式温度计 这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计,典型结构如图所示。它由液体储存器、毛细管和标尺组成。液体玻璃温度计的测温上限取决于所用液体汽化点的温度,下限受液体凝点温度的限制为了防止毛细管中液注出现断续现象,并提高测温液体的沸点温度,常在毛细管中液体上部充以一定压力的气体。液体玻璃温度计分为全浸式和部分浸入式液体玻璃温度计分为全浸式和部分浸入式两种。全浸是指测温时把液柱部分
7、全部浸两种。全浸是指测温时把液柱部分全部浸入被测介质中。部分浸入是把温度计浸入入被测介质中。部分浸入是把温度计浸入标志以下的部分插入被测介质中。如图标志以下的部分插入被测介质中。如图(b)所示。所示。全浸式和部分浸入式相比较,全浸式测全浸式和部分浸入式相比较,全浸式测量精度较高,故多用于实验室和标准温度量精度较高,故多用于实验室和标准温度计,部分浸入式用于一般工业测温。计,部分浸入式用于一般工业测温。使用时,如果全浸式温度计的液柱部分使用时,如果全浸式温度计的液柱部分不能全部浸入,如图不能全部浸入,如图(a)所示,部分浸所示,部分浸入式温度计露出部分的环境温度与标定入式温度计露出部分的环境温度
8、与标定时不一致,就会产生测量误差,故必须时不一致,就会产生测量误差,故必须进行修正。方法是用一个小的辅助温度进行修正。方法是用一个小的辅助温度计度计测出露出液柱部分的平均温度,计度计测出露出液柱部分的平均温度,如图如图92所示,并按下式估算温度修正所示,并按下式估算温度修正量量 t,即即2、固体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计 这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材料制成,分为杆式和双金属式两大类。料制成,分为杆式和双金属式两大类。图图93所示为杆式温度计的原理图。由于所示为杆式温度计的原理图。由于芯杆材料的膨胀系数比与基座相连的外套大,芯杆材料的膨胀系数比与基
9、座相连的外套大,故当温度变化时芯杆对基座产生相对位移,故当温度变化时芯杆对基座产生相对位移,经简单的机械放大后,就可直接指示温度值。经简单的机械放大后,就可直接指示温度值。双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成,一端固定,金属片牢固结合在一起而制成,一端固定,另一端为自由端。当温度变化时,由于两另一端为自由端。当温度变化时,由于两种材料的膨胀系数不同而使双金属片的曲种材料的膨胀系数不同而使双金属片的曲率发生变化,自由端产生位移,经传动放率发生变化,自由端产生位移,经传动放大机构带动指针指示温度值。为了满足不大机构带动指针指示温度值。为
10、了满足不同用途的要求,双金属元件制成各种不同同用途的要求,双金属元件制成各种不同的形状,如图的形状,如图94所示。所示。第三节第三节 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件,它的工作原理是基于热电效应(一)热电效应及基本定律 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起,组成图所示的闭合回路,当两个接触点(称为结点)温度t和t0不相同时,回路中既产生电势,并有电流流通,这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。称回路电势为热电势。两金属丝称为偶极或热电极。称回路电势为热电势。两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为测量端或工作两个结点中与被测介质接
11、触的一个称为测量端或工作端、热端,另一个称为参考端或自由端、冷端。端、热端,另一个称为参考端或自由端、冷端。(一一)两种导体的接触电动势两种导体的接触电动势两种导体接触的时候,由于导体内的自由电子密度不同,如果NANB电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散,从而由于导体A失去了电子而具有正电位。相反导体B由于接收到了扩散来的电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时A、B之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。式中EAB(T)为A、B两种材料在温度为T时的接触电动势;K为玻耳兹曼常数(1.3810-6);e为电子电荷(1.602189210-19);NA(T)、NB(T
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- 温度 测量 各类 温度计
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